一种分析锂电池极片涂布干燥过程的新方法

3、结果与讨论

3.1、石墨涂层干燥过程的荧光发光

图3小颗粒石墨(Graphite1)不同的干燥时间之后捕捉到的RGB图像，涂层面密度为72g/m2，去除溶剂的标准干燥时间为65s。由图可知，随着干燥时间延长，溶剂量减少，涂层荧光强度逐步降低。干燥涂层几乎不发光(图3f)。

图3不同的干燥时间之后捕捉到的RGB图像，干燥时间从(a)11.9s到(f)68.7s

每个干燥时间都直接连续拍摄三张图像，本图展示其中的第一张。(f)干燥时间超过除去溶剂所需的总干燥时间(t=65s)，因此代表干涂层。标准干燥条件为(76.5℃，1.2g∙m-2∙s-1)。所示的涂层由小石墨颗粒(Graphite1)组成。

图3所示原始图像根据2.2节所介绍的步骤进行处理，不同干燥时间下红色灰度值的高斯分布如图4所示，每条曲线对应特征量标准偏差σ和平均灰度值nmax。较短的干燥时间时，nmax出现明显的平台，其值约为90，直到干燥时间30s，nmax值几乎保持恒定，而且分布较窄，标准偏差σ小。干燥时间从30s到55s，随着时间增加，荧光减弱，而且分布变宽。干燥时间达到55s后，涂层不断接近干燥状态，高斯分布再次达到稳定状态，分布较窄。最终干燥涂层由于入射光缘故，nmax值不会完全变为零。

荧光发光与液相相关，干燥初始阶段，平均灰度值nmax没有变化，出现明显的平台。总的标准干燥时间为65s，但是直到40s时nmax值仍旧保持在一半。而55s后，虽然涂层中还含有溶剂，但灰度值也没有明显变化。因此，实验中获取的照片主要表征涂层表面的液相含量。

图4红色灰度值的高斯分布-干燥时间关系图

Graphite1小石墨颗粒组成的涂层，每个干燥时间从SLR相机捕捉的第一张照片，根据2.2节部分所描述的步骤进行图像处理。

接下来，本文关注了向涂层喷射空气流时所捕获第二张照片的差异。图5a是在两个干燥时刻，各自连续拍摄的三张照片的比较。捕捉第二张照片时，用加压空气喷嘴向照相区域涂层上直接喷射空气气流。干燥时间12.4s时，空气吹扫涂层荧光变化不明显，而40s时空气吹扫涂层后，荧光明显减少。图5b是六张照片的高斯分布图，在较短干燥时间(texit=12.4s)时，三张照片中获得的nmax都很大，差值Δn12和Δn23小并且都落在实验值偏差范围内。而texit=40.0s时，三个nmax都很小，喷嘴作用导致的差值Δn12和Δn23很大。在干燥的后期阶段，涂层表面液相消失，孔隙内的液相排除成为主要干燥过程，液相分布与孔结构分布相关，与与初始液相状态不一样。

图5(a)在两个干燥时刻，各自连续拍摄的三张照片的比较。捕捉第二张照片时，用加压空气喷嘴向照相区域涂层上直接喷射空气气流。(b)在较短干燥时间(texit=12.4s)时，三张照片中获得的nmax都很大，差值Δn12和Δn23小并且都落在试验值偏差范围内。而texit=40.0s时，三个nmax都很小，喷嘴作用导致的差值Δn12和Δn23很大。

涂层不同的干燥阶段对空气吹扫的外部影响以不同的方式响应。较短干燥时间时，涂层荧光处于恒定平台期，干燥时间延长到40s，涂层荧光发射明显超出平台期。图6是在烘干器中不同停留时间下第一张照片的nmax(三次实验平均值)，以及第一、二张照片的差值Δn12(单次实验)的对比，其中图6a是Graphite1(球形,d50=8.9μm)，图6b是Graphite2(多面体,d50=20.4μm)，nmax与四参数逻辑(4PL)拟合曲线近似，存在初期平台期。Δn12在不同的干燥阶段明显不同，最开始，Δn12值很小，接近于0。某一时刻，Δn12值突然远大于0。这样，通过Δn12值突然变化可以精确确定平台结束时刻。两种石墨涂层比较，大颗粒石墨平台转变期更早出现。为什么石墨形貌不同会对干燥过程以及电极微结构形成有影响呢？

图6在烘干机中不同停留时间下第一张照片的nmax(三次实验平均值)，以及第一、二张照片的差值Δn12(单次实验)的对比：(a)Graphite1(球形,d50=8.9μm)，(b)Graphite2(多面体,d50=20.4μm)。nmax与四参数逻辑(4PL)拟合曲线近似，并表明了不同的初始平台。从恒定nmax平台到中间阶段的过渡时域以绿色突出显示。