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CN115169092A - 一种软包锂电池真空烘烤隧道炉及其生产工艺 - Google Patents

一种软包锂电池真空烘烤隧道炉及其生产工艺 Download PDF

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CN115169092A CN202210724902.4A CN202210724902A CN115169092A CN 115169092 A CN115169092 A CN 115169092A CN 202210724902 A CN202210724902 A CN 202210724902A CN 115169092 A CN115169092 A CN 115169092A
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曾宪武
陈泽平
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Abstract

本发明公开了一种软包锂电池的生产方法，建立软包锂电池生产的模拟模块库，模拟模块库中包括多个软包锂电池的生产设备的模拟模型，根据模拟模块库选择待模拟的生产设备的多个模型；选择烘烤所需的相关设备的参数作为变量，所述参数包括烘烤过程中的温度分布、温度变化和烘烤空间中的气体成分变化；通过模拟所述软包锂电池的生产过程，生成最优烘烤参数设置的流程，最后烘烤参数为以最短时间完成正负极片中的水分含量小于预设值；根据生产工艺的模拟结果设置水分含量的预期值，通过烘烤实验验证采用烘烤参数设置对应的烘烤流程，判断正负极片中水分含量是否达到预期值，根据判断结果进行烘烤参数及烘烤流程的评估，并根据评估结果进行生产安排。

Description

一种软包锂电池真空烘烤隧道炉及其生产工艺
技术领域
本发明涉及电池电芯烘烤技术领域，尤其涉及一种软包锂电池真空烘烤隧道炉及其生产工艺。
背景技术
锂离子电池电芯在生产过程中需要去除降低物料、制成环境中的水分。物料及环境中水分含量越低对电芯品质越好。目前电芯行业在生产中，特别是注液前要对电芯进行烘烤，以便降低电芯中的水分，保证产品品质。现有烘箱作业流程：聚合物电芯装入物料盒中，气袋朝上；物料装入完毕设置操作步骤(主要有加热、抽真空、放氮气三大工步进行排列组合)；加热时鼓风将过滤的空气加热后放入箱体，通过气袋进入叠芯内部，将内部、主要是正负极片上的水分带出，达到去除水分的目的。
并且锂电池在生产过程中，电芯的烘烤是非常重要的工序，该工序的目的是除去电芯中特别是极片上存在的水分，防止安全隐患。影响锂电池性能的因素有很多，诸如材料种类、正负极压实密度、水分、涂布面密度及电解液用量等，其中水含量对锂离子电池的性能有着至关重要的影响，是锂电池生产过程中需要严格控制的关键因素。锂电池的首次充放电容量、内阻、电池循环寿命和电池体积均与水含量有重要关系。水分过量会导致电解液中锂盐的分解，同时对正负极材料、集流体有一定的腐蚀破坏作用。而且，当水分过量时，多余的水会继续与LiPF6反应产生HF气体，造成胀气，从而导致电池的循环性能及安全性能的降低。因此，锂电池生产过程中要严格控制电池内部的水分。
但是目前行业电芯烘烤存在以下问题：(1)烘烤时间长。至少都在36小时，甚至有的企业要求72小时以上。(2)烘烤效果差。烘烤完后电芯中特别是正负极片中仍然含有大量水分。(3)能耗较高。一个小烘箱功率9.8KW，一个大烘箱功率24KW，并且工作时间长，烘箱数量多，所以整体电能耗相当惊人。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明公开了一种软包锂电池的生产方法，所述生产方法包括如下步骤：
步骤1：建立软包锂电池生产的模拟模块库，所述模拟模块库中包括多个软包锂电池的生产设备的模拟模型，根据所述模拟模块库选择待模拟的生产设备的多个模型；
步骤2：在选定其余零件类型和参数后，选择烘烤所需的相关设备的参数作为变量，所述参数包括烘烤过程中的温度分布、温度变化和烘烤空间中的气体成分变化；
步骤3，通过模拟所述软包锂电池的生产过程，生成最优烘烤参数设置的流程，所述最后烘烤参数为以最短时间完成正负极片中的水分含量小于预设值；
步骤4，根据所述步骤3中的生产工艺的模拟结果设置水分含量的预期值，通过烘烤实验验证采用步骤3生成的烘烤参数设置对应的烘烤流程，判断正负极片中的水分含量是否达到预期值，再根据判断结果进行烘烤参数及烘烤流程的评估；
步骤5，当评估结果符合生产者的期望后，按照模拟的生产流程执行电池的烘烤流程，并在烘烤完成后对所述软包锂电池电芯进行处理。
更进一步地，所述步骤1进一步包括：所述模拟模型包括对软包锂电池进行烘烤的烘烤所需的相关设备的模型，所述多个所述模拟模型与现实零件参数一一对应。
更进一步地，所述步骤3进一步包括：所述生成最优烘烤参数设置的流程为根据软包锂电池的具体参数，选择烘烤隧道炉的加热时间和温度、真空抽取的参数、是否需要通入干燥高温气体。
更进一步地，所述步骤4中的所述再根据判断结果进行烘烤参数及烘烤流程的评估进一步包括：当所述正负极片中的水分含量大于预期值时，则重新进行烘烤实验并由人工对烘烤过程的温度和气体成分进行监测同时校验是否生产设备发生异常情况，当所述正负极片中的水分含量小于预期值时，评估所述软包锂电池的烘烤时间长及能耗情况。
更进一步地，所述由人工对烘烤过程的温度和气体成分进行监测同时校验是否生产设备发生异常情况进一步包括：在烘烤隧道炉中设置气体、气压检测装置，并在烘烤隧道炉中设置多个温度采集点，通过比较烘烤隧道炉中的气体成分及温度分布判断是否由设备故障导致的烘干效果达不到设计预期。
本发明还公开了一种软包锂电池真空烘烤隧道炉，所述真空烘烤隧道炉采用上述方法设计的烘烤工艺进行所述软包锂电池的烘烤工作，所述真空烘烤隧道炉包括智控设置系统，包括模拟模型数据库，建立软包锂电池生产的模拟模块库，所述模拟模块库中包括多个软包锂电池的生产设备的模拟模型，根据所述模拟模块库选择待模拟的生产设备的多个模型；
参数设置模块，在选定其余零件类型和参数后，选择烘烤所需的相关设备的参数作为变量，所述参数包括烘烤过程中的温度分布、温度变化和烘烤空间中的气体成分变化；
烘烤流程设计模块，通过模拟所述软包锂电池的生产过程，生成最优烘烤参数设置的流程，所述最后烘烤参数为以最短时间完成正负极片中的水分含量小于预设值；
烘烤结果评估模块，根据所述烘烤流程设计模块中的生产工艺的模拟结果设置水分含量的预期值，通过烘烤实验验证采用所述烘烤流程设计模块生成的烘烤参数设置对应的烘烤流程，判断正负极片中的水分含量是否达到预期值，再根据判断结果进行烘烤参数及烘烤流程的评估；
烘烤执行模块，当评估结果符合生产者的期望后，按照模拟的生产流程执行电池的烘烤流程，并在烘烤完成后对所述软包锂电池电芯进行处理。
更进一步地，所述模拟模型数据库进一步包括：所述模拟模型包括对软包锂电池进行烘烤的烘烤所需的相关设备的模型，所述多个所述模拟模型与现实零件参数一一对应。
更进一步地，所述烘烤流程设计模块进一步包括：所述生成最优烘烤参数设置的流程为根据软包锂电池的具体参数，选择烘烤隧道炉的加热时间和温度、真空抽取的参数、是否需要通入干燥高温气体。
更进一步地，所述烘烤结果评估模块中的所述再根据判断结果进行烘烤参数及烘烤流程的评估进一步包括：当所述正负极片中的水分含量大于预期值时，则重新进行烘烤实验并由人工对烘烤过程的温度和气体成分进行监测同时校验是否生产设备发生异常情况，当所述正负极片中的水分含量小于预期值时，评估所述软包锂电池的烘烤时间长及能耗情况。
更进一步地，所述由人工对烘烤过程的温度和气体成分进行监测同时校验是否生产设备发生异常情况进一步包括：在烘烤隧道炉中设置气体、气压检测装置，并在烘烤隧道炉中设置多个温度采集点，通过比较烘烤隧道炉中的气体成分及温度分布判断是否由设备故障导致的烘干效果达不到设计预期。
本发明与现有技术相比，有益效果为：对软包锂电池的生产模拟中，特别是烘烤环节，通过模拟真对所选择的方式进行模拟，通过比较不同的烘烤方式获得生产锂电池过程中最优的工艺流程。
附图说明
从以下结合附图的描述可以进一步理解本发明。图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在示出实施例的原理上。在图中，在不同的视图中，相同的附图标记指定对应的部分。
图1是本发明的一种软包锂电池的生产方法的流程图。
具体实施方式
实施例一
如图1所示的一种软包锂电池的生产方法，所述生产方法包括如下步骤：
步骤1：建立软包锂电池生产的模拟模块库，所述模拟模块库中包括多个软包锂电池的生产设备的模拟模型，根据所述模拟模块库选择待模拟的生产设备的多个模型；
步骤2：在选定其余零件类型和参数后，选择烘烤所需的相关设备的参数作为变量，所述参数包括烘烤过程中的温度分布、温度变化和烘烤空间中的气体成分变化；
步骤3，通过模拟所述软包锂电池的生产过程，生成最优烘烤参数设置的流程，所述最后烘烤参数为以最短时间完成正负极片中的水分含量小于预设值；
步骤4，根据所述步骤3中的生产工艺的模拟结果设置水分含量的预期值，通过烘烤实验验证采用步骤3生成的烘烤参数设置对应的烘烤流程，判断正负极片中的水分含量是否达到预期值，再根据判断结果进行烘烤参数及烘烤流程的评估；
步骤5，当评估结果符合生产者的期望后，按照模拟的生产流程执行电池的烘烤流程，并在烘烤完成后对所述软包锂电池电芯进行处理。
更进一步地，所述步骤1进一步包括：所述模拟模型包括对软包锂电池进行烘烤的烘烤所需的相关设备的模型，所述多个所述模拟模型与现实零件参数一一对应。
更进一步地，所述步骤3进一步包括：所述生成最优烘烤参数设置的流程为根据软包锂电池的具体参数，选择烘烤隧道炉的加热时间和温度、真空抽取的参数、是否需要通入干燥高温气体。
更进一步地，所述步骤4中的所述再根据判断结果进行烘烤参数及烘烤流程的评估进一步包括：当所述正负极片中的水分含量大于预期值时，则重新进行烘烤实验并由人工对烘烤过程的温度和气体成分进行监测同时校验是否生产设备发生异常情况，当所述正负极片中的水分含量小于预期值时，评估所述软包锂电池的烘烤时间长及能耗情况。
更进一步地，所述由人工对烘烤过程的温度和气体成分进行监测同时校验是否生产设备发生异常情况进一步包括：在烘烤隧道炉中设置气体、气压检测装置，并在烘烤隧道炉中设置多个温度采集点，通过比较烘烤隧道炉中的气体成分及温度分布判断是否由设备故障导致的烘干效果达不到设计预期。
本发明还公开了一种软包锂电池真空烘烤隧道炉，所述真空烘烤隧道炉采用上述方法设计的烘烤工艺进行所述软包锂电池的烘烤工作，所述真空烘烤隧道炉包括智控设置系统，包括模拟模型数据库，建立软包锂电池生产的模拟模块库，所述模拟模块库中包括多个软包锂电池的生产设备的模拟模型，根据所述模拟模块库选择待模拟的生产设备的多个模型；
参数设置模块，在选定其余零件类型和参数后，选择烘烤所需的相关设备的参数作为变量，所述参数包括烘烤过程中的温度分布、温度变化和烘烤空间中的气体成分变化；
烘烤流程设计模块，通过模拟所述软包锂电池的生产过程，生成最优烘烤参数设置的流程，所述最后烘烤参数为以最短时间完成正负极片中的水分含量小于预设值；
烘烤结果评估模块，根据所述烘烤流程设计模块中的生产工艺的模拟结果设置水分含量的预期值，通过烘烤实验验证采用所述烘烤流程设计模块生成的烘烤参数设置对应的烘烤流程，判断正负极片中的水分含量是否达到预期值，再根据判断结果进行烘烤参数及烘烤流程的评估；
烘烤执行模块，当评估结果符合生产者的期望后，按照模拟的生产流程执行电池的烘烤流程，并在烘烤完成后对所述软包锂电池电芯进行处理。
更进一步地，所述模拟模型数据库进一步包括：所述模拟模型包括对软包锂电池进行烘烤的烘烤所需的相关设备的模型，所述多个所述模拟模型与现实零件参数一一对应。
更进一步地，所述烘烤流程设计模块进一步包括：所述生成最优烘烤参数设置的流程为根据软包锂电池的具体参数，选择烘烤隧道炉的加热时间和温度、真空抽取的参数、是否需要通入干燥高温气体。
更进一步地，所述烘烤结果评估模块中的所述再根据判断结果进行烘烤参数及烘烤流程的评估进一步包括：当所述正负极片中的水分含量大于预期值时，则重新进行烘烤实验并由人工对烘烤过程的温度和气体成分进行监测同时校验是否生产设备发生异常情况，当所述正负极片中的水分含量小于预期值时，评估所述软包锂电池的烘烤时间长及能耗情况。
更进一步地，所述由人工对烘烤过程的温度和气体成分进行监测同时校验是否生产设备发生异常情况进一步包括：在烘烤隧道炉中设置气体、气压检测装置，并在烘烤隧道炉中设置多个温度采集点，通过比较烘烤隧道炉中的气体成分及温度分布判断是否由设备故障导致的烘干效果达不到设计预期。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
虽然上面已经参考各种实施例描述了本发明，但是应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行许多改变和修改。因此，其旨在上述详细描述被认为是例示性的而非限制性的，并且应当理解，以下权利要求(包括所有等同物)旨在限定本发明的精神和范围。以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (10)

1.一种软包锂电池的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括如下步骤：
步骤1：建立软包锂电池生产的模拟模块库，所述模拟模块库中包括多个软包锂电池的生产设备的模拟模型，根据所述模拟模块库选择待模拟的生产设备的多个模型；
步骤2：在选定其余零件类型和参数后，选择烘烤所需的相关设备的参数作为变量，所述参数包括烘烤过程中的温度分布、温度变化和烘烤空间中的气体成分变化；
步骤3，通过模拟所述软包锂电池的生产过程，生成最优烘烤参数设置的流程，所述最后烘烤参数为以最短时间完成正负极片中的水分含量小于预设值；
步骤4，根据所述步骤3中的生产工艺的模拟结果设置水分含量的预期值，通过烘烤实验验证采用步骤3生成的烘烤参数设置对应的烘烤流程，判断正负极片中的水分含量是否达到预期值，再根据判断结果进行烘烤参数及烘烤流程的评估；
步骤5，当评估结果符合生产者的期望后，按照模拟的生产流程执行电池的烘烤流程，并在烘烤完成后对所述软包锂电池电芯进行处理。
2.如权利要求1所述的一种软包锂电池的生产方法，其特征在于，所述步骤1进一步包括：所述模拟模型包括对软包锂电池进行烘烤的烘烤所需的相关设备的模型，所述多个所述模拟模型与现实零件参数一一对应。
3.如权利要求1所述的一种软包锂电池的生产方法，其特征在于，所述步骤3进一步包括：所述生成最优烘烤参数设置的流程为根据软包锂电池的具体参数，选择烘烤隧道炉的加热时间和温度、真空抽取的参数、是否需要通入干燥高温气体。
4.如权利要求1所述的一种软包锂电池的生产方法，其特征在于，所述步骤4中的所述再根据判断结果进行烘烤参数及烘烤流程的评估进一步包括：当所述正负极片中的水分含量大于预期值时，则重新进行烘烤实验并由人工对烘烤过程的温度和气体成分进行监测同时校验是否生产设备发生异常情况，当所述正负极片中的水分含量小于预期值时，评估所述软包锂电池的烘烤时间长及能耗情况。
5.如权利要求4所述的一种软包锂电池的生产方法，其特征在于，所述由人工对烘烤过程的温度和气体成分进行监测同时校验是否生产设备发生异常情况进一步包括：在烘烤隧道炉中设置气体、气压检测装置，并在烘烤隧道炉中设置多个温度采集点，通过比较烘烤隧道炉中的气体成分及温度分布判断是否由设备故障导致的烘干效果达不到设计预期。
6.一种软包锂电池真空烘烤隧道炉，所述真空烘烤隧道炉采用如权利要求1-5中设计的烘烤工艺进行所述软包锂电池的烘烤工作，其特征在于，所述真空烘烤隧道炉包括智控设置系统，包括模拟模型数据库，建立软包锂电池生产的模拟模块库，所述模拟模块库中包括多个软包锂电池的生产设备的模拟模型，根据所述模拟模块库选择待模拟的生产设备的多个模型；
参数设置模块，在选定其余零件类型和参数后，选择烘烤所需的相关设备的参数作为变量，所述参数包括烘烤过程中的温度分布、温度变化和烘烤空间中的气体成分变化；
烘烤流程设计模块，通过模拟所述软包锂电池的生产过程，生成最优烘烤参数设置的流程，所述最后烘烤参数为以最短时间完成正负极片中的水分含量小于预设值；
烘烤结果评估模块，根据所述烘烤流程设计模块中的生产工艺的模拟结果设置水分含量的预期值，通过烘烤实验验证采用所述烘烤流程设计模块生成的烘烤参数设置对应的烘烤流程，判断正负极片中的水分含量是否达到预期值，再根据判断结果进行烘烤参数及烘烤流程的评估；
烘烤执行模块，当评估结果符合生产者的期望后，按照模拟的生产流程执行电池的烘烤流程，并在烘烤完成后对所述软包锂电池电芯进行处理。
7.如权利要求6所述的一种软包锂电池真空烘烤隧道炉，其特征在于，所述模拟模型数据库进一步包括：所述模拟模型包括对软包锂电池进行烘烤的烘烤所需的相关设备的模型，所述多个所述模拟模型与现实零件参数一一对应。
8.如权利要求6所述的一种软包锂电池真空烘烤隧道炉，其特征在于，所述烘烤流程设计模块进一步包括：所述生成最优烘烤参数设置的流程为根据软包锂电池的具体参数，选择烘烤隧道炉的加热时间和温度、真空抽取的参数、是否需要通入干燥高温气体。
9.如权利要求6所述的一种软包锂电池真空烘烤隧道炉，其特征在于，所述烘烤结果评估模块中的所述再根据判断结果进行烘烤参数及烘烤流程的评估进一步包括：当所述正负极片中的水分含量大于预期值时，则重新进行烘烤实验并由人工对烘烤过程的温度和气体成分进行监测同时校验是否生产设备发生异常情况，当所述正负极片中的水分含量小于预期值时，评估所述软包锂电池的烘烤时间长及能耗情况。
10.如权利要求9所述的一种软包锂电池真空烘烤隧道炉法，其特征在于，所述由人工对烘烤过程的温度和气体成分进行监测同时校验是否生产设备发生异常情况进一步包括：在烘烤隧道炉中设置气体、气压检测装置，并在烘烤隧道炉中设置多个温度采集点，通过比较烘烤隧道炉中的气体成分及温度分布判断是否由设备故障导致的烘干效果达不到设计预期。
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