鋰電池涂布時極片烘干的過程是涂布的難點和重點，本文對其影響因素進行簡單介紹，具體參數需要根據產品特性針對性調整。
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極片烘干過程，業內常見的模型是將其分為如下四個階段，如下：
極片干燥經歷如上四個動力學過程，即預熱階段、加熱階段、恒干燥速率階段以及降速階段。干燥初始階段，熱風迅速掠過涂布漿料表面，加熱箔材及漿料，促使漿料表面溶劑蒸發，并以氣液兩相形式通過界面擴散。涂布漿料中NMP 以及水等溶劑在恒干燥速率階段大量蒸發，溶劑到達涂層表面并富集。
干燥速率受涂層表面氣相干燥界面物質擴散動力學控制。
由于熱風直接作用于漿料表面，涂布漿料表層溶劑完全汽化，涂布層內部漿料溶劑因毛細作用遷移至表面，不斷蒸發，涂布層逐步收縮。當濕含量達到臨界狀態下，極片表面出現不連續干點，此階段為恒速干燥階段。此時干燥速率取決于熱風溫度、風速、回風比以及漿料配方。
當涂布活性材料中溶劑含量較低時，極片溫度整體升高并形成溫度梯度，熱量由表層傳入涂布層內部，而溶劑不斷擴散至涂布層表面，為降速干燥階段。此階段干燥速率受溶劑遷移速率控制，即受到半干涂布層顆粒及間隙分布方式控制。
合理控制溫度、風速等可以有效提高單體電池的性能一致性
第三四階段，涂覆漿料黏度極大，即便提高干燥溫度，干燥速率依然較低
干燥溫度較低時，黏結劑的分布更為均勻，集流體同活性材料的黏結更為牢固
復合干燥可以提高干燥效率。例如將單面熱風干燥變為雙面熱風干燥，烘箱內采用負壓條件，結合其他加熱方式，如紅外線和微波輔助加熱等，形成復合干燥工藝，改善干燥條件。
紅外干燥可以去除極片涂層中毛細管水分和表面殘余水分，特別適用于厚度較大的高能量電極涂層。干燥過程操作簡單，熱量集中，干燥速度快，但干燥時黏結劑出現二次團聚，負極極片的電化學性能降低。通常將其與對流干燥結合，形成混合干燥系統。由于涂層厚度的差異，紅外干燥溫度的不均勻性始終沒有得到徹底解決，對于非水系溶劑的漿料干燥，效率不足。
微波干燥技術是通過微波介電加熱促使極片中水分脫除。微波為體積加熱，干燥時極片內部自由水首先氣化，形成較高蒸發壓力梯度，加速內部水分遷移。微波混合干燥可以極大提高干燥效率，干燥時對涂層的破壞較小，但易造成極片鼓包、炸片等。
首先涂布烘箱的常見內部結構，如下所示。主要包括極片出入口、入風口、排風口、風刀和上下兩風室等結構。入風口分為上入風口和下入風口，分別與上下兩風室連接，且位于風室一側的中部位置。
風刀是烘箱內的核心均流元件，風刀主要起到對氣流組織、調整及勻流的作用，是涂布機廠家的關鍵技術，所以不同設備廠家的風刀(空氣噴嘴)有著不同的結構、功能和特性。
在開孔率為 19.6%，送風高度分別為 15mm 時，分析狹縫寬度分別為 2、3、4、5mm 時對風刀流場特性的影響。狹縫間距不同時，速度分布趨勢是一致的，但風刀出口的速度有較大變化。狹縫寬度越小，氣流流經此處的速度也就越大，對應地，風刀出口截面中心線上的風速也就越大，這是由于風量固定的情況所導致的結果。但是 ，隨著狹縫寬度的逐漸增大，氣流通過均流篩板后的速度衰減越小，氣流在風刀內的流動更為充分。
當狹縫出口為 3、4、5mm 的寬度時，風刀出口的風速大小依次增大，風速分布的曲折度較為一致，但當狹縫出口為 2mm 的極窄間距時，沿Z 軸方向的風速分布折線突然出現較大的曲折，這表明了狹縫出口的寬度太小，對風速分布的均勻性有著較大的影響。
可看出，狹縫寬度越小，風刀出口的速度均方差越大，代表速度分布越不均勻，當狹縫出口寬度為 2mm 時，風刀出口雖然風速有一定提高，但速度的波動程度卻十分劇烈，導致均方差值驟然增大，說明風刀的均流效果極差。
狹縫寬度不同時，風刀進出口的平均總壓及壓差值見如下：
可得，狹縫寬度越小，進出口壓差越大，說明氣流在風刀內的流動阻力較大。但當寬度由 3mm 減小至 2mm 時，進出口壓差值得到大幅增加，阻力增加效應尤為明顯。
綜上可得，狹縫寬度小于 3mm 時，雖然風速有較大提高，但風刀的均流效果變差，同時阻力陡然增大，故此種結構一般不予選取。狹縫寬度為 5mm 時，出口的風速則相對較小。通過均方差值的大小可看出，狹縫寬度為 4mm 時，均方差值最小，代表風速分布最為均勻，此時風速均值大小也較為合適，因此狹縫寬度為 4mm 最為合適。
在開孔率為 19.6%，狹縫間距為 3mm 時，時，分析送風高度分別為 10、15、20、25mm 時對風刀流場特性的影響
由上圖可得，送風高度不同，氣流在極片表面的速度不同。送風高度越大，氣流在沖向極片的過程中，一部分氣流會向風刀內側流動，導致另一部分氣流沖向極片表面時的風速已經衰減至較小值，沖擊強度可能無法滿足極片的干燥需要。
通過上可得，送風高度不同，風刀進出口壓差無明顯增大或減小趨勢，這說明高度因素對風刀的阻力影響亦不大。
綜上所述，送風高度參數主要影響氣流沖擊極片表面的強度，在此次數值模擬中，此參數對風刀的均流特性及阻力特性均無較大影響。
便于理解以上內容，極片干燥，可以使用熱風沖擊干燥模型。熱風沖擊射流干燥的原理是利用空氣射流沖擊濕物料表面，以去除濕物料表面水分。模型如下所示：
(1)自由噴射流區。射流的外邊界存在剪切應力，將周圍的介質及相應的動量、能量裹入到射流中。產生的影響主要有：非均勻徑向速度剖面的發展，射流擴張率和總傳質率的增加，以及在沖擊到下板之前的射流溫度的改變等。
(2)滯流區。流動在由軸向轉向徑向之前的區域一般稱為滯流區，也稱為駐點區。在此區域，流動速度迅速滯止為 0，并且急劇地由軸向轉向徑向，產生了很大的逆壓力梯度，因此參數變化最為劇烈，從而使射流沖擊表現出與簡單的平行剪切流動完全不同的特征。
(3)壁面射流區：在滯止區壓力梯度的驅動下，流體迅速向外流出，但已不再是簡單的平行剪切流動，沿壁面流動的距離越遠，其區域越大。
流體從噴嘴噴出時，其速度分布大體上是均勻的，但隨著氣流流程的增加，噴射流與邊界層外流體進行能量交換，勢流核心區很快消失。同時射流的寬度不斷增加，速度分布剖面也由噴嘴出口時的均勻分布，逐漸變成呈高斯分布的鐘形速度分布。當自由射流沖擊到壁面之后，即轉化成為滯留區流動和壁面射流。
干燥過程中，熱風將熱量傳遞給漿料表面，由漿料表面向內部逐漸傳遞，這個過程為傳熱過程。漿料獲得熱量以后，由于其表面溶劑蒸汽分壓 Pj大于熱風溶劑蒸汽分壓 Pf，使得漿料中的溶劑快速蒸發，氣化后的溶劑蒸汽通過漿料表面的邊界層向熱風主體中擴散。熱風連續不斷的將氣化溶劑帶走，從而達到干燥的目的。
首先明確：鋰電池涂布烘箱用的紅外技術，嚴格定義應該是：紅外—熱風烘干系統
為什么不是純粹的紅外進行加熱干燥，原因是：用純紅外加熱時，極片表面會形成一層氣膜，這層氣膜對內部溶劑的揮發產生抑制作用，還會影響紅外輻射的穿透效率，影響了干燥速度。
紅外吸收原理是，是基于物料處于本征頻率時的吸收能力較強，紅外輻射在物料表層就被吸收，無法深入內部進行加熱，因此，依靠分子振動的非諧性，將紅外熱源的輻射峰值位置偏向長波方向，避開物料的主吸收帶，兼顧了紅外輻射的穿透能力和物料的吸收能力，使輻射能穿過物料表面進入內部進行加熱。
紅外-熱風干燥系統，在熱風對流循環干燥，在吹散極片表層氣膜的同時，還能把熱量均勻的傳遞到極片的各個位置，及時排出高濃度廢氣并且補充新鮮的干燥熱空氣，這樣可以大大提高溶劑的揮發和排出速率，降低傳質阻力，提高極片的干燥質量。紅外熱風聯合干燥綜合了紅外輻射和熱風對流各自的優點，可以極大地提高干燥速率。
如下圖所示：不同熱風溫度條件下，關鍵截面的溫度分布情況基本相同，只是數值不同。極片正上方區域的溫度整體高于干燥箱左右兩側區域，這是因為極片上方受到紅外燈管的直接輻射，而左右兩邊由于干燥箱內部結構的原因，紅外線照射不到該區域。因為極片上表面為主要干燥區域，所以兩邊溫度對干燥結果影響較小。極片正上方靠近紅外燈管的位置溫度略高，沿干燥箱長度方向呈波浪形連續分布，最大溫差為5℃，溫度分布較為合理。當增加熱風溫度后，干燥箱內溫度也會相應增加，說明熱風溫度跟箱內溫度呈正相關關系。60℃熱風條件下該平面的最高溫度和最低溫度分別為100 和 75℃，比 50℃時分別高 10℃，比 40℃時分別高 20℃。
當熱風溫度為 50℃時，分別設置熱源功率為 130W、180W、230W，溫度分布山峰圖如下圖所示。通過下圖可以看出，熱源功率對干燥箱內溫度的數值和分布情況影響很大。干燥箱 Z=75mm 平面極片正上方溫度范圍分別為：130W 時為 70~78℃，180W 時為 80~90℃，230W 時為 100~115℃。130W 時溫度一致性較好且分布平緩，波動范圍很小，但整體溫度偏低，會增加干燥時間；180W 時溫度分布較為均勻且溫度適中，可以滿足穩定干燥極片的要求；230W 時，該平面的整體溫度較高且高溫區域比較集中，主要集中在靠近紅外燈管的位置，會使干燥不均勻，影響干燥效果。
不同輻射距離時的溫度分布圖如圖所示，從圖中可以看出，輻射距離 80mm時平均溫度最高，溫度波動也較為劇烈，高溫區域比較集中，最高溫度達 105℃。140mm時溫度適中，整體溫度分布較為均勻，最高溫度為 90℃，極片上方溫差最大為 6℃，利于極片的穩定干燥。200mm 跟 140mm 相比溫度分布更加平緩，但是整體溫度偏低，溫度范圍為 69~73℃，影響極片的干燥效率。由此可見，增大輻射距離會降低干燥箱內各區域的溫度，增加干燥時間，但距離太近又會使箱內溫度分布均勻性變差，導致局部溫度過高和極片內外干燥速度差別太大，會影響干燥質量。輻射距離對干燥箱的溫度場影響很大，是影響箱內溫度分布的重要因素。
綜上：熱風溫度對溫度場影響較小，熱源功率和輻射距離對干燥箱內部溫度的分布和數值影響很大
原文始發于微信公眾號（鋰電產業通）：鋰電池涂布、極片烘干原理介紹
