本发明属于锂离子电池干燥领域，具体是一种超声波强化热风干燥动力锂离子电池装置及干燥方法。
背景技术：
能源危机和环境污染已受到世界各国的广泛关注。目前，汽车大约消耗原油产量的45％，并释放出大量温室气体二氧化碳以及污染物二氧化硫，氮的氧化物等。加速推动新能源汽车，已成为世界各国共同认可的迫切任务。其中，锂离子电池质轻、续航里程长、高能量密度以及循环寿命长和无污染等优点，已使其成为电动汽车的首要选择。
锂离子电池中的水分不但可以导致电解液中锂盐的分解，而且影响了固体电解质界面膜(sei膜)的形成和稳定性，导致电池容量衰减，内阻增大，甚至导致电池膨胀。锂电池在合浆、涂布、卷绕以及组装等工艺步骤不可避免的要与空气接触，导致水分超出工艺要求。为了降低电芯中的水含量，在注液前需对电芯进行烘烤。目前，行业内主要采用热风干燥的方法对锂离子电池进行脱水，这种烘烤方式干燥效率较低，能耗较大，且干燥温度高。超声波是频率大于20khz的声波，是在媒质中传播的一种机械振动，超声波具有传播方向性强，介质质点振动加速度大等特点。超声波按照频率和功率可分为两类：一类是频率高，能量低的诊断超声波；另一类是频率低，功率高的超声波，该类型超声波会使媒质的状态、组成、结构和功能等发生变化。超声波有多种物理和化学效应，超声波与媒质的相互作用可分为热机制、机械机制和空化机制三种。将超声波直接有效耦合于动力锂离子电池的热风干燥过程中，利用超声的高频率强波动效应、空化效应及热学效应等特点，可实现热风干燥过程中对锂离子电池传热传质过程的强化，并达到缩短干燥时间，降低干燥温度的目的。
技术实现要素：
本发明的目的就是为了克服传统的热风干燥的缺陷，提供一种超声波强化热风干燥动力锂离子电池装置及干燥方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种超声波强化热风干燥动力锂离子电池装置，包括烘箱、真空泵以及超声波发生器，所述真空泵通过管道与烘箱的一侧相连，所述烘箱与真空泵连接的管道内依次设置排气阀、真空阀，且真空泵位于排气阀、真空阀之间，所述烘箱的另一侧连接有电加热器，所述烘箱内部设置有物料升降台，所述物料升降台上设有用于放置锂离子电池的电池托盘，所述物料升降台下设有振动盘，所述振动盘依次与超声波换能器、超声波发生器连接。
进一步方案，所述烘箱顶部设有热电偶、风速仪、压力计。
进一步方案，所述烘箱与电加热器之间设有流量调节阀。
进一步方案，所述超声波换能器一端位于烘箱内部，所述超声波换能器另一端与超声波发生器连接，且该端位于烘箱外部。
本发明的另一个目的在于提供一种超声波强化热风干燥动力锂离子电池装置的方法，包括以下步骤：
(1)将待封口的锂离子电池至于烘箱中，关闭流量调节阀、真空阀，打开真空泵，进行抽真空处理；
(2)开启电加热器，打开流量调节阀，至箱体内气压达到1.05-1.2个大气压时，打开真空阀和排气阀，充入温度为40-120℃的保护性气体加热锂离子电池，送风预热5-100min；
(3)打开超声波发生器，设定超声波作用时间为5-100min；
(4)关闭电加热器、流量调节阀、真空阀，打开真空泵，关闭超声波发生器，真空保压10-100min；
(5)充入常温保护气体，对电池进行强制降温处理。
进一步方案，所述步骤(1)中抽真空处理的时间为2-10min，真空度需达到0.1-10kpa。
进一步方案，所述步骤(2)中保护性气体为氩气、氮气或二氧化碳；所述的保护性气体水含量小于100ppm；充入的保护性气体的流速为0.1-10m/s。
进一步方案，所述步骤(3)中的与超声波发生器相连接的振动盘与电池托盘的距离为1-15cm；超声波发生器的功率为1-20kw，超声波的频率为20～-60khz。
进一步方案，步骤(2)-(4)为一个循环过程，循环次数为2-20次。
进一步方案，所述步骤(5)中充入常温保护气体的时间为5-20min，常温保护气体温度为15-22℃，降温所要达到的温度区间为30-40℃。
本发明针对传统的热风干燥效率较低，能耗较高等问题，提出一种超声波强化热风干燥动力锂离子电池的方法。锂离子电池中水分迁移来自于两方面阻力：水分由物料内部向物料表面扩散阻力以及水分由物料表面向空气中迁移阻力。超声波致使物料附近的空气高频振动，并在物料-空气界面形成湍流；这会减小扩散边界层厚度，从而减小水分由物料表面向空气中扩散的阻力。超声波导致物料内部质点产生内摩擦，部分超声波被物料吸收导致物料温度升高；此外，在超声作用下，物料组织不断地有选择性地压缩和拉伸，并形成有利于水分向外扩散的微小通道，这减小了水分由物料内部向物料表面扩散的阻力。
抽真空过程可降低烘箱内压力，降低水的沸点，促进电池物料内水分汽化，提高干燥速率，在抽真空的同时不断加热电池物料，物料内的水分通过浓度差扩散到表面，在对流的作用下克服分子间吸引力从而被真空泵抽走。
本发明的有益效果：
(1)和传统的热风干燥相比，该方法可以缩短干燥时间，提高干燥效率；
(2)和传统的热风干燥相比，该方法可以降低干燥温度，防止温度过高降低粘合剂粘结效果。
附图说明
图1为本发明超声波强化热风干燥动力锂离子电池装置结构示意图；
图中，1-电加热器，2-流量调节阀，3-热电偶，4-风速仪，5-压力计，6-真空泵，7-真空阀，2-排气阀，9-锂离子电池，10-电池托盘，11-超声波发生器，12-超声波换能器，13-振动盘，14-物料升降台，15-烘箱。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1所示，一种超声波强化热风干燥动力锂离子电池装置，包括烘箱15、真空泵6以及超声波发生器11，真空泵6通过管道与烘箱15的一侧相连，烘箱15与真空泵6连接的管道内依次设置排气阀2、真空阀7，且真空泵6位于排气阀2、真空阀7之间，烘箱15的另一侧连接有电加热器1，烘箱15与电加热器1之间设有流量调节阀2，烘箱15内部设置有物料升降台14，物料升降台14上设有用于放置锂离子电池9的电池托盘10，物料升降台14下设有振动盘13，振动盘13依次与超声波换能器12、超声波发生器11连接，超声波换能器12一端位于烘箱15内部，超声波换能器12另一端与超声波发生器11连接，且该端位于烘箱15外部。烘箱15顶部设有热电偶3、风速仪4、压力计5。
实施例1
一种超声波强化热风干燥动力锂离子电池的方法，具体包括以下步骤：(1)将待封口的锂离子电池9放入电池托盘10内并置于烘箱15内部，调节物料升降台14高度，使振动盘13与电池托盘10的距离为3cm；关闭流量调节阀2、真空阀7，打开真空泵6，当真空值达到5kpa时停止抽真空，并关闭排气阀2。(2)开启电加热器1，打开流量调节阀2，充入氩气，以1m/s的风速，以及20℃的温度运风，当箱体内压力达到1.1个大气压时，开启排气阀2以及真空阀7，并继续运风15min。(3)运风同时，打开超声波发生器11，以5kw的功率以及30khz的频率作用于电池。(4)关闭电加热器1、流量调节阀2以及真空阀7，打开真空泵6，1min后关闭超声波发生器11；当真空值达到5kpa时，关闭真空泵6及排气阀2，保压20min。(5)步骤(2)～(4)为一个循环，重复该循环10次。(6)关闭电加热器1，打开流量调节阀2、排气阀2以及真空阀7，充入氩气保护气体，以1m/s的风速以及22℃的温度运风10min，将锂离子电池温度降至40℃。
超声波强化热风干燥重复10个循环后，动力锂离子电池中的电芯平均水含量为725ppm，用时490min；在相同的条件下，电芯水含量达到725ppm，传统的热风干燥需用时600min，超声波强化热风干燥可明显缩短干燥时间。
实施例2
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于步骤(1)中充入的保护气体的温度为90℃。超声波强化热风干燥10个循环(490min)后，锂电池中的电芯水含量为662ppm；传统热风干燥10个循环后，电芯水含量为762ppm。
与实施例1相比，在相同的干燥时间下，超声波强化热风干燥相较于传统的热风干燥，可以在更低的干燥温度(20℃)下，达到更低的电芯水含量(725ppm)，超声波强化热风干燥可明显降低干燥温度。
实施例3
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于本实施例的超声波功率为10kw，频率为25khz。
实施例4
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于本实施例送风加热-超声作用-抽真空的循环次数为15次。
实施例5
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于本实施例步骤(1)和步骤(4)抽真空需要达到的真空度为2kpa。