一种极片涂层干燥装置及干燥方法

本发明涉及锂离子电池生产与制造领域，具体涉及一种极片涂层干燥装置及干燥方法。

背景技术：

极片的生产是锂离子电池形成的基础，灰尘颗粒和水分的控制是生产过程中最关键的把控点，其中灰尘颗粒主要通过生产线中的环境控制解决，其中配套有除尘装置；而水分主要通过干燥线来控制，为了配合高的生产速率，冗长的干燥线长度可达15米左右，且设备体积较大极占空间，无论是能量损耗，还是空间占用都是极大的成本支出。

cn201611228865.9公开了一种电极的干燥方法，提及了激光干燥极片的方案，但其中仅将激光干燥作为极片干燥流程中的一环，不承担主要功能，简而言之，该方法无法直接通过激光完全实现极片干燥。

另外，现有激光器输出的光斑多为微米级大小的圆形光斑，经特殊定制的光学系统可调制为特定形状的光斑，但其光斑大小能增加的幅度较小无法形成大面积的光斑，那么要对极片形成干燥，必须使光斑循环扫描极片表面才能完成整块区域的干燥，但由于光斑本身能量分布的不均匀性和扫描位置的先后时间差，会导致干燥涂层存在不均匀性。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种极片涂层干燥装置及干燥方法，仅通过激光辐射即可实现极片干燥。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种极片涂层干燥装置，包括：

极片传输机构，用于将涂布完成的极片料卷连续通过激光干燥区；

隔离罩，用于将激光干燥区与外部环境隔离；

激光光源系统，设置在隔离罩内，用于输出激光以干燥极片料卷，其包括多个激光模组，每个激光模组包括沿极片料卷宽度方向排布的多个激光单元，使得每个激光模组产生不少于极片料卷宽度的小区域光斑，多个激光模组沿极片料卷长度方向排布，使得多个激光模组产生的小区域光斑沿极片料卷长度方向拼接成大区域光斑。

进一步地，所述装置还包括：

电源模块，用于独立控制各激光模组的输出功率；

红外测温仪，用于测量极片料卷表面的温度；

数据采集仪，用于采集红外测温仪获取的温度数据，有利于通过电源模块实时调节各激光模组的输出功率。

进一步地，所述隔离罩在极片料卷进料侧设有出风口，在极片料卷出料侧设有进风口，隔离罩内靠近进风口一侧设置有吹气装置，用于将涂层干燥过程中挥发的溶剂吹离已干燥区域，并经出风口排出。

优选的，所述极片传输机构包括：

放卷机构，用于极片料卷的放卷；

皮带轮，用于匀速传输极片料卷；

收卷机构，用于收集干燥完成的极片料卷。

优选的，所述激光模组包括；

冷却热沉板及封装腔体；

多个激光单元，排列在冷却热沉板及封装腔体一侧；

冷却水通道，设置在冷却热沉板及封装腔体另一侧；

微光学透镜，设置在冷却热沉板及封装腔体底部，位于多个激光单元的光路中，用于将发散的激光光变为平行光或发散角极小的发散光，以形成规则形状的小区域光斑。

进一步优选，所述小区域光斑长10～200mm，宽10～200mm。

进一步优选，所述各激光模组的间隔距离为0～100mm，各激光模组发光面至涂层表面的距离为50～500mm。

优选的，所述激光光源系统输出的激光波长为760nm～1100nm。

进一步优选，所述激光光源系统输出到极片料卷表面的能量密度为5～50w/cm²。

一种极片涂层干燥方法，包括：

设置一极片传输机构，将涂布完成的极片料卷连续通过激光干燥区；

设置一隔离罩，将激光干燥区与外部环境相对隔离；

在隔离罩内设置一激光光源系统，通过其输出的激光干燥极片料卷，该激光光源系统包括多个激光模组，每个激光模组包括沿极片料卷宽度方向排布的多个激光单元，使得每个激光模组产生不少于极片料卷宽度的小区域光斑，多个激光模组沿极片料卷长度方向排布，使得多个激光模组产生的小区域光斑沿极片料卷长度方向拼接成大区域光斑；

设置一电源模块，独立控制各激光模组的输出功率；

设置一红外测温系统，实时测量极片料卷的干燥温度，有利于通过电源模块，实时调节各激光模组的输出功率；

在隔离罩的极片料卷进料侧设置出风口，在隔离罩的极片料卷出料侧设置进风口，在隔离罩内靠近进风口一侧设置吹气装置，将涂层干燥过程中挥发的溶剂吹离已干燥区域，并经出风口排出。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、以激光辐照实现极片干燥，能量利用率高，相比红外灯辐照等方式更为节能，设备占地面积小，干燥效果强。

2、普通的激光输出方式，存在光束分散能量不集中、能量分布不均、覆盖面积小等问题，本申请利用透镜对输出的激光光束进行适当整形，可以减小光束的发散性并实现指向性好的大面积光斑，并将多个模组合理并联分布，实现更大面积的光斑拼接，可在整条流水线上实现均匀化干燥，使极片涂层的干燥成形效率高，质量好。

附图说明

图1是本发明干燥装置的结构示意图；

图2是本发明激光模组的结构示意图；

附图标记说明：1-放卷机构；2-皮带轮；3-出风口；4-数据采集仪；5-红外测温仪；6-电源模块；7-激光光源系统；8-进风口；9-吹气装置；10-隔离罩；11-收卷机构；

701-冷却水通道；702-激光单元；703-冷却热沉板及封装腔体；704-微光学透镜；705-矩形光斑。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例

如图1所示，一种极片涂层干燥装置，包括：放卷机构1，用于极片料卷的放卷；皮带轮2，用于匀速传输极片料卷；出风口3，用于向外排出气体保持干燥环境气压平衡；数据采集仪4，用于采集红外测温仪5获取的温度数据；红外测温仪5，用于测量极片料卷表面的温度，检测工作面的温度变化；电源模块6，用于控制激光的输出功率；激光光源系统7，用于输出指定波长的激光；进风口8，用于输入不含水分的干燥气体维持环境清洁；吹气装置9，用于使挥发的溶剂沿气流方向(极片运动的反方向)运动，避免污染激光光源发光面及极片已干燥区域；隔离罩10，用于将干燥环境与外部环境相对隔离，减少干燥热量的散失及外部环境对干燥过程的影响；收卷机构11，用于收集干燥完成的极片料卷。

使用时，涂布完成的料卷从左侧放卷机构1，经皮带轮2运输匀速通过激光干燥区，激光干燥区的激光光源系统7通过导线与外部的电源模块6连接，红外测温仪5安装在激光光源附近，通过数据传输线与外部的数据采集仪4连接，吹气装置9设置在激光光源与干燥工作面(即极片表面)之间，其位置在极片行进方向的末端，在图中，极片料卷向右传输，吹气装置布置在激光光源的右侧，吹出的气流向左，使挥发的溶剂沿气流方向离开干燥区域，减少溶剂对光源发光面及极片已干燥区域的影响，隔离罩10将干燥区与外部环境相对隔离，减少干燥热量的散失及外部环境对干燥过程的影响，隔离罩10左侧顶面的出风口3，向外排出气体保持环境气压平衡，隔离罩10右侧顶面的进风口9，输入不含水分的干燥气体以维持干燥区的清洁，收卷机构11收集干燥完成的极片料卷。

一般激光器输出的光斑多为微米级大小的圆形光斑，或经特殊定制的光学系统可调制为特定形状的光斑，但其光斑大小能增加的幅度较小无法形成大面积的光斑，那么要对极片形成干燥，必须使光斑循环扫描极片表面才能完成整块区域的干燥，但由于光斑本身能量分布的不均匀性和扫描位置的先后时间差，导致干燥涂层存在不均匀性。

为此，本申请的激光光源系统7采用多个激光模组组成，用于输出大面积激光光斑以干燥极片，每个激光模组可独立控制，单独作用，各个激光模组输出功率可以相同，亦可以不同，则可程序化实现多段干燥功能。单个激光模组，如图2所示，主要由冷却水通道701、多个激光单元702、冷却热沉板及封装腔体703以及微光学透镜704组成。激光单元702可为激光巴条或二极管发光芯片，微光学透镜704可单独设置，也可设置成一个整体，可以直接设置在光源下方的光通道中，不一定和光源一体式封装。如此，发散的激光光源经过微光学透镜704后变为平行光或发散角极小的发散光，由此可调谐形成长10～200mm，宽10～200mm的规则矩形光斑705。

需要说明的是，激光光斑不一定为规则矩形，可以是其他形状，但目的均是为了增加单位时间内激光干燥覆盖的面积。同时，微光学透镜704的结构式样和设置方式均不作限制，只要能够改善光源发散性均可。

当单个激光模组工作时，可输出如图2中所示的毫米级小型矩形光斑705，在所形成的矩形光斑范围内可同时对极片进行干燥，在整个宽度方向一次完成干燥，不需要光斑在幅面内进行扫描动作。此时虽然已具备基本干燥功能，但干燥效率低，在此方案下激光的辐照能在宽度方向覆盖整个料卷，但长度方向光斑仍显得较小，而受产品制造技术和冷却量匹配限制，单个激光模组可实现的光斑大小有限，当料卷运行较快时，干燥效果不佳，仅适合于低速干燥生产线。要满足高效率自动化产线的需求，还需要利用激光独特的相干性，在干燥线中使多个激光模组并联并沿极片料卷长度方向排布，通过合理地布局各个激光模组的安装位置，可以实现小区域光斑向大区域光斑的转变，并且提升光斑不同区域能量分布的均匀性，整体产线受激光辐照的状态一致，更加有利于对极片涂层实现均匀化干燥成形。

电源模块6可理解为激光的控制器，可调节激光输出功率大小，由于集流体表面的活性材料涂层包含溶质和溶剂，两者对激光均有不同程度的吸收，最终表现出激光加热涂层干燥的现象，辐照激光的能量越大工作表面材料吸收转化产生的温度也越高，因此通过调节激光输出功率大小即可间接调整极片表面的干燥温度。

红外测温仪5与数据采集仪4的组合可使测温仪每间隔数秒或连续测量采集激光辐照干燥位置的温度，从数据采集仪4可直观观察到干燥过程的稳定性，如干燥温度未达标则通过电源模块6及时作出相应调整，保证产线的正常流转。

激光波长不限定于某个波段，只要具备一定能量密度的激光均可以使极片涂层产生温度效应，均能对极片形成干燥，所选择激光波段及输出的激光能量以不损伤涂层中的活性粒子为宜，一般活性涂层对短波长的激光吸收性更好，但综合经济成本优选为红外波段760nm～1100nm。

激光能量或能量密度以不损伤活性涂层中的活性粒子为宜，同时不应产生过高的温度导致涂层中添加剂、粘接剂挥发，优选的，当采用红外激光时，在工作面的能量密度可选择为5～50w/cm²，更优选的为20w/cm²；当采用绿光激光及更小波长的激光时，由于材料的吸收率增加，能量密度可相应减少。

工作距离及激光模组间隔的距离，由模组的性能决定，不同类型的模组(指所输出光的波长、功率及能实现光斑的大小不同)控制的参数不同，但其最终目的均是为使多个模组输出的光斑产生有效拼接，一方面使光斑扩大，一方面光束相干产生能量分布更为均匀的光斑，以此使极片涂层均匀地干燥成形。优选的，可以选择工作距离，即激光模组发光面至涂层表面的距离为100～500mm；激光模组间隔的距离为0～100mm。

锂电池极片同时包含正、负极极片，本发明的装置对正负极片干燥均可用，同时，不限定干燥涂层的类型，不同配方的涂层仅需要作干燥工艺的改变即可。

综上，本发明采用激光干燥的方式将生产线的空间占用面积明显缩小，指向性好的激光束大大减少了能量的浪费，同时在生产效率上可替代热风干燥箱方式。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。