3大核心工藝解密！真空烘烤如何‘榨干’鋰電池水分？

鋰離子電池電芯真空烘烤的原理主要基于真空環境下的傳熱傳質過程，關鍵是通過控制溫度、壓力及濃度差實現水分的有效去除。

1. 烘烤過程的三個階段

傳熱過程

物料（電芯）通過熱源吸收熱量，溫度升高，內部水分受熱汽化。熱源溫度需顯著高于物料溫度，以滿足水分汽化所需能量，溫度越高干燥速度越快。

內部液態傳質過程

水分通過毛細管力和濃度差作用，以液態形式從物料內部遷移至表面，并在表面汽化。物料內部濕分濃度需高于表面濃度以實現遷移。

氣態傳質過程

表面汽化的水蒸氣克服分子間吸引力，在真空低壓環境下脫離物料表面，擴散至真空腔室，最終被真空泵排出。

2. 關鍵控制因素

溫度：提高溫度可加速水分汽化。但需避免過高溫度導致隔膜收縮或極片結構受損（如文檔提到的隔膜耐溫限制需綜合考量）。

壓力：真空環境（如≤-97kPa）降低水的汽化溫度，壓力差驅動水蒸氣從高壓的物料表面向低壓的真空室擴散。

水的沸點隨氣壓的變化曲線

濃度差：內部與表面的水分濃度梯度促進遷移，蒸發后表面濃度降低，內部水分持續向表面補充。

3. 工藝步驟

典型的真空烘烤工序結合抽真空-充氮循環以提高效率：

加熱升溫：常壓下加熱電芯至設定溫度（如85°C），促使水分初步汽化。

抽真空降壓：氣壓降至-97kPa以下，加速水分低溫汽化并帶出濕氣。

充氮破真空：通入干燥氮氣或空氣置換殘留濕氣，維持干燥環境。

循環執行：重復抽真空、充氮步驟，直至電芯水分達標（通常控制≤150ppm）。

4. 烘烤方式對比

接觸式烘烤：通過加熱板直接接觸電芯，溫度均勻性好，烘烤周期短。

熱風循環式烘烤：加熱氣體循環流動間接加熱，能耗較高但適用于批量生產。

隧道爐式烘箱：連續化生產，效率高；而單體式烘箱適合小批次靈活操作。

5. 科學機理支撐

克拉伯龍-克勞修斯方程：描述了水的汽化溫度與飽和蒸氣壓、真空度的關系。真空度越高，相同溫度下水分更易汽化。

菲克擴散定律：用于分析水分在物料內部擴散速率，仿真研究表明，電芯表面水分在烘烤初期（約10min）蒸發最快，而底部水分需50min后才達峰值。

總結

電芯烘烤通過在真空環境中調控熱力學條件（溫度、壓力、濃度梯度），結合呼吸循環（Breath Baking）工藝的氮氣置換，高效去除水分，確保電池電解液與材料的穩定性。其核心是基于傳熱傳質理論，通過優化參數（如溫度85°C、真空度≤-97kPa、充氮時間30s/次）平衡干燥效率與材料安全性。

以上內容均為本人日常工作，交流，閱讀文獻所得，由于本人能力有限，文中闡述觀點難免會有疏漏，歡迎業內同仁積極交流，共同進步！參考資料：1.先進儲能電池智能制造技術與裝備，陽如坤-End-