一种锂离子电池干燥箱和干燥装置的制作方法

本发明涉及锂离子电池制造技术领域，特别涉及一种锂离子电池干燥箱和干燥装置。

背景技术：

锂离子电池以其零污染、零排放、能量密度高、体积小和循环使用寿命长等优点，广泛应用于便携式电子产品、电动交通工具、大型动力电源和二次充电及储能等领域，已成为国内外电池发展和应用的主体，从而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。电解液对水分非常敏感，过量的水分与其反应产生的hf会腐蚀锂离子电池内部结构，特别是对锂离子电池的循环寿命造成极大的影响，同时所产生的气体容易造成锂离子电池膨胀，给锂离子电池的安全性能带来很大的影响。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能。

现有锂离子电池水分干燥设备通常为一个密封箱体，在进行干燥时，将电芯入壳后的电池放到密封箱体内，然后在箱体内进行加热和抽真空操作。抽真空后，由于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，严重降低了电池干燥效率。因此，采用这种密封箱体进行干燥处理，需要在一定温度、真空状态下持续较长时间后才能将水分去除至要求含量，效率较低；特别是对于大容量锂离子电池，一般情况下，干 燥时间需要40小时以上，严重影响了生产效率，增加了生产成本。

为了解决真空状态下电池温度上升缓慢的问题，目前通常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。中国发明专利201410814891.4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，这种方式电池加热速度慢、能耗高、干燥效率低；并且，腔内温度与电池表面及内部温度有一定的差异，因此进行抽真空时，电池内部温度实际没有达到要求的温度即进行抽真空干燥，这必然影响真空干燥效果。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决现有锂离子电池干燥装置所存在的技术问题，提供一种可实现对电池主体和极耳接触式加热，从而缩短干燥时间，有效提高干燥质量和效率的锂离子电池干燥箱，和基于该干燥箱自动化程度高的锂离子电池干燥装置。

为解决上述技术问题，本发明采用了一种锂离子电池干燥箱，包括封闭箱体和加热装置，所述箱体包括保温罩，所述保温罩上其前后两侧中至少在一侧设置有开口，所述保温罩的开口处设置有密封门，所述箱体内设置有至少一层加热层，所述加热层连接加热装置，所述加热层包括设置在箱体上的底板和设置在底板上的顶板，所述顶板可相对底板上下自由活动，所述加热装置对底板和顶板进行加热，所述箱体上设置有干燥气体端口和抽真空端口。

上述技术方案中，进一步地，所述顶板和底板上均设置有极耳加热板，所述顶板和底板上的极耳加热板相对设置，所述极耳加热板均连接加热装置，所述加热装置对极耳加热板进行加热。

上述技术方案中，更进一步地，所述顶板与其极耳加热板之间、底板与其极耳加热板之间，至少在其中之一设置有缓冲装置，用于调节极耳加热板之间对电池极耳的压紧力。

上述技术方案中，更进一步地，所述缓冲装置采用压缩弹簧。

上述技术方案中，更进一步地，所述加热层与箱体之间设置有导向柱，所述顶板沿导向柱上下运动。

上述技术方案中，更进一步地，所述箱体内设置有驱动装置，所述驱动装置用于驱动加热层的顶板上下运动。

上述技术方案中，更进一步地，所述驱动装置包括伺服电机和连接伺服电机的丝杠，所述丝杠连接加热层的顶板。

同时，本发明还采用了一种锂离子电池干燥装置，包括至少一个上述干燥箱、真空泵和干燥气源，所述真空泵连接干燥箱上的抽真空端口，干燥气源连接干燥箱上的干燥气体端口。

上述技术方案中，进一步地，所述干燥气源连接温控器，所述温控器对输入干燥箱内的干燥气体进行加热。

上述技术方案中，更进一步地，还包括：

上输送装置，将待干燥的电池送至上料机械手处；

上料机械手，将上输送装置上的电池放置到主输送装置上；

主输送装置，包括设置在干燥箱侧边的左输送装置或/和右输送装置，用于输送电池至干燥箱位置；

上料及下料机械手，设置在主输送装置外侧且与干燥箱相对应的位置上，将主输送装置上的电池放置到干燥箱内加热层的底板上，及将完成干燥的电池从干燥箱中取出，放置到主输送装置上；

下料机械手，将电池从主输送装置上取下，放置到下输送装置上；

下输送装置，将完成干燥的电池送至下一工序位置；

主控单元，用于控制上输送装置、上料机械手、主输送装置、上料及下料机械手、下料机械手、下输送装置、密封门、驱动装置、加热装置、真空泵和干燥气源。

与现有锂离子电池干燥装置相比，本发明所具有的有益效果：

1)本发明干燥箱的加热层通过各层的顶板和底板分别与电池主体的上表面和下表面直接接触，采用顶板和底板与电池之间的热传导对电池直接加热，从而可有效缩短对电池的加热时间和干燥时间，并且对电池各部位的加热更加均匀，提高了电池的干燥质量；

2)通过在各加热层的顶板和底板上设置极耳加热板，通过极耳加热板直接压紧电池极耳并对电池极耳进行传导加热，热量直接通过电池极耳传导至电池极片的铜箔和铝箔基材，进一步提高了电池的干燥效率和干燥质量；

3)干燥气源通过温控器向干燥箱内提供恒温干燥气体，避免换气过程中对干燥箱内温度造成的影响，提高了电池的干燥质量；

4)本发明干燥装置采用自动化控制，实现了电池的自动上料、下料及转移等，并通过设置多个干燥箱同时进行干燥操作，大大提高了电池的干燥效率。

附图说明

图1是本发明锂离子电池干燥箱结构示意图。

图2是本发明锂离子电池干燥箱中加热层结构示意图。

图3是本发明锂离子电池干燥箱中底板俯视图。

图4是本发明锂离子电池干燥装置结构示意图。

图5是本发明锂离子电池干燥装置的主控单元控制系统结构框图。

图中：1、上输送装置，2、电池，3、左输送装置，4、上料机械手，5、上料及下料机械手，6、右输送装置，7、干燥箱，9、下料机械手，10、下输送装置，71、保温罩，72、伺服电机，73、底板，74、顶板，75、极耳加热板，77、导向柱，78、丝杠，79、干燥气体端口，710、抽真空端口。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体结构、特点做进一步说明。

如图1所示，一种锂离子电池干燥箱，包括封闭箱体和加热装置，所述箱体包括保温罩71，所述保温罩71上其前后两侧中至少在一侧设置有开口，所述保温罩71的开口处设置有密封门，保温罩71和密封门共同组成密封的箱体，图1中未给出密封门的视图；所述箱体内设置有至少一层加热层，所述加热层连接加热装置，所述加热层包括设置在箱体上的底板73和设置在底板73上的顶板74，所述顶板74可相对底板73上下自由活动，所述加热装置对底板73和顶板74进行加热，所述箱体上设置有干燥气体端口79和抽真空端口710。

优选地，如图2和3所示，所述顶板74和底板73上均设置有极耳加热板75，所述顶板74和底板73上的极耳加热板75相对设置，所述极耳加热板75均连接加热装置，所述加热装置对极耳加热板75进行加热。

所述顶板74与其极耳加热板75之间、底板73与其极耳加热板75之间，至少在其中之一设置有缓冲装置，该缓冲装置为设置在顶板与其极耳加热板之间、底板与其极耳加热板之间的压缩弹簧，用于调节极耳加热板之间对电池极耳的压紧力。

上述极耳加热板可适用于电池单侧出极耳和电池两侧出极耳，极耳加热板可适用于电池长度不大于600mm和宽度不大于1000mm的不同型号的电池；同时可以根据电池的实际尺寸，合理安排每层电池的数量。

优选地，所述箱体内设置有驱动装置，所述驱动装置用于驱动加热层的顶板74上下运动。所述驱动装置包括伺服电机72和连接伺服电机的丝杠78，所述丝杠78连接加热层的顶板74。驱动装置的丝杆78分别连接各加热层的顶板74，驱动各层的顶板运动，顶板带动顶板上的极耳加热板运动，使顶板压紧电池的主体，极耳加热板压紧电池的极耳。

同时，在所述加热层与箱体之间设置有导向柱77，所述顶板74沿导向柱77上下运动。导向柱起到对运动中的顶板进行导向的作用。

如图4，本发明还公开了一种锂离子电池干燥装置，包括至少一个上述干燥箱7、真空泵和干燥气源，所述真空泵连接干燥箱7上的抽真空端口710，干燥气源连接干燥箱7上的干燥气体端口79。

优选地，所述干燥气源连接温控器，所述温控器对输入干燥箱内的干燥气体进行加热。这样可以避免在干燥气体输入干燥箱时对干燥箱内的温度造成影响，保证电池的干燥质量。

为了提高该锂离子电池干燥装置的工作效率和自动化程度，在该锂离子电池干燥装置中还设置有：

上输送装置1，将待干燥的电池2送至左右上料机械手4处；

上料机械手4，将上输送装置1上的电池2放置到主输送装置上；这里的上料机械手4根据主输送装置的不同配置可同时实现向主输送装置的左输送装置3和右输送装置6进行上料操作；

主输送装置，包括设置在干燥箱7侧边的左输送装置3或/和右输送装置6， 输送电池2至干燥箱7位置；如图4，本实施例中，主输送装置包括分别设置在干燥箱7左右两侧的左输送装置3和右输送装置6，此时相应的干燥箱7前后两侧均设置有开口，以方便上料及下料机械手5将电池2放置到干燥箱7的加热层上；

上料及下料机械手5，设置在主输送装置外侧且与干燥箱7相对应的位置上，将主输送装置上的电池放置到干燥箱内加热层的底板73上，及将完成干燥的电池从干燥箱中取出，放置到主输送装置上；本实施例中，相应地，在左输送装置外侧设置有左上料及下料机械手，用于将左输送装置上的电池放置到干燥箱内加热层的底板上，及将完成干燥的电池从干燥箱中取出，放置到左输送装置上；在右输送装置外侧设置有右上料及下料机械手，用于将右输送装置上的电池放置到干燥箱内加热层的底板上，及将完成干燥的电池从干燥箱中取出，放置到右输送装置上；

下料机械手9，将电池从主输送装置上取下，放置到下输送装置10上；这里的下料机械手根据主输送装置的不同配置可同时实现向主输送装置的左输送装置和右输送装置进行下料操作；

下输送装置10，将完成干燥的电池送至下一工序位置；

主控单元，用于控制上输送装置1、上料机械手4、主输送装置、上料及下料机械手5、下料机械手9、下输送装置10、密封门、驱动装置、加热装置、真空泵和干燥气源。

所述主控单元对干燥装置的工作过程进行全程自动控制，具体地，如图5，完成上一道工序的待干燥电池被送至上输送装置上后，当电池运行到上料机械手处时，主控单元控制上料机械手，从上输送装置上取下电池并将电池放置到左、右输送装置上；左、右输送装置将电池输送至干燥箱的位置，当电池运行 到上料及下料机械手处时，主控单元控制密封门开启，并控制上料及下料机械手将电池放到干燥箱的指定位置处，重复电池上料动作，至干燥箱装满电池，主控单元控制密封门关闭；随后，主控单元控制驱动装置，驱动装置控制各加热层的顶板向下运动，加热层压紧电池主体，同时极耳加热板向下运动，极耳加热板压紧电池极耳；主控单元控制加热装置对各加热层进行加热，经热传导传递至各电池主体和电池极耳，电池极耳辅助电池主体进行加热，当加热层被加热到预设温度时，主控单元控制加热装置将加热层温度维持在该温度；在密封门关闭后，主控单元控制真空泵启动，通过抽真空端口对箱体内部的封闭空间抽真空至预设真空度，主控单元控制真空泵停止工作；然后，主控单元启动干燥气源，通过干燥气体端口向箱体内部的封闭空间提供干燥气体，一定时间后主控单元再次启动真空泵进行抽真空，重复上述抽真空以及提供干燥气体的操作过程至规定循环次数，以完成对箱体内部的封闭空间进行换气操作；电池完成干燥后，主控单元控制密封门开启，并控制驱动装置驱动各加热层的顶板向上运动，主控单元控制上料及下料机械手将电池从干燥箱内取出放置到左、右输送装置上，当电池运行到下料机械手处时，主控单元控制下料机械手将电池放到下输送装置上，下输送装置将经干燥处理的电池送至下一个工序。

上述上料及下料机械手可实现垂直方向的上下水平运动，根据干燥箱内不同加热层层数的设置，到达不同的加热层高度，以完成将电池放置到不同高度的加热层上；同时上料及下料机械手还可以实现在水平方向上的180°旋转，以完成在同一加热层上并排放置多块电池。

采用本实施例中的锂离子电池干燥装置对电池进行干燥处理的过程为：

完成顶侧封的电池通过上输送装置传输到上料机械手处，上料机械手将电池从上输送装置上取下放到左输送装置和右输送装置上；

当左传输装置上的电池运行到干燥箱左侧的上料及下料机械手处时，左侧的上料及下料机械手将电池放到干燥箱各加热层的底板左侧，根据电池放置位置的需要，左侧的上料及下料机械手可实现电池在水平方向180°的旋转；

同样的，当右传输装置上的电池运行到干燥箱右侧的上料及下料机械手处时，右侧的上料及下料机械手将电池放到干燥箱各加热层的底板右侧，根据电池放置位置的要求，右侧的上料及下料机械手可实现电池在水平方向180°的旋转；

当各干燥箱装满电池后，干燥箱两侧的密封门关闭；

驱动装置驱动各加热层的顶板向下运动，以使各加热层的顶板和底板分别压紧电池主体的上表面和下表面，同时，顶板和底板上的极耳加热板压紧电池极耳；

加热装置对各加热层的顶板和底板以及顶板和底板上的极耳加热板进行加热，使各加热层的顶板和底板分别对电池的主体上表面和下表面通过接触热传导进行加热，干燥各加热层顶板和底板之间的电池；而各层顶板和底板上的极耳加热板分别对电池极耳进行加热，电池极耳通过热传导对极片铜箔和铝箔进行加热并干燥电池；这种极耳加热板结构特别适用于叠片电池，通过金属热传导可加快传导速率，缩短加热时间，提高干燥效率；

当各加热层的顶板和底板以及顶板和底板上的极耳加热板被加热到预设温度时，控制加热装置使各加热层的顶板和底板以及顶板和底板上的极耳加热板保持在一定预设温度上；

启动真空泵，通过抽真空端口对干燥箱抽真空，至干燥箱内达到预设真空度，此时真空泵停止工作；

真空泵停止工作后，启动干燥气源，干燥气源通过干燥气体端口向干燥箱 提供干燥气体；

再次启动真空泵进行抽真空；

重复上述抽真空、提供干燥气体操作至所设定的循环次数，以完成对干燥箱内部的换气操作；

当干燥箱内的各加热层顶板和底板之间的电池干燥完成之后，驱动装置驱动各加热层的顶板向上运动；

干燥箱两侧的密封门打开；

左侧的上料及下料机械手将电池从干燥箱各加热层的底板左侧处取下电池，并放置到左输送装置上；

右侧的上料及下料机械手将电池从干燥箱各加热层的底板右侧处取下电池，并放置到右输送装置上；

当电池传输到下料机械手处，下料机械手将电池从左输送装置和右输送装置上取下，放置到下输送装置上；

下输送装置将电池输送到下一工序位置，从而完成电池的干燥处理。

该锂离子电池干燥箱和干燥装置可用于对叠片焊接的裸电池或卷绕裸电池的干燥操作。

干燥箱前后两侧也可以只设置一条主输送装置，干燥装置中可设置一个或多个干燥箱，相应地每个干燥箱相应位置处均设置有一个上料及下料机械手。

与现有锂离子电池干燥装置相比，本发明所具有的有益效果：

1)本发明干燥箱的加热层通过各层的顶板和底板分别与电池主体的上表面和下表面直接接触，采用顶板和底板与电池之间的热传导对电池直接加热，从而可有效缩短对电池的加热时间和干燥时间，并且对电池各部位的加热更加均匀，提高了电池的干燥质量；

2)通过在各层的顶板和底板上设置极耳加热板，通过极耳加热板直接压紧电池极耳并对电池极耳进行传导加热，热量直接通过电池极耳传导至电池极片的铜箔和铝箔基材，提高了电池的干燥效率和干燥质量；

3)干燥气源通过温控器向干燥箱内提供恒温干燥气体，避免换气过程中对干燥箱内温度造成的影响，提高了电池的干燥质量；

4)本发明干燥装置采用自动化控制，实现了电池的自动上料、下料及转移等，并通过设置多个干燥箱同时进行干燥操作，大大提高了电池的干燥效率。

本发明的说明书和附图被认为是说明性的而非限制性的，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中一些技术特征做出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。