CN103785599A - 电极片/电池芯去水干燥设备及方法 - Google Patents

Abstract

一种电极片/电池芯去水干燥设备及方法，该设备包括风干室、除湿装置、加热装置、送风装置及若干连接管道。所述风干室用于放置待干燥的电极片或电池芯，所述风干室、除湿装置、加热装置通过连接管道首尾连接而形成可供干燥介质——空气循环流通的流通空间，空气在流通空间内循环流动可带走电极片或电池芯上的水分，通过控制干燥时间和干燥温度，便可实现干燥目的。本发明利用空气作为干燥介质吸附电极片或电池芯上的水分，摒弃现有技术中必须采用的“抽真空或充惰性气体”技术手段，以更加简单的技术手段，实现了更优的技术效果：解决了电极片的氧化问题，并可大幅缩小设备体积，减少生产成本，提高干燥效率。

Description

电极片/电池芯去水干燥设备及方法

【技术领域】

本发明涉及二次电池，尤其涉及锂离子电池生产制造工艺中电极片和电池芯去水干燥的设备及方法。

【背景技术】

锂离子电池的基本结构包括电池芯，所述电池芯是由重叠或卷绕的数个电极片构成，电极片包括集流体和涂敷极性涂料层。每个电极片的边上设置有极耳，同极性的极耳重叠焊接后与锂离子电池外接端子连接。锂离子电池容量大小以及充电性能的好坏，不但与集流体的极性涂料层相关，也与极片含水量（干燥度）息息相关。在电极片和电池芯的制作过程中，都分别需要进行干燥处理。现有技术中对电极片或电池芯进行干燥处理，通常会采用加热使水分蒸发的方式进行干燥，在加热过程中，还需进行抽真空处理或充入惰性气体。在本领域中，技术人员在对电极片或电池芯进行干燥处理时，普遍认为需要抽真空或充惰性气体才能实现干燥目的，其中，抽真空是为避免电池芯或电极片发生氧化，充入惰性气体一方面为防止氧化，另一方面希望利用干燥的惰性气体吸附水分而达到干燥目的。如中国专利“锂离子二次电池极片的干燥方法”(ZL201010601374.0)提出的干燥方法：真空加热烘烤——惰性气体与湿气交换（保持）——真空加热烘烤——循环。这是在本领域中很典型的一种干燥方法，同时采用了抽真空和充惰性气体的手段，这么做虽然可有效避免电极片氧化，但其烘烤干燥的时间很长，通常需要24-36小时，干燥效率低。且由于干燥时间过长，导致耗电量会大幅增加，如每干燥10万安时的极片所需的总耗能便达到了18060～27090千瓦。此外，干燥过程中抽真空和充氮气，就必须设置相应的装置，这不仅会大幅增加设备的体积，而且也会大幅增加成本。

【发明内容】

本发明旨在解决上述问题，反其道而行之而提供一种直接使用空气作为干燥介质，既可实现干燥目的，又可有效减少设备体积，降低生产成本，并可有效缩短干燥时间而提高干燥效率的电极片/电池芯去水干燥设备。

本发明的目的，还在于提供一种电极片/电池芯去水干燥的方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种电极片/电池芯去水干燥设备，其特征在于，该设备包括用于放置待干燥的电极片或电池芯的风干室、除湿装置、加热装置、送风装置及若干连接管道，所述风干室的入风口及出风口分别通过连接管道与加热装置的出风口及除湿装置的入风口连接，所述加热装置的入风口则通过连接管道与所述除湿装置的出风口连接，所述风干室、加热装置、除湿装置及连接管道形成可供空气循环流通的流通空间，所述送风装置与所述连接管道贯通连接或与所述除湿装置的入风口连接，当设备工作时，所述送风装置持续性地或间歇性地向流通空间内注入空气，空气经加热装置加热至设定温度后流至所述风干室内而吸附待干燥的电极片或电池芯上的水分，吸附有水分的空气流入除湿装置被干燥后与送风装置注入的新空气混合而流入加热装置，或与送风装置注入的新空气混合后流入除湿装置，其后再流入所述加热装置，空气以此循环流动而干燥电极片或电池芯。

所述送风装置连接于除湿装置与加热装置之间的连接管道上，其向流通空间内注入的新空气为干燥的空气。

所述风干室内设有测量其内部温度的温度传感器和/或温度计和/或测量空气露点值的露点仪及用于调节流通空间内气压的气压阀。

所述流通空间内的气压在气压阀的调节下与外界大气平衡或高于外界大气压。

所述风干室的出风口设于风干室的上部或顶部，其进风口设于风干室的下部或底部。

所述风干室内层叠地设有若干用于放置电极片或电池芯的托盘，所述托盘上设有便于空气流通的网孔或网格。

在所述风干室内设有若干个用于将加热后的空气导流至各托盘的导气管，所述导气管的一端分别与风干室的进风口贯通，其另一端分别设于各托盘处。

所述风干室内设有若干个用于放置待干燥的电极片或电池芯的的风干单元，所述风干单元各设有进风口和出风口，其进风口分别直接或间接与风干室的进风口贯通，其出风口分别直接或间接与所述风干室的出风口贯通。

各风干单元内分别设有所述温度计和/或温度传感器和/或露点仪及气压阀，在各风干单元的进风口各设有控制进风量的进风阀门。

所述风干单元内层叠地设有若干用于放置电极片或电池芯的托盘，该托盘上设有便于空气流通的网孔或网格。

所述设备工作时，所述风干室内的温度控制为50-100摄氏度。

所述空气在流通空间内循环流动6-12小时以干燥电极片或电池芯。

本发明还提供一种电极片/电池芯去水干燥的方法，该方法包括以下步骤：

a、将待干燥的电极片或电池芯放置于可使空气循环流通的密闭流通空间内；

b、通过送风装置向所述密闭流通空间内注入空气，并使空气在流通空间内循环流动；

c、利用加热装置加热流通空间内的空气，使加热后的热空气吸附电极片或电池芯上的水分；

d、利用除湿装置干燥所述吸附有电极片或电池芯上的水分的空气；

进一步地，依次循环执行步骤b、c、d，使空气在流通空间内循环流动6-12小时而干燥所述待干燥的电极片或电池芯，其中，吸附电极片或电池芯上的水分的热空气的温度控制为50-100摄氏度。

本发明的有益贡献在于，其有效解决了上述问题。本发明突破传统定向思维，利用空气作为干燥介质吸附电极片或电池芯上的水分，通过控制干燥温度和干燥时间而实现干燥目的。本发明摒弃现有技术中必须采用的“抽真空或充惰性气体”技术手段，以更加简单的技术手段，实现了更优的技术效果：解决了电极片的氧化问题，并可大幅缩小设备体积，减少生产成本，提高干燥效率。本发明具有结构简单、干燥效率高、成本低、易于实施等特点，宜大力推广。

【附图说明】

图1是本发明的电极片/电池芯去水干燥设备的简单示意图，其中箭头代表空气在流通空间内的流通方向。

图2是实施例2的风干室的结构示意图。

其中，风干室10、入风口11、出风口12、风干单元组13、风干单元131、除湿装置20、加热装置30、送风装置40、连接管道50、流通空间60、第一墙体71、第二墙体72、第三墙体73、第四墙体74、排风通道81、导风通道82。

【具体实施方式】

下列实施例是对本发明的进一步解释和补充，对本发明不构成任何限制。

实施例1

如图1所示，本发明的电极片/电池芯去水干燥设备包括风干室10、除湿装置20、加热装置30、送风装置40及若干连接管道50。所述风干室10用于放置待干燥的电极片或电池芯，所述加热装置30用于加热干燥介质——空气，所述除湿装置20用于去除空气中水分而干燥空气，所述送风装置40用于注入空气。所述风干室10、除湿装置20、加热装置30通过连接管道50首尾连接，便可形成可供干燥介质——空气循环流通的流通空间60，通过空气的循环流动便可带走电极片或电池芯上的水分，从而实现干燥目的。

具体地说，所述加热装置30可选用公知的加热装置30，本实施例中，该加热装置30选用公知的烘烤箱，其加热功率可调。该加热装置30设有出风口和入风口，其出风口通过连接管道50与所述风干室的入风口11贯通，其入风口通过连接管道50与所述除湿装置20的出风口贯通。

所述除湿装置20可选用公知的除湿装置20，本实施例中，其为转轮除湿机。该除湿装置20的入风口通过连接管道50与风干室的出风口12贯通，使从风干室10流出的带有水分的空气进入除湿装置20而被干燥。

由于除湿装置20干燥带有水分的空气时，流通管道内的空气或多或少有所损失，为使流通管道内有足够量的空气循环流通进行干燥，可在连接管道50上接入送风装置40，通过送风装置40向流通管道内补充空气。该送风装置40可接入连接管道50的多位位置，本实施例中，如图1所示，优选连接在风干室10与除湿装置20之间的连接管道50上，以方便注入的空气经干燥后再进行加热。其他实施例中，也可连接在加热装置30与除湿装置20之间的连接管道50上，或直接与除湿装置20的入风口连接。需说明的是，根据本发明的干燥原理，为提高干燥效率，进入风干室10的空气宜为干燥的空气，从而可吸附水分而带走电极片或电池芯上的水分，若湿度太大，容易使流通空间60内湿度过大而不利于干燥。因此，当送风装置30连接在加热装置30与除湿装置20之间的连通管道50时，送风装置30注入流通空间60的空气应为干燥的空气，即空气注入前已经过干燥处理。而送风装置40连接在其他位置时，空气流通至风干室10前会经过除湿装置20，不管是干燥的空气还是具有一定湿度的空气，其均会被处理成干燥的空气。所述送风装置40可选用公知的送风装置40，其送风量可自动调节或手动调节。系统工作时，该送风装置40向流通空间60内注入的空气量可根据具体情况而设定，其既可持续性地往流通空间60内注入空气，也可间歇性地往流通空间60内注入空气。

所述风干室10用于放置待干燥的电极片或电池芯，为实现更好的干燥效果，该风干室10可由保温材料制成。该风干室10设有出风口和入风口，其出风口设于风干室10的顶部或上部，其入风口设于风干室10的下部或底部，以便于利用高温气体比低温气体轻的特性，使空气在风干室10内可形成局部循环流动。为便于控制干燥温度，即风干室10内干燥介质温度，可在所述风干室10内设置温度计或温度传感器。为便于测量风干室10内空气含水量，可在风干室10内设置露点仪。为便于控制流通空间60内的气压，可在风干室10内设置气压阀。所述气压阀优选自动型气压阀，使得流通空间60内气压可根据情况而自动进行调节以保持稳定的气压状况。所述流通空间60内的气压可与外部气压相等，或略高于外部气压。本实施例中，优选略高于外部气压。因为除湿装置20入风口一般有风压，以流通管道内气压高于外部气压的微正压方式进行干燥，可减少干燥时间。在风干室10内层叠地设有若干用于放置电极片或电池芯的托盘，在所述托盘上设有便于空气流通的网孔或网格。为更好地将空气导至放有电极片或电池芯的各托盘，在所述风干时内设有若干个导气管。该导气管的一端分别与风干室10的进风口贯通，其另一端分别设于各托盘处。由于需要放置待干燥电极片或电池芯，所述风干室10应可以打开并关闭。当风干室10关闭时，除气压阀可与外部相通外，该风干室10内部应与外部密封。

需说明的是，各连接管道50与各出风口及进风口的连接部位，应满足密封连接的要求，如使用公知的密封手段使连接处密封，进而使流通空间不漏气。

藉此，通过风干室10、加热装置30、除湿装置20及连接管道50首尾连接，便形成了可供空气循环流通的流通空间60，通过加热装置30加热流通空间60内的空气，利用热空气吸附待干燥的电极片或电池芯，通过控制干燥时间和干燥温度，便可实现对电极片或电池芯进行干燥的目的。以下详细介绍使用本发明的电极片/电池芯去水干燥设备对电极片或电池芯进行干燥的工艺流程及与干燥过程：

1、打开风干室10，将待干燥的电极片或电池芯放入风干室10内的托盘上。

2、检查温度计、露点仪、气压阀、各接口及各部件是否工作正常，若正常，开启风干室10、加热装置30、除湿装置20及送风装置40。空气流经加热装置30时，加热装置30对空气进行加热而使之变成热空气进入风干室10。空气循环流动时，通过控制加热装置30的加热功率及/或送风装置40的送风量，使风干室10内的温度控制在50-100度。例如，在风干室10内设置温度传感器，使温度传感器与加热装置30设置成负反馈连接，当温度传感器检测到风干室10内温度低于50度时，其反馈至加热装置30而使加热装置30自动增大加热功率；当温度传感器检测到风干室10内温度高于100度时，其反馈至加热装置30而使加热装置30自动降低加热功率。所述风干室10内温度可通过多种手段进行调节，其即可设置温度传感器联动加热装置30自动调节，也可设置温度计而由工艺人员自动调节，或设置温度传感器联动送风装置40自动调节送风量等或其他手段，本实施例不一一详细说明。需说明的是，不管通过何种方式控制风干室内温度，其主要目的都是使风干室呢你温度保持在50-100度，以实现本发明的干燥目的。

3、经加热后的空气从风干室的入风口11进入风干室10，由于高温气体比低温气体轻，热空气吸附电极片或电池芯上水分时，温度会有所降低，因此，进入风干室10内的空气便会在风干室10内形成局部循环，从而更易于带走电极片或电池芯上的水分。吸附有水分的空气最后从风干室10顶部或上部的出风口排出。

4、如果送风装置40连接在风干室10与除湿装置20之间的连接管道50上或在除湿装置20的入风口，带有水分的空气从风干室的出风口12排出后，与新注入的空气混合而流经除湿装置20，由除湿装置20将空气中所含水分排出，再流通至加热装置30。如果送风装置40连接在加热装置30风干室10之间的连接管道50上，带有水分的空气从风干室的出风口12排出后直接流经除湿装置20，由除湿装置20将空气中所含水分排出，经干燥后的空气与送风装置40注入的新空气混合而流通至加热装置30，以此循环。

5、空气在流通管道内循环流动进行干燥，如此循环干燥6-12小时，电极片或电池芯便可干燥至所需程度。本实施例中，优选干燥8-12个小时。当干燥时间达到6-12小时时，关掉加热装置30的电源，待风干室10内温度冷却至常温时，即可打开风干室取出已干燥的电极片或电池芯，进入电池生产的下一个工艺环节。需说明的是，所述送风装置40、除湿装置20的电源既可随加热装置30的关闭而关闭，也可在加热装置30关闭后保持一段时间。本实施例中，优选先关掉加热装置30的电源，其后间隔一定时间后再关掉送风装置40及除湿装置20的电源，这样可以利用送风装置40使空气流通而使之较快冷却至常温，否则依靠自然冷却需耗费较长时间，不利于提高干燥效率。

经试验，使用本发明的设备对电极片或电池芯进行干燥处理，其完全可实现现有技术的干燥效果。而在现有技术环境下，所属领域的技术人员普遍认为若不采用抽真空或充惰性气体的方法，便会出现电极片严重氧化的问题，从而无法实现既定的干燥效果。而本发明的技术方案，反其道而行之，直接通入空气进行干燥处理。实验发现，电极片的氧化问题并不是所属领域技术人员所预料的那样，在50-100度温度下，循环干燥6-12个小时，其既能实现既定的干燥效果，又不会导致电极片不良。此外，氮气是一种常见的用作干燥用的惰性气体介质，其露点低于氧气的露点。众所周知，空气是由21%的氧气和78%的氮气组成的，因此氮气的露点是低于空气的露点。那么，根据理论预测，使用空气作为干燥介质进行干燥的时间应比使用氮气作为干燥介质进行干燥的时间要长。而实际中，本发明克服了这种技术偏见采用了缩短干燥时间的方法，实验证明，其即可有效解决电极片氧化问题，又可实现既定的干燥效果。由于本设备未采用抽真空或充氮气环节，因此可大大降低设备的制造成本，且可减少设备占地面积，使得本发明以更简单的技术手段实现了更优的技术效果。

实施例2

本实施例的基本结构同实施例1，所不同的是，如图2所示，所述风干室10内托盘的设置方式不同。本实施例中，在所述风干室10内设有若干个风干单元131，所述托盘层叠地设于各风干单元131内。所述风干单元131分别设有进风口和出风口，其进风口分别直接或间接与风干室10的进风口11贯通，其出风口分别直接或间接与所述风干室10的出风口12贯通。由于实际使用时，所述风干室10不一定满负荷使用，为便于根据实际使用需求而使用风干室10，可在各风干单元131的进风口处分别设置进风阀门和流量计（图中未示出），通过流量计检测通风量，然后通过进风阀门控制进风口的开启与关闭来控制其进风量，从而使得可根据实际使用需求而关闭某些不需要使用的风干单元131，进而起到节能的效果，节约干燥成本。为进一步控制各风干单元内的温度和露点，可在各风干单元131内分别设置所述温度计和/或温度传感器和/或露点仪及气压阀（图中未示出）。为实现自动控制，所述进风阀门可设置成根据风干单元内的具体温度、露点值而自动调整进风量。需说明的是，本发明所称的测量仪器及控制仪器，如进风阀门、流量计、温度计、温度传感器、露点仪、气压阀等，可通过相应的控制电路实现，其即可是简单的控制电路，也可以是复杂的设有中心处理器的控制电路，本领域的技术人员根据本发明所述，能设置各种具体而不同的实现电路，因此，本实施例不具体介绍其具体连接方式，而以所希望达到的功能目的进行介绍。

所述风干单元131可设置成各种形式，例如，可设置成密闭的盒状结构，在其侧壁上分别设有一个进风口和出风口，其通过导气管而与风干室的进风口和出风口贯通。本实施例中，其可采用以下形式进行设置：

如图2所示，所述风干单元为矩形盒装结构，其层叠设置，而形成两列风干单元组13。该两列风干单元组13相互间隔，在该两列风干单元组13之间设有分别与该两列风干单元组13面接触的且相互间隔的第一墙体71和第二墙体72，该第一墙体71与第二墙体72及与之相接触的风干单元组13的侧壁上均设有便于空气流通的网格或网孔，所述第一墙体71与第二墙体72之间形成排风通道81，该排风通道81与风干室的出风口12相贯通。在所述风干单元组13的与排风通道81相对的另一侧分别设有第三墙体73与第四墙体74，该第三墙体73与第四墙体74及与之相接触的风干单元组13的侧壁上均设有便于空气流通的网格或网孔，所述第三墙体73及第四墙体74分别与风干室10的侧壁相间隔而形成导风通道82，该导风通道82分别与风干室10的进风口相贯通。其中，风干单元组13侧壁上的网格或网孔便可视为相应风干单元131的进风口和出风口。所述进风阀门设于进风口处，即设于风干单元组13侧壁上的网格或网孔内。当空气进入风干室10时，其由风干室的入风口11进入导风通道82内，再从导风通道82流通至进风阀门打开的风干单元131内内，吸附电极片或电池芯水分后进入排风通道81，最后由风干室的出风口12排出。

需说明的是，所述风干单元131的具体结构不局限于本实施例所述的两种方式，其能满足本发明所述的功能即可。

尽管通过以上实施例对本发明进行了揭示，但是本发明的范围并不局限于此，在不偏离本发明构思的条件下，以上各构件可用所属技术领域人员了解的相似或等同元件来替换。

Claims (12)

1.一种电极片/电池芯去水干燥设备，其特征在于，该设备包括用于放置待干燥的电极片或电池芯的风干室（10）、除湿装置（20）、加热装置（30）、送风装置（40）及若干连接管道（50），所述风干室的入风口（11）及出风口（12）分别通过连接管道（50）与加热装置（30）的出风口及除湿装置（20）的入风口连接，所述加热装置（30）的入风口则通过连接管道（50）与所述除湿装置（20）的出风口连接，所述风干室（10）、加热装置（30）、除湿装置（20）及连接管道（50）形成可供空气循环流通的流通空间（60），所述送风装置（40）与所述连接管道（50）贯通连接或与所述除湿装置（20）的入风口连接，当设备工作时，所述送风装置（40）持续性地或间歇性地向流通空间（60）内注入空气，空气经加热装置（30）加热至设定温度后流至所述风干室（10）内而吸附待干燥的电极片或电池芯上的水分，吸附有水分的空气流入除湿装置（20）被干燥后与送风装置（40）注入的新空气混合而流入加热装置（30），或与送风装置（40）注入的新空气混合后流入除湿装置（20），其后再流入所述加热装置（30），空气以此循环流动而干燥电极片或电池芯。 

2.如权利要求1所述的电极片/电池芯去水干燥设备，其特征在于，所述送风装置（40）连接于除湿装置（20）与加热装置（30）之间的连接管道（50）上，其向流通空间（60）内注入的新空气为干燥的空气。 

3.如权利要求1或2任一项所述的电极片/电池芯去水干燥设备，其特征在于，所述风干室（10）内设有测量其内部温度的温度传感器和/或温度计和/或测量空气露点值的露点仪和/或测量通风量的流量计及用于调节流通空间（60）内气压的气压阀。 

4.如权利要求3所述的电极片/电池芯去水干燥设备，其特征在于，所述流通空间（60）内的气压在气压阀的调节下与外界大气平衡或高于外界大气压。 

5.如权利要求4所述的电极片/电池芯去水干燥设备，其特征在于，所述风干室的出风口（12）设于风干室（10）的上部或顶部，其进风口设于风干室（10）的下部或底部。 

6.如权利要求5所述的电极片/电池芯去水干燥设备，其特征在于，所述风干室（10）内层叠地设有若干用于放置电极片或电池芯的托盘，所述托盘上设有便于空气流通的网孔或网格。 

7.如权利要求6所述的电极片/电池芯去水干燥设备，其特征在于，在所述风干室（10）内设有若干个用于将加热后的空气导流至各托盘的导气管，所述导气管的一端分别与风干室（10）的进风口（11）贯通，其另一端分别设于各托盘处。 

8.如权利要求5所述的电极片/电池芯去水干燥设备，其特征在于，所述风干室（10）内设有若干个用于放置待干燥的电极片或电池芯的的风干单元（131），所述风干单元（131）各设有进风口和出风口，其进风口分别直接或间接与风干室（10）的进风口（11）贯通，其出风口分别直接或间接与所述风干室（10）的出风口（12）贯通。 

9.如权利要求8所述的电极片/电池芯去水干燥设备，其特征在于，各风干单元（131）内分别设有所述温度计和/或温度传感器和/或露点仪和/或测量通风量的流量计及气压阀，在各风干单元（131）的进风口各设有控制进风量的进风阀门，在所述风干单元（131）内层叠地设有若干用于放置电极片或电池芯的托盘，该托盘上设有便于空气流通的网孔或网格。 

10.如权利要求1、7或9所述的电极片/电池芯去水干燥设备，其特征在于，所述设备工作时，所述风干室（10）内的温度控制为50-100 摄氏度，所述空气在流通空间（60）内循环流动6-12小时以干燥电极片或电池芯。 

11.一种电极片/电池芯去水干燥的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤： 

a、将待干燥的电极片或电池芯放置于可使空气循环流通的密闭流通空间内； 

b、通过送风装置向所述密闭流通空间内注入空气，并使空气在流通空间内循环流动； 

c、利用加热装置加热流通空间内的空气，使加热后的热空气吸附电极片或电池芯上的水分； 

d、利用除湿装置干燥所述吸附有电极片或电池芯上的水分的空气。 

12.如权利要求11所述的电极片/电池芯去水干燥的方法，其特征在于，依次循环执行步骤b、c、d，使空气在流通空间内循环流动6-12小时而干燥所述待干燥的电极片或电池芯，其中，吸附电极片或电池芯上的水分的热空气的温度控制为50-100摄氏度。 

Images