一种锂电池电芯快速加热干燥和真空冷却方法及装置与流程

本发明涉及锂电池电芯真空干燥的，具体涉及一种锂电池电芯快速真空干燥工艺过程的干燥和冷却的方法和装置。

背景技术：

1、锂电池电芯制程中，在加注电解液前须对组装好未封口的锂电池电芯进行一次电芯干燥的处理工艺，尽可能地去除极片和隔膜上的残余微水分，以确保电芯注液后内部的残余水分在一个较低的水平上，提高电池的使用安全性。目前，常见的厂家多是采用低真空（不超过10帕的真空度）长时间烘烤除水的工艺。

2、现有技术中，公开号为cn 207815945 u 公开了一种用于软包锂电池干燥的专用夹具，其结构为卧式真空干燥装置，使用卧式的多个加热板的加压烘干结构，这种结构的干燥装置需要手动放置一个或多个锂电池电芯在相邻的两个加热板之间，再通过螺杆推动加热板夹紧对锂电池电芯加热干燥，这种结构需要机械手来完成送料和卸料，而机械手每次送料和卸料数量有限，导致烘干效率低下，且送料卸料与热压烘干是独立工序，热压和输送料融合度有待提高。

3、真空干燥处理后的电芯还处于一个高温状态下，通常的工艺方式是让电芯停留在真空腔体内自然冷却到一个接近环境温度的安全温度再破真空让电芯接触到大气，避免电芯的回潮。这种冷却工艺的缺陷:在真空环境下，基本上没有了对流传热，电芯热量难以传导出去，本体的降温速率极低，导致冷却环节工艺时间较长，影响了整体的工艺效率。现有技术中，公告号为cn 214406689 u，公开了一种锂电池真空干燥后冷却装置，该装置采用的是冷风机通过风管吹风的方式对锂电池电芯冷却，这种方式的冷风是外来风，冷却环境也非真空环境，对经过干燥后的锂电池电芯容易出现返潮的现象。

4、如何有效地融合真空干燥和真空冷却为一体，有效利用真空环境，提高提高干燥和冷却过程的导热效率，加快干燥过程和冷却过程的速度，减少时间，提高效率，是本发明人的发明目的。

技术实现思路

1、针对上述存在的问题和不足，本发明提供一种锂电池电芯快速加热干燥和真空冷却方法及装置,融合了真空干燥和真空冷却的工艺需要，加热及冷却都快速，采用加热和冷却装置固定，物料自动流转通过的方式，提高干燥效率和冷却效率的同时，获得更高的工艺一致性。

2、为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

3、本发明一种锂电池电芯快速加热干燥和真空冷却方法，包括如下步骤：

4、（1）、由真空干燥箱体和真空冷却箱体组成两种工艺方式的功能腔室，两种功能腔室之间用真空阀门进行真空联接，实现两种真空腔室之间的真空隔断和物料的传送，阀门具有两个作用：真空隔断和传送通道。干燥工艺腔室和真空冷却腔室都有各自的抽气阀门、抽气管道和真空泵组成的真空获得系统实现工艺所需要的真空环境；

5、（2）、在真空干燥腔室中，多层的加热板组成一个堆栈式料架系统，通过升降机构调节相应的位置，让多个载有电芯物料的工艺冶具被输送进入到相邻发热板间的空间，实现堆栈式的贮料，有效提升了空间利用率，大幅提高加工贮料能力；同时，物料堆栈到位后，通过加压机构减少发热板的层间距，让物料与上下两个加热面都接触给热，加大导热面积、提高加热速度，从而达到提升干燥效率的工艺效能；

6、（3）、完成真空干燥的电芯，通过水平传送机构的传送动作，通过真空干燥和冷却腔室之间真空阀门的通道，被传送至真空冷却腔室进行冷却工艺处理；

7、（4）、在真空冷却腔室中，多层的冷却换热板组成一个堆栈式的料架系统，通过升降机构调节相应的位置，让多个载有电芯物料的工艺冶具被输送进入到相邻冷却板间的空间，实现堆栈式的贮料，有效提升了空间利用率，大幅提高加工贮料能力。同时，物料堆栈到位后，通过加压机构减少冷却板的层间距，让物料与上下两个冷却板的换热面都接触电芯或电芯物料，加大换热面积、提高换热速度，从而达到提升冷却速度的工艺效能。

8、进一步地，步骤（2）的升降机构为垂直方向上往复运动，步骤（2）的升降机构和加压机构均采用同一套升降机构，实现堆栈架料多层存料位置的调整，升降机构的动力包括气缸、油缸、电缸和蜗轮蜗杆升降机。

9、进一步地，步骤（4）的升降机构为垂直方向上往复运动，步骤（4）的升降机构和加压机构均采用同一套升降机构，实现堆栈架料多层存料位置的调整，升降机构的动力包括气缸、油缸、电缸和蜗轮蜗杆升降机。

10、所述步骤（2）和步骤（4）的加压机构包括从上往下方向施加压力的下压机构或从下向上施加压力的上顶机构，减少料架层板（加热板或冷却板）层间距，实现电芯物料与上下两个加热板都接触上，增加导热面积，施力的方向可以是与升降机构一致，亦可以是相反方向。

11、采用上述的一种锂电池电芯快速加热干燥和真空冷却方法的装置，包括控制器、双腔体机架、设置在双腔体机架上部的真空干燥箱体、设置在真空干燥箱体内的多层加热板堆栈料架系统、真空冷却箱体和设置在真空冷却箱体内的多层冷却换热板堆栈料架系统、设置在腔体外部的真空获得系统及抽气管道、外部的冷媒发生装置及冷媒管道，上述装置中真空干燥箱体左侧设有锂电池电芯入料通道，入料口设有第二真空阀门，第二真空阀门开启，电芯物料可通过通道传送进入，第二真空阀门关闭时，腔体与外部大气环境进行隔离，真空获得系统开启进行抽气，实现电芯物料在真空环境下进行加热并干燥处理。真空冷却箱体右侧设有锂电池电芯传送口，传送口设有第三真空阀门，第三真空阀门关闭时，真空与大气进行隔离，破真空开启时，电芯物料可通过通道传送至外面。真空干燥箱体和真空冷却箱体之间设有第一真空阀门，真空干燥及冷却之间的工艺作业（真空切断及传送通道），通过第一真空阀门控制真空隔断及传送通过。第一真空阀门、第二真空阀门及第三真空阀门均由控制器控制开启及关闭，匹配相应的工艺动作需要。

12、所述堆栈加热层板料架机构包括层板安装机架、竖立固定在层板安装机架上的四条第一导向杆、设置在四条第一导向杆上部的第一顶板、串穿在四条第一导向杆下部的第一托板以及串穿在四条第一导向杆中间的若干层加热板，所述加热板的相邻板之间留有容置锂电池电芯的空隙，加热板相邻层间设有层间距限位机构，实现贮料传送及压紧传热两种工作状态的切换需要；所述堆栈冷却换热层板料架机构包括层板安装机架、竖立固定在层板安装机架上的四条第二导向杆、设置在四条第二导向杆上部的第二顶板、串穿在四条第二导向杆下部的第二托板以及串穿在四条第二导向杆中间的若干层冷却板，所述冷却板的相邻层之间留有容置锂电池电芯的空隙，冷却板相邻层间设有层间距限位机构，实现贮料传送及压紧传热两种工作状态的切换需要；

13、设有水平传送机构，水平传送机构包括电机、齿轮减速机、变频器、磁流体真空密封件，齿轮减速机包括调速系统、磁流体密封及传动机构，真空干燥箱体通过水平传送机构经由真空阀门的水平传送通道，把真空干燥腔室内的锂电池电芯传送给真空冷却箱体；

14、设有升降机构，所述升降机构用于调整多层堆栈料架系统的进料位置，包括电缸、气缸、油缸或蜗轮蜗杆升降机，活塞杆或连接杆与料架的底部或顶部的连接，通过连接杆的伸出或回缩带动料架的升降实现进出料位置的调整；设有堆栈料架的层间距调整压紧机构，所述层间距调整压紧机构，用于完成进料及堆栈贮料后，通过压缩减少层间距，让电芯两个面分别与上下加热板或冷却换热板的一个面接触进行传热，元件可以是气缸、油缸、电缸或蜗轮蜗杆升降机，机构的伸出端通过与提升动作的施力方向相同或相反的方向施加力，做减少层间距的动作，达到压紧电芯传热的效果。

15、进一步地，所述堆栈加热层板料架机构以及堆栈冷却换热层板料架机构均设有缓冲弹簧、限位装置或压力传感器，限位装置机械地限制压紧行程，压力传感器可把压力大小反馈给控制器，控制器再控制压紧施力元件动作实现动态压紧的方式。

16、进一步地，所述水平传送机构包括设置在真空干燥箱体内的第一水平传送机构和设置在真空冷却箱体内的第二水平传送机构，所述第一水平传送机构包括第一机架、第一驱动电机、齿轮减速机、变频器、磁流体真空密封件，齿轮减速机包括设置在第一驱动电机输出轴上的第一驱动齿轮、设置在第一机架前端的第一主动滚轴、设置在第一机架后端的第一被动滚轴、分别安装在第一主动滚轴两端的第一主输送轮、分别安装在第一被动滚轴两端的第一被动输送轮，第一驱动齿轮通过链条带动第一主输送轮转动，同侧的第一主输送轮和第一被动输送轮通过耐高温同步带传动，且两侧耐高温同步带的距离大于第一托板和加热板的宽度，两侧耐高温同步带的距离小于锂电池电芯托板的宽度；第一主动滚轴和第一被动滚轴的距离大于第一托板和加热板的长度；

17、所述第二水平传送机构均包括第二机架、第二驱动电机、设置在第二驱动电机输出轴上的第二驱动齿轮、设置在第二机架前端的第二主动滚轴、设置在第二机架后端的第二被动滚轴、分别安装在第二主动滚轴两端的第二主输送轮、分别安装在第二被动滚轴两端的第二被动输送轮，第二驱动齿轮通过链条或同步带带动第二主输送轮转动，同侧的第二主输送轮和第二被动输送轮通过同步带传动，且两侧同步带的距离大于第二托板和冷却板的宽度，两侧同步带的距离小于锂电池电芯托板的宽度，第二主动滚轴和第二被动滚轴的距离大于第二托板和冷却板的长度。

18、进一步地，所述冷却板包括冷媒流道换热板，冷却板通过冷媒输入管和冷媒输出管分别与冷媒发生装置连通。

19、进一步地，真空泵抽箱里设有两套真空泵系统，两套真空泵系统分别连接真空干燥箱体和真空冷却箱体。两套真空获得系统，包括抽气阀门、抽气管道和真空泵组，分别独立用于真空干燥及真空冷却腔室的真空抽气。

20、也可以是，使用一套真空获得系统，真空泵的输出端通过阀门与管道连接多个腔体，通过控制器对阀门控制抽气动作，最大限度去利用真空泵的抽气能力，动作节拍可匹配用于不同真空度的腔室抽气。

21、本发明的有益效果在于：

22、1、设置由真空干燥箱体和真空冷却箱体两种工艺腔室组成工艺装置，真空干燥工艺腔体和真空冷却箱体之间设有第一真空阀门，具有真空隔断及传送通道的功能，第一真空阀门由控制器控制开启关闭，把烘干工序和冷却工序有机结合在一起，结构紧凑，既方便了锂电池电芯从真空干燥（电芯加热）到真空冷却（电芯冷却）的传输，也有效利用了真空干燥箱体和真空冷却箱体两个腔体的真空环境。

23、2、通过减少层间距的加压机构对层叠加热层板施加一定的压力，压力的施加令锂电池电芯（软包电芯）内部极片叠层的间隙减小，提高了叠层间的导热性能，使锂电池电芯内部的极片组件升温速度提高；非软包电芯的其它电芯亦可通过两个接触面的接触传热，提升传热效果从而缩短到达工艺温度的时间，加热效果得到强化，利于干燥工艺的一致性。

24、3、在真空环境下，对软包电芯的冷却降温，可通过低温的换热板与电芯压紧接触传热，提高叠层之间的导热性能，让电芯能够在真空环境下实现快速降温，然后破真空完成真空干燥处理工艺；对非软包电芯而言，压紧动作使用电芯与上下两块换热板都有接触，可实现更大的换热面积带走热量，从而达到快速降温的工艺目的。

25、4、本发明的真空加热干燥与真空快速冷却功能进行有效融合匹配，实现生产线的连续加工能力，同时加热和冷却工艺稳定，有效保证了破真空后，杜绝了电芯回潮的工艺缺陷。

26、5、本发明包括了水平传送及升降贮料的堆栈式装料模式，实现最大化的空间利用率及装料量，有利于大产能设备的设计及使用。