【锂电池极片真空干燥工艺研究-国际云顶yd4008

针对目前锂电池极片干燥工艺中烘箱真空度很难达到10pa以下、干燥工艺时间过长的问题,提出一种优化的极片干燥工艺方案。通过增加一个放置极片的真空腔,对真空腔进行抽真空,大大提高了极片干燥效率,并降低了极片在工序转接过程中二次污染的风险,保证极片在组装前水含量达到要求,提高了锂电池的产品质量。

随着锂电池制造成本的降低和产品性能的提升,锂电池在人们的生活中得到了越来越多的应用。这对锂电池的产品性能提出了更高的要求,也对锂电池制造工艺过程提出了更高的要求。

2005年,超级电容世界领军企业美国maxwell发现,水分对电池性能影响巨大,含水量过高会严重影响电池的电化学性能。之后,各大电池厂商逐步在工艺过程中增加极片的干燥环节,采取各种措施控制极片的含水量,如提升干燥箱的密封性能、采用抽速更大的真空泵、延长烘烤工艺时间等。然而,这些措施要么增加设备成本,要么大幅增加能耗,对企业来说面临着两难的选择。

为此,针对以上问题提出了一种优化的锂电池干燥工艺,通过在普通烘箱内增加一个可移动的真空腔体,将极片或电芯放入真空腔体进行抽真空烘烤的方式,保证了更高的真空度和产品的一致性。同时,干燥完成后的极片在转入下一道工序的过程中,密封的真空腔体对极片起到密封隔绝的作用,降低了极片在转序过程中二次污染的风险,保证封装后的电芯含水量达到要求。

1 研究背景

目前,锂电池工业生产中常用的极片干燥设备主要有真空隧道炉和真空干燥箱两大类。真空隧道炉生产效率高,易实现自动化控制,系统总体能耗低,适合品种单一、大批量自动化生产。它的缺点也很明显,即一旦设备发生故障会造成全线停产,对设备的可靠性要求很高,主要是比亚迪等少数电池厂商采用。大多数电池厂商采用真空干燥箱的方案,因为是单体设备,维修方便,单台设备故障不会对产线的生产造成较大影响。对需要兼容多种型号的电池产线来说,真空干燥箱的灵活性更好。但是,真空干燥箱真空度较低,不能有效去除水分,干燥时间过长,成为生产的重大瓶颈。另外,在工艺过程中,产品转移过程中多次暴露在空气中,易被二次污染,且需要配建干燥房,运营成本较高。

本文介绍的真空干燥箱综合考虑了以上因素,力求在尽量提高单台烘箱产能的同时保证真空度要求。为此,在对干燥工艺和烘箱结构做改进,采用烘箱 真空腔的组合方式,以求平衡产能利用率、真空度和系统总体能耗几个方面的要求。

2 极片干燥工艺

在锂电池制造过程中,真空干燥箱是应用最广的干燥设备。常用的真空干燥箱由箱体、加热系统、真空泵以及温控系统等组成。箱体一般采用碳钢板或不锈钢板焊接而成,箱体工作室与外壳之间用保温棉填充。工作室的外壁四周装有加热管,工作室的门采用硅橡胶密封条密封。极片装入料盒后,放置于可移动的托架上,推入干燥箱工作室。真空干燥箱使用时直接对工作室抽真空或充氮气,通过电磁阀进行控制。

这种传统真空干燥箱存在缺点

3 实例分析以某2亿瓦时叠片式软包三元锂离子电池生产线生产工艺为例。模切机下料后,极片自动收集于不锈钢料盒中,通过物流线及自动装盘装置,将装满极片的料盒放置在托盘中(如图3所示),再将托盘放入如图1所示的真空腔中,每个真空腔可放上、下两层托盘。真空腔内侧壁安装有陶瓷轴承,以方便托盘的推入和拖出。真空腔门采用正面平开,可开至180°,以方便托盘的进出。真空腔背面设有管路阀门,与烘箱的真空和氮气管路相连,并通过烘箱上的挡板阀自动切换来控制对真空腔进行抽真空或充氮气。