一种电芯的烘干方法及装置

技术领域

本申请涉及电池制造技术领域，尤其涉及一种电芯的烘干方法及装置。

背景技术

水分对电池的性能影响很大，为了确保电池的安全和循环性能，在电芯生产过程中，通常都需要采用电芯干燥工序在制备电芯之后对电池进行除水处理。在电芯干燥工序中，需要对电芯内部(含正极片、负极片、隔膜)进行去水分处理，要求干燥后水分含量≤150PPM，要求苛刻。现有电芯烘干工艺一般需要十几至二十几个小时才能达到烘干要求。且对生产设备及电能的需求量大，增加了设备数量、场地面积、配套人员、生产时间、生产能耗等成本。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述一个或多个技术问题，本申请实施例提供了一种新的电芯的烘干方法及装置，根据电芯内的水分的分布进行分阶段的干燥，既可以有效减少电芯干燥时间，又可以防止电芯整体被破坏。

为了达到上述目的，本申请就解决其技术问题所采用的技术方案是：

第一方面，本申请提供了一种电芯的烘干方法，所述方法包括：

测量待烘干电芯的水分含量，根据所述水分含量判断所述待烘干电芯对应的烘干阶段，并对所述待烘干电芯执行所述烘干阶段对应的烘干操作，其中在所述水分含量大于第一阈值时，所述待烘干电芯对应的烘干阶段为第一阶段，所述第一阶段对应的烘干操作至少包括：执行第一操作，所述第一操作包括：将处理所述待烘干电芯的真空烘箱在第一真空度下以第一升温速率升温至第一温度，保持第一时间段后进行第二操作，所述第二操作包括：通入惰性气体至所述真空烘箱为第二真空度，将所述真空烘箱抽真空至所述第一真空度，保持第二时间段，重复所述第二操作，直至所述待烘干电芯内的水分含量低于所述第一阈值。

在一个具体的实施例中，在所述水分含量在所述第一阈值与第二阈值之间时，所述待烘干电芯对应的烘干阶段为第二阶段，所述第二阶段对应的烘干操作包括：

重复第三操作，直至所述待烘干电芯内的水分含量低于所述第二阈值，所述第三操作包括：将所述真空烘箱在所述第一真空度下以第二升温速率升温至第二温度，烘烤第三时间段后通入惰性气体至所述真空烘箱为所述第二真空度后，将所述真空烘箱抽真空至第三真空度，其中所述第二温度大于所述第一温度，所述第三时间段大于所述第二时间段，所述第二阈值小于所述第一阈值，所述第三真空度不小于所述第一真空度。

在一个具体的实施例中，在所述水分含量低于所述第二阈值时，所述待烘干电芯对应的烘干阶段为第三阶段，所述第三阶段对应的烘干操作包括：

重复第四操作，直至所述待烘干电芯内的水分含量满足要求，所述第四操作包括：向所述真空烘箱内通入惰性气体至所述惰性气体的压力为预设压力值，保持第四时间段后，将所述真空烘箱抽真空至所述第一真空度。

优选地，所述惰性气体的温度与所述真空烘箱中温度的差值为±10℃。

在一个具体的实施例中，所述惰性气体包括氮气。

在一个具体的实施例中，所述第一阈值为400ppm；和/或，所述第二阈值为180ppm。

在一个具体的实施例中，所述第一真空度为50-80pa；和/或，所述第二真空度为85000-100000pa。

优选地，所述第二真空度为85000pa。

在一个具体的实施例中，所述第一升温速率为0.8-1.5℃/min；和/或，所述第一温度为65-70℃。

在一个具体的实施例中，所述第二升温速率为5-10℃/min；和/或，所述第二温度为85-90℃。

优选地，所述第二升温速率为5℃/min。

在一个具体的实施例中，所述第二时间段为3-10min；和/或，所述第三时间段为30-45min；和/或，所述第四时间段为5-10min。

在一个具体的实施例中，所述预设压力值为0.2Mpa。

第二方面，对应于上述电芯的烘干方法，本申请还提供了一种电芯的烘干装置，所述装置至少包括：

测量模块，用于测量待烘干电芯的水分含量；

真空烘箱，用于对所述待烘干电芯执行所述烘干阶段对应的烘干操作；

处理模块，用于根据所述水分含量判断所述待烘干电芯对应的烘干阶段，并控制所述真空烘箱对所述待烘干电芯执行所述烘干阶段对应的烘干操作，其中，在所述水分含量大于第一阈值时，所述待烘干电芯对应的烘干阶段为第一阶段，所述第一阶段对应的烘干操作至少包括：

执行第一操作，所述第一操作包括：将处理所述待烘干电芯的真空烘箱在第一真空度下以第一升温速率升温至第一温度，保持第一时间段后进行第二操作，所述第二操作包括：通入惰性气体至所述真空烘箱为第二真空度，将所述真空烘箱抽真空至所述第一真空度，保持第二时间段，重复所述第二操作，直至所述待烘干电芯内的水分含量低于所述第一阈值。

本申请实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本申请实施例提供的电芯的烘干方法及装置，方法包括测量待烘干电芯的水分含量，根据所述水分含量判断所述待烘干电芯对应的烘干阶段，并对所述待烘干电芯执行所述烘干阶段对应的烘干操作，其中，在所述水分含量大于第一阈值时，所述待烘干电芯对应的烘干阶段为第一阶段，所述第一阶段对应的烘干操作至少包括：执行第一操作，所述第一操作包括：将处理所述待烘干电芯的真空烘箱在第一真空度下以第一升温速率升温至第一温度，保持第一时间段后进行第二操作，所述第二操作包括：通入惰性气体至所述真空烘箱为第二真空度，将所述真空烘箱抽真空至所述第一真空度，保持第二时间段，重复所述第二操作，直至所述待烘干电芯内的水分含量低于所述第一阈值。本申请通过根据电芯内的水分的分布进行分阶段的干燥，既可以有效减少电芯干燥时间，又可以防止电芯整体被破坏，通过在烘烤过程中按照电芯内水分分布的三个阶段采用不同的工艺手段，达到快速除去水分的目的，且处理后的电芯内水分含量低于80ppm，烘干极片仅需要8-12h，水分含量低于现行标准且缩短现有烘烤时间15％-50％。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

如背景技术所述，现有技术中的电芯的烘干方法工艺通常需要十几至二十几个小时才能达到，对生产设备及电能的需求量大，增加了设备数量、场地面积、配套人员、生产时间、生产能耗等成本。

为解决上述一个或多个问题，本申请创造性地提出了一种新的电芯的烘干方法，通过根据电芯内的水分含量将其至少分为高水分阶段、中水分阶段和低水分阶段三个阶段，然后对应于电芯的三个阶段将电芯分别划分为第一、第二以及第三阶段的三个烘干阶段，针对不同的烘干阶段执行不同的干燥操作，既可以有效减少电芯干燥时间，又可以防止电芯整体被破坏。

这里需要说明的是，本申请中的真空度示数为高真空烘箱表盘示数，与现有技术中的真空度存在差别。本申请中的真空烘箱常压时示数为1000000Pa，以下提及的80Pa相当于现有技术中的-101.3KPa，即本申请中真空度数值越小，代表负压程度越高。

本申请实施例提供的电芯的烘干方法包括如下步骤：

测量待烘干电芯的水分含量，根据所述水分含量判断所述待烘干电芯对应的烘干阶段，并对所述待烘干电芯执行所述烘干阶段对应的烘干操作，其中，在所述水分含量大于第一阈值时，所述待烘干电芯对应的烘干阶段为第一阶段，所述第一阶段对应的烘干操作至少包括：

执行第一操作，所述第一操作包括：将处理所述待烘干电芯的真空烘箱在第一真空度下以第一升温速率升温至第一温度，保持第一时间段后进行第二操作，所述第二操作包括，通入惰性气体至所述真空烘箱为第二真空度，然后将所述真空烘箱抽真空至所述第一真空度，保持第二时间段，重复第二操作，直至所述待烘干电芯内的水分含量低于所述第一阈值。

其中，所述第一时间段可以为0min，也可以与第二时间段相同。第一时间段的大小可以根据实际烘干需求进行设置，这里不做具体限定。

具体地，本申请实施例中，设置电芯内水分含量大于第一阈值(如400ppm) 时为高水分阶段。对高水分阶段的电芯进行第一阶段的烘干操作，此时由于电芯温度逐渐升高，电芯内水分从液态变成分子状态，体积急速膨胀，水分子开始挤压基材并相互挤压，产生一个溢出力F1，而真空烘箱会产生一个将水分从电芯中抽离出来的作用力F2。

在高水分阶段，由于电芯内的水分含量很高，需要严格控制真空烘箱内的温度的升高速率，此时的升温速率优选为0.8-1.5℃/min，防止水分过度急剧膨胀造成基材孔隙破坏或松动。在水分子的溢出力F1和真空环境对水分子的作用力F2的共同作用下，可以使水分子快速溢出，因此需要通过快速换氮气(纯度 99.999％，下同)把电芯周围的水分子及时抽走，防止溢出通道“堵车”，改善水分子溢出通道环境。此外，由于真空度较高，可有利于水的沸点降低，从而降低对干燥温度高的要求，达到节能效果。

具体实施时，将待烘干电芯放入真空烘箱中，首先执行第一操作，包括：开启真空装置，抽真空至真空烘箱的真空度为第一真空度，然后以第一升温速率升温至第一温度后保持第一时间段，以使待烘干电芯温度逐渐升高，从而使得电芯内水分从液态变成分子状态，体积急速膨胀，水分子开始挤压基材并相互挤压，产生一个溢出力F1，接着进行第二操作，包括：向真空烘箱内通入惰性气体使得真空烘箱内的真空度达到第二真空度，其中，惰性气体包括但不限于氮气，以下惰性气体均以氮气为例进行说明，最后，再将真空烘箱抽真空至真空度为第一真空度，保持第二时间段，一方面，在水分子的溢出力和真空环境对水分子的作用力的共同作用下，可以使待烘干电芯中的水分子快速溢出，另一方面，通过快速换氮气把待烘干电芯周围的水分子及时抽走，防止溢出通道“堵车”，改善水分子溢出通道环境，提高烘干效率。重复“抽真空→保真空第二时间段→通入氮气→抽真空”，如此循环2-3次，直至待烘干电芯内的水分含量低于第一阈值，完成该阶段的除水。其中，待烘干电芯的水分含量可以通过库仑法微量水测定仪测定，这里不做限制，用户可以根据实际需求进行选择。

这里需要说明的是，本申请实施例中，可在真空烘箱内通入高温氮气，优选地，通入氮气的温度可以为真空烘箱内温度±10℃。这样一方面可以防止通入氮气导致真空烘箱内温度下降，另一方面，可以避免由于真空烘箱温度下降而需要对其重新加热，减少烘干操作的时间，提高烘干效率。作为一种较优的实施方式，本申请实施例中，在所述水分含量在所述第一阈值与第二阈值之间时，所述待烘干电芯对应的烘干阶段为第二阶段，所述第二阶段对应的烘干操作包括：

重复第三操作，直至所述待烘干电芯内的水分含量低于所述第二阈值，所述第三操作包括：将所述真空烘箱在所述第一真空度下以第二升温速率升温至第二温度，烘烤第三时间段后通入惰性气体至所述真空烘箱为第二真空度后，将所述真空烘箱抽真空至第三真空度，其中所述第二温度大于所述第一温度，所述第三时间段大于所述第二时间段，所述第二阈值小于所述第一阈值，所述第三真空度可以等于第一真空度，也可以大于第一真空度，第三真空度的大小可以根据待烘干电芯的当前水分含量以及烘干需求确定，这里不做具体限制。

具体地，本申请实施例中，设置电芯内水分含量大于第二阈值(如180ppm) 小于第一阈值(如400ppm)时为中水分阶段。对中水分阶段的电芯进行第二阶段的烘干操作，此时由于电芯内的多数水已转换为水分子，只有深层次极小数未转化，因而此时的溢出力F1已变小，起到主要作用的是真空环境对水分子的作用力F2。

因而对中水分阶段的电芯进行的烘干操作需与高水分阶段的有所区别，具体实施时，第一阶段的烘干操作结束后，真空烘箱内真空度为第一真空度，在第一真空度下以第二升温速率升温至第二温度，此时由于电芯内水分含量比较低，因而第二升温速率可较第一升温速率适当增加，从而减少烘干时间，提高整体烘干效率，然后在第二温度下烘烤第三时间段后通入氮气至真空烘箱为第二真空度，最后，再将真空烘箱抽真空至真空度为第三真空度，重复“升温后烘烤第三时间段→通入氮气→抽真空”，如此循环2-4次，直至待烘干电芯内的水分含量低于第二阈值，完成该阶段的除水。

进一步地，本申请实施例中，设置第二温度大于第一温度，第三时间段大于第二时间段，这是由于该阶段电芯内含水量相较于高水分阶段已经大幅减小，适当地延长加热时间有利于将深层的水变成水分子，通过高温度烘烤，使电芯内水分子更活跃，更容易从基材深处溢出。这里需要说明的是，由于该阶段真空烘箱内水分含量降低，因而可降低换氮气频率，减少能源消耗。

作为一种较优的实施方式，本申请实施例中，在所述水分含量低于所述第二阈值时，所述待烘干电芯对应的烘干阶段为第三阶段，所述第三阶段对应的烘干操作包括：

重复第四操作，直至所述待烘干电芯内的水分含量满足要求，所述第四操作包括：向所述真空烘箱内通入惰性气体至所述惰性气体的压力为预设压力值，保持第四时间段后，将所述真空烘箱抽真空至所述第一真空度。

具体地，具体地，本申请实施例中，设置电芯内水分含量小于第二阈值(如180ppm)时为低水分阶段。对低水分阶段的电芯进行第三阶段的烘干操作，此时由于电芯内的水分子已经很少了，此时的溢出力F1几乎消失，且由于水分子很少，水分子要离开它原来的地方，必须有个外部分子(如氮气分子)补充才行。

因而在对低水分阶段的电芯进行第三阶段的烘干操作时，首先向真空烘箱内通入氮气至氮气的压力为预设压力值，优选地，预设压力值为0.2Mpa，保持第四时间段，然后将真空烘箱抽真空至第一真空度，重复“通入氮气→抽真空”，如此循环5-8次，直至待烘干电芯内的水分含量满足要求，达到该阶段快速除水及冷却的目的。

作为一种较优的实施方式，本申请实施例中，所述第一阈值为400ppm；和/ 或，所述第二阈值为180ppm。

具体地，本申请实施例中，根据电芯内水分含量情况将电芯分为三个阶段分别进行不同的烘干处理。具体实施时，设置电芯内水分含量大于400ppm时为高水分阶段，对高水分阶段的电芯进行第一阶段的烘干操作，电芯内水分含量大于180ppm小于400ppm时为中水分阶段，对中水分阶段的电芯进行第二阶段的烘干操作，电芯内水分含量小于180ppm时为低水分阶段，对低水分阶段的电芯进行第三阶段的烘干操作。

作为一种较优的实施方式，本申请实施例中，所述第一真空度为50-80pa 之间的任一值，可选地，第一真空度为50pa、55pa、60pa、65pa、70pa、75pa 或80pa等，这里不在一一列举。

作为一种较优的实施方式，本申请实施例中，所述第二真空度为 85000-100000pa，优选地，所述第二真空度为85000pa。

作为一种较优的实施方式，本申请实施例中，所述第三真空度为50-80pa 之间的任一值，可选地，第三真空度为50pa、55pa、60pa、65pa、70pa、75pa 或80pa等。

作为一种较优的实施方式，本申请实施例中，所述第一升温速率为0.8-1.5℃ /min，可选地，第一升温速率可以为0.8℃/min、0.9℃/min、1.0℃/min、1.1℃ /min、1.2℃/min、1.3℃/min、1.4℃/min或1.5℃/min等。所述第一温度为65-70℃之间的任一值，可选地，第一温度可以为65℃、66℃、67℃、68℃、69℃或70℃等。

作为一种较优的实施方式，本申请实施例中，所述第二升温速率为5-10℃ /min之间的任一值，可选地，第一升温速率可以为5℃/min、6℃/min、7℃/min、 8℃/min、9℃/min、10℃/min等。所述第二温度为85-90℃之间的任一值，可选地，第二温度可以为85℃、86℃、87℃、88℃、89℃或90℃等。这里需要说明的是，由于中水分阶段电芯内水分含量比较低，因而第二升温速率可相较于高水分阶段的第一升温速率适当增加，从而减少升温时间，提高烘干效率。

作为一种较优的实施方式，本申请实施例中，所述第二时间段为3-10min 之间的任一值，可选地，第二时间段可以为3min、4min、5min、6min、7min、 8min、9min或10min等。所述第三时间段为30-45min之间的任一值，可选地，第三时间段可以为30min、35min、40min或45min等。所述第四时间段为5-10min 之间的任一值，可选地，第四时间段可以为5min、6min、7min、8min、9min或 10min等。其中，在高水分阶段的循环步骤中每次保持真空的时间(即第一时间段)可以相同，也可以不同。优选地，保持真空的时间逐渐增加，示例性地，第一次循环时的第二时间段为3min、第二次循环时的第二时间段为5min、第三次循环时的第二时间段为7min等。当然第二时间段也可以根据电芯的厚度和具体选用的材料及烘箱内水分的含量进行适当调节，这里不在赘述。

对应于上述电芯的烘干方法，本申请实施例还提供了一种电芯的烘干装置，所述装置至少包括：

测量模块，用于测量待烘干电芯的水分含量；

真空烘箱，用于对所述待烘干电芯执行所述烘干阶段对应的烘干操作；

处理模块，用于根据所述水分含量判断所述待烘干电芯对应的烘干阶段，并控制所述真空烘箱对所述待烘干电芯执行所述烘干阶段对应的烘干操作，其中，在所述水分含量大于第一阈值时，所述待烘干电芯对应的烘干阶段为第一阶段，所述第一阶段对应的烘干操作至少包括：

进行第一操作，所述第一操作包括：将处理所述待烘干电芯的真空烘箱在第一真空度下以第一升温速率升温至第一温度，保持第一时间段后进行第二操作，所述第二操作包括通入惰性气体至所述真空烘箱为第二真空度，将所述真空烘箱抽真空至所述第一真空度，保持第二时间段，重复所述第二操作，直至所述待烘干电芯内的水分含量低于所述第一阈值。

具体地，本申请实施例中，测量模块可以利用库仑法微量水测定仪实现，也可以通过其他测定方式的测定装置实现，处理模块可以通过真空烘箱已有的控制模块实现，也可以单独设置相关功能模块实现，这里均不做限制。

实施例1：

对待烘干电芯A执行如下操作：

测量待烘干电芯A的水分含量；

在水分含量大于400ppm时，将处理待烘干电芯A的真空烘箱抽真空至50pa，然后以0.8℃/min的升温速率升温至65℃，保持3min，接着对待烘干电芯A进行第二操作，第二操作包括：通入氮气至真空烘箱为85000pa，将真空烘箱抽真空至50pa，保持3min，重复第二操作3次。

在水分含量在400ppm与180ppm之间时，对待烘干电芯A重复执行第三操作2次，第三操作包括：将真空烘箱在50pa下以5℃/min的升温速率升温至85℃，烘烤30min后通入氮气至真空烘箱为85000pa，将真空烘箱抽真空至50pa。

在水分含量低于180ppm时，对待烘干电芯A重复执行第四操作5次，第四操作包括：向真空烘箱内通入氮气至氮气的压力为0.2MPa，保持5min，将真空烘箱抽真空至50pa。

实施例2：

对待烘干电芯B执行如下操作：

测量待烘干电芯B的水分含量；

在水分含量大于400ppm时，将处理待烘干电芯B的真空烘箱抽真空至60pa，然后以1.0℃/min的升温速率升温至67℃，保持5min，接着对待烘干电芯B进行第二操作，第二操作包括：通入氮气至真空烘箱为90000pa，将真空烘箱抽真空至60pa，保持5min，重复第二操作2次。

在水分含量在400ppm与180ppm之间时，对待烘干电芯B重复执行第三操作3次，第三操作包括：将真空烘箱在60pa下以7℃/min的升温速率升温至87℃，烘烤35min后通入氮气至真空烘箱为90000pa，将真空烘箱抽真空至60pa。

在水分含量低于180ppm时，对待烘干电芯B重复执行第四操作6次，第四操作包括：向真空烘箱内通入氮气至氮气的压力为0.2MPa，保持6min，将真空烘箱抽真空至60pa。

实施例3：

对待烘干电芯C执行如下操作：

测量待烘干电芯C的水分含量；

在水分含量大于400ppm时，将处理待烘干电芯C的真空烘箱抽真空至70pa，然后以1.2℃/min的升温速率升温至68℃，保持7min，接着对待烘干电芯C进行第二操作，第二操作包括：通入氮气至真空烘箱为95000pa，将真空烘箱抽真空至70pa，保持7min，重复第二操作3次。

在水分含量在400ppm与180ppm之间时，对待烘干电芯C重复执行第三操作3次，第三操作包括：将真空烘箱在70pa下以8℃/min的升温速率升温至88℃，烘烤40min后通入氮气至真空烘箱为95000pa，将真空烘箱抽真空至70pa。

在水分含量低于180ppm时，对待烘干电芯C重复执行第四操作7次，第四操作包括：向真空烘箱内通入氮气至氮气的压力为0.2MPa，保持8min，将真空烘箱抽真空至70pa。

实施例4：

对待烘干电芯D执行如下操作：

测量待烘干电芯D的水分含量；

在水分含量大于400ppm时，将处理待烘干电芯D的真空烘箱抽真空至80pa，然后以1.5℃/min的升温速率升温至70℃，保持10min，接着对待烘干电芯D 进行第二操作，第二操作包括：通入氮气至真空烘箱为100000pa，将真空烘箱抽真空至80pa，保持10min，重复第二操作3次。

在水分含量在400ppm与180ppm之间时，对待烘干电芯D重复执行第三操作4次，第三操作包括：将真空烘箱在80pa下以10℃/min的升温速率升温至 90℃，烘烤45min后通入氮气至真空烘箱为100000pa，将真空烘箱抽真空至80pa。

在水分含量低于180ppm时，对待烘干电芯D重复执行第四操作8次，第四操作包括：向真空烘箱内通入氮气至氮气的压力为0.2MPa，保持10min，将真空烘箱抽真空至80pa。

其中，上述待烘干电芯A-D为初始水分含量相同的同一种类型的电芯。

测量分别按照上述实施例1-4的方法处理后的电芯的正极、负极以及电芯整的水分含量。

测试结果如下：

从测试结果可以看出，本申请提供的电芯的烘干方法，通过在烘烤过程中按照电芯的水分分布的三个阶段采用不同的工艺手段，达到快速除去水分的目的，且处理后电芯内水分含量低于现行标准。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

以上所述仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。