CN105300056A - 一种电极芯真空干燥装置及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电极芯真空干燥装置及工艺，该干燥装置其包括加热箱体、加热装置、托盘和抽真空组件，所述加热装置设置于所述加热箱体的内壁，所述托盘可推进和拉出地设置于所述加热箱体上，所述抽真空组件包括耐高温阀、抽真空管路和抽真空装置，所述耐高温阀通过密封组件密封设置于每个待干燥电极芯的注液孔内，所述待干燥电极芯放置于所述托盘上，所述抽真空管路的一端连接耐高温阀，另一端连接抽真空装置，抽真空时，所述抽真空装置经抽真空管路和耐高温阀通过对应电极芯的注液孔对每个待干燥电极芯实施抽真空。上述电极芯真空干燥装置及工艺能够大大提高电极芯的真空干燥以及注液效率、降低生产成本和保证产品稳定可靠。

Description

一种电极芯真空干燥装置及工艺

技术领域

本发明属于电化学储能器件制造技术，尤其涉及一种锂电池和超级电容器的电极芯真空干燥装置及工艺。

背景技术

在电化学储能器件如超级电容器和电池的制作过程中，电极材料中的水分含量对产品的性能有着重要的影响，所以一般在注液前需要对电极芯进行干燥处理，除去电极制备过程中引入的水分和电极芯制作过程中从空气吸收的水分。对于后者，水分子只是物理吸附在电极材料表面，较容易除去，而对于前者，部分水分是封装在电极材料中的，与电极材料形成化学吸附，因此要除去水分子需要更高的能量，对生产过程带来麻烦。

针对这一问题，通常做法是一方面提高电极材料的温度，以提高水分子的动能，使水分子挣脱电极材料的吸附，另一方面，尽量降低电极材料表面压力，并且不断抽走从电极材料中逸出的水分子，达到干燥效果，这就是所谓的真空干燥，具体步骤如下：

1、预热：把未注液的电化学储能器件批量放入真空烘箱，开始对烘箱加热并抽真空；

2、真空干燥：当烘箱内温度和压力达到工艺要求的数值，保持烘箱内温度恒定，并持续抽真空保持烘箱内真空度，同时开始计时；

3、冷却：真空干燥完成后，烘箱内充入惰性气体或其它保护气，恢复常压，静置冷却；

4、转移：当烘箱内温度接近常温的时候，把电极芯拿出烘箱，快速转移到注液操作箱的过渡舱进行抽真空充惰性气体操作，然后送入手套箱，为控制电极芯曝露在空气中的吸水量，要求操作在数秒内完成。

该操作方法存在以下问题：

1、烘箱内部处于高真空状态，没有传热介质，电极芯预热时间长达0.5-1.5小时，严重影响了生产效率；冷却阶段烘箱内热量的散失主要是通过惰性气体的热传导方式传递给烘箱然后再散发到环境中，由于惰性气体的导热系数通常很小，因此这一过程非常漫长。

2、由于电化学储能器件电极芯材料多为多孔材料，部分水分被吸附在多孔电极材料内部，水分子从电极材料逃逸的势垒很高，因此需要提供很高的能量，而传统真空干燥工艺抽真空加热提供的“静态”能量很难满足快速干燥的要求。

3、在转移阶段，由于电极材料为疏松多孔结构，极易吸收水分，所以需要控制环境中的水分含量，空气湿度要控制在30％甚至20％以下，这大大增加了生产成本。另外，由于要在数秒的时间内完成转移，对操作员工的操作要求极为苛刻，一方面，这会埋下安全隐患，另一方面不利于生产过程的有效控制，增加了系统的不确定因素。

4、烘箱内部处于高真空状态，没有导热介质，只是靠发热板的辐射，这样导致烘箱内部的温度非常不均匀，同时也导致每个电容器的干燥程度也不一样，进一步导致电容器的电性能不稳定。

5、烘箱的制作成本非常高，为了烘箱的整个腔体能够耐高真空而不变形，炉腔壁的材料要用很厚的不锈钢板，然而由于炉腔壁很厚导致烘箱在升温过程中的热惯性比较大，温度的精度很难控制。

6、由于烘箱处于高真空状态，没有传热介质，炉腔中间的产品要被加热到设定的温度，发热板的加热温度远比设定的温度值要高许多，这样导致很多热能是浪费的，同时也导致整台烘箱的功率很大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电极芯真空干燥装置及工艺，能够大大提高真空干燥效率高、降低生产成本和保证产品稳定可靠的特点，以解决现有技术中锂电池和超级电容器的电极芯真空干燥过程中存在的上述问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种电极芯真空干燥装置，其包括加热箱体、加热装置、托盘和抽真空组件，其中，所述加热装置设置于所述加热箱体的内壁，所述托盘可推进和拉出地设置于所述加热箱体上，所述抽真空组件包括耐高温阀、抽真空管路和抽真空装置，所述耐高温阀通过密封组件密封设置于每个待干燥电极芯的注液孔内，所述待干燥电极芯放置于所述托盘上，所述抽真空管路包括有对应耐高温阀个数的支路，各个支路的一端连接耐高温阀，另一端经汇总后连接抽真空装置，抽真空时，所述抽真空装置经抽真空管路和耐高温阀通过对应电极芯的注液孔对每个待干燥电极芯实施抽真空。

特别地，所述耐高温阀上连接有补氮气组件，所述补氮气组件包括与电极芯的注液孔相连通的氮气管路，所述氮气管路连接供氮气装置，通过在抽真空时补入氮气，对吸附于电极芯材料上的水分子进行缓冲，提高水分子的动能，有利于水分子脱离电极芯材料。

特别地，所述耐高温阀为四通阀，其一端口密封连接于电极芯的注液孔内，一端口采用气体单向阀作为抽真空端口，一端口采用液体阀作为注液端口，剩余一个端口作为补入氮气端口。

特别地，所述加热箱体内间隔设置有两根导轨，所述托盘的底部配合导轨安装有滚轮，所述托盘通过滚轮可推进和拉出地设置于所述加热箱体上。

特别地，所述耐高温阀采用自动化安装，于所述加热箱体的前端设置一耐高温阀自动安装工位。

特别地，所述耐高温阀与抽真空管路之间采用自动连接的方式，所述抽真空管路可升降地设置于所述加热箱体内的上部，所述托盘上设置有用于对待干燥电极芯的注液孔进行定位的限位组件，且所述抽真空管路各个支路的排布对应所述托盘上所有待干燥电极芯的注液孔的位置设置，所述托盘推入加热箱体后，所述抽真空管路自动下降与对应的注液孔内的耐高温阀完成连接。

一种电极芯真空干燥工艺，其包括以下步骤：

1)把耐高温阀以及密封组件插入每个电极芯的注液孔内，确保耐高温阀与每个电极芯进行密封连接；

2)把装好耐高温阀的电极芯装入托盘内；并将抽真空管路与各个耐高温阀对接密封；

3)关闭加热箱体的箱门；加热箱体在10～15分钟内升温至170℃，同时抽真空装置开始抽真空，真空度小于0.5mbar；

4)当真空度和温度都达到设定值时保温1～2小时；

5)供氮气装置给每个电极芯充氮气至常压，并保持3～5分钟然后抽真空至小于0.5mbar,保持3～5分钟，这样反复抽充0.5小时；

6)最后抽真空至小于0.5mbar,并持续10分钟，最后转移与过渡仓对接。

特别地，所述步骤1)中耐高温阀以及密封组件的安装通过人工或自动化安装的任一种方式，若采用自动化安装则通过设置在所述加热箱体的前端的耐高温阀自动安装工位进行自动安装。

特别地，所述步骤2)中抽真空管路与各个耐高温阀的密封对接采用人工或自动化对接的任一种方式，若采用人工对接，在托盘推入加热箱体内前将抽真空管路通过人工一一密封连接到耐高温阀上，若采用自动化对接，当托盘推入加热箱体内后，抽真空管路自动下降与对应的注液孔内的耐高温阀完成自动连接。

本发明的有益效果为，与现有技术相比所述电极芯真空干燥装置及工艺具有以下优点：

1)加热箱体并非为密封结构，经抽真空管路和耐高温阀通过对应电极芯的注液孔对每个待干燥电极芯实施抽真空，加热箱体内在加热过程中通过空气作为导热介质，大大提高了加热速度和抽真空的效率，从而提高了干燥效率。

2)在抽真空的过程中补入氮气，对吸附于电极芯材料上的水分子进行缓冲，有利于水分子的逸出，在一定程度上降低了电极芯的干燥温度，提高了产品的品质。

3)干燥后的电极芯连同耐高温阀一起转移进入注液工序，完全避免了转移过程中电极芯二次吸水，保证了产品的品质，提高了电极芯的生产效率。

4)由于有空气作为导热介质，所以加热箱体内温度的均匀性可以控制在±2℃，这样就保证了每个电容器的干燥程度都一样。

5)加热箱体有空气作为导热介质，以及箱体的不锈钢板没有那么厚，这样整个加热箱体的功率比较小，能耗也小，以及热惯性非常的小。

6)由于在转移的过程中每个电容器的内部都是保持高真空状态，所以在注液工序不需要抽真空或很短的抽真空时间，这样大大提高了注液工序的效率。

附图说明

图1是本发明具体实施方式1提供的电极芯真空干燥装置的结构示意图。

图中：

1、机架；2、加热箱体；3、加热装置；4、托盘；5、行走轮；6、导轨；7、滚轮；8、耐高温阀；9、抽真空装置；10、待干燥电极芯；11、支路；12、总管；13、升降板；14、升降驱动；15、导向机构；16、氮气管路；17、供氮气装置。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

请参阅图1所示，图1是本发明具体实施方式1提供的电极芯真空干燥装置的结构示意图。

本实施例中，一种电极芯真空干燥装置包括机架1、加热箱体2、加热装置3、托盘4和抽真空组件，所述加热箱体2设置于所述机架1之上，且所述机架1的底部安装有便于整个干燥装置移动的行走轮5，所述加热装置3设置于所述加热箱体2的内壁，所述加热箱体2内间隔设置有两根导轨6，所述托盘4的底部配合导轨6安装有滚轮7，所述托盘4通过滚轮7可推进和拉出地设置于所述加热箱体2上。

所述抽真空组件包括耐高温阀8、抽真空管路和抽真空装置9，所述耐高温阀8通过密封组件密封设置于每个待干燥电极芯10的注液孔内，所述待干燥电极芯10放置于所述托盘4上，所述托盘4上设置有用于对每个待干燥电极芯10的注液孔进行定位的限位组件，所述抽真空管路包括有对应耐高温阀8个数的支路11，各个支路11的排布对应所述托盘4上所有待干燥电极芯10的注液孔的位置设置，且所述各个支路11的一端可选择地连接于耐高温阀8上，另一端经汇总后经总管12连接抽真空装置9，所述支路11固定于一升降板13上，所述升降板13连接升降驱动14，且所述升降板13的两侧设置有导向机构15，所述升降驱动14驱动升降板13上下移动，从而带动各个支路11完成与耐高温阀8的自动对接和脱开，所述耐高温阀8上连接有补氮气组件，所述补氮气组件包括与待干燥电极芯10的注液孔相连通的氮气管路16，所述氮气管路16的一端接入所述总管12中，另一端连接供氮气装置17。

所述耐高温阀8为四通阀，其一端口密封连接于待干燥电极芯10的注液孔内，一端口采用气体单向阀作为抽真空端口，一端口采用液体阀作为注液端口，剩余一个端口作为补入氮气端口。抽真空时，所述抽真空装置9经抽真空管路和耐高温阀8的抽真空端口通过对应电极芯的注液孔对每个待干燥电极芯10实施抽真空，在抽真空时通过补氮气组件补入氮气，对吸附于电极芯材料上的水分子进行缓冲，提高水分子的动能，有利于水分子脱离电极芯材料。

一种电极芯真空干燥工艺，其包括以下步骤：

1)把耐高温阀8以及密封组件插入每个待干燥电极芯10的注液孔内，确保耐高温阀8与每个电极芯进行密封连接；该步骤中通过人工或自动化安装的任一种方式，若采用自动化安装则通过设置在所述加热箱体2的前端的耐高温阀自动安装工位进行自动安装，

2)把装好耐高温阀8的电极芯装入托盘4内，通过限位组件确保待干燥电极芯10的注液孔位置正确；把托盘4推入加热箱体2内，；

3)启动升降驱动14驱动升降板13向下移动，从而带动各个支路11完成与耐高温阀8的自动对接；

4)关闭加热箱体2的箱门；加热箱体2在10～15分钟内升温至170℃，同时抽真空装置9开始抽真空，真空度小于0.5mbar；

4)当真空度和温度都达到设定值时保温1～2小时；

5)供氮气装置17给每个电极芯充氮气至常压，并保持3～5分钟然后抽真空至小于0.5mbar,保持3～5分钟，这样反复抽充0.5小时；

6)最后抽真空至小于0.5mbar,并持续10分钟，最后转移与过渡仓对接。

以上实施例只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述事例限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种电极芯真空干燥装置，其包括加热箱体、加热装置、托盘和抽真空组件，其特征在于，所述加热装置设置于所述加热箱体的内壁，所述托盘可推进和拉出地设置于所述加热箱体上，所述抽真空组件包括耐高温阀、抽真空管路和抽真空装置，所述耐高温阀通过密封组件密封设置于每个待干燥电极芯的注液孔内，所述待干燥电极芯放置于所述托盘上，所述抽真空管路包括有对应耐高温阀个数的支路，各个支路的一端连接耐高温阀，另一端经汇总后连接抽真空装置，抽真空时，所述抽真空装置经抽真空管路和耐高温阀通过对应电极芯的注液孔对每个待干燥电极芯实施抽真空。

2.根据权利要求1所述的电极芯真空干燥装置，其特征在于，所述耐高温阀上连接有补氮气组件，所述补氮气组件包括与电极芯的注液孔相连通的氮气管路，所述氮气管路连接供氮气装置，通过在抽真空时补入氮气，对吸附于电极芯材料上的水分子进行缓冲，提高水分子的动能。

3.根据权利要求2所述的电极芯真空干燥装置，其特征在于，所述耐高温阀为四通阀，其一端口密封连接于电极芯的注液孔内，一端口采用气体单向阀作为抽真空端口，一端口采用液体阀作为注液端口，剩余一个端口作为补入氮气端口。

4.根据权利要求1所述的电极芯真空干燥装置，其特征在于，所述加热箱体内间隔设置有两根导轨，所述托盘的底部配合导轨安装有滚轮，所述托盘通过滚轮可推进和拉出地设置于所述加热箱体上。

5.根据权利要求1所述的电极芯真空干燥装置，其特征在于，所述耐高温阀采用自动化安装，于所述加热箱体的前端设置一耐高温阀自动安装工位。

6.根据权利要求1所述的电极芯真空干燥装置，其特征在于，所述耐高温阀与抽真空管路之间采用自动连接的方式，所述抽真空管路可升降地设置于所述加热箱体内的上部，所述托盘上设置有用于对待干燥电极芯的注液孔进行定位的限位组件，且所述抽真空管路各个支路的排布对应所述托盘上所有待干燥电极芯的注液孔的位置设置，所述托盘推入加热箱体后，所述抽真空管路自动下降与对应的注液孔内的耐高温阀完成连接。

7.一种电极芯真空干燥工艺，其特征在于：包括以下步骤：

1)把耐高温阀以及密封组件插入每个电极芯的注液孔内，确保耐高温阀与每个电极芯进行密封连接；

2)把装好耐高温阀的电极芯装入托盘内；并将抽真空管路与各个耐高温阀对接密封；

3)关闭加热箱体的箱门；加热箱体在10～15分钟内升温至170℃，同时抽真空装置开始抽真空，真空度小于0.5mbar；

4)当真空度和温度都达到设定值时保温1～2小时；

5)供氮气装置给每个电极芯充氮气至常压，并保持3～5分钟然后抽真空至小于0.5mbar,保持3～5分钟，这样反复抽充0.5小时；

6)最后抽真空至小于0.5mbar,并持续10分钟，最后转移与过渡仓对接。

8.根据权利要求7所述的电极芯真空干燥工艺，其特征在于，所述步骤1)中耐高温阀以及密封组件的安装通过人工或自动化安装的任一种方式，若采用自动化安装则通过设置在所述加热箱体的前端的耐高温阀自动安装工位进行自动安装。

9.根据权利要求7所述的电极芯真空干燥工艺，其特征在于，所述步骤2)中抽真空管路与各个耐高温阀的密封对接采用人工或自动化对接的任一种方式，若采用人工对接，在托盘推入加热箱体内前将抽真空管路通过人工一一密封连接到耐高温阀上，若采用自动化对接，当托盘推入加热箱体内后，抽真空管路自动下降与对应的注液孔内的耐高温阀完成自动连接。