CN110880581B - 一种锂离子电池正极片的干燥方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于叠片式锂电池正极片的干燥方法，所述该方法具体包括以下步骤：1）制备铝壳：采用铝板制备铝壳，铝壳的整体结构呈内部具有空腔的长方体盒状，铝壳的上部设置有开口；2）极片入壳：将铝壳呈60°倾斜放置，取一叠待干燥的正极片放入铝壳内，然后将铝壳竖直放置，本发明将极片由平放改为竖放，竖放的同时极片在各自铝壳空间内的挤压力大大减小，同时采用铝材料制备的铝壳作为极片的载体，且在干燥箱内相互紧密排列，充分利用了铝材质的良好导热性，各铝壳内腔内温度一致，进而对极片进行干燥时，极片内水分气化后进入箱体的难易程度小，保证了干燥的一致性。
Description
技术领域
本发明涉及一种锂电池极片干燥方法，具体的说，是涉及一种适用于叠片式锂离子电池正极片的干燥，可以有效干燥出极片内水分，水分干燥一致性好的锂离子电池正极片的干燥方法，属于新能源电池技术领域。
背景技术
目前，石油资源日渐短缺、环境污染日益严重，开发新的能源来替代传统的石化能源迫在眉睫，在此背景下，加速对环境无污染的锂离子电池的开发显得尤为重要。
锂离子电池产业在国家的大力支持下，近几年得到迅猛发展，电池制作步骤虽略有不同，但大体一致，均为：搅拌-涂布-辊压-制片-极片干燥-成芯-焊接-电芯烘烤-注液-搁置-化成-电池老化-分容-挑选出货。
电池成品后，内部水分的含量对电池性能影响巨大，因此在电池的制作过程中对水分控制非常严格，在制作过程中绝大多数厂家都会经过两次干燥，一是在制片后对极片的干燥，一是入壳激光焊接后电芯烘烤，极片干燥看似简单，实际执行起来有诸多要点。必须注意以下四点：一是干燥出极片内的水分；二是干燥后极片内水分的含量要保持一致；三是不能损坏极片的表面及内在结构；四是要避免干燥后水分的二次吸入。
如专利号为：201010601374.0，公开了一种锂离子二次电池极片的干燥方法，该方法按照以下步骤分开对正极卷料和负极卷料进行干燥：将卷料放入干燥箱内的托盘中；将干燥箱抽真空至-0.1MPa后持续抽1~30分钟关闭；利用加热器对干燥箱进行加热；2~10个小时后在干燥箱内充入惰性气体，直到真空表指针达到-0.01MPa停止；让惰性气体在干燥箱内与湿气交换5~30分钟，然后将干燥箱抽真空至-0.1MPa后持续抽1~30分钟关闭；关闭加热器，待温度降至室内温度后从干燥箱内取出卷料投入轧制。
上述该类锂离子电池极片的干燥方法能够实现对锂离子电池极片进行干燥，但是上述该类锂离子电池极片的干燥方法是将制好的极片一叠一叠的平放在不锈钢托盘上，固定平放高度，然后放入干燥箱内进行干燥，采用该方法进行干燥时：干燥箱内各个极片的表面温度不一致，表层极片跟底部极片的表面温度相差3-7℃，另外受叠放的影响各个极片受力不一致导致松紧度不一致，极片干燥出的水分析出路径、难易程度皆不一样，会产生极片干燥不一致的情况，在后续工序中这种干燥不一致情况会一直存在，并且电芯烘烤检测烘烤效果时抽测到偏低的极片，会造成误判，进一步导致做出的电池因水分不一致而造成锂离子电池性能的差异。
发明内容
本发明要解决的主要技术问题是提供一种适用于叠片式锂离子电池，可以有效的干燥出极片内水分，极片干燥效果一致，不会损坏极片表面及内在结构而且可以有效避免水分二次吸入的锂离子电池正极片的干燥方法。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种适用于叠片式锂电池正极片的干燥方法，所述该方法具体包括以下步骤：
1）制备铝壳：采用铝板制备铝壳，铝壳的整体结构呈内部具有空腔的长方体盒状，铝壳的上部设置有开口；
2）极片入壳：将铝壳呈60°倾斜放置，取一叠待干燥的正极片放入铝壳内，然后将铝壳竖直放置。
以下是本发明对上述技术方案的进一步优化：
进一步优化：所述步骤1）中铝壳的内腔高度H1大于极片高度H2，铝壳内腔宽度K1大于极片宽度K2，铝壳内腔厚度D=20～30mm，铝壳壁厚δ为0.8-1.5mm。
进一步优化：所述步骤2）中取出的该叠待干燥正极片的整体厚度为铝壳内腔厚度的90～95%。
进一步优化：所述该方法具体还包括以下步骤：
3）入箱：将铝壳排列填装在干燥箱内；
4）干燥：对干燥箱内正极片进行干燥；
5）冷却：关闭加热按钮，干燥箱降温至40℃以下；
6）取片：打开干燥箱门，取出极片。
进一步优化：所述步骤3）中填装铝壳前需要对干燥箱进行预热至60℃，并充入氮气，氮气的露点为＜-40℃。
进一步优化：所述步骤3）中填装铝壳后对干燥箱内持续抽真空至干燥箱内真空度为＜-0.09MPa。
进一步优化：所述步骤4）中设定干燥箱内干燥温度为108±2℃。
进一步优化：所述步骤4）中干燥过程分为第一阶段干燥和第二阶段干燥，所述第一阶段干燥其具体步骤为：
a.1）待干燥箱内温度升至设定温度后，关闭真空阀门，打开氮气开关充入氮气，氮气露点为＜-40℃，至干燥箱内真空度为0MPa停止，保持5min；
a.2）关闭氮气开关，打开真空阀门抽真空抽至＜-0.09MPa，持续抽真空，保持10min；
然后循环进行步骤a.1）和步骤a.2），循环次数为24-30次。
进一步优化：所述第二阶段干燥，其具体步骤为：
b.1）关闭真空阀门，打开氮气开关向箱内充入氮气，氮气露点为＜-41℃，直至干燥箱内真空度为0MPa停止，保持10min；
b.2）关闭氮气开关，打开真空阀门进行抽真空抽至＜-0.091MPa，持续抽真空，保持20min；
然后循环进行步骤b.1）和步骤b.2），循环次数为12-15次。
进一步优化：所述步骤5）中关闭加热按钮后，其具体降温步骤包括：
c、1）关闭真空阀门，打开氮气开关向干燥箱内充入氮气至干燥箱内真空度为0MPa停止，保持10min；
c、2）关闭氮气开关，打开真空阀门抽真空抽至＜-0.091MPa，持续抽真空，保持20min；
然后循环进行步骤c.1）和步骤c.2），至干燥箱内温度降至≤40℃。
本发明采用上述技术方案，构思巧妙，结构合理，将极片由平放改为竖放，竖放的同时极片在各自铝壳空间内的挤压力大大减小，同时采用铝材料制备的铝壳作为极片的载体，且在干燥箱内相互紧密排列，充分利用了铝材质的良好导热性，各铝壳内腔内温度一致，进而对极片进行干燥时，极片内水分气化后进入箱体的难易程度小，抽真空及注入氮气时在各铝壳内的路径一致，这样就保证了干燥的一致性，另外在干燥时充分考虑到初始阶段水分析出多的特点，初始循环频率大。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
附图说明
图1为本发明实施例中铝壳的整体结构示意图；
图2为本发明实施例中极片装入铝壳后的整体结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明，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：
如图1-2所示，一种锂离子电池正极片的干燥方法，所述该方法具体包括以下步骤：
1）制备铝壳：采用铝板制备铝壳，所述铝壳的整体结构呈长方体盒状，所述铝壳的内部设置有长方体状空腔，所述铝壳的上部设置有开口。
所述步骤1）中铝壳的内腔高度H1=极片高度（带极耳）H2+2mm，铝壳内腔宽度K1=极片宽度K2+4mm，铝壳内腔厚度D=20mm，铝壳壁厚δ为1mm。
这样设计，通过制备铝壳可以在铝壳内的长方体状空腔内用于存放待干燥的极片，并且铝壳为铝材料制成，铝材料导热性能好，可促进极片快速干燥。
2）极片入壳：将铝壳呈60°倾斜放置，取一叠待干燥的正极片，该叠正极片的厚度为铝壳内腔厚度的90%，然后将叠正极片从铝壳开口处放入，轻拿轻放，注意保护极片四角，慢慢将极片推入到铝壳底部，然后将铝壳竖直放置。
这样设计，可以通过铝壳用于存放待干燥的极片，并且各极片之间存在的挤压力小，进而极片内水分气化后进入箱体的难易程度小，干燥出的水分可以快速抽出，进而大大提高了保证了极片干燥的一致性。
3）入箱：首先对干燥进行预热，预热温度为60℃，然后对干燥箱内充入氮气，氮气的露点为-41℃，打开干燥箱门，将铝壳紧密排列在干燥箱内，装满干燥箱后关闭干燥箱门，然后进行抽真空使干燥箱内的真空度为-0.091MPa，持续抽真空。
这样设计，通过对干燥进行预热至60℃，可以使极片放入干燥箱后短时间内即可升温到设定温度，可节省干燥时间，并且将铝壳紧密排列在干燥箱内，可充分利用铝的优良导热性，各铝壳内温度基本一样。
4）干燥：打开干燥箱加热开关，设定干燥箱内干燥温度为108℃；给极片内水分气化提供足够的能量，又不会对极片结构造成破坏。
待温度升至设定温度时，按如下步骤进行干燥：
第一阶段：
4.1）关闭真空阀门，打开氮气开关向干燥箱内冲入氮气，氮气的露点为-42℃，直至干燥箱内真空度为0MPa停止，保持5min；
4.2）关闭氮气开关，打开真空阀门进行抽真空抽至干燥箱内真空度为-0.091MPa，持续抽真空，保持10min；
然后循环进行步骤4.1）、步骤4.2），循环24次。
第二阶段：
4.3）关闭真空阀门，打开氮气开关向箱内冲入氮气，氮气的露点为-42℃，至干燥箱内真空度为0MPa停止，保持10min；
4.4）关闭氮气开关，打开真空阀门进行抽真空抽至干燥箱内真空度为-0.091MPa，持续抽真空，保持20min；
然后循环进行步骤4.3）、步骤4.4），循环进行12次。
5）关闭加热按钮，使干燥箱内温度降为39℃；
所述步骤5）中关闭加热按钮后，其具体降温步骤包括：
5、1）关闭真空阀门，打开氮气开关向干燥箱内充入氮气至干燥箱内真空度为0MPa停止，保持10min；
5、2）关闭氮气开关，打开真空阀门抽真空抽至-0.091MPa，持续抽真空，保持20min；
然后循环进行步骤5.1）和步骤5.2），至干燥箱内温度降至39℃。
6）冲入氮气，打开干燥箱门，将极片取出开始叠片。
所述步骤6）中，在干燥箱内温度为39℃时开箱取极片，取出的极片二次吸水非常少。
实施例2:
一种适用于叠片式锂电池正极片的干燥方法，所述该方法具体包括以下步骤：
1）制备铝壳：采用铝板制备铝壳，所述铝壳的整体结构呈长方体盒状，所述铝壳的内部设置有长方体状空腔，所述铝壳的上部设置有开口，所述铝壳的内腔高度H1=极片高度（带极耳）H2+2.5mm，铝壳内腔宽度K1=极片宽度K2+4.5mm，铝壳内腔厚度D=25mm，铝壳壁厚δ为1.5mm。
2）将铝壳呈60°倾斜放置，取一叠待干燥的正极片，该叠极片的厚度为铝壳内腔厚度的93%，从铝壳开口处放入到铝壳底部，然后将铝壳竖直放置。
3）入箱：入箱前干燥箱先预热，预热温度为60℃，然后向干燥箱内冲入氮气（氮气露点为-45℃），打开干燥箱门，将铝壳紧密排列在干燥箱内，装满后关闭干燥箱门，进行抽真空，抽至干燥箱内真空度为-0.095MPa，持续抽真空。
4）打开干燥箱加热开关，设定干燥温度为110℃；
待温度升至设定温度时，按如下步骤进行干燥：
第一阶段：
4.1）关闭真空阀门，打开氮气开关向干燥箱内冲入氮气，氮气的露点为-45℃，直至干燥箱内真空度为0MPa停止，保持5min；
4.2）关闭氮气开关，打开真空阀门进行抽真空抽至干燥箱内真空度为-0.095MPa，持续抽真空，保持10min；
然后循环进行步骤4.1）、步骤4.2），循环24次。
第二阶段：
4.3）关闭真空阀门，打开氮气开关向箱内冲入氮气，氮气的露点为-45℃，至干燥箱内真空度为0MPa停止，保持10min；
4.4）关闭氮气开关，打开真空阀门进行抽真空抽至干燥箱内真空度为-0.095MPa，持续抽真空，保持20min；
然后循环进行步骤4.3）、步骤4.4），循环进行12次。
5）关闭加热按钮，使干燥箱内温度降为35℃；
所述步骤5）中关闭加热按钮后，其具体降温步骤包括：
5、1）关闭真空阀门，打开氮气开关向干燥箱内充入氮气至干燥箱内真空度为0MPa停止，保持10min；
5、2）关闭氮气开关，打开真空阀门抽真空抽至-0.095MPa，持续抽真空，保持20min；
然后循环进行步骤5.1）和步骤5.2），至干燥箱内温度降至35℃。
6）冲入氮气，打开干燥箱门，将极片取出开始叠片。
实施例3:
一种适用于叠片式锂电池正极片的干燥方法，所述该方法具体包括以下步骤：
1）制备铝壳：采用铝板制备铝壳，所述铝壳的整体结构呈长方体盒状，所述铝壳的内部设置有长方体状空腔，所述铝壳的上部设置有开口，所述铝壳的内腔高度H1=极片高度（带极耳）H2+3mm，铝壳内腔宽度K1=极片宽度K2+5mm，铝壳内腔厚度D=30mm，铝壳壁厚δ为0.8mm。
2）将铝壳呈60°倾斜放置，取一叠待干燥的正极片，该叠极片的厚度为铝壳内腔厚度的95%，从铝壳开口处放入到铝壳底部，然后将铝壳竖直放置。
3）入箱：入箱前干燥箱先预热，预热温度为60℃，然后向干燥箱内冲入氮气（氮气露点为-48℃），打开干燥箱门，将铝壳紧密排列在干燥箱内，装满后关闭干燥箱门，进行抽真空，抽至干燥箱内真空度为-0.098MPa，持续抽真空。
4）打开干燥箱加热开关，设定干燥温度为106℃；
待温度升至设定温度时，按如下步骤进行干燥：
第一阶段：
4.1）关闭真空阀门，打开氮气开关向干燥箱内冲入氮气，氮气的露点为-48℃，直至干燥箱内真空度为0MPa停止，保持5min；
4.2）关闭氮气开关，打开真空阀门进行抽真空抽至干燥箱内真空度为-0.098MPa，持续抽真空，保持10min；
然后循环进行步骤4.1）、步骤4.2），循环24次。
第二阶段：
4.3）关闭真空阀门，打开氮气开关向箱内冲入氮气，氮气的露点为-48℃，至干燥箱内真空度为0MPa停止，保持10min；
4.4）关闭氮气开关，打开真空阀门进行抽真空抽至干燥箱内真空度为-0.098MPa，持续抽真空，保持20min；
然后循环进行步骤4.3）、步骤4.4），循环进行12次。
5）关闭加热按钮，使干燥箱内温度降为35℃；
所述步骤5）中关闭加热按钮后，其具体降温步骤包括：
5、1）关闭真空阀门，打开氮气开关向干燥箱内充入氮气至干燥箱内真空度为0MPa停止，保持10min；
5、2）关闭氮气开关，打开真空阀门抽真空抽至-0.098MPa，持续抽真空，保持20min；
然后循环进行步骤5.1）和步骤5.2），至干燥箱内温度降至35℃。
6）冲入氮气，打开干燥箱门，将极片取出开始叠片。
分别采用背景技术中现有的锂离子电池极片的干燥方法和本发明的干燥方法分别进行干燥实验，且干燥时间相同，干燥完成后采用库伦滴定法测试极片内的水分，经监测极片水分干燥值对比如下表所示：
根据各公司极片的压实、面密度及箱体内极片的多少不同，测试结果必然不同，该实验结果重点表现出的是采用该发明的干燥方法可以有效干燥出水分，且干燥完成的极片水分均匀，极片干燥效果一致性好。
由上表可见，本发明采用该锂离子电池正极片干燥方对锂离子电池正极片进行干燥完成后，极片内的水分可以有效进行干燥，并且干燥完成的极片干燥效果一致性好，大大提高使用效果。
由上述实施例1～3可知，采用上述锂离子电池正极片干燥方法，将极片由平放改为竖放，竖放的同时极片在各自铝壳空间内的挤压力大大减小，同时采用铝材料制备的铝壳作为极片的载体，且在干燥箱内相互紧密排列，充分利用了铝材质的良好导热性，各铝壳内腔内温度一致，进而对极片进行干燥时，极片内的水分气化后进入箱体的难易程度小，抽真空及注入氮气时在各铝壳内的路径一致，这样就保证了极片干燥的一致性，另外在干燥时充分考虑到初始阶段水分析出多的特点，初始循环频率大。
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 (3)
1.一种适用于叠片式锂电池正极片的干燥方法，其特征在于：所述方法具体包括以下步骤：
1）制备铝壳：采用铝板制备铝壳，铝壳的整体结构呈内部具有空腔的长方体盒状，铝壳的上部设置有开口；
2）极片入壳：将铝壳呈60°倾斜放置，取一叠待干燥的正极片放入铝壳内，然后将铝壳竖直放置；
所述步骤2）中取出的该叠待干燥正极片的整体厚度为铝壳内腔厚度的90～95%；
3）入箱：将铝壳排列填装在干燥箱内；
所述步骤3）中填装铝壳前需要对干燥箱进行预热至60℃，并充入氮气，氮气的露点为＜-40℃；
所述步骤3）中填装铝壳后对干燥箱内持续抽真空至干燥箱内真空度为＜-0.09MPa；
4）干燥：对干燥箱内正极片进行干燥；
所述步骤4）中干燥过程分为第一阶段干燥和第二阶段干燥，所述第一阶段干燥其具体步骤为：
a.1）待干燥箱内温度升至设定温度后，关闭真空阀门，打开氮气开关充入氮气，氮气露点为＜-40℃，至干燥箱内真空度为0MPa停止，保持5min；
a.2）关闭氮气开关，打开真空阀门抽真空抽至＜-0.09MPa，持续抽真空，保持10min；
然后循环进行步骤a.1）和步骤a.2），循环次数为24-30次；
所述第二阶段干燥，其具体步骤为：
b.1）关闭真空阀门，打开氮气开关向箱内充入氮气，氮气露点为＜-41℃，直至干燥箱内真空度为0MPa停止，保持10min；
b.2）关闭氮气开关，打开真空阀门进行抽真空抽至＜-0.091MPa，持续抽真空，保持20min；
然后循环进行步骤b.1）和步骤b.2），循环次数为12-15次；
5）冷却：关闭加热按钮，干燥箱降温至40℃以下；
所述步骤5）中关闭加热按钮后，其具体降温步骤包括：
c、1）关闭真空阀门，打开氮气开关向干燥箱内充入氮气至干燥箱内真空度为0MPa停止，保持10min；
c、2）关闭氮气开关，打开真空阀门抽真空抽至＜-0.091MPa，持续抽真空，保持20min；
然后循环进行步骤c.1）和步骤c.2），至干燥箱内温度降至≤40℃；
6）取片：打开干燥箱门，取出极片。
2.根据权利要求1所述的一种适用于叠片式锂电池正极片的干燥方法，其特征在于：所述步骤1）中铝壳的内腔高度H1大于极片高度H2，铝壳内腔宽度K1大于极片宽度K2，铝壳内腔厚度D=20～30mm，铝壳壁厚δ为0.8-1.5mm。
3.根据权利要求2所述的一种适用于叠片式锂电池正极片的干燥方法，其特征在于：所述步骤4）中设定干燥箱内干燥温度为108±2℃。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20201021 Address after: 261000 No.2 workshop, No.9, hatching 1st lane, Yuqing community, Xincheng street, high tech Zone, Weifang City, Shandong Province Patentee after: Shandong Juneng lithium battery technology Co., Ltd Patentee after: Weifang Energy-accumulating Battery Co.,Ltd. Address before: 261000 Bohai Road, Yangzi Street, Binhai District, Weifang City, Shandong Province, and the intersection of Dongerjie, Xiangjiang Patentee before: Weifang Energy-accumulating Battery Co.,Ltd. |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A drying method for positive plate of lithium ion battery Effective date of registration: 20210525 Granted publication date: 20200710 Pledgee: Weifang Bank Co.,Ltd. Xincheng sub branch Pledgor: Weifang Energy-accumulating Battery Co.,Ltd. Registration number: Y2021980003994 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |