一種電極的乾燥方法與流程

2023-07-27 00:29:26

本發明涉及氫氧化鎳鹼性電池領域，特別是涉及一種電極的乾燥方法。

背景技術：

近年來，隨著新能源研究的持續發展，電池成為了被廣泛認可的未來具有廣闊前景的新能源，電池的構造一般如下:在作為集電體的各金屬箔的表面形成扁平電極，並且將多個電極和金屬箔堆疊在一起，以提高能量密度。通過在金屬箔上塗布包括活性材料和溶劑等的電極漿料、乾燥電極漿料、對電極材料進行加壓等形成電極。其中，電極的乾燥是製備電極過程中十分重要的一個環節，電極乾燥工藝的控制對所製備電極的性能有較大的影響。

CN102773208A公開了一種電極乾燥器以及用於乾燥電極的方法，包括下述步驟:當從乾燥爐的入口向出口在長度方向上傳輸電極基材時，對用塗敷材料塗敷的帶狀電極基材進行乾燥，乾燥步驟包括下述步驟:在透氣性安裝構件上安裝進行傳輸的電極基材；以及通過該安裝構件吸住電極基材。該電極乾燥器和電極乾燥方法能夠防止電極基材下垂和起皺，並且減少在乾燥期間的不均勻塗敷，以穩定地提供均勻的電極。

JP2004-327203號公報中公開的技術，在輸送長的金屬箔的同時在該金屬箔的表面上連續地塗布電極材料，然後通過感應加熱使電極材料乾燥。特別地，用於對金屬箔進行感應加熱的感應線圈與金屬箔的表面相對，並且金屬箔在移動的同時連續地經受感應加熱。

然而，現有的電極乾燥技術大多採用熱風乾燥，但熱風乾燥一方面由於熱空氣的鼓風流動而造成電極漿料和電極基材的搖擺，使得乾燥後電極的表面並不均勻，性質不均一，另一方面，熱風乾燥還會造成乾燥後的電極漿料的龜裂，製備出的電極的品質較差，並且熱風乾燥能量浪費比較大，故開發具有優異乾燥特性的電極乾燥工藝是十分有必要且十分迫切的。

技術實現要素：

本發明的目的就是要提供一種電極的乾燥方法，該方法能夠實現電極的穩定乾燥，獲得品質優異的乾燥電極，並且此方法乾燥效率較高，穩定性較強，能夠解決現有技術中由於熱風乾燥所導致的乾燥不均勻和龜裂的問題。

為實現上述目的，本發明是通過如下方案實現的：

一種電極的乾燥方法，所述乾燥採用紅外-雷射-熱風三能一體組合乾燥方式，具體包括：（1）設置一包含傳輸構件和乾燥部件的乾燥器；（2）在長度方向上依靠所述傳輸構件將電極基材由乾燥部件的入口傳輸到出口的同時，對塗敷有電極漿料的帶狀電極基材進行乾燥；其中，所述傳輸構件用於水平地支撐要在所述乾燥部件中傳輸的所述電極基材，所述傳輸構件由若干輥以一定的間距相連接組成，所述間距為10-20cm；

所述乾燥部件由三段所組成，第一段設置紅外乾燥裝置，第二段設置雷射乾燥裝置，第三段設置鼓風乾燥器，所述三段乾燥相互串聯但各自相互獨立；所述紅外乾燥裝置包括多個並排設置的紅外加熱管和溫度控制設備，所述紅外加熱管平行的位於傳輸構件的正上端，所述溫度控制設備由溫度傳感器、變送器和PLC控制器所組成，所述紅外乾燥的波長為5-15µm，功率為600-1800W，乾燥溫度為80-105℃；雷射乾燥裝置包括雷射發射器、雷射接收器和雷射能量調節按鈕，所述雷射發射器和雷射接收器分別設置於傳輸構件的上方和下方，雷射能量調節按鈕與雷射發射器相連接用於控制乾燥的溫度，所述雷射乾燥的波長為650nm，乾燥溫度為105-125℃；所述熱風乾燥在鼓風乾燥器中進行，乾燥器中排列有若干熱風管，熱風管位於傳輸構件的上方，所述熱風的溫度為60-100℃，熱風的流速為2.0-3.0m/s。

其中，安裝於所述傳輸構件上方的紅外加熱管與傳輸構件之間的垂直距離為100-300mm。

所述傳輸構件的傳輸速度為1-2m/s。

所述傳輸構件由若干輥以一定的間距相連接組成，所述間距為15cm。

所述傳輸構件平坦地支撐所述電極基材。

所述紅外乾燥的溫度為100℃，所述雷射乾燥的溫度為110℃，所述鼓風乾燥的溫度為90℃。

另外，本發明還提供了一種鹼性電池，在外包裝罐內具備鹼性電解液和電極組，所述電極組由以儲氫合金為負極活性物質的儲氫合金負極、以氫氧化鎳為主要正極活性物質的鎳正極、和隔膜構成，其中，所述儲氫合金以通式Ce1-xZrxMgNiy-a-bAlaMb,其中，M為Co、Mn、Zn中的一種，0.1≤x≤0.3，3.0≤y≤3.8，0.1≤a≤0.3，0.1≤x≤0.5；所述氫氧化鎳正極活性物質中固溶有選自鈷(Co)、鋅(Zn)、錳(Mn )、銀(Ag)、鎂(Mg)以及鋁(Al)元素中的至少一種元素；所述鹼性電解液以氫氧化鉀(KOH)為主材料，且包含氫氧化鈉(NaOH)，且鹼性電解液中添加有鎢化合物、鉬化合物、鈮化合物中的一種和多種，所述鹼性電解液的比重約為1.3；另外，所述電極的正極或負極是採用權利要求1所述的乾燥方法進行乾燥。

所述鹼性電解液的注入方法包括如下步驟：

（1）製備包含電極組的電槽，所述電極組由隔著隔膜的正極板及負極板進行卷繞而成；

（2）將電槽置於密封性良好的注液區內，對所述的電槽利用抽氣泵進行抽氣處理，使得所述電槽內部的氣壓變為負壓；

（3）向所述的電槽進行第一次電解液注入，並且待上述注液結束後向所述電槽施加離心力，所述離心在帶有轉盤的離心裝置上進行，所述轉盤的轉速為1500-2000rpm，離心時間為1-2min；所述第一次電解液注入的注入量為電解液總重量的30-60%；

（4）第一次注液結束後，對電槽進行抽真空處理，真空處理的時間為60-120min，抽真空的真空度低於0.09MPa；

（5）向所述的電槽進行第二次電解液注入，並且待上述注液結束後向所述電槽施加離心力，所述離心在帶有轉盤的離心裝置上進行，所述轉盤的轉速為1500-2000rpm，離心時間為3-5min；所述第二次電解液注入的注入量為電解液總重量的40-70%；

（6）向電槽內部充入壓力為0.020-0.035MPa的氮氣並保持40-70s；將電槽內部洩壓，即完成注液。

本發明的電極漿料包括用於形成正電極的正電極漿料以及用於形成負電極的負電極漿料。例如，通過將溶劑加入正電極活性材料、導電劑和粘合劑來製備正電極漿料，並且該正電極漿料具有指定的粘性。其粘度不高於20p，正電極活性材料包括氫氧化鎳、選自鈷(Co)、鋅(Zn)、錳(Mn )、銀(Ag)、鎂(Mg)以及鋁(Al)元素中的至少一種元素；導電劑如乙炔黑、熱炭黑、碳纖維等，粘合劑如澱粉、聚乙烯醇、聚乙烯等，溶劑如純水。

本發明的有益效果是：本發明採用紅外-雷射-熱風三能一體組合乾燥方式，結合了紅外、雷射和熱風三者的各自特點，並與電極漿料乾燥的特點相結合，獲得了品質優異的乾燥電極，其中，紅外乾燥利用紅外輻射能夠很好的被溶劑吸收的特點，其乾燥速度很快，乾燥質量好以及能量利用率較高，在電極塗敷後初始乾燥階段能較好的保持漿料不受外界條件的幹擾，完成性質穩定的初始乾燥；而中間階段雷射乾燥，利用雷射的高能量，實現中間階段的高溫乾燥，較短時間內即能實現高溫下的較好乾燥效果，並且雷射乾燥不會由於溫度較高而導致乾燥漿料的龜裂，表面性質得到較好維持，另外，紅外和雷射乾燥能夠實現漿料表層和內層的同時乾燥，起到整體乾燥的良好效果；最後結尾的熱風乾燥是在前面紅外和雷射乾燥基本結束後對漿料的輔助乾燥，其進一步優化乾燥的效果，實現乾燥的最好效果。

附圖說明

圖1本發明乾燥系統的結構示意圖。

其中，1-電極基材，2-塗布器，3-電極漿料，4-紅外乾燥裝置，5-雷射乾燥裝置，6-鼓風乾燥器。

具體實施方式

下面將對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

實施例1

一種電極的乾燥方法，所述乾燥採用紅外-雷射-熱風三能一體組合乾燥方式，具體包括：（1）設置一包含傳輸構件和乾燥部件的乾燥器；（2）在長度方向上依靠所述傳輸構件將電極基材由乾燥部件的入口傳輸到出口的同時，對塗敷有電極漿料的帶狀電極基材進行乾燥；其中，所述傳輸構件用於水平地支撐要在所述乾燥部件中傳輸的所述電極基材，所述傳輸構件由若干輥以一定的間距相連接組成，所述間距為15cm；

所述乾燥部件由三段所組成，第一段設置紅外乾燥裝置，第二段設置雷射乾燥裝置，第三段設置鼓風乾燥器，所述三段乾燥相互串聯但各自相互獨立；所述紅外乾燥裝置包括多個並排設置的紅外加熱管和溫度控制設備，所述紅外加熱管平行的位於傳輸構件的正上端，所述溫度控制設備由溫度傳感器、變送器和PLC控制器所組成，所述紅外乾燥的波長為10µm，功率為1200W，乾燥溫度為95℃；雷射乾燥裝置包括雷射發射器、雷射接收器和雷射能量調節按鈕，所述雷射發射器和雷射接收器分別設置於傳輸構件的上方和下方，雷射能量調節按鈕與雷射發射器相連接用於控制乾燥的溫度，所述雷射乾燥的波長為650nm，乾燥溫度為110℃；所述熱風乾燥在鼓風乾燥器中進行，乾燥器中排列有若干熱風管，熱風管位於傳輸構件的上方，所述熱風的溫度為90℃，熱風的流速為2.5m/s；其中，安裝於所述傳輸構件上方的紅外加熱管與傳輸構件之間的垂直距離為200mm；所述傳輸構件的傳輸速度為1.5m/s；所述傳輸構件由若干輥以一定的間距相連接組成，所述間距為15cm。

實施例2

一種電極的乾燥方法，所述乾燥採用紅外-雷射-熱風三能一體組合乾燥方式，具體包括：（1）設置一包含傳輸構件和乾燥部件的乾燥器；（2）在長度方向上依靠所述傳輸構件將電極基材由乾燥部件的入口傳輸到出口的同時，對塗敷有電極漿料的帶狀電極基材進行乾燥；其中，所述傳輸構件用於水平地支撐要在所述乾燥部件中傳輸的所述電極基材，所述傳輸構件由若干輥以一定的間距相連接組成，所述間距為10cm；

所述乾燥部件由三段所組成，第一段設置紅外乾燥裝置，第二段設置雷射乾燥裝置，第三段設置鼓風乾燥器，所述三段乾燥相互串聯但各自相互獨立；所述紅外乾燥裝置包括多個並排設置的紅外加熱管和溫度控制設備，所述紅外加熱管平行的位於傳輸構件的正上端，所述溫度控制設備由溫度傳感器、變送器和PLC控制器所組成，所述紅外乾燥的波長為5µm，功率為1000W，乾燥溫度為90℃；雷射乾燥裝置包括雷射發射器、雷射接收器和雷射能量調節按鈕，所述雷射發射器和雷射接收器分別設置於傳輸構件的上方和下方，雷射能量調節按鈕與雷射發射器相連接用於控制乾燥的溫度，所述雷射乾燥的波長為650nm，乾燥溫度為105℃；所述熱風乾燥在鼓風乾燥器中進行，乾燥器中排列有若干熱風管，熱風管位於傳輸構件的上方，所述熱風的溫度為90℃，熱風的流速為2.0m/s；安裝於所述傳輸構件上方的紅外加熱管與傳輸構件之間的垂直距離為100mm；所述傳輸構件的傳輸速度為2m/s；所述傳輸構件由若干輥以一定的間距相連接組成，所述間距為15cm。

實施例3

一種電極的乾燥方法，所述乾燥採用紅外-雷射-熱風三能一體組合乾燥方式，具體包括：（1）設置一包含傳輸構件和乾燥部件的乾燥器；（2）在長度方向上依靠所述傳輸構件將電極基材由乾燥部件的入口傳輸到出口的同時，對塗敷有電極漿料的帶狀電極基材進行乾燥；其中，所述傳輸構件用於水平地支撐要在所述乾燥部件中傳輸的所述電極基材，所述傳輸構件由若干輥以一定的間距相連接組成，所述間距為20cm；

所述乾燥部件由三段所組成，第一段設置紅外乾燥裝置，第二段設置雷射乾燥裝置，第三段設置鼓風乾燥器，所述三段乾燥相互串聯但各自相互獨立；所述紅外乾燥裝置包括多個並排設置的紅外加熱管和溫度控制設備，所述紅外加熱管平行的位於傳輸構件的正上端，所述溫度控制設備由溫度傳感器、變送器和PLC控制器所組成，所述紅外乾燥的波長為15µm，功率為1800W，乾燥溫度為105℃；雷射乾燥裝置包括雷射發射器、雷射接收器和雷射能量調節按鈕，所述雷射發射器和雷射接收器分別設置於傳輸構件的上方和下方，雷射能量調節按鈕與雷射發射器相連接用於控制乾燥的溫度，所述雷射乾燥的波長為650nm，乾燥溫度為125℃；所述熱風乾燥在鼓風乾燥器中進行，乾燥器中排列有若干熱風管，熱風管位於傳輸構件的上方，所述熱風的溫度為100℃，熱風的流速為3.0m/s；安裝於所述傳輸構件上方的紅外加熱管與傳輸構件之間的垂直距離為300mm；所述傳輸構件的傳輸速度為2m/s；所述傳輸構件由若干輥以一定的間距相連接組成，所述間距為15cm。

根據本發明工藝實施的實施例1-3乾燥後的電極的性能，結果見表1：

對於本領域技術人員而言，顯然本發明不限於上述示範性實施例的細節，而且在不背離本發明的精神或基本特徵的情況下，能夠以其他的具體形式實現本發明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示範性的，而且是非限制性的，本發明的範圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和範圍內的所有變化囊括在本發明內。

此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但並非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。