锂电池烘烤工艺详细解析-烘烤参数的选择

锂电池烘烤工艺指的是，电池装配之后，注液之前的工序。烘烤是锂电池制造中不可或缺的一道工序。水分不合格会给电池带来一系列不良的影响，甚至造成电池失效。

一、烘烤概述

烘烤的目的：通过高温，高真空将电池内部的水分除去的工艺过程。

烘烤工艺的关键控制参数：温度、真空、时间。

烘烤的原理：

因水的沸点随着气压的下降而降低。水的沸点在负压下显著降低，在气压降至-0.089Mpa时，理论沸点可以降至至45℃。在负压环境下，水分更易沸点随着气压的下降而降低。水的沸点在负压于气化。
电池在常压下加热一时间后，隔膜或极片中的水分转化为水蒸气；水分蒸发后抽真空可以将水蒸气抽出；充氮气破真空，保持干燥环境。

二、烘烤参数的选择

（1）烘烤温度

烘烤温度的选择重点考虑隔膜的特性（耐热性、收缩率）

如下图中蓝色曲线可以看出，该隔膜在100℃开始焓变，因此使用该款隔膜的烘烤温度不能高于100℃。

通过DSC曲线判断材料发生变质的最低温度

如下图，该款隔膜在100℃的条件下，20h后，收缩率超过1%，会对电池造成较为严重的影响。

基膜在不同温度下随时间变化的纵向收缩率

通过DSC曲线和基膜的热收缩情况，确定合适的烘烤温度。

（2）烘烤真空度

对于正极：正极极片含水量少，单纯依靠延长烘烤时间对减小极片水分含量的作用有限，随着真空度的增加，水的沸点降低，有利于极片中水的挥发，所以上表中正极水分变化明显；
对于负极：负极溶剂为水，负极粘结剂易溶于水，与水分子的结合相对牢靠，增加真空度对负极片中水挥发的影响有限，所以很大程度上依靠于烘烤时间的加长。

（3）烘烤时间

烘烤时间/h正极片/%负极片/%电芯/%
160.012410.076590.03622
240.005560.048470.02148
270.005070.036480.01672

不同烘烤时间极片的水分含量

注：烤箱烘烤参数为温度85℃，真空度-90~92kpa；

随着烘烤时间的延长，水分呈现下降趋势，其中烘烤时间到一定程度后，水分变化不显著（如24H和27H水分数据），主要由于正极材料为水分到达一定程度后很难被烘烤出来；

对于锂电池烘烤参数的确定是需要工艺这边验证的。烘烤温度在不影响材料性能的情况下，温度越高，真空度越低，烘烤时间越长，电芯中水分越低。但高温，低真空，以及长时间三者都会消耗更多的能源，减少产能。因此需要综合考虑，设计出最合理的参数。