CN206695516U - 一种锂离子电池原料的真空干燥设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种锂离子电池原料的真空干燥设备，包括干燥器、真空系统和氮气加热系统；其特征在于所述干燥器具有取样器，用于在干燥过程中对原料取样，在不与外界接触的情况下进行含水量测试；所述氮气加热系统包括残料过滤箱、第一氮气干燥塔、第二氮气干燥塔、引风机、第一减压阀、气化器、第二减压阀、加热器和高压风机。该设备采用新型的气流循环干燥工艺，弥补了传统抽屉型烘烤方法达不到动态干燥，干燥过程中容易造成表层和内部受热不均匀的弊端，并且在干燥过程中通过降低气压的方法，降低水的沸点，使物料内的水分有效溢出加速蒸发，降低设备的参数控制要求和耗损，并且设置了残料过滤箱，提高了材料的利用率。

Description

一种锂离子电池原料的真空干燥设备

技术领域

本实用新型属于电池制造领域，具体是一种锂离子电池原料的真空干燥设备。

背景技术

锂离子电池具有高电压、比能量大、循环寿命长、结构稳定、可快速充放电等优点，并且具有优良的安全环保性能，成为电子设备和混合动力汽车的优异能源。而这些卓越的性能很大程度上源于锂离子电池本身是一个非水电化学体系，那么在电池制作过程中电池原料的水分控制非常重要。因锂离子电池粉末在干燥及储存过程中极易吸水，导致电池鼓胀和电池性能不稳定，甚至可能带来安全隐患。如何有效降低电池粉体水分含量，提高生产效率，节约成本，是现代锂离子电池工业化生产过程中的一项重要工艺问题。

目前，电池水分干燥的方法多为烘烤法，将粉末盛放在固定容器内在一定的温度下进行长时间的加热烘烤，再采用抽真空、充气的循环方法。申请号201010601374.0公开了锂离子二次电池极片的干燥方法，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；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；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；将干燥箱抽真空至-0.1MPa后持续抽1～30分钟关闭。该实用新型可彻底排除极片卷料中的水分，从而提高电池性能和消除电池鼓胀带来的安全隐患。然而，采用这种抽屉型烘烤的方法，容易造成干燥过程中表层和内部受热不均匀，造成材料表面过热而影响材料的性能，达不到动态的干燥，从而使整个干燥时间延长。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型拟解决的技术问题是，提供一种锂离子电池原料的真空干燥设备。该设备采用新型的气流循环干燥工艺，弥补了传统抽屉型烘烤方法达不到动态干燥，干燥过程中容易造成表层和内部受热不均匀，从而使整个干燥时间延长，造成材料表面过热而影响材料的性能的弊端，并且在干燥过程中通过降低气压的方法，降低水的沸点，使物料内的水分有效溢出加速蒸发，使粉料干燥的更彻底，采用较少换气循环次数，降低设备的参数控制要求和耗损，简化整个干燥工艺，并且设置了残料过滤箱，提高了材料的利用率。

本实用新型解决所述技术问题的技术方案是，提供一种锂离子电池原料的真空干燥设备，包括干燥器、真空系统和氮气加热系统；其特征在于所述干燥器具有取样器，用于在干燥过程中对原料取样，在不与外界接触的情况下进行含水量测试；所述氮气加热系统包括残料过滤箱、第一氮气干燥塔、第二氮气干燥塔、引风机、第一减压阀、气化器、第二减压阀、加热器和高压风机；所述干燥器的出气口通过压力表和第一阀与残料过滤箱连接；所述残料过滤箱的出料口通过管道与干燥器的进料口连接，残料过滤箱的出气口通过第二阀和第三阀与第一氮气干燥塔连接；所述第一氮气干燥塔通过第四阀与第二氮气干燥塔连接；所述第二氮气干燥塔通过第五阀与引风机连接；所述引风机与第一减压阀连接；所述第一减压阀通过第六阀分别与第八阀和第九阀所在的通道连通；气化器的一端通过第七阀与外界连通，用于液氮的输入；气化器的另一端通过第二减压阀分别与第八阀和第九阀所在的通道连通；所述第二减压阀通过第八阀与加热器连接，加热器与高压风机连接；所述第二减压阀通过第九阀与高压风机连接；所述高压风机通过第十阀与干燥器的进气口连通。

与现有技术相比，本实用新型有益效果在于：

(1)采用新型的气流循环干燥工艺，弥补了传统抽屉型烘烤方法达不到动态干燥，干燥过程中容易造成表层和内部受热不均匀，从而使整个干燥时间延长，造成材料表面过热而影响材料的性能的弊端，并且在干燥过程中通过降低气压的方法，使粉料干燥的更彻底，采用较少换气循环次数，降低设备的参数控制要求和耗损，简化整个干燥工艺，并且设置了残料过滤箱，提高了材料的利用率。

(2)当干燥器内的气压降到-85KPa以下，水的沸点降低，从而可以在75℃-130℃的温度下使水分蒸发完全，达到较好的除水效果，也可以防止原料因温度过高而失效。高的真空度也有利于原料中的水分排出，加快了干燥速度。

(3)在干燥过程中通入热氮气，不仅可以通过热辐射方式干燥，还可以让原料通过气体的热对流、热传导方式升温，使其中的水分快速扩散，减少了加热所需要的时间，粉末得到均匀地干燥，以免加热不均或局部过度加热。

(4)在热氮气方面实现了循环利用，最初产生的热氮气从干燥器进气口进入，实现循环从出气口带出水汽后，再通过残料过滤箱、氮气干燥塔和减压阀实现氮气的回收，再与持续通入的氮气经过加热和加压后进入干燥器，实现氮气的循环。

(5)在氮气循环利用的过程中增加了残料过滤箱，在过滤氮气的同时使随着氮气流出的原料脱离循环氮气，再次进入干燥器进行干燥，提高了原料的利用率，避免了材料的浪费。

(6)在干燥结束后通入低温干燥氮气使干燥器内温度降低速度加快，大大缩短了电池粉末的生产周期，节约了能源费用，并且通过快速冷却，避免了高温原料在接下来的生产过程中被氧化。

(7)干燥全过程用时5～10h，提高了干燥的速度和效率，大大缩短了干燥周期。并且有效地降低了原料的水分，使干燥后的原料含水量低于200ppm，提高了电池粉末的质量。

附图说明

图1是本实用新型锂离子电池原料的真空干燥设备一种实施例的整体结构示意图；

具体实施方式

下面给出本实用新型的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本实用新型，不限制本申请权利要求的保护范围。

本实用新型提供了一种锂离子电池原料的真空干燥设备(参见图1，简称设备)，包括干燥器1、真空系统和氮气加热系统；所述干燥器1可实现真空度大于100％，耐热温度高于130℃；所述真空系统包括涡轮分子泵2和螺杆泵3；所述涡轮分子泵2在电机的带动下将干燥器内的气体压缩，使其驱向排气口，将前级空气抽走；所述螺杆泵3在电机的带动下排出空气，在各仪表的监控下来实现指定的真空度；其特征在于所述干燥器1具有取样器13，用于在干燥过程中对原料取样，在不与外界接触的情况下进行含水量测试；所述氮气加热系统包括残料过滤箱4、第一氮气干燥塔5、第二氮气干燥塔6、引风机7、第一减压阀8、气化器9、第二减压阀10、加热器11和高压风机12；所述干燥器1的出气口通过压力表和第一阀与残料过滤箱4连接；所述残料过滤箱4的出料口通过管道与干燥器1的进料口连接，残料过滤箱4的出气口通过第二阀和第三阀与第一氮气干燥塔5连接；所述第一氮气干燥塔5通过第四阀与第二氮气干燥塔6连接；所述第二氮气干燥塔6通过第五阀与引风机7连接；所述引风机7与第一减压阀8连接；所述第一减压阀8通过第六阀分别与第八阀和第九阀所在的通道连通；气化器9的一端通过第七阀与外界连通，用于液氮的输入；气化器9的另一端通过第二减压阀10分别与第八阀和第九阀所在的通道连通；所述第二减压阀10通过第八阀与加热器11连接，加热器11与高压风机12连接；所述第二减压阀10通过第九阀与高压风机12连接；所述高压风机12通过第十阀与干燥器1的进气口连通。

本实用新型锂离子电池原料的真空干燥设备的工作原理和工作流程是：

(1)将锂离子电池粉体原料加入到干燥器1内；

(2)真空系统工作，氮气加热系统关闭，第十一阀打开，对干燥器1进行抽真空操作，干燥器内的真空度达到-85KPa～-100KPa后，真空系统停止工作，第十一阀关闭；-85KPa～-100KPa的真空度不仅可以降低水的沸点，使其加速蒸发，也可以使原料内的水分有效溢出，加快了干燥过程；

(3)氮气加热系统工作，氮气加热系统的第一阀、第二阀、第三阀、第四阀、第五阀、第六阀、第七阀、第八阀和第十阀打开，第九阀关闭；液氮依次经过第七阀、气化器9、第二减压阀10、第八阀和加热器11后，成为干燥纯净的热氮气，热氮气温度为75℃-130℃；热氮气经高压风机12和第十阀后进入干燥器1内，对原料均匀加热20～30分钟；工作后温度下降且含有杂质的氮气从干燥器1流出，依次经过第一阀、残料过滤箱4、第二阀、第三阀、第一氮气干燥塔5、第四阀、第二氮气干燥塔6、第五阀、引风机7、第一减压阀8、第六阀和第八阀后，重新回到加热器11加热；加热结束后依次关闭第一阀、第二阀、第三阀、第四阀、第五阀、第六阀、第八阀和第十阀；

热氮气干燥过程中，会有部分粉料随热氮气流出干燥器，经过第一阀后通过残料过滤箱4回到干燥器1，继续干燥；

通过导入高温干燥氮气可以使原料在热传导热对流的条件下快速升温，并且使加热和干燥更为均匀；且整个干燥过程中，对原料的加热温度不能过高。由于残料过滤箱的安装，不仅能够循环的利用氮气，而且提高了原料的利用率，避免了材料的浪费；

(4)重复步骤2)和步骤3)一次以上，次数根据实际干燥材料而定，从干燥器1内的取样器13中取样，对干燥器1内的原料在不与外界接触的情况下进行含水量测试；若不符合标准，则再重复步骤2)和步骤3)一次并测量原料的含水量；直至原料的含水量达到标准后，真空系统工作，第十一阀打开，对干燥器1进行抽真空操作，干燥器内的真空度达到-85KPa～-100KPa后，真空系统停止工作，第十一阀关闭；氮气加热系统工作，第一阀、第二阀、第三阀、第四阀、第五阀、第六阀、第七阀、第九阀和第十阀打开，第八阀关闭，将冷氮气通入干燥器内，待干燥器的温度降至室温后，关闭氮气供应系统，干燥结束。通入冷氮气的过程加速了原料的冷却过程，并且使干燥更为均匀，使总耗时变短。

实施例1

(1)将锂离子电池粉体原料加入到干燥器1内；

(2)真空系统工作，氮气加热系统关闭，第十一阀打开，对干燥器1进行抽真空操作，干燥器内的真空度达到-99KPa后，真空系统停止工作，第十一阀关闭；

(3)氮气加热系统工作，氮气加热系统的第一阀、第二阀、第三阀、第四阀、第五阀、第六阀、第七阀、第八阀和第十阀打开，第九阀关闭；液氮依次经过第七阀、气化器9、第二减压阀10、第八阀和加热器11后，成为干燥纯净的热氮气，热氮气温度为100℃；热氮气经高压风机12和第十阀后进入干燥器1内，对原料均匀加热30分钟；工作后温度下降且含有杂质的氮气从干燥器1流出，依次经过第一阀、残料过滤箱4、第二阀、第三阀、第一氮气干燥塔5、第四阀、第二氮气干燥塔6、第五阀、引风机7、第一减压阀8、第六阀和第八阀后，重新回到加热器11加热；加热结束后依次关闭第一阀、第二阀、第三阀、第四阀、第五阀、第六阀、第八阀和第十阀；

(4)重复步骤2)和步骤3)五次以上，从干燥器1内的取样器13中取样，对干燥器1内的原料在不与外界接触的情况下进行含水量测试；不符合标准，再重复步骤2)和步骤3)一次并测量原料的含水量；再重复步骤2)和步骤3)两次后，原料的含水量达到标准，真空系统工作，第十一阀打开，对干燥器1进行抽真空操作，干燥器内的真空度达到-99KPa后，真空系统停止工作，第十一阀关闭；氮气加热系统工作，第一阀、第二阀、第三阀、第四阀、第五阀、第六阀、第七阀、第九阀和第十阀打开，第八阀关闭，将冷氮气通入干燥器内，待干燥器的温度降至室温后，关闭氮气供应系统，干燥结束。流程干燥时间为6小时，原料的含水量测试结果在145ppm。

本实用新型未述及之处适用于现有技术。

Claims (1)

1.一种锂离子电池原料的干燥设备，包括干燥器、真空系统和氮气加热系统；其特征在于所述干燥器具有取样器，用于在干燥过程中对原料取样，在不与外界接触的情况下进行含水量测试；所述氮气加热系统包括残料过滤箱、第一氮气干燥塔、第二氮气干燥塔、引风机、第一减压阀、气化器、第二减压阀、加热器和高压风机；所述干燥器的出气口通过压力表和第一阀与残料过滤箱连接；所述残料过滤箱的出料口通过管道与干燥器的进料口连接，残料过滤箱的出气口通过第二阀和第三阀与第一氮气干燥塔连接；所述第一氮气干燥塔通过第四阀与第二氮气干燥塔连接；所述第二氮气干燥塔通过第五阀与引风机连接；所述引风机与第一减压阀连接；所述第一减压阀通过第六阀分别与第八阀和第九阀所在的通道连通；气化器的一端通过第七阀与外界连通，用于液氮的输入；气化器的另一端通过第二减压阀分别与第八阀和第九阀所在的通道连通；所述第二减压阀通过第八阀与加热器连接，加热器与高压风机连接；所述第二减压阀通过第九阀与高压风机连接；所述高压风机通过第十阀与干燥器的进气口连通。