鋰離子電池生產(chǎn)的勻漿和涂布過(guò)程對(duì)鋰離子電池性能有著重要的影響，因此人們對(duì)勻漿和涂布過(guò)程的關(guān)注也比較多。鋰離子電池漿料主要由活性物質(zhì)和導(dǎo)電劑顆粒、溶劑、粘結(jié)劑等組分構(gòu)成，在烘干的過(guò)程中溶劑會(huì)揮發(fā)出去，而粘結(jié)劑則會(huì)在活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑的表面析出，因此烘干過(guò)程會(huì)對(duì)電極的孔隙結(jié)構(gòu)和粘結(jié)劑分布產(chǎn)生影響。

我們之前就曾經(jīng)介紹過(guò)得德國(guó)卡爾魯斯工業(yè)大學(xué)的研究成果，發(fā)現(xiàn)烘干速度會(huì)對(duì)電極中PVDF粘結(jié)劑分布產(chǎn)生顯著的影響，快速烘干時(shí)，電極表面會(huì)富集更多的PVDF粘結(jié)劑【1】。

其實(shí)涂布是一種應(yīng)用十分廣泛的技術(shù)，例如在膠卷的印刷、隔膜涂層等領(lǐng)域都會(huì)涉及到各種各樣的漿料涂布工藝，涂布是一門(mén)非常大的學(xué)科，而鋰離子電池只是涉及到了其中非常小的一個(gè)領(lǐng)域。今天就為大家介紹一下，涂布后的烘干過(guò)程對(duì)于涂層的影響（這并不是鋰離子電池漿料涂布的介紹，但是我們可以借鑒其中的經(jīng)驗(yàn)）。

• 單一組分溶液烘干

雖然單一組分溶液相比于復(fù)雜體系的漿料要簡(jiǎn)單的多，但是其烘干的過(guò)程仍然十分的復(fù)雜，首先涉及到溶劑分子在液相內(nèi)部的遷移，以及氣相的擴(kuò)散等過(guò)程。在溶劑從液相蒸發(fā)為氣相的過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致溶劑分子向著液面處聚集，溶劑分子在溶液中的分布受到兩種相互競(jìng)爭(zhēng)的作用力的影響，它們分別是擴(kuò)散作用和蒸發(fā)作用，兩種作用力相互競(jìng)爭(zhēng)，其中擴(kuò)散作用的擴(kuò)散時(shí)間函數(shù)Td=l/D，其中l(wèi)為特征長(zhǎng)度，D為擴(kuò)散系數(shù)，蒸發(fā)的時(shí)間函數(shù)為T(mén)ev=l／Vev，Vev為蒸發(fā)速度，因此可以根據(jù)擴(kuò)散時(shí)間函數(shù)和蒸發(fā)時(shí)間函數(shù)定義一個(gè)成膜Peclet參數(shù)，如下式所示。

如果成膜參數(shù)Pe<1，那么擴(kuò)散速度較快，那么由于蒸發(fā)形成的濃度梯度會(huì)很快在擴(kuò)散的作用下消失，從而保證形成均勻的膜結(jié)構(gòu)。但是如果Pe>1，那么蒸發(fā)速度要快于擴(kuò)散速度，因此會(huì)導(dǎo)致在干燥的過(guò)程中濃度梯度隨時(shí)間而增加，導(dǎo)致膜結(jié)構(gòu)均勻性下降。

從上面的介紹不難看出，較低的烘干速率有利于形成更均勻的膜，但是在實(shí)際生產(chǎn)中我們更偏向于快速烘干，以便提高生產(chǎn)效率。在高速烘干的過(guò)程中會(huì)造成漿料表面的濃度快速升高，從而造成表面粘度升高，形成類(lèi)似凝膠的物質(zhì)，我們一般稱(chēng)之為“表皮”，這是在涂布中需要盡力避免的，“表皮”不僅會(huì)造成最終膜表面變粗糙、影響烘干，還會(huì)造成膜表面出現(xiàn)凹坑、微孔等缺陷。

在快速烘干過(guò)程中膜表面出現(xiàn)“表皮”會(huì)造成溶液的不穩(wěn)定，一種不穩(wěn)定的現(xiàn)象就是“表皮”的出現(xiàn)所對(duì)其下面的溶液造成了封鎖，影響了溶液薄膜的烘干。另外一個(gè)不穩(wěn)定就是“表皮”出現(xiàn)微孔缺陷（研究顯示“表皮”在干燥過(guò)程中產(chǎn)生的形變能量會(huì)以形成微孔的形式釋放）。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中不能一味的追求烘干速度，要根據(jù)溶液的特性，適當(dāng)?shù)倪x擇合適的烘干速度。

• 雙組份溶液烘干

上面討論的單組分溶液是一種理想的情況，實(shí)際生產(chǎn)中所使用的往往都是多組分混合的，例如多種特性、尺寸的顆粒，表面活性劑和聚合物等，每種組分都會(huì)賦予漿料不同的屬性。我們現(xiàn)在假設(shè)一種含有兩種尺寸顆粒的膠溶液，開(kāi)始的時(shí)候這些顆粒在溶液中均勻的分布（下圖A所示）。在烘干的過(guò)程中，由于溶液中存在兩種顆粒，因此我們也就有兩種Pe數(shù)：Pe1、Pe2，在一種情況下Pe1>1，而Pe2<1，此時(shí)大顆粒由于擴(kuò)散比較慢，因而會(huì)在溶液的表層會(huì)富集較多的大顆粒，而小顆粒因?yàn)閿U(kuò)散速度比較快，因而分散比較均勻，最終會(huì)形成大顆粒在上層的分層結(jié)構(gòu)。此外，在硬顆粒體系中，如果兩個(gè)Pe參數(shù)都大于1（Pe1>1,Pe2>1），并且大小顆粒的粒徑相差比較大（相差超過(guò)7倍），可能也會(huì)造成小顆粒在上層的分層結(jié)構(gòu)。

在一些納米體系中，我們也觀察到了烘干分層的現(xiàn)象。例如在較低的烘干速率下，較弱的顆粒-聚合物作用力可能會(huì)導(dǎo)致顆粒團(tuán)聚，但是較強(qiáng)的顆粒-聚合物作用力能夠促進(jìn)形成更佳均勻的膜結(jié)構(gòu)。在快速烘干的過(guò)程中，較弱的顆粒-聚合物作用力會(huì)導(dǎo)致聚合物在上-顆粒在下的分層結(jié)構(gòu)，在較強(qiáng)的顆粒-聚合物作用力下，會(huì)產(chǎn)生顆粒在上-聚合物在下的結(jié)構(gòu)。在高速烘干過(guò)程中，則會(huì)在溶液膜的表面產(chǎn)生一層“表皮”，這可能是最重膜分層的原因。

真正理解理解漿料在烘干過(guò)程中結(jié)構(gòu)的變化過(guò)程將是一個(gè)非常復(fù)雜的問(wèn)題，特別是在鋰離子電池這種復(fù)雜的漿料體系中，存在多種表面特性的硬顆粒，顆粒粒徑相差還很懸殊（活性物質(zhì)顆粒在10-30um，導(dǎo)電劑從數(shù)百納米到幾微米），更增加了電極在烘干過(guò)程中的復(fù)雜性，不恰當(dāng)?shù)暮娓芍贫群苋菀桩a(chǎn)生電極分層結(jié)構(gòu)，從而影響電極的電化學(xué)性能，因此需要我們?cè)趯?shí)踐中不斷摸索經(jīng)驗(yàn)，改善電極的均勻性。

撰稿：憑欄眺

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