一種鋰離子電池電芯的干燥方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鋰離子電池電芯的干燥方法。該方法包括以下步驟：1)將鋰離子電池電芯置于封閉體系中，抽真空，所用時(shí)間記為h；2)同時(shí)對(duì)體系進(jìn)行加熱、充氣和鼓風(fēng)；達(dá)到設(shè)定溫度和真空度后保溫保壓；整個(gè)過程持續(xù)鼓風(fēng)，所用時(shí)間記為h1；充氣、鼓風(fēng)所用介質(zhì)均為非氧化性氣體；3)維持體系溫度為90～110℃，抽真空至真空度為100Pa以下，保壓；整個(gè)過程所用時(shí)間記為h2；h、h1和h2滿足式(Ⅰ)所示的條件。該方法工藝簡(jiǎn)單，提高了干燥效率，降低了干燥所用時(shí)間，極大程度的減小了電芯隔膜在烘烤過程中的變形量，有利于電池生產(chǎn)企業(yè)實(shí)現(xiàn)降本增效和提高產(chǎn)品質(zhì)量的目標(biāo)，適合大規(guī)模推廣應(yīng)用。
【專利說明】
一種鋰離子電池電芯的干燥方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鋰離子電池電芯的干燥方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在鋰離子電池生產(chǎn)過程中，需要對(duì)入殼后或入殼前的電芯進(jìn)行烘干，保證電芯所 含水分控制在一定的范圍以內(nèi)才可進(jìn)行下一步注液過程。鋰離子電池電芯的水分含量高會(huì) 造成鋰電池在充放電過程中，所含水分與電解液發(fā)生反應(yīng)，從而影響鋰離子電池的使用壽 命和性能。如何有效降低電芯水分含量，提高生產(chǎn)效率，節(jié)約成本，是現(xiàn)代鋰離子電池工業(yè) 化生產(chǎn)過程中的一項(xiàng)重要工藝問題。
[0003] CN102735023A公開了一種鋰離子電池電芯的干燥方法，其是將待干燥的電芯置于 封閉的腔體中，設(shè)定腔體的恒定溫度，進(jìn)行若干次抽真空、卸真空循環(huán)動(dòng)作，在所述的封閉 的腔體內(nèi)形成循環(huán)氣體氣流，干燥所述電芯。CN103344097A公開了一種鋰離子電池的電芯 的干燥方法，包括：（1)將電芯放置于封閉的腔體，對(duì)腔體進(jìn)行抽真空，在腔體內(nèi)的真空度達(dá) 到-0.1~-0.12MPa后，持續(xù)抽真空3~lOmin; (2)對(duì)電芯進(jìn)行加熱，加熱溫度為75~85°C，加 熱時(shí)間為2~5h; (3)向腔體內(nèi)充入非氧化性氣體，當(dāng)腔體內(nèi)的真空度達(dá)到-0.01~-0.02MPa 時(shí)，停止充入非氧化性氣體；（4)對(duì)電芯進(jìn)行加熱，加熱溫度為75~85°C，加熱時(shí)間為20~ 40min; (5)對(duì)腔體進(jìn)行抽真空，在腔體內(nèi)的真空度達(dá)到-0.1~-0.12MPa后，持續(xù)抽真空3~ 10min〇
[0004] -般而言，在干燥設(shè)備容積、外部環(huán)境、干燥時(shí)間、電芯數(shù)量等條件完全相同的情 況下，不同的干燥設(shè)備，使用相同的干燥工藝，最后測(cè)得的水分值越低，干燥設(shè)備的性能越 好。但當(dāng)干燥設(shè)備性能差距不大時(shí)，電芯干燥的效果往往取決于不同的干燥工藝?，F(xiàn)有技術(shù) 中，對(duì)電芯的干燥，往往需要數(shù)十次的抽卸換氣操作，操作繁瑣，對(duì)真空栗的損耗大；同時(shí)， 頻繁的抽真空和卸真空操作，使得大型干燥設(shè)備的真空均勻度和溫度均勻度往往難以達(dá)到 參數(shù)控制要求，批量化生產(chǎn)過程中，電芯的干燥效果難以得到保證。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種鋰離子電池電芯的干燥方法，從而解決現(xiàn)有技術(shù)中，電 芯的干燥方法難以適應(yīng)工業(yè)化生產(chǎn)的問題。
[0006] 為了解決以上問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
[0007] 一種鋰離子電池電芯的干燥方法，包括以下步驟：
[0008] 1)將鋰離子電池電芯置于封閉體系中，抽真空至真空度為200Pa以下，所用時(shí)間記 為h;
[0009] 2)同時(shí)對(duì)體系進(jìn)行加熱、充氣和鼓風(fēng)，控制加熱溫度為90~110°C，真空度為85kPa ~95kPa;達(dá)到設(shè)定溫度和真空度后保溫保壓;整個(gè)過程持續(xù)鼓風(fēng)，所用時(shí)間記為h1;充氣、 鼓風(fēng)所用介質(zhì)均為非氧化性氣體；
[0010] 3)維持體系溫度為90~110°C，抽真空至真空度為lOOPa以下，保壓;整個(gè)過程所用 時(shí)間記為h2;
[0011] 以上步驟中，h、h#Ph2滿足式（I)所示的條件：
[0012]
[0013]步驟1)中，所述鋰離子電池電芯由正極片、負(fù)極片、隔膜通過疊片方式制備而成。 可選擇將直接將制備好的電芯進(jìn)行干燥，或?qū)㈦娦痉湃霘んw后，隨殼體進(jìn)行干燥。所述鋰離 子電池電芯為金屬殼鋰離子電池電芯。
[0014]步驟2)中，在體系升溫至預(yù)定溫度，達(dá)到預(yù)設(shè)真空度后持續(xù)鼓風(fēng)，在該條件下，電 芯的水分在熱輻射、熱傳導(dǎo)和熱對(duì)流的綜合作用下，快速?gòu)膬?nèi)部向表面擴(kuò)散。該過程中，鼓 風(fēng)為向體系中鼓入非氧化性氣體，如氮?dú)獾取Ｔ摬襟E所用時(shí)間In包括體系達(dá)到設(shè)定狀態(tài)和 維持設(shè)定狀態(tài)所用時(shí)間。根據(jù)設(shè)備的不同狀況，控制總時(shí)間為lu即可。
[0015] 步驟3)通過持續(xù)抽真空過程，使電芯表面、內(nèi)部和體系內(nèi)的水分排出。該步驟所用 時(shí)間h2包括體系達(dá)到設(shè)定真空度和維持真空度所用時(shí)間。根據(jù)設(shè)備的抽真空能力，控制總 時(shí)間為h2即可。
[0016] 本發(fā)明所述的鋰離子電池電芯的干燥方法，通過各步驟參數(shù)的合理設(shè)定，銜接合 理，充分利用工業(yè)化生產(chǎn)大型干燥設(shè)備的特點(diǎn)，使設(shè)備的真空均勻度和溫度均勻度保持在 較高水平，使電芯的水分脫離動(dòng)力保持穩(wěn)定，避免了頻繁抽真空、卸真空帶來的體系狀態(tài)不 穩(wěn)定和對(duì)設(shè)備電磁閥或氣動(dòng)閥磨損嚴(yán)重等問題，可實(shí)現(xiàn)大批量對(duì)電芯進(jìn)行干燥，有利于充 分利用能源，降低成本，電芯干燥后的水分值為200~600ppm之間，滿足生產(chǎn)需要。
[0017]優(yōu)選的，干燥后，采用包括以下步驟的方法對(duì)鋰離子電池電芯進(jìn)行冷卻：
[0018] a)開啟鼓風(fēng)，并向體系中充入非氧化性氣體至真空度為85kPa~95kPa，達(dá)到真空 度后保壓;整個(gè)過程控制時(shí)間為20~30min;
[0019] b)抽真空至真空度為200Pa以下；
[0020] c)重復(fù)步驟a)和步驟b)的操作直至體系內(nèi)溫度低于65°C。
[0021] 采用上述冷卻方法可加快冷卻過程，并進(jìn)一步減少電芯的水分含量。上述冷卻中， 充入非氧化性氣體所用的時(shí)間因設(shè)備而異，在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)間中，該時(shí)間可控制在5min以內(nèi)， 達(dá)到真空度，控制步驟a)整體用時(shí)為20~30min即可。步驟b)中，抽真空所用時(shí)間為10~ 20min〇
[0022] 優(yōu)選的，式（I)中，hi為2.5~5h;h2為8~15h;h為5~15min。步驟c)重復(fù)的次數(shù)為4 ~6次。
[0023] 冷卻后，向體系中充入非氧化性氣體進(jìn)行泄壓。所述非氧化性氣體為氮?dú)狻⒑饣?氬氣。優(yōu)選的，所述非氧化性氣體為氮?dú)狻?br>[0024] 本發(fā)明所述的鋰離子電池電芯的干燥方法，進(jìn)一步簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)干燥方法，干燥工 藝簡(jiǎn)單，提高了干燥效率，降低了干燥所用時(shí)間，極大程度的減小了電芯隔膜在烘烤過程中 的變形量，有利于電池生產(chǎn)企業(yè)實(shí)現(xiàn)降本增效和提高產(chǎn)品質(zhì)量等目標(biāo)，適合大規(guī)模推廣應(yīng) 用。
【附圖說明】
[0025]圖1為經(jīng)本發(fā)明實(shí)施例1和對(duì)比例1的干燥方法對(duì)20Ah電芯干燥后的水分對(duì)比結(jié) 果；
[0026]圖2為經(jīng)本發(fā)明實(shí)施例2和對(duì)比例2的干燥方法對(duì)72Ah電芯干燥后的水分對(duì)比結(jié) 果；
[0027]圖3為經(jīng)本發(fā)明實(shí)施例3和對(duì)比例3的干燥方法對(duì)1 OOAh電芯干燥后的水分對(duì)比結(jié) 果；
[0028]圖4為本發(fā)明鋰離子電池電芯干燥方法的工藝流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0030] 實(shí)施例1
[0031] 本實(shí)施例的鋰離子電池電芯的干燥方法，工藝流程如圖4所示，包括以下步驟：
[0032] 1)將鋰離子電池電芯（電芯由正極片、負(fù)極片、隔膜通過疊片方式制備而成，放置 于未封口的殼體內(nèi)，單體容量為20Ah，共200支)置于干燥爐中，抽真空至真空度為200Pa以 下，所用時(shí)間為8min(式1中h);
[0033] 2)同時(shí)執(zhí)行加熱、充氣、鼓風(fēng)動(dòng)作，控制干燥爐內(nèi)溫度升溫至90°C (耗時(shí)20min)，充 入氮?dú)庵琳婵斩葹?5kPa(耗時(shí)< lmin)，達(dá)到設(shè)定溫度和真空度后保溫保壓;整個(gè)過程所用 時(shí)間為2.5h(式1中h〇,期間持續(xù)鼓風(fēng)；
[0034] 3)停止鼓風(fēng)、充氮?dú)獠僮?，維持干燥爐內(nèi)溫度為90 °C，抽真空至真空度為lOOPa(耗 時(shí)15min)，保壓;抽真空、保壓總時(shí)間為8h(式1中h2);
[0035] 4)開啟鼓風(fēng)動(dòng)作，并向體系中充入氮?dú)庵琳婵斩葹?5kPa(耗時(shí)< lmin)，保壓;過 程所用時(shí)間為20min，后繼續(xù)抽真空至真空度為lOOPa以下，所用時(shí)間為15min;
[0036] 5)步驟4)重復(fù)進(jìn)行4次，干燥爐內(nèi)溫度冷卻至65°C ;
[0037] 6)向干燥爐內(nèi)充入氮?dú)庑箟骸?br>[0038] 實(shí)施例2
[0039]本實(shí)施例的鋰離子電池電芯的干燥方法，包括以下步驟：
[0040] 1)將鋰離子電池電芯（電芯由正極片、負(fù)極片、隔膜通過疊片方式制備而成，放置 于未封口的殼體內(nèi)，單體容量為72Ah，共200支)置于干燥爐中，抽真空至真空度為200Pa以 下，所用時(shí)間為l〇min(式1中h);
[00411 2)同時(shí)執(zhí)行加熱、充氣、鼓風(fēng)動(dòng)作，控制干燥爐內(nèi)溫度升溫至95 °C (耗時(shí)25min)，充 入氮?dú)庵琳婵斩葹?0kPa(耗時(shí)< lmin)，達(dá)到設(shè)定溫度和真空度后保溫保壓;整個(gè)過程所用 時(shí)間為3.5h(式1中h0,期間持續(xù)鼓風(fēng)；
[0042] 3)停止鼓風(fēng)、充氮?dú)獠僮鳎S持干燥爐內(nèi)溫度為95 °C，抽真空至真空度為90Pa(耗 時(shí)20min)，保壓;抽真空、保壓總時(shí)間為12h(式1中h2);
[0043] 4)開啟鼓風(fēng)動(dòng)作，并向體系中充入氮?dú)庵琳婵斩葹?0kPa(耗時(shí)< lmin)，保壓;過 程所用時(shí)間為25min，后繼續(xù)抽真空至真空度為lOOPa以下，所用時(shí)間為18min;
[0044] 5)步驟4)重復(fù)進(jìn)行5次，干燥爐內(nèi)溫度冷卻至63°C ;
[0045] 6)向干燥爐內(nèi)充入氮?dú)庑箟骸?br>[0046] 實(shí)施例3
[0047]本實(shí)施例的鋰離子電池電芯的干燥方法，包括以下步驟：
[0048] 1)將鋰離子電池電芯（電芯由正極片、負(fù)極片、隔膜通過疊片方式制備而成，放置 于未封口的殼體內(nèi)，單體容量為l〇〇Ah)置于干燥爐中，抽真空至真空度為200Pa以下，所用 時(shí)間為12min(式1中h);
[0049] 2)同時(shí)執(zhí)行加熱、充氣、鼓風(fēng)動(dòng)作，控制干燥爐內(nèi)溫度升溫至110 °C (耗時(shí)30min)， 充入氮?dú)庵琳婵斩葹?5kPa(耗時(shí)< lmin)，達(dá)到設(shè)定溫度和真空度后保溫保壓;整個(gè)過程所 用時(shí)間為5h (式1中hi )，期間持續(xù)鼓風(fēng)；
[0050] 3)停止鼓風(fēng)、充氮?dú)獠僮鳎S持干燥爐內(nèi)溫度為110°C，抽真空至真空度為90Pa(耗 時(shí)25min)，保壓;抽真空、保壓總時(shí)間為15h(式1中h 2);
[0051] 4)開啟鼓風(fēng)動(dòng)作，并向體系中充入氮?dú)庵琳婵斩葹?5kPa(耗時(shí)< lmin)，保壓;過 程所用時(shí)間為30min，后繼續(xù)抽真空至真空度為lOOPa以下，所用時(shí)間為20min;
[0052] 5)步驟4)重復(fù)進(jìn)行6次，干燥爐內(nèi)溫度冷卻至60°C ;
[0053] 6)向干燥爐內(nèi)充入氮?dú)庑箟骸?br>[0054] 對(duì)比例1
[0055] 對(duì)比例1的干燥方法，干燥對(duì)象、干燥總時(shí)間與實(shí)施例1相同，包括以下步驟：
[0056] 1)將鋰離子電池電芯置于干燥系統(tǒng)中，抽真空至50Pa后保壓，所用時(shí)間為干燥總 時(shí)間的10%;
[0057] 2)向干燥系統(tǒng)中充入氮?dú)庵琳婵斩葹?0KPa，加熱至90°C，達(dá)到溫度和真空度后保 溫保壓，期間持續(xù)鼓風(fēng)，所用時(shí)間為干燥總時(shí)間的10% ;
[0058] 3)維持體系溫度為90°C，抽真空至真空度至50Pa后保壓，所用時(shí)間為干燥總時(shí)間 的 10%;
[0059] 4)重復(fù)步驟2)和步驟3)共4次，充入氮?dú)庵脸?，冷卻至65°C。
[0060] 對(duì)比例2
[0061 ]對(duì)比例2的干燥方法，干燥對(duì)象、干燥總時(shí)間與實(shí)施例2相同，包括以下步驟：
[0062] 1)將鋰離子電池電芯置于干燥系統(tǒng)中，抽真空至50Pa后保壓，所用時(shí)間為干燥總 時(shí)間的10%;
[0063] 2)向干燥系統(tǒng)中充入氮?dú)庵琳婵斩葹?5KPa，加熱至95°C，達(dá)到溫度和真空度后保 溫保壓，期間持續(xù)鼓風(fēng)，所用時(shí)間為干燥總時(shí)間的10% ;
[0064] 3)維持體系溫度為95°C，抽真空至真空度至50Pa后保壓，所用時(shí)間為干燥總時(shí)間 的 10%;
[0065] 4)重復(fù)步驟2)和步驟3)共5次，充入氮?dú)庵脸?，冷卻至65°C。
[0066] 對(duì)比例3
[0067] 對(duì)比例3的干燥方法，干燥對(duì)象、干燥總時(shí)間與實(shí)施例3相同，包括以下步驟：
[0068] 1)將鋰離子電池電芯置于干燥系統(tǒng)中，抽真空至50Pa后保壓，所用時(shí)間為干燥總 時(shí)間的10%;
[0069] 2)向干燥系統(tǒng)中充入氮?dú)庵琳婵斩葹?5KPa，加熱至110°C，達(dá)到溫度和真空度后 保溫保壓，期間持續(xù)鼓風(fēng)，所用時(shí)間為干燥總時(shí)間的10% ;
[0070] 3)維持體系溫度為110°C，抽真空至真空度至50Pa后保壓，所用時(shí)間為干燥總時(shí)間 的 10%;
[0071] 4)重復(fù)步驟2)和步驟3)共4次，充入氮?dú)庵脸?，冷卻至65°C。
[0072] 試驗(yàn)例
[0073]本試驗(yàn)例對(duì)各實(shí)施例的干燥效果進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果如圖1、圖2、圖3所示，分別為對(duì) 20Ah、72Ah、100Ah容量電芯的烘干對(duì)比實(shí)驗(yàn)，其中橫坐標(biāo)表示實(shí)驗(yàn)數(shù)量，縱坐標(biāo)為相應(yīng)電芯 的水分檢測(cè)結(jié)果。由圖中的結(jié)果可知，經(jīng)本發(fā)明的方法對(duì)鋰離子電池電芯進(jìn)行干燥，其水分 含量范圍為200~600ppm，且各電芯的水分含量差異不大，質(zhì)量可控性較好。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種鋰離子電池電芯的干燥方法，其特征在于，包括以下步驟： 1) 將鋰離子電池電芯置于封閉體系中，抽真空至真空度為200Pa以下，所用時(shí)間記為h; 2) 同時(shí)對(duì)體系進(jìn)行加熱、充氣和鼓風(fēng)，控制加熱溫度為90~110°C，真空度為85kPa~ 95kPa，達(dá)到設(shè)定溫度和真空度后保溫保壓;整個(gè)過程持續(xù)鼓風(fēng)，所用時(shí)間記為h 1;充氣、鼓 風(fēng)所用介質(zhì)均為非氧化性氣體； 3) 維持體系溫度為90~110°C，抽真空至真空度為lOOPa以下，保壓;整個(gè)過程所用時(shí)間 記為h2; 以上步驟中，h、匕和出滿足式（I)所示的條件：2. 如權(quán)利要求1所述的鋰離子電池電芯的干燥方法，其特征在于，還包括步驟4)，采用 包括以下步驟的方法對(duì)鋰離子電池電芯進(jìn)行冷卻： a) 開啟鼓風(fēng)，并向體系中充入非氧化性氣體至真空度為85kPa~95kPa，達(dá)到真空度后 保壓;整個(gè)過程控制時(shí)間為20~30min; b) 抽真空至真空度為200Pa以下； c) 重復(fù)步驟a)和步驟b)的操作直至體系內(nèi)溫度低于65°C。3. 如權(quán)利要求1或2所述的鋰離子電池電芯的干燥方法，其特征在于，hi為2.5~5h。4. 如權(quán)利要求1或2所述的鋰離子電池電芯的干燥方法，其特征在于，1!2為8~15h。5. 如權(quán)利要求1或2所述的鋰離子電池電芯的干燥方法，其特征在于，h為5~15min。6. 如權(quán)利要求2所述的鋰離子電池電芯的干燥方法，其特征在于，步驟b)中，抽真空所 用時(shí)間為10~20min。7. 如權(quán)利要求2所述的鋰離子電池電芯的干燥方法，其特征在于，步驟c)中，重復(fù)的次 數(shù)為4~6次。8. 如權(quán)利要求2所述的鋰離子電池電芯的干燥方法，其特征在于，冷卻后，向體系中充 入非氧化性氣體進(jìn)行泄壓。9. 如權(quán)利要求1、2或8所述的鋰離子電池電芯的干燥方法，其特征在于，所述非氧化性 氣體為氮?dú)?、氬氣、氦氣?0. 如權(quán)利要求9所述的鋰離子電池電芯的干燥方法，其特征在于，所述非氧化性氣體 為氮?dú)狻?br>【文檔編號(hào)】F26B7/00GK105865159SQ201610212937
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年4月7日
【發(fā)明人】漆振濤, 張偉, 張潔, 趙博, 曲斌, 鄭喜軍, 黃偉明
【申請(qǐng)人】中航鋰電（洛陽）有限公司