CN105865159A - 一种锂离子电池电芯的干燥方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锂离子电池电芯的干燥方法。该方法包括以下步骤：1)将锂离子电池电芯置于封闭体系中，抽真空，所用时间记为h；2)同时对体系进行加热、充气和鼓风；达到设定温度和真空度后保温保压；整个过程持续鼓风，所用时间记为h₁；充气、鼓风所用介质均为非氧化性气体；3)维持体系温度为90～110℃，抽真空至真空度为100Pa以下，保压；整个过程所用时间记为h₂；h、h₁和h₂满足式(Ⅰ)所示的条件。该方法工艺简单，提高了干燥效率，降低了干燥所用时间，极大程度的减小了电芯隔膜在烘烤过程中的变形量，有利于电池生产企业实现降本增效和提高产品质量的目标，适合大规模推广应用。

Description

一种锂离子电池电芯的干燥方法

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池电芯的干燥方法。

背景技术

在锂离子电池生产过程中，需要对入壳后或入壳前的电芯进行烘干，保证电芯所含水分控制在一定的范围以内才可进行下一步注液过程。锂离子电池电芯的水分含量高会造成锂电池在充放电过程中，所含水分与电解液发生反应，从而影响锂离子电池的使用寿命和性能。如何有效降低电芯水分含量，提高生产效率，节约成本，是现代锂离子电池工业化生产过程中的一项重要工艺问题。

CN102735023A公开了一种锂离子电池电芯的干燥方法，其是将待干燥的电芯置于封闭的腔体中，设定腔体的恒定温度，进行若干次抽真空、卸真空循环动作，在所述的封闭的腔体内形成循环气体气流，干燥所述电芯。CN103344097A公开了一种锂离子电池的电芯的干燥方法，包括：(1)将电芯放置于封闭的腔体，对腔体进行抽真空，在腔体内的真空度达到-0.1～-0.12MPa后，持续抽真空3～10min；(2)对电芯进行加热，加热温度为75～85℃，加热时间为2～5h；(3)向腔体内充入非氧化性气体，当腔体内的真空度达到-0.01～-0.02MPa时，停止充入非氧化性气体；(4)对电芯进行加热，加热温度为75～85℃，加热时间为20～40min；(5)对腔体进行抽真空，在腔体内的真空度达到-0.1～-0.12MPa后，持续抽真空3～10min。

一般而言，在干燥设备容积、外部环境、干燥时间、电芯数量等条件完全相同的情况下，不同的干燥设备，使用相同的干燥工艺，最后测得的水分值越低，干燥设备的性能越好。但当干燥设备性能差距不大时，电芯干燥的效果往往取决于不同的干燥工艺。现有技术中，对电芯的干燥，往往需要数十次的抽卸换气操作，操作繁琐，对真空泵的损耗大；同时，频繁的抽真空和卸真空操作，使得大型干燥设备的真空均匀度和温度均匀度往往难以达到参数控制要求，批量化生产过程中，电芯的干燥效果难以得到保证。

发明内容

本发明的目的是提供一种锂离子电池电芯的干燥方法，从而解决现有技术中，电芯的干燥方法难以适应工业化生产的问题。

为了解决以上问题，本发明所采用的技术方案是：

一种锂离子电池电芯的干燥方法，包括以下步骤：

1)将锂离子电池电芯置于封闭体系中，抽真空至真空度为200Pa以下，所用时间记为h；

2)同时对体系进行加热、充气和鼓风，控制加热温度为90～110℃，真空度为85kPa～95kPa；达到设定温度和真空度后保温保压；整个过程持续鼓风，所用时间记为h₁；充气、鼓风所用介质均为非氧化性气体；

3)维持体系温度为90～110℃，抽真空至真空度为100Pa以下，保压；整个过程所用时间记为h₂；

以上步骤中，h、h₁和h₂满足式(Ⅰ)所示的条件：

步骤1)中，所述锂离子电池电芯由正极片、负极片、隔膜通过叠片方式制备而成。可选择将直接将制备好的电芯进行干燥，或将电芯放入壳体后，随壳体进行干燥。所述锂离子电池电芯为金属壳锂离子电池电芯。

步骤2)中，在体系升温至预定温度，达到预设真空度后持续鼓风，在该条件下，电芯的水分在热辐射、热传导和热对流的综合作用下，快速从内部向表面扩散。该过程中，鼓风为向体系中鼓入非氧化性气体，如氮气等。该步骤所用时间h₁包括体系达到设定状态和维持设定状态所用时间。根据设备的不同状况，控制总时间为h₁即可。

步骤3)通过持续抽真空过程，使电芯表面、内部和体系内的水分排出。该步骤所用时间h₂包括体系达到设定真空度和维持真空度所用时间。根据设备的抽真空能力，控制总时间为h₂即可。

本发明所述的锂离子电池电芯的干燥方法，通过各步骤参数的合理设定，衔接合理，充分利用工业化生产大型干燥设备的特点，使设备的真空均匀度和温度均匀度保持在较高水平，使电芯的水分脱离动力保持稳定，避免了频繁抽真空、卸真空带来的体系状态不稳定和对设备电磁阀或气动阀磨损严重等问题，可实现大批量对电芯进行干燥，有利于充分利用能源，降低成本，电芯干燥后的水分值为200～600ppm之间，满足生产需要。

优选的，干燥后，采用包括以下步骤的方法对锂离子电池电芯进行冷却：

a)开启鼓风，并向体系中充入非氧化性气体至真空度为85kPa～95kPa，达到真空度后保压；整个过程控制时间为20～30min；

b)抽真空至真空度为200Pa以下；

c)重复步骤a)和步骤b)的操作直至体系内温度低于65℃。

采用上述冷却方法可加快冷却过程，并进一步减少电芯的水分含量。上述冷却中，充入非氧化性气体所用的时间因设备而异，在实际生产时间中，该时间可控制在5min以内，达到真空度，控制步骤a)整体用时为20～30min即可。步骤b)中，抽真空所用时间为10～20min。

优选的，式(Ⅰ)中，h₁为2.5～5h；h₂为8～15h；h为5～15min。步骤c)重复的次数为4～6次。

冷却后，向体系中充入非氧化性气体进行泄压。所述非氧化性气体为氮气、氦气或氩气。优选的，所述非氧化性气体为氮气。

本发明所述的锂离子电池电芯的干燥方法，进一步简化了传统干燥方法，干燥工艺简单，提高了干燥效率，降低了干燥所用时间，极大程度的减小了电芯隔膜在烘烤过程中的变形量，有利于电池生产企业实现降本增效和提高产品质量等目标，适合大规模推广应用。

附图说明

图1为经本发明实施例1和对比例1的干燥方法对20Ah电芯干燥后的水分对比结果；

图2为经本发明实施例2和对比例2的干燥方法对72Ah电芯干燥后的水分对比结果；

图3为经本发明实施例3和对比例3的干燥方法对100Ah电芯干燥后的水分对比结果；

图4为本发明锂离子电池电芯干燥方法的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明。

实施例1

本实施例的锂离子电池电芯的干燥方法，工艺流程如图4所示，包括以下步骤：

1)将锂离子电池电芯(电芯由正极片、负极片、隔膜通过叠片方式制备而成，放置于未封口的壳体内，单体容量为20Ah，共200支)置于干燥炉中，抽真空至真空度为200Pa以下，所用时间为8min(式1中h)；

2)同时执行加热、充气、鼓风动作，控制干燥炉内温度升温至90℃(耗时20min)，充入氮气至真空度为85kPa(耗时≤1min)，达到设定温度和真空度后保温保压；整个过程所用时间为2.5h(式1中h₁)，期间持续鼓风；

3)停止鼓风、充氮气操作，维持干燥炉内温度为90℃，抽真空至真空度为100Pa(耗时15min)，保压；抽真空、保压总时间为8h(式1中h₂)；

4)开启鼓风动作，并向体系中充入氮气至真空度为85kPa(耗时≤1min)，保压；过程所用时间为20min，后继续抽真空至真空度为100Pa以下，所用时间为15min；

5)步骤4)重复进行4次，干燥炉内温度冷却至65℃；

6)向干燥炉内充入氮气泄压。

实施例2

本实施例的锂离子电池电芯的干燥方法，包括以下步骤：

1)将锂离子电池电芯(电芯由正极片、负极片、隔膜通过叠片方式制备而成，放置于未封口的壳体内，单体容量为72Ah，共200支)置于干燥炉中，抽真空至真空度为200Pa以下，所用时间为10min(式1中h)；

2)同时执行加热、充气、鼓风动作，控制干燥炉内温度升温至95℃(耗时25min)，充入氮气至真空度为90kPa(耗时≤1min)，达到设定温度和真空度后保温保压；整个过程所用时间为3.5h(式1中h₁)，期间持续鼓风；

3)停止鼓风、充氮气操作，维持干燥炉内温度为95℃，抽真空至真空度为90Pa(耗时20min)，保压；抽真空、保压总时间为12h(式1中h₂)；

4)开启鼓风动作，并向体系中充入氮气至真空度为90kPa(耗时≤1min)，保压；过程所用时间为25min，后继续抽真空至真空度为100Pa以下，所用时间为18min；

5)步骤4)重复进行5次，干燥炉内温度冷却至63℃；

6)向干燥炉内充入氮气泄压。

实施例3

本实施例的锂离子电池电芯的干燥方法，包括以下步骤：

1)将锂离子电池电芯(电芯由正极片、负极片、隔膜通过叠片方式制备而成，放置于未封口的壳体内，单体容量为100Ah)置于干燥炉中，抽真空至真空度为200Pa以下，所用时间为12min(式1中h)；

2)同时执行加热、充气、鼓风动作，控制干燥炉内温度升温至110℃(耗时30min)，充入氮气至真空度为95kPa(耗时≤1min)，达到设定温度和真空度后保温保压；整个过程所用时间为5h(式1中h₁)，期间持续鼓风；

3)停止鼓风、充氮气操作，维持干燥炉内温度为110℃，抽真空至真空度为90Pa(耗时25min)，保压；抽真空、保压总时间为15h(式1中h₂)；

4)开启鼓风动作，并向体系中充入氮气至真空度为95kPa(耗时≤1min)，保压；过程所用时间为30min，后继续抽真空至真空度为100Pa以下，所用时间为20min；

5)步骤4)重复进行6次，干燥炉内温度冷却至60℃；

6)向干燥炉内充入氮气泄压。

对比例1

对比例1的干燥方法，干燥对象、干燥总时间与实施例1相同，包括以下步骤：

1)将锂离子电池电芯置于干燥系统中，抽真空至50Pa后保压，所用时间为干燥总时间的10％；

2)向干燥系统中充入氮气至真空度为60KPa，加热至90℃，达到温度和真空度后保温保压，期间持续鼓风，所用时间为干燥总时间的10％；

3)维持体系温度为90℃，抽真空至真空度至50Pa后保压，所用时间为干燥总时间的10％；

4)重复步骤2)和步骤3)共4次，充入氮气至常压，冷却至65℃。

对比例2

对比例2的干燥方法，干燥对象、干燥总时间与实施例2相同，包括以下步骤：

1)将锂离子电池电芯置于干燥系统中，抽真空至50Pa后保压，所用时间为干燥总时间的10％；

2)向干燥系统中充入氮气至真空度为75KPa，加热至95℃，达到温度和真空度后保温保压，期间持续鼓风，所用时间为干燥总时间的10％；

3)维持体系温度为95℃，抽真空至真空度至50Pa后保压，所用时间为干燥总时间的10％；

4)重复步骤2)和步骤3)共5次，充入氮气至常压，冷却至65℃。

对比例3

对比例3的干燥方法，干燥对象、干燥总时间与实施例3相同，包括以下步骤：

1)将锂离子电池电芯置于干燥系统中，抽真空至50Pa后保压，所用时间为干燥总时间的10％；

2)向干燥系统中充入氮气至真空度为75KPa，加热至110℃，达到温度和真空度后保温保压，期间持续鼓风，所用时间为干燥总时间的10％；

3)维持体系温度为110℃，抽真空至真空度至50Pa后保压，所用时间为干燥总时间的10％；

4)重复步骤2)和步骤3)共4次，充入氮气至常压，冷却至65℃。

试验例

本试验例对各实施例的干燥效果进行检测，结果如图1、图2、图3所示，分别为对20Ah、72Ah、100Ah容量电芯的烘干对比实验，其中横坐标表示实验数量，纵坐标为相应电芯的水分检测结果。由图中的结果可知，经本发明的方法对锂离子电池电芯进行干燥，其水分含量范围为200～600ppm，且各电芯的水分含量差异不大，质量可控性较好。

Claims (10)

1.一种锂离子电池电芯的干燥方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将锂离子电池电芯置于封闭体系中，抽真空至真空度为200Pa以下，所用时间记为h；

2)同时对体系进行加热、充气和鼓风，控制加热温度为90～110℃，真空度为85kPa～95kPa，达到设定温度和真空度后保温保压；整个过程持续鼓风，所用时间记为h₁；充气、鼓风所用介质均为非氧化性气体；

3)维持体系温度为90～110℃，抽真空至真空度为100Pa以下，保压；整个过程所用时间记为h₂；

以上步骤中，h、h₁和h₂满足式(Ⅰ)所示的条件：

2.如权利要求1所述的锂离子电池电芯的干燥方法，其特征在于，还包括步骤4)，采用包括以下步骤的方法对锂离子电池电芯进行冷却：

a)开启鼓风，并向体系中充入非氧化性气体至真空度为85kPa～95kPa，达到真空度后保压；整个过程控制时间为20～30min；

b)抽真空至真空度为200Pa以下；

c)重复步骤a)和步骤b)的操作直至体系内温度低于65℃。

3.如权利要求1或2所述的锂离子电池电芯的干燥方法，其特征在于，h₁为2.5～5h。

4.如权利要求1或2所述的锂离子电池电芯的干燥方法，其特征在于，h₂为8～15h。

5.如权利要求1或2所述的锂离子电池电芯的干燥方法，其特征在于，h为5～15min。

6.如权利要求2所述的锂离子电池电芯的干燥方法，其特征在于，步骤b)中，抽真空所用时间为10～20min。

7.如权利要求2所述的锂离子电池电芯的干燥方法，其特征在于，步骤c)中，重复的次数为4～6次。

8.如权利要求2所述的锂离子电池电芯的干燥方法，其特征在于，冷却后，向体系中充入非氧化性气体进行泄压。

9.如权利要求1、2或8所述的锂离子电池电芯的干燥方法，其特征在于，所述非氧化性气体为氮气、氩气、氦气。

10.如权利要求9所述的锂离子电池电芯的干燥方法，其特征在于，所述非氧化性气体为氮气。