CN113251764A - 一种超级电容器电芯的微波真空干燥方法及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明属于超级电容器技术领域，提供了一种超级电容器电芯的微波真空干燥设备，包括：干燥炉，其中设置有干燥罐，所述干燥罐的中心沿竖直方向设置有微波管，所述微波管一端设置有微波发生器；惰性气体瓶，通过管路与所述干燥罐连通；真空泵组，通过管路分别与所述惰性气体瓶和所述干燥罐连通；控制系统，分别与所述干燥炉、惰性气体瓶、真空泵组和微波发生器连接。本发明的优点在于利用碳材料的微波全吸收自升温的特性，采用微波干燥技术，可以大幅减少干燥罐干燥所需要的温度；同时将微波干燥和干燥罐干燥相结合，再加上干燥罐的底部整体旋转装置和超级电容器电芯的自转装置，使得整个电容器电芯各部分受热均匀，并且干燥所用的时间更少。

Description

一种超级电容器电芯的微波真空干燥方法及设备
技术领域
本发明涉及超级电容器技术领域，尤其涉及一种超级电容器电芯的微波真空干燥方法及设备。
背景技术
超级电容器是指介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置，它既具有电容器快速充放电的特性，同时又具有电池的储能特性，使其在众多电源领域获得广泛应用。在大容量超级电容器没有被广泛应用之前，水分和湿度的管理在工程化应用过程中并没有引起足够的重视，由于水的分解电压较低，当单体工作电压超过某一数值时就会引起水的分解，从而产生气体，这将造成产品的漏电流明显增加并降低产品的容量与寿命，所以对于超级电容器电芯的干燥工艺过程非常重要。
在现有的市场中，通常采用的是加热真空干燥法，该方法利用水在真空中饱和蒸汽压会降低这一特点，抽真空并加热使水分加速汽化蒸发，该干燥方法仅依赖外部的干燥罐产生的温度，这就使得电芯干燥不均匀，同时该方法需要将罐中温度加热至170℃左右，通过长时间的加热将水蒸气排出，所以此方法需要较长的时间才能使得电容器干燥罐中水蒸气含量达到要求，导致超级电容器在该制造工序停留时间过长，降低了生产的效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超级电容器电芯的微波真空干燥设备，用以解决上述问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种超级电容器电芯的微波真空干燥设备，包括：
干燥炉，其中设置有干燥罐，所述干燥罐的中心沿竖直方向设置有微波管，所述微波管一端设置有微波发生器，微波发生器的输出功率调控范围为200W～600W；
惰性气体瓶，通过管路与所述干燥罐连通；
真空泵组，通过管路分别与所述惰性气体瓶和所述干燥罐连通；
控制系统，分别与所述干燥炉、惰性气体瓶、真空泵组和微波发生器连接；
所述真空泵组与所述干燥罐连接的管路靠近所述干燥罐的一端上设置有第一阀门，所述惰性气体瓶与所述干燥罐连接的管路靠近所述惰性气体瓶的一端上设置有第二阀门。
进一步的，干燥罐底部设置有第一旋转装置，使得所有电芯能够以微波管的中心轴线为基准进行旋转，第一旋转装置的转速范围为20rpm～60rpm。
进一步的，干燥罐底部还设置有第二旋转装置，使得每一个电芯能够以自己的中心轴线为基准进行旋转，第二旋转装置的转速范围为30rpm～120rpm。
进一步的，真空泵组包括一级泵、二级泵和三级泵，其中一级泵、二级泵和三级泵依次通过管路与所述干燥罐连接。
进一步的，包括温度控制器，其一端与所述控制系统连接，另一端与所述干燥炉连接。
进一步的，包括过滤模块，其与所述干燥罐通过管路连通，在管路上且靠近所述干燥罐的一端设置有第三阀门。
进一步的，过滤模块包括：
第一过滤装置，用于将所述干燥罐中的水蒸气过滤排出，靠近所述第一过滤装置的管路上设置有第四阀门；
第二过滤装置，在所述第二过滤装置和所述干燥罐连通的管路上且靠近第二过滤装置的一端上设置有水分测定仪，靠近水分测定仪一端的管路上设置有第五阀门。
进一步的，干燥罐顶部设置有法兰盖，所述法兰盖通过紧固组件与所述干燥罐密封连接。
本发明的目的还在于提供一种超级电容器电芯的微波真空干燥方法，包括步骤：
S1、将超级电容器电芯放入干燥罐中，并将所述干燥罐密封；
S2、打开第一阀门和第三阀门，通过真空泵组将干燥罐及管路中的空气抽出并达到预设真空度；
S3、打开第二阀门，通过惰性气体瓶向管路及干燥罐中填充预设压力值的惰性气体；
S4、控制系统控制温度控制器调节干燥炉的温度使干燥炉内的干燥罐处于预设温度范围，同时控制微波发生器使微波管能够在干燥罐内发射微波，并打开第一旋转装置和第二旋转装置使电芯在干燥罐内进行干燥处理；
S5、通过真空泵组抽取干燥罐内的惰性气体使干燥罐内达到预设真空度并保持，同时通过干燥炉对干燥罐进行恒温干燥；
S6、打开第四阀门将干燥获得的水蒸气通过第一过滤装置排出并在预设时间通过水分测定仪对排出的空气进行水分测定，直至排出的空气达到预设水分值；
S7、关闭真空泵组并向干燥罐内填充预设压力值的惰性气体后，打开法兰盖取出完成干燥的超级电容器电芯。
进一步的，温度控制器调节干燥炉的温度使干燥炉内的干燥罐所处的预设温度范围为80℃～160℃。
本发明与现有技术相比，至少包含以下有益效果：
（1）利用碳材料的微波全吸收自升温的特性，采用微波干燥技术，干燥穿透力强，可以大幅减少干燥罐干燥所需要的温度，节约了资源；
（2）微波干燥和干燥罐干燥相结合，再加上干燥罐的底部整体旋转装置和超级电容器电芯的自转装置，使得整个电容器电芯各部分受热均匀，干燥得比较彻底，并且干燥所用的时间更少；
（3）本设备实施对水分的实时监测，能够及时知道电芯干燥完成的时间点，该设备破除了传统高温干燥系统存在的干燥效率低、效果差的问题，减少电容器在该工序停留的时间；
（4）本设备还提升了电芯的耐老化特性、耐高压特性，进而提高了超级电容器的容量以及超级电容器电芯干燥的效率。
附图说明
图1是本发明实施例一中微波真空干燥设备的第一示意图；
图2是本发明实施例二中微波真空干燥方法的流程图。
图中，1、干燥罐，11、第一阀门，12、微波管，13、微波发生器，14、第一旋转装置，15、第二旋转装置，16、超级电容器电芯，17、法兰盖，2、惰性气体瓶，21、第二阀门，31、一级泵，32、二级泵，33、三级泵，4、温度控制器，5、控制系统，61、第一过滤装置，62、第二过滤装置，63、水分测定仪，64、第三阀门，65、第四阀门，66、第五阀门。
具体实施方式
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”、“一”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
以下是本发明的具体实施例，并结合附图对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例一
如图1和图2所示，本发明一种超级电容器电芯的微波真空干燥设备，其包括：干燥炉、惰性气体瓶2、真空泵组、温度控制器4、过滤模块以及控制系统5。
其中，干燥炉中设置有干燥罐1，在干燥罐1的中心沿竖直方向设置有微波管12，微波管12的一端设置有微波发生器13，惰性气体瓶2通过管路与干燥罐1连通，真空泵组通过管路分别与惰性气体瓶2和干燥罐1连通。
真空泵组与所述干燥罐1连接的管路靠近所述干燥罐1的一端上设置有第一阀门11，所述惰性气体瓶2与所述干燥罐1连接的管路靠近所述惰性气体瓶2的一端上设置有第二阀门21。
干燥罐1顶部设置有法兰盖17，所述法兰盖17通过紧固组件，如螺钉、卡扣等与干燥罐密封连接。
干燥罐1底部设置有第一旋转装置14和第二旋转装置15，第一旋转装置14使得所有超级电容器电芯能够以微波管12的中心轴线为基准进行旋转，而第二旋转装置15能够使每一个电芯以自己的中心轴线为基准进行旋转，整个超级电容器电芯的各部分受热均匀，干燥得比较彻底，并且干燥所用的时间更少。
惰性气体瓶2中装有的惰性气体可以是氩气、氮气、氖气、氪气以及氙气其中的任意一种。
真空泵组包括有一级泵31、二级泵32以及三级泵33，一级泵31、二级泵32和三级泵33依次通过管路与干燥罐1连接，其中一级泵31属于旋片泵，而二级泵32和三级泵33均属于罗茨泵，当真空度为P>3000Pa时，只启动一级泵31，当真空度700Pa<P<3000Pa时，启动一级泵31和二级泵32，当真空度P<700Pa时，三个泵同时运行。
温度控制器4其一端与所述控制系统5连接，另一端与干燥炉连接，温度控制器4通过调节干燥炉的温度使干燥罐1处于特定的温度范围，本发明将微波干燥和干燥罐干燥相结合，使得超级电容器电芯能够干燥得更加彻底。
过滤模块其与干燥罐1通过管路连通，在管路上且靠近干燥罐的一端设置有第三阀门64。
其中，过滤模块包括第一过滤装置61和第二过滤装置62，第一过滤装置61用于将干燥罐1中的水蒸气过滤排出，在靠近第一过滤装置61的管路上设置有第四阀门65。
在所述第二过滤装置62和所述干燥罐1连通的管路上靠近第二过滤装置62的一端上设置有水分测定仪63，靠近水分测定仪63一端的管路上设置有第五阀门66，第二过滤装置62用于将经过水分测定仪63测定后的气体过滤排出。
本设备对水分的实时监测，能够及时知道电芯干燥完成的时间点，本设备破除了传统高温干燥系统存在的干燥效率低、效果差的问题，减少电容器在该工序停留的时间。
控制系统5分别与干燥炉、惰性气体瓶2、真空泵组和微波发生器13连接，每个阀门也都由控制系统5控制开启或者关闭，控制系统5是整个设备的控制中心，其通过控制设备的各个部分使人们能够实时获知超级电容器电芯的干燥过程，并且能够使设备实现自动化操作。
本发明利用碳材料的微波全吸收自升温的特性，采用微波干燥技术，干燥穿透力强，可以大幅减少干燥罐干燥所需要的温度和干燥时间，极大的节约了资源，并且也能有更好的干燥效果。
实施例二
如图1和图2所示，本发明一种超级电容器电芯的微波真空干燥方法，包括步骤：
S1、将超级电容器电芯放入干燥罐中，并将干燥罐密封。
S2、打开第一阀门11和第三阀门64，通过真空泵组将干燥罐1及管路中的空气抽出并达到预设真空度。
其中，真空泵组的流量控制范围为100m3/h～500m3/h，且所需达到的预设真空度为＜1pa。
S3、打开第二阀门21，通过惰性气体瓶2向管路及干燥罐1中填充压力为0.1Mpa惰性气体。
填充的惰性气体可以是氩气、氮气、氖气、氪气以及氙气其中的任意一种，且惰性气体填充干燥罐1的流量控制范围为50m3/h～100m3/h。
S4、控制系统5控制温度控制器4调节干燥炉的温度使干燥炉内的干燥罐1处于预设温度范围，同时控制微波发生器13使微波管12能够在干燥罐内发射微波，并打开第一旋转装置14和第二旋转装置15使电芯在干燥罐1内进行干燥处理；
微波发生器13是将电能转换成电磁能，工作时所需的轴向恒定磁场由磁铁产生，本发明所用大功率的微波发生器采用电磁铁，作用是把直流电转变成超高频振荡波(微波)，其输出功率的调控范围为200W～600W，微波发生器的单次发射时间范围为10min～20min，微波发生器的两次发射的时间间隔为3min～6min，干燥罐所需要的预设温度范围为80℃～160℃。
同时，第一旋转装置14使得所有超级电容器电芯能够以微波管的中心轴线为基准进行旋转，第一旋转装置14的转速范围为20rpm～60rpm，而第二旋转装置15能够使每一个电芯以自己的中心轴线为基准进行旋转，第二旋转装置15的转速范围为30rpm～120rpm。
S5、通过真空泵组抽取干燥罐1内的惰性气体使干燥罐1内达到预设真空度并保持，同时通过干燥炉对干燥罐1进行恒温干燥。
具体的，用真空泵组抽取干燥罐1内的惰性气体使之达到真空度小于1pa，然后真空泵组一直开启并保持干燥罐1内小于1pa的真空度，同时干燥炉对干燥罐1进行恒温干燥，进行恒温干燥的温度范围为80℃～160℃。
S6、打开第四阀门65将干燥获得的水蒸气通过第一过滤装置61排出并在预设时间通过水分测定仪63对排出的空气进行水分测定，直至排出的空气达到预设水分值。
具体的，打开第四阀门65，将干燥出来的水蒸气通过第一过滤装置排出，在一定的时间后，关闭第四阀门65，打开第五阀门66，对少量的气体进行检测（一般小于5ml），通过水分测定仪63对排出来的少量气体进行水分测定，测定数据传输到控制系统5，测定后的气体通过第二过滤装置62进行排出，根据测定的水分数值重复上述步骤直至水分值小于5ppm。
S7、关闭真空泵组并向干燥罐1内填充压力为0.1Mpa的惰性气体后，打开法兰盖17取出完成干燥的超级电容器电芯，取出的超级电容器电芯就能进行之后的超级电容器组装。
如下表1所示，在本实施例的参数范围内，本发明根据参数范围设置了如下四个具体的实例，对超级电容器进行干燥并组装后的电压以及容量进行了测量，并与常规干燥方法进行比较，从表中可以看出，经过本发明微波真空干燥方法所获得的超级电容器的电压和容量明显高于经过常规干燥方法获得的超级电容器，且所需的干燥时间大大减少。
表1 实施条件的重要数据以及得到干燥用时、超级电容器电压与容量数据
Figure 292263DEST_PATH_IMAGE002
本发明利用碳材料的微波全吸收自升温的特性，采用微波干燥技术，干燥穿透力强，可以大幅减少干燥罐干燥所需要的温度，节约了资源；并且将微波干燥和干燥罐干燥相结合，再加上干燥罐的底部整体旋转装置和超级电容器电芯的自转装置，使得整个电容器电芯各部分受热均匀，干燥得比较彻底，并且干燥所用的时间更少；本发明还对水分的实时监测，能够及时知道电芯干燥完成的时间点，该设备破除了传统高温干燥系统存在的干燥效率低、效果差的问题，减少电容器在该工序停留的时间。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (8)

1.一种超级电容器电芯的微波真空干燥设备，其特征在于，包括：
干燥炉，其中设置有干燥罐，所述干燥罐的中心沿竖直方向设置有微波管，所述微波管一端设置有微波发生器，微波发生器的输出功率调控范围为200W～600W；
惰性气体瓶，通过管路与所述干燥罐连通；
真空泵组，通过管路分别与所述惰性气体瓶和所述干燥罐连通；
控制系统，分别与所述干燥炉、惰性气体瓶、真空泵组和微波发生器连接；
所述真空泵组与所述干燥罐连接的管路靠近所述干燥罐的一端上设置有第一阀门，所述惰性气体瓶与所述干燥罐连接的管路靠近所述惰性气体瓶的一端上设置有第二阀门；
所述干燥罐底部设置有第一旋转装置，使得所有电芯能够以微波管的中心轴线为基准进行旋转，所述第一旋转装置的转速范围为20rpm～60rpm；
所述干燥罐底部还设置有第二旋转装置，使得每一个电芯能够以自己的中心轴线为基准进行旋转，所述第二旋转装置的转速范围为30rpm～120rpm。
2.根据权利要求1所述的一种超级电容器电芯的微波真空干燥设备，其特征在于，所述真空泵组包括一级泵、二级泵和三级泵，其中一级泵、二级泵和三级泵依次通过管路与所述干燥罐连接。
3.根据权利要求1所述的一种超级电容器电芯的微波真空干燥设备，其特征在于，包括温度控制器，其一端与所述控制系统连接，另一端与所述干燥炉连接。
4.根据权利要求1所述的一种超级电容器电芯的微波真空干燥设备，其特征在于，包括过滤模块，其与所述干燥罐通过管路连通，在管路上且靠近所述干燥罐的一端设置有第三阀门。
5.根据权利要求4所述的一种超级电容器电芯的微波真空干燥设备，其特征在于，所述过滤模块包括：
第一过滤装置，用于将所述干燥罐中的水蒸气过滤排出，靠近所述第一过滤装置的管路上设置有第四阀门；
第二过滤装置，在所述第二过滤装置和所述干燥罐连通的管路上且靠近第二过滤装置的一端上设置有水分测定仪，靠近水分测定仪一端的管路上设置有第五阀门。
6.根据权利要求1所述的一种超级电容器电芯的微波真空干燥设备，其特征在于，所述干燥罐顶部设置有法兰盖，所述法兰盖通过紧固组件与所述干燥罐密封连接。
7.一种超级电容器电芯的微波真空干燥方法，其特征在于，包括步骤：
S1、将超级电容器电芯放入干燥罐中，并将所述干燥罐密封；
S2、打开第一阀门和第三阀门，通过真空泵组将干燥罐及管路中的空气抽出并达到预设真空度；
S3、打开第二阀门，通过惰性气体瓶向管路及干燥罐中填充预设压力值的惰性气体；
S4、控制系统控制温度控制器调节干燥炉的温度使干燥炉内的干燥罐处于预设温度范围，同时控制微波发生器使微波管能够在干燥罐内发射微波，并打开第一旋转装置和第二旋转装置使电芯在干燥罐内进行干燥处理；
S5、通过真空泵组抽取干燥罐内的惰性气体使干燥罐内达到预设真空度并保持，同时通过干燥炉对干燥罐进行恒温干燥；
S6、打开第四阀门将干燥获得的水蒸气通过第一过滤装置排出并在预设时间通过水分测定仪对排出的空气进行水分测定，直至排出的空气达到预设水分值；
S7、关闭真空泵组并向干燥罐内填充预设压力值的惰性气体后，打开法兰盖取出完成干燥的超级电容器电芯。
8.根据权利要求7所述一种超级电容器电芯的微波真空干燥方法，其特征在于，温度控制器调节干燥炉的温度使干燥炉内的干燥罐所处的预设温度范围为80℃～160℃。
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