涂布在設(shè)計(jì)過(guò)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。

鋰電池電極是一種顆粒組成的涂層，電極制備過(guò)程中，均勻的濕漿料涂敷在金屬集流體上，然后通過(guò)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(guò)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(guò)程和涂布過(guò)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(zhǎng)度；干燥過(guò)程中涂層有流平過(guò)程，影響涂層的均勻性。因此，涂布在設(shè)計(jì)過(guò)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(jiǎn)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(duì)流熱風(fēng)干燥。對(duì)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(guò)空氣的對(duì)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(jiǎn)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(lái)的高效干燥技術(shù)。干燥空氣通過(guò)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(guò)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)。可以通過(guò)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(lái)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(guò)熱水蒸氣干燥。過(guò)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(guò)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(duì)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(guò)程中，過(guò)熱蒸汽作為干燥介經(jīng)過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)程仍屬對(duì)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(jiàn)圖1。

平衡水分：可以通過(guò)干燥方法去除的水分。自由水分：無(wú)法通過(guò)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(lái)除去固體物料中濕分的操作。

圖2 干燥過(guò)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(duì)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(duì)對(duì)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(guò)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(guò)程是屬于傳熱和傳質(zhì)相結(jié)合的過(guò)程：

（1）熱空氣對(duì)物料加熱升溫；

（2）物料表面液體的蒸發(fā)汽化過(guò)程；

（3）內(nèi)部液體通過(guò)孔隙擴(kuò)散到表面的過(guò)程。

干燥的動(dòng)力學(xué)過(guò)程

干燥曲線：干燥過(guò)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(guò)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(guò)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(rùn)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(lái)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(rùn)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(zhǎng)，阻力增大，造成干燥速率下降。

圖5 極片干燥過(guò)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(guò)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。