新能源动力电池全新真空干燥方法

2013年北京波达超声与比亚迪等锂离子动力电池的领军企业合作，进行了为期8个月的实验，在技术指标、安全性能和规模化方面取得了一些经验，下面将就动力电池真空干燥一些成果与各位朋友分享。   传统干燥的认识误区1： 

    问：水气杂质或大气环境对干燥电池有没有影响？ 

    答：动力电池使用的碳材料如锂电池负极、超级电容电极、碳基粉体等等，都是利用碳材料多孔 吸附特性和超大的比表面；孔隙内富含的水份气体和杂质，会严重影响电池性能指标。遗憾的是电池行业绝大多数的干燥工序都是在大气中完成或者在输送转移时又重新暴露在大气环境中，水、气、杂质再次进入，形成二次污染，从而导致电池性能及技术指标低下。传统干燥的认识误区2： 

    问：干燥时间几天甚至十几天是正常的吗？   答：传统方式是正常的；新的方法只需要数小时。 

    通过创造高真空、低露点、高温度均匀度的干燥环境；并且在上下道工序转移过程中与大气隔绝，从而大幅度提高动力电池的安全性、一 致性，并且改善电池功率密度、内阻、高频特性、使用寿命等技术指标；主要的是电池的生产效率得到数倍提高。 

    在旧的电池制造工艺路线中，注液前电池的电芯是没有真空干燥工序的；   目前的工艺现状： 

    由于市场提供的真空烘箱真空度低、温度一致性差，导致电池企业BAKING烘烤时间长、电芯一致性差、水氧含量很高。同时设备必须建设干燥房并在干燥房内运行，运行成本高、能耗大。

    传统的真空烘箱的不足之处：   

    1.烘干时间长，约72小时以上； 

    2.真空度较低，-0.09MPa是一个很初级的真空，不能有效祛水氧及杂质；尤其是孔隙内的结晶水和金属颗粒； 

    3.温度均匀度较差，影响一致性； 

    4.即使真空度较高，但干燥完毕打开烘箱门，电池再次暴露在大气环境中，水份杂质对电池形成二次污染。 

    为什么有水份、气体和杂质，又会带来什么结果呢？ 

    我们从锂离子电池和超级电容电池的基本结构和水的特性来分析： 

    水在汽化时体积会增大1700倍；水可以电解成氧气和氢气； 

    在特定情况下，如过充电，环境温度高，环境压差大、连续使用等，水的剧烈膨胀和导电，导致电池内阻急剧增大，温度升高，壳体膨胀。 

    电池在内阻上消耗大量能量，产生巨大热量，温度上升导致隔膜熔化，从而导致电池低效，甚至出现安全性问题。 

    水分和过热同时也会导致目前主要正极材料LiPF分解！ 

    活性炭孔隙、比表面可达1000m2/g； 

    由于活性炭电极丰富的毛细孔，形成的巨大的吸附能力和吸附容量，在制造电池过程中，电池中的活性炭电极已经吸附了大量的空气、水份或其它杂质。   

    目前的理论和实践证明：水、杂质是锂电池的天敌！  

    新的工艺路线： 

    1. 寻找一种全新的真空干燥方法，通过高真空高温度均匀度、低露点控制，大大减少锂离子电池、超级电容的水份、杂质、浮游颗粒（含金属颗粒）、提高了极片及注剂如NMP的蒸发；

    2. 在真空条件下通过电脑控制机械手自动的衔接上道工序和下道工序，实现了动态真空作业，从而提高了锂离子电池、超级电容技术性能和技术参数。

    全自动真空干燥系统（单机组合式）

    单机组合式真空干燥系统工艺流程：

    ⑴输送电池至预热炉

    ⑵预热炉快速加热电池

    ⑶周转车衔接预热箱

    ⑷电池进入周转车，周转车再转接真空干燥炉

    ⑸电池进入真空干燥炉

    ⑹真空干燥炉抽高真空、加热

    ⑺真空周转车衔接真空干燥炉

    ⑻电池自动进入真空周转车

    ⑼真空周转车衔接真空手套界面箱

    ⑽电池自动进入真空手套界面箱

    ⑾快速冷却电池

    ⑿电池进入注液箱。

    自动真空干燥炉（单机组合式）的组成及功能：

    1.自动预热炉（实现快速均匀加热）

    2.自动真空干燥炉（实现高真空高温度均匀度干燥）

    3.真空周转车（实现真空转移输送）

    4.自动真空手套界面箱（衔接真空手套箱，并快速冷却）

    5.真空手套箱（实现低水氧条件下注液、封装）。

    隧道通过式真空干燥系统工艺流程：

    ⑴机械手将电池移载到夹具车上

    ⑵电池进入真空预热炉（N2环境下快速预热）

    ⑶电池进入真空干燥过渡舱真空干燥（初级）

    ⑷电池进入真空干燥炉真空干燥（多级）

    ⑸电池进入真空冷却过渡舱完成降温

    ⑹夹具车进入卸料区机械手将电池卸料

    ⑺电池进入注液箱

    ⑻运载平台将空夹具车转移到真空回送过渡舱；

    ⑼空载夹具车经回流线到达上料区

    ⑽运载平台将夹具车移至上料位；下一循环开始

    自动真空干燥炉（隧道通过式）的特点：

    1.实现大规模化生产，产能提高500%---1000%！

    2.电池一致性、安全性大幅提升！

    3.真空环境转移输送， 不需要干燥房！

    4.制备全过程高真空环境，高温度均匀度有效排除电池CELL内部水、气、杂质的影响；有效降低内阻，提高一致性，改善高频特性，提高能量密度；提升了电池CELL和MODULES的一致性及循环使用寿命等技术参数。

    自动真空干燥炉（隧道通过式）的组成：

    功能模块包括自动预热、自动真空干燥（多级）、自动输送、装卸料机器人等。   

本方法不需要真空周转，一次性的投入大，适合自动化、大规模生产要求。  

 

 特点：效率更高、不需要人工周转、人为因素少！  

全自动真空干燥系统性能技术指标：  

    总结： 

    (1)全自动真空干燥生产线减少锂离子电池、超级电容器的水氧、 NMP、杂质量； 

    真空干燥设备在真空条件下通过软件控制，由机械手实现工件从上道工序到下道工序的自动输送；实现了全过程的动态真空作业，从而大大地减小了水份等有害物质对锂离子电池、超级电容动力电池的技术性能的影响。

    (2)全自动真空干燥生产线保证干燥温度的高精度控制、高均匀度、低波动度； 保证恒定低的湿度环境；是锂离子电池、超级电容器提高和保证性能、一致性、形成规模化生产的重要方法和手段。

    (3)全自动真空干燥设备保证动力电池的一致性和规模化生产；通过对干燥温度的高精度、高均匀度、低波动度控制； 

    恒定的低的湿度环境；是动力电池提高性能和一致性 、形成规模化生产的重要方法和手段。