CN112864463A - 一种方形锂离子电池的快速烘烤方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种方形锂离子电池的快速烘烤方法，包括以下步骤,步骤1、准备阶段：对放置方形电池的真空干燥箱进行抽真空至P0，抽真空时间为t0，然后充氮气至常压；步骤2、预热阶段：对放置有方形电池的真空干燥箱进行预热干燥；步骤3、保温保压阶段：对预热后电池维持所述真空烘烤箱内真空度P2；步骤4、循环阶段：重复步骤3循环次数为X0；步骤5、氮气冷却循环阶段：向烘烤装置中充入氮气至常压，并保持时间t3，并在真空度P3下保持时间t4；步骤6、重复步骤5循环次数X1；步骤7、烘烤结束，本申请烘烤前进行真空干燥箱内部换气操作，可除去烘烤前箱体内部气体水分含量，保证电池烘烤环境水分较低，利于电池性能的发挥。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池制造技术领域，具体是一种方形锂离子电池的快速烘烤方法。
背景技术
锂离子电池因具有能量密度高，循环寿命长，工作温度范围宽，自放电率小，工作电压平台稳定，无记忆效应及清洁无污染等优点被广泛应用于电动汽车、电子、储能等领域，具有广袤的应用前景及市场需求量。
在锂离子电池制造工艺过程中，为保证锂离子电池的产品质量和使用安全性能，烘烤工序是至关重要的一步。锂离子电池的电芯生产工艺过程中很多步骤都需要烘烤，例如极片烘烤，电芯烘烤，正极活性物质、导电剂、粘结剂烘烤等。在一个真空烘烤箱内完成全部烘烤工艺，一般从进料到出料即使是采用强制冷却，也需要24小时左右才能完成一个烘烤周期。这种方法烘烤出来的电芯含水量只能达到400ppm-600ppm，无法达到更低的要求，从而影响电池的容量和寿命，而且这种方法影响烘箱的利用率，耗能又耗时。鉴于传统锂离子电池烘烤技术耗时长、耗能高、效率低的缺点，本发明的目的在于提供一种方形锂离子电池的快速有效方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种方形锂离子电池的快速烘烤方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种方形锂离子电池的快速烘烤方法其特征在于，包括以下步骤,
步骤1、准备阶段：对放置方形电池的真空干燥箱进行抽真空至P0，抽真空时间为t0，然后充氮气至常压；
步骤2、预热阶段：对放置有方形电池的真空干燥箱进行预热干燥，并在升温过程同时开启真空度控制，最终要求真空度为P1，预热温度为T1，预热总时间t1；
步骤3、保温保压阶段：对预热后电池维持所述真空烘烤箱内真空度P2，并保持所述真空箱内温度T2，持续时间t2；
步骤4、循环阶段：重复步骤3循环次数为X0；
步骤5、氮气冷却循环阶段：向烘烤装置中充入氮气至常压，并保持时间t3，并在真空度P3下保持时间t4；
步骤6、重复步骤5循环次数X1；
步骤7、烘烤结束。
作为本发明进一步的方案：所述真空干燥箱底部设置有氮气进风口、气体疏散挡板和加热装置，真空干燥箱顶部设置有氮气出风口，真空干燥箱内设有与氮气出风口连通的气体收集罩。
作为本发明进一步的方案：所述步骤1中，对放置方形电池的真空干燥箱进行抽真空P0≤50Pa，抽真空时间为t0为3-5min。
作为本发明进一步的方案：所述步骤2中最终要求真空度P1为10-100Pa，预热温度T1为80-95℃，预热总时间t1为60-120min。
作为本发明进一步的方案：所述步骤2中真空度控制过程，当真空干燥箱的实时真空度大于100Pa时，启动真空泵对真空干燥箱进行抽真空，直到真空干燥箱的实时真空度小于等于最终真空度，然后关闭真空泵并停止对真空干燥箱抽真空。
作为本发明进一步的方案：所述步骤3中，预热后电池维持所述真空烘烤箱内真空度P2为10-100Pa，保持所述真空箱内温度T2为80-95℃，持续时间t2为60-90min。
作为本发明进一步的方案：所述步骤4中，重复步骤3循环次数X0为2-4次。
作为本发明进一步的方案：所述步骤5中，向烘烤装置中充入氮气至常压的保持时间t3为1-3min，真空度P3为10-100Pa，保持时间t4为1-3min。
作为本发明进一步的方案：所述步骤6中，重复步骤5循环次数X1为2-4次。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本申请烘烤前进行真空干燥箱内部换气操作，可除去烘烤前箱体内部气体水分含量，保证电池烘烤环境水分较低，利于电池性能的发挥；
2、本申请在烘烤预热阶段，在真空干燥箱预热升温过程中随时间变化同时开启不同真空度控制：一方面可以最快速率抽去箱体气体水份，另一方面随着温度升高电芯极片水分扩散出，可避免水份在箱体内部形成饱和，无法排出；这种梯度抽真空的方法可以缩短烘烤时间，使烘烤水份达到更低要求；
3、本申请保温保压阶段，低真空度区间的真空值补偿抽气控制，使在真空干燥过程中可以始终存在抽真空循环，利于水份排出；
4、本申请氮气冷却循环阶段，通过低温氮气的循环降温，可以使干燥箱内温度迅速降低到合格要求，不仅节约能耗，而且大幅缩短烘烤周期，提升了生产效率。
附图说明
图1为实施例锂离子电池电芯烘烤工艺流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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。
请参阅图1，本发明所述的一种方形锂离子电池的快速烘烤方法，包括以下步骤，(1)准备阶段：在底部设置有氮气进风口、气体疏散挡板和加热装置、顶部设置有箱内气体收集罩的氮气出风口的接触式真空烘箱内，对放置方形电池的真空干燥箱进行抽真空至真空度≤50Pa，抽真空时间为3-5min，然后充氮气至常压；
(2)预热阶段：对放置有方形电池的真空干燥箱进行预热干燥，并在升温过程同时开启真空度控制，最终要求真空度为10-100Pa之间，当真空度＞100Pa时真空泵自动启动抽真空程序，预热温度为80-95℃，预热总时间为60-120min；升温过程同时配合开启真空度控制参数如下表所示：
表一
| 序号 | 时间(min) | 真空度(Pa) |
| 1 | 0 | 常压 |
| 2 | 15 | 50K |
| 3 | 30 | 20K |
| 4 | 45-60 | 5K |
| 5 | 60-120 | 10-100 |
(3)保温保压阶段：对预热后电池维持所述真空烘烤箱内真空度10-100Pa，并保持所述真空箱内温度80-95℃，持续时间60-90min；
(4)循环阶段：重复上述(3)步骤循环干燥次数为2-4次；
(5)氮气冷却循环阶段：向烘烤装置中充入氮气至常压，并保持常压时间1-3min，然后抽真空并在真空度10-100Pa下保持时间1-3min；
(6)重复上述步骤(5)循环冷却通气次数2-4次；
(7)烘烤结束；
本发明下述实施例中所用锂离子电池为27175200型号方形铝壳电池，容量为105Ah，电池前期制作和产线电池工艺一致。
实施例1
(1)准备阶段：在底部设置有氮气进风口、气体疏散挡板和加热装置、顶部设置有箱内气体收集罩的氮气出风口的接触式真空烘箱内，对放置方形电池的真空干燥箱进行抽真空至真空度≤50Pa，抽真空时间为3min，然后充氮气至常压；
(2)预热阶段：对放置有方形电池的真空干燥箱进行预热干燥，并在升温过程同时开启真空度控制，保持真空度处于10-100Pa之间，当真空度＞100Pa时真空泵自动启动抽真空程序，使真空度降低至10Pa，预热温度为80℃，预热总时间为120min；升温过程同时配合开启真空度控制参数如下表所示：
表二
| 序号 | 时间(min) | 真空度(Pa) |
| 1 | 0 | 常压 |
| 2 | 15 | 50K |
| 3 | 30 | 20K |
| 4 | 60 | 5K |
| 5 | 120 | 10-100 |
(3)保温保压阶段：对预热后电池维持所述真空烘烤箱内真空度10-100Pa，并保持所述真空箱内温度80℃，持续时间60min；
(4)循环阶段：重复上述(3)步骤循环干燥次数为4次；
(5)氮气冷却循环阶段：向烘烤装置中充入氮气至常压，并保持常压时间3min，然后抽真空并在真空度10-100Pa下保持时间3min；
(6)重复上述步骤(5)循环冷却通气次数2次；
(7)烘烤结束；
对本实施例的锂离子电池进行拆解并裁取极片水份测试，水份测试采用瑞士万通卡尔费休水份测试仪在测试温度220℃，测试时间300s条件下进行，连续测试10个样本，并计算10个样本水分及质量平均值记录表六。
实施例2
(1)准备阶段：在底部设置有氮气进风口、气体疏散挡板和加热装置、顶部设置有箱内气体收集罩的氮气出风口的接触式真空烘箱内，对放置方形电池的真空干燥箱进行抽真空至真空度≤50Pa，抽真空时间为3min，然后充氮气至常压；
(2)预热阶段：对放置有方形电池的真空干燥箱进行预热干燥，并在升温过程同时开启真空度控制，保持真空度处于50-100Pa之间，当真空度＞100Pa时真空泵自动启动抽真空程序，使真空度降低至50Pa，预热温度为85℃，预热总时间为90min；升温过程同时配合开启真空度控制参数如下表所示：
表三
| 序号 | 时间(min) | 真空度(Pa) |
| 1 | 0 | 常压 |
| 2 | 15 | 50K |
| 3 | 30 | 20K |
| 4 | 60 | 5K |
| 5 | 90 | 50-100 |
(3)保温保压阶段：对预热后电池维持所述真空烘烤箱内真空度50-100Pa，并保持所述真空箱内温度85℃，持续时间60min；
(4)循环阶段：重复上述(3)步骤循环干燥次数为4次；
(5)氮气冷却循环阶段：向烘烤装置中充入氮气至常压，并保持常压时间3min，然后抽真空并在真空度50-100Pa下保持时间3min；
(6)重复上述步骤(5)循环冷却通气次数2次；
(7)烘烤结束；
对本实施例的锂离子电池进行拆解并裁取极片水份测试，水份测试采用瑞士万通卡尔费休水份测试仪在测试温度220℃，测试时间300s条件下，连续测试10个样本，并计算10个样本水分及质量平均值记录表六。
实施例3
(1)准备阶段：在底部设置有氮气进风口、气体疏散挡板和加热装置、顶部设置有箱内气体收集罩的氮气出风口的接触式真空烘箱内，对放置方形电池的真空干燥箱进行抽真空至真空度≤50Pa，抽真空时间为3min，然后充氮气至常压；
(2)预热阶段：对放置有方形电池的真空干燥箱进行预热干燥，并在升温过程同时开启真空度控制，保持真空度处于10-100Pa之间，当真空度＞100Pa时真空泵自动启动抽真空程序，使真空度降低至10Pa，预热温度为95℃，预热总时间为60min；升温过程同时配合开启真空度控制参数如下表所示：
表四
| 序号 | 时间(min) | 真空度(Pa) |
| 1 | 0 | 常压 |
| 2 | 15 | 50K |
| 3 | 30 | 20K |
| 4 | 45 | 5K |
| 5 | 60 | 10-100 |
(3)保温保压阶段：对预热后电池维持所述真空烘烤箱内真空度10-100Pa，并保持所述真空箱内温度95℃，持续时间60min；
(4)循环阶段：重复上述(3)步骤循环干燥次数为2次；
(5)氮气冷却循环阶段：向烘烤装置中充入氮气至常压，并保持常压时间1min，然后抽真空并在真空度10-100Pa下保持时间1min；
(6)重复上述步骤(5)循环冷却通气次数4次；
(7)烘烤结束；
对本实施例的锂离子电池进行拆解并裁取极片水份测试，水份测试采用瑞士万通卡尔费休份测试仪在测试温度220℃，测试时间300s条件下，连续测试10个样本，并计算10个样本水分及质量平均值记录表六。
实施例4
(1)准备阶段：在底部设置有氮气进风口、气体疏散挡板和加热装置、顶部设置有箱内气体收集罩的氮气出风口的接触式真空烘箱内，对放置方形电池的真空干燥箱进行抽真空至真空度≤50Pa，抽真空时间为3min，然后充氮气至常压；
(2)预热阶段：对放置有方形电池的真空干燥箱进行预热干燥，并在升温过程同时开启真空度控制，保持真空度处于50-100Pa之间，当真空度＞100Pa时真空泵自动启动抽真空程序，使真空度降低至50Pa，预热温度为90℃，预热总时间为60min；升温过程同时配合开启真空度控制参数如下表所示：
表五
| 序号 | 时间(min) | 真空度(Pa) |
| 1 | 0 | 常压 |
| 2 | 15 | 50K |
| 3 | 30 | 20K |
| 4 | 45 | 5K |
| 5 | 60 | 50-100 |
(3)保温保压阶段：对预热后电池维持所述真空烘烤箱内真空度50-100Pa，并保持所述真空箱内温度90℃，持续时间60min；
(4)循环阶段：重复上述(3)步骤循环干燥次数为3次；
(5)氮气冷却循环阶段：向烘烤装置中充入氮气至常压，并保持常压时间3min，然后抽真空并在真空度50-100Pa下保持时间3min；
(6)重复上述步骤(5)循环冷却通气次数3次；
(7)烘烤结束；
对本实施例的锂离子电池进行拆解并裁取极片水份测试，水份测试采用瑞士万通卡尔费休水份测试仪在测试温度220℃，测试时间300s条件下，连续测试10个样本，并计算10个样本水分及质量平均值记录表六。
对比例1
(1)准备阶段：在底部设置有氮气进风口、气体疏散挡板和加热装置、顶部设置有箱内气体收集罩的氮气出风口的接触式真空烘箱内，对放置方形电池的真空干燥箱进行抽真空至真空度≤50Pa，抽真空时间为3min，然后充氮气至常压；
(2)预热阶段：对放置有方形电池的真空干燥箱进行预热干燥，预热温度为95℃，预热总时间为120min；
(3)保温保压阶段：对预热后电池维持所述真空烘烤箱内真空度50-100Pa，并保持所述真空箱内温度95℃，持续时间90min；
(4)循环阶段：重复上述(3)步骤循环干燥次数为3次；
(5)氮气冷却循环阶段：向烘烤装置中充入氮气至常压，并保持常压时间1min，然后抽真空并在真空度50-100Pa下保持时间1min；
(6)重复上述步骤(5)循环冷却通气次数4次；
(7)烘烤结束；
对本对比例的锂离子电池进行拆解并裁取极片水份测试，水份测试采用瑞士万通卡尔费休水份测试仪在测试温度220℃，测试时间300s条件下，连续测试10个样本，并计算10个样本水分及质量平均值记录表六。
对比例2
(1)准备阶段：在底部设置有氮气进风口、气体疏散挡板和加热装置、顶部设置有箱内气体收集罩的氮气出风口的接触式真空烘箱内，对放置方形电池的真空干燥箱进行抽真空至真空度≤50Pa，抽真空时间为3min，然后充氮气至常压；
(2)预热阶段：对放置有方形电池的真空干燥箱进行预热干燥，预热温度为85℃，预热总时间为120min；
(3)保温保压阶段：对预热后电池维持所述真空烘烤箱内真空度50-100Pa，并保持所述真空箱内温度85℃，持续时间90min；
(4)循环阶段：重复上述(3)步骤循环干燥次数为3次；
(5)氮气冷却循环阶段：向烘烤装置中充入氮气至常压，并保持常压时间1min，然后抽真空并在真空度100-200Pa下保持时间1min；
(6)重复上述步骤(5)循环冷却通气次数3次；
(7)烘烤结束；
对本对比例的锂离子电池进行拆解并裁取极片水份测试，水份测试采用瑞士万通卡尔费休水份测试仪在测试温度220℃，测试时间300s条件下，连续测试10个样本，并计算10个样本水分及质量平均值记录表六。
通过对实施例及对比例的锂离子电池电芯进行拆解取极片进行水份测试，测试采用瑞士万通卡尔费休水份测试仪在测试温度220℃条件下，连续测试10个样本，并计算10个样本水分及质量平均值记录如下表六所示。
表六
表六实施例及对比例样本平均水份及质量数据
从表六中的实施例1、实施例2、实施例3、实施例4及对比例1和对比例2的对比中可以看出，采用在预热干燥升温过程同时开启真空度控制以及不同真空干燥温度、干燥时间、氮气运风循环次数的创新烘烤方法烘烤的锂离子电池电芯平均水份含量低于于对比例的锂离子电池电芯的平均水份含量，且对比例电池烘烤所用时间更长，耗能更多。因此，本发明专利可完成快速有效的方形锂离子电池电芯的烘烤，节约能耗，提高生产节拍；
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。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
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)
1.一种方形锂离子电池的快速烘烤方法，其特征在于，其特征在于，包括以下步骤,
步骤1、准备阶段：对放置方形电池的真空干燥箱进行抽真空至P0，抽真空时间为t0，然后充氮气至常压；
步骤2、预热阶段：对放置有方形电池的真空干燥箱进行预热干燥，并在升温过程同时开启真空度控制，最终要求真空度为P1，预热温度为T1，预热总时间t1；
步骤3、保温保压阶段：对预热后电池维持所述真空烘烤箱内真空度P2，并保持所述真空箱内温度T2，持续时间t2；
步骤4、循环阶段：重复步骤3循环次数为X0；
步骤5、氮气冷却循环阶段：向烘烤装置中充入氮气至常压，并保持时间t3，并在真空度P3下保持时间t4；
步骤6、重复步骤5循环次数X1；
步骤7、烘烤结束。
2.根据权利要求1所述的一种方形锂离子电池的快速烘烤方法，其特征在于，所述真空干燥箱底部设置有氮气进风口、气体疏散挡板和加热装置，真空干燥箱顶部设置有氮气出风口，真空干燥箱内设有与氮气出风口连通的气体收集罩。
3.根据权利要求1所述的一种方形锂离子电池的快速烘烤方法，其特征在于，所述步骤1中，对放置方形电池的真空干燥箱进行抽真空P0≤50Pa，抽真空时间为t0为3-5min。
4.根据权利要求1所述的一种方形锂离子电池的快速烘烤方法，其特征在于，所述步骤2中最终要求真空度P1为10-100Pa，预热温度T1为80-95℃，预热总时间t1为60-120min。
5.根据权利要求4所述的一种方形锂离子电池的快速烘烤方法，其特征在于，所述步骤2中真空度控制过程，当真空干燥箱的实时真空度大于100Pa时，启动真空泵对真空干燥箱进行抽真空，直到真空干燥箱的实时真空度小于等于最终真空度，然后关闭真空泵并停止对真空干燥箱抽真空。
6.根据权利要求1所述的一种方形锂离子电池的快速烘烤方法，其特征在于，所述步骤3中，预热后电池维持所述真空烘烤箱内真空度P2为10-100Pa，保持所述真空箱内温度T2为80-95℃，持续时间t2为60-90min。
7.根据权利要求1所述的一种方形锂离子电池的快速烘烤方法，其特征在于，所述步骤4中，重复步骤3循环次数X0为2-4次。
8.根据权利要求1所述的一种方形锂离子电池的快速烘烤方法，其特征在于，所述步骤5中，向烘烤装置中充入氮气至常压的保持时间t3为1-3min，真空度P3为10-100Pa，保持时间t4为1-3min。
9.根据权利要求1所述的一种方形锂离子电池的快速烘烤方法，其特征在于，所述步骤6中，重复步骤5循环次数X1为2-4次。
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