锂电池干燥架、锂电池干燥装置及干燥锂电池的方法与流程

本发明涉及一种锂电池干燥架、锂电池干燥装置及干燥锂电池的方法，属于锂离子电池技术领域。

背景技术：
近年来，在绿色能源的推广过程中，锂离子电池以其高能量密度、高电压、对环境无污染等优势而得到了快速发展。随着锂离子电池应用范围的拓展，各应用领域对锂离子电池的循环寿命和安全性都提出了更高的要求。在影响锂离子电池循环寿命和安全性的诸多因素中，水分是其中最重要的影响因素之一。锂离子电池体系内部存在水分，则会导致电解液分解、锂枝晶与水反应放出可燃性气体等后果，直接导致锂离子电池体系的材料结构发生恶化而降低其循环性能，严重的还可能导致爆炸等严重安全性问题。因此，控制锂离子电池体系内部的水分含量是锂离子电池制造工艺控制的重要目标。在锂离子电池生产过程中，电池在加注电解液前，必须将电池内的电芯进行加热干燥，以降低电芯内部水分含量，避免在注液后电解液与水发生副反应，影响电池的循环性能和安全性。现有技术中的锂离子电池水分干燥设备通常为一个密封箱体，将电芯入壳后的电池放入密封箱体内，然后对箱体内进行加热和抽真空操作。但是，这种方式需要在一定温度下在真空状态下持续较长时间后才能将水分去除至要求含量。原因是，抽真空后，箱体内部在真空状态下缺少热传导介质，电池无法得到有效的加热，电池内部温度上升极其缓慢，严重降低了水分干燥效率。特别是对于大容量锂离子电池，一般情况下，干燥时间需50小时以上，严重影响了生产效率，也增加了生产成本。为解决上述方案中真空状态下电池内部温度上升缓慢的问题，现有技术中有采用在干燥过程中用热氮气置换和抽真空操作交替进行的方式，利用氮气置换箱体内的空气，同时氮气作为传热介质，来提高加热效率。公开号为CN104567292A的中国发明专利(公开日为2014年12月25日)公开了一种动力电池真空干燥设备，包括炉腔、与炉腔连通的运风系统，其炉腔包括云母片，其运风系统包括抽真空管道、氮气进风管道。云母片用来对炉腔内进行加热，抽真空管道用来对炉腔内进行抽真空，同时通过氮气进风管道向炉腔内通入氮气，将炉腔内的水分带出，并保证炉腔内有充分的传热气体介质。这种方式对电池的干燥效率有所提高。但是，通常情况下，电池壳内与外界相通的口较小，电池内汽化的水分很难从电池中出来，干燥效率仍然较低，而且这种方式操作繁琐，耗费氮气的量较大，间接地提高了电池的生产成本。

技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种干燥效率高的锂电池干燥架。本发明的目的还在于提供使用上述锂电池干燥架的锂电池干燥装置及使用该锂电池干燥装置干燥锂电池的方法。为了实现以上目的，本发明的锂电池干燥架的技术方案如下：一种锂电池干燥架，包括干燥架本体，所述干燥架本体上固定设置有用来与电池的抽气口密封连接的抽真空管路，所述干燥架本体上还固定设置有用来使电池保持在与抽真空管路处于密封连接状态的限位机构。所述干燥架本体包括沿前后方向延伸的干燥架横梁以及固定设置在干燥架横梁一侧或者两侧并沿左右方向延伸的电池托盘，所述抽真空管路用来与电池抽气口连接的一端固定设置在所述干燥架横梁的顶面或者侧面上，所述限位机构设置在所述电池托盘上。所述抽真空管路包括抽真空主管道和两个以上的抽真空支管道，所述抽真空支管道一端固定设置在所述干燥架横梁的顶面或者侧面上，另一端与所述抽真空主管道连接。所述抽真空管路用来与电池抽气口连接的一端连接有抽真空连接件，所述抽真空连接件为管状结构，所述抽真空连接件的外管壁上设置有密封凸环，所述密封凸环与电池抽气口内壁或者口沿密封配合。所述抽真空连接件的外管壁上沿电池抽气口到抽真空管路的方向依次固定设置有第一密封凸环和第二密封凸环，所述第一密封凸环的外径等于电池抽气口的内径，所述第二密封凸环的外径大于电池抽气口的内径，所述第二密封凸环朝向电池抽气口的侧壁上固定设置有与电池抽气口口沿密封配合的密封圈。本发明的锂电池干燥装置的技术方案如下：一种锂电池干燥装置，包括箱体、设置在所述箱体中的加热机构和锂电池干燥架，所述锂电池干燥架为上述的锂电池干燥架。所述加热机构包括固定设置在所述箱体内壁上的热管和循环鼓风机构。所述锂电池干燥架的干燥架本体与所述箱体内壁导向移动配合。本发明的干燥锂电池的方法的技术方案如下：一种使用上述的锂电池干燥装置干燥锂电池的方法，包括如下步骤：1)将电池抽气口与所述锂电池干燥架上的抽真空管路密封连接，并通过所述限位机构将电池固定；2)将所述锂电池干燥架移入所述箱体中，将抽真空管路与抽真空设备连接，将箱体密封；3)开启加热机构，在箱体内温度上升到设定温度后，开启抽真空设备将电池内抽真空至设定真空度。所述设定温度为70-120℃，所述设定真空度不大于-99kPa。加热时间与抽真空时间之和为8-15h。本发明的锂电池干燥架通过采用将锂电池与抽真空管路直接相连，将电池内的气体水分抽出，而且不受干燥箱体内空气中水分的影响，保证了电池外围常压状态，并且有充足的传热介质，能够稳定地向电池壳体提供热量，而且不用氮气置换空气作为传热介质，还提高了真空系统的利用率，降低了成本。另外，使用本发明的锂电池干燥架将锂电池与抽真空管道密封连接后并将锂电池固定在干燥架上，实现了待测锂电池与抽真空管道的快速连接，并形成并联抽真空管路，实现了锂电池干燥时的快速连接，提高了干燥效率，大大缩短了电池干燥的时间，将锂电池干燥时间由原来的50小时以上缩短为10小时左右。特别是对于大规模生产时，采用本发明的锂电池干燥架能够大幅度提高生产效率，缩短生产周期，具有显著的经济效益。进一步的，本发明的锂电池干燥架通过设置抽真空连接件，与电池限位机构配合，能够保证抽真空管路与电池的抽气口准确、快速对接，并提高了密封效果，进一步提高了锂电池的干燥效率。附图说明图1为本发明的锂电池干燥装置的实施例的结构示意图；图2为图1中的隔热密封箱体的结构示意图；图3为图2的俯视图；图4为图2的正视图；图5为图1中的电池水分干燥架的结构示意图；图6为图5中的抽真空连接件与电池安全阀口连接关系示意图；图7为图6中的抽真空连接件的剖视图；图8为本发明的锂电池干燥装置的另一个实施例的限位机构的结构示意图。具体实施方式本发明的锂电池干燥装置的实施例：如图1-7所示，本发明的锂电池干燥装置包括隔热密封箱体10，箱体内设置有加热机构和锂电池干燥架60，锂电池干燥架包括干燥架本体，干燥架本体上固定设置有用来与电池的抽气口密封连接的抽真空管路，干燥架本体上还固定设置有用来使电池保持在与抽真空管路处于密封连接状态的限位机构。干燥架本体包括干燥层架，干燥层架包括固定连接在一起的干燥架横梁70和电池托盘80，本实施例中，干燥架横梁为沿前后方向延伸的长方体箱体，长方体箱体下端的两侧焊接连接有具有板状结构的电池托盘，电池托盘水平设置，沿左右方向延伸，在其他实施例中，电池托盘可以仅设置在干燥架横梁的一侧。抽真空管路包括抽真空连接件90、抽真空支管道110、抽真空主管道100，抽真空支管道为硬质材料制成，如金属或者硬质塑料，抽真空支管道串设在干燥架横梁侧壁上，并通过螺母将其固定在干燥架横梁侧壁上，使抽真空支管道的两端分别处于干燥架横梁的长方体箱体的内部和外部。干燥架横梁的两个侧壁上沿前后方向依次固定设置有多个抽真空支管道，均采用上述方式设置，每一个抽真空支管道处于干燥架横梁的长方体箱体外部的一端密封连接有抽真空连接件，另一端与抽真空主管道密封连接，使抽真空支管道中的气体能够汇入抽真空主管道中。抽真空主管道为金属波纹管或塑料管，与抽真空支管道连接处和设置金属或者硬质塑料抽气嘴，通过套设在抽真空支管道和抽气嘴外的橡胶或者塑料软管实现密封连接。抽真空主管道一端密封，另一端从干燥架横梁的长方体箱体一端的顶面伸出并固定在干燥架横梁的顶面上形成抽真空主管道的抽气端101。干燥架本体可以包括一层干燥层架，也可以包括两层以上的干燥层架，本实施例中包括三层干燥层架，每一层的干燥架横梁之间或者电池托盘之间焊接连接。处于下层的干燥架横梁中的抽真空主管道的抽气端与处于上层的干燥架横梁中的抽真空主管道密封连接，使下层的抽真空主管道中的气体进入上层的抽真空主管道中，最上层的抽真空主管道的抽气端与抽真空设备20的抽气管相连。抽真空连接件为管状结构，抽真空连接件处于干燥架横梁外部的一端的外管壁上沿电池抽气口到抽真空管路的方向依次固定设置有第一密封凸环901和第二密封凸环902，第一密封凸环的外径等于电池抽气口的内径，使得抽真空连接件插入电池抽气口后，第一凸环能够使电池抽气口与抽真空连接件之间不发生相对移动。第二密封凸环的外径大于电池抽气口口沿的外径，第二密封凸环朝向电池抽气口的侧壁上粘接有与电池抽气口口沿密封配合的弹性密封圈903。抽真空连接件与抽真空支管道连接的一端通过DN卡箍904与抽真空支管道实现密封连接，也可以采用如下方式实现密封连接：抽真空连接件采用金属或者硬质塑料，与抽真空支管道连接的一端通过橡胶或者塑料软管分别套设在抽真空连接件和抽真空支管道的端部实现密封连接，也可以将抽真空连接件的一端插入抽真空支管道的对应端中，并在抽真空连接件的外壁与抽真空支管道内壁之间设置密封圈实现密封连接。电池托盘上与每一个抽真空连接件对应的位置都设置有用来对电池进行限位的凹槽，所述凹槽构成了所述限位机构。本实施例中的电池为方形电池，抽气口为方形电池的安全阀口。电池托盘上的凹槽的宽度和长度与方形电池侧面的宽度和长度一致，使电池侧面能够插入凹槽中实现限位，同时设置凹槽与抽真空连接件之间的距离，保证安全阀口口沿能够顶压在第二密封凸环侧壁的弹性密封圈上，实现抽真空连接件与安全阀口之间的密封连接。加热机构包括均匀布设在隔热密封箱体内壁上的热管30和设置在箱体后侧壁的循环鼓风机构40，热管为现有技术中的热管，如不锈钢管中设置电热丝。循环鼓风机构包括鼓风电机及与鼓风电机相连的风扇，鼓风电机带动风扇旋转为箱体内鼓风加热，保证箱体内部温度的一致性，鼓风电机与风扇之间通过磁流体密封方式连接，能够确保电机转矩的传递，且不影响箱体的真空密封性。隔热密封箱体内壁还铺设有硅酸铝纤维材料，以提高隔热效果。隔热密封箱体顶部设置有孔，供抽真空设备的抽气管50通过，抽真空设备的抽气管与隔热密封箱体顶部之间密封配合。隔热密封箱体的底部设置有导向槽，干燥架本体的下端设置有导向轮601，导向轮与导向槽之间导向移动配合，在锂电池干燥架移入或者移出隔热密封箱体时，可以方便地推入或者拉出。在本发明的锂电池干燥装置的其他实施例中，抽真空连接件垂直于干燥架横梁的侧面串设在干燥架横梁侧壁上，并通过螺母将其固定在干燥架横梁侧壁上，使抽真空连接件的两端分别处于干燥架横梁的长方体箱体的内部和外部，处于干燥架横梁的长方体箱体内部的一端密封连接有抽真空支管道。抽真空连接件为金属或者硬质塑料，抽真空支管道为金属波纹软管或者塑料管。干燥架横梁的两个侧壁上沿前后方向依次固定设置有多个抽真空连接件，均采用上述方式设置。在本发明的锂电池干燥装置的其他实施例中，锂电池干燥架的干燥架本体与箱体侧壁导向移动配合，通过设置在干燥架本体的电池托盘侧面和隔热密封箱体侧壁上的导轨实现导向移动配合。在本发明的锂电池干燥装置的其他实施例中，电池托盘上的凹槽远离干燥架横梁的一端设置有朝向干燥架横梁方向延伸的弹簧，弹簧一端固定在凹槽的侧壁上，另一端能够对放置在其中的电池产生朝向干燥架横梁方向的弹力。将电池放入凹槽后，弹簧的弹力能够使电池安全阀口与抽真空连接件的密封性更好，同时，也能够使凹槽的长度和宽度不受限制，适用于各种尺寸的电池。在本发明的锂电池干燥装置的其他实施例中，如图8所示，限位机构也可以通过在电池托盘上固定设置电池夹具，通过可以移动的加紧侧板实现对电池的加紧固定。电池夹具包括固定侧板801、固定底板802、夹紧侧板803及推力机构804，电池放置在夹具中时首先靠放在固定侧板和固定底板上，所述的夹紧侧板可通过推力机构同时动作对电池统一进行夹紧，保证夹紧的一致性，所述的推力机构依靠螺纹连接旋转转化为夹紧侧板的直线移动。在本发明的锂电池干燥装置的其他实施例中，抽真空连接件的密封凸环只有一个，密封凸环的外径等于或略小于安全阀口的内径，密封凸环的外周面上粘结设置有一层橡胶材料，在抽真空连接件插入电池的安全阀口后，密封凸环上的橡胶材料能够起到密封作用。在本发明的锂电池干燥装置的其他实施例中，可以不设置抽真空连接件和DN卡箍，抽真空支管道直接与电池安全阀口密封连接。也可以设置抽真空支管道为橡胶或者塑料软管，软管一端连接的抽真空连接件与电池安全阀口连接后，电池可以采用安全阀口朝上的方式固定在电池托盘上的凹槽中。上述实施例中，热管和循环鼓风机构通过隔热密封箱体内的空气作为传热介质对电池实现加热，在其他实施例中，可以设置干燥架本体均为金属材质，并将干燥架本体与热管接触，实现干燥架本体与电池的接触式传热。本发明的锂电池干燥架的实施例与上述实施例中的锂电池干燥架的结构完全一致，此处不再赘述。另外，上述实施例中的锂电池干燥架的各种可替代形式，也均适用于本发明的锂电池干燥架的实施例。本发明的使用上述锂电池干燥装置干燥锂电池的方法的实施例包括如下步骤：1)将抽真空连接件先与锂电池的安全阀口相连，即将抽真空连接件的第一密封凸环插入电池安全阀口内，并且使第二密封凸环上的弹性密封圈与安全阀口的口沿顶压配合，保证二者之间密封配合，然后将抽真空连接件与抽真空支管道密封连接，然后将锂离子电池的侧面一端插入电池托盘上的凹槽中固定；2)待各层的锂电池与锂电池干燥架连接完成后，将锂电池干燥架通过导向轮和隔热密封箱体底部的导向槽导向移动近入隔热密封箱体中，将干燥架本体上最上层的抽真空主管道与串设在隔热密封箱体顶部的抽真空设备的抽气管密封连接，然后关闭隔热密封箱体将其密封，本实施例中的抽真空设备为真空泵；3)开启真空泵开始预抽真空，待真空度达到-90kPa时，关闭真空泵，利用干燥气体进行泄压至-10kPa的粗真空状态，以除去系统内部原有的气体水分，然后开启加热机构的电源，使设置在隔热密封箱体内壁上的热管和循环鼓风机构开始工作，在箱体内温度上升到设定温度后，开启真空泵将电池内抽真空至-99.5kPa；所述设定温度为70-120℃，从开始加热到抽真空完成的总干燥时间为8-15h，本实施例中设定温度为105℃，总干燥时间为12h。经检测，干燥后的锂电池中的极片水分含量为460ppm。本发明的使用锂电池干燥装置干燥锂电池的方法的其他实施例中，步骤3)中直接开启加热机构加热，不再进行预抽真空。