技术讲堂广告招商

锂离子电池自动干燥设备抽真空工艺技术研究

 2018-05-29
  
锂离子电池具有能量比高、使用寿命长、额定电压高、自放电率低、体积小、高低温适应性强、高功率承受能力强、绿色环保等突出优点,被越来越多消费者青睐。同时,人们对锂离子电池的性能等各方面要求也越来越高,而高镍三元市场应用的不断提速,更是对电芯生产环节中的干燥设备的自动化水平提出了更高要求。为了提高自动化烘烤设备的真空泵利用效率,提出一种新型的抽真空工艺,该工艺可实现针对现有多腔体烘箱实现真空泵“一拖多”的目标,降低真空泵的投资成本,降低设备运行成本。

锂离子电池自动干燥设备抽真空工艺技术研究

王拓,刘欣,穆凯,王延杰,王腾


中航锂电(洛阳)有限公司 河南 洛阳 471003


Wang Tuo, Liu Xin, Mu Kai, Wang Yan Jie, Wang Teng

China Aviation Lithium Battery Co. Ltd,(Henan,Luoyang,471003,China


摘要:锂离子电池具有能量比高、使用寿命长、额定电压高、自放电率低、体积小、高低温适应性强、高功率承受能力强、绿色环保等突出优点,被越来越多消费者青睐。同时,人们对锂离子电池的性能等各方面要求也越来越高,而高镍三元市场应用的不断提速,更是对电芯生产环节中的干燥设备的自动化水平提出了更高要求。为了提高自动化烘烤设备的真空泵利用效率,提出一种新型的抽真空工艺,该工艺可实现针对现有多腔体烘箱实现真空泵一拖多的目标,降低真空泵的投资成本,降低设备运行成本。


关键词:锂离子电池;自动干燥设备;抽真空工艺


Abstract: Lithium-ion battery has high energy ratio, long service life, higher rated voltage, low self-discharge rate, small volume, high and low temperature adaptability, strong ability to withstand high power, green environmental protection and other outstanding advantages, be favored by more and more consumers. At the same time, the performance of lithium-ion batteries and other requirements are more and more high, and the high nickel ternary market application of the continuous speed, but also in the production of the core of the drying equipment in the automation level put forward higher requirements. Improve the efficiency of vacuum pump used in automatic baking equipment, a new vacuum extraction process is proposed, the process can realize the target of the vacuum pump in the existing multi cavity oven, reduce the investment cost of the vacuum pump and reduce the operating cost of the equipment.


Key words: Lithium-ion battery; Automatic drying equipmentVacuum extraction process

1 前言

锂离子电池已成为新一代绿色环保、可循环利用的新能源之一,被越来越多消费者青睐,广泛应用于工业、航空航天、交通、军事、民用等方面。同时,人们对锂离子电池的性能等各方面要求也越来越高,随着动力电池高比容量和降成本趋势的不断深化,提升锂电设备的自动化水平成为行业发展的当务之急。而高镍三元市场应用的不断提速,对锂离子电池电芯水分要求更加严格,对电芯生产环节中的干燥设备的自动化水平提出了更高要求。

电池干燥采用电池在烘箱内加热-抽真空的方式去除电芯内水分,依靠真空泵提供烘箱真空。传统烘箱采用单台烘箱单个腔体方式,人工将电池放入、取出,根据腔体大小,单台真空泵通过一拖一一拖二形式对烘箱抽真空,同一台真空泵对接的烘箱需同时开启或关闭,效率较低。目前大多数锂电池生产厂家采用自动干燥线取代传统烘箱,通过机器人叉取干燥托盘放入干燥炉内进行电池干燥,为提升干燥炉效率,干燥炉多为多腔体结构,每个腔体独立控制,单条干燥线干燥腔体可达50个以上,若采用单台真空泵“一拖多”形式,同时开启、关闭多个腔体,则会造成干燥腔体出现长时间等待,影响生产效率。因此,研究开发一套抽真空工艺,可以在满足工艺要求的条件下,减少等待时间,提高真空泵利用效率,降低真空泵采购成本,从而降低电池生产成本。


2 问题分析

目前自动化干燥线烘箱多采用多腔体结构,采用真空泵一拖多形式对多腔体进行抽真空,采用多腔体同时开启、关闭抽真空模式,会造成干燥炉长时间等待,影响整线生产效率。


3 工艺方法

目前,自动化干燥线干燥炉多采用多腔体结构,单台干燥炉腔体数量为3-4个,以3腔体干燥炉为例,每两台干燥炉配置1台真空泵,则1台真空泵需对6个腔体进行抽真空,各个腔体需配置独立真空挡板阀,可独立开启、关闭,每个腔体的真空管道之间串联。单个腔体体积约0.6 m3,故真空泵所抽腔体总体积为3.6 m3,按照空腔10min内抽到极限真空(≤10pa),根据抽速计算公式:


t:抽气时间(s

V:腔体总体积(L

V0:真空泵抽气速率(L/s

P0:大气压(Pa

P1:要求抽到的极限真空(Pa

N:常数,与管道、弯头、泄漏率等有关,一般取2.3


得出,真空泵抽气速率V0=55.2L/s=200 m3/h。电池在干燥腔体内以托盘方式放置,由于6个干燥腔体电池预热开始时间不同,抽真空时为依次开始抽真空。电池预热完成后,真空泵对第一个腔体进行抽真空,在程序中设定2个绝对真空值abab,一般a≤100Pab≤50Pa),当第一个腔体C1真空度≤b时,对第二个腔体C2进行抽真空,第一个腔体C1真空阀关闭,当C2真空度≤b时,此时对C1真空度进行判断:

1)若C1真空度>aC2真空阀关闭,对C1抽真空,直至C1真空度≤b,此时对C2真空度进行判断,若C2真空度≤aC2真空阀打开,对C1C2同时进行抽真空;若C2真空度>aC1真空阀关闭,对C2抽真空直至≤b,以此类推,直至C1C2真空度均≤a,然后同时对C1C2进行抽真空;

2)若C1真空度≤a,开启C2真空阀,同时对C1C2进行抽真空。

C1C2真空度≤b时,C1C2真空阀关闭,对C3进行抽真空,按照上述工艺,直至所有真空腔体真空度均≤b,此时,所有真空阀开启,真空泵同时对所有腔体进行抽真空。

总之,本工艺原理为:当腔体真空度>a时,其余腔体气动阀关闭,只对本腔体抽真空,当腔体真空度≤a时,所有腔体真空度≤a的腔体都进行抽真空。真空泵与烘箱连接示意见图1

 真空泵与烘箱连接示意图

1、真空泵 2、真空管道 3、烘箱 4、干燥托盘 5、真空挡板阀

1 真空泵与烘箱连接示意图


4 结束语

本抽真空工艺在自动干燥线的基础上优化抽真空工艺,通过设定1个真空值,实现在1台真空泵带多个腔体的前提下,消除等待时间,提高抽真空效率,大大提高了真空泵的利用效率。相比原同时开始、结束抽真空的工艺,干燥时间降低20%,为提高产线自动化效率、降低设备能耗、降低电池生产成本提供了有利保障。


参考文献

1]刘凯,电磁比例流量阀对本体设计研究[硕士学位论文],2004.

2]吴宇平,万春荣,娄常印,方世璧,锂离子二次电池[M],北京:化学工业出版社,2002.

3]黄可龙,王兆翔,刘素琴,锂离子电池原理与关键技术,北京:化学工业出版社,2007.12.

4]李琦,动力电池真空干燥装置设计与流场模拟[硕士学位论文],2017.

5]王进飞,高枫,张辉,DCS在锂电池真空烘烤系统上的应用,河南科技.

6JB/T 11716-2013,真空技术 螺杆型干式真空泵,商务印书馆,2013.12.

7][意]詹弗兰科·皮斯托亚,锂离子电池技术-研究进展与应用,化学工业出版社,2017.1.

8]章少华,谢冰,锂离子电池的研究进展,佛山陶瓷,2003,138),39-42.

稿件来源:锂电世界  
[ 作者:王拓 刘欣 穆凯 王延杰 王腾 ] [ 查看:369 ]  [ 搜索 ]  [ 加入收藏 ]  [ 告诉好友
本文地址:
版权说明:
本网转载作品均注明出处,未注明出处和转载的,是出于传递更多信息之目的,并不意味着赞同其观点或证实其内容的真实性。如转作品侵犯著名权,或有其他诸如版权、肖像权、知识产权等方面的伤害,并非本网故意为之,在接到相关权利人通知后将立即加以更正。