锂离子电池极片涂布干燥技术解析：工艺、控制与优化

在锂离子电池的制造领域，有许多环节需要干燥技术，如原材料干燥、注液前电芯干燥、空气中水分的除湿。其中，极片涂布后的干燥工序更是直接影响着电池的最终品质。每一步都对电池的性能和质量起着至关重要的作用。

在锂离子电池行业蓬勃发展的当下，深入了解干燥技术，对于提升电池生产效率和产品性能有着不可忽视的意义。

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干燥分类介绍

固体物料中含有的水分或其他溶剂成分统称为湿分，含有湿分的固体物料称为湿物料。固体物料的干燥就是对湿物料加热，使所含湿分汽化，并及时移走所生成蒸气的过程。按照加热方式，干燥过程可以分为传导干燥、对流干燥和热辐射干燥。

• 对流干燥：使热空气以相对运动方式与湿物料接触，向物料传递热量，使湿分汽化并被带走的干燥方法。
• 传导干燥：通过传热壁面以热传导方式将热量传给湿物料，使湿分汽化并被去除的干燥方法。
• 热辐射干燥：通常以红外热辐射方式加热湿物料表面，物料吸收辐射能后转化为热能，使湿分汽化。

按照操作压力，干燥过程可分为常压干燥和真空干燥。

• 常压干燥就是在大气压下的干燥过程，锂离子电池涂层的干燥属于常压干燥。
• 真空干燥是在抽真空，具有一定真空度情况下完成的干燥过程，具有操作温度低、可以深度除湿、热经济性好、溶剂回收容易等优点。适用于热敏性、易氧化、有毒、易燃易爆物料的干燥。

按操作方式不同，干燥还可分为连续干燥和间歇干燥。

• 工业生产中多为连续干燥，生产能力大、产品质量较均匀、热效率较高、劳动条件较好。
• 间歇干燥投资费用较低，操作控制灵活方便，故适用于小批量、多品种或要求干燥时间较长物料的干燥。

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干燥工艺介绍

锂离子电池极片涂布干燥，通常是采用烘道式干燥方式，空气作为热载体，利用对流加热涂膜，使涂膜中水分或其他溶剂汽化并被空气带走，达到涂膜固化干燥的目的。这种方式主要采用空气对流干燥。

空气干燥器对流干燥示意图

干燥速率为单位时间在单位干燥面积上汽化的水或溶剂的质量，用U表示，单位为kg/(m2·s)。干燥速率与空气和物料状态都有关。当空气的温度、湿度流量以及与物料接触方式都不变的情况下，典型干燥速率曲线如下图所示。

(左)对流干燥速率曲线；(右)干燥器中的位置

按照干燥速率曲线，可以将干燥分成三个阶段：过渡段、恒速干燥段和降速干燥段。

过渡段：对应上图的AB段，涂膜先降温后升温。这一阶段涂膜进入干燥箱后，由于水或其他溶剂汽化吸热，膜温度显著下降，这是过渡段的温度变化特征，通常这一阶段干燥速率快，时间不长。其中容易忽视的是：涂布后进入干燥段前的准备阶段，此时挥发性溶剂已经开始蒸发。另外如果空气中不清洁，也会引起涂布缺陷。

恒速干燥段：对应上图的BC段，这一阶段涂层表面有足够的非结合水分，物料表面蒸气压与同温度纯水的饱和蒸气压相等，与物料内部水分及其运动状况无关。这一阶段干燥速率受外部条件控制，当外部条件不发生变化时物料的吸热与汽化处于平衡状态，温度通常处于恒定不变状态，这是恒速干燥段的温度变化特征。大部分水分或其他溶剂在这个阶段汽化。

降速干燥段：对应上图的CD段，从C点开始，物料表面已经不再全部润湿，部分表面结合水分开始汽化，并且内部水分移动到表面的速度跟不上表面的汽化速度，汽化速度逐渐下降。干燥速率受水分由物料内部移动到表面的速度控制。在这一阶段由于汽化水分量减少，物料温度上升，这是降速干燥阶段的温度变化特征。通常到达D点时，非结合水分全部蒸发完毕，部分结合水汽化掉了，受空气传热限制和空气饱和度限制，还有部分结合水留在涂层中，达到了新的平衡状态。

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干燥点控制

干燥点通常是指物料在干燥过程中恒速干燥段的终点。涂布后干燥过程中，通常需要根据干燥物料性质和干燥系统来预设干燥点在干燥器中的位置，称为预定干燥点位置。控制涂层的干燥点是保障产品产量和质量的重要因素。干燥过程中湿涂层温度比干涂层的温度低，一般在干燥末尾段设一些测温点，以便建立一个温度曲线，由这个曲线就可以判断出涂层处于恒速干燥段还是降速干燥段，以及涂层是否已经干燥和干燥点的位置。

干燥点附近（降速干燥段）的温度变化

知道干燥点以后，就可以对干燥点进行调节。当干燥点过晚时，需要调节送风系统和涂布车速将干燥点前移，反之亦然。

通过优化空气速度节省干燥运转费用，涂层的机械稳定性、干燥的最大风速是限制因素，应综合考虑设备费用和运行成本。一般在降速干燥段对气速不敏感，应取速度较低；恒速干燥段对气速敏感，取较高速较为有利。

综上所述，锂离子电池极片涂布干燥技术涵盖了多种干燥方式、复杂的干燥工艺以及关键的干燥点控制等方面。在实际生产过程中，不断优化干燥技术，不仅能够提高生产效率，还能保障产品的质量稳定性。美能光子湾科技能够为电池制造商提供精准的工艺监控和质量检测，助力企业优化干燥工艺，提升生产效率和产品质量，推动锂离子电池行业朝着更加高效、优质的方向发展。