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(huán)境下的傳熱傳質(zhì)過程，關(guān)鍵是通過控制溫度、壓力及濃度差實現(xiàn)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(nèi)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(nèi)部液態(tài)傳質(zhì)過程

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

氣態(tài)傳質(zhì)過程

表面汽化的水蒸氣克服分子間吸引力，在真空低壓環(huán)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(guān)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(dǎo)致隔膜收縮或極片結(jié)構(gòu)受損（如文檔提到的隔膜耐溫限制需綜合考量）。

壓力：真空環(huán)境（如≤-97kPa）降低水的汽化溫度，壓力差驅(qū)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(nèi)部與表面的水分濃度梯度促進遷移，蒸發(fā)后表面濃度降低，內(nèi)部水分持續(xù)向表面補充。

3. 工藝步驟

典型的真空烘烤工序結(jié)合抽真空-充氮循環(huán)以提高效率：

加熱升溫：常壓下加熱電芯至設(shè)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(huán)境。

循環(huán)執(zhí)行：重復(fù)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(fēng)循環(huán)式烘烤：加熱氣體循環(huán)流動間接加熱，能耗較高但適用于批量生產(chǎn)。

隧道爐式烘箱：連續(xù)化生產(chǎn)，效率高；而單體式烘箱適合小批次靈活操作。

5. 科學(xué)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(guān)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(nèi)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(fā)最快，而底部水分需50min后才達峰值。

總結(jié)

電芯烘烤通過在真空環(huán)境中調(diào)控?zé)崃W(xué)條件（溫度、壓力、濃度梯度），結(jié)合呼吸循環(huán)（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(wěn)定性。其核心是基于傳熱傳質(zhì)理論，通過優(yōu)化參數(shù)（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(nèi)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(yè)內(nèi)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(shù)與裝備，陽如坤-End-