CN208187060U - 一种锂电池极片涂层红外辐射干燥装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种锂电池极片涂层红外辐射干燥装置，其包括隔热机箱、第一红外辐射发生薄膜、第二红外辐射发生薄膜和极片托辊；第一红外辐射发生薄膜和第二红外辐射发生薄膜平行的设置于隔热机箱内；多个极片托辊以横向排列的方式设置于隔热机箱内，使其在极片入口和极片出口之间形成极片托辊组；极片托辊组平行的设置于第一红外辐射发生薄膜和第二红外辐射发生薄膜之间。本实用新型采用红外辐射匹配吸收的方式对涂布极片进行干燥，可以使锂电池极片涂层的深层和表层同步形成热效应来蒸发湿份，使得其可以避免涂布极片在干燥环节形成“内湿外干”、涂层表层“结皮”的问题；同时对提高锂离子电池性能可以起到有益作用。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种干燥装置，具体地说是涉及一种锂电池极片涂层红外辐射干燥装置。
背景技术
锂离子电池电极，是锂离子电池关键组成部件，锂离子电池电极制备过程中，将正、负极微纳米颗粒材料和粘合剂、溶剂组成的含液体浆料，均匀的涂敷在集流体铜箔、铝箔表面，形成一层含溶剂的涂层，然后通过热风吹拂涂层表面，使涂层表面与热风对流换热，通过对流换热使涂层的溶剂受热蒸发，通过受热蒸发去除湿涂层中的水分或N-甲基吡咯烷酮有机溶剂，达到使涂层干燥的目的。
但是干燥过程中，热风吹拂涂层的表面，涂层表面的溶剂优先与对流热空气换热，优先蒸发，涂层表面的溶剂优先蒸发，涂层表面层的体积总量减小，即导致涂层表面层一定的收缩量，形成收缩性“结皮”现象，微纳米正、负极材料固体颗粒在从湿涂层过渡到干涂层过程的位移量还会受到颗粒形貌特征约束，尤其是颗粒分布差异较大时，颗粒的移动不能达到最佳配位的密实状态，形成粘合剂与颗粒不均匀的凝结层，不均匀的凝结层在收缩性“结皮”时还会出现裂纹，涂层表层形成凝结“结皮”之后，阻断了涂层深层的湿份与热风吹拂的对流换热表层传热，使得涂层深层的湿份难于通过受热扩散至表层蒸发，这就导致了涂布极片“内湿外干”、“涂层表层结皮”的问题。
涂布极片“内湿外干”、“涂层表层结皮”的问题，随着当干燥速度越快，涂层表面溶剂蒸发越快，“内湿外干”、“涂层表层结皮”的问题就越突出。
此外，现有热风吹拂式对流换热技术的涂层干燥，要求速度越快，需要通风量越大，需要电加热功率越大，“内湿外干”、“涂层表层结皮”的问题还会更突出，同时还带来能耗消耗增大的问题。
“涂层表层结皮”形成了固体传热热阻，不仅不利与极片涂层中深层的湿份扩散，还会导致极片涂层中深层的水分汽化膨胀，涂层中深层的水分汽化膨胀，导致涂层浆料与集流体界面鼓胀性剥离，这种鼓胀性剥离，导致锂离子电池内阻增加，性能劣化。
实用新型内容
针对现有技术之不足，本实用新型提供了一种锂电池极片涂层红外辐射干燥装置。
本实用新型的锂电池极片涂层红外辐射干燥装置的技术方案如下：
一种锂电池极片涂层红外辐射干燥装置，其包括隔热机箱、第一红外辐射发生薄膜、第二红外辐射发生薄膜和极片托辊；其中，所述第一红外辐射发生薄膜和所述第二红外辐射发生薄膜均包括第一绝缘层、第二绝缘层和设置于所述第一绝缘层和所述第二绝缘层之间的红外辐射发生层；所述第一红外辐射发生薄膜和所述第二红外辐射发生薄膜平行的设置于所述隔热机箱内；在所述隔热机箱的右侧壁上设置有极片入口；在所述隔热机箱的左侧壁上设置有与所述极片入口位置相对应的极片出口；多个所述极片托辊以横向排列的方式设置于所述隔热机箱内，使其在所述极片入口和所述极片出口之间形成极片托辊组；并且所述极片托辊组平行的设置于所述第一红外辐射发生薄膜和所述第二红外辐射发生薄膜之间。
本实用新型的锂电池极片涂层红外辐射干燥装置通过在隔热机箱内设置相互平行的第一红外辐射发生薄膜和第二红外辐射发生薄膜，使得其通电后能产生红外辐射；由于用于承载锂电池极片的极片托辊组平行的设置于所述第一红外辐射发生薄膜和所述第二红外辐射发生薄膜之间，当涂覆有浆料涂层锂电池极片从极片入口进入隔热机箱内，并通过极片托辊组再从极片出口送出隔热机箱的过程中，第一红外辐射发生薄膜和第二红外辐射发生薄膜产生的红外辐射可以使被浆料涂层被加热，并且红外辐射具有一定的穿透薄层的特性，因此，锂电池极片涂层的深层和表层可以同步形成热效应，使其可以达到深层和表层同步蒸发湿份的效果。
由于本实用新型的锂电池极片涂层红外辐射干燥装置可以使锂电池极片涂层的深层和表层同步形成热效应来蒸发湿份，使得其可以避免涂布极片在干燥环节形成“内湿外干”、涂层表层“结皮”的问题。
根据一个优选的实施方式，在所述隔热机箱上还设置有湿空气出口和干空气入口；所述湿空气出口与第一引风机相连接；所述干空气入口与第一电加热器相连接。
根据一个优选的实施方式，在所述隔热机箱上还设置有湿空气出口和干空气入口；所述湿空气出口与表面式冷却器相连接；所述表面式冷却器通过第二引风机与吸附式转轮除湿机的相连接；所述吸附式转轮除湿机连接至所述干空气入口；并且，所述吸附式转轮除湿机还通过第二电加热器连接有鼓风机。
根据一个优选的实施方式，所述第一绝缘层和所述第二绝缘层四周边缘密封连接，使得所述红外辐射发生层被密封与所述第一绝缘层和所述第二绝缘层之间。
根据一个优选的实施方式，所述第一绝缘层和所述第二绝缘层均为聚对苯二甲酸乙二醇酯层、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物层、聚双烯丙基二甘醇碳酸酯层、硅橡胶层和聚酰亚胺树脂层中的一种。
根据一个优选的实施方式，所述红外辐射发生层为碳黑层、微纳米石墨粉体层、碳纳米纤维层、碳纳米管层和石墨烯层中的一种。
与现有技术相比，本实用新型的锂电池极片涂层红外辐射干燥装置具有如下有益效果：
本实用新型的锂电池极片涂层红外辐射干燥装置通过在隔热机箱内设置相互平行的第一红外辐射发生薄膜和第二红外辐射发生薄膜，使得其通电后能产生红外辐射；由于用于承载锂电池极片的极片托辊组平行的设置于第一红外辐射发生薄膜和第二红外辐射发生薄膜之间，当涂覆有浆料涂层锂电池极片从极片入口进入隔热机箱内，并通过极片托辊组再从极片出口送出隔热机箱的过程中，第一红外辐射发生薄膜和第二红外辐射发生薄膜产生的红外辐射可以使被浆料涂层被加热，并且红外辐射具有一定的穿透薄层的特性，因此，锂电池极片涂层的深层和表层可以同步形成热效应，使其可以达到深层和表层同步蒸发湿份的效果。
由于本实用新型的锂电池极片涂层红外辐射干燥装置可以使锂电池极片涂层的深层和表层同步形成热效应来蒸发湿份，使得其可以避免涂布极片在干燥环节形成“内湿外干”、涂层表层“结皮”的问题。
附图说明
图1是本实用新型锂电池极片涂层红外辐射干燥装置第一种优选实施方式的示意图；
图2是本实用新型锂电池极片涂层红外辐射干燥装置第二种优选实施方式的示意图；
图3是本实用新型锂电池极片涂层红外辐射干燥装置中，第一红外辐射发生薄膜和第二红外辐射发生薄膜的结构示意图。
附图标记列表
100-隔热机箱，110-极片入口，120-极片出口，130-湿空气出口，140-干空气入口，200-第一红外辐射发生薄膜，300-第二红外辐射发生薄膜，210-第一绝缘层，220-第二绝缘层，230-红外辐射发生层，400-极片托辊，500-吸附除湿转轮，501-轴向冷端面，502-轴向热端面，510-第一引风机，520-第二引风机，610-第一电加热器，620-第二电加热器，700-表面式冷却器，701-冷媒进管，702-冷媒回流管，800-鼓风机，900-涂布极片。
具体实施方式
在本说明书的描述中，需要理解的是，术语“中部”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。另外，在具体实施方式的描述中，“第一”、“第二”等词汇，仅用于区分描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，也不能理解为指示或暗示顺序。
下面结合附图对本实用新型的锂电池极片涂层红外辐射干燥装置进行详细的说明。
实施例1
如图1、图3所示，一种锂电池极片涂层红外辐射干燥装置，其包括隔热机箱100、第一红外辐射发生薄膜200、第二红外辐射发生薄膜300和极片托辊400。
在隔热机箱100的右侧壁上设置有极片入口110。在隔热机箱100的左侧壁上设置有与极片入口110位置相对应的极片出口120。
第一红外辐射发生薄膜200和第二红外辐射发生薄膜300均包括第一绝缘层210、第二绝缘层220和设置于第一绝缘层210和第二绝缘层220之间的红外辐射发生层230。
红外辐射发生层230形成于第一绝缘层210和第二绝缘层220之间，并且第一绝缘层210和第二绝缘层220四周边缘密封连接，使得红外辐射发生层230被密封与第一绝缘层210和第二绝缘层220之间。
优选的，第一绝缘层210、第二绝缘层220可以为聚对苯二甲酸乙二醇酯层、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物层、聚双烯丙基二甘醇碳酸酯层、硅橡胶层和聚酰亚胺树脂层中的一种。
优选的，红外辐射发生层230可以为碳黑层、微纳米石墨粉体层、碳纳米纤维层、碳纳米管层和石墨烯层中的一种。
并且，第一绝缘层210、第二绝缘层220可做成薄膜的形式，红外辐射发生层230可以以涂层的形式形成于第一绝缘层210、第二绝缘层220之间，使得红外加热片200形成为薄膜状。
在使用状态下，红外辐射发生层230与电源电连接。通电后红外辐射发生层230即产生红外辐射，
第一红外辐射发生薄膜200和第二红外辐射发生薄膜300平行的设置于隔热机箱100内。
极片托辊可以采用圆筒形滚动套。极片托辊400的数量有多个。
多个极片托辊400以横向排列的方式设置于隔热机箱100内，使其在极片入口110和极片出口120之间形成极片托辊组，用于承托涂布极片900，使涂布极片能够保持水平移动，避免涂布极片向下坠弯变形。
并且极片托辊组平行的设置于第一红外辐射发生薄膜200和第二红外辐射发生薄膜300之间；使得在第一红外辐射发生薄膜200和第二红外辐射发生薄膜300之间形成涂布极片通道。
工作过程中，涂布极片从极片入口110进入隔热机箱100内，通过位于第一红外辐射发生薄膜200和第二红外辐射发生薄膜300之间的极片托辊组，第一红外辐射发生薄膜200和第二红外辐射发生薄膜300的红外辐射直接照射在涂布极片的涂布涂层上，使涂层被加热。涂层干燥后的极片从极片出口120送出隔热机箱100。
由于水分子由一个氧原子和两个氢原子组成，是强极性分子。在范德华力作用下，水分子有相互吸引成团状的趋势。含氢键的双原子和多原子分子在2～18um的电磁辐射范围内有一个普遍吸收带，在这个吸收带上有它自己的最高吸收峰和两个较高吸收峰。
当红外辐射器件以2～18um的电磁辐射作用于水分子，水分子吸收后转换成的一种热效应。这一热效应是水分子吸收红外辐射能量后，出现的运动效应，这一运动效应，随吸收红外辐射能量的增加而增强。
另外，当红外辐射器件发射出来的热辐射，以选择性辐射频率与被加水分子本身的振动频率相一致，此时会引起共振吸收，此即为匹配吸收技术。
本实施例的锂电池极片涂层红外辐射干燥装置以高比表面积的第一红外辐射发生薄膜200和第二红外辐射发生薄膜300作为加热元件，当其通电时，即产生红外辐射，浆料涂层中的水匹配吸收红外辐射，使锂离子电池极片浆料涂层被加热；并且红外辐射具有一定的穿透薄层的特性，因此，锂电池极片涂层的深层和表层可以同步形成热效应，使其可以达到深层和表层同步蒸发湿份的效果；
由于本实用新型是采用红外辐射加热方法使涂层中的水分直接形成热效应，并利用这种热效应蒸发涂层中的水分，从而达到干燥的目的；所以本实用新型的锂电池极片涂层红外辐射干燥装置可以避免涂布极片在干燥环节形成“内湿外干”、涂层表层“结皮”的问题。
进一步的，在隔热机箱100上还设置有湿空气出口130和干空气入口140。湿空气出口130与第一引风机510相连接。干空气入口140与第一电加热器610相连接。
隔热机箱100的湿空气出口130连接第一引风机510，第一引风机510抽吸隔热机箱100箱内的湿空气，隔热机箱100的干空气入口140与第一电加热器610出风侧相接，第一电加热器610将通过的新风升温降湿，新风升温降湿之后进入隔热机箱100箱内，然后由第一引风机510抽吸排出隔热机箱100。第一引风机510抽吸排风不仅排出隔热机箱100内含湿份空气，同时还将隔热机箱100箱内抽吸负压，隔热机箱100箱内负压，有利涂布极片的涂布涂层中的水分蒸发扩散。
综上所述，本实用新型的锂电池极片涂层红外辐射干燥装置采用的是红外辐射、匹配吸收传热的加热方式，其具有更高的传热效率。
并且，本实用新型的锂电池极片涂层红外辐射干燥装置可以降低对流风量，而现有的大风量对流传热需要大功率的鼓风机，耗能较大；另外，箱内大风量循环，还会由于气流速度过大，对涂布极片形成气流扰动，造成涂布极片移动不稳定，导致有的涂布极片卷边，皱纹。本实用新型的锂电池极片涂层红外辐射干燥装置克服了现有对流换热导致涂层表层“结皮”现象，红外辐射传热使锂电池极片涂层的深层和表层同步形成的热效应，可以达到深层和表层同步蒸发湿份的效果，这种涂层的深层和表层同步形成的热效应蒸发湿份的特性，能避免涂布极片“内湿外干”和涂层表层“结皮”的问题，其对提高锂离子电池性能起到有益作用。
此外，由于大幅度降低了热空气循环量，使得配套风机减小、配套电加热的功率的减小，大幅度减小了用电功率，从而能起到节约减排保护环境的积极意义，还有助于锂离子电池降低成本，增强竞争能力。
实施例2
本实施例与实施例1相比，其主要区别在于：
在隔热机箱100上还设置有湿空气出口130和干空气入口140；湿空气出口130与表面式冷却器700相连接；表面式冷却器700通过第二引风机520与吸附式转轮除湿机的相连接；吸附式转轮除湿机连接至干空气入口140；并且，吸附式转轮除湿机还通过第二电加热器620连接有鼓风机800，如图2、图3所示。
其余内容与实施例1相同。
具体的，隔热机箱100的湿空气出口130连接用于降温除湿的表面式冷却器700的迎风侧，表面式冷却器700的出风侧安装第二引风机520，第二引风机520与吸附式转轮除湿机中的吸附除湿转轮500的转轮轴向冷端面501相向设置，吸附除湿转轮500的转轮轴向热端面502与第二电加热器620相向安装，第二电加热器620迎风面安装鼓风机800。隔热机箱100的干空气入口140连接转轮轴向热端面502。
用于降温除湿的表面式冷却器700的除湿原理系根据水蒸气特性，未饱和空气，保持水蒸气分压力不变而降低温度，使之达到饱和状态时的温度称为露点。温度降至露点温度以下，湿空气中便有水滴析出。如图2中所示，表面式冷却器700的冷媒进管701连接制冷系统的膨胀节流阀，经节流减压的冷媒进入表面式冷却器700，在表面式冷却器700蒸发，表面式冷却器700即形成表面低温，第二引风机520抽吸的气流，即通过表面式冷却器700，通过表面式冷却器700的气流被降低温度达到饱和状态，抽吸的气流中的水分被冷凝除湿，抽吸的气流水分被冷凝除湿后再通过吸附除湿转轮500的再生区进一步脱除水分，从而获得超低湿的干空气，在表面式冷却器700中蒸发吸收的热量的冷媒由冷媒回流管702通过制冷机的回气管回到制冷机内。
吸附除湿转轮500的除湿原理系利用转轮上的硅胶以物理吸附方式在常温下吸附空气中的水分，吸附水分之后，转轮受热时，水分蒸发，水分蒸发之后，转轮上的硅胶吸附水分能力得于再生。如图2中吸附除湿转轮500所示，吸附除湿转轮500逆时针旋转，由鼓风机800吹出的压强气流，通过第二电加热器620升温，升温后的压强气流穿过吸附除湿转轮500，升温后的压强气流穿过吸附除湿转轮500的部位即蒸发水分，形成硅胶吸附水分能力再生区，吸附除湿转轮500继续逆时针旋转，吸附除湿转轮500的硅胶吸附水分能力再生区即迎风来自第二引风机520压强气流，第二引风机520压强气流穿过吸附除湿转轮500的硅胶吸附水分能力再生区，来自第二引风机520压强气流的水分被吸附，从而获得干燥空气。干燥空气再被送入隔热机箱100中。
由于本实用新型是采用红外辐射加热方法使涂层中的水分直接形成热效应，并利用这种热效应蒸发涂层中的水分，从而达到干燥的目的；所以本实用新型的锂电池极片涂层红外辐射干燥装置可以避免涂布极片在干燥环节形成“内湿外干”、涂层表层“结皮”的问题。
与此同时，本实用新型采用匹配吸收传热方式，无需采取大流量的热空气“热风吹佛”，可以通过较小气流辅助于湿份蒸汽扩散，较小的气流可以选择低湿空气对流，所需的低湿空气采用硅胶转轮除湿机，硅胶转轮除湿机的除湿后干燥空气可达到露点－40℃甚至更低，极片涂层的蒸发的湿份蒸汽在露点－40℃流动空气环境中，形成高湿与低湿的湿度差，高湿与低湿的湿度差能增强浓差扩散效应，这种高湿与低湿的湿度差浓差扩散效应，有助于极片涂层的湿份脱除，能加速极片涂层的深层和表层的湿份扩散，从而提高干燥效率，还有助于极片的干燥程度提高，较小气流辅助湿份扩散，能避免现有锂电池极片涂层采用大气流晃动干扰，使涂布极片移动平稳，能进一步提高锂离子电池涂布极片的产品质量。
需要注意的是，本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
另外，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本实用新型公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本实用新型的公开范围并落入本实用新型的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本实用新型说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本实用新型的保护范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种锂电池极片涂层红外辐射干燥装置，其特征在于，其包括隔热机箱(100)、第一红外辐射发生薄膜(200)、第二红外辐射发生薄膜(300)和极片托辊(400)；
其中，所述第一红外辐射发生薄膜(200)和所述第二红外辐射发生薄膜(300)均包括第一绝缘层(210)、第二绝缘层(220)和设置于所述第一绝缘层(210)和所述第二绝缘层(220)之间的红外辐射发生层(230)；
所述第一红外辐射发生薄膜(200)和所述第二红外辐射发生薄膜(300)平行的设置于所述隔热机箱(100)内；
在所述隔热机箱(100)的右侧壁上设置有极片入口(110)；在所述隔热机箱(100)的左侧壁上设置有与所述极片入口(110)位置相对应的极片出口(120)；
多个所述极片托辊(400)以横向排列的方式设置于所述隔热机箱(100)内，使其在所述极片入口(110)和所述极片出口(120)之间形成极片托辊组；并且所述极片托辊组平行的设置于所述第一红外辐射发生薄膜(200)和所述第二红外辐射发生薄膜(300)之间。
2.根据权利要求1所述的锂电池极片涂层红外辐射干燥装置，其特征在于，在所述隔热机箱(100)上还设置有湿空气出口(130)和干空气入口(140)；
所述湿空气出口(130)与第一引风机(510)相连接；所述干空气入口(140)与第一电加热器(610)相连接。
3.根据权利要求1所述的锂电池极片涂层红外辐射干燥装置，其特征在于，在所述隔热机箱(100)上还设置有湿空气出口(130)和干空气入口(140)；
所述湿空气出口(130)与表面式冷却器(700)相连接；所述表面式冷却器(700)通过第二引风机(520)与吸附式转轮除湿机的相连接；所述吸附式转轮除湿机连接至所述干空气入口(140)；
并且，所述吸附式转轮除湿机还通过第二电加热器(620)连接有鼓风机(800)。
4.根据权利要求1所述的锂电池极片涂层红外辐射干燥装置，其特征在于，所述第一绝缘层(210)和所述第二绝缘层(220)四周边缘密封连接，使得所述红外辐射发生层(230)被密封与所述第一绝缘层(210)和所述第二绝缘层(220)之间。
5.根据权利要求1至4之一所述的锂电池极片涂层红外辐射干燥装置，其特征在于，所述第一绝缘层(210)和所述第二绝缘层(220)均为聚对苯二甲酸乙二醇酯层、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物层、聚双烯丙基二甘醇碳酸酯层、硅橡胶层和聚酰亚胺树脂层中的一种。
6.根据权利要求1至4之一所述的锂电池极片涂层红外辐射干燥装置，其特征在于，所述红外辐射发生层(230)为碳黑层、微纳米石墨粉体层、碳纳米纤维层、碳纳米管层和石墨烯层中的一种。
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