中國粉體網(wǎng)訊  鋰電池電極是一種顆粒組成的涂層，電極制備過程中,，均勻的濕漿料涂敷在金屬集流體上,，然后通過干燥去除濕涂層中的溶劑,。電極漿料往往需要加入聚合物粘結(jié)劑或者分散劑，以及炭黑等導(dǎo)電劑,。盡管固含量一般大于30%,，但是干燥過程中，溶劑蒸發(fā)時(shí),，涂層總會(huì)經(jīng)歷一定的收縮,，固體物質(zhì)在濕涂層中彼此接近，最后形成多孔的干燥電極結(jié)構(gòu),。

鋰離子電池極片的干燥過程和涂布過程各自獨(dú)立,，又相互聯(lián)系；涂層的性質(zhì),，影響到干燥工藝的設(shè)計(jì)和操作,；涂布速度、涂層的厚度決定干燥長度,；干燥過程中涂層有流平過程,，影響涂層的均勻性。因此,，涂布在設(shè)計(jì)過程中能否準(zhǔn)確地運(yùn)用最佳的涂布,、干燥工藝，平衡兩者的關(guān)系,，最終影響到涂布的綜合技術(shù)性能。

極片干燥方式 

（1）遠(yuǎn)紅外輻射干燥,。用遠(yuǎn)紅外發(fā)射元件將熱能輻射到干燥物體表面,，使液體蒸發(fā)汽化進(jìn)行干燥。特點(diǎn)：其干燥速度主要取決于輻射溫度,，溫度高,，干燥速度快。其優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備比較簡單,，因此都在比較低擋的涂布機(jī)中應(yīng)用,。其缺點(diǎn)是干燥效率低，干燥不均勻,，容易產(chǎn)生干燥弊病,。

（2）雙面送風(fēng)飄浮干燥。漂浮干燥是在干燥箔材雙面設(shè)置特殊設(shè)計(jì)的風(fēng)嘴,，送高速噴射的氣流,，在空氣流動(dòng)附壁效應(yīng)的作用下，垂直作用到干燥箔材上,，在氣流的作用下,，干燥片材呈漂浮狀態(tài)進(jìn)行干燥,。

（3）常規(guī)對流熱風(fēng)干燥。對流干燥是比較傳統(tǒng)的干燥技術(shù),。加熱的干燥空氣送入烘道,，干燥空氣中的熱能通過空氣的對流傳導(dǎo)到被干燥物體，使液體蒸發(fā)汽化進(jìn)行干燥,。其優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡單,，其缺點(diǎn)是干燥效率低，在現(xiàn)代干燥設(shè)備中逐漸被高效熱風(fēng)沖擊干燥所取代,。

（4）循環(huán)熱風(fēng)沖擊干燥,。利用空氣噴射流體力學(xué)原理發(fā)展起來的高效干燥技術(shù)。干燥空氣通過特殊設(shè)計(jì)的風(fēng)嘴,，以高速噴射到被干燥物體表面,，在干燥物體表面阻礙干燥靜止空氣層在沖擊作用下被破壞，從而加快了干燥過程,，使干燥效率大大提高,。 循環(huán)熱風(fēng)沖擊干燥的特點(diǎn)是：干燥速度和溫度有關(guān)，而且和干燥風(fēng)量有關(guān),�,？梢酝ㄟ^部分循環(huán)干燥空氣送風(fēng)加大風(fēng)量提高干燥速度，大大提高干燥空氣的熱量的利用,，因此循環(huán)熱風(fēng)沖擊干燥具有高效節(jié)能的特點(diǎn),。另外用增大送風(fēng)量來提高干燥速度，可以避免采用高溫干燥可能產(chǎn)生的龜裂干燥弊病,。

（5）過熱水蒸氣干燥,。過熱蒸氣是將液體加熱到使其全部蒸發(fā)的飽和蒸氣后，再繼續(xù)加熱而獲得的蒸氣,。過熱蒸汽干燥是干燥介質(zhì)直接與濕涂層接觸,，其熱量主要以對流方式傳入物料，干燥析出的溶劑被干燥介質(zhì)帶走的一種新興的干燥方式,。在干燥過程中,，過熱蒸汽作為干燥介經(jīng)過物料表面，熱量傳給濕涂層,，涂層表面的自由溶劑受熱汽化,，從而造成物料表面與內(nèi)部濕分濃度的差異。在這一差異下,，內(nèi)部濕分就由液態(tài)或氣態(tài)的形式向表面擴(kuò)散,，氣化的水蒸汽由過熱蒸汽氣流帶走。其優(yōu)點(diǎn)是可以利用蒸汽的潛熱,熱效率高，可達(dá)到節(jié)約能源的效果,，過熱蒸汽干燥要比熱風(fēng)干燥的傳熱系數(shù)大,。

（6）微波干燥。微波干燥是利用頻率為915-2450MHZ的微波能量使物料發(fā)熱升溫,，從而蒸發(fā)水分進(jìn)行干燥的方法,。微波干燥不同于傳統(tǒng)的干燥方式，其熱傳導(dǎo)的方向與水分?jǐn)U散的方向相同,。與傳統(tǒng)干燥方法相比,，微波干燥具有干燥速率快、節(jié)能環(huán)保,、生產(chǎn)效率高,、清潔生產(chǎn)、干燥效果優(yōu)良,、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作及控制以及可以提高產(chǎn)品質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn),。

目前有的廠家生產(chǎn)的涂布機(jī)用的熱風(fēng)干燥，也用風(fēng)嘴送風(fēng),，從形式上看和沖擊干燥類似,，但是其風(fēng)嘴的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和風(fēng)量及風(fēng)速都起不到?jīng)_擊效果，干燥過程仍屬對流干燥,，干燥效率不高,。

物料中的水分分類

圖1 物料的水分分類

物料的總水分、平衡水分,、自由水分,、結(jié)合水分、非結(jié)合水分之間的關(guān)系見圖1,。

平衡水分：可以通過干燥方法去除的水分,。自由水分：無法通過干燥去除的水分。

結(jié)合水分包括物料細(xì)胞壁內(nèi)的水分,、物料內(nèi)毛細(xì)管中的水分、及以結(jié)晶水的形態(tài)存在于固體物料之中的水分等,。

非結(jié)合水分包括機(jī)械地附著于固體表面的水分,，如物料表面的吸附水分、較大孔隙中的水分等,。

干燥的基本原理

干燥：用加熱的方法使水分或其它溶劑汽化,，并將產(chǎn)生的蒸氣排除，藉此來除去固體物料中濕分的操作,。

圖2 干燥過程示意圖

如圖2所示,，水分在物料表面氣化，在表面附近存在一層氣膜,，在氣膜內(nèi)水蒸氣分壓等于物料中水分的蒸氣壓,，水分在氣相中的傳質(zhì)驅(qū)動(dòng)力為此氣膜蒸氣壓與氣相主體中水蒸氣分壓之差,。同時(shí)，熱空氣對物料加熱升溫,，將熱量傳遞給濕物料,，驅(qū)動(dòng)力是熱空氣與物料的溫度梯度；對對流干燥,，由于介質(zhì)的不斷流動(dòng),，帶走氣化的水分，從而形成分壓差,。

干燥過程得以進(jìn)行的必要條件：是被干燥物料中的水分所產(chǎn)生的水蒸氣分壓大于熱空氣中水蒸氣分壓,。若二者相等，表示蒸發(fā)達(dá)到平衡,，干燥停止,；若熱空氣中水蒸氣分壓大，物料反而吸水,。

物料的干燥過程是屬于傳熱和傳質(zhì)相結(jié)合的過程：

（1）熱空氣對物料加熱升溫,；

（2）物料表面液體的蒸發(fā)汽化過程；

（3）內(nèi)部液體通過孔隙擴(kuò)散到表面的過程,。

干燥的動(dòng)力學(xué)過程

干燥曲線：干燥過程中物料含水量x與干燥時(shí)間t,、物料表面溫度T 的關(guān)系曲線，如圖3所示,。

圖3 干燥曲線

干燥速率曲線：物料干燥速率u與物料含水量X的關(guān)系曲線,，如圖4。

圖4 干燥速率曲線

水分的內(nèi)部擴(kuò)散和表面汽化是同時(shí)進(jìn)行的,，但在干燥過程的不同階段其速率不同,，從而控制干燥速率的機(jī)理也不相同。干燥過程分為預(yù)熱升溫段AB,、恒速干燥段BC和降速干燥段CDE,。

（1）預(yù)熱升溫段AB：物料被加熱升溫

（2）恒速干燥階段BC：被干燥物料表面始終保持著濕潤水分進(jìn)行蒸發(fā),蒸汽中的熱量被物料吸收，這些熱量全部用來蒸發(fā)物料表面的水分,物料表面水分的蒸發(fā)速度與物料內(nèi)部水分的擴(kuò)散速度幾乎相等,此時(shí)干燥速率保持穩(wěn)定,呈現(xiàn)恒速干燥狀態(tài),。

（3）第一降速階段（CD段）：物料內(nèi)部水分?jǐn)U散速率小于表面水分在濕球溫度下的汽化速率,，這時(shí)物料表面不能維持全面濕潤而形成“干區(qū)”，導(dǎo)致干燥速率下降,。

（4）第二降速階段（DE段）：水分的汽化面逐漸向物料內(nèi)部移動(dòng),，從而使熱、質(zhì)傳遞途徑加長,，阻力增大,，造成干燥速率下降。

圖5 極片干燥過程示意圖

鋰電池電極漿料成分均勻分布，隨后,，溶劑蒸發(fā)誘導(dǎo)濕涂層厚度減少,，石墨顆粒逐漸彼此接近，直到形成最密集的堆積態(tài),，涂層收縮終止（圖5c）,，隨后進(jìn)一步的溶劑蒸發(fā)迫使氣液界面推進(jìn)到孔結(jié)構(gòu)內(nèi)部，最終形成多孔結(jié)構(gòu)干電極涂層（圖5e）,。大孔傾向于優(yōu)先排空液相,，涂層收縮過程中，表面細(xì)小孔隙內(nèi)充滿液相,，知道涂層收縮停止（圖5c）,，孔隙內(nèi)填滿溶劑。然后溶劑進(jìn)一步去除,，涂層中產(chǎn)生第一個(gè)較大尺寸的孔洞（圖5d）,，而細(xì)小孔洞由于毛細(xì)管力作用，液相更難排空,。（中國粉體網(wǎng)編輯整理/茜茜）