3大核心工艺解密！真空烘烤如何‘榨干’锂电池水分？

2025-03-31 11:40

锂电解码

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锂离子电池电芯真空烘烤的原理主要基于真空环境下的传热传质过程，关键是通过控制温度、压力及浓度差实现水分的有效去除。

1. 烘烤过程的三个阶段

传热过程

物料（电芯）通过热源吸收热量，温度升高，内部水分受热汽化。热源温度需显著高于物料温度，以满足水分汽化所需能量，温度越高干燥速度越快。

内部液态传质过程

水分通过毛细管力和浓度差作用，以液态形式从物料内部迁移至表面，并在表面汽化。物料内部湿分浓度需高于表面浓度以实现迁移。

气态传质过程

表面汽化的水蒸气克服分子间吸引力，在真空低压环境下脱离物料表面，扩散至真空腔室，最终被真空泵排出。

2. 关键控制因素

温度：提高温度可加速水分汽化。但需避免过高温度导致隔膜收缩或极片结构受损（如文档提到的隔膜耐温限制需综合考量）。

压力：真空环境（如≤-97kPa）降低水的汽化温度，压力差驱动水蒸气从高压的物料表面向低压的真空室扩散。

水的沸点随气压的变化曲线

浓度差：内部与表面的水分浓度梯度促进迁移，蒸发后表面浓度降低，内部水分持续向表面补充。

3. 工艺步骤

典型的真空烘烤工序结合抽真空-充氮循环以提高效率：

加热升温：常压下加热电芯至设定温度（如85°C），促使水分初步汽化。

抽真空降压：气压降至-97kPa以下，加速水分低温汽化并带出湿气。

充氮破真空：通入干燥氮气或空气置换残留湿气，维持干燥环境。

循环执行：重复抽真空、充氮步骤，直至电芯水分达标（通常控制≤150ppm）。

4. 烘烤方式对比

接触式烘烤：通过加热板直接接触电芯，温度均匀性好，烘烤周期短。

热风循环式烘烤：加热气体循环流动间接加热，能耗较高但适用于批量生产。

隧道炉式烘箱：连续化生产，效率高；而单体式烘箱适合小批次灵活操作。

5. 科学机理支撑

克拉伯龙-克劳修斯方程：描述了水的汽化温度与饱和蒸气压、真空度的关系。真空度越高，相同温度下水分更易汽化。

菲克扩散定律：用于分析水分在物料内部扩散速率，仿真研究表明，电芯表面水分在烘烤初期（约10min）蒸发最快，而底部水分需50min后才达峰值。

总结

电芯烘烤通过在真空环境中调控热力学条件（温度、压力、浓度梯度），结合呼吸循环（Breath Baking）工艺的氮气置换，高效去除水分，确保电池电解液与材料的稳定性。其核心是基于传热传质理论，通过优化参数（如温度85°C、真空度≤-97kPa、充氮时间30s/次）平衡干燥效率与材料安全性。

以上内容均为本人日常工作，交流，阅读文献所得，由于本人能力有限，文中阐述观点难免会有疏漏，欢迎业内同仁积极交流，共同进步！参考资料：1.先进储能电池智能制造技术与装备，阳如坤-End-

原文标题 : 3大核心工艺解密！真空烘烤如何‘榨干’锂电池水分？