CN106855343A - 一种锂离子电池快速干燥降温方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂离子电池快速干燥降温方法，所述锂离子电池置于烘箱内，传热介质为惰性气体；其加热步骤为：加热时充入惰性气体10—40分钟，保持1—12小时并加热，再抽真空，依此循环；其降温步骤为：停止加热，充入惰性气体10—40分钟，保持0.5—6小时，再抽真空，依此循环。本发明的锂离子电池快速干燥降温方法具有加热速度快、降温效率高和成本低廉的特点。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，具体是指一种锂离子电池快速干燥降温方法。
背景技术
锂离子电池是以炭材料为负极，以含锂的化合物作正极的一种电池，当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中。同样，当对电池进行放电时（即我们使用电池的过程），嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回正极。在充放电过程中，锂离子处于从正极→负极→正极的运动状态。锂离子电池通常有两种外型：圆柱型和方型。电池内部采用螺旋绕制结构，用一种非常精细而渗透性很强的聚乙烯薄膜隔离材料在正、负极间间隔而成。正极包括由钴酸锂（或镍钴锰酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂等）及铝箔组成的电流收集极。负极由石墨化碳材料和铜箔组成的电流收集极组成。电池内充有有机电解质溶液。另外还装有安全阀和PTC元件（部分圆柱式使用），以便电池在不正常状态及输出短路时保护电池不受损坏。
锂离子电池由于工作电压高、体积小、质量轻、能量高、无记忆效应、无污染、自放电小、循环寿命长，是21世纪发展的理想能源。锂离子电池广泛应用于水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源***，邮电通讯的不间断电源，以及电动工具、电动自行车、电动摩托车、电动汽车、军事装备、航空航天等多个领域。随着能源的紧缺和世界的环保方面的压力，锂电现在被广泛应用于电动车行业，特别是磷酸铁锂材料电池的出现，更推动了锂离子电池产业的发展和应用。
目前，锂离子电池制造工艺流程通常包括：
制浆：通过自动配料***将电极活性物质（如正极LiFePO4 或负极石墨）、导电剂等按照一定重量比例称量，加入按一定比例搅拌配制好的粘合剂和溶剂组成的胶体中，经过高速分散搅拌均匀后制作成浆状物。
涂布：将制浆过程制作好的浆状物采用涂布机按照一定极片面密度和厚度要求均匀地涂覆在金属集流体上并经过烘烤，去除浆料中的水分。
制片：将涂布好的成卷正极片或负极片经过连续全自动辊压机辊压到指定厚度，采用连续全自动分切机分切，然后采用自动制片机分别焊接好正、负极耳并对焊接区域加贴绝缘胶带，并经过烤箱烘干处理去除极片中水分。
电芯制作：采用自动卷绕机，按照正极片-隔膜-负极片-隔膜相互间隔的方式，卷绕为圆柱形电芯，装入钢壳中，再进入烤箱中进行烘烤除去电芯中的水分。
注液及静置：电芯在手套箱露点环境下注入电解液后采用封口机进行封口，并对电池外表进行清洗烘干后静置，以确保电解液充分浸润电芯。
化成分容：对电池进行充放电处理，确保正负极片表面活性物质充分激活。再进行电池容量和电压检测，检测数据作为电池配组的数据。合格电池转入电池老化。
在锂离子电池的制造过程中，制程必须严格控制，尤其是水分。水分对锂离子电池影响巨大，主要会造成以下不良后果：
（1）电解液变质
以磷酸铁电池为例，磷酸铁锂电池所用的电解液，是不能在水分过高的环境下使用的。电池注液的时候，必须要在小于1%湿度的环境下，并且注液后赶快封口，阻止电池内部和空气接触。如果水分过高，电解液和水分反应，生成微量有害气体，对注液房环境有不良影响；这也会影响电解液本身的质量，使得电池性能不良。
（2）电池内部压力过大
水分会和电解液中的一种成分反应，生成有害气体。当水分足够多时，电池内部的压力就变大，从而引起电池受力变形。当内部压力再高的时候，电池就有危险了，爆裂使得电解液喷溅，电池碎片也容易伤人。
（3）高内阻
电池在使用的时候，内阻小，温升相对小；如果内阻大，温升相对大。水份影响内阻，水份大内阻高，水份小内阻低。
（4）自放电大
自放电，是指电池在不使用的情况下，电量也会损耗。当这个损耗在规定的情况下超过一定量之后，这只电池就被认为是高自放电，水份影响自放电，水份大自放电大，水份小自放电小。
（5）低容量
电池内部水分过高，损耗了电解液的有效成分，也损耗了锂离子，使得锂离子在电池负极片发生不可逆转的化学反应。消耗了锂离子，电池的能量就减少了。
（6）电池漏液
当电池内部的水分多的时候，电池内部的电解液和水反应，其产物将是气体和氢氟酸，氢氟酸是一中腐蚀性很强的酸，它可以使电池内部的金属零件腐蚀，进而使电池最终漏液。如果电池漏液，电池的性能将急速下降，而且电解液还会对使用者的机器进行腐蚀，终而引起更加危险的失效。
目前电芯烘烤成熟工艺为：电芯烘烤设备采用真空干燥箱，将铺有待干燥物品的料盘放在干燥箱内，关闭箱门，箱内用真空泵抽成真空。将物品加热到指定温度，水分即开始蒸发并随抽真空逐渐抽走。
现有电芯烘烤和降温方法为：抽真空不采用介质，降低达到设置温度的速度，密封箱内温度不均匀，导致烘烤时间长，空间占用大。
发明内容
本发明的目的是提供一种锂离子电池快速干燥降温方法，提高箱内温度的均匀性、缩短时间，从而提高效率降低成本，具有加热速度快、降温效率高和成本低廉的特点。
本发明可以通过以下技术方案来实现：
本发明公开了一种锂离子电池快速干燥降温方法，所述锂离子电池置于烘箱内，传热介质为惰性气体；
其加热步骤为：加热时充入惰性气体10—40分钟，保持1—12小时并加热，再抽真空，依此循环；
其降温步骤为：停止加热，充入惰性气体10—40分钟，保持0.5—6小时，再抽真空，依此循环。
以本发明的快速干燥的流程包括快速加热除去水分和快速降温两个流程，所述快速加热除去水分的流程：
1.通过惰性气体管向真空箱内注入惰性气体充当介质；
2.发热管对惰性气体进行加热；
3.热的惰性气体进入电芯内，给电芯及水份导热；
4.电芯内水份膨胀；
5.电芯内水份挥发；
6.抽真空，水份随着惰性气体一起抽走。
所述快速降温的流程为：
1.通过惰性气体管向真空箱内注入惰性气体充当介质；
2惰性气体吸收真空箱内热量；
3.惰性气体进入电芯内，吸收电芯内热量；
4.电芯内热量被惰性气体吸收；
5.真空箱内温度趋于稳定饱和，热的真空箱内惰性气体被抽走；
6.真空箱内温度趋于稳定饱和，热的电芯内惰性气体被抽走
通过冷的介质（惰性气体）吸收真空箱内的热量和电芯内的热量，从而把电芯内的温度快速降低，然后真空抽走已经饱和的氮气和水份的混合物，从而达到快速降温的效果。
在本发明所述的快速干燥降温方法中，在加热干燥过程中需要同时完成热量和质量(水分)的传递，保证电芯表面水分蒸汽分压(浓度)高于惰性气体水分蒸汽分压，保证惰性气体温度高于电芯温度。热量从惰性气体传递给电芯，使电芯表面水分汽化并逸散到外部空间，从而在电芯表面和内部出现湿含量的差别。内部水分向表面扩散并汽化，使电芯水分含量不断降低，逐步完成电芯整体的干燥；降温是从温度高的物体传到温度低的物体，降温结果是温差消失，充入低温惰性气体后，电芯热量传递给惰性气体并随抽真空带走。
进一步地，加热时所充入惰性气体的温度为20-60℃；降温时所充入惰性气体的温度为-20-40℃。
进一步地，所述惰性气体为氮气。
进一步地，加热时的循环次数为1-10次。
进一步地，降温时的循环次数为1-10次。
本发明一种锂离子电池快速干燥降温方法，具有如下的有益效果：
第一、加热速度快，加热时通过惰性气体介质对流传热给电芯；
第二、降温效率高，降温时电芯通过惰性气体介质传热给惰性气体，然后把热的惰性气体抽走，从而达到降温的效果；
第三、成本低廉，通过有效缩短加热和降温时间，提升了工序效率高，节省了生产成本。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例及对本发明产品作进一步详细的说明。
实施例1
本发明公开了一种锂离子电池快速干燥降温方法，所述锂离子电池置于烘箱内，传热介质为惰性气体；
其加热步骤为：加热时充入惰性气体40分钟，保持6.5小时并加热，再抽真空，依此循环；
其降温步骤为：停止加热，充入惰性气体10分钟，保持6小时，再抽真空，依此循环。
在本实施例中，加热时所充入惰性气体的温度为40℃；降温时所充入惰性气体的温度为-20℃。所述惰性气体为氮气。加热时的循环次数为10次。，降温时的循环次数为5次。
实施例2
本发明公开了一种锂离子电池快速干燥降温方法，所述锂离子电池置于烘箱内，传热介质为惰性气体；
其加热步骤为：加热时充入惰性气体25分钟，保持1小时并加热，再抽真空，依此循环；
其降温步骤为：停止加热，充入惰性气体40分钟，保持3.25小时，再抽真空，依此循环。
在本实施例中，加热时所充入惰性气体的温度为50℃；降温时所充入惰性气体的温度为40℃。所述惰性气体为氮气。加热时的循环次数为5次。，降温时的循环次数为1次。
实施例3
本发明公开了一种锂离子电池快速干燥降温方法，所述锂离子电池置于烘箱内，传热介质为惰性气体；
其加热步骤为：加热时充入惰性气体10分钟，保持12小时并加热，再抽真空，依此循环；
其降温步骤为：停止加热，充入惰性气体25分钟，保持0.5小时，再抽真空，依此循环。
在本实施例中，加热时所充入惰性气体的温度为60℃；降温时所充入惰性气体的温度为-30℃。所述惰性气体为氮气。加热时的循环次数为1次。，降温时的循环次数为10次。
实施例4
本发明公开了一种锂离子电池快速干燥降温方法，所述锂离子电池置于烘箱内，传热介质为惰性气体；
其加热步骤为：加热时充入惰性气体20分钟，保持8小时并加热，再抽真空，依此循环；
其降温步骤为：停止加热，充入惰性气体30分钟，保持2小时，再抽真空，依此循环。
在本实施例中，加热时所充入惰性气体的温度为20℃；降温时所充入惰性气体的温度为-20℃。所述惰性气体为氮气。加热时的循环次数为10次。，降温时的循环次数为8次。
实施例5
本发明公开了一种锂离子电池快速干燥降温方法，所述锂离子电池置于烘箱内，传热介质为惰性气体；
其加热步骤为：加热时充入惰性气体25分钟，保持6.5小时并加热，再抽真空，依此循环；
其降温步骤为：停止加热，充入惰性气体25分钟，保持3.25小时，再抽真空，依此循环。
在本实施例中，加热时所充入惰性气体的温度为40℃；降温时所充入惰性气体的温度为10℃。所述惰性气体为氮气。加热时的循环次数为2次。，降温时的循环次数为2次。
为了评估本发明所得的技术效果，分别通过应用实施例1和应用实施例2进行性能评估。
应用实施例1
烤箱长1.5m，宽0.9m，高0.7m；通入氮气流量为94.5L/min，电芯数量为7800pcs ,步骤如表1，所示
表1烘烤对电芯水分含量的影响
从表1可以看到，此流程是针对电芯通过介质烘烤去除水份，数据显示本发明明显好于现有传统技术。
应用实施例2
烤箱长1.5m，宽0.9m，高0.7m；通入氮气流量为94.5L/min，电芯数量为7800pcs ,步骤如表2所示
表2 降温对电芯温度的影响
从表2可以看到，此流程是通过介质吸收真空箱内热量和电芯内的容量，从而提高电芯快速降温的方法，数据显示本发明明显好于现有传统方法。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书所示和以上所述而顺畅地实施本发明；但是，凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，可利用以上所揭示的技术内容而作出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种锂离子电池快速干燥降温方法，其特征在于：所述锂离子电池置于烘箱内，传热介质为惰性气体；
其加热步骤为：加热时充入惰性气体10—40分钟，保持1—12小时并加热，再抽真空，依此循环；
其降温步骤为：停止加热，充入惰性气体10—40分钟，保持0.5—6小时，再抽真空，依此循环。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池快速干燥降温方法，其特征在于：加热时所充入惰性气体的温度为20-60℃；降温时所充入惰性气体的温度为-20-40℃。
3.根据权利要求2所述的锂离子电池快速干燥降温方法，其特征在于：所述惰性气体为氮气。
4.根据权利要求2或3所述的锂离子电池快速干燥降温方法，其特征在于：加热时的循环次数为1-10次。
5.根据权利要求2或3所述的锂离子电池快速干燥降温方法，其特征在于：降温时的循环次数为1-10次。
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