一种铝壳锂离子电池烘烤方法与流程

1.本发明属于电池技术领域，涉及电池的烘烤方法，尤其涉及一种铝壳锂离子电池的烘烤方法。


背景技术：

2.电芯含水量控制对于锂离子电池制造过程中起着至关重要的作用。由于锂离子电池的电解液为有机电解液，其主要溶质为lipf6，这种无机盐遇到水会发生化学反应生成hf，从而对正负极材料的成膜和稳定性产生恶劣影响，导致锂离子电池的电化学特性，诸如容量、内阻、产品特性都会产生较为明显的恶化。而在电池注液前有效降低内部含水量的方法就是进行烘烤。
3.现有的锂离子电池烘烤主要分为两大类，第一类是真空烘烤，即在烘烤过程中保持真空，降低水的沸点，然后通过通入干燥气体(通常为氮气)，与烘烤箱内气体进行置换，从而达到去除水分的目的，这类方式往往消耗较高的成本。第二类是通过控制外部环境，烘烤箱与外部环境连通，烘烤过程中通过不断的把外部水分含量低的气体与箱内气体置换，从而达到去除水分的目的。由于烘烤的温度较高(如正极粉料的烘烤温度一般在150℃以上)，因此烘烤后的降温过程持续时间较长，在温度较高时取出物料又容易造成粉料吸水而使烘烤效果大打折扣。
4.cn109489346a公开了一种锂离子电池电芯的烘烤方法，包括以下步骤：
5.(1)将硬壳电芯或软包电芯预热至烘烤采用的温度，然后于烘烤装置中在真空状态下，采用接触式加热方式对电芯烘烤3～6h，停止加热；所述接触式加热同时对电芯的表面及电极接线柱进行接触式加热；烘烤采用的温度为85～110℃；(2)向烘烤装置内充入0～5℃氮气至常压，保持60～240s，再在真空状态下保压30～240s；(3)重复步骤(2)3～6次，至电芯冷却至50℃以下，充入0～5℃的氮气，取出电芯。
6.cn109373707a提供了一种用于减少软包装锂电池电芯含水量的烘烤方法，包括如下步骤：(1)将电芯放入接触式夹具中，定位夹紧，夹持力为100n；(2)将夹具及电芯送入烘箱中，抽真空至＜50pa，抽真空时间为≤5min；(3)向烘箱中通入干燥气体，通气时间为≤3min；(4)夹具通电升温至80～85℃，通电升温时间为≤40min；(5)将夹具松开至夹具夹持力为20n，再次抽真空至＜50pa，抽真空时间为≤5min，在真空状态下保持夹具温度80～85℃，烘烤电芯时间为120～150min，烘烤过程中，每隔40～50min抽一次真空，每次抽真空时间≤2min；(6)到达烘烤时间后，停止加热，向烘箱中通入干燥气体，通气时间为≤5min，取出电芯；(7)将电芯送入冷却设备，电芯冷却降温30
±
5min，使电芯的温度冷却至45～55℃，完成电芯烘烤。
7.cn106643003a公开了一种锂电池电芯的真空干燥方法，包括以下步骤：(1)将锂电芯放入真空烘烤箱内，关闭真空烘烤箱门；(2)打开真空烘烤箱的加热开关，升温至85℃，打开真空泵，对真空烘烤箱抽进行真空至0.5kpa以下；(3)保持真空烘烤箱恒定真空度、温度，烘烤1至3小时；(4)向真空烘烤箱通入干燥氮气，使真空烘烤箱卸真空至常压，保持通氮气
时间2min～3min；(5)再次对真空烧烤箱进行抽真空至0.5kpa以下，烘烤1至3小时；(6)向烘烤箱通入干燥氮气，使真空烘烤箱卸真空至常压，冷却降温。
8.以上报道的锂离子电池烘烤方法中电池的烘烤流程时间长，增加了电芯生产成本和制作周期，且烘烤流程过于繁琐，在实际操作中不利于生产执行，烘烤过程循环次数多，对真空泵负荷大，缩短其使用寿命。因此，如何缩短电池烘烤周期、减少设备能耗的同时，达到有效降低电池中的含水量依旧是研究的重点方向。


技术实现要素：

9.针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种铝壳锂离子电池烘烤方法，能够提高烘烤效率、降低生产能耗，并且能够延长真空泵的使用寿命。
10.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
11.一种铝壳锂离子电池烘烤方法，所述的铝壳锂离子电池烘烤方法包括：
12.电芯装入铝壳后得到电池，将电池置于加热装置内，对加热装置进行一次抽真空，同时开始加热，保持真空度稳定，待加热结束，向加热装置内充入干燥气，进行卸真空后取出电池。
13.本发明提供的一种铝壳锂离子电池烘烤方法采用一次抽真空，保持较高真空度的同时进行加热的方式，且未另外设定预热时间，取消了换气循环过程，缩短了烘烤流程时间，降低了电芯的生产周期和设备能耗；简化烘烤流程，降低真空泵负荷，提高其使用寿命，即能够提高烘烤效率并降低生产能耗。
14.作为本发明一种优选的技术方案，所述的铝壳与加热装置内的加热板直接接触进行加热。
15.作为本发明一种优选的技术方案，电池加热时间为360～480min，例如可以是360min、370min、380min、390min、400min、410min、420min、430min、440min、450min、460min、470min和480min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
16.优选地，所述的加热时间包括加热装置预热时间和电池恒温加热时间。
17.需要说明的是，本发明中提供的一种铝壳锂离子电池烘烤方法的加热时间是指启动加热装置开始加热到关闭加热装置的总时间，即包括加热装置开始加热至恒温所用的时间和恒温烘烤电池的时间。不再另外设定烘箱的预热时间，仅设定整个加热过程的总时间。
18.作为本发明一种优选的技术方案，所述加热的温度为100～110℃，例如可以是100℃、101℃、102℃、103℃、104℃、105℃、106℃、107℃、108℃、109℃和110℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
19.优选地，所述的加热温度低于隔膜的热收缩温度。
20.需要说明的是，本发明中电池的电芯由正极片、负极片和隔膜组成。本发明中对于正极片、负极片和隔膜的材料不作具体要求或特殊限定，其中，隔膜的主要作用是电子绝缘和离子导通，即阻止正负电极在电池中的直接电子接触，而离子则可自由通过，电池的隔膜需要具备一定的化学稳定性和热稳定性。加热温度设定与电芯隔膜热收缩温度相对应，即通过将恒温烘烤的温度控制在不高于电池隔膜热收缩温度，防止电池短路。示例性地，当铝壳电池采用12μm的陶瓷隔膜时，其烘烤温度可设定为100～110℃。
21.作为本发明一种优选的技术方案，所述一次抽真空的时间为3～8min，例如可以是
3min、3.2min、3.5min、3.8min、4min、4.2min、4.5min、4.8min、5min、5.2min、5.5min、6min、6.2min、6.5min、7min、7.2min、7.5min和8min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
22.作为本发明一种优选的技术方案，所述的真空度为
‑
95～
‑
98kpa，例如可以是
‑
95kpa、
‑
95.5kpa、
‑
95.8kpa、
‑
96kpa、
‑
96.5kpa、
‑
96.8kpa、
‑
97kpa、
‑
97.5kpa、
‑
97.8kpa和
‑
98kpa，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
23.作为本发明一种优选的技术方案，所述加热装置内设置有自动控制单元，所述的自动控制单元用于保持真空度稳定。
24.需要说明的是，本发明提供的一种铝壳锂离子电池烘烤方法中不进行重复的抽真空和充气过程，仅在电池烘烤开始前进行一次抽真空，并在整个烘烤过程中，通过自动控制单元，保持一定的高真空度。电池烘烤过程中蒸发的水分在真空作用下迅速排出加热装置。
25.作为本发明一种优选的技术方案，所述充入干燥气的时间为3～8min，例如可以是3min、3.2min、3.5min、3.8min、4min、4.2min、4.5min、4.8min、5min、5.2min、5.5min、6min、6.2min、6.5min、7min、7.2min、7.5min和8min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
26.作为本发明一种优选的技术方案，持续充入干燥气后加热装置内的真空度升至
‑
5～0kpa，例如可以是
‑
5kpa、
‑
4kpa、
‑
3kpa、
‑
2kpa、
‑
1kpa和0kpa，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
27.作为本发明一种优选的技术方案，所述的干燥气包括氮气或惰性气体的任一种。
28.优选地，所述的惰性气体包括氩气和/或氦气。
29.需要说明的是，本发明中提供的铝壳锂离子电池烘烤方法中，烘烤结束后充入干燥气进行卸真空，可以选择氦气、氩气或氮气，出于经济效益，节约成本的角度考虑，可选择充入氮气使烘箱恢复至常压状态。在烘烤结束后充入干燥气体用于恢复烘箱内压力。在烘烤过程中不进行另外的充入干燥气体的操作，通过自动控制保持较高的真空度，取消了换气循环过程，能够简化烘烤流程。
30.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
31.本发明提供的一种铝壳锂离子电池的烘烤方法采用一次抽真空，通过自动控制保持较高的真空度的同时进行加热，且未另外设定预热时间，在烘烤过程中不进行另外的充入干燥气体的操作，取消了换气循环过程，缩短了烘烤流程时间，降低了电芯的生产周期和设备能耗；简化烘烤流程，降低真空泵负荷，提高其使用寿命，即提高烘烤效率并降低生产能耗；烘烤温度的设定与电芯所用的隔膜热收缩温度相匹配，防止电池短路，有效地避免电池出现膨胀、起火等安全事故。
附图说明
32.图1为本发明中实施例1提供的铝壳锂离子电池烘烤方法的流程图。
具体实施方式
33.下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
34.实施例1
35.本实施例中采用锂离子电池烘烤的方法对容量为320ah的方形铝壳锂离子电池进行烘烤，其中锂离子电池的电芯由16μm的厚陶瓷隔膜、磷酸铁锂正极片和石墨负极片组成，如图1所示，烘烤具体步骤如下所述：
36.(1)电芯装入铝壳后得到的电池置于加热装置内，铝壳与加热装置内的加热板直接接触，对加热装置内部进行一次抽真空3min，待真空度稳定在
‑
98kpa，并通过自动控制保持加热过程中真空度的稳定；
37.(2)未另外设定预热时间，缓慢加热电池直至温度升高到110℃，保持该温度下持续加热，总加热时间为480min，其中加热温度的选择与电池隔膜热收缩温度相对应，避免电池出现膨胀，加热电池产生的水分在较高的真空度下迅速被抽离出装置；
38.(3)加热结束后，向加热装置内充入氮气8min直至真空度升至0kpa后取出电池，在烘烤过程中不进行另外的充入干燥气体的操作，取消了换气循环过程，缩短了烘烤流程时间，简化烘烤流程，降低真空泵负荷。
39.实施例2
40.本实施例中采用锂离子电池烘烤的方法对容量为320ah的方形铝壳锂离子电池进行烘烤，其中锂离子电池的电芯由16μm的厚陶瓷隔膜、磷酸铁锂正极片和石墨负极片组成，烘烤具体步骤如下所述：
41.(1)电芯装入铝壳后得到的电池置于加热装置内，铝壳与加热装置内的加热板直接接触，对加热装置内部进行一次抽真空3min，待真空度稳定为
‑
95kpa，并通过自动控制保持加热过程中真空度的稳定；
42.(2)未另外设定预热时间，缓慢加热电池直至温度升高到100℃，保持该温度下持续加热，总加热时间为480min，其中加热温度的选择与电池隔膜热收缩温度相对应，避免电池出现膨胀，加热电池产生的水分在较高的真空度下迅速被抽离出装置；
43.(3)加热结束后，向加热装置内充入氮气3min直至真空度升至
‑
5kpa后取出电池，在烘烤过程中不进行另外的充入干燥气体的操作，取消了换气循环过程，缩短了烘烤流程时间，简化烘烤流程，降低真空泵负荷。
44.实施例3
45.本实施例中采用锂离子电池烘烤的方法对容量为320ah的方形铝壳锂离子电池进行烘烤，其中锂离子电池的电芯由15μm的厚陶瓷隔膜、磷酸铁锂正极片和石墨负极片组成，烘烤具体步骤如下所述：
46.(1)电芯装入铝壳后得到的电池置于加热装置内，铝壳与加热装置内的加热板直接接触，对加热装置内部进行抽真空4min，待真空度稳定为
‑
96kpa，并通过自动控制保持加热过程中真空度的稳定；
47.(2)未另外设定预热时间，缓慢加热电池直至温度升高到102℃，保持该温度下持续加热，总加热时间为450min，其中加热温度的选择与电池隔膜热收缩温度相对应，避免电池出现膨胀，加热电池产生的水分在较高的真空度下迅速被抽离出装置；
48.(3)加热结束后，向加热装置内充入氮气4min直至真空度升至
‑
4kpa后取出电池，在烘烤过程中不进行另外的充入干燥气体的操作，取消了换气循环过程，缩短了烘烤流程时间，简化烘烤流程，降低真空泵负荷。
49.实施例4
50.本实施例中采用锂离子电池烘烤的方法对容量为280ah的方形铝壳锂离子电池进行烘烤，其中锂离子电池的电芯由14μm的厚陶瓷隔膜、磷酸铁锂正极片和石墨负极片组成烘烤具体步骤如下所述：
51.(1)电芯装入铝壳后得到的电池置于加热装置内，铝壳与加热装置内的加热板直接接触，对加热装置内部进行抽真空5min，待真空度稳定为
‑
96kpa，并通过自动控制保持加热过程中真空度的稳定；
52.(2)未另外设定预热时间，缓慢加热电池直至温度升高到105℃，保持该温度下持续加热，总加热时间为400min，其中加热温度的选择与电池隔膜热收缩温度相对应，避免电池出现膨胀，加热电池产生的水分在较高的真空度下迅速被抽离出装置；
53.(3)加热结束后，向加热装置内充入氮气5min直至真空度升至
‑
3kpa后取出电池，在烘烤过程中不进行另外的充入干燥气体的操作，取消了换气循环过程，缩短了烘烤流程时间，简化烘烤流程，降低真空泵负荷。
54.实施例5
55.本实施例中采用锂离子电池烘烤的方法对容量为270ah的方形铝壳锂离子电池进行烘烤，其中锂离子电池的电芯由12μm的厚陶瓷隔膜、磷酸铁锂正极片和石墨负极片组成，烘烤具体步骤如下所述：
56.(1)电芯装入铝壳后得到的电池置于加热装置内，铝壳与加热装置内的加热板直接接触，对加热装置内部进行抽真空6min，待真空度稳定为
‑
98kpa，并通过自动控制保持加热过程中真空度的稳定；
57.(2)未另外设定预热时间，缓慢加热电池直至温度升高到108℃，保持该温度下持续加热，总加热时间为380min，其中加热温度的选择与电池隔膜热收缩温度相对应，避免电池出现膨胀，加热电池产生的水分在较高的真空度下迅速被抽离出装置；
58.(3)加热结束后，向加热装置内充入氮气6min直至真空度升至
‑
2kpa后取出电池，在烘烤过程中不进行另外的充入干燥气体的操作，取消了换气循环过程，缩短了烘烤流程时间，简化烘烤流程，降低真空泵负荷。
59.实施例6
60.本实施例中采用锂离子电池烘烤的方法对容量为270ah，的方形铝壳锂离子电池进行烘烤，其中锂离子电池的电芯由16μm的厚陶瓷隔膜、磷酸铁锂正极片和石墨负极片组成，烘烤具体步骤如下所述：
61.(1)电芯装入铝壳后得到的电池置于加热装置内，铝壳与加热装置内的加热板直接接触，对加热装置内部进行抽真空4min，待真空度稳定为
‑
95kpa，并通过自动控制保持加热过程中真空度的稳定；
62.(2)未另外设定预热时间，缓慢加热电池直至温度升高到100℃，保持该温度下持续加热，总加热时间为360min，其中加热温度选择与电池隔膜热收缩温度相对应，避免电池出现膨胀，加热电池产生的水分在较高的真空度下迅速被抽离出装置；
63.(3)加热结束后，向加热装置内充入氮气4min直至真空度升至
‑
5kpa后取出电池，在烘烤过程中不进行另外的充入干燥气体的操作，取消了换气循环过程，缩短了烘烤流程时间，简化烘烤流程，降低真空泵负荷。
64.对比例1
65.本对比例中提供了采用电池烘烤的方法对容量为320ah的方形铝壳锂离子电池进行烘烤，其中锂离子电池的电芯由16μm的厚陶瓷隔膜、磷酸铁锂正极片和石墨的负极片组成，其烘烤具体步骤包括：
66.(1)电芯装入铝壳后得到的电池置于加热装置内，铝壳与加热装置内的加热板直接接触。对加热装置内部进行抽真空4min，装置内的真空度达到
‑
95kpa；
67.(2)在加热前进行90min的预热，将温度提高至110℃，后再进行100min的恒温加热，随后向装置内充入氮气8min直至真空度升至0kpa；
68.(3)对加热装置再次抽真空4min，真空度达到
‑
95kpa，进行20min的加热，将温度提高至110℃，随后进行100min的恒温加热，再向装置内充入氮气8min直至真空度升至0kpa；
69.(4)再重复步骤(3)两次后，取出电池完成烘烤。
70.本对比例中，总加热时间为550min，在整个烘烤过程中进行四次的抽真空和充气的循过程，提高了电芯的烘烤周期，增加了设备能耗。
71.在烘烤结束后将实施例1～6和对比例1中的电池取下，采用卡尔费休水分测定仪分别测量锂离子电池的正极片和负极片内的含水量，测定步骤如下所述：
72.(1)开机：开机前检查各部件是否连接好，在滴定瓶中加入卡尔费休试剂，溶剂瓶中加入无水甲醇，检查滴定系统的密封性；
73.(2)清洗滴定管：通过手动操作对滴定管进行三个冲洗循环；
74.(3)预滴定：选择方法后开始仪器的预滴定；
75.(4)卡尔费休试剂的标定：点击开始标定，加入去离子水，输入试剂的重量，开始滴定，滴定结束后，记录结果，进行三次重复滴定；
76.(5)正极片/负极片的标定：点击开始样品，加入正极片/负极片的试样，输入试样的重量，开始滴定，滴定结束后，记录测定结果，进行三次重复测定；
77.(6)结束：测定结束后，排空废液并进行清洗，随后仪器自动关机。
78.其测定结果如表1所示：
79.表1
[0080][0081]
由表1我们可以发现，采用对比例1中所述的方法对电池进行烘干，其正极片和负极片中残留的水分与实施例1差距较小。但对比例1中需要另外设定预热时间，明显延长了烘烤流程时间，同时，对比例1中在整个烘烤过程中需要进行四次换气循环，烘烤流程过于繁琐，增加了真空泵的负荷，进而会缩短其使用寿命。
[0082]
本发明提供的一种铝壳锂离子电池的烘烤方法采用一次抽真空，通过自动控制保持较高的真空度同时进行加热，缩短了烘烤流程时间，降低了电芯的生产周期和设备能耗，简化烘烤流程，高烘烤效率并降低生产能耗。
[0083]
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。