CN205119670U - 一种电芯脱水干燥设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电芯脱水干燥设备，包括新风系统、再生风系统、除湿机、回风系统、烤箱系统和送风系统，新风系统包括新风阀、初效过滤器、新风表冷器、挡水板；再生风系统包括再生风阀、再生风加热器、再生风机；回风系统包括回风风阀、中效过滤器、处理风机、回风表冷器；除湿机包括除湿机转轮，转轮分为三个区域，分别为处理区、再生区、新风区；烤箱系统包括烤箱送风道、烤箱回风道、烤箱加热器和烤箱箱体；送风系统包括风道、电控阀和风机。本实用新型的优点在于：烤箱腔体容量大，安全性能高，干燥空气的含水量低，烘干温度低，烘干时间短，节能，减排，使用寿命长，送风空气洁净级别高，投资少。

Description

一种电芯脱水干燥设备

技术领域

本实用新型涉及干燥设备领域，特别是一种电芯脱水干燥设备。

背景技术

锂电池电解液是不含水分子的有机物，水的存在对电池有极大危害，会引起电池发热和爆炸，锂电池必须要严格控制内部水分含量，锂离子电池极片与电芯中的水分含量过高，就会对电池的容量发挥、寿命、内阻和放电时间有着致命的影响，会导致产品报废、品质下降，甚至产品爆炸。所以对极片与电芯中的水分控制至关重要，对锂离子电池极片与电芯中的水分进行烘干是锂电池生产制造中的一个重要环节。

干燥设备具有共通性，可根据不同产品的工艺拓展到不同行业。

随着工业的发展，对产品的工艺要求也越来越高，很多产品在生产中考虑到易氧化、有效成分破坏、干燥灭菌等问题，就需要干燥设备的辅助生产，现在的干燥设备广泛应用于食品、制药、化工等多个行业。随着干燥设备市场需求的增大，工业生产技术水平和消费者要求的不断提升，也对干燥设备提出了更高的技术要求，干燥稳定性，效率和节能成为主流。

满足电池电芯干燥的设备有真空干燥设备，一般情况下物质的沸点随着气压的下降而降低，水的沸点在负压下显著降低，在气压降至-0.089Mpa时，理论沸点可以降至45℃。因为，负压下溶剂的沸点降低，避免高温干燥损坏物料品质。真空烤箱是将物料放置在密闭工作腔室内，利用真空泵进行抽气使工作室气压降至-0.1Mpa，降低水的沸点，使加热温度在80度左右使水分蒸发，加快干燥的速度。在加热一段时间后电池或极片中的水分转化为水蒸气。水分蒸发后抽真空可以将水蒸气抽出，保持干燥环境。

实际的烘烤过程中根据不同的工艺按以上的步骤需多次循环脱水。

但是现有的技术存在以下缺陷：

1.工艺时间长：真空烤箱通过负压加热使物料中含有的水分蒸发成水蒸气再利用真空泵抽气排出工作室，因为水蒸气反复蒸出需要反复抽真空，真空环境下烘烤和冷却的时间都过长，以锂电池18650的电芯烘烤工艺为例，使用真空烤箱一般需要用时24-48小时；

2.体积小、效率低：真空烤箱因为在负压下工作，对工作室的密封性能要求较高，为了保证真空度腔室的体积很难做大，干燥腔小、体积大：不适于工业化的大批量生产，生产效率无法提高；

3.潜在危险：由于整个烘干过程高温真空下完成，膨胀气体所产生的巨大压力有可能引发烘箱爆炸的危险；

4.烘干室内的温度和水分分布不均匀：往往导致极片或电芯烘干后的水分波动较大，通常在10%之间，电池含水量的不同导致其注液和化成工艺后电池的容量会有不一致的情况，对于组装电池的质量影响较大；

5.能耗高：真空烤箱工作时抽真空及加热排出的热量会带升车间温度，随之加大空调负载，能耗较大；

6.隔膜收缩变形：在高温真空状态下，极易导致隔膜收缩变形，影响极片与正负材料的粘结度。

另外，高真空加热烤箱也是另一个解决方案，高真空加热烤箱原理：通过高真空压力，及高温加热装置的配合下，进行高温烘干脱水，与普通真空烘烤箱的区别是：普通真空烤箱真空度一般为-0.1Mpa，板材厚度一般为1-2mm，高真空烤箱真空度可达-10Pa，工作腔室板材厚度可达12mm。另外，普通真空烤箱的加热方式为电加热，而高真空加热烤箱直接采用红外线发热管发热。高真空下水的附着力小，烘烤能力加强，一般物料在工作室内脱水的时间可降至12-24小时。

但该方案也存在一定的缺陷，其具体技术缺陷如下：

1.投入成本高：工厂厂房的普通真空管道和泵组抽气只能达到-0.1MPa，烤箱预达到压力-10Pa时，需另外安装螺杆泵，真空管道需要较厚的钢管铺设，为加快抽真空速度和提高真空度还需要组合罗茨泵一起使用才可到达预期的高真空效果。高真空烤箱腔室材料，真空检测元件，高真空要求带来重新铺设的真空管道和购买高真空泵大大增加工厂成本。

2.噪音大：通常实现真空的螺杆泵及罗茨泵在运转时噪音都非常大，需要单独在其安装房间内进行消音处理，再接管道到烤箱工作区域。

3.潜在危险：由于整个烘干过程高温高真空下完成，膨胀气体所产生的巨大压力有可能引发烘箱爆炸的危险

4.运行成本高：高真空泄压时需要充氮气将工作室压力升至-0.1Mpa以上，设备运行成本高。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决上述现有技术的不足而提供的一种电芯脱水干燥设备，烤箱腔体容量大，安全性能高，干燥空气的含水量低，烘干温度低，烘干时间短，节能，减排，使用寿命长，送风空气洁净级别高，投资少。

为了实现上述目的，本实用新型所设计的一种电芯脱水干燥设备，包括新风系统、再生风系统、除湿机、回风系统、烤箱系统和送风系统，新风系统包括新风阀、初效过滤器、新风表冷器、挡水板；再生风系统包括再生风阀、再生风加热器、再生风机；回风系统包括回风风阀、中效过滤器、处理风机、回风表冷器；除湿机包括除湿机转轮，转轮分为三个区域，分别为处理区、再生区、新风区；烤箱系统包括烤箱送风道、烤箱回风道、烤箱加热器和烤箱箱体；送风系统包括风道、电控阀和风机；

所述新风系统、再生风系统、除湿机、回风系统和烤箱系统由送风系统的风道相连通；所述新风阀、再生风阀和回风风阀设置在所述风道上；所述新风阀、初效过滤器、新风表冷器、挡水板和新风区顺次连接；

所述烤箱送风道与除湿机的处理区连接，所述烤箱回风道与所述回风系统连接。

更进一步的，一种电芯脱水干燥设备，所述再生风阀、再生风加热器、再生区和再生风机顺次连接。

更进一步的，一种电芯脱水干燥设备，所述回风风阀、处理风机、回风表冷器和处理区顺次连接。

更进一步的，一种电芯脱水干燥设备，所述烤箱送风道、电控阀、烤箱加热器、烤箱箱体和烤箱回风道顺次连接。

更进一步的，一种电芯脱水干燥设备，所述风道上设置有温度表、压力表和风速仪。

本实用新型得到的一种电芯脱水干燥设备,除湿机的主要结构为一个不断转动的蜂窝状转轮。转轮是除湿机中吸收水分最重要的部件，是由特殊复合耐热材料制成的波纹状介质所构成，波纹状介质中载有干燥剂（高效活性硅胶、分子筛等）。这种设计结构紧密，且提供了巨大的除湿表面。除湿转轮由含有高度密封填料的隔板分为三个区：一为处理空气端270°的扇形区域；一为再生空气端30°扇形区域；一为新风空气端60°扇形区域。

在新风区室外空气经初效过滤器滤掉空气中的粉尘颗粒等污染物质，再经过新风表冷器降温进入新风区域，空气中水分子被转轮内之吸湿剂吸收，经过转轮一次处理干燥后的空气露点可达-30℃以下。新风经转轮处理后的空气被分成两部分，分别接入处理区和再生区，进入各区的风量大小可由风阀进行调节。

设备对烤箱的送回风处理是循环利用的过程，当经新风区转轮一次处理过后的风和烤箱腔室内鼓风循环后的回风进入处理扇形区时，空气中水分子被转轮内之吸湿剂吸收，此时干燥空气露点可达-60℃以下，相当于1Kg空气中仅有0.006642g水分子，干燥后的空气送至烤箱内腔用于物料快速烘干脱水，因为超强的吸附能力烘烤效率提高6-8倍。除湿转轮在除湿过程中，不断缓慢转动。

当处理空气区域的转轮扇面吸收了水分子，变成饱和状态后，转到再生空气端，新风区转轮一次处理过后的风（再生空气）经加热后，以高温空气将转轮中之水分子带出，湿空气则由再生风机排至室外，此处的再生空气经转轮一次处理后露点可达-30℃以下较普通情况下直接引入的室外空气具有更强的水分吸附能力，可以使转轮中的水分更快更有效的脱干，保证了节能和高效。

本实用新型的优点在于：

烤箱腔体容量大：烤箱腔体可根据客户要求定制做大，且烤箱腔体越大，除湿利用率越高生产成本越低，且一次烘干容量大，特别适合规模化的电池生产，使得电池生产效率充分提高。

安全性能高：烤箱腔体内外均处在大气压强下，几乎没有压差，送风回风处于循环状态没有气体受热膨胀导致爆炸的潜在危险。

干燥空气的含水量低：干燥空气的含水量在5PPM以下，比99%纯度的氮气含水量还低180个PPM，保证了电芯的干度和容量，省去氮气的消耗降低运行成本。

烘干温度低：烘干温度比传统式的真空烤箱低10-20℃，由于高温导致的隔膜收缩变形或质量问题几率减小，干燥热风一直处于流动循环状态可以与物料充分接触，温度波动对干燥效果的影响较小，电池的一致性和安全性大为提高；

烘干时间短：由于采用大风量回圈呼吸式烘干方式，烘干时间比真空烤箱大大缩短，对电芯烘干时间可缩短到4-6个小时，较普通真空烤箱效率提高6-8倍，较高真空烤箱效率提高2-4倍（直接制造成本比高真空烤箱低1-2倍）；

节能：由于设备集成了除湿机的装置配合使用，使其在40℃以上仍有很高的除湿能力，并使回风的热空气得到充分的利用，大大降低了能耗，比传统真空烤箱节能60%以上；

减排：烤箱在烘干时不需抽真空充氮气，进风和排风都只是湿度有差别的空气无其他任何杂志，实现零污染排放；

使用寿命长：烘干加热过程中设备加热器表面一直处于有风散热流通的状态，加热丝使用寿命较长，可减少维护和更换成本；

送风空气洁净级别高：系统配有高效过滤程式，送风空气洁净级别最高可达千级，避免粉尘对极片和电芯的污染，大大提高产品品质；

投资少：设备自成一体可独立运行，不需要配真空泵和制氮机等其他辅助设施，使得初次投资大大减少，且后期使用成本和维护成本低。

附图说明

图1是实施例的结构示意图。

图中：新风系统1、再生风系统2、除湿机3、回风系统4、烤箱系统5、送风系统6、新风阀11、初效过滤器12、新风表冷器13、挡水板14、再生风阀21、再生风加热器22、再生风机23、转轮31、处理区32、再生区33、新风区34、回风风阀41、中效过滤器42、处理风机43、回风表冷器44、烤箱送风道51、烤箱回风道52、烤箱加热器53、烤箱箱体54、风道61、电控阀62、风机63、温度表64、压力表65、风速仪66。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

实施例：

如图所示，一种电芯脱水干燥设备，包括新风系统1、再生风系统2、除湿机3、回风系统4、烤箱系统5和送风系统6，新风系统1包括新风阀11、初效过滤器12、新风表冷器13、挡水板14；再生风系统2包括再生风阀21、再生风加热器22、再生风机23；回风系统4包括回风风阀41、中效过滤器42、处理风机43、回风表冷器44；除湿机3包括除湿机转轮31，转轮31分为三个区域，分别为处理区32、再生区33、新风区34；烤箱系统5包括烤箱送风道51、烤箱回风道52、烤箱加热器53和烤箱箱体54；送风系统6包括风道61、电控阀62和风机63；

所述新风系统1、再生风系统2、除湿机3、回风系统4和烤箱系统5由送风系统6的风道61相连通；所述新风阀11、再生风阀21和回风风阀41设置在所述风道61上；所述新风阀11、初效过滤器12、新风表冷器13、挡水板14和新风区34顺次连接；

所述烤箱送风道1与除湿机3的处理区32连接，所述烤箱回风道2与所述回风系统4连接。

所述再生风阀21、再生风加热器22、再生区33和再生风机23顺次连接。

所述回风风阀41、处理风机43、回风表冷器44和处理区32顺次连接。

所述烤箱送风道51、电控阀62、烤箱加热器53、烤箱箱体54和烤箱回风道52顺次连接。

所述风道61上设置有温度表64、压力表65和风速仪66。

本实施例得到的一种电芯脱水干燥设备,除湿机的主要结构为一个不断转动的蜂窝状转轮。转轮是除湿机中吸收水分最重要的部件，是由特殊复合耐热材料制成的波纹状介质所构成，波纹状介质中载有干燥剂（高效活性硅胶、分子筛等）。这种设计结构紧密，且提供了巨大的除湿表面。除湿转轮由含有高度密封填料的隔板分为三个区：一为处理空气端270°的扇形区域；一为再生空气端30°扇形区域；一为新风空气端60°扇形区域。

在新风区室外空气经初效过滤器滤掉空气中的粉尘颗粒等污染物质，再经过新风表冷器降温进入新风区域，空气中水分子被转轮内之吸湿剂吸收，经过转轮一次处理干燥后的空气露点可达-30℃以下。新风经转轮处理后的空气被分成两部分，分别接入处理区和再生区，进入各区的风量大小可由风阀进行调节。

设备对烤箱的送回风处理是循环利用的过程，当经新风区转轮一次处理过后的风和烤箱腔室内鼓风循环后的回风进入处理扇形区时，空气中水分子被转轮内之吸湿剂吸收，此时干燥空气露点可达-60℃以下，相当于1Kg空气中仅有0.006642g水分子，干燥后的空气送至烤箱内腔用于物料快速烘干脱水，因为超强的吸附能力烘烤效率提高6-8倍。除湿转轮在除湿过程中，不断缓慢转动。

当处理空气区域的转轮扇面吸收了水分子，变成饱和状态后，转到再生空气端，新风区转轮一次处理过后的风（再生空气）经加热后，以高温空气将转轮中之水分子带出，湿空气则由再生风机排至室外，此处的再生空气经转轮一次处理后露点可达-30℃以下较普通情况下直接引入的室外空气具有更强的水分吸附能力，可以使转轮中的水分更快更有效的脱干，保证了节能和高效。

本实施例的优点在于：

烤箱腔体容量大：烤箱腔体可根据客户要求定制做大，且烤箱腔体越大，除湿利用率越高生产成本越低，且一次烘干容量大，特别适合规模化的电池生产，使得电池生产效率充分提高。

安全性能高：烤箱腔体内外均处在大气压强下，几乎没有压差，送风回风处于循环状态没有气体受热膨胀导致爆炸的潜在危险。

干燥空气的含水量低：干燥空气的含水量在5PPM以下，比99%纯度的氮气含水量还低180个PPM，保证了电芯的干度和容量，省去氮气的消耗降低运行成本。

烘干温度低：烘干温度比传统式的真空烤箱低10-20℃，由于高温导致的隔膜收缩变形或质量问题几率减小，干燥热风一直处于流动循环状态可以与物料充分接触，温度波动对干燥效果的影响较小，电池的一致性和安全性大为提高；

烘干时间短：由于采用大风量回圈呼吸式烘干方式，烘干时间比真空烤箱大大缩短，对电芯烘干时间可缩短到4-6个小时，较普通真空烤箱效率提高6-8倍，较高真空烤箱效率提高2-4倍（直接制造成本比高真空烤箱低1-2倍）；

节能：由于设备集成了除湿机的装置配合使用，使其在40℃以上仍有很高的除湿能力，并使回风的热空气得到充分的利用，大大降低了能耗，比传统真空烤箱节能60%以上；

减排：烤箱在烘干时不需抽真空充氮气，进风和排风都只是湿度有差别的空气无其他任何杂志，实现零污染排放；

使用寿命长：烘干加热过程中设备加热器表面一直处于有风散热流通的状态，加热丝使用寿命较长，可减少维护和更换成本；

送风空气洁净级别高：系统配有高效过滤程式，送风空气洁净级别最高可达千级，避免粉尘对极片和电芯的污染，大大提高产品品质；

投资少：设备自成一体可独立运行，不需要配真空泵和制氮机等其他辅助设施，使得初次投资大大减少，且后期使用成本和维护成本低。

对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，其架构形式能够灵活多变，只是做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (5)

1.一种电芯脱水干燥设备，包括新风系统（1）、再生风系统（2）、除湿机（3）、回风系统（4）、烤箱系统（5）和送风系统（6），其特征在于：新风系统（1）包括新风阀（11）、初效过滤器（12）、新风表冷器（13）、挡水板（14）；再生风系统（2）包括再生风阀（21）、再生风加热器（22）、再生风机（23）；回风系统（4）包括回风风阀（41）、中效过滤器（42）、处理风机（43）、回风表冷器（44）；除湿机（3）包括除湿机转轮（31），转轮（31）分为三个区域，分别为处理区（32）、再生区（33）、新风区（34）；烤箱系统（5）包括烤箱送风道（51）、烤箱回风道（52）、烤箱加热器（53）和烤箱箱体（54）；送风系统（6）包括风道（61）、电控阀（62）和风机（63）；

所述新风系统（1）、再生风系统（2）、除湿机（3）、回风系统（4）和烤箱系统（5）由送风系统（6）的风道（61）相连通；所述新风阀（11）、再生风阀（21）和回风风阀（41）设置在所述风道（61）上；所述新风阀（11）、初效过滤器（12）、新风表冷器（13）、挡水板（14）和新风区（34）顺次连接；

所述烤箱送风道（51）与除湿机（3）的处理区（32）连接，所述烤箱回风道（52）与所述回风系统（4）连接。

2.根据权利要求1所述的一种电芯脱水干燥设备，其特征在于：所述再生风阀（21）、再生风加热器（22）、再生区（33）和再生风机（23）顺次连接。

3.根据权利要求1所述的一种电芯脱水干燥设备，其特征在于：所述回风风阀（41）、处理风机（43）、回风表冷器（44）和处理区（32）顺次连接。

4.根据权利要求1所述的一种电芯脱水干燥设备，其特征在于：所述烤箱送风道（51）、电控阀（62）、烤箱加热器（53）、烤箱箱体（54）和烤箱回风道（52）顺次连接。

5.根据权利要求1所述的一种电芯脱水干燥设备，其特征在于：所述风道（61）上设置有温度表（64）、压力表（65）和风速仪（66）。