动力锂电池真空干燥生产设备

动力锂电池真空干燥生产设备

金建伟

广州中国科学院工业技术研究院 510000

摘要：锂电池的容量大小代表阻抗值以及循环特性等，其特性会随着制备过程中水份的渗入而受到影响。所以，需要将真空干燥工艺应用与极片的制造过程中，以此来减少极片中的水份含量。目前，真空干燥要是由设计人员结合自身的经验，来对真空干燥过程中所需的基础数据或指标进行设置。本人对一种公开的新型动力锂电池真空干燥生产设备进行了分析及研究，提出一种较易实现的具有真空干燥环境的锂电池自动化生产设备。

关键词：锂电池；真空干燥；生产设备

动力锂电池的外壳成分为钢或铝，在新能源汽车、移动终端代表、电动车、摩托车等领域中应用比较广泛。锂电池生产的过程中有着许多的工序(如电极片的涂布、电芯的制备、电池外壳的成型、电池真空注液、化成等)。由于锂电池的制备材料对环境的苛刻性，电池所用正负极片、基材、电芯隔膜等均需要在真空干燥环境下存储，或需要经过真空干燥处理后才可以进入下一步工艺中。目前在锂电池电极材料的干燥处理方面，已经有了各种不同的技术；但目前大部分设备所采用的都是单机脱离生产线的方式；或只是简单的直线生产，并有着大量的工序、复杂的自动化生产步骤连接不同工序，如此会产生较长的生产线，缺乏密集的布局，对工厂占用的生产空间较大。

一、真空干燥技术简介

真空干燥技术的发展已相对比较成熟。目前，在多个行业、不同领域、学科以及实验中得到了广泛的应用。随着新能源产业在各行各业的应用，推动了新型材料、新工艺、新技术的不断发展。其中，全新的应用与锂电行业的真空干燥技术得到了很好的发展，并在研究的过程中将其视为重点内容^[1]。

真空干燥技术是指在密闭的空间内放入需要干燥的物料，然后在封闭空间内利用真空设备，将大气压下降一个等级，同时对物料持续升温。由于压力以及浓温度的改变，物料内的水分子会逐渐向物料的表面进行扩散，当满足物料表面动能需求后，水分子间的吸引力将会对其逐渐失去效果，导致其扩散到低气压的真空室中，然后通过真空泵向大气中进行排放。

对真空干燥的过程进行划分，可以结合真空干燥的定义：首先是热量传递的过程，热量通过热源提供给物料，内部的水份通过升温将其汽化，二，以液态的形式将物料内部的水份进行传递，水分份在物料内部以液体的形式流向表面，最终在表面形成汽化。其三，以气态的形式，将物料表面的湿水份进行传递，通过汽化获得的水蒸气，会从物料表面逐渐扩散到真空室内部，从真空室逐渐流向外界^[2]。

二、干燥生产设备结构

真空抽气系统能够将一个良好的真空环境，提供给真空干燥设备。其目标是:保证所有气体在真空干燥箱中的压力，能够比干燥温度下的湿份饱和蒸气压更低，使气在冷凝器中的总压力，能够比处于冷凝温度下湿分的饱和蒸汽压更高，在速度上能够与物料及产量实现同步，可以对特定浓度下的可凝气体进行抽空，以此为依据，对真空抽气系统进行配置，并且，能够将此依据作为基本原则，对抽气系统所设计的器件以及配泵进行选择。抽气系统的结构设计主要包含了真空泵，真空阀门等。^[3]。

三、动力锂电池真空干燥生产设备的特点

1.是使动力电池能够具有更加安全的性能，并且能够使其保持一致，能够使电池获得更高的生产效率。

2.能够从功率、密度，、内阻等技术指标方面，对电池性能进行有效的提升。

3.通过真空干燥，可以使动力电池在常压干燥时，出现的表面硬化得到有效的解决。

4.以往的干燥过程中，大多采用热风干燥，然而动力电池在热风干燥下，其表面会有流体边界层形成，其能够对动力电池表面的湿分进行扩散，与此同时，湿分在动力电池内部，也会逐渐向电池表面进行移动，如果湿分在表面的蒸发速度比湿分在表面的移动速度更低的话，就会破坏边界层的水膜，最终导致动力电池表面出现裂痕。上述问题在真空梯度下能够得到有效的解决，能够通过水分外表面自由的迁移，而完成细化的目标。

四、具体实施步骤

本次试验对隧道通过式真空干燥系统进行了分析，1代表机器人，2代表移动轨道，3代表上料台，4代表上料台，5代表机械手，6代表下料台，7代表解锁装置，8代表冷却装置，9代表多个下料带，10代表干燥炉。

（一）本次试验设备的介绍

1号机器人在2号轨道上行走；在2号移动轨道的其中一边放置多个10号干燥炉；在2号移动轨道的另一边放置4号上料台、5号机械手、6号下料台以及7号解锁装置；并且在2号移动轨道的初始位置，设置4号上料台；在4号上料台的尾部位置，设置3号上料台；在4号上料台的上部位置，设置5号机械手；在2号移动轨道的尾部位置，设置6号下料台；在6号下料台的上部位置，设置7号解锁装置；在4号上料台的夹具上，放置并加紧5号机械手输送过来的动力锂电池；4号上料台能够获取到由初始端的1号机器人，所转移过来的6号下料台上的空夹具；同时，在10号干燥炉内，放置4号上料台上转移过来的夹具；处于1号初始位置的机器人能够将10号干燥炉内的夹具，转移到6号下料台中，并且由6号下料台取下夹具

^[4]。

（二）作业流程

图1：真空干燥新型电池CELL的作业流程图

1.在2号移动轨道的尾部位置，设置8号冷却装置，并且要保持与6号下料台处于同一侧；干燥后的电池CELL，通过8号冷却装置能够得以冷却；电池CELL通过8号冷却装置，能够快速降低自身的温度，减少了等待降温的时间，能够有效的提升生产效率；在8号冷却装置的出口处，设置9号下料带；将11号传输带，设置于7号解锁装置以及6号下料台之间；位于7号解锁装置上的动力电池，能够通过11号传输带的作用，将其输送到6号下料台上。

2.由于还未将12号第二个干燥炉，设置于2号轨道的另一边；因此将12号第二干燥炉在4号上料台的同一侧，将其排成一排。所添加的12号第二个干燥炉，可以在同一时间内多个电池CELL进行干燥，使生产效率得到提升。

3.上料的过程中，电池CELL通过3号上料带的作用开始上料；向4号上料台的侧边输送电池CELL；此时，动力电池的外壳通过5号机械手的抓取，能够在4号上料台上的夹具上进行放置；完成上料后，2号移动轨道将1号机器人输送到4号上料台的一侧；然后在4号上料台上放置夹具内取出的动力电池外壳；同时，另一个空夹具放置于 4号上料台上；然后夹具带着动力电池外壳，移动到10号已经完成干燥的另一部分电池CELL的干燥炉前；然后将夹具从10号干燥炉内取出，并将夹具内夹有的未干燥的锂电池外壳取出；由10号干燥炉进行对其进行干燥；同时，带着夹有已完成干燥的夹具的1号机器人能够向6号下料台的一边进行移动，并且能够取出6号下料台内的夹具；在6号下料台上放置已完成干燥的夹具；然后完成干燥的电池CELL通过7号解锁装置能够对其进行解锁，并且在11号传输带上放置所取出的夹具；8号冷却装置能够接收到由11号传输带所传送过来的电池CELL，然后由8号冷却装置冷却电池CELL，并且由9号下料带对其进行下料。循环上述操作，能够对电池CELL进行连续的干燥^[5]。

（三）总结

相比目前已经有的技术来讲说，本次实验的过程中，在2号移动轨道的同一边设置了多个十号干燥炉；并且在2号移动轨道的另一边设置了4号上料台、5号机械手、6号下料台以及7号解锁装置；在2号移动轨道的初始位置处设置4号上料台；在4号上料台的上方位置设置5号机械手；在2号移动轨道的末尾位置设置6号下料台；在6号下料台的上部位置设置7号解锁装置；1号机器人可以通过2号轨道到达2号轨道两边的10号干燥炉、4号上料台以及6号下料台，对其进行操作；12号移动轨道两边的空间得到了充分的利用，改变了传统的直线型生产方式，实现了更加紧凑、有效的空间利用。

综上所述：

在各种技术的发展的带动下，动力电池技术也到了极大的发展。真空技术目前正在日趋完善，并且通过将其在传统工艺生产中的应用，所体现出来的优势，吸引了越来越多的相关厂商加入到了对其的制造过程中来，有效的提升了动力电池的制造技术的水平。不仅能够减少企业所消耗的成本、时间等。；还能够实现绿色环保的生态理念，在未来动力电池真空干燥设备必定会得到更好的发展。

参考文献：

[1]郭炳琨, 徐 徽.锂离子电池[ M] .中南工业大学出版社, 2002:2 ～ 6.

[2]田玉冬, 朱新坚, 曹广益.电动汽车的动力电池技术[ J]. 移动电源与车辆, 2003, 3:36～ 40 .

[3]Jaeger H .真空条件下铅膏的高效混合制备[ J] .电源技术, 2001, 25(4):291 ～ 293

[4]马志刚, 董小梅.一种镍氢电池负极板真空烧结方法[ P] . 中国发明专利:CN1599105 , 2005 , 03, 23

[5]万传云, 王志伟, 付春水等.袋式锂离子电池的制备方法及由该方法制得的电池[ P] .中国发明专利:CN1457113 , 2003, 11 , 19