动力锂电池生产二级高真空烘烤控制系统论文和设计-孟贤平

全文摘要

本实用新型公开了一种动力锂电池生产二级高真空烘烤控制系统，包括二级真空泵装置、至少两个真空烤箱、超声波热风干燥装置和PLC控制器，真空烤箱的出气口处均设有真空阀门，超声波热风干燥装置设于真空烤箱的底部，所述空烤箱的顶部均设有计时器和压力传感器，计时器和压力传感器的信号输出端均与PLC控制器的信号输入端相连，PLC控制器的信号输出端与真空阀门相连。本实用新型采用真空烤箱配合二级真空泵机进行二次抽真空，可使烤箱真空度在短时间内40‑60分钟达到100Pa左右，极限可达10Pa，不要多次换气，在原来烘干物质、温度不变的情况下，仅用10余小时，就能够包极板的水分抽干到150‑250PPM，特别适合中唐空铁用大容量、水系电池的生产。

主设计要求

1.动力锂电池生产二级高真空烘烤控制系统，其特征在于：包括二级真空泵装置（1）、至少两个真空烤箱（2）、超声波热风干燥装置（3）和PLC控制器（4），所述二级真空泵装置（1）与所述真空烤箱（2）之间通过真空管（5）的分管连接，所述真空烤箱（2）的出气口处均设有真空阀门（6），所述超声波热风干燥装置（3）设于所述真空烤箱（2）的底部，所述真空烤箱（2）的顶部均设有计时器（7）和压力传感器（8），所述计时器（7）和压力传感器（8）的信号输出端均与所述PLC控制器的信号输入端相连，所述PLC控制器的信号输出端与所述真空阀门（6）相连。

设计方案

2.根据权利要求1所述的动力锂电池生产二级高真空烘烤控制系统，其特征在于：所述二级真空泵装置（1）包括真空泵（101）和分子泵（102），所分子泵（102）的进气口通过所述真空管（5）的分管与所述真空烤箱（2）连通，所述分子泵（102）的出气口与所述真空泵（101）的进气口通过软管（103）连接，所述软管（103）与真空泵（101）和分子泵（102）之间均设有真空挡板阀（104），所述真空泵（101）上设有排气阀（105）。

3.根据权利要求1所述的动力锂电池生产二级高真空烘烤控制系统，其特征在于：所述真空烤箱（2）包括烤箱本体（201）、设于所述真空烤箱（2）内部的两组互相平行且对称分布的转轴（202）、内壁加热装置（203）和锂电池极片加热装置（204），所述转轴（202）均与设于烤箱本体（201）外壁的驱动电机（206）连接，所述PLC控制器的信号输出端与所述驱动电机（206）相连，锂电池极片（205）通过绝缘胶带首尾端粘连地缠绕固定于所述转轴（202）上，所述锂电池极片加热装置（204）设于所述两组转轴（202）围成的容纳空间内，所述转轴（202）的外围包裹有耐高温绝缘层。

4.根据权利要求3所述的动力锂电池生产二级高真空烘烤控制系统，其特征在于：所述内壁加热装置（203）为设于所述烤箱本体（201）的壳体内壁上的电阻丝。

5.根据权利要求3所述的动力锂电池生产二级高真空烘烤控制系统，其特征在于：所述锂电池极片加热装置（204）为长度与所述转轴（202）配合的弹簧状的电阻丝。

6.根据权利要求3所述的动力锂电池生产二级高真空烘烤控制系统，其特征在于：所述真空烤箱（2）内部设有多个超温保护仪（207），所述超温保护仪（207）与所述PLC控制器信号连接。

7.根据权利要求1所述的动力锂电池生产二级高真空烘烤控制系统，其特征在于：所述超声波热风干燥装置（3）包括超声波换能器（301）、超声波发生器（302）和振动盘（303），所述振动盘（303）设于真空烤箱（2）内部，所述超声波发生器（302）设于所述真空烤箱（2）外部，所述超声波换能器（301）的一端连接所述振动盘（303），另一端连接所述超声波发生器（302）。

8.根据权利要求1-7任一项所述的动力锂电池生产二级高真空烘烤控制系统，其特征在于：所述真空烤箱（2）的底部设置有减震脚（208），所述真空烤箱（2）的一侧设有漏电保护器（209）。

9.根据权利要求1-7任一项所述的动力锂电池生产二级高真空烘烤控制系统，其特征在于：所述的真空烤箱（2）的出气口处还设置有高压单向阀（9）。

10.根据权利要求1-7任一项所述的动力锂电池生产二级高真空烘烤控制系统，其特征在于：所述真空烤箱（2）的外部设有氮气瓶（10），所述氮气瓶（10）通过输氮管道与所述真空烤箱（2）的内部连通，所述输氮管道上设有调节阀门，所述PLC控制器的信号输出端与所述调节阀门相连。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及电池烘烤抽真空技术领域，特别涉及一种动力锂电池生产二级高真空烘烤控制系统。

背景技术

在新能源动力锂电池生产中，对电池极片的烘烤除水是一门关键技术和工艺，它涉及到电池的基本性能，更关系到电池的寿命，锂离子电池中的水分不但可以导致电解液中锂盐的分解，而且影响了固体电解质界面膜即SEI膜的形成和稳定性，导致电池容量衰减，内阻增大，甚至导致电池膨胀。锂电池在合浆、涂布、卷绕以及组装等工艺步骤不可避免的要与空气接触，导致水分超出工艺要求，为了降低电芯中的水含量，在注液前需对电芯进行烘烤。

目前，行业内主要采用热风干燥的方法对锂离子电池进行脱水，这种烘烤方式干燥效率较低，能耗较大，且干燥温度高。

现有电池极片，电芯烘烤方式还有些是采用定期换气，真空烘烤。该工艺方式要求员工必须自觉按工艺要求定期换气，该工艺方式的弊端严重依赖员工的责任心，常出现员工不负责未按工艺要求操作管理未监控到位，烘烤后电池极片电芯水分超标现象；传统的真空箱真空度只能达到1000Pa左右，通过近100小时烘烤和多次换气，极板的水分很难降低到500PPM以内，后期会造成电池胀肚，使用寿命短1C充放电循环仅800次左右，很难达到2000次，这些非常不利于类似中唐空铁用大容量水系电池的生产。

现有的电池真空烘箱真空度不高，性能就不会趋于稳定，烘烤时间长，除水效果不是很好，同时不能实现多个烤箱一起加工，提高了生产的成本和时间，同时没有配置专门的真空装置，烘烤的效率不是很好。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种动力锂电池生产二级高真空烘烤控制系统，采用高真空烤箱配合二级真空泵机对锂电池极片进行二次抽真空，可使烤箱真空度在短时间内达到100Pa左右，不要多次换气，就能够降极板的水分抽干到150-250PPM，大大提高了极片的烘烤效果。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

动力锂电池生产二级高真空烘烤控制系统，包括二级真空泵装置、至少两个真空烤箱、超声波热风干燥装置和PLC控制器，所述二级真空泵装置与所述真空烤箱之间通过真空管的分管连接，所述真空烤箱的出气口处均设有真空阀门，所述超声波热风干燥装置设于所述真空烤箱的底部，所述空烤箱的顶部均设有计时器和压力传感器，所述计时器和压力传感器的信号输出端均与所述PLC控制器的信号输入端相连，所述PLC控制器的信号输出端与所述真空阀门相连。

进一步地，所述二级真空泵装置包括真空泵和分子泵，所分子泵的进气口通过所述真空管的分管与所述真空烤箱连通，所述分子泵的出气口与所述真空泵的进气口通过软管连接，所述软管与真空泵和分子泵之间均设有真空挡板阀，所述真空泵上设有排气阀。

进一步地，所述真空烤箱包括烤箱本体、设于所述真空烤箱内部的两组互相平行且对称分布的转轴、内壁加热装置和锂电池极片加热装置，所述转轴均与设于烤箱本体外壁的驱动电机连接，所述PLC控制器的信号输出端与所述驱动电机相连，锂电池极片通过绝缘胶带首尾端粘连地缠绕固定于所述转轴上，所述锂电池极片加热装置设于所述两组转轴围成的容纳空间内，所述转轴的外围包裹有耐高温绝缘层。

进一步地，所述内壁加热装置为设于所述烤箱本体的壳体内壁上的电阻丝。

进一步地，所述锂电池极片加热装置为长度与所述转轴配合的弹簧状的电阻丝。

进一步地，所述真空烤箱内部设有多个超温保护仪，所述超温保护仪与所述PLC控制器信号连接。

进一步地，所述超声波热风干燥装置包括超声波换能器、超声波发生器和振动盘，所述振动盘设于真空烤箱内部，所述超声波发生器设于所述真空烤箱外部，所述超声波换能器的一端连接所述振动盘，另一端连接所述超声波发生器。

进一步地，所述真空烤箱的底部设置有减震脚，所述真空烤箱的一侧设有漏电保护器。

进一步地，所述的真空烤箱的出气口处还设置有高压单向阀。

进一步地，所述真空烤箱的外部设有氮气瓶，所述氮气瓶通过输氮管道与所述真空烤箱的内部连通，所述输氮管道上设有调节阀门，所述PLC控制器的信号输出端与所述调节阀门相连。

本实用新型的有益效果是：

1）本实用新型采用真空烤箱配合二级真空泵机进行二次抽真空，可使烤箱真空度在短时间内40-60分钟达到100Pa左右，极限可达10Pa实现高真空状态，高真空烘烤能实现极低水份空间，同时高真空状态下真空烤箱烘烤能赶出极片材料中的微量水份，解决了箱体中水分的烘烤问题；不要多次换气，在原来烘干物质、温度不变的情况下，在原来烘干物质、温度等不变的情况下，仅用10余小时，就能够包极板的水分抽干到150-250PPM，极板外表面、中间和更深层次的水分都能全部抽出，通过二级抽真空，在高负压的作用下，又能够使极片深层的杂质分子快速析出，特别适合中唐空铁用大容量、水系电池的生产。

2）通过设置PLC控制单器，保证真空泵和分子泵同时或不同时抽真空时只对单台或多台真空烤箱进行抽真空，可以实现多个真空烤箱一起加工，提高工作效率和烘烤效果；PLC控制器和计时器的设置可以实现对因等待抽真空延误烘烤时间最长的真空烤箱进行优先抽真空，保证烘烤时间最短，提高烘烤效率。

3）真空烤箱内设有极片转轴，极片转轴带动锂电池极片边转边烘烤，可使极片烘烤均匀，在真空烤箱内臂和极片中间部位均设有加热装置，可实现对锂电池极片的两面同时进行均匀的烘烤，加快干燥速度，氮气瓶用于对真空烤箱内部充入氮气，使真空烤箱内部的氧气含量维持在适宜的状态，超温保护仪可通过PLC控制器对烘箱的温度进行严格的控制，配合内壁加热装置和锂电池极片加热装置的使用，可以达到二级干燥的目的。

4）在抽真空过程可降低真空烤箱内压力，降低水的沸点，促进电池物料内水分汽化，提高干燥速率，在抽真空的同时不断采用超声波加热电池极片物料，物料内的水分通过浓度差扩散到表面，在对流的作用下克服分子间吸引力从而加快水分被真空泵抽走，实现热了风干燥过程中对锂电池极片传热传质过程的强化，缩短了干燥时间，提高了干燥效率，降低干燥温度。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的结构示意图；

图2为本实用新型的真空烤箱的结构示意图；

图3为本实用新型实施例2的结构示意图；

图中，1-二级真空泵装置，101-真空泵，102-分子泵，103-软管，104-真空挡板阀，105-排气阀，2-真空烤箱，201-烤箱本体，202-转轴，203-内壁加热装置，204-锂电池极片加热装置，205-锂电池极片，206-驱动电机，207-超温保护仪，208-减震脚，209-漏电保护器，210-，3-超声波热风干燥装置，301-超声波换能器，302-超声波发生器，303-振动盘， 4-PLC控制器，5-真空管，6-真空阀门，7-计时器，8-压力传感器，9-高压单向阀，10-氮气瓶。

具体实施方式

下面将结合实施例，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参阅图1-3，本实用新型提供一种技术方案：

实施例1

如图1所示，动力锂电池生产二级高真空烘烤控制系统，包括二级真空泵装置1、至少两个真空烤箱2、超声波热风干燥装置3和PLC控制器4，所述二级真空泵装置1与所述真空烤箱2之间通过真空管5的分管连接，所述真空烤箱2的出气口处均设有真空阀门6，真空管5为不锈钢管，所述超声波热风干燥装置3设于所述真空烤箱2的底部，所述空烤箱2的顶部均设有计时器7和压力传感器8，所述计时器7和压力传感器8的信号输出端均与所述PLC控制器的信号输入端相连，所述PLC控制器的信号输出端与所述真空阀门6相连。

所述二级真空泵装置1包括真空泵101和分子泵102，所分子泵102的进气口通过所述真空管5的分管与所述真空烤箱2连通，所述分子泵102的出气口与所述真空泵101的进气口通过软管103连接，所述软管103与真空泵101和分子泵102之间均设有真空挡板阀104，所述真空泵101上设有排气阀105，抽出气体通过排气阀105排到大气中。所述PLC控制器的信号输出端与所述真空挡板阀104相连，所述PLC控制器控制真空烤箱中的温度加热温度，在真空泵101对真空烤箱2抽至真空后，还可以进一步启动分子泵102将真空烤箱2循环抽真空至高真空状态，抽真空可以进行二级抽真空的模式，即首先利用真空泵101抽真空，再利用分子泵102抽真空，当然通过PLC控制器控制真空挡板阀104的启动或关闭，还可以实现真空泵101和分子泵102同时对真空烤箱2循环抽真空，本实用新型中可采用进口二级真空泵机，可使烤箱真空度在短时间内40-60分钟达到100Pa左右，极限可达10Pa实现高真空状态，不要多次换气，在原来烘干物质、温度不变的情况下，在原来烘干物质、温度等不变的情况下，仅用10余小时，就能够包极板的水分抽干到150-250PPM，极板外表面、中间和更深层次的水分都能全部抽出，通过二级抽真空，在高负压的作用下，又能够使极片深层的杂质分子快速析出，特别适合中唐空铁用大容量、水系电池的生产。

如图2所示，所述真空烤箱2包括烤箱本体201、设于所述真空烤箱2内部的两组互相平行且对称分布的转轴202、内壁加热装置203和锂电池极片加热装置204，所述转轴202均与设于烤箱本体201外壁的驱动电机206连接，所述PLC控制器4的信号输出端与所述驱动电机206相连，锂电池极片205通过绝缘胶带首尾端粘连地缠绕固定于所述转轴202上，所述锂电池极片加热装置204设于所述两组转轴202围成的容纳空间内，所述转轴202的外围包裹有耐高温绝缘层。

优选地，所述内壁加热装置203为设于所述烤箱本体201的壳体内壁上的电阻丝。

优选地，所述锂电池极片加热装置204为长度与所述转轴202配合的弹簧状的电阻丝。所述电阻丝均采用常用的加热元件。

优选地，所述真空烤箱2内部设有多个超温保护仪207，所述超温保护仪207与所述PLC控制器4信号连接，可对真空烤箱2的温度进行严格的控制，确保真空烤箱2整体的安全性。

真空烤箱2用于对锂电池极片205进行烘烤，使锂电池极片205达到适宜制作电芯的状态；加热装置为真空烤箱2的主要烘烤部件，采用内壁加热装置203和锂电池极片加热装置204用于对锂电池极片205进行烘烤；转轴202用于带动锂电池极片205边转边烘烤，使极片烘烤均匀；驱动电机206通过PLC控制器4来控制其开启或关闭，用于给转轴202提供动力来源，内壁加热装置203和锂电池极片加热装置204同时对锂电池极片205进行烘烤可使极片两面烘烤均匀，同时加上烘烤过程中在高真空状态下完成，能实现极低D的水份空间，同时烘烤赶出了极片材料中的微量水份，解决了箱体中水分的烘烤问题。

转轴202的长度小于真空烤箱2宽度，既能保证转轴202足以安装锂电池极片205，又能避免转轴202与真空烤箱2相互干涉，转轴202外围包裹有耐高温绝缘胶垫，用于极片防滑，使锂电池极片205随转轴202有效的转动。

所述真空烤箱2的外部设有氮气瓶10，所述氮气瓶10通过输氮管道与所述真空烤箱2的内部连通，所述输氮管道上设有调节阀门，所述PLC控制器的信号输出端与所述调节阀门相连，对真空烤箱2内部充入氮气，使真空烤箱2内部的氧含量维持在适宜的状态。

PLC控制器可4根据烘烤的需求控制加热置、二级真空泵装置1、氮气瓶10充氮、驱动电机206的开启或关闭，对锂电池极片205进行均匀的烘烤，直至烘烤完成。

所述真空烤箱2的底部设置有减震脚208，保持真空烤箱2的稳定，所述真空烤箱2的一侧设有漏电保护器209，保证烤箱的安全性。

所述的真空烤箱2的出气口处还设置有高压单向阀9，高压单向阀9可防止气流反向流动,防止压缩空气逆向流动。

所述超声波热风干燥装置3包括超声波换能器301、超声波发生器302和振动盘303，所述振动盘303设于真空烤箱2内部，所述超声波发生器302设于所述真空烤箱2外部，所述超声波换能器301的一端连接所述振动盘303，另一端连接所述超声波发生器302。

超声波是频率大于20kHz的声波，是在媒质中传播的一种机械振动，超声波具有传播方向性强，介质质点振动加速度大等特点。超将超声波直接有效耦合于动力锂离子电池的热风干燥过程中，利用超声的高频率强波动效应、空化效应及热学效应等特点，可实现热风干燥过中对锂离子电池传热传质过程的强化，并达到缩短干燥时间，降低干燥温度的目的。

开启内壁加热装置203和锂电池极片加热装置204，充入氮气，开启排气阀105以及真空挡板阀104，打开超声波发生器302，以5kW的功率以及30kHz的频率作用于锂电电池，反复操作几次即可实现真空烤箱2的真空度在短时间内，一般情况40-60分钟就能达到100Pa左右，极限还可达10Pa的高真空状态，能实现极低的水份空间，高真空状态下真空烤箱烘烤赶出了极片材料中的微量水份，解决了箱体中水分的烘烤问题；不要多次换气，在原来烘干物质、温度不变的情况下，在原来烘干物质、温度等不变的情况下，仅用10余小时，就能够把极板的水分抽干到150-250PPM，锂电池极片205的极板外表面、中间和更深层次的水分都能全部抽出，特别适合中唐空铁用大容量、水系电池的生产。

一般情况下，采用超声波强化热风干燥重复10个循环后，新能源动力锂离子电池中的电芯平均水含量为200 PPM，用时8小时，在相同真空度的条件下，不采用超声波干燥，电芯水含量达到200 PPM，干燥需用时12小时，超声波强化热风干燥可明显缩短干燥时间，加上配合内壁加热装置203和锂电池极片加热装置204的使用，可以达到二级干燥的目的。

实施例2

如图3所示，实施例2与实施例1的不同支持在于，真空烤箱2的数量不同，本实用新型可以实现多台真空烤箱2同时运作，还可以以采用一台二级真空泵机对4、6、8台高真空烤箱的方式进行。

本实用新型利用高真空状态下水分更易蒸发的原理，可以很好的将锂电池电芯、电池极片以及其他需烘干的电子元器件进行烘烤，该真空烤箱2的使用成本低、维护简单、维护成本低、效率高、可靠性高。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。

设计图

动力锂电池生产二级高真空烘烤控制系统论文和设计

动力锂电池生产二级高真空烘烤控制系统论文和设计-孟贤平

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设计方案

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