CN104930837A

CN104930837A - 一种锌银电池负极片高效干燥系统及方法

Info

Publication number: CN104930837A
Application number: CN201410104012.9A
Authority: CN
Inventors: 吕士银; 王冠; 梁一林; 郑奕; 赵保国; 马军
Original assignee: Shanghai Institute of Space Power Sources
Current assignee: Shanghai Institute of Space Power Sources
Priority date: 2014-03-19
Filing date: 2014-03-19
Publication date: 2015-09-23

Abstract

本发明提供一种锌银电池负极片干燥系统及方法，本发明提供的锌银电池负极片干燥系统包括：箱体、温控模块、翻转模块、水分在线测试模块和工装夹具；所述温控模块向箱体供应热量；所述工装夹具用于夹持负极片；所述翻转模块带动所述工装夹具转动；所述水分在线测试模块安装于箱体出气管路。通过本发明可以高效、安全、稳定地干燥锌银电池负极片。

Description

一种锌银电池负极片高效干燥系统及方法

技术领域

本发明涉及锌银电池领域，特别涉及一种锌银电池负极片干燥系统及方法。

背景技术

锌银电池基本组成为正极片、负极片、隔膜、骨架、外壳等，负极片作为锌银电池最重要部件之一，其主要成分为氧化锌、锌粉、氧化汞、聚乙烯醇、银质骨架等。负极片经过化成后转化为带电态，此时成分主要为活性锌、汞。化成后的负极片须经过清洗（去掉极片上残留的碱液）、干燥（除去多余水分）处理。化成后的负极片含水量对整个电池的干态贮存寿命有着极其重要的影响，极片中的水分存在易加速负极片活性物质的氧化，导致容量损失，利用率下降，因此，化成后必须对极片进行干燥脱水处理。

目前，多数锌银电池研制单位仍采用改制的马弗炉来干燥，具体操作为：将负极片用定性滤纸包裹后夹在锌板中，在210±20℃条件下干燥30min。

现有干燥方法存在不足如下：

（1）由于马弗炉炉膛不同部位的温差较大（四周温度高、中间温度低），为防止个别负极片被烘焦（极片局部温度过高而导致极片外面的包封纸受热发黄、发黑，致使结构破坏，易造成电池短路），干燥过程中须经常人工交换烘片夹位置，不断翻动，使极片受热均匀，同时在高温下打开炉门易造成极片表面氧化致使性能下降。这种干燥方法对人的依靠较大，需要操作人员对炉内温度、干燥时间具有精确把握，操作经验直接影响着极片干燥效果与质量；

（2）操作人员在打开炉门翻动极片时，高温下汞蒸汽会影响人的身体健康，尤其是长期操作的情况；

（3）不能确保每个极片含水量均达到要求，且一致性不够好；

（4）效率较低（500片/天～1000片/天），难以满足大批量生产，且报废率较高。

例如，中国专利（201010601374）公开了一种锂离子二次电池极片的干燥方法，将卷料放入干燥箱内托盘中，抽真空后用加热模块对干燥箱进行加热，干燥一定时间后充入惰性气体与干燥箱内湿气交换。该发明可排除极片卷料中的水分，但较为复杂且不适用于锌银电池。

此外，还有研究者公开了一种电池极片的干燥装置及干燥方法（专利号：201110194969），该干燥装置包括干燥箱本体、抽真空单元、加热单元，加热单元安装于干燥箱本体上，抽真空单元与干燥箱连接，干燥箱内放置干燥剂（放于电池极片一侧）。该发明可有效降低干燥成本，但干燥效果难以保证。

发明内容

本发明的技术解决问题是现有技术中缺乏一种高效、稳定的锌银电池负极片干燥方法；为解决所述问题，本发明提供一种锌银电池负极片干燥系统及方法。

本发明提供的锌银电池负极片干燥系统包括：箱体、温控模块、翻转模块、水分在线测试模块和工装夹具；所述温控模块向箱体供应热量；所述工装夹具用于夹持负极片；所述翻转模块带动所述工装夹具转动；所述水分在线测试模块安装于箱体出气管路。

进一步，所述温控模块包括加热模块、热传感器和鼓风系统；所述加热模块通过箱体的进气管路向箱体输送高温气体；高温气体在箱体内热交换后，通过出气管道回到温控模块。

进一步，所述翻转模块包括至少一层的圆形转盘和旋转驱动装置，所述工装夹具沿所述转盘的径向布置。

进一步，所述水分在线测试模块为湿度传感器。

本发明还提供采用本发明所提供的干燥装置对锌银电池负极片进行干燥的方法，包括：步骤一、关闭箱门，设置开箱温度，温控模块开始工作，并开启转盘；步骤二、将负极片放入工装夹具中，并定位；步骤三、温度达到开箱温度时，停止转盘工作；打开箱门，将工装夹具安装在转盘的径向位置上，关闭箱门，再次启动转盘，温控模块向负极片提供热气流，开始干燥；步骤四、当水分在线测试模块测试到箱体出气管道中气体的水分含量达到预设值时，停止干燥。

进一步，首次干燥时，还包括对完成干燥的负极片进行表观检查，若负极片表面无水蒸汽冒出，则认为干燥完毕；否则，继续干燥。

进一步，所述负极片的干燥工艺的参数为100℃～220℃，对应干燥时间为40min～150min，转盘转动速度为5～20r/min。

本发明的优点包括：

（1）本发明采用温度分布均匀、极片可自动翻转、全密封干燥系统，干燥后的极片一致性更好，干燥更彻底，水分含量约为0.04%～0.1%；

（2）本发明自动翻转控制模块，干燥过程中无需人工翻动极片，因此，大大减轻了有毒汞蒸汽对人的危害；

（3）本发明干燥效率更高，每个干燥系统达2000片/天干燥能力，可满足高密度发射生产任务需求。

附图说明

图1为本发明实施例提供的锌银电池负极片制备工艺流程图；

图2为本发明实施例提供的干燥系统内部示意图；

图3为本发明技术流程图；

图4为负极片干燥过程中温度变化曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步阐述。

如图1所示，锌银电池经过化成后，负极片须用纯水清洗除碱，然后再脱水干燥。由背景技术可知，现有的锌银电池负极片干燥系统干燥效果对操作人员的依赖性大，并且干燥效果难控。

发明人针对上述问题进行研究，在本发明中提供一种锌银电池负极片干燥系统及方法。如图2所示，本发明所提供的锌银电池负极片干燥系统包括：箱体13、温控模块11、翻转模块15、水分在线测试模块和工装夹具14；所述温控模块11向箱体13供应热量；所述工装夹具14用于夹持负极片；所述翻转模块15带动所述工装夹具14转动；所述水分在线测试模块安装于箱体13出气管路12。

所述温控模块11采用高精度温度测量反馈及上下双热空气对流加热装置，温度反馈装置不断反馈实现温度的高精度动态平衡，以达到温度高精度可控且均匀分布的效果。所述温控模块11包括加热模块、热传感器和鼓风系统；所述加热模块通过箱体的进气管路向箱体输送高温气体；高温气体在箱体内热交换后，通过出气管道回到温控模块。本实施例中，所述加热模块为加热电阻；在向箱体输送高温气体的时候，鼓风系统可以使热气体均匀、稳定地输送到箱体内，使箱体各部位温度均匀，使负极片被均匀干燥。

所述翻转模块包括至少一层的圆形转盘和旋转驱动装置，所述工装夹具沿所述转盘的径向布置。为了提高加热效率，在本发明的实施例中，可以采用多层转盘的形式，各转盘在旋转驱动装置的作用下同轴转动，所述旋转驱动装置可以是驱动电机。所述工装夹具还可以在旋转驱动装置的驱动下单独翻转。

所述水分在线测试模块为湿度传感器，所述湿度传感器安装在箱体出气管路上，通过测试输出气体中水分的含量，获取箱体内水分含量信息，进而对负极片表面的含水量进行判断。

本发明所提供的锌银电池负极片干燥系统还包括排气模块，所述排气模块采用全密封同时留出废气排放对接口，能够与含有有毒蒸汽的废气处理系统相连接。

本发明还提供利用上述干燥系统对锌银电池负极片进行干燥的方法，如图3所示。当干燥系统调试好后，针对不同型号的负极片，仅需要确定干燥温度、干燥时间及转盘转速。温度的高低对负极片的烘干效果具有重要影响，温度偏低，一方面烘干时间长，效率低下；另一方面，在一定温度下，极片中水分的减少会随烘干时间的延长而达到稳定水平，即使再延长烘干时间，极片中的水分也难以减少。而温度过高容易导致极片中活性锌氧化或包封纸变黄。

本发明提供的锌银电池负极片干燥方法，包括：步骤一、关闭箱门，设置开箱温度，温控模块开始工作，并开启转盘；步骤二、将负极片放入工装夹具中，并定位；步骤三、温度达到开箱温度时，停止转盘工作；打开箱门，将工装夹具安装在转盘的径向位置上，关闭箱门，再次启动转盘，温控模块向负极片提供热气流，开始干燥；步骤四、当水分在线测试模块测试到箱体出气管道中气体的水分含量达到预设值时，停止干燥。

在首次进行干燥，干燥工艺的参数还未确定时，还包括：

步骤五、对干燥好的负极片进行表观检查，若负极片上无水蒸汽冒出，则认为干燥完毕，根据极片实际数量确定开箱检查次数，一般为2～5次，每次开箱时间不大于2min，当工艺参数确定后，则无需开箱检查；

本发明经过理论分析和试验验证，确定锌银蓄电池负极片干燥工艺的优选参数为：干燥温度100℃～220℃，对应干燥时间为40min～150min，转盘转动速度为5～20r/min。

在本发明的一个实施例中，按照锌银电池负极片高效干燥方法的实现步骤1～5，在不同温度下分别对100片20Ah极片进行烘干，转盘转动速度设为10r/min，结果见表1。

表 1 不同温度下烘干参数

编号	极片数量/片	干燥温度/℃	时间/min	外观
					1#	100	100	2h35min	表面无明显异常
2#	100	180	54min	表面无明显异常
					3#	100	200	53min	表面无明显异常
4#	100	220	50min	表面无明显异常
					5#	100	240	40min	3片极片表面发黄

干燥完成后，测试样品成分含量，如表2所示。

表 2 各样品成分含量

编号	锌/%	氧化锌/%	汞/%	水
					1#	72.30	21.87	0.92	0.098
2#	72.12	21.05	0.91	0.058
					3#	71.98	22.07	0.93	0.044
4#	72.05	21.62	0.91	0.042
					5#	70.20	22.98	0.90	0.040

烘干温度为240℃时，部分极片包封纸发黄，说明温度过高，从锌的含量测试也可以看出，锌出现了部分氧化，该现象符合常用工艺中大于220℃时极片表面易发生氧化反应。温度在100℃～220℃时，烘干后的极片水分含量均能满足技术要求，但温度越低，烘干时间越长，为提高效率一般取上限220℃进行干燥。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims

1.一种锌银电池负极片干燥系统，其特征在于，包括：箱体、温控模块、翻转模块、水分在线测试模块和工装夹具；所述温控模块向箱体供应热量；所述工装夹具用于夹持负极片；所述翻转模块带动所述工装夹具转动；所述水分在线测试模块安装于箱体出气管路。

2.依据权利要求1所述的锌银电池负极片干燥系统，其特征在于，所述温控模块包括加热模块、热传感器和鼓风系统；所述加热模块通过箱体的进气管路向箱体输送高温气体；高温气体在箱体内热交换后，通过出气管道回到温控模块。

3.依据权利要求1所述的锌银电池负极片干燥系统，其特征在于，所述翻转模块包括至少一层的圆形转盘和旋转驱动装置，所述工装夹具沿所述转盘的径向布置。

4.依据权利要求1所述的锌银电池负极片干燥系统，其特征在于，所述水分在线测试模块为湿度传感器。

5.采用权利要求1至4中任意一项所提供的干燥装置对锌银电池负极片进行干燥的方法，其特征在于，包括：步骤一、关闭箱门，设置开箱温度，温控模块开始工作，并开启转盘；步骤二、将负极片放入工装夹具中，并定位；步骤三、温度达到开箱温度时，停止转盘工作；打开箱门，将工装夹具安装在转盘的径向位置上，关闭箱门，再次启动转盘，温控模块向负极片提供热气流，开始干燥；步骤四、当水分在线测试模块测试到箱体出气管道中气体的水分含量达到预设值时，停止干燥。

6.依据权利要求5所提供的对锌银电池负极片进行干燥的方法，其特征在于，首次干燥时，还包括对完成干燥的负极片进行表观检查，若负极片表面无水蒸汽冒出，则认为干燥完毕；否则，继续干燥。

7.依据权利要求5所提供的对锌银电池负极片进行干燥的方法，其特征在于，所述负极片的干燥工艺的参数为100℃～220℃，对应干燥时间为40min～150min，转盘转动速度为5～20r/min。