CN104964550B - 一种锂电池涂布烘箱的温度实验方法及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种锂电池涂布烘箱的温度实验方法及其应用，本发明基于箱体内部构造，包括进风、出风与回风的走速方式，确定了不同箱体之间的温区分布特征，针对各个烘箱及上下风室的温度差异对比了不同温度条件下的极片干燥效果。温度实验结果表明，Ⅲ、Ⅳ两节烘箱对极片干燥效果作用明显，烘干和开裂均取决于这两节烘箱的温度设定。在Ⅲ、Ⅳ烘箱的温度基础上，最后两节烘箱的温度可根据实际情况适当升高或降低。而前两节烘箱温度主要与粘合剂在涂层中的分布状态密切相关，并可能影响极片的附着力及电性能的发挥。

Description

一种锂电池涂布烘箱的温度实验方法及其应用

技术领域

本发明属于检测与分析领域，涉及锂电池涂布烘箱温度设计的原理，适用于分段干燥的涂布特征，具体是一种锂电池涂布烘箱的温度实验方法及其应用。

背景技术

极片干燥是锂电池涂布工序中至关重要的环节，干燥效果的好坏将直接影响后续工艺的实施以及电池的成本利用和质量提升。锂电池涂布烘箱的干燥特征体现在多级烘烤上，热风通过上下风口进入风室，对极片进行等间隔分段吹覆。湿涂层通过与干燥空气的热交换，吸收空气中的热量进而蒸发，并由循环的热空气带走。溶剂挥发速率的快慢取决于涂层表面空气的温度和流动速度。现有锂电池涂布烘箱主要采用传导、对流、辐射三种干燥方式，其中以对流为主。

极片的干燥过程伴随着体积收缩，收缩产生的应力将可能通过开裂的形式释放。较低的干燥速率，可以有效避免由应力集中引起的开裂现象，同时极片的干燥程度又会影响收卷。干燥速率较高时，涂层表面首先固化，内部溶剂扩散至一定浓度，不但会形成气孔，还可能导致极片表面褶皱甚至脱落。目前关于锂电池涂布的研究大都针对涂布烘箱的结构设计，比如改进风刀或导流板结构，优化箱体内的空气流场。而对于长烘箱的温度设定，历来依靠经验，在缺乏有效质量监控的现状下，一旦涂布极片出现开裂，往往只能采取降温降速的方式来缓解问题，不但降低生产效率，产品的质量也得不到保证。因此，深入了解涂布烘箱的温度设计对于优化涂布工艺、提高产品质量具有重要的指导意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提出一种锂电池涂布烘箱的温度实验方法及其应用。

本发明所要解决的技术问题通过以下实验方案予以实现：

一种锂电池涂布烘箱的温度实验方法，包括以下步骤：

1)烘箱设置：烘箱设置有六节，第Ⅰ、Ⅱ节烘箱每节均配备两组热风机，分别对上下风室供风；第Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ节烘箱每节安装一组热风机，采用平行双通道的形式供风；

2)初始温度设置：参考现有的温度曲线，确定各节烘箱的初始温度；

3)Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ节烘箱的温度设置：

①Ⅲ、Ⅳ两节烘箱的温度设置，两节烘箱同时以5～10℃每间隔升温，其它烘箱温度保持不变，直到极片出现裂纹，记录对应的风室温度T_e1和T_f1；恢复Ⅲ、Ⅳ节烘箱初始温度，再同时以5～10℃每间隔降温，降温过程中第Ⅴ、Ⅵ节烘箱与第Ⅲ节烘箱保持相同的温度，直到极片出现暗痕，记录对应的温度T_e2和T_f2；

②Ⅴ、Ⅵ两节烘箱的温度设置，两节烘箱同时以5～10℃每间隔降温，其它烘箱温度保持不变，观察极片是否出现暗痕，出现暗痕时，相应的温度记录为T_g和T_h；

4)Ⅰ、Ⅱ节烘箱的温度设置：

③对第Ⅰ、Ⅱ两节烘箱下风室的温度设置，在初始温度的基础上，两烘箱下风室分别以5～10℃每间隔同时升温，观察极片是否出现开裂，出现开裂时，相应的温度记录为T_b和T_d；

④对第Ⅱ节烘箱的温度设置，上下风室保持相同温度，同时以5～10℃每间隔升温，观察极片是否出现开裂，出现开裂时，相应的温度记录为T_cd。

一种锂电池涂布烘箱的温度实验方法的应用，第Ⅲ节烘箱的温度Ⅲ(e)设置为：T_e2<Ⅲ(e)<T_e1,第Ⅳ节烘箱的温度Ⅳ(f)设置为:T_f2<Ⅳ(f)<T_f1；

若极片出现暗痕，第Ⅴ节烘箱的温度Ⅴ(g)设置为:Ⅴ(g)＞T_g，第Ⅵ节烘箱的温度Ⅵ(h)设置为Ⅵ(h)＞T_h；

若极片未出现暗痕，第Ⅴ、Ⅵ节烘箱保持与Ⅲ相同的温度；

若极片出现开裂，第Ⅰ节烘箱下风室的温度Ⅰ(b)设置为:Ⅰ(b)＜T_b，第Ⅱ节烘箱下风室的温度Ⅱ(d)设置为Ⅱ(d)＜T_d；

若极片未出现开裂，第Ⅰ、Ⅱ节烘箱参考初始温度进行设置；

若极片出现开裂，第Ⅱ节烘箱上下风室的温度Ⅱ(c)设置为：Ⅱ(c)＜T_cd；

若极片未出现开裂，第Ⅱ节烘箱上下风室将参考初始温度进行设置。

本发明的有益效果：本发明确定了各个温区对极片干燥质量的影响，因粘度、面密度或车速变化引起的开裂或暗痕现象，均可以参考本发明的实验结果进行相应的温度调节。

附图说明

图1为现有锂电池涂布烘箱的温度曲线。

图2为本发明实施例中极片的干燥效果。

图3为本发明实施例中极片表面能谱测试。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细的说明。

本发明公开一种锂电池涂布烘箱的温度实验方法，步骤为：

1)烘箱设置有六节，根据热风机出口与上下风室的接连位置，将极片干燥分为两个阶段。按走速方向，前两节烘箱每节均配备两组热风机，分别针对上下风室供风。而后四节烘箱每节只安装一组热风机，采用平行双通道的形式供风，因此上下风室温度保持一致。

2)各节烘箱初始温度设置：如图1所示，参考现有的温度曲线确定各节烘箱的初始温度；

2)Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ节烘箱的温度设置：

①在初始温度的基础上，首先对Ⅲ、Ⅳ两节烘箱进行温度调节，其它箱体温度保持不变。Ⅲ、Ⅳ两节烘箱以5～10℃每间隔同时升温，当T_e1≥150℃，T_f1≥154℃时，如图2a所示，极片发生开裂。恢复Ⅲ、Ⅳ初始温度，再以5～10℃每间隔同时降温(Ⅴ、Ⅵ与Ⅲ保持相同的温度)，当T_e2≤130℃，T_f2≤135℃时，如图2b中黑色条纹所示，极片未烘干。

②Ⅴ、Ⅵ两节烘箱的温度调节，5～10℃每间隔同时降温，当T_g≤120℃，T_h≤130℃时，极片仍干燥良好，表明极片经过Ⅳ烘箱后已完成干燥。在此基础上，当T_e2≥150℃，T_f2≥145℃，极片发生开裂。实验②进一步表明，Ⅲ温区是影响开裂的主要因素，Ⅳ温区对于干燥程度作用明显。因此，针对Ⅲ、Ⅳ烘箱的温度设计，上限温度应分别低于150℃和154℃,预防开裂。下限温度应分别高于130℃和135℃，保证极片干燥完全。

3)Ⅰ、Ⅱ节烘箱的温度设置：

③Ⅰ、Ⅱ两节烘箱下风室的温度调节，在初始温度基础上，以5～10℃每间隔同时升温，当140℃≤T_b≤150℃，150℃≤T_d≤155℃时，极片仍干燥良好。对于单面涂布，经下风室吹出的热风将直接加热铝箔，当下风室温度高于上风室时，有利于溶剂由涂层本体向表面扩散进而挥发，避免极片在干燥过程中出现“外干内湿”的现象。

④Ⅱ节烘箱上下风室的温度调节，5～10℃每间隔同时升温，当150℃≤T_cd≤155℃时,极片仍干燥良好。由于涂层在前两段温区尚处于流动状态，过高的温度设置将激发浆料粒子的运动性能。如图3所示，X射线光电子能谱测试表明下风室温度过高会导致粘合剂PVDF表面富集现象，将影响极片的粘附力及电性能的发挥。

根据以上实验结果，各节烘箱的温度设置如表1所示：

表1

Claims (2)

1.一种锂电池涂布烘箱的温度实验方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)烘箱设置：烘箱设置有六节，第Ⅰ、Ⅱ节烘箱每节均配备两组热风机，分别对上下风室供风；第Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ节烘箱每节安装一组热风机，采用平行双通道的形式供风；

2)初始温度设置：参考现有的温度曲线，确定各节烘箱的初始温度；

3)Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ节烘箱的温度设置：

①Ⅲ、Ⅳ两节烘箱的温度设置，两节烘箱同时以5～10℃每间隔升温，其它烘箱温度保持不变，直到极片出现裂纹，记录对应的风室温度T_e1和T_f1；恢复Ⅲ、Ⅳ节烘箱初始温度，再同时以5～10℃每间隔降温，降温过程中第Ⅴ、Ⅵ节烘箱与第Ⅲ节烘箱保持相同的温度，直到极片出现暗痕，记录对应的温度T_e2和T_f2；

②Ⅴ、Ⅵ两节烘箱的温度设置，两节烘箱同时以5～10℃每间隔降温，其它烘箱温度保持不变，观察极片是否出现暗痕，出现暗痕时，相应的温度记录为T_g和T_h；

4)Ⅰ、Ⅱ节烘箱的温度设置：

③对第Ⅰ、Ⅱ两节烘箱下风室的温度设置，在初始温度的基础上，两烘箱下风室分别以5～10℃每间隔同时升温，观察极片是否出现开裂，出现开裂时，相应的温度记录为T_b和T_d；

④对第Ⅱ节烘箱的温度设置，上下风室保持相同温度，同时以5～10℃每间隔升温，观察极片是否出现开裂，出现开裂时，相应的温度记录为T_cd。

2.如权利要求1所述的锂电池涂布烘箱的温度实验方法的应用，其特征在于，第Ⅲ节烘箱的温度Ⅲ(e)设置为：T_e2<Ⅲ(e)<T_e1,第Ⅳ节烘箱的温度Ⅳ(f)设置为:T_f2<Ⅳ(f)<T_f1；

若极片出现暗痕，第Ⅴ节烘箱的温度Ⅴ(g)设置为:Ⅴ(g)＞T_g，第Ⅵ节烘箱的温度Ⅵ(h)设置为Ⅵ(h)＞T_h；

若极片未出现暗痕，第Ⅴ、Ⅵ节烘箱保持与Ⅲ相同的温度；

若极片出现开裂，第Ⅰ节烘箱下风室的温度Ⅰ(b)设置为:Ⅰ(b)＜T_b，第Ⅱ节烘箱下风室的温度Ⅱ(d)设置为Ⅱ(d)＜T_d；

若极片未出现开裂，第Ⅰ、Ⅱ节烘箱参考初始温度进行设置；

若极片出现开裂，第Ⅱ节烘箱上风室的温度Ⅱ(c)设置为：Ⅱ(c)＜T_cd；

若极片未出现开裂，第Ⅱ节烘箱上下风室将参考初始温度进行设置。