CN106252580A - 一种锂电池真空连续干燥注液预封系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锂电池真空连续干燥注液预封系统，其特征在于该系统包括第一过渡仓、烘干仓、第二过渡仓、注液预封仓、第三过渡仓、托盘双向输送装置、真空旁路装置、氮气充放装置、电引入装置、真空抽气装置和真空维持装置；所述烘干仓包括干燥循环模块单体和电加热器阵列。该系统将叠片完成后的半成品电池快速无污染的转移到工艺仓进行烘干、注液预封，实现了锂电池从干燥到注液预封工序的自动化、连续生产，避免了工序转移过程中的二次污染，提高了生产产能。

Description

一种锂电池真空连续干燥注液预封系统

技术领域

本发明涉及锂离子电池生产领域，具体是一种锂电池真空连续干燥注液预封系统。

背景技术

在锂电池生产工艺中，烘干和注液预封是两个独立的工艺过程，分别在真空干燥箱和手套箱中完成的。进行两个工艺过程时，需要对半成品电池进行转运与储存环节，这样使得半成品电池在空气中吸湿，造成二次污染。

现有工艺过程是：当锂电池叠片完成后，将半成品电池放入真空干燥箱中进行烘干，该烘干过程一般需要72小时。烘干后，再由人工将其搬进手套箱中进行注液。那么在这个工序的转移过程中，之前已经烘干好的锂离子电池会不可避免地接触到空气中的水、氧和杂质，造成半成品电池的再次吸湿，尤其对于南方某些厂家，其地理位置的关系导致空气湿度很大，即便采取措施对生产车间进行水分控制，但其空气中的水含量仍可达到十万个PPM以上，且该湿度大小随季节的不同而发生变化。这就造成了水、氧、有机气体等不可控因素，工人们无法估计进入电池中水分、氧气含量的多少，就需要再次对其进行数小时的真空干燥处理，这样一来，便大大地降低了锂离子电池的生产效率。而且，由于水分、氧气、有机气体、粉尘等不可控因素的再次加入，造成了锂离子电池的一致性变差，使得在电池成组后的使用过程中，不可避免地出现过充电和过放电的情况，使得电池的使用寿命缩短，安全性大大降低。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种锂电池真空连续干燥注液预封系统。该系统将叠片完成后的半成品电池快速无污染的转移到工艺仓进行烘干、注液预封，实现了锂电池从干燥到注液预封工序的自动化、连续生产，避免了工序转移过程中的二次污染，提高了生产产能。

本发明解决所述技术问题的技术方案是，提供一种锂电池真空连续干燥注液预封系统，其特征在于该系统包括第一过渡仓、烘干仓、第二过渡仓、注液预封仓、第三过渡仓、托盘双向输送装置、真空旁路装置、氮气充放装置、电引入装置、真空抽气装置和真空维持装置；所述烘干仓包括干燥循环模块单体和电加热器阵列；

所述第一过渡仓位于整个系统的前端；所述烘干仓位于第一过渡仓与第二过渡仓之间；所述第二过渡仓位于烘干仓与注液预封仓之间；所述注液预封仓位于第二过渡仓与第三过渡仓之间；所述第三过渡仓位于整个系统的尾端；第一过渡仓与外界之间、第一过渡仓与烘干仓之间、烘干仓与第二过渡仓之间、第二过渡仓与注液预封仓之间、注液预封仓与第三过渡仓、第三过渡仓与外界之间均设置有闸门；所述第一过渡仓、第二过渡仓和第三过渡仓内部均安装有托盘双向输送装置；所述干燥循环模块单体安置于烘干仓内；所述电加热器阵列安置于烘干仓内；所述真空旁路装置与烘干仓连接；所述氮气充放装置分别与烘干仓、注液预封仓和真空抽气装置连接；所述电引入装置分别与第一过渡仓、烘干仓、第二过渡仓、注液预封仓和第三过渡仓连接；所述真空抽气装置分别与第一过渡仓、烘干仓、第二过渡仓、注液预封仓和第三过渡仓连接；所述真空维持装置分别与第一过渡仓、烘干仓、第二过渡仓、注液预封仓和第三过渡仓连接。

一种锂电池真空连续干燥注液预封的方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)准备阶段：系统中的第一过渡仓、烘干仓、第二过渡仓、注液预封仓和第三过渡仓之间的各个闸门均处于关闭状态；真空抽气装置对第一过渡仓、烘干仓、第二过渡仓、注液预封仓和第三过渡仓进行快速抽真空处理；当抽至所需真空度时，真空抽气装置的所有阀门关闭，同时真空维持装置的阀门打开，维持真空度；生产过程中还需每隔1-10h通过氮气充放装置对烘干仓和注液预封仓通入氮气；

(2)工作阶段：当锂电池完成上一工位的加工后，第一过渡仓与外界之间的闸门打开，第一过渡仓内的托盘双向输送装置伸出到达A1位置，接取托盘；当托盘的末端进入第一过渡仓中，第一过渡仓与外界之间的闸门关闭，同时真空抽气装置对第一过渡仓抽真空，当第一过渡仓的压力与烘干仓的压力相等时，停止抽真空；第一过渡仓与烘干仓之间的闸门开启，第一过渡仓内的托盘双向输送装置伸出，将托盘由A位置输送至A2位置；当托盘到达A2位置后，位于烘干仓内部的干燥循环模块单体作用，将托盘向前输送，经过充分干燥，托盘运动至B8位置处，烘干仓与第二过渡仓之间的闸门开启，第二过渡仓内的托盘双向输送装置伸出到达B8位置，接取托盘；当托盘的末端进入第二过渡仓中，烘干仓与第二过渡仓之间的闸门关闭；当托盘到达C位置时，第二过渡仓与注液预封仓之间的闸门开启，第三过渡仓内部的托盘双向输送装置伸出，将托盘由C位置输送至注液预封仓内的C1位置处；在注液预封仓中完成注液预封后，电池运行至C3处，此时真空抽气装置对第三过渡仓进行抽真空处理，直到第三过渡仓中的压力与注液预封仓的压力相等，注液预封仓与第三过渡仓之间的闸门开启，第三过渡仓内部的托盘双向输送装置伸出到达C3位置，接取托盘；当托盘的末端进入第三过渡仓中，注液预封仓与第三过渡仓之间的闸门关闭，第三过渡仓与外界之间的闸门打开，第三过渡仓内部的托盘双向输送装置伸出，将托盘由D输送至D1处，完成电池的干燥、注液和预封工作。

与现有技术相比，本发明有益效果在于：本系统不需人工参与，在不改变原有电池生产工艺与环境条件的前提下，通过将各断开的工序段进行机械式动作衔接即可完成对动力锂电池的干燥、注液和预封，整个过程连续，自动化程度高，且在工序转移过程中隔绝水和空气，减少了水分对锂电池的不利影响，从而提高锂电池一致性，适合大批量的连续生产高性能的锂离子电池。

附图说明

图1是本发明锂电池真空连续干燥注液预封系统一种实施例的整体结构示意图；(图中：1、第一过渡仓；2、烘干仓；3、第二过渡仓；4、注液预封仓；5、第三过渡仓；6、托盘双向输送装置；7、真空旁路装置；8、氮气充放装置；9、电引入装置；10、真空抽气装置；11、真空维持装置；2.1、干燥循环模块单体；2.2、电加热器阵列)

具体实施方式

下面给出本发明的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本发明，不限制本申请权利要求的保护范围。

本发明提供了一种锂电池真空连续干燥注液预封系统(参见图1，简称系统)。该系统包括第一过渡仓1、烘干仓2、第二过渡仓3、注液预封仓4、第三过渡仓5、托盘双向输送装置6、真空旁路装置7、氮气充放装置8、电引入装置9、真空抽气装置10和真空维持装置11；所述烘干仓2包括干燥循环模块单体2.1和电加热器阵列2.2；

所述第一过渡仓1位于整个系统的前端，用于避免烘干仓2在工作过程中因接触大气受到污染；若烘干仓2受到污染，则会降低电池的生产效率；所述烘干仓2位于第一过渡仓1与第二过渡仓3之间，用于完成锂电池生产过程中的真空干燥；所述第二过渡仓3位于烘干仓2与注液预封仓4之间，由于锂电池的烘干和注液预封工艺所需的温度条件不同，第二过渡仓3能够避免烘干仓2和注液预封仓4之间进行热交换，起到热隔离作用；所述注液预封仓4位于第二过渡仓3和第三过渡仓5之间，当锂电池干燥完成后，用于对电池进行注液和预封的操作；所述第三过渡仓5位于整个系统的尾端，用于避免注液预封仓4在工作过程中因接触大气受到污染；若注液预封仓4受到污染，则导致电池在注液过程中混入水气与杂质，不仅会与电池产生锂化反应，还会降低电池容量；

第一过渡仓1与外界之间、第一过渡仓1与烘干仓2之间、烘干仓2与第二过渡仓3之间、第二过渡仓3与注液预封仓4之间、注液预封仓4与第三过渡仓5之间、第三过渡仓5与外界之间均设置有闸门，分别通过闸门的启闭来实现连接与隔离；

所述第一过渡仓1、第二过渡仓3和第三过渡仓5内部均安装有托盘双向输送装置6，托盘双向输送装置6沿轨道运动，用于完成锂电池半成品在各仓之间的输送、转运。

所述干燥循环模块单体2.1安置于烘干仓2内，其作用是使托盘双向输送装置6能够在烘干仓2中沿S形轨迹向前输送，其输送路径设计为S形的目的是在不改变现有烘干时间72h的前提下，缩短烘干仓2的纵向长度，减小烘干仓2的体积，节省占地面积，降低烘干仓2的造价。所述电加热器阵列2.2安置于烘干仓2内，用于为电池干燥提供所需要的温度，一般为85℃。

所述真空旁路装置7与烘干仓2连接，作用是在真空抽气装置10启动时，加快真空抽气装置10启动速度，以达到快速抽真空的目的。

所述氮气充放装置8分别与烘干仓2、注液预封仓4和真空抽气装置10连接，为锂电池生产过程提供所需的氮气，由于电池极片极易受到空气中的H₂O、O₂及杂质气体的污染，故在其制造过程中需每隔4h通入一次氮气，置换设备中的可凝性气体，以防止外部气体进入。另外，真空抽气装置10抽出的气体中可能含有有机溶剂，被加热到一定温度后再与空气结合极易爆炸，因此需通入惰性气体氮气以进行保护。电池制造过程中通入的一般是纯度为99.999％的高纯度氮气。

所述电引入装置9分别与第一过渡仓1、烘干仓2、第二过渡仓3、注液预封仓4和第三过渡仓5连接，为整个系统提供动力，分别布置于电线经过的地方，从而保证仓体的密封性要求。

所述真空抽气装置10分别与第一过渡仓1、烘干仓2、第二过渡仓3、注液预封仓4和第三过渡仓5连接，提供真空环境，当各仓内需要具备一定的真空度时，真空抽气装置10上的阀门全部打开，将仓体内不凝结、不溶解的气体快速抽出。

所述真空维持装置11分别与第一过渡仓1、烘干仓2、第二过渡仓3、注液预封仓4和第三过渡仓5连接，当真空抽气装置10真空完毕后，关闭高真空阀和前级管道阀门，同时开启真空维持装置11阀门，依靠真空维持装置11将阀门漏出的少量气体抽出，保证仓体内的真空度。

本发明锂电池真空连续干燥注液预封系统的工作原理和工作流程是：

当锂电池叠片完成后，电池半成品进入该系统前，第一过渡仓1、烘干仓2、第二过渡仓3、注液预封仓4和第三过渡仓5之间分别处于隔离状态；在需要进行生产前，将烘干仓2、第二过渡仓3和注液预封仓4与真空抽气装置10相连的所有真空阀打开，真空抽气装置10对第一过渡仓1、第二过渡仓3和第三过渡仓5进行快速抽真空处理；当抽至所需真空度1000Pa时，为了节省能源消耗，真空抽气装置10入口处的所有阀门关闭，同时真空维持装置11入口处的阀门打开，依靠真空维持装置11将阀门漏出的少量气体抽出，以维持其内部的真空度。另外，由于电池极片极易受到空气中的H₂O、O₂及杂质气体的污染，故在其工艺生产过程中还需每隔4h通入一次氮气，置换设备中的可凝性气体，以防止外部气体进入。此时，所有真空阀均关闭，将氮气阀打开，同时氮气充放装置8进气阀打开，将氮气瓶中的高纯度氮气充满各个仓中，随后将氮气充放装置8的出气阀打开，将置换后的气体抽至储气罐中。

当锂电池完成铝塑膜包装后，第一过渡仓1的左侧闸门打开，托盘双向输送装置6向左伸出到达A1位置，接取托盘，托盘伸出和缩回速度一样。在此过程中，当托盘的末端一进入第一过渡仓1中，第一过渡仓1左侧的闸门将迅速关闭，同时，第一过渡仓1出口处的真空阀与真空抽气装置10入口处的真空阀全部打开，真空抽气装置10对第一过渡仓1迅速抽真空，当第一过渡仓1的压力与烘干仓2的压力相等时，停止抽真空。同时第一过渡仓1右侧的闸门开启，托盘双向输送装置6向右伸出，将托盘由A位置输送至A2位置。

当托盘到达A2位置后，位于烘干仓2内部的干燥循环模块单体2.1作用，沿着S形轨迹将托盘向前脉动输送，托盘在烘干仓2中的运动路径为A2-B2-B3-B4-B5-B6-B7-B8，当托盘运动至B8位置处，由于第二过渡仓3的真空度与烘干仓2内的真空度一致，均为0Pa，因此不需再对第二过渡仓3进行抽真空处理。此时，所述第二过渡仓3左侧闸门开启，其内部的托盘双向输送装置6向左伸出，将位于B8处的托盘输送至C位置。此时，锂电池在烘干仓2内经过72h干燥，顺利到达第二过渡仓3中。

此时，第二过渡仓3左侧的闸门关闭，当托盘到达C位置时，第二过渡仓3右侧闸门开启，托盘双向输送装置6向右伸出，将位于C处的托盘输送至注液预封仓4内的C1位置处。

在注液预封仓4中放置有外购设备，当托盘进入注液预封仓4后，注液预封仓4中的上料机械手动作，将待注液的电池由C1抓取至注液预封仓4的C2处，进行扫码。随后，上料机械手将经过扫码的电池抓取至称重机构进行称重，并用电池夹具将称重后的电池夹紧，由电池注液机构进行注液。注液完毕后，将电池放入在真空中静置12h。静置完成后，电池真空抽气封口机构对其进行抽真空封口，并由上料机械手抓取至称重机构再次进行称重，将称重后的不合格产品抓取至不合格产品放置区，由下料机械手将合格的电池产品抓取至C3处，完成一组电池的注液、预封工艺过程，此过程为现有技术。

在电池离开注液预封仓4前，第三过渡仓5出口处的真空阀与真空抽气装置10入口处的真空阀打开，对第三过渡仓5进行抽真空处理，直到第三过渡仓5中的压力与注液预封仓4的压力相等，第三过渡仓5左侧的闸门开启，其内部托盘双向输送装置向左伸出，将托盘由C3输送至D处，并关闭第三过渡仓5左侧的闸门，当左侧闸门完全关闭后，其右侧闸门打开，托盘双向输送装置6向右伸出，将托盘由D输送至D1处。此时，托盘输送至大气中。至此，完成电池的干燥、注液和预封工作。

本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (3)

1.一种锂电池真空连续干燥注液预封系统，其特征在于该系统包括第一过渡仓、烘干仓、第二过渡仓、注液预封仓、第三过渡仓、托盘双向输送装置、真空旁路装置、氮气充放装置、电引入装置、真空抽气装置和真空维持装置；所述烘干仓包括干燥循环模块单体和电加热器阵列；

所述第一过渡仓位于整个系统的前端；所述烘干仓位于第一过渡仓与第二过渡仓之间；所述第二过渡仓位于烘干仓与注液预封仓之间；所述注液预封仓位于第二过渡仓与第三过渡仓之间；所述第三过渡仓位于整个系统的尾端；第一过渡仓与外界之间、第一过渡仓与烘干仓之间、烘干仓与第二过渡仓之间、第二过渡仓与注液预封仓之间、注液预封仓与第三过渡仓之间、第三过渡仓与外界之间均设置有闸门；所述第一过渡仓、第二过渡仓和第三过渡仓内部均安装有托盘双向输送装置；所述干燥循环模块单体安置于烘干仓内；所述电加热器阵列安置于烘干仓内；所述真空旁路装置与烘干仓连接；所述氮气充放装置分别与烘干仓、注液预封仓和真空抽气装置连接；所述电引入装置分别与第一过渡仓、烘干仓、第二过渡仓、注液预封仓和第三过渡仓连接；所述真空抽气装置分别与第一过渡仓、烘干仓、第二过渡仓、注液预封仓和第三过渡仓连接；所述真空维持装置分别与第一过渡仓、烘干仓、第二过渡仓、注液预封仓和第三过渡仓连接。

2.一种采用权利要求1所述系统进行锂电池真空连续干燥注液预封的方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)准备阶段：系统中的第一过渡仓、烘干仓、第二过渡仓、注液预封仓和第三过渡仓之间的各个闸门均处于关闭状态；真空抽气装置对第一过渡仓、烘干仓、第二过渡仓、注液预封仓和第三过渡仓进行快速抽真空处理；当抽至所需真空度时，真空抽气装置的所有阀门关闭，同时真空维持装置的阀门打开，维持真空度；生产过程中还需每隔1-10h通过氮气充放装置对烘干仓和注液预封仓通入氮气；

(2)工作阶段：当锂电池完成上一工位的加工后，第一过渡仓与外界之间的闸门打开，第一过渡仓内的托盘双向输送装置伸出到达A1位置，接取托盘；当托盘的末端进入第一过渡仓中，第一过渡仓与外界之间的闸门关闭，同时真空抽气装置对第一过渡仓抽真空，当第一过渡仓的压力与烘干仓的压力相等时，停止抽真空；第一过渡仓与烘干仓之间的闸门开启，第一过渡仓内的托盘双向输送装置伸出，将托盘由A位置输送至A2位置；当托盘到达A2位置后，位于烘干仓内部的干燥循环模块单体作用，将托盘向前输送，经过充分干燥，托盘运动至B8位置处，烘干仓与第二过渡仓之间的闸门开启，第二过渡仓内的托盘双向输送装置伸出到达B8位置，接取托盘；当托盘的末端进入第二过渡仓中，烘干仓与第二过渡仓之间的闸门关闭；当托盘到达C位置时，第二过渡仓与注液预封仓之间的闸门开启，第三过渡仓内部的托盘双向输送装置伸出，将托盘由C位置输送至注液预封仓内的C1位置处；在注液预封仓中完成注液预封后，电池运行至C3处，此时真空抽气装置对第三过渡仓进行抽真空处理，直到第三过渡仓中的压力与注液预封仓的压力相等，注液预封仓与第三过渡仓之间的闸门开启，第三过渡仓内部的托盘双向输送装置伸出到达C3位置，接取托盘；当托盘的末端进入第三过渡仓中，注液预封仓与第三过渡仓之间的闸门关闭，第三过渡仓与外界之间的闸门打开，第三过渡仓内部的托盘双向输送装置伸出，将托盘由D输送至D1处，完成电池的干燥、注液和预封工作。

3.根据权利要求2所述的锂电池真空连续干燥注液预封的方法，其特征在于托盘在烘干仓中的运动路径为A2-B2-B3-B4-B5-B6-B7-B8。