CN104142045B - 一种大容量锂离子动力电池电芯的干燥方法 - Google Patents

一种大容量锂离子动力电池电芯的干燥方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大容量锂离子动力电池电芯的干燥方法，属于锂电池生产制造技术领域。该方法包括如下步骤：（1）将待干燥电池电芯置于干燥炉内，加热升高炉温，并抽真空至相对真空度≤-99.0；（2）用气体卸真空至相对真空度为-5.0～-85.0；（3）运行干燥炉内鼓风设备，保温；（4）抽真空至相对真空度≤-99.0并连续抽真空；（5）依次对（2）、（3）、（4）步骤进行循环。本发明方法利用炉内干湿热气对流状态和真空状态交替循环方法干燥电池电芯，能够以较少的循环次数，有效降低电池电芯的水分，提高电池电芯干燥速率和效率，减少循环气体用量和降低消耗热量。

Description

一种大容量锂离子动力电池电芯的干燥方法
技术领域
本发明具体涉及一种大容量锂离子动力电池电芯的干燥方法，属于锂电池生产制造技术领域。
背景技术
由于能源及环保的需求，锂离子储能电池得到了快速发展，随着大容量锂离子电池的广泛应用，对其寿命和安全性能要求也愈加严格，生产过程中电池电芯极片水分含量是影响大容量锂离子电池寿命和安全性能的重要工艺参数。如何降低并控制电池极片水分含量，降低电池极片干燥时间，提高生产效率，节约成本，是大容量锂离子电池生产过程中的一项重要工艺问题。
目前，传统的电池电芯水分干燥方法为在保持一定温度下，采用持续抽真空至极限并持续较长一段时间的方法干燥，然而上述方法在实际操作中仅通过炉内热辐射的方式升温，升温速度较慢，电芯极片中的水分在真空环境下通过水分子自身热运动从极片内部扩散出来，水分干燥速率较慢，一般的大容量锂离子电池电芯需要30～70小时甚至更长的时间干燥。
中国专利（公布号：CN102735023A）公开了一种锂离子电池电芯干燥方法，步骤如下：将待干燥的电芯置于封闭的腔体中，设定腔体的恒温温度，进行若干次抽真空、卸真空循环动作，在所述的封闭腔体内形成循环气流，干燥所述电芯。然而，上述方法采用过多次数抽卸换气的方式，在干燥大容量锂离子电池时会消耗大量的循环气体和热量，增加除湿机和真空泵负荷并降低其使用寿命，尤其对真空泵损耗较大，真空泵油乳化严重。因此，亟待一种能够在较短时间内、较少换气循环次数下降低大容量锂离子电池电芯水分含量的干燥方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种大容量锂离子动力电池电芯的干燥方法。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：
一种大容量锂离子动力电池电芯的干燥方法，包括如下步骤：
（1）将待干燥电池电芯置于干燥炉内，加热升高炉温，并抽真空至相对真空度≤-99.0；
（2）用气体卸真空至相对真空度为-5.0～-85.0；
（3）运行干燥炉内鼓风设备，保温；
（4）抽真空至相对真空度≤-99.0并连续抽真空；
（5）依次对（2）、（3）、（4）步骤进行循环。
所述步骤（1）的电池电芯是通过叠片方式制备的含有隔膜的电芯，电芯封口于六面电池壳内，留有注液孔用于气体进出。
所述步骤（1）的炉温为30～100℃。
所述步骤（2）的气体为露点小于-40℃的干燥空气或惰性气体，如氮气等。
所述步骤（3）的鼓风设备为风机或风扇。
所述步骤（3）的保温时间为30～180分钟。
所述步骤（4）的连续抽真空时间为30～180分钟。
所述步骤（5）的循环次数为1～10次。
本发明的有益效果：
本发明将六面封口后电池电芯放置于真空干燥炉内，设定干燥炉炉温，开始升温，并抽真空至设定真空度，进行较少次数的卸真空、炉内鼓风、连续抽真空循环工序，利用炉内干湿热气对流状态和真空状态交替循环方法干燥电池电芯，具有以下优点：
（1）干燥初始加热升温时段，通过风机鼓风工序，炉内电池电芯升温不仅可以通过热辐射方式，还可以通过对流气体热传导、热交换方式，升温速度得到了明显提高，降低了电池在干燥中的升温时间，提高了干燥效率；
（2）中期水分去除时段，通过风机鼓风工序，电池电芯中的水分不仅可以通过水分子自身热运动方式扩散离开电芯极片，还能够通过干燥气对流方式快速离开电芯极片，提高了水分干燥速率，然后通过抽真空方式将潮湿气体抽出炉外，换入干燥气体。
本发明方法能够以较少的循环次数，有效降低电池电芯的水分，提高电池电芯干燥速率和效率，减少循环气体用量和降低消耗热量，操作简单且能大量减少作业人员的劳动时间。
具体实施方式
下述实施例仅对本发明作进一步详细说明，但不构成对本发明的任何限制。
实施例1
本实施中大容量锂离子动力电池电芯的干燥方法，具体步骤如下：
（1）将待干燥电池电芯（由正极片、负极片、隔膜通过叠片方式制备，单体容量为40AH）置于真空干燥炉（相对真空度可调范围为0～-100）内，设定干燥炉炉温为30℃，开始加热升温，并抽真空至相对真空度≤-99.0，用时5分钟；
（2）立即用干燥气体卸真空至相对真空度为-10.0，用时5分钟；
（3）立即运行干燥炉内风机鼓风，炉内温度随着鼓风的进行逐渐缓慢增加，当升至设定温度30℃时，干燥炉降低加热功率，处于保温状态，保温时间为180分钟；
（4）立即抽真空至相对真空度≤-99.0，并连续抽真空180分钟；
（5）依次对（2）、（3）、（4）步骤进行3次循环。
本实施例中干燥工序总时间为18小时20分钟，采用卡尔费休水分测试仪总结20批次水分含量测试结果，水分平均值为456.2ppm。
实施例2
本实施中大容量锂离子动力电池电芯的干燥方法，具体步骤如下：
（1）将待干燥电池电芯（由正极片、负极片、隔膜通过叠片方式制备，单体容量为100AH）置于真空干燥炉（相对真空度可调范围为0～-100）内，设定干燥炉炉温为50℃，开始加热升温，并抽真空至相对真空度≤-99.0；
（2）立即用干燥气体卸真空至相对真空度为-30.0；
（3）立即运行干燥炉内风机鼓风，炉内温度随着鼓风的进行逐渐缓慢增加，当升至设定温度50℃时，干燥炉降低加热功率，处于保温状态，保温时间为160分钟；
（4）立即抽真空至相对真空度≤-99.0，并连续抽真空160分钟；
（5）依次对（2）、（3）、（4）步骤进行4次循环。
本实施例中干燥工序总时间为21小时45分钟，采用卡尔费休水分测试仪总结20批次水分含量测试结果，水分平均值为430.5ppm。
实施例3
本实施中大容量锂离子动力电池电芯的干燥方法，具体步骤如下：
（1）将待干燥电池电芯（由正极片、负极片、隔膜通过叠片方式制备，单体容量为200AH）置于真空干燥炉（相对真空度可调范围为0～-100）内，设定干燥炉炉温为70℃，开始加热升温，并抽真空至相对真空度≤-99.0；
（2）立即用干燥气体卸真空至相对真空度为-50.0；
（3）立即运行干燥炉内风机鼓风，炉内温度随着鼓风的进行逐渐缓慢增加，当升至设定温度70℃时，干燥炉降低加热功率，处于保温状态，保温时间为140分钟；
（4）立即抽真空至相对真空度≤-99.0，并连续抽真空140分钟；
（5）依次对（2）、（3）、（4）步骤进行6次循环。
本实施例中干燥工序总时间为24小时35分钟，采用卡尔费休水分测试仪总结20批次水分含量测试结果，水分平均值为461.6ppm。
实施例4
本实施中大容量锂离子动力电池电芯的干燥方法，具体步骤如下：
（1）将待干燥电池电芯（由正极片、负极片、隔膜通过叠片方式制备，单体容量为400AH）置于真空干燥炉（相对真空度可调范围为0～-100）内，设定干燥炉炉温为80℃，开始加热升温，并抽真空至相对真空度≤-99.0；
（2）立即用干燥气体卸真空至相对真空度为-70.0；
（3）立即运行干燥炉内风机鼓风，炉内温度随着鼓风的进行逐渐缓慢增加，当升至设定温度80℃时，干燥炉降低加热功率，处于保温状态，保温时间为120分钟；
（4）立即抽真空至相对真空度≤-99.0，并连续抽真空120分钟；
（5）依次对（2）、（3）、（4）步骤进行8次循环。
本实施例中干燥工序总时间为32小时45分钟，采用卡尔费休水分测试仪总结20批次水分含量测试结果，水分平均值为479.4ppm。
实施例5
本实施中大容量锂离子动力电池电芯的干燥方法，具体步骤如下：
（1）将待干燥电池电芯（由正极片、负极片、隔膜通过叠片方式制备，单体容量为500AH）置于真空干燥炉（相对真空度可调范围为0～-100）内，设定干燥炉炉温为90℃，开始加热升温，并抽真空至相对真空度≤-99.0；
（2）立即用干燥气体卸真空至相对真空度为-85.0；
（3）立即运行干燥炉内风机鼓风，炉内温度随着鼓风的进行逐渐缓慢增加，当升至设定温度90℃时，干燥炉降低加热功率，处于保温状态，保温时间为100分钟；
（4）立即抽真空至相对真空度≤-99.0，并连续抽真空100分钟；
（5）依次对（2）、（3）、（4）步骤进行10次循环。
本实施例中干燥工序总时间为34小时15分钟，采用卡尔费休水分测试仪总结20批次水分含量测试结果，水分平均值为488.1ppm。
对比例1
本发明实施例1～5所提及的各类型号电池（40AH、100AH、200AH、400AH、500AH）采用传统方法即85℃恒温下连续抽真空的干燥时间依次为30、40、50、60、70小时，干燥后电池电芯的水分含量采用卡尔费休水分测试仪测试，其均值介于500～800ppm之间。可见，本发明方法与传统恒温条件下连续抽真空的方法相比，能够大幅度降低干燥时间，提高生产效率，同时降低产品的水分含量。
对比例2
本发明实施例1～5所提及的各类型号电池（40AH、100AH、200AH、400AH、500AH）采用专利（公布号：CN102735023A）实施例1中方法干燥的时间依次为22、32.6、43.3、54、64.6小时，干燥后电池电芯的水分含量采用卡尔费休水分测试仪测试，其均值介于500～650ppm之间。且消耗的循环气体量约为本发明实施例的20～25倍，尤其对真空泵损耗较大，真空泵油乳化严重。

Claims (4)

1.一种大容量锂离子动力电池电芯的干燥方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）将待干燥电池电芯置于干燥炉内，加热升高炉温，并抽真空至相对真空度≤-99.0；
（2）用气体卸真空至相对真空度为-5.0～-85.0；
（3）运行干燥炉内鼓风设备，保温；
（4）抽真空至相对真空度≤-99.0并连续抽真空；
（5）依次对（2）、（3）、（4）步骤进行循环；
所述步骤（2）的气体为露点小于-40℃的干燥空气或惰性气体；
所述步骤（3）的保温时间为30～180分钟；
所述步骤（4）的连续抽真空时间为30～180分钟；
所述步骤（5）的循环次数为1～10次。
2.根据权利要求1所述的大容量锂离子动力电池电芯的干燥方法，其特征在于：所述步骤（1）的电池电芯是通过叠片方式制备的含有隔膜的电芯，电芯封口于六面电池壳内，留有注液孔用于气体进出。
3.根据权利要求1所述的大容量锂离子动力电池电芯的干燥方法，其特征在于：所述步骤（1）的炉温为30～100℃。
4.根据权利要求1所述的大容量锂离子动力电池电芯的干燥方法，其特征在于：所述步骤（3）的鼓风设备为风机或风扇。
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