CN207180200U - 一种锂电池真空干燥箱 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种锂电池真空干燥箱，包括一面开口的箱式干燥腔室、与干燥腔室的开口面通过铰链连接的自动压紧密封门、PLC控制系统、真空系统、运风系统、加热系统和监测报警系统，所有的组成部分都位于外框机架内。本实用新型在自动压紧密封门空气夹层内设计有与PLC控制系统连接的位置检测传感器和压紧气缸，极大的提高了密封性且节省了人力，另外运风系统的分散式过风通道和循环风机实现了氮气的均匀分布，监测报警系统的真空度检测传感器、氮气浓度检测传感器和温度传感器组成，实现了对真空度、氮气浓度和温度的精准控制，这样大大提高了锂电池的干燥效率和稳定性。

Description

一种锂电池真空干燥箱

技术领域

本实用新型属于真空干燥领域，具体涉及一种锂电池真空干燥箱。

背景技术

随着国家及整个世界对新能源、洁净能源的关注度逐渐提高，尤其是对新能源车的推广，加大了锂电池的需求。锂电池是由多个锂电池极片组成，而锂电池极片很重要的一个生产工艺就是干燥，因此高品质的干燥设备就成了高品质电池的保障。

2014至2016年，中国锂电池产出量每年以35％的速度增长，而投资量却以每年近200％的速度增长，可以预见未来二年中国锂电池产能将出现井喷式增长，但却出现了高端产品不足、低端产品过剩的情况。

有些发达国家锂电池极片的不良率不足百万分之三，本地电池企业大多数难以达到，主要是由于生产设备和工艺落后，比如电池注液前干燥及注液后老化、化成干燥控制点不一致，一边是高能耗，一边是产品缺乏一致性和稳定性，解决这一问题的关键是改良生产工艺，使用更节能、环保、高效的动力锂电池干燥设备。电池注液前干燥及注液后老化，也就是说产品的寿命短，根本原因是生产设备和工艺落后；能耗高一部分原因是密封性不良带来了漏气，同时干燥腔室内和外部有热交换，造成能源损失；产品缺乏一致性和稳定性带来的问题归结于惰性保护气体氮气分布不均匀，造成同一个规格不同的稳定性。

因此，提高锂电池干燥设备的密封性和氮气分布均匀性等具有重大的研究意义。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术中真空干燥箱不能实现良好密封且箱体内加热不均匀、温度控制不精准、充入的氮气不能分布均匀等缺陷，利用可以自动锁紧密封的自动密封门实现良好密封，以及受PLC控制的真空系统、运风系统、加热系统和监测报警系统对箱体内真空度和加热温度的精准调控以及充入氮气的均匀分布等方面的改进，从而获得高质量的锂电池。

为实现上述目的，本实用新型通过以下技术方案予以解决：

一种锂电池真空干燥箱，包括干燥腔室、自动压紧密封门、PLC控制系统、真空系统、运风系统、加热系统和监测报警系统，所有的组成部分都位于外框机架内；

干燥腔室为一面开口的箱式结构，由真空系统抽真空至100Pa，然后充氮气至微负压，干燥腔室与自动压紧密封门各自的内壁与外壁之间为空气夹层，自动压紧密封门与干燥腔室的开口面通过铰链连接，自动压紧密封门上安装有与干燥腔室配合的锁紧装置，自动压紧密封门的内壁周边安装密封件，密封件使得自动压紧密封门闭合时更好地密封干燥腔室，防止气体泄漏，自动压紧密封门的空气夹层中安装有位置检测传感器和压紧气缸，位置检测传感器和压紧气缸分别与PLC控制系统连接，压紧气缸的顶杆端面朝向自动压紧密封门的内壁，传感器检测到干燥腔室外壁时将信息反馈给PLC，PLC控制压紧气缸运动，使得顶杆弹出作用于自动压紧密封门的内壁，将密封门更好地压紧，自动压紧密封门能够满足真空保压要求，泄露量≤10Pa/小时；现有技术中常见的真空干燥系统密封门是手动拧旋钮后关紧的，这样手动操作不仅操作效率低，而且手动拧旋钮的力矩人为很难控制，经常是大大超过密封门所需的力矩，这样会导致机械门体变形，机械门体一旦变形真空系统泄露量会大大增加，这样一来整个干燥能力就会降低；

运风系统主要由氮气阀、分散式过风通道和循环风机组成，氮气阀位于干燥腔室的外侧且与干燥腔室底部的空气夹层连通，分散式过风通道由一组具有高度差的风导向板平行排列组成，这个高度差就是分散式过风通道让氮气均匀分布的结构，分散式过风通道设置在干燥腔室底部的内壁上，且连通干燥腔室的空气夹层和内部空间，循环风机位于干燥腔室的顶部且风机输入端和输出端分别与干燥腔室的内部空间和空气夹层连通，循环风机的风机输入端设有机械密封组件；对干燥腔室进行充氮气操作时，氮气阀与外加氮气储存装置连接，打开氮气阀的同时开启循环风机，使得氮气先经过分散式过风通道从干燥腔室内部空间的下方向上方流动，经过循环风机后，从干燥腔室的内部空间流动至空气夹层中，并在空气夹层中自上而下流动，当氮气进入干燥腔室底部的空气夹层时再次通过分散式过风通道进入到内部空间中实现循环流动，使得氮气均匀分布在干燥腔室中；目前市场上凡是用真空的设备不会有运风系统即充氮气运风，更不会有分散式过风通道，本发明填补了市场上的空缺；

监测报警系统主要由分布在干燥腔室内的真空度检测传感器、氮气浓度检测传感器和温度传感器组成；

真空系统包括真空阀，加热系统包括加热管，真空阀、真空度检测传感器和PLC控制系统组成闭环控制系统，加热管、温度传感器和PLC控制系统组成闭环控制系统，氮气浓度检测传感器、氮气阀和PLC控制系统组成闭环控制系统，现场收集的数据需要和设计值比较后，通过PLC控制现场的机械和电气单以使修正后的参数接近设计值或者理想值。

作为优选的技术方案：

如上所述的一种锂电池真空干燥箱，所述干燥腔室的内部安装有锂电池料架，可容置大量的锂电池。

如上所述的一种锂电池真空干燥箱，所述锁紧装置为手动旋钮，手动旋钮由手持端和螺纹杆组成，手持端位于自动压紧密封门的外壁上，螺纹杆穿过自动压紧密封门，干燥腔室开口面上设有与螺纹杆对应的螺纹孔，关闭自动压紧密封门时，使用者手握手持端旋转螺纹杆，使得螺纹杆进入干燥腔室开口面的螺纹孔中，本实用新型的锁紧装置不限于此，自动压紧密封门与干燥腔室还可以通过搭扣式结构或其他结构进行锁紧。

如上所述的一种锂电池真空干燥箱，所述自动压紧密封门的上、下位置安装两套手动旋钮，关闭自动压紧密封门时，上下两套手动旋钮同时作用，能够达到更好的锁紧效果。

如上所述的一种锂电池真空干燥箱，所述真空系统主要由管道和真空阀组成，管道与干燥腔室连通，连接处安装真空阀，对干燥腔室进行抽真空时，管道与外加真空泵连接，开启真空阀后真空泵将干燥腔室内的空气抽出。

如上所述的一种锂电池真空干燥箱，所述机械密封组件为磁流体密封组件，机械密封组件能够保证密封即保压。

如上所述的一种锂电池真空干燥箱，所述加热管为多支，且分布在干燥腔室内。

如上所述的一种锂电池真空干燥箱，所述加热系统还包括设置在干燥腔室内的保护传感器，保护传感器的作用是防止干燥腔室内的加热温度超过设计值，温度传感器与保护传感器共同检测控制干燥腔室内的温度在100℃±3℃。

如上所述的一种锂电池真空干燥箱，所述温度传感器以多加热面布置安装在干燥腔室内。

有益效果：

(1)本实用新型设计的自动压紧密封门，将门体设计为外壁、空气夹层和内壁的结构，且在空气夹层中安装有位置检测传感器和压紧气缸，并配合锁紧装置，能够将密封门更好地压紧，满足真空保压要求，使泄露量≤10Pa/小时；

(2)本实用新型设计的运风系统将氮气经分散式过风通道进入干燥腔室，在干燥腔室内自下而上流动，开启循环风机使得氮气能够自上而下流动，均匀分布在干燥腔室内；

(3)本实用新型设计的加热系统和配合的温度传感器与保护传感器共同检测控制干燥腔室内的温度，实现了温度的精准控制；

(4)本实用新型的所有部件均由PLC控制系统进行自动化控制，节省了大量的人力、能源和资源，提高了锂电池的干燥质量。

附图说明

图1是本实用新型锂电池真空干燥箱的主视图；

图2是本实用新型锂电池真空干燥箱的左视图；

图3是本实用新型锂电池真空干燥箱的俯视图；

其中，1-外框机架，2-PLC控制系统，3-电气柜，4-磁流体密封组件，5-循环风机，6-分散式过风通道，7-干燥腔室，8-锂电池料架，9-铰链，10-手动旋钮，11-自动压紧密封门外壁，12-自动压紧密封门内壁，13-压紧气缸，14-密封件，15-加热管，16-氮气阀，17-真空阀，18-真空度检测传感器，19-氮气浓度检测传感器，20-温度传感器。

具体实施方式

下面结合附图进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

一种锂电池真空干燥箱，如图1～3所示，包括干燥腔室7、自动压紧密封门、PLC控制系统2、真空系统、运风系统、加热系统和监测报警系统，所有的组成部分和电气柜3都位于外框机架1内；

干燥腔室7为一面开口的箱式结构，干燥腔室7的内部安装有锂电池料架8；干燥腔室7与自动压紧密封门各自的内壁与外壁之间为空气夹层，自动压紧密封门与干燥腔室7的开口面通过铰链9连接，自动压紧密封门的上、下位置安装两套手动旋钮10，手动旋钮10由手持端和螺纹杆组成，手持端位于自动压紧密封门外壁11，螺纹杆穿过自动压紧密封门，干燥腔室7开口面上设有与螺纹杆对应的螺纹孔，自动压紧密封门的内壁周边安装密封件14，自动压紧密封门的空气夹层中安装有位置检测传感器和压紧气缸13，位置检测传感器和压紧气缸13分别与PLC控制系统连接，压紧气缸13的顶杆端面朝向自动压紧密封门内壁12；真空系统主要由管道和真空阀17组成，管道与干燥腔室7连通，连接处安装真空阀17；运风系统主要由氮气阀16、分散式过风通道6和循环风机5组成，氮气阀16位于干燥腔室7的外侧且与干燥腔室7底部的空气夹层连通，分散式过风通道6由一组具有高度差的风导向板平行排列组成，分散式过风通道6设置在干燥腔室7底部的内壁上，且连通干燥腔室的空气夹层和内部空间，循环风机5位于干燥腔室的顶部且风机输入端和输出端分别与干燥腔室7的内部空间和空气夹层连通，循环风机5的风机输入端设有磁流体密封组件4；加热系统主要由分布在干燥腔室7内的多支加热管15和保护传感器组成；监测报警系统主要由分布在干燥腔室7内的真空度检测传感器18、氮气浓度检测传感器19和温度传感器20组成，温度传感器20以多加热面布置安装在干燥腔室7内。真空阀、真空度检测传感器和PLC控制系统组成闭环控制系统，加热管、温度传感器和PLC控制系统组成闭环控制系统，氮气浓度检测传感器、氮气阀和PLC控制系统组成闭环控制系统。

本实用新型的实施过程是：首先将需要进行真空干燥的锂电池放置在锂电池料架8上并放入干燥腔室7内，使用者手握自动压紧密封门上的手持端并旋转螺纹杆，使得螺纹杆进入干燥腔室7开口面的螺纹孔中，当自动压紧密封门关闭至一定位置处，位置传感器检测到干燥腔室7的外壁时将信息反馈给PLC，PLC控制压紧气缸13运动，使得顶杆弹出作用于自动压紧密封门的内壁，将密封门更好地压紧，自动压紧密封门能够满足真空保压要求，泄露量≤10Pa/小时；然后打开真空阀17对干燥腔室7内进行抽真空，当真空度检测传感器18检测到真空度达到设定值时，PLC控制系统自动控制关闭真空阀17；接着对干燥腔室7进行充氮气操作，氮气阀16与外加氮气储存装置连接，打开氮气阀16的同时开启循环风机5，使得氮气先经过分散式过风通道6从干燥腔室7内部空间的下方向上方流动，经过循环风机5后，从干燥腔室7的内部空间流动至空气夹层中，并在空气夹层中自上而下流动，当氮气进入干燥腔室7底部的空气夹层时再次通过分散式过风通道进入到内部空间中实现循环流动，使得氮气均匀分布在干燥腔室7中，当氮气浓度检测传感器19检测到腔室内的氮气量达到设定值时，PLC控制系统自动控制关闭氮气阀16；接着打开加热系统，温度传感器20与保护传感器共同检测控制干燥腔室7内的温度在100℃±3℃，当温度传感器检测到腔室内的温度达到设定值时，PLC控制系统自动控制关闭加热管15；最后干燥结束，停止加热系统、真空系统、运风系统待自然冷却后将装有锂电池的料架从干燥腔室7取出。

Claims (9)

1.一种锂电池真空干燥箱，其特征是：包括干燥腔室、自动压紧密封门、PLC控制系统、真空系统、运风系统、加热系统和监测报警系统；

干燥腔室为一面开口的箱式结构，干燥腔室与自动压紧密封门各自的内壁与外壁之间为空气夹层，自动压紧密封门与干燥腔室的开口面通过铰链连接，自动压紧密封门上安装有与干燥腔室配合的锁紧装置，自动压紧密封门的内壁周边安装密封件，自动压紧密封门的空气夹层中安装有位置检测传感器和压紧气缸，位置检测传感器和压紧气缸分别与PLC控制系统连接，压紧气缸的顶杆端面朝向自动压紧密封门的内壁；

运风系统主要由氮气阀、分散式过风通道和循环风机组成，氮气阀位于干燥腔室的外侧且与干燥腔室底部的空气夹层连通，分散式过风通道由一组具有高度差的风导向板平行排列组成，分散式过风通道设置在干燥腔室底部的内壁上，且连通干燥腔室的空气夹层和内部空间，循环风机位于干燥腔室的顶部且风机输入端和输出端分别与干燥腔室的内部空间和空气夹层连通，循环风机的风机输入端设有机械密封组件；

监测报警系统主要由分布在干燥腔室内的真空度检测传感器、氮气浓度检测传感器和温度传感器组成；

真空系统包括真空阀，加热系统包括加热管，真空阀、真空度检测传感器和PLC控制系统组成闭环控制系统，加热管、温度传感器和PLC控制系统组成闭环控制系统，氮气浓度检测传感器、氮气阀和PLC控制系统组成闭环控制系统。

2.根据权利要求1所述的一种锂电池真空干燥箱，其特征在于，所述干燥腔室的内部安装有锂电池料架。

3.根据权利要求1所述的一种锂电池真空干燥箱，其特征在于，所述锁紧装置为手动旋钮，手动旋钮由手持端和螺纹杆组成，手持端位于自动压紧密封门的外壁上，螺纹杆穿过自动压紧密封门，干燥腔室开口面上设有与螺纹杆对应的螺纹孔。

4.根据权利要求3所述的一种锂电池真空干燥箱，其特征在于，所述自动压紧密封门的上、下位置安装两套手动旋钮。

5.根据权利要求1所述的一种锂电池真空干燥箱，其特征在于，所述真空系统主要由管道和真空阀组成，管道与干燥腔室连通，连接处安装真空阀。

6.根据权利要求1所述的一种锂电池真空干燥箱，其特征在于，所述机械密封组件为磁流体密封组件。

7.根据权利要求1所述的一种锂电池真空干燥箱，其特征在于，所述加热管为多支，且分布在干燥腔室内。

8.根据权利要求7所述的一种锂电池真空干燥箱，其特征在于，所述加热系统还包括设置在干燥腔室内的保护传感器。

9.根据权利要求1所述的一种锂电池真空干燥箱，其特征在于，所述温度传感器以多加热面布置安装在干燥腔室内。