激光干燥，“烤”绿色电池 ——专访弗劳恩霍夫激光技术研究所与Coatema研发中心专家

工业干燥每年消耗巨额能源。在电池电极制造领域，传统热风干燥炉动辄长达上百米，占据大量厂房空间。如何让干燥过程更高效、更节能？激光干燥技术正在给出答案。本期《会客室》栏目，我们走进德国弗劳恩霍夫激光技术研究所和Coatema公司研发中心，与一线研究人员和产业专家共同探讨激光干燥的技术突破与产业化前景。

行业痛点，激光破局

工业干燥过程每天都在消耗大量能源。在电池电极制造领域，这一问题尤为突出。“如果你想要以每分钟80到100米的高速运行涂布线，那么你的干燥炉也必须达到80到100米长。”Coatema公司研发中心副总裁Thomas Kabul一语道出了行业痛点。他在涂布与干燥领域工作了超过25年，对产业需求有着深刻理解。

Coatema公司研发中心副总裁Thomas Kabul

面对这一挑战，激光干燥技术提供了一个极具吸引力的解决方案。弗劳恩霍夫激光技术研究所是这一领域的全球顶尖研究机构之一。在这里，薄膜加工部门经理Samuel Moritz Fink博士和他的团队正专注于探索如何利用激光干燥实现更可持续的制造工艺。

实验室有一套完整的激光干燥测试系统。这套系统包含三个模块：用于基准测试的热风干燥模块、一个涂布模块，以及一个专门开发的激光干燥模块。“目前我们的重点研究实锂离子电池电极，同时也在进行燃料电池、印刷电子等领域电极材料的探索。”Samuel介绍道，“任何需要精确控制、快速且节能的干燥过程，都是研究团队关注的方向。”

激光干燥的核心优势在于能量传递方式的不同。传统热风干燥通过对流加热空气，再用热空气加热电极，能量经过两次传递，效率低下。而激光干燥则是辐射被材料直接吸收，直接加热电极。

“我们的估算显示，使用激光辐射干燥可以节省30%到50%的能耗。”Samuel给出了令人振奋的数据。除了节能，激光干燥还能大幅减少设备占地面积。他指出：“在工业电极制造中，干燥系统占据大量空间。通过使用激光辐射，整个干燥系统的占地面积可以减少50%到70%。”

弗劳恩霍夫激光技术研究所薄膜加工部门经理Samuel Moritz Fink博士

在弗劳恩霍夫的激光干燥模块中，研究团队集成了两套Laserline激光系统，配合光学系统创造出两个大型矩形激光光斑，总宽度达到0.8米，恰好覆盖需要加热的电极区域。更重要的是，他们使用热成像相机实时测量干燥过程中的温度，并将数据用于闭环控制激光功率输出。

“这让我们对温度和干燥条件的控制达到了非常高的水平。”Samuel强调道。

激光干燥的工业跃升

实验室的成功只是第一步，如何从中试生产放大到工业环境，才是更为重要的一点。对此，Thomas Kabul谈到，“能耗问题正变得越来越重要。”在他的研发中心，一套集成了两套激光系统的干燥设备已经投入运行，总光斑长度达到1米，并可扩展至1.2米宽度，完全覆盖电池涂布区域。

这套系统目前被定位为“助推器”，放置在传统干燥炉前端。通过在前端快速去除大部分溶剂，可以显著缩短后续热风干燥炉的长度，从而大幅降低能耗和厂房占用。

“但这不是唯一的使用方式。”Kabul补充道，“关于电池制造的另一个讨论是如何去除最后百分之几的溶剂。”因此，激光干燥系统还可以放置在干燥系统的末端，作为后干燥系统，用于去除残留的微量溶剂。

对于电池电极而言，温度控制至关重要——温度不当会影响电极性能和安全性。在这方面，激光技术带来了一个意想不到的突破：在线热成像监测。

高速运转的涂布线
 

“在标准的对流干燥炉中，我们只有几个红外传感器，无法获得完整的温度分布信息。”Kabul解释道，“而激光系统使我们能够用热成像相机直接实时监测整个幅面，从一维的单点测量变成了二维的全面监测。这是巨大的进步。”

这一能力的提升对电池生产的意义重大。电池制造的良率是核心竞争力，而要获得高良率，就必须精确理解干燥过程中每一步发生了什么。热成像技术为工艺优化提供了前所未有的数据支持。

激光干燥工艺

Kabul还指出了激光干燥的另一个独特优势：“在间歇涂布工艺中，激光可以非常快速地进行启停。我们只干燥涂布了材料的部分，不触碰未涂布的基材，因此不会产生热应力损伤。”

这一特性使激光干燥不仅适用于电池电极，还可以拓展到电解槽涂层、印刷电子等需要间歇涂布的领域。

从实验室走向工厂

当被问及这项技术的产业化前景时，Samuel给出了积极的判断：“通过这套系统，我们已经非常接近工业规模。我们现在能够在这一尺度上以连续工艺的方式，研究那些影响干燥系统的放大因素和组件。下一步就是从当前的中试线走向真正的工业化规模。”

Kabul对此同样充满信心。在他看来，激光干燥不仅仅是一项节能技术，更是一种能够提升生产效率、优化工艺控制、拓展材料适用性的平台技术。“生产效率和良率是电池制造的关键，”他最后说道，“而激光干燥让我们能够精确理解并控制干燥过程中发生的每一件事。”

随着全球对高性能、低成本、环境友好型电池的需求持续增长，激光干燥技术正从研究实验室走向工业生产前线。从节能30%-50%、到占地面积减半、再到在线热成像闭环控制，这些数据和技术突破正在勾勒出一条清晰的产业化路径。或许在不远的将来，那条百米长的干燥炉，将被一束束精准可控的激光所取代。

来源：荣格-《国际工业激光商情》

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