新能源動力電池全新真空干燥方法

2013年北京波達超聲與比亞迪等鋰離子動力電池的領軍企業合作，進行了為期8個月的實驗，在技術指標、安全性能和規?；矫嫒〉昧艘恍┙涷?，下面將就動力電池真空干燥一些成果與各位朋友分享。   傳統干燥的認識誤區1： 

    問：水氣雜質或大氣環境對干燥電池有沒有影響？ 

    答：動力電池使用的碳材料如鋰電池負極、超級電容電極、碳基粉體等等，都是利用碳材料多孔 吸附特性和超大的比表面；孔隙內富含的水份氣體和雜質，會嚴重影響電池性能指標。遺憾的是電池行業絕大多數的干燥工序都是在大氣中完成或者在輸送轉移時又重新暴露在大氣環境中，水、氣、雜質再次進入，形成二次污染，從而導致電池性能及技術指標低下。傳統干燥的認識誤區2： 

    問：干燥時間幾天甚至十幾天是正常的嗎？   答：傳統方式是正常的；新的方法只需要數小時。 

    通過創造高真空、低露點、高溫度均勻度的干燥環境；并且在上下道工序轉移過程中與大氣隔絕，從而大幅度提高動力電池的安全性、一 致性，并且改善電池功率密度、內阻、高頻特性、使用壽命等技術指標；主要的是電池的生產效率得到數倍提高。 

    在舊的電池制造工藝路線中，注液前電池的電芯是沒有真空干燥工序的；   目前的工藝現狀： 

    由于市場提供的真空烘箱真空度低、溫度一致性差，導致電池企業BAKING烘烤時間長、電芯一致性差、水氧含量很高。同時設備必須建設干燥房并在干燥房內運行，運行成本高、能耗大。

    傳統的真空烘箱的不足之處：   

    1.烘干時間長，約72小時以上； 

    2.真空度較低，-0.09MPa是一個很初級的真空，不能有效祛水氧及雜質；尤其是孔隙內的結晶水和金屬顆粒； 

    3.溫度均勻度較差，影響一致性； 

    4.即使真空度較高，但干燥完畢打開烘箱門，電池再次暴露在大氣環境中，水份雜質對電池形成二次污染。 

    為什么有水份、氣體和雜質，又會帶來什么結果呢？ 

    我們從鋰離子電池和超級電容電池的基本結構和水的特性來分析： 

    水在汽化時體積會增大1700倍；水可以電解成氧氣和氫氣； 

    在特定情況下，如過充電，環境溫度高，環境壓差大、連續使用等，水的劇烈膨脹和導電，導致電池內阻急劇增大，溫度升高，殼體膨脹。 

    電池在內阻上消耗大量能量，產生巨大熱量，溫度上升導致隔膜熔化，從而導致電池低效，甚至出現安全性問題。 

    水分和過熱同時也會導致目前主要正極材料LiPF分解！ 

    活性炭孔隙、比表面可達1000m2/g； 

    由于活性炭電極豐富的毛細孔，形成的巨大的吸附能力和吸附容量，在制造電池過程中，電池中的活性炭電極已經吸附了大量的空氣、水份或其它雜質。   

    目前的理論和實踐證明：水、雜質是鋰電池的天敵！  

    新的工藝路線： 

    1. 尋找一種全新的真空干燥方法，通過高真空高溫度均勻度、低露點控制，大大減少鋰離子電池、超級電容的水份、雜質、浮游顆粒（含金屬顆粒）、提高了極片及注劑如NMP的蒸發；

    2. 在真空條件下通過電腦控制機械手自動的銜接上道工序和下道工序，實現了動態真空作業，從而提高了鋰離子電池、超級電容技術性能和技術參數。

    全自動真空干燥系統（單機組合式）

    單機組合式真空干燥系統工藝流程：

    ⑴輸送電池至預熱爐

    ⑵預熱爐快速加熱電池

    ⑶周轉車銜接預熱箱

    ⑷電池進入周轉車，周轉車再轉接真空干燥爐

    ⑸電池進入真空干燥爐

    ⑹真空干燥爐抽高真空、加熱

    ⑺真空周轉車銜接真空干燥爐

    ⑻電池自動進入真空周轉車

    ⑼真空周轉車銜接真空手套界面箱

    ⑽電池自動進入真空手套界面箱

    ⑾快速冷卻電池

    ⑿電池進入注液箱。

    自動真空干燥爐（單機組合式）的組成及功能：

    1.自動預熱爐（實現快速均勻加熱）

    2.自動真空干燥爐（實現高真空高溫度均勻度干燥）

    3.真空周轉車（實現真空轉移輸送）

    4.自動真空手套界面箱（銜接真空手套箱，并快速冷卻）

    5.真空手套箱（實現低水氧條件下注液、封裝）。

    隧道通過式真空干燥系統工藝流程：

    ⑴機械手將電池移載到夾具車上

    ⑵電池進入真空預熱爐（N2環境下快速預熱）

    ⑶電池進入真空干燥過渡艙真空干燥（初級）

    ⑷電池進入真空干燥爐真空干燥（多級）

    ⑸電池進入真空冷卻過渡艙完成降溫

    ⑹夾具車進入卸料區機械手將電池卸料

    ⑺電池進入注液箱

    ⑻運載平臺將空夾具車轉移到真空回送過渡艙；

    ⑼空載夾具車經回流線到達上料區

    ⑽運載平臺將夾具車移至上料位；下一循環開始

    自動真空干燥爐（隧道通過式）的特點：

    1.實現大規?；a，產能提高500%---1000%！

    2.電池一致性、安全性大幅提升！

    3.真空環境轉移輸送， 不需要干燥房！

    4.制備全過程高真空環境，高溫度均勻度有效排除電池CELL內部水、氣、雜質的影響；有效降低內阻，提高一致性，改善高頻特性，提高能量密度；提升了電池CELL和MODULES的一致性及循環使用壽命等技術參數。

    自動真空干燥爐（隧道通過式）的組成：

    功能模塊包括自動預熱、自動真空干燥（多級）、自動輸送、裝卸料機器人等。   

本方法不需要真空周轉，一次性的投入大，適合自動化、大規模生產要求。  

 

 特點：效率更高、不需要人工周轉、人為因素少！  

全自動真空干燥系統性能技術指標：  

    總結： 

    (1)全自動真空干燥生產線減少鋰離子電池、超級電容器的水氧、 NMP、雜質量； 

    真空干燥設備在真空條件下通過軟件控制，由機械手實現工件從上道工序到下道工序的自動輸送；實現了全過程的動態真空作業，從而大大地減小了水份等有害物質對鋰離子電池、超級電容動力電池的技術性能的影響。

    (2)全自動真空干燥生產線保證干燥溫度的高精度控制、高均勻度、低波動度； 保證恒定低的濕度環境；是鋰離子電池、超級電容器提高和保證性能、一致性、形成規?；a的重要方法和手段。

    (3)全自動真空干燥設備保證動力電池的一致性和規?；a；通過對干燥溫度的高精度、高均勻度、低波動度控制； 

    恒定的低的濕度環境；是動力電池提高性能和一致性 、形成規?；a的重要方法和手段。