隨著鋰電池制造成本的降低和產品性能的提升，鋰電池在人們的生活中得到了越來越多的應用。這對鋰電池的產品性能提出了更高的要求，也對鋰電池制造工藝過程提出了更高的要求。鋰電池的一大核心工藝就是極片制備，在制備出正、負極極片后，通過卷繞或疊片等工藝，注入電解液，經封裝充放電激活后成為可以使用的電池。

其中，電池極片是一種三明治結構的復合材料，主要由活性物質顆粒、粘結劑和導電劑等組成的兩面多孔涂層，以及夾在中間的金屬集流體箔材。正負極漿料制備完成后，經涂布工藝將之涂覆在鋁箔、銅箔上。

鋰電池正極極片

鋰電池極片涂布過程

而對于極片的涂布工序，涂布后的極片干燥是主要能耗單位之一，也是研究的重點。極片干燥過程中殘留溶劑對極片后續加工的穩定性、容量以及循環壽命影響極大，其過程不僅影響電池的制造成本，也間接決定了制造工藝水平以及電池的安全性。由于對鋰電池極片涂布干燥過程缺乏深入的研究，目前普遍在干燥效率上難以有質的提升。

極片干燥技術

干燥的直接目的是促使涂覆漿料中的溶劑有效且迅速地脫除。極片干燥方法眾多，常見的干燥方法主要有熱風干燥（對流熱風干燥、雙面送風漂浮干燥、循環熱風沖擊干燥）、過熱水蒸氣干燥、遠紅外輻射干燥以及微波干燥等。每種方法各有優缺點，均有應用，這主要取決于各自工藝參數的設定以及溶劑殘余量的控制要求。

1.熱風干燥

常規熱風干燥方法是最早被廣泛采用的方法，設備簡單操作易行，熱風干燥中熱量來源于電能或者蒸汽熱能。鋰電池極片漿料中活性材料粒度均為納米級，干燥時顆?？椎辣碚髦睆郊s為幾十納米，具有毛細多孔介質特性。因此涂布漿料干燥時，溶劑的脫除方式對電極活性材料的均勻分布影響較大。

極片干燥過程

一般采用雙面送風漂浮干燥對片材進行雙面干燥，干燥效率較高，干燥效果優異，但送風風機功耗較大，送風均勻化控制嚴格，否則造成涂布厚度均勻度較差，且增大了箔材走帶的難度，易發生斷帶而造成停機。在此基礎上，開發的循環熱風沖擊干燥工作效率較高。此方法將熱風高速噴射到涂布漿料表面，削弱了涂布表面的不均勻性，提升了涂布層厚度一致性。實際中通過分段調整風量大小和風溫來調節干燥工藝過程，這種設備投資大，維護復雜。

2.紅外干燥

與熱風干燥不同，紅外干燥可以去除極片涂層中毛細管水分和表面殘余水分，特別適用于厚度較大的高能量電極涂層。紅外輻射干燥主要是運用紅外線將溶劑蒸發，干燥過程操作簡單，熱量集中，干燥速度快。

通常將其與對流干燥結合，形成混合干燥系統。由于涂層厚度的差異，紅外干燥溫度的不均勻性始終沒有得到徹底解決，對于非水系溶劑的漿料干燥效率不足。

3.微波干燥

微波干燥技術是通過微波介電加熱促使極片中水分脫除。微波為體積加熱，干燥時極片內部自由水首先氣化，形成較高蒸發壓力梯度，加速內部水分遷移。微波混合干燥可以極大提高干燥效率，干燥時對涂層的破壞較小，但易造成極片鼓包、炸片等。

微波干燥設備

實際中各電池生產廠家往往不單獨使用某種干燥方法，而是在熱風干燥基礎上結合紅外、微波等干燥技術，提升干燥效率。紅外干燥雖然能彌補微波輔助技術的不足，但紅外線均勻性較差，造成極片干燥速率不一致，降低了電芯的容量一致性。

干燥工藝參數與極片缺陷

當前主要的干燥方法依然是熱風干燥，干燥時熱風風速、風溫、涂層厚度、漿料特性以及干燥設備結構均有影響。良好的干燥過程保證了漿料流體均勻涂覆，提高動力電池的一致性，可以保證活性材料的良好分散性，并形成電解液通道，增大活性材料充放電倍率。干燥不良，可能引起涂布層出現團聚、針孔、薄厚不均、劃痕、拖尾等各種缺陷。干燥過程操作不當將直接導致動力電池的性能下降，各批次極片一致性變差，嚴重影響配組工藝段成品率以及模組的循環壽命。涂布層整體干燥時間較短，主要考慮熱風溫度、風速及漿料固含量（溶劑含量）影響。

1.熱風溫度

在初始階段對于不同的溶劑所要使用的溫度不同，如水系溶劑低溫下不易干燥，溫度較低，則恒速段維持時間較長。一般水系漿料在熱風溫度為90℃時，極片干燥速率較快，干燥缺陷較少。

研究發現干燥溫度較低時，黏結劑的分布更為均勻，集流體同活性材料的黏結更為牢固。干燥溫度較高，不僅容易出現黏結劑局部富集的現象，而且表面平整度較差，造成卷繞工序良品率降低。這是由于過高的溫度會使極片表面硬化，導致極片開裂、起皺等。干燥過程中，涂層溶劑不斷蒸發，黏度迅速增大，但表層溶劑的遷移速率大于近箔材端。由于表面張力的劇烈變化，易出現蜂窩狀網絡、厚邊缺陷或黏結劑/固體顆粒的團聚。

形成團聚體缺陷

2.熱風風速

熱風干燥時空氣流動速度過大就會導致涂層的不均勻，直接影響動力電池的性能，因此在不同階段要控制好空氣的流動速度。一般黏度較低的漿料比黏度較高的漿料更加敏感，為了降低涂布層的流動和破壞，需要用風速低進行干燥。

烘箱風速過大，涂布層容易出現氣泡。這是由于涂布烘箱進出風道積塵較多，增大風量（風速）易卷起積塵，散落于濕涂層表面而產生大量氣泡。斑狀缺陷是形成了花紋狀斑點，主要由熱風流速不穩定引起。

極片出現凹坑氣泡

3.涂層厚度

涂布層的厚度主要由電池的充放電及容量特性設計參數而定。涂層較厚，容量較大但充放電倍率受限。涂層較薄，電池充放電倍率大而容量相應受限，且涂布干燥快，涂層缺陷相對較少。

一般認為較厚的涂布層有助于干燥應力的釋放，涂層黏結情況較好，涂布較薄，黏結劑等非活性材料偏析較弱。通過干燥后活性材料界面分析發現集流體電阻主要受導電劑分散不均勻的影響，而涂布厚度影響并不明顯。如果涂布厚度控制不當，則容易造成褶皺、條紋等缺陷。

極片的條紋缺陷

4.漿料特性

漿料的影響主要體現在溶劑的含量、種類以及活性物質的分散特性及黏附特性。極片干燥受涂布工藝影響極大，要求涂布均布，無明顯顆粒物。

干燥時，一般前段采取部分回風的方式降低熱風的相對干度，避免表層溶劑過快脫除，而后段則要求溫度可以適當提高，提升干燥效率，降低溶劑殘留。干燥前期漿料流動性大，溶劑特性影響干燥過程，活性物質在分散過程中出現顆粒重排過程。干燥后期溶劑含量低，涂布層基本失去流動性，活性物質的分散性以及黏結劑是影響后期干燥的主要因素。

通常黏結劑的分散性受干燥速率影響，操作不當則團聚明顯，這可能是由于溶劑大量蒸發帶動黏結劑富集。

總結

極片干燥涉及多相物質在不同尺度的傳輸，具有物理過程復雜、干燥工藝多元化特性。干燥過程中涂層黏結劑的聚集方式受干燥工藝影響較大，活性材料團聚體形成的微孔通道在不同尺度具有不同的輸運過程。實際中涂布漿料性能、涂布方式以及輥壓等后續制造過程需綜合考慮。有關極片干燥工藝與極片成本、品質之間相互關系的研究尚不充分，缺少面向鋰電池生產專用干燥設備的詳細研究，需要持續不斷地積累涂布干燥過程數據及經驗，進而優化涂層干燥方法。

參考來源：

1. 鋰電池極片涂布熱風干燥技術研究進展，田清泉、王靜怡、武利娜、胡苗、劉甜、張亞雄（當代化工）；

2. 鋰電池極片真空干燥工藝研究，高士強（現代制造技術與裝備）；

3. 鋰離子電池極片涂布和干燥缺陷研究綜述，楊時峰、胥鑫、曹新龍、邵樂、田占元（電源技術）；

4. 鋰離子電池極片涂層的熱風干燥特性，吳顯峰、李徐佳、王亞男（電池）。

粉體圈小吉

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