CN106784601A - 一种电极的干燥方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电极的干燥方法，所述干燥采用红外‑激光‑热风三能一体组合干燥方式，具体包括：（1）设置一包含传输构件和干燥部件的干燥器；（2）在长度方向上依靠所述传输构件将电极基材由干燥部件的入口传输到出口的同时，对涂敷有电极浆料的带状电极基材进行干燥；本发明采用红外‑激光‑热风三能一体组合干燥方式，结合了红外、激光和热风三者的各自特点，并与电极浆料干燥的特点相结合，获得了品质优异的干燥电极，此方法干燥效率较高，稳定性较强，能够解决现有技术中由于热风干燥所导致的干燥不均匀和龟裂的问题。

Description

一种电极的干燥方法
技术领域
本发明涉及氢氧化镍碱性电池领域，特别是涉及一种电极的干燥方法。
背景技术
近年来，随着新能源研究的持续发展，电池成为了被广泛认可的未来具有广阔前景的新能源，电池的构造一般如下:在作为集电体的各金属箔的表面形成扁平电极，并且将多个电极和金属箔堆叠在一起，以提高能量密度。通过在金属箔上涂布包括活性材料和溶剂等的电极浆料、干燥电极浆料、对电极材料进行加压等形成电极。其中，电极的干燥是制备电极过程中十分重要的一个环节，电极干燥工艺的控制对所制备电极的性能有较大的影响。
CN102773208A公开了一种电极干燥器以及用于干燥电极的方法，包括下述步骤:当从干燥炉的入口向出口在长度方向上传输电极基材时，对用涂敷材料涂敷的带状电极基材进行干燥，干燥步骤包括下述步骤:在透气性安装构件上安装进行传输的电极基材；以及通过该安装构件吸住电极基材。该电极干燥器和电极干燥方法能够防止电极基材下垂和起皱，并且减少在干燥期间的不均匀涂敷，以稳定地提供均匀的电极。
JP2004-327203号公报中公开的技术，在输送长的金属箔的同时在该金属箔的表面上连续地涂布电极材料，然后通过感应加热使电极材料干燥。特别地，用于对金属箔进行感应加热的感应线圈与金属箔的表面相对，并且金属箔在移动的同时连续地经受感应加热。
然而，现有的电极干燥技术大多采用热风干燥，但热风干燥一方面由于热空气的鼓风流动而造成电极浆料和电极基材的摇摆，使得干燥后电极的表面并不均匀，性质不均一，另一方面，热风干燥还会造成干燥后的电极浆料的龟裂，制备出的电极的品质较差，并且热风干燥能量浪费比较大，故开发具有优异干燥特性的电极干燥工艺是十分有必要且十分迫切的。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种电极的干燥方法，该方法能够实现电极的稳定干燥，获得品质优异的干燥电极，并且此方法干燥效率较高，稳定性较强，能够解决现有技术中由于热风干燥所导致的干燥不均匀和龟裂的问题。
为实现上述目的，本发明是通过如下方案实现的：
一种电极的干燥方法，所述干燥采用红外-激光-热风三能一体组合干燥方式，具体包括：（1）设置一包含传输构件和干燥部件的干燥器；（2）在长度方向上依靠所述传输构件将电极基材由干燥部件的入口传输到出口的同时，对涂敷有电极浆料的带状电极基材进行干燥；其中，所述传输构件用于水平地支撑要在所述干燥部件中传输的所述电极基材，所述传输构件由若干辊以一定的间距相连接组成，所述间距为10-20cm；
所述干燥部件由三段所组成，第一段设置红外干燥装置，第二段设置激光干燥装置，第三段设置鼓风干燥器，所述三段干燥相互串联但各自相互独立；所述红外干燥装置包括多个并排设置的红外加热管和温度控制设备，所述红外加热管平行的位于传输构件的正上端，所述温度控制设备由温度传感器、变送器和PLC控制器所组成，所述红外干燥的波长为5-15µm，功率为600-1800W，干燥温度为80-105℃；激光干燥装置包括激光发射器、激光接收器和激光能量调节按钮，所述激光发射器和激光接收器分别设置于传输构件的上方和下方，激光能量调节按钮与激光发射器相连接用于控制干燥的温度，所述激光干燥的波长为650nm，干燥温度为105-125℃；所述热风干燥在鼓风干燥器中进行，干燥器中排列有若干热风管，热风管位于传输构件的上方，所述热风的温度为60-100℃，热风的流速为2.0-3.0m/s。
其中，安装于所述传输构件上方的红外加热管与传输构件之间的垂直距离为100-300mm。
所述传输构件的传输速度为1-2m/s。
所述传输构件由若干辊以一定的间距相连接组成，所述间距为15cm。
所述传输构件平坦地支撑所述电极基材。
所述红外干燥的温度为100℃，所述激光干燥的温度为110℃，所述鼓风干燥的温度为90℃。
另外，本发明还提供了一种碱性电池，在外包装罐内具备碱性电解液和电极组，所述电极组由以储氢合金为负极活性物质的储氢合金负极、以氢氧化镍为主要正极活性物质的镍正极、和隔膜构成，其中，所述储氢合金以通式Ce1-xZrxMgNiy-a-bAlaMb,其中，M为Co、Mn、Zn中的一种，0.1≤x≤0.3，3.0≤y≤3.8，0.1≤a≤0.3，0.1≤x≤0.5；所述氢氧化镍正极活性物质中固溶有选自钴(Co)、锌(Zn)、锰(Mn )、银(Ag)、镁(Mg)以及铝(Al)元素中的至少一种元素；所述碱性电解液以氢氧化钾(KOH)为主材料，且包含氢氧化钠(NaOH)，且碱性电解液中添加有钨化合物、钼化合物、铌化合物中的一种和多种，所述碱性电解液的比重约为1.3；另外，所述电极的正极或负极是采用权利要求1所述的干燥方法进行干燥。
所述碱性电解液的注入方法包括如下步骤：
（1）制备包含电极组的电槽，所述电极组由隔着隔膜的正极板及负极板进行卷绕而成；
（2）将电槽置于密封性良好的注液区内，对所述的电槽利用抽气泵进行抽气处理，使得所述电槽内部的气压变为负压；
（3）向所述的电槽进行第一次电解液注入，并且待上述注液结束后向所述电槽施加离心力，所述离心在带有转盘的离心装置上进行，所述转盘的转速为1500-2000rpm，离心时间为1-2min；所述第一次电解液注入的注入量为电解液总重量的30-60%；
（4）第一次注液结束后，对电槽进行抽真空处理，真空处理的时间为60-120min，抽真空的真空度低于0.09MPa；
（5）向所述的电槽进行第二次电解液注入，并且待上述注液结束后向所述电槽施加离心力，所述离心在带有转盘的离心装置上进行，所述转盘的转速为1500-2000rpm，离心时间为3-5min；所述第二次电解液注入的注入量为电解液总重量的40-70%；
（6）向电槽内部充入压力为0.020-0.035MPa的氮气并保持40-70s；将电槽内部泄压，即完成注液。
本发明的电极浆料包括用于形成正电极的正电极浆料以及用于形成负电极的负电极浆料。例如，通过将溶剂加入正电极活性材料、导电剂和粘合剂来制备正电极浆料，并且该正电极浆料具有指定的粘性。其粘度不高于20p，正电极活性材料包括氢氧化镍、选自钴(Co)、锌(Zn)、锰(Mn )、银(Ag)、镁(Mg)以及铝(Al)元素中的至少一种元素；导电剂如乙炔黑、热炭黑、碳纤维等，粘合剂如淀粉、聚乙烯醇、聚乙烯等，溶剂如纯水。
本发明的有益效果是：本发明采用红外-激光-热风三能一体组合干燥方式，结合了红外、激光和热风三者的各自特点，并与电极浆料干燥的特点相结合，获得了品质优异的干燥电极，其中，红外干燥利用红外辐射能够很好的被溶剂吸收的特点，其干燥速度很快，干燥质量好以及能量利用率较高，在电极涂敷后初始干燥阶段能较好的保持浆料不受外界条件的干扰，完成性质稳定的初始干燥；而中间阶段激光干燥，利用激光的高能量，实现中间阶段的高温干燥，较短时间内即能实现高温下的较好干燥效果，并且激光干燥不会由于温度较高而导致干燥浆料的龟裂，表面性质得到较好维持，另外，红外和激光干燥能够实现浆料表层和内层的同时干燥，起到整体干燥的良好效果；最后结尾的热风干燥是在前面红外和激光干燥基本结束后对浆料的辅助干燥，其进一步优化干燥的效果，实现干燥的最好效果。
附图说明
图1本发明干燥系统的结构示意图。
其中，1-电极基材，2-涂布器，3-电极浆料，4-红外干燥装置，5-激光干燥装置，6-鼓风干燥器。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种电极的干燥方法，所述干燥采用红外-激光-热风三能一体组合干燥方式，具体包括：（1）设置一包含传输构件和干燥部件的干燥器；（2）在长度方向上依靠所述传输构件将电极基材由干燥部件的入口传输到出口的同时，对涂敷有电极浆料的带状电极基材进行干燥；其中，所述传输构件用于水平地支撑要在所述干燥部件中传输的所述电极基材，所述传输构件由若干辊以一定的间距相连接组成，所述间距为15cm；
所述干燥部件由三段所组成，第一段设置红外干燥装置，第二段设置激光干燥装置，第三段设置鼓风干燥器，所述三段干燥相互串联但各自相互独立；所述红外干燥装置包括多个并排设置的红外加热管和温度控制设备，所述红外加热管平行的位于传输构件的正上端，所述温度控制设备由温度传感器、变送器和PLC控制器所组成，所述红外干燥的波长为10µm，功率为1200W，干燥温度为95℃；激光干燥装置包括激光发射器、激光接收器和激光能量调节按钮，所述激光发射器和激光接收器分别设置于传输构件的上方和下方，激光能量调节按钮与激光发射器相连接用于控制干燥的温度，所述激光干燥的波长为650nm，干燥温度为110℃；所述热风干燥在鼓风干燥器中进行，干燥器中排列有若干热风管，热风管位于传输构件的上方，所述热风的温度为90℃，热风的流速为2.5m/s；其中，安装于所述传输构件上方的红外加热管与传输构件之间的垂直距离为200mm；所述传输构件的传输速度为1.5m/s；所述传输构件由若干辊以一定的间距相连接组成，所述间距为15cm。
实施例2
一种电极的干燥方法，所述干燥采用红外-激光-热风三能一体组合干燥方式，具体包括：（1）设置一包含传输构件和干燥部件的干燥器；（2）在长度方向上依靠所述传输构件将电极基材由干燥部件的入口传输到出口的同时，对涂敷有电极浆料的带状电极基材进行干燥；其中，所述传输构件用于水平地支撑要在所述干燥部件中传输的所述电极基材，所述传输构件由若干辊以一定的间距相连接组成，所述间距为10cm；
所述干燥部件由三段所组成，第一段设置红外干燥装置，第二段设置激光干燥装置，第三段设置鼓风干燥器，所述三段干燥相互串联但各自相互独立；所述红外干燥装置包括多个并排设置的红外加热管和温度控制设备，所述红外加热管平行的位于传输构件的正上端，所述温度控制设备由温度传感器、变送器和PLC控制器所组成，所述红外干燥的波长为5µm，功率为1000W，干燥温度为90℃；激光干燥装置包括激光发射器、激光接收器和激光能量调节按钮，所述激光发射器和激光接收器分别设置于传输构件的上方和下方，激光能量调节按钮与激光发射器相连接用于控制干燥的温度，所述激光干燥的波长为650nm，干燥温度为105℃；所述热风干燥在鼓风干燥器中进行，干燥器中排列有若干热风管，热风管位于传输构件的上方，所述热风的温度为90℃，热风的流速为2.0m/s；安装于所述传输构件上方的红外加热管与传输构件之间的垂直距离为100mm；所述传输构件的传输速度为2m/s；所述传输构件由若干辊以一定的间距相连接组成，所述间距为15cm。
实施例3
一种电极的干燥方法，所述干燥采用红外-激光-热风三能一体组合干燥方式，具体包括：（1）设置一包含传输构件和干燥部件的干燥器；（2）在长度方向上依靠所述传输构件将电极基材由干燥部件的入口传输到出口的同时，对涂敷有电极浆料的带状电极基材进行干燥；其中，所述传输构件用于水平地支撑要在所述干燥部件中传输的所述电极基材，所述传输构件由若干辊以一定的间距相连接组成，所述间距为20cm；
所述干燥部件由三段所组成，第一段设置红外干燥装置，第二段设置激光干燥装置，第三段设置鼓风干燥器，所述三段干燥相互串联但各自相互独立；所述红外干燥装置包括多个并排设置的红外加热管和温度控制设备，所述红外加热管平行的位于传输构件的正上端，所述温度控制设备由温度传感器、变送器和PLC控制器所组成，所述红外干燥的波长为15µm，功率为1800W，干燥温度为105℃；激光干燥装置包括激光发射器、激光接收器和激光能量调节按钮，所述激光发射器和激光接收器分别设置于传输构件的上方和下方，激光能量调节按钮与激光发射器相连接用于控制干燥的温度，所述激光干燥的波长为650nm，干燥温度为125℃；所述热风干燥在鼓风干燥器中进行，干燥器中排列有若干热风管，热风管位于传输构件的上方，所述热风的温度为100℃，热风的流速为3.0m/s；安装于所述传输构件上方的红外加热管与传输构件之间的垂直距离为300mm；所述传输构件的传输速度为2m/s；所述传输构件由若干辊以一定的间距相连接组成，所述间距为15cm。
根据本发明工艺实施的实施例1-3干燥后的电极的性能，结果见表1：
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种电极的干燥方法，其特征在于，所述干燥采用红外-激光-热风三能一体组合干燥方式，具体包括：（1）设置一包含传输构件和干燥部件的干燥器；（2）在长度方向上依靠所述传输构件将电极基材由干燥部件的入口传输到出口的同时，对涂敷有电极浆料的带状电极基材进行干燥；其中，所述传输构件用于水平地支撑要在所述干燥部件中传输的所述电极基材，所述传输构件由若干辊以一定的间距相连接组成，所述间距为10-20cm；
所述干燥部件由三段所组成，第一段设置红外干燥装置，第二段设置激光干燥装置，第三段设置鼓风干燥器，所述三段干燥相互串联但各自相互独立；所述红外干燥装置包括多个并排设置的红外加热管和温度控制设备，所述红外加热管平行的位于传输构件的正上端，所述温度控制设备由温度传感器、变送器和PLC控制器所组成，所述红外干燥的波长为5-15µm，功率为600-1800W，干燥温度为80-105℃；激光干燥装置包括激光发射器、激光接收器和激光能量调节按钮，所述激光发射器和激光接收器分别设置于传输构件的上方和下方，激光能量调节按钮与激光发射器相连接用于控制干燥的温度，所述激光干燥的波长为650nm，干燥温度为105-125℃；所述热风干燥在鼓风干燥器中进行，干燥器中排列有若干热风管，热风管位于传输构件的上方，所述热风的温度为60-100℃，热风的流速为2.0-3.0m/s。
2.根据权利要求1所述的干燥方法，其特征在于，安装于所述传输构件上方的红外加热管与传输构件之间的垂直距离为100-300mm。
3.根据权利要求1所述的干燥方法，其特征在于，所述传输构件的传输速度为1-2m/s。
4.根据权利要求1所述的干燥方法，其特征在于，所述传输构件由若干辊以一定的间距相连接组成，所述间距为15cm。
5.根据权利要求1所述的干燥方法，其特征在于，所述传输构件平坦地支撑所述电极基材。
6.根据权利要求1所述的干燥方法，其特征在于，所述红外干燥的温度为100℃，所述激光干燥的温度为110℃，所述鼓风干燥的温度为90℃。
7.一种碱性电池，其特征在于，在外包装罐内具备碱性电解液和电极组，所述电极组由以储氢合金为负极活性物质的储氢合金负极、以氢氧化镍为主要正极活性物质的镍正极、和隔膜构成，其中，所述储氢合金以通式Ce1-xZrxMgNiy-a-bAlaMb,其中，M为Co、Mn、Zn中的一种，0.1≤x≤0.3，3.0≤y≤3.8，0.1≤a≤0.3，0.1≤b≤0.5；所述氢氧化镍正极活性物质中固溶有选自钴(Co)、锌(Zn)、锰(Mn )、银(Ag)、镁(Mg)以及铝(Al)元素中的至少一种元素；所述碱性电解液以氢氧化钾(KOH)为主材料，且包含氢氧化钠(NaOH)，且碱性电解液中添加有钨化合物、钼化合物、铌化合物中的一种和多种，所述碱性电解液的比重约为1.3；另外，涂敷电极浆料的所述电池正极或负极是采用权利要求1所述的干燥方法进行干燥。
8.根据权利要求7所述的碱性电池，其特征在于，所述碱性电解液的注入方法包括如下步骤：
（1）制备包含电极组的电槽，所述电极组由隔着隔膜的正极板及负极板进行卷绕而成；
将电槽置于密封性良好的注液区内，对所述的电槽利用抽气泵进行抽气处理，使得所述电槽内部的气压变为负压；
向所述的电槽进行第一次电解液注入，并且待上述注液结束后向所述电槽施加离心力，所述离心在带有转盘的离心装置上进行，所述转盘的转速为1500-2000rpm，离心时间为1-2min；所述第一次电解液注入的注入量为电解液总重量的30-60%；
第一次注液结束后，对电槽进行抽真空处理，真空处理的时间为60-120min，抽真空的真空度低于0.09MPa；
向所述的电槽进行第二次电解液注入，并且待上述注液结束后向所述电槽施加离心力，所述离心在带有转盘的离心装置上进行，所述转盘的转速为1500-2000rpm，离心时间为3-5min；所述第二次电解液注入的注入量为电解液总重量的40-70%；
向电槽内部充入压力为0.020-0.035MPa的氮气并保持40-70s；将电槽内部泄压，即完成注液。
9.根据权利要求1所述的干燥方法，其特征在于，所述电极浆料为用于形成正电极的正电极浆料，其中，通过将溶剂加入正电极活性材料、导电剂和粘合剂来制备正电极浆料，正电极活性材料包括氢氧化镍和选自钴(Co)、锌(Zn)、锰(Mn )、银(Ag)、镁(Mg)以及铝(Al)元素中的至少一种元素；导电剂包括乙炔黑、热炭黑、碳纤维中的一种或多种；粘合剂包括淀粉、聚乙烯醇、聚乙烯中的一种或多种，溶剂为纯水。
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