随着锂电池制造成本的降低和产品性能的提升，锂电池在人们的生活中得到了越来越多的应用。这对锂电池的产品性能提出了更高的要求，也对锂电池制造工艺过程提出了更高的要求。
2005年，超级电容世界领军企业美国Maxwell发现，水分对电池性能影响巨大，含水量过高会严重影响电池的电化学性能。之后，各大电池厂商逐步在工艺过程中增加极片的干燥环节，采取各种措施控制极片的含水量，如提升干燥箱的密封性能、采用抽速更大的真空泵、延长烘烤工艺时间等。然而，这些措施要么增加设备成本，要么大幅增加能耗，对企业来说面临着两难的选择。 为此，针对以上问题提出了一种优化的锂电池干燥工艺，通过在普通烘箱内增加一个可移动的真空腔体，将极片或电芯放入真空腔体进行抽真空烘烤的方式，保证了更高的真空度和产品的一致性。同时，干燥完成后的极片在转入下一道工序的过程中，密封的真空腔体对极片起到密封隔绝的作用，降低了极片在转序过程中二次污染的风险，保证封装后的电芯含水量达到要求。 1 研究背景
目前，锂电池工业生产中常用的极片干燥设备主要有真空隧道炉和真空干燥箱两大类。真空隧道炉生产效率高，易实现自动化控制，系统总体能耗低，适合品种单一、大批量自动化生产。它的缺点也很明显，即一旦设备发生故障会造成全线停产，对设备的可靠性要求很高，主要是比亚迪等少数电池厂商采用。大多数电池厂商采用真空干燥箱的方案，因为是单体设备，维修方便，单台设备故障不会对产线的生产造成较大影响。对需要兼容多种型号的电池产线来说，真空干燥箱的灵活性更好。但是，真空干燥箱真空度较低，不能有效去除水分，干燥时间过长，成为生产的重大瓶颈。另外，在工艺过程中，产品转移过程中多次暴露在空气中，易被二次污染，且需要配建干燥房，运营成本较高。
本文介绍的真空干燥箱综合考虑了以上因素，力求在尽量提高单台烘箱产能的同时保证真空度要求。为此，在对干燥工艺和烘箱结构做改进，采用烘箱+真空腔的组合方式，以求平衡产能利用率、真空度和系统总体能耗几个方面的要求。2 极片干燥工艺
在锂电池制造过程中，真空干燥箱是应用最广的干燥设备。常用的真空干燥箱由箱体、加热系统、真空泵以及温控系统等组成。箱体一般采用碳钢板或不锈钢板焊接而成，箱体工作室与外壳之间用保温棉填充。工作室的外壁四周装有加热管，工作室的门采用硅橡胶密封条密封。极片装入料盒后，放置于可移动的托架上，推入干燥箱工作室。真空干燥箱使用时直接对工作室抽真空或充氮气，通过电磁阀进行控制。
这种传统真空干燥箱存在缺点：一是工作室空间较大，加热时内部的温度均匀性较差；二是干燥箱门的尺寸较大，密封接触面很长，导致密封很难解决，工作时很难达到10Pa以下的真空度。因此，本文介绍了一种优化的极片干燥设备和工艺，主要是在干燥箱内增加了一个真空腔结构（如图1、图2所示），将极片放入真空腔内进行抽真空和充氮气，改善了极片加热过程中的温度均匀性，提高了抽真空时的极限真空度，缩短了干燥时间。
图1 真空腔正面示意图
3 实例分析
以某2
盘中（如图3所示），再将托盘放入如图1
瓷轴承，以方便托盘的推入和拖出。
可开至180
（国联汽车动力电池研究院有限责任公司，北京 101407）
摘 要：针对目前锂电池极片干燥工艺中烘箱真空度很难达到10Pa以下、干燥工艺时间过长的问题，提出一种优化的极片干燥工艺方案。通过增加一个放置极片的真空腔，对真空腔进行抽真空，大大提高了极片干燥效率，并降低了极片在工序转接过程中二次污染的风险，保证极片在组装前水含量达到要求，提高了锂电池的产品质量。
关键词：露天矿 重型卸料车 设计研究
图2 真空腔背面示意图
图3 托盘结构示意图
烘箱（如图4所示）加热采用顶部送风、侧面和底部回风的方式。加热管布置于烘箱侧面夹层内，通过出风孔大小可调的设计优化回风的风道设计，以保证烘箱内的真空腔均匀加热。
图4 烘箱结构示意图
装满极片的真空腔放入烘箱内，将真空腔背面的管路通过软连接与烘箱内的管路连接。操作烘箱控制面
板对真空腔抽真空或充氮气加热。主要工艺过程包括升温、恒温、降温3个阶段。升温过程中，通过向真空腔内充入一定压力的氮气作为导热介质，以尽快加热极片。升温完成后，烘箱内的温度均匀性达到±1℃。恒温阶段是指将极片加热到120℃左右，对真空腔进行抽真空，在高温及10Pa 以下的真空环境中，极片中的水分快速排出。降温阶段是指极
片水分值不大于250ppm 。4 结语
此结构与常用的真空干燥箱最大的区别在于增加了一个真空腔，使真空干燥箱不再需要对整个干燥箱舱室进行抽真空，只需对每个真空腔抽真空，大大降低了对真空泵和腔体密封的要求。因所需抽真空的真空腔内部体积很小，因而同样的抽速下更容易达到更低的真空度。经实测，本结构的极限真空度不大于10Pa ，24h 的泄漏量不大于200Pa 。因为更优秀的真空控制，它大大缩短了干燥的工艺时间，提高了生产效率，同时降低了烘箱的电耗。
另外，因为极片放置在真空腔内，干燥完成后运输和保存都更加方便，不会因为与环境接触而导致二次污染，保证极片在组装前水含量达到要求。而传统真空干燥箱为了避免烘干后的极片取出转运的过程中二次受潮，需要将所有干燥箱都安装于干燥房内。以本工艺应用的某2亿瓦时软包三元动力电池项目为例，配套的干燥箱占地面积超过1000m 2，若采用传统的干燥工艺，配建干燥房增加的除湿机等设备费用和日常除湿机电耗等是一笔惊人开支。因此，采用烘箱+真空腔的工艺方案，除了更优秀的极片水分控制外，综合成本更低也是一个明显优势。
参考文献
[1]程千驹，贺四清.锂电池烘箱匀流特性分析及结构优化[J].轻
工机械，2019，（4）：89-93.
[2]李徐佳，高殿荣，王华山.锂电池极片干燥箱风刀内流特性的
试验与数值模拟对比研究[J].机械工程学报，2015，（24）：105-111.
Study on Vacuum Drying Technology of Lithium-ion Battery Electrode
GAO Shiqiang
(China Automotive Battery Research Institute, Beijing 101407)
Abstract: In order to solve the problem that the vacuum degree of the oven is difficult to reach below 10Pa and the drying time is too long in the current lithium battery electrode drying process, an optimized electrode drying process scheme is put battery.
Key words
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