锂电

锂离子电池涂布极片干燥

ainet.cn   2025年01月06日

1、极片干燥的方式

(1)远红外辐射干燥:用远红外发射元件将热能辐射到干燥物体表面,使液体蒸发汽化进行干燥。

特点:干燥速度取决与辐射温度,温度高,干燥速度快;

优点:设备简单,适用低档涂布机中的应用;

缺点:干燥效率低,干燥不均匀,易产生干燥缺陷。

(2)双面送风漂浮干燥:漂浮干燥是在干燥箔材双面设置特殊设计的风嘴,送高速喷射的气流,在空气流动附壁效应的作用下,垂直作用到干燥箔材上,在气流的作用下,干燥极片呈漂浮状态。

特点:风嘴设计能产生附壁效应,干燥时极片呈漂浮状态;

优点:能进行双面干燥,干燥效率高;

缺点:双面送风动力消耗大;干燥设备结构复杂庞大。

(3)循环热风冲击干燥:利用空气喷射流体力学原理发展起来的高效干燥技术。干燥空气通过特殊设计的风嘴,以高速喷射到被干燥物体表面,在干燥物体表面阻碍干燥静止空气层在冲击作用下被破坏使干燥效率大大提高。

特点:干燥速度和温度、风量有关,可通过循环风加大风量提高干燥速度和热量利用率;

优点:干燥效率高,通过风量提升干燥速度,避免因高温产生的龟裂缺陷;

缺点:风道结构布局较复杂,风嘴设计要求苛刻。

2、极片干燥的原理

干燥:用加热的方法使水分或其它溶剂汽化,并将产生的蒸气排除,达到除去固体物料中湿分的操作。

如上图所示,干燥过程进行的条件分为三种情况:

1、Pw>P,驱动力使物料中水分汽化;

2、Pw=P,气压平衡,干燥过程停止;

3、Pw<P,驱动力使物料吸水。

干燥的动力学过程如下图:干燥过程分为预热升温段AB、恒速干燥段BC和降速干燥段CDE。

干燥过程分为不同的步骤,每一个步骤都会对极片产生不同的影响,具体如下:

1、预热升温段AB:物料被加热升温;

2、恒速干燥段BC:蒸汽中热量被物料吸收,水分蒸气压大于热空气气压,水分开始汽化,汽化速度与扩散速度几乎一致,干燥速率平稳,呈恒速干燥;此时湿膜中水分急剧挥发,涂膜开始收缩变形,应力逐渐增加,若应力超过物料之间的粘结力时,会出现开裂;

3、第一降速阶段CD:物料内部水分扩散速率小于表面水分汽化速率,物料形成“干区”,导致干燥速率下降,应力开始稳定;

4、第二降速阶段DE:水分汽化界面逐渐转移物料内 部,阻力加大,造成干燥速率下降。

极片干燥过程(如下图):锂电池电极浆料成分均匀分布,随后溶剂蒸发诱导湿涂层厚度减少,颗粒逐渐彼此接近,直至形成最密集的堆积态,涂层收缩终止;随着水分汽化界面推进到孔结构内部,最终形成多孔结构干电极涂层。

涂布干燥是锂离子电池制造过程中的关键步骤,它对电池的性能有着深远的影响。如果干燥温度过低,极片可能无法完全干燥,影响电池性能;而如果温度过高,极片内部的有机溶剂可能过快蒸发,导致涂层龟裂或脱落,影响电池的安全性和循环寿命。因此需要深入了解整个涂布干燥的原理才能明白哪些步骤是关键的影响因素,同时也可以 在出现问题的时候找到问题的根源。

(来源攻略新能源)

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