电池烘烤装置和方法与流程

本发明涉及电池制造领域，尤其涉及一种电池烘烤装置和方法。

背景技术：

锂离子电池源于3C数码类移动电源的应用，随着社会经济的发展以及民众对环境状况的关注，锂离子电池在新能源汽车上的应用逐渐被社会关注，然而新能源产业之大不能与3C数码类电源同日而语，锂离子厂商产能的急剧扩增，给锂离子电池生产制程工艺流程带来了新的挑战，同时应用于新能源汽车上锂离子电池的一致性、高循环寿命等又对锂离子电池的制备过程控制提出了新的挑战。

锂离子电池对水分十分敏感，水在锂离子电池内部会造成电池使用过程中内部产生一系列的副反应，进而导致电池胀气、电性能下降、续航寿命衰减，电池内部含水量参差不齐，进而导致电池一致性差，进而影响锂离子电池在汽车电池包中的使用。

为解决该问题，现有锂离子电池制备过程在电池注液前会对电池进行水分烘烤，然而传统的烘烤方式是将未注液电池批量堆垛，批量进干燥烘箱，将电池整体加热，此工程多要经过8h以上，且过程中电池是批量进入、批量取出，然而后续工序的电池注液是流水化作业，烘烤好的电池在注液的等待过程中又会有吸水的情况，采用此种方式烘烤电池的一致性难以保证；且电池在箱体内整体被加热，电池的升温是通过电池外部箱体内气体被加热升温后，热传导加热电池，但是如果采用抽真空过程将电池外部的气体组分抽出箱体，箱体内温度会急剧下降，进而影响电池的温度。如果不抽真空又会导致电池内部被烘出的水分不能被及时带走，达不到烘烤降低水分的目的。所有采用现有的加热烘烤方式能耗大且效率低下。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是如何提供一种能够减少电池的烘烤时间以及降低电池含水量的电池烘烤装置。

为此目的，本发明提出了一种电池烘烤装置，包括：

腔体和位于所述腔体内的至少一个密封结构；

所述腔体内通有热风；

所述密封结构用于密封待注液电池的开口部；

所述热风用于对所述待注液电池的外壁进行加热。

优选的，该电池烘烤装置还包括：

与所述密封结构连接的抽气装置和充气装置；

所述抽气装置用于对所述待注液电池的内部抽真空；

所述充气装置用于向所述待注液电池的内部充入干燥气体。

优选的，该电池烘烤装置还包括：

连接在所述充气装置和密封结构之间的预热装置；

所述预热装置用于预热充入待注液电池内部的干燥气体，使所述干燥气体的温度与所述待注液电池的温度之差的绝对值小于预设值。

优选的，所述密封结构为多个，所述多个密封结构之间通过支架连接。

优选的，所述腔体为转盘结构，所述待注液电池位于所述转盘结构的内部，所述转盘结构的转动带动所述待注液电池由上料位置移动至下料位置。

另一方面，本发明还提供了一种采用上述任意一种所述的电池烘烤装置进行电池烘烤的方法，该方法包括：

将待注液电池的开口部通过所述密封结构进行密封；

将密封后的所述待注液电池置于所述腔体内；

在所述腔体内通入热风，对所述待注液电池的外壁进行加热。

优选的，该方法还包括：

通过抽气装置对所述待注液电池的内部抽真空；

抽真空后，通过充气装置向所述待注液电池的内部充入干燥气体；

重复多次进行抽真空和充入干燥气体操作。

优选的，该方法还包括：

通过预热装置对充入所述密封结构的干燥气体进行预热。

优选的，该方法还包括：

在烘烤完成后，将所述密封结构与所述电池分离；

利用所述密封结构对新的待注液电池进行密封。

优选的，该方法还包括：

通过拉带将待注液电池传送至所述烘烤装置的上料位置；

通过所述烘烤装置的旋转，将上料位置处的所述待注液电池移动至所述烘烤装置的下料位置。

本发明实施例提供的电池烘烤装置和方法，将待注液电池的开口部通过密封结构进行密封，通过在待注液电池的外部通热风给电池表面加热，所以即使将电池内部的气体抽真空，电池内的温度也不会急剧下降，降低了对电池烘干温度的影响，实现了对电池的持续加热，因此采用本发明实施例提供的电池烘烤装置和方法，对锂离子电池注液前进行烘干的能耗小，效率高，大大减少了电池的烘烤时间以及降低了电池的含水量。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1为本发明实施例提供的电池烘烤装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供密封结构的结构示意图；

图3为本发明另一实施例提供的电池烘烤装置的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的电池烘烤方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的实施例进行详细描述。

电池内部水分含量是所有锂离子电池制备厂商严格控制的参数指标，任何水分的引入都会导致电池内压过大从而造成安全隐患，然而锂离子电池制作过程中水分控制一直是一个难点，尤其是锂离子电池内部结构紧凑，正极、负极以及隔膜紧密贴合，进一步增大了其内部水分被烘出来的难度。

针对上述问题，如图1所示，本发明实施例提供了一种电池烘烤装置，该装置包括：腔体1和位于所述腔体1内的至少一个密封结构2；所述腔体1内通有热风；所述密封结构2用于密封待注液电池5的开口部；所述热风3用于对所述待注液电池5的外壁进行加热。

具体的，该热风3可以为热循环风，密封结构2对单颗电池单独进行密封，密封结构2和待注液电池5整体置于密闭的具有热循环风的腔体1内，待注液电池5和外部的腔体1相对独立，待注液电池5和腔体1之间不会存在物质转移，仅存在热传递。热循环风在待注液电池5外侧对待注液电池5的外壁进行加热，而不会进入到被密封的待注液电池5的内部。

本发明实施例提供的电池烘烤装置，将待注液电池的开口部通过密封结构进行密封，通过在待注液电池的外部通热风给电池表面加热，所以即使将电池内部的气体抽真空，电池内的温度也不会急剧下降，降低了对电池烘干温度的影响，实现了对电池的持续加热，因此采用本发明实施例提供的电池烘烤装置和方法，对锂离子电池注液前进行烘干的能耗小，效率高，大大减少了电池的烘烤时间以及降低了电池的含水量。

在上述实施例的基础上，优选的，本发明实施例提供的电池烘烤装置还包括：与所述密封结构2连接的抽气装置和充气装置；

所述抽气装置用于对所述待注液电池5的内部抽真空；

所述充气装置用于向所述待注液电池5的内部充入干燥气体。

如图2所示，该密封结构2包括密封头23和连接密封头23与待注液电池5的密封圈24，其中，密封头23内设有抽真空管道21和干燥气管道22，抽气装置通过抽真空管道21可以将待注液电池5内带有水汽的气体抽走，充气装置通过干燥气管道22可以向待注液电池5内充入干燥气体，吸附一部分水汽。抽气装置和充气装置相对独立工作，在一个完整的烘烤过程中，通过抽真空和充干燥气体的多次切换，可以实现将电池内部的水分带走。

本发明实施例通过抽气装置可以抽走在待注液电池5内的气体，带走一部分水汽，通过充入干燥气体再抽真空，以此多次循环可以及时将烘出的水分带走，加快电池的烘干速度，虽然采用抽气装置会降低待注液电池5内的温度，但是由于本发明实施例在待注液电池5的外围通有热气，因此降低了抽气装置将待注液电池5内的气体抽走时对电池温度的影响，进一步提高了电池的烘干效率和降低了电池的含水量。

在上述实施例的基础上，本发明实施例提供的电池烘烤装置还包括：

连接在所述充气装置和密封结构2之间的预热装置；

所述预热装置用于预热充入待注液电池5内部的干燥气体，使所述干燥气体的温度与所述待注液电池5的温度之差的绝对值小于预设值。

需要说明的是，由于抽气装置将待注液电池5内的气体抽真空会降低电池的温度，所以优选的方案，为了降低抽真空时，对电池温度的影响，在充入干燥气体时，对气体进行预热，使充入的干燥气体的温度接近电池的温度，进一步降低对电池温度的影响。

如图1所示，本发明实施例提供的电池烘烤装置的密封结构2为多个，所述多个密封结构2之间通过支架4连接。

其中，支架4将多个密封结构2的密封头23连接，支架4可设成链条结构(这样以便于其位于转盘结构中)。通过支架4可以将多颗电池设为一组，利于通过机械臂将一组电池整体转移，设置支架4也可利于单颗电池的转移。

另外，通过支架4的往复运动，可以实现将密封结构2在整个烘烤装置内部往复循环利用，当有新的待注液电池5进入时，密封结构2将此新的待注液电池5密封并随同新的待注液电池5一起完成整个烘烤过程，当电池完成烘烤后，密封结构2与待注液电池5脱离，并循环移动至新的待注液电池5电池装入的位置，用于新电池的密封。

如图3所示，上述实施例提供的电池烘烤装置的腔体1为转盘结构，所述待注液电池5位于所述转盘结构的内部，所述转盘结构的转动带动所述待注液电池5由上料位置移动至下料位置。其中，支架4可置于转盘结构中，将转盘结构内的多个待注液电池5的密封结构23连接起来，利于多个待注液电池5为一组进行转移。如图3所示，可以将2个待注液电池5的密封头23连接为一组，在转移时，可以同时实现将这两个待注液电池5一起转移。

其中，当新的待注液电池5从拉带传送至电池烘烤装置的上料位置，待注液电池5被转移到转盘结构内，进而通过密封结构2对每个待注液电池5进行相对密封，转盘结构的周围通有热循环风，用于对待注液电池5的外壁进行加热。根据需要，转盘结构旋转一个周期表示完成对电池的烘干的一个完整流程，当待注液电池5旋转到下料位置，电池从转盘结构中被转移到拉带上自动流转到下一工位。其中，将电池转移至转盘结构内可以通过自动转移的方式，例如通过机械臂将拉带上的电池转移至转盘结构等。因此，本发明实施例提供的电池烘烤装置可以实现在连续式流水线生产下完成整个烘烤过程。

另一方面，如图4所示，本发明实施例还提供了一种采用上述实施例提供的任意一种电池烘烤装置进行电池烘烤的方法，该方法包括：

S1:将待注液电池的开口部通过所述密封结构进行密封；

S2:将密封后的所述待注液电池置于所述腔体内；

S3:在所述腔体内通入热风，对所述待注液电池的外壁进行加热。

本发明实施例提供的电池烘烤方法，将待注液电池的开口部通过密封结构进行密封，通过在待注液电池的外部通热风给电池表面加热，所以即使将电池内部的气体抽真空，电池内的温度也不会急剧下降，降低了对电池烘干温度的影响，实现了对电池的持续加热，因此采用本发明实施例提供的电池烘烤装置和方法，对锂离子电池注液前进行烘干的能耗小，效率高，大大减少了电池的烘烤时间以及降低了电池的含水量。

在上述实施例的基础上，本发明实施例提供电池烘烤方法还包括：

通过抽气装置对所述待注液电池的内部抽真空；

抽真空后，通过充气装置向所述待注液电池的内部充入干燥气体；

重复多次进行抽真空和充入干燥气体操作。

优选的，本发明实施例提供的电池烘烤方法还包括：

通过预热装置对充入所述密封结构的干燥气体进行预热。

优选的，该方法还包括：

在烘烤完成后，将所述密封结构与所述电池分离；

利用所述密封结构对新的待注液电池进行密封。

优选的，该方法还包括：

通过拉带将待注液电池传送至所述烘烤装置的上料位置；

通过所述烘烤装置的旋转，将上料位置处的所述待注液电池移动至所述烘烤装置的下料位置。

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的实施效果，下面对本发明提供的电池烘烤装置的效果进行对比描述。具体的结合制备的电池的实际效果，对采用上述烘烤装置生产电池的实际效果进行介绍。

对比例1

采用本发明实施例提供的烘烤装置对注液前电池进行烘烤，烘烤参数采用8h，过程间隔30min进行抽真空与充干燥气的切换，烘烤后电池用于实验评估；

具体评估手段：

1、拆解电池分别测试正极片、负极片的含水量，采用卡尔费休水分测试仪对样品进行测试；

2、对1000pcs电池进行后续生产，通过统计学手法，统计电池的电化学性能；具体如下：

将上述的锂离子电池以0.1C恒流恒压充电至满电电压3.6V，截止电流0.01C时的容量计为C0，将电池搁置5min，采用1C恒流放电至2.0V的容量计为C1。C1计为电池的容量，C1/C0的比值计为电池的首次效率。

3、对电池进行后续生产，通过对比电池的循环寿命对比烘烤效果；具体如下：将上述的锂离子化成后电池以1C的倍率进行充放电循环，某一循环的1C放电容量与第4个循环的放电容量之比称作锂离子电池的某一循环后的容量保持率，锂离子电池容量保持率为80％时的循环周数作为衡量循环性能的指标。

对比例2

采用本发明提供的烘烤装置对注液前电池进行烘烤，烘烤参数采用1h，过程间隔10min进行抽真空与充干燥气的切换，烘烤后电池用于实验评估；

具体评估手段：同对比例1。

对比例3

采用本发明实施例提供的烘烤装置对注液前电池进行烘烤，烘烤参数采用30min，过程间隔5min进行抽真空与充干燥气的切换，烘烤后电池用于实验评估；

具体评估手段：同对比例1

对比例4

采用传统的烘烤装置对注液前电池进行烘烤，烘烤参数采用8h，过程间隔30min进行抽真空与充干燥气的切换，烘烤后电池用于实验评估；

具体评估手段：同对比例1

对比例1、对比例2、对比例3及对比例4制备的电池拆解后测试的水分含量列于下表。

表1：对比例1、对比例2、对比例3及对比例4制备电池极片水分

含量对比表

从表1中可以看出，对比例1及对比例2的极片水分含量与对比例4相近，对比例3的极片水分含量明显高于对比例4。对比对比例2与对比例4可以看出，采用本发明提供的烘烤装置进行烘烤，烘烤1h即可达到传统烘烤方式烘烤8h的效果，极大的提高了烘烤效率。对比对比例1、对比例2及对比例3可以看出，采用本发明提供的烘烤装置进行烘烤，烘烤时间1h时既能达到较优的烘烤效果又能极大的提高生产效率。

对比例1、对比例2、对比例3及对比例4制备的电池电化学性能及循环性能对比位于下表。

表2：对比例1、对比例2、对比例3及对比例4制备电池电性能对比表

从表2中可以看出，对比例1、对比例2，其充电效率及容量优于对比例3和对比例4，循环寿命与对比例4相当但明显优于对比例3。

综上，本发明实施例提供的电池烘烤装置，烘烤1h即可达到与传统烘烤方式烘烤8h的烘烤效果，甚至更优。随着本发明提供的电池烘烤装置烘烤时间的加长，其烘烤后的电芯水分含量降低、电性能及循环性能更优，当烘烤时间超过1h后，水分含量及电化学性能改善幅度减小。

本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而能够理解的是，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。类似地，应当理解，为了精简本发明公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。本发明并不局限于任何单一的方面，也不局限于任何单一的实施例，也不局限于这些方面和/或实施例的任意组合和/或置换。而且，可以单独使用本发明的每个方面和/或实施例或者与一个或更多其他方面和/或其实施例结合使用。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。