含水量对电池性能有重大影响,在制造过程中必须严格控制。电池中存在水会导致电解液降解,或与电解液反应产生有害气体,从而导致电池内部压力增加和变形。电池中含水量超标还会导致内阻高、自放电高、容量低、循环性能差,甚至漏液,大大降低电池性能。因此,干燥过程在锂电池生产中是必不可少的。
01 干燥简介
干燥是一种化学单元操作,涉及为潮湿的材料提供能量以蒸发和去除所含的水分,从而产生干燥的材料。目前,该行业有许多干燥设备可供选择,可以使用不同的方法对它们进行分类。根据运行方式,干燥设备可分为连续干燥设备和间歇式(间歇)干燥设备。按操作压力可分为常压干燥设备和真空干燥设备。此外,根据传热方法,干燥设备可进一步分为传导干燥设备、对流干燥设备、辐射干燥设备和介电干燥设备等。
电池中的水分主要来自电池原材料中存在的水分,包括正负极片、隔膜、电解液和其他金属部件,以及工厂环境中的水分。为了解决环境湿度问题,可以建立干燥室,干燥机产生干燥空气,持续供应到干燥室,取代潮湿的空气并消除环境水分。对于电池内部的水分,由于需要高干燥标准,通常要求水分含量在 (100-300)×10-6 之间,通常采用真空干燥设备去除水分。干燥后,对电池进行测试,以确保它们符合烘焙要求。电池生产中的多个工艺步骤都需要真空干燥,例如电池电极粉末、正负极绕组以及电解液注入前的电池组装。因此,真空干燥设备对于电池制造至关重要。
02 真空干燥的原理
真空干燥的原理是基于水的沸点在不同压力环境下会发生变化的事实。压力和沸点之间的关系如图所示。

从图中可以看出,在常压下,即一个大气压下,水的沸点为 100°C,但随着气压的降低,水的沸点不断降低。在约 100Pa 的真空环境中,水的沸点已降至 -20°C 左右。 这是真空环境可以促进干燥过程的基本原理。
因此,真空干燥是在低于一个标准大气压的环境条件下去除材料中所含水分的过程。真空干燥的基本动力学原理是传热传质理论。在真空干燥过程中,真空系统在抽真空的同时不断加热待干燥物料,使物料内部的水分通过压差或浓度差扩散到表面。水分子在材料表面获得足够的动能,以克服分子之间的相互吸引。飞入真空室的低压空间,被真空泵吸走。
真空干燥过程中水分损失的速率和每单位干燥区每单位时间内从干燥物料蒸发和排出的水分质量称为干燥速度,即

式中v干燥速度,g/(m2·h);m 排出的水分质量,g;干燥区,m2;t 干燥时间, h.
在电池的干燥中,通常更关注水分含量而不是水分质量。而且,电池中的水分含量极小,蒸发的水分质量难以测量。考虑到用含水率的变化来代替单位面积的含水率变化,上述公式可以转化为:

式中,v 干燥速度,mg/(kg·h);m 排出的水分质量,mg;M 总材料质量,kg;C 水分含量,mg/kg;t 干燥时间, h.
典型的真空干燥速度曲线如图所示。失水过程分为三个阶段:加速干燥阶段、恒速干燥阶段和减速干燥阶段。AB 部分是加速干燥阶段。此时,材料中的水分含量是恒定的。由于抽真空和加热,物料在允许温度范围内在相应压力下被加热到汽化温度,并大量蒸发,干燥速度不断提高。由于传热传质特性的限制,干燥速度达到最大值并进入 BC 段,即恒速干燥阶段。此时,物料的温度保持不变,利用加热热作为汽化潜热和各种热损失,不断排出汽化蒸汽。蒸发表面和空间之间的压力差保持不变,从而可以继续干燥。当物料的水分含量降低到一定水平时,蒸发的水分减少,蒸发表面与空间之间的压力差减小。进入CD段,即减速干燥阶段,干燥速度逐渐降低并趋近于零。

在真空干燥过程中,影响干燥速度的因素有很多。首先,燥物料的形状、大小和堆垛方式,以及物料本身的含水率、密度等物理性质都会影响干燥速度。其次,干燥设备的工作真空度会影响干燥速度。如果真空度高,水分可以在较低温度下蒸发。但是,高真空度不利于热传导,会降低加热效果。最后,干燥设备的结构形式、加热方法和干燥过程都会影响干燥速度。因此,计算干燥时间和干燥速度是非常困难的。
目前,电池干燥过程中的水分变化很难测量,因此这方面的实验研究并不多。然而,研究电池中水分蒸发的机理对电池干燥过程具有重要的指导意义。Guan Yuming 等人使用计算流体动力学 (CFD) 仿真软件分析了电池芯中的水分蒸发速率。他们通过加载电池芯水分扩散函数编译语言完成仿真分析,发现电池芯表面的水分蒸发速率最快,烘烤时间约为 10 分钟,而电池芯底部的水分蒸发速率在开始时非常低, 最快时间约为 50 分钟,如图 所示。

03 电池真空干燥工艺
在锂电池的生产过程中,需要浆料混合、涂布、轧制、分切、收卷/层压、焊接、密封、注液、形成、分卷和组装等几个基本步骤。为了控制最终产品的水分含量,必须在生产过程的不同关键节点设置水分控制点。典型的设计包括阴极粉末材料的湿度控制、极卷/极片的湿度控制,以及最重要的,电池注入前的湿度控制。
在锂离子电池的生产过程中,正负极粉末材料一般需要在制浆前进行水分控制,并在粉末制造的最后阶段同时进行干燥。在浆料混合过程中,负极一般为水基浆料,正极一般为油基浆料。浆料涂覆后,进行初步干燥。此步骤的主要目的是去除浆料中的溶剂,形成具有微孔结构的电池极片。经过这一步的干燥,极片中仍残留大量水分。去除残留水分的主要干燥过程: a.在电池卷起或层压之前,电池极片要进行真空干燥。一般干燥温度为120~150°C。 电池极片通常成卷或成堆晾干;b.在用液体填充电池之前,请对组装好的电池进行真空干燥。由于此时电池包含隔膜等组件,因此干燥温度一般为 60 至 90°C。
干燥温度的设定不是随意的,它与锂电池充入液体之前固体材料中水分的存在形式有关。根据固体材料分子和水分子之间力的性质和大小,水主要有三种形式,如图所示。首先是水粘附,它只是简单地机械地附着在材料表面;二是水的吸附,其中水以物理或化学吸附的形式与固体物质结合;第三种是复合水,其中水以晶体水合物的形式与材料结合。合。对于附着的水分,在常温常压下能自然挥发;对于吸附的水分,常压下可在 105°C 左右蒸发;而复合水分的蒸发通常需要在常压下达到 150°C 以上。在真空环境中,除湿温度可以显著降低。温度越高,除湿效果越好,但温度不宜太高,因为锂电池隔膜大多由高分子材料制成,如高密度聚乙烯和高密度聚丙烯,这些高分子材料不适合在高温下使用。它在高温下会降解,导致严重的安全问题。因此,合理设置锂电池的干燥温度是一个极其重要的问题,需要根据具体的材料体系进行适当的调整。

电池的干燥过程一般包括三个阶段:预热、真空干燥和冷却。由于真空段传热缓慢,一般在常压或高压下预热,待电池达到一定温度后再抽真空。干燥后除去水分并冷却至室温,以免电池材料氧化。干燥的电池应尽量避免与大气环境接触。干燥过程中的温度、真空度、预热时间和真空维持时间等工艺参数对干燥结果有重要影响。选择合适的工艺参数有利于提高干燥效率。
04 真空干燥设备的基本组成及分类
目前,锂电池行业使用的真空干燥设备已基本实现全自动运行。该设备的基本组件包括加热元件、真空系统、干燥室、装卸平台和中央控制系统。
加热组件用于向干燥设备供热。加热元件根据热源不同可分为电加热、电磁感应加热、微波加热等。目前,电池干燥设备最常用的方法是电加热。电加热还包括热风循环加热和接触加热。热风循环加热是加热装置和风扇的组合,可以使干燥室中的任何位置达到干燥温度。接触加热是利用加热装置直接接触电池,将热量传导到电池,提高了能源利用效率,可以有效节省能源消耗。加热元件的主要设计要求是加热速率、温度稳定性和温度均匀性。因此,控制和监测温度非常重要。加热元件需要配备相应的温控元件和检测元件。
泵的有效抽速计算如下:

式中,Sp泵的有效抽速为m3/s;pg 真空室所需的工作压力,Pa;Q 真空室的总气体量,Pa・m3/s。
Q=1.3(Q1+Q2+Q3)
式中Q1——真空过程中产生的气体量,Pa・m3/s;Q2 真空室的释气量,Pa・m3/s;Q3 真空室的总漏气量,Pa・m3/s。
泵的标称抽速计算如下:

在公式中,Sm 是泵的标称抽速,m3/s;C 是真空室出口和单元入口之间的管道连接,m3/s。
装卸平台用于装卸电池,包括组装(拆解)和堆放(拆垛)电池、扫描电池托盘等,以及处理 NG 情况等。随着自动化要求的提高,电池的装卸已经基本实现自动化,需要的人工干预更少。在装载站,条形码阅读器扫描电池和托盘。扫描 NG 码的电池放置在 NG 平台上。电池机器人将成功扫描的电池装入托盘。当托盘装满时,托盘机器人将托盘堆垛到顶部。在料台处,装载台被装满并进入干燥腔;干燥完成后,电池从干燥腔中送出,托盘机器人对托盘进行逐层拆垛。然后,电池机器人将电池从托盘中取出并进入下一个电池。过程。
控制系统负责控制干燥系统的真空系统、加热元件和运动组件。然而,随着大数据和物联网的发展,这些功能已经不足以满足当前的生产要求。软件系统对于干燥设备来说变得越来越重要。除了控制硬件外,软件还需要具有以下功能:
1.能够诊断设备故障,显示当前和历史故障,并提供故障排除方法。
2.能够显示所有传感器和执行器的输入和输出信号和实时状态。
3.能够在 24 小时内获取实时设备状态和设备状态和报警信息。
4.能够收集物料种类、批次、型号、规格等信息,建立物料跟踪系统,跟踪和追溯物料信息。
5.能够跟踪和管理生产过程,收集物料干燥过程中相关工位的工艺参数,包括温度、真空度等。
6.能够查询历史数据,包括生产执行、设备使用情况、过程控制等。
目前,电池真空干燥设备尚无统一标准,规格和形式多种多样。根据腔体形状,可分为圆室干燥设备和方室干燥设备。按加热方式可分为热风循环加热设备、接触加热干燥设备、感应加热设备等。根据电池生产的不同阶段,可分为正负极粉末干燥设备、正负极卷绕干燥设备、电芯干燥设备等。按干燥设备的出料方法可分为间歇式干燥设备和连续式干燥设备。
05 典型电池真空干燥设备
5.1 间歇式真空干燥设备
间歇式真空干燥设备将多台传统单体干燥炉组合在一起,并配备自动上下料机器人和中央调度机器人,实现批量生产。其结构图如图所示。这种干燥设备具有较高的灵活性。每套设备配备的干燥箱数量和每个干燥箱中的型腔数量可根据具体需要进行配置。

干燥设备的装载平台与前道工序的物料流线对接。电池单元从前一道工序的物料流线转移到装载平台。然后,它们被定位并组装在装载平台上,然后转移到相应的干燥箱进行干燥。干燥过程结束后,单元被移动到卸料平台进行拆卸和冷却,然后进入下一过程的物料流线。烘箱的加热方法可以是热风循环或接触加热。整个过程由中央控制系统控制。
单体干燥炉是间歇式真空干燥设备的基础和核心单元。其结构通常包括真空干燥室、全自动密封门、机架、外封板、电气箱、真空管道、氮气管道、控制系统等基本单元。如果使用空气驱动加热,它还将包括一个热空气循环管。道路和供暖系统。

5.2 连续式真空干燥设备
连续式真空干燥设备将干燥过程分为预热-真空干燥-冷却等多个过程,并使用不同的腔或工作站进行预热-真空干燥-冷却等过程。这些腔体或工作站的位置与密封门相连,使干燥成为一个连续的过程。此外,它还配备了自动装卸平台和传动系统,以完成物料的连续干燥。其结构图如图所示。这种干燥设备可以在很大程度上节省能耗,每套设备中的工位数量可以根据具体的工艺要求和生产能力进行配置。

连续式真空干燥设备工艺流程:电芯从前道工序的物流线进入装车平台。它们被定位、电镀和堆放在装载平台上,然后送到预热室进行预热。预热后,它们通过干燥过渡舱进入真空干燥舱进行真空干燥。干燥后进入冷却舱进行冷却。冷却后进入卸料平台进行卸垛和托盘取出。之后,单元进入下一道工序的物流线,托盘返回装载平台。平台。预热舱的加热方式可以是热风循环加热或接触加热。真空干燥舱的加热方式可以是接触加热或辐射加热,热风循环加热为辅。整个过程由中央控制系统控制。
连续真空干燥设备或隧道设备通常分为几个基本阶段:预热、真空干燥和冷却。典型预热段的结构如图所示。

图中,风扇带动内部气体向动,被加热包加热,然后进入型腔加热型腔内待干燥的物料。然后通过底部出风口进入循环管,返回风机,形成气体循环通道。预热段的主要功能是加热干燥的物料,使其快速达到真空干燥所需的工艺温度。因此,预热段的升温速率和温度均匀性是其主要工艺指标。
干燥后的物料达到预设温度后,通过输送装置输送到真空干燥段。典型的真空干燥段结构如图所示。

真空干燥的真空度通常在10~100Pa左右。由于处于真空环境中,没有气体作为介质,因此不能使用对流传热。真空部分通常在型腔周围布置有一个加热系统,通过辐射为干燥的材料补充能量。
为了防止极片氧化,真空干燥的材料在离开设备进入干燥室之前需要冷却。因此,连续式真空干燥设备的最后一个功能部分是冷却部分。典型的冷却段结构如图所示。

冷却段通常配备外部制冷机,以提供冷却惰性气体。气体通过风扇进入腔体,强制对流对物料进行冷却和干燥,然后通过冷风循环管返回冰箱,形成冷风循环通道。冷却段可在短时间内将干燥物料的温度降低到接近室温。通过选择不同的制冷系统和风扇流速,可以实现不同的冷却曲线。
5.3 不同加热方式的真空干燥设备
温度是真空干燥的核心参数,升温过程是干燥过程的重要阶段。目前,设备上常用的加热方式有两种:空气驱动加热和接触加热。风力加热是一种加热空气或其他惰性气体介质,并使用风扇和其他设备迫使其在空腔中流动,从而通过强制对流传递热量的加热方法。这也是工业上最常用的加热方法。通过精确的温度控制,空气驱动加热可以在腔体中实现非常均匀的温度分布,从而获得均匀的电池温度。
接触加热是近年来逐渐扩大应用的另一种真空干燥加热方法。其基本原理是将电池放在加热板上或加热板中间,利用热传导对电池进行加热。如图所示,有三种触点加热方式:单面(底部)接触、双面(两侧)接触和三面(底部加两侧)接触。

从图片中可以看出,接触式加热电池托盘通常是通电的。装卸时,将电池托盘取出并放置在装卸位置,对电池进行进出;真空干燥时,将托盘升至真空室中央的加热位置,通过弹性电触点进行供电和测温,加热板进行实时闭环控制。电池经热潮预热,在真空干燥阶段,热潮气体介质可持续为电池干燥补充能量。
使用空气驱动加热和接触加热各有其优点和缺点。气动加热设备结构简单,可靠性高,温度均匀性好,但要求加热时间短。接触式加热设备较轻,因为热量来自温度梯度,因此温度均匀性差,需要时间才能达到温度平衡。同时,触点加热电池托盘与型腔之间的电触点通常必须与真空环境接触,这很容易造成真空生产能力问题,增加对生产的影响。从成本角度来看,气动加热设备由于其在结构和温度控制方面的优势而成本较低;而相同产能的接触式设备的成本将高出约 30% 至 50%。
5.4 卷对卷真空干燥设备
卷对卷真空干燥设备专为干燥电池电极卷而设计。由于电极卷尺寸大,干燥时间一般较长,并且电极卷内部和表面之间的水分含量可能会发生变化。为了提高干燥效率并实现一致的水分含量,开发了卷对卷干燥设备。卷对卷加工的概念起源于涂层和其他工艺,对于薄膜材料来说,它是一种更有效的方法。
卷对卷真空干燥设备主要由真空室和真空采集装置组成。真空室包括用于放卷、加热和复卷的组件。卷对卷真空干燥设备示意图如图所示。然而,卷对卷干燥设备还不是一种成熟的干燥技术。市场上现有的设备很少,这种设备的工业规模成功应用几乎不存在。

卷对卷干燥的工艺流程比较简单:将电极卷放在放卷轴上,电极膜通过各个轴和加热辊,然后收卷到复卷轴上。放卷轴和收卷轴同时旋转,电极卷在通过加热辊时被加热和干燥以去除水分。整个过程在真空室内进行。干燥完成后,将电极卷从复卷轴上卸下。
卷对卷加工方案已经成熟,但卷对卷干燥设备仍有许多挑战需要解决。首先,放卷和收卷组件在市场上有成熟的解决方案。然而,为了提高干燥效率,需要更高的放卷和复卷速度。对于这种轻而薄的电极辊,提高速度会导致辊子破损。此外,由于放卷和收卷组件位于真空室内,因此需要采取措施防止传输过程中的灰尘污染。最后,在电极卷式的高速传输过程中实现快速加热、温度均匀性和检测困难。此外,设备的真空度和温度要求应与以前的设备类型相似或相当。
5.5 物流仓储真空干燥设备
物流仓储真空干燥设备利用现有的物流系统,显著提高干燥过程的效率和灵活性。这种类型的设备与传统的大型干燥室不同,而是使用带盖的托盘作为干燥空间,并带有用于存放带盖电池托盘的存储架。每个存储位置都配备了真空对接系统和加热对接系统,用于加热电池并在托盘内产生真空。物流仓储真空干燥设备仍处于发展阶段,尚未在实际应用中实施。其结构的示意图如图所示。

在装载平台上,机器人将电池排列到托盘中并盖上。然后,堆垛机将组装好的带有电池的托盘放在存储架上相应的存储位置。机架上的真空系统和加热系统与托盘对接,以加热和干燥电池。干燥过程完成后,堆垛机将电池和托盘放在卸货平台上,在那里电池被拆包并继续进行下一个过程。
物流仓储真空干燥设备依赖于物流和储存的理念,因此需要高水平的物流调度软件。此外,用于处理电池和托盘的堆垛机必须满足特定要求,以确保设备的效率。通过利用托盘空间作为干燥室,该设备在减小了干燥室的尺寸,同时显著提高了灵活性。然而,这也意味着每个存储位置都必须有加热和真空对接装置,这增加了设备和维护成本。该设备与间歇式真空干燥设备有许多相似之处。主要区别在于该设备的腔室更小、移动性更强,使其更加灵活,适合定制生产。
06.锂电池真空干燥设备性能评价
6.1 真空性能评估
真空干燥设备的真空性能主要根据抽气时间、极限真空度和腔室的真空密封能力等参数进行评估。真空性能的评估通常在空载条件下进行。测试装置包括真空泵、真空阀、真空计、管道以及真空计和计时器。
极限真空度是指腔室可以达到的最低压力。较低的极限真空度有利于水分蒸发,但也对设备提出了更高的要求。因此,需要在设备成本和最终真空度之间取得平衡。考虑到大多数电池的干燥过程通常在几十到几百帕斯卡 (Pa) 的压力下进行,工作压力在 20 到 1000 Pa 之间,大约 10 Pa 的极限真空水平就足够了。
在连续抽气条件下,设备的抽气时间定义为腔室打开 15 分钟后再次抽真空后达到极限压力值所需的时间。一般抽气时间应在 5 到 10 分钟左右,如果不能满足要求,应考虑更换真空泵以满足要求。
真空室通过真空管道连接到真空泵的吸入口,以确保整个真空系统是密封的。真空泵打开,当真空度达到极限压力时,泵关闭,并保持压力 24 小时。记录时间和压力曲线,并确定压力与时间曲线的线性部分。该线性截面的斜率表示真空密封能力的值(即每小时真空度的增加)。真空密封能力通常应小于 5 Pa/h。如果真空密封能力不能满足要求,则应使用氦气检漏仪来测试腔室并提高其密封性能。
6.2 温度性能评估
锂电池真空干燥设备的温度性能主要根据加热时间、温度波动、温度稳定性和温度均匀性等参数进行评估。温度性能的评估通常也在空载条件下进行。温度性能的测试装置包括温度传感器,如热敏电阻和热电偶,以及温度记录仪。对于强制空气加热,温度测量点通常是腔室的中心,而对于接触加热,它是加热设备的中心。
加热时间是指当加热装置从室温以最大功率运行时,设备达到电池干燥工艺温度所需的时间。强制空气加热,加热时间不超过 90 分钟,而接触加热,加热时间不超过 10 分钟。温度波动定义为在干燥过程中温度稳定后,在指定的 30 分钟内测量点最高温度和最低温度之差的一半。电池干燥设备的温度波动不应超过 ±1°C。
温度稳定性是由干燥过程中温度稳定后 24 小时内在不同时间间隔进行的多次温度测量的平均温度与初始期间的平均温度之间的最大差值来确定的。电池干燥设备的温度稳定性不应超过 2°C。
温度均匀性定义为在干燥过程中温度稳定后,在规定的时间间隔内,腔室内任意两点(用于强制空气加热)或加热装置(用于接触加热)上的平均温度差的一半。对于强制空气加热,温度测量点应包括位于腔室中心和边缘的多个点,而对于接触加热,测点应包括加热装置的中心和边缘。电池干燥设备的温度均匀性不应超过 ±3°C。 典型的温度均匀性测试曲线如图所示。

6.3 干燥后的水分评估
牛俊廷等对电池极片中残留水分与电池性能的关系进行了系统研究。正极片水分含量在 0.04% 到 0.05% 之间的电池具有良好的循环性能。经过 200 次电流充放电循环后,电池放电容量仍保持在初始容量的 92.9%。随着循环的进行,正极片中水分含量超过 0.06% 的电池容量迅速下降,性能变差。电池极片中水分含量在 0.03% 至 0.06% 范围内的电池具有高且紧密的放电比容量。随着放电速率的增加,电池极片的水分含量超过0.06%,容量衰减率增加。由于水分过多对电池性能有很大的负面影响,目前电池干燥后的水分含量一般要求在500mg/kg以下,最好降低到200~300mg/kg。
由于电池干燥后水分含量低,一般每公斤只有几百毫克,因此无法用简单的方法测量。一般采用卡尔费休-库仑法来检测痕量水分,其原理为电化学法。反应原理是水参与碘和二氧化硫的氧化还原反应。
从上述反应可以看出,1 mol 碘氧化 1 mol 二氧化硫,需要 1 mol 水。因此,电解碘的功率相当于电解水的功率。电解 1 mol 碘需要 2×96493C 的功率,电解 1 mmol 水需要 96493 mC 的功率。测得的水分质量根据以下公式计算:

在公式中,m 是测得的水质量 μg;Q 电解液,mC;18 水电解液。
测得的水分质量还包括测试系统中的水分。因此,应根据空瓶的总水分质量损失(空白值)来测量水分中的水分,并应考虑水分值(漂移值)的影响。水分中的水分含量计算如下:

式中,c 样品水分含量,μg/g;m0 空瓶水分质量, μg;Dv 漂移值,μg/min;t 提取时间,min;m 总计 – 总样品质量,g。
卡尔费休-库仑水分测试仪的结构图如图所示。它主要包括一个卡尔费休电解槽和一个样品加热装置。将极片样品放入密封的样品瓶中,然后将样品瓶加热到一定温度。电解槽中的水分蒸发,然后用干燥气体将水蒸气送入电解槽参与反应,然后测量电解过程中产生的电能,滴定含水量。

在干燥后使用卡尔费休库仑水分分析仪对电池样品进行水分测试时,应考虑以下几点:
一个。样品瓶必须在采样前干燥,通常在 120-160°C 下干燥 3-6 小时。取出后,应立即用盖子密封。样品瓶的空白水分含量应小于 10 μg,越低越好。
b.采样应在有露点的环境中进行。通常建议露点低于 -40°C。 将空样品瓶开盖放置 1-2 小时作为空白测试。
c. 电极板可以切成约 0.5 cm 的小块或沿样品瓶的高度。
d. 用于分析的样品量一般应不小于 0.5 g。
e.建议使用分辨率为 0.1 mg 的精密电子天平进行称重。
f.在进行正式样品测试之前,请确保电流漂移小于 20 μg/min 且稳定,没有明显的上升或下降趋势。
g.完成样品后,从卡尔费休炉中取出装有样品的小瓶,将其放回漂移瓶中,让仪器稳定后再继续处理下一个样品。
h.卡尔费休炉的推荐温度为 120-180°C。 温度过高会导致电池中某些材料挥发或发生副反应,从而导致测试结果不准确。当不确定测试温度时,梯度加热方法可以与卡尔费休快速水份测定仪一起使用,以分析锂离子电池材料和电极板的水分含量。
07 真空干燥设备的发展方向
7.1 持续提高干燥效率
缩短干燥时间,提高干燥效率一直是干燥设备的目标。提高真空干燥的效率有助于降低产品成本,提高经济效益。目前,干燥设备的自动化程度越来越高,这也有助于提高干燥效率。未来,需要开发新的加热方法以提高加热效率,开发适合干燥设备的物流系统以提高装卸效率,创造低能耗的干燥设备,研究电池干燥机理以优化干燥过程,利用软件和监控技术加强过程控制,提高设备的运行效率。
7.2 设备的模块化和标准化设计
目前,由于市场上电池的规格不同,电池干燥设备是定制设计的。这种标准化的缺失限制了电池干燥设备的灵活性,并阻碍了其可升级性。未来,电池规格应该有相应的标准,干燥设备的设计也要遵守这些标准。这包括腔室尺寸、真空泵的选择、加热板的要求以及真空计和阀门的安装位置等方面。此外,由于电池批量生产的需求,干燥设备的尺寸越来越大,现场安装和调试通常需要大量的人力、资源和时间。在设计干燥设备时,应考虑模块化,每个模块都有独立的功能,以节省现场安装和调试时间。
7.3 用于生产指导的制造执行系统 (MES)
随着电池生产自动化程度的提高,干燥设备的软件系统也在不断升级。目前,干燥设备的软件可以显示能耗数据、记录产品信息、过程数据,这些都是基本要求。然而,当前的 MES 主要侧重于数据收集和存储,以实现干燥数据的可追溯性。未来,MES 应超越这些功能,利用大数据等技术为电池干燥过程提供指导和改进,协助设备维护并提高干燥效率。
7.4 在线水分检测
如前所述,电池干燥后的水分测试需要销毁电池以评估其水分含量并确定其可接受性。目前,没有有效的实时水分检测方法可用。未来,应进行研究以开发新的电池测试方法,这些方法可以实时监测干燥过程中的水分含量,而无需进行破坏性测试或干燥后水分分析。如果在干燥过程中发现水分含量不合格,可以立即对干燥过程进行调整,直到水分含量达到所需的标准。开发新的水分检测方法需要深入研究电池的水分蒸发机理和相关影响因素。因此,研究电池干燥过程对于干燥设备的进步具有重要意义。