涂布过程中电极干燥机理研究

锂离子电池的构成包括正极片、负极片、隔膜和电解液。正、负极片是通过混合活性物质、导电剂和黏结剂制浆后涂敷在集流体上干燥制备而成。

在锂电池制造中，锂电池极片的干燥过程被视为至关重要的工艺环节，同时也是锂离子电池生产中最能耗的步骤之一。据相关研究，镀膜和干燥的能耗占据了锂离子电池生产总能耗的46.84%。

图1简单的总结了电极干燥过程中典型的相变过程。随着溶剂的蒸发，浆液相变成半浆液，然后进一步去除溶剂，形成凝聚的涂层，最后得到致密的固体膜涂层。该过程和机制可以用涂层的形态和物理变化相关的多个阶段来解释；(a)聚集，(b)薄膜固化，(c)薄膜收缩，(d)孔隙形成、分离和结合。

图1电极干燥过程中典型的相变过程

图1典型的电极干燥过程，从浆料相到半浆料相，然后进一步去除溶剂，最后得到致密的固体涂层膜。

1.聚集：是指颗粒、溶剂和粘合剂结合形成半固态涂层的地方。初始流变特性在这里非常重要，因为一旦涂层沉积的剪切被去除，油墨必须形成一个稳定的网络结构，没有流动，这种涂层重量在随后的干燥过程中保持均匀，没有缺陷。

2.薄膜固化：在干燥过程的第二阶段，形成半浆料，此时膜固化，并在涂层顶部形成表面层。自上而下的薄膜固化在电极表面形成固结层。固结层随着溶剂的蒸发而增大，固结层面积扩大，直至接近基材。随着溶剂的蒸发，粘结剂会随着溶剂发生迁移，一旦薄膜收缩停止迁移也会停止。

3.薄膜收缩/孔隙排空：在干燥过程的第三阶段，粘结剂中残留的溶剂含量较低，涂层发生最终收缩，进入排空孔的最后阶段。由于毛细管力在三相边界处起作用，薄膜收缩将与孔隙消失相竞争，气液界面从孔隙回归，直到干燥完成。

4.孔隙形成、分离和结合：在干燥过程的最后阶段，聚合物与基材形成牢固的粘合，最终溶剂被去除，因此最终固体电极膜中的所有颗粒之间也形成了内聚强度。但是薄膜可能发生潜在的偏析，这种偏析的驱动力随着溶剂蒸发的温度和质量流速的增加而增加因此，干燥时间的减少也导致固定时间/分离时间的减少。 

一旦固体相互连接的颗粒形成固体薄膜，薄膜收缩就终止了。溶剂的进一步蒸发使液相退入多孔电极结构，随后使孔隙排空。所有提出的干燥描述都表明，与空孔阶段相比，溶剂蒸发阶段组分的运动对电极微观结构的形成起着更重要的作用。

小结：总之极片的干燥机理是一个聚集后成膜固化和形成孔隙的一个过程。最初湿电极浆料涂覆在集流器上。然后，在真空干燥箱中电极表面发生溶剂自由蒸发，导致浆料中成分的重新分配和电极膜的收缩。电极颗粒在溶剂挥发阶段相互接触，溶解的粘结剂和附着的导电添加剂随溶剂迁移。最后，在溶剂耗尽后，得到由连通孔隙、活性颗粒、聚合物粘结剂和导电剂组成的干燥的非均质电极膜涂层。