摘要：在鋰離子電池制造過程中，水分是影響電芯性能、壽命和安全性的“隱形殺手"。特別是卷繞或疊片完成后的電芯，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，包含了極易吸附水分的石墨負(fù)極、多孔的隔膜以及富含粘結(jié)劑的極片涂層。如何高效、地去除這些部件中吸附的微量水分，是提升電池品質(zhì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文旨在深入分析電芯內(nèi)部各組分的水分特性，并系統(tǒng)探討當(dāng)前、高效的干燥解決方案。

一、 水分之害：為何必須深度干燥？

電芯內(nèi)部即使微量的水分（通常要求降至百萬分之100-200以下，即100-200 ppm）也會引發(fā)一系列致命問題：

副反應(yīng)與產(chǎn)氣：水分與電解液中的鋰鹽（如LiPF?）反應(yīng)，生成HF（腐蝕性）和氣體（如CO?、CO）。產(chǎn)氣會導(dǎo)致電芯鼓脹，內(nèi)壓升高，引發(fā)安全隱患。

SEI膜惡化：水分會破壞石墨負(fù)極表面形成的固態(tài)電解質(zhì)界面膜，導(dǎo)致SEI膜不穩(wěn)定、持續(xù)增厚，消耗活性鋰，造成不可逆的容量衰減和循環(huán)壽命縮短。

電流集流體腐蝕：生成的HF會腐蝕鋁箔集流體，導(dǎo)致接觸電阻增大，電池功率性能下降，甚至引發(fā)內(nèi)短路。

自放電加劇：水分引發(fā)的副反應(yīng)會持續(xù)消耗電量，導(dǎo)致電芯自放電率升高。

因此，對卷繞/疊片后的電芯進(jìn)行深度干燥，是確保電池高一致性、長壽命和高安全性的必由之路。

二、 干燥對象剖析：水分藏匿之處

卷繞或疊片后的電芯是一個多層次、多材料的復(fù)合體，其水分來源和吸附特性各不相同：

石墨負(fù)極：干燥難點(diǎn)與核心。

高比表面積與多孔結(jié)構(gòu)：石墨材料具有巨大的比表面積和豐富的孔隙，對水分子具有的物理吸附能力。

表面官能團(tuán)：石墨顆粒表面可能存在含氧官能團(tuán)，能與水分子形成氫鍵，產(chǎn)生強(qiáng)烈的化學(xué)吸附。這部分水最難去除。

隔膜：

多孔親液性：PE/PP等聚烯烴隔膜雖然本身疏水，但其巨大的微孔結(jié)構(gòu)為水分子提供了藏身之所。部分涂膠隔膜（如陶瓷涂覆、PVDF涂覆）則可能引入更多的親水點(diǎn)。

極片涂層：

粘結(jié)劑（PVDF/SBR等）的吸濕性：粘結(jié)劑高分子鏈段可能含有極性基團(tuán)，會吸附水分。

導(dǎo)電劑（SP）的高比表面積：導(dǎo)電炭黑具有的比表面積，是吸附水分的另一大“倉庫"。

殘余溶劑：極片涂布烘干后，涂層深處可能仍有微量溶劑殘留，它們在干燥過程中也需要被一并去除。

三、 核心干燥解決方案：從熱傳導(dǎo)到能量滲透

針對上述復(fù)雜的水分分布，現(xiàn)代電芯干燥方案已從傳統(tǒng)的熱風(fēng)烘箱發(fā)展為更高效、更精準(zhǔn)的綜合性解決方案。

解決方案一：真空烘箱干燥——經(jīng)典且主流

這是目前應(yīng)用泛的方案，真空干燥箱通過“加熱"和“真空"兩個核心手段協(xié)同作用。

真空干燥箱干燥工作原理：

加熱：提供能量，使吸附在材料內(nèi)部的水分子獲得動能，從吸附態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)。

真空：極大地降低水汽分壓，創(chuàng)造了水分快速蒸發(fā)的驅(qū)動力；同時，低氣壓環(huán)境降低了水的沸點(diǎn)，允許在相對較低的溫度下實(shí)現(xiàn)高效脫水，避免對隔膜等熱敏材料造成損傷。

真空干燥箱干燥工藝優(yōu)化關(guān)鍵：

升溫程序：采用階梯升溫法。先低溫（如80℃）長時間干燥，去除大部分自由水和弱吸附水，再升至最終溫度（如105-120℃），深度去除強(qiáng)吸附水。這能避免表面水分快速蒸發(fā)堵塞內(nèi)部通道（“結(jié)殼"現(xiàn)象）。

真空控制：在升溫前期不宜開啟高真空，以免表面水分過快蒸發(fā)帶走大量熱量，導(dǎo)致電芯溫度下降。應(yīng)在溫度穩(wěn)定后，逐步提高真空度。

載具設(shè)計(jì)：電芯在烘箱內(nèi)的放置架需設(shè)計(jì)合理，確保熱輻射和傳導(dǎo)面，避免出現(xiàn)干燥死角。

解決方案二：接觸式熱板干燥（針對疊片電芯）

此方案特別適用于疊片電芯，通過直接接觸傳導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)高效熱管理。

工作原理：將疊片電芯置于上下兩塊加熱板之間，通過緊密接觸進(jìn)行熱傳導(dǎo)。

優(yōu)勢：

傳熱效率高：避免了熱風(fēng)或輻射加熱中的空氣熱阻，熱量直接傳遞到電芯內(nèi)部，升溫速度快，能耗低。

溫度均勻性好：電芯各部位與熱板接觸，受熱均勻，干燥一致性高。

可集成壓力：可在干燥過程中施加輕度壓力，有助于電芯界面接觸，但需注意壓力對隔膜孔隙的影響。

解決方案三：微波真空聯(lián)合干燥——前沿高效技術(shù)

這是潛力的下一代干燥技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了從“由表及里"到“內(nèi)外同時"加熱的跨越。

工作原理：微波能直接作用于極性分子（如水分子），使其高頻振蕩，相互摩擦產(chǎn)生熱量。這意味著電芯內(nèi)部的各個部分同時作為熱源，實(shí)現(xiàn)體相加熱。

核心優(yōu)勢：

速度極快：干燥時間可縮短至傳統(tǒng)真空烘箱的1/10甚至1/20。

選擇性加熱：微波對水等極性物質(zhì)加熱效率高，而對非極性的隔膜、集流體等材料加熱效應(yīng)弱，能量利用效率高，且能有效保護(hù)隔膜。

深度干燥：能直接激發(fā)被深度吸附在石墨孔隙中的水分子，解決傳統(tǒng)方法“鞭長莫及"的難題。

挑戰(zhàn)：設(shè)備成本高；工藝控制復(fù)雜，需防止局部過熱；對電芯內(nèi)部的金屬極耳可能存在打火風(fēng)險，需特殊設(shè)計(jì)。

解決方案四：遠(yuǎn)紅外輻射干燥

工作原理：利用遠(yuǎn)紅外線直接被物質(zhì)分子吸收產(chǎn)生熱效應(yīng)的原理進(jìn)行加熱。

優(yōu)勢：熱穿透能力優(yōu)于熱風(fēng)，加熱速度較快，清潔無污染。

應(yīng)用：常作為真空烘箱的輔助加熱源，或用于干燥線的預(yù)熱段。

四、 干燥工藝的系統(tǒng)性考量

一個優(yōu)秀的干燥方案不僅是設(shè)備的選擇，更是一個系統(tǒng)工程：

低露點(diǎn)環(huán)境傳輸：干燥后的電芯必須在露點(diǎn)極低（如<-40℃）的干燥房或手套箱中進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)和封裝，防止再次吸濕。

在線水分監(jiān)測：在干燥過程中或結(jié)束后，通過在線質(zhì)譜儀或激光水分傳感器，實(shí)時監(jiān)測烘箱內(nèi)水汽分壓的變化，為工藝優(yōu)化和終點(diǎn)判斷提供數(shù)據(jù)支持，實(shí)現(xiàn)從“經(jīng)驗(yàn)驅(qū)動"到“數(shù)據(jù)驅(qū)動"的轉(zhuǎn)變。

MES系統(tǒng)集成：將每個電芯的干燥工藝參數(shù)（溫升曲線、真空度、持續(xù)時間）綁定其條碼，實(shí)現(xiàn)全生命周期的質(zhì)量追溯。

五、 總結(jié)

去除卷繞/疊片后電芯中的吸附水分是一場關(guān)乎電池本質(zhì)安全的“攻堅(jiān)戰(zhàn)"。石墨負(fù)極因其強(qiáng)烈的物理/化學(xué)吸附性是干燥工藝需要攻克的核心堡壘。