[发明专利]一种锂离子电池极片的干燥设备及方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池极片的干燥设备及采用该设备进行极片干燥的方法。

背景枝术

锂离子电池由于具有高工作电压、高能量密度以及长循环寿命等优势，被广泛应用于手机、笔记本电脑和数码相机等消费电子产品。

电池极片是锂离子电池的主要工作部件之一，其性能很大程度上决定了锂离子电池的性能。锂离子电池极片的制备过程一般为：将正/负极活性材料、导电剂、粘结剂和溶剂按一定的比例混合均匀制备成浆料，然后将浆料涂覆在集流体上，加热挥发掉溶剂得到干燥的极片；再将干燥的极片碾压到一定尺寸，制成电极。

在极片制备过程中，极片的干燥方法对极片的性能有很重要的影响。常规的鼓风干燥法是利用电加热空气，然后使用鼓风机将热空气通到极片表面，加热极片使溶剂挥发，实现极片的干燥。鼓风干燥法使极片发生由表面层到里层的干燥，这样制得的极片粘结性差，容易出现表面龟裂、气孔、掉粉和脱膜等质量问题，导致极片成品优率低、制备出来的电池一致性差、循环性能不好等问题。公开号为CN1851958A和CN2819486Y的中国专利申请中使用逐级红外加热的方式来干燥极片，而公开号为CN101639312A的中国专利申请则提供了一种红外-鼓风分段干燥的方法。红外加热干燥的方法实现了膜片上下层同时均匀升温，减小了由于极片上下层间温度不同导致的溶剂蒸发速率差别，一定程度上改善了极片厚度方向上的一致性，提高了极片的粘结性。

然而，浆料中溶剂的蒸发速率与浆料的温度和浆料所处环境中溶剂的蒸汽压有关。在目前使用的干燥方法中，为了加速极片的干燥，都会利用鼓风机往干燥室中通入干燥的空气。流动的空气经过极片表面时，由于空气中溶剂蒸汽压非常低，极片表面层的溶剂蒸发速率远大于极片下层中溶剂的蒸发速率，导致上下层间干燥速率差别大、极片粘结性差、极片出现表面龟裂、掉粉、脱膜等问题，严重影响电池极片制备的成品率和电池的性能。

有鉴于此，确有必要提供一种能够减小极片表面层溶剂蒸发速率，提高极片上下层间溶剂蒸发速率的一致性，改善膜片的粘结性的极片干燥设备及其方法。

发明内容

本发明的目的之一在于：针对现有技术的不足，而提供一种能够减小极片表面层溶剂蒸发速率，提高极片上下层间溶剂蒸发速率的一致性，改善膜片的粘结性的极片干燥方法。

为了达到以上目的，本发明采用以下技术方案：

一种锂离子电池极片干燥方法，将待干燥极片置于干燥室中后，往干燥室中通入溶剂蒸汽，所述溶剂为水、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)、丙酮、乙醇和乙二醇中的至少一种，以提高极片表面的溶剂蒸汽压，减小极片表面层溶剂蒸发速率，提高极片上下层间溶剂蒸发速率的一致性。所述的溶剂均为锂离子电池正负极浆料制备中常用溶剂的蒸汽。其中，所用溶剂蒸汽为待干燥锂离子电池极片上浆料中溶剂的蒸汽、混合溶剂中某组分的蒸汽或多组分溶剂的混合蒸汽。具体而言，当锂离子电池浆料中的溶剂为混合溶剂时，通入的蒸汽为溶剂中最易蒸发的组分的蒸汽，或者混合溶剂对应的混合蒸汽，当通入的蒸汽为混合蒸汽时，应根据溶剂各组分蒸发速率适当调整混合蒸汽中各组分含量，以溶剂中易蒸发组分的蒸汽分压高为宜，以实现各溶剂组分的均匀蒸发。

作为本发明锂离子电池极片干燥方法的一种改进，所述溶剂蒸汽的蒸汽压为饱和蒸汽压的20％-95％。

作为本发明锂离子电池极片干燥方法的一种改进，所述溶剂蒸汽的温度为50-150℃。溶剂蒸汽在提高极片表面的溶剂蒸汽压的同时，可以作为加热介质对极片进行加热，即将溶剂蒸汽加热到一定温度，利用鼓风机使溶剂蒸汽以一定的流速流经极片表面，溶剂蒸汽与极片发生热交换，使极片升温和极片中的溶剂蒸发，实现极片的均匀干燥。

作为本发明锂离子电池极片干燥方法的一种改进，在干燥过程中，利用红外、微波或电阻加热极片，可加速极片的干燥。

作为本发明锂离子电池极片干燥方法的一种改进，在干燥过程中采用分段干燥，2-6段为宜，各干燥段中温度和溶剂蒸汽压不同，以溶剂蒸汽压依次降低、温度先升高后降低为宜。

作为本发明锂离子电池极片干燥方法的一种改进，所述分段干燥为首段、中段和尾段三段干燥。

作为本发明锂离子电池极片干燥方法的一种改进，所述首段干燥的溶剂蒸汽压为饱和蒸汽压的60％-95％，温度为50-120℃，所述尾段干燥的溶剂蒸汽压为饱和蒸汽压的0％-20％，温度为40-90℃。