MASTER动力锂电池涂布烘干系统关键技术研究 - 图文

万方数据隶劫大粤硕士学位论文研究生姓名：壁宣望导师姓名：叠宣动力锂电池涂布烘干系统关键技术研究ＡＳｔｕｄｙｏｎｔｈｅＫｅｙＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｏｆ万方数据ｃｏＬａｔｉｉ—ｎＩ。ｇｎＤＰｒ。ｙｗｉｎｅｇｒＬｉ—ＩｏｎＰｏｗｅｒＳＢｙａｓｔｔｔｅｅｍｒｙｆｏｒ～勰Ｂａｔｔｅｒｖ。秽箩㈣磐螋必Ａ砀ｅｓｉｓＳｕｂｍｉｔｔｅｄｔｏＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＦｏｒｔｈｅＡｃａｄｅｍｉｃＤｅｇｒｅｅｏｆＭａｓｔｅｒｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＢＹＷＡＮＧＳｈｅｎｗａｎｇＳｕｐｅｒｖｉｓｅｄｂｙＡｓｓｏｃｉａｔｅＰｒｏｆｅｓｓｏｒＨＡＮＬｉａｎｇＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＡｐｒｉｌ２０１４东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我＿同工作的同志对本研究所傲的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：鏖重翌目期：４１丝：！：皇！东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相～一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布（包括刊登）论文的全部或部分内容。论文的公布（包括刊登）～授权东南大学研究生院办理。研究生签名：逛蔓望．导师签名：万方数据摘要动力锂电池涂布烘干系统关键技术研究姓名：汪审望导师：韩良东南大学摘要锂离子电池作为新一代绿色环保电池，拥有广阔的商业化应用前景。锂离子电池极片干燥是通过热风将极片涂层中的水分或有机溶剂成分快速挥发掉的一道工序。锂离子电池极片干燥质量的好坏对成品电池性能有重大的影响。传统干燥烘箱采用电加热器加热空气，设备耗能严重。同时，由于烘箱内进、抽风不平衡，易在机头、机尾烘箱处出现“滴溶剂”现象，造成极片干燥的缺陷。本文设计的干燥烘箱使用导热油作为加热空气的热载体，烘箱内采用“中间上下进风，两端上下抽风”的气流布局。本文设计的干燥烘箱不仅能避免烘箱内“滴溶剂”现象的出现，而且还能提高干燥空气潜热能的利用率。本课题对干燥烘箱的设计做了如下工作：首先，查阅了国内外关于锂离子电池干燥烘箱设备的相关文献，并对锂离子电池干燥工艺进行深入研究；其次，对市场上存在的干燥烘箱设备进行分析，并由此提出了本课题的干燥烘箱设计方案；接着，对锂离子电池干燥烘箱的机械结构和控制系统进行详细的阐述，并利用ＣＯＳＭＯＳＦｌｏＷｒｏｒｋｓ流场仿真软件对风刀和烘箱的几何结构参数进行仿真分析；最后，在合理分析设计的基础上，本课题对干燥烘箱设备进行组装、调试和实验，并检测设备的各项指标。通过以上研究，本课题成功的研发出了一种较先进的锂离子电池干燥烘箱设备。经过实验分析，该设备的多项指标均能达到预期要求。风刀的速度偏差小于４－１０％，极片干重偏差小于４－３．５％，烘箱内温度场呈现“中间高，两端低”的梯形分布，极片涂布干燥速度从３．５ｍ／ｓ提高到６．５ｍ／ｓ。本课题的研究对提高锂离子电池干燥效率、降低企业生产成本和提升企业生产效益具有重要的实践价值，同时也符合国家低碳经济的要求。关键词：动力锂离子电池；涂布干燥；烘箱设计；正交试验设计；ＣＯＳＭＯｓＦｌｏｗｂｒｋｓ万方数据东南大学硕士学位论文ＡＳｔｕｄｙｏｎｔｈｅＫｅｙＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｏｆＣｏａｔｉｎｇＤｒｙｉｎｇＳｙｓｔｅｍｆｏｒＬｉ—ＩｏｎＰｏｗｅｒＮａｍｅ：ＷＡＮＧＢａｔｔｅｒｙＳｈｅｎｗａｎｇＳｕｐｅｒｖｉｓｏｒ：ＨＡＮＬｉａｎｇＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＡｂｓｔｒａｃｔＬｉ－ｉｏｎｐｏｗｅｒｂａｔｔｅｒｙｉＳｎｅｗｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｏｆｈｉｇｈｐｏｗｅｒｂａｔｔｅｒｙ，ｗｈｉｃｈｈａｓａｂｒｏａｄｃｏｍｍｅｒｃｉａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｓｐｅｃｔ．Ｌｉ－ｉｏｎｐｏｗｅｒｂａｔｔｅｒｙｈａｓｄｒｙｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｅｓ，ｗｈｉｃｈｕｓｅｈｏｔａｉｒｔｏｅｖａｐｏｒａｔｅｗａｔｅｒｏｒｏｒｇａｎｉｃｓｏｌｖｅｎｔｉｎｔｈｅｗｅｔｅｌｅｃｔｒｏｄｅｑｕｉｃｋｌｙ，ａｎｄｉｔｓｄｒｙｉｎｇａｅ毹ｃｔｏｎｄｉｒｅｃｔｌｙｉｍｐａｃｔｓｔｈｅｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｆｏｌｌｏｗ．ｕｐｐｒｏｃｅｓｓ．Ｔｈｕｓ，ｉｔｈａｓｍａｊｏｒｉｍｐａｃｔｂａｔｔｅｒｙｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．Ｔ１１ｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｄｒｙｉｎｇｏｖｅｎＵＳｅＳｅｌｅｃｔｒｉｃｈｅａｔｉｎｇｔｏｈｅａｔｔｈｅａｉｒ，ａｎｄｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｉｓｖｅｒｙｓｅｖｅｒｅ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｂｅｃａｕｓｅｏｆａｎｄｔｈｅｔａｉｌｐａｒｔｓｏｆｔｈｅａｎｄｅｖｅｎｔｕａｌｌｙｌｅａｄｉｎｇｕｎｂａｌａｎｃｅｏｆｉｎｇｏｉｎｇａｎｄｏｕｔｇｏｉｎｇｏｆｔｈｅｗｉｎｄｓｉｎｔｈｅｏｖｅｎ，ｉｔｉｓｅａｓｙｔｏｇｅｔｔｈｅ‘ｄｒｏｐｓｏｆｓｏｌｖｅｎｔ’ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎｉｎｔｈｅｎｏｓｅｏｖｅｎａｔｏｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓｃｒａｐ．ＴｈｅｓｔｕｄｉｅｓｐｕｔｆｏｒｗａｒｄｎｅｗｔｙｐｅｏｆＬｉ?ｉｏｎｐｏｗｅｒｂａｔｔｅｒｙｄｒｙｉｎｇｏｖｅｎ，ｗｈｉｃｈａｄｏｐｔｓｔｈｅｈｅａｔｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎｏｉｌｔｏｈｅａｔｔｈｅａｉｒ．Ｉｔｅｍｐｌｏｙｓ‘ｔｈｅｍｉｄｄｌｅｉｎｇｏｉｎｇａｉｒ，ｔｈｅｅｎｄｓｏｕｔｇｏｉｎｇａｉｒ’ｍｅｔｈｏｄ．ｗｈｉｃｈｎｏｔｏｎｌｙｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙａｖｏｉｄｔｈｅｈｏｔｗｉｎｄｉｍｂａｌａｎｃｅｔｏｌｅａｄｔｏ‘ｄｒｏｐｓｏｌｖｅｎｔ’ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ，ｂｕｔａｌｓｏｃａｎｉｍｐｒｏｖｅｅｎｅｒｇｙｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｅｐｒｏｊｅｃｔｐｕｔｓｆｏｒｗｏｒｄｔｈｅｆｏｌｌｏｗｉｎｇｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｓ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅｐｒｏｊｅｃｔｈａｓｒｅｖｉｅｗｅｄｔｈｅｒｅｌａｔｅｄＩｉｔｅｒａｔｕｒｅｓａｂｏｕｔｔｈｅｄｒｙｉｎｇｅｑｕｉｐｍｅｎｔｆｏｒＬｉ－ｉｏｎｐｏｗｅｒｂａｔｔｅｒｙａｎｄｓｔｕｄｉｅｄｔｈｅｄｒｙｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ，ｂａｓｅｄｏｎｗｈｉｃｈｗｅｐｒｏｐｏｓｅａｌｌｏｖｅｒａｌｌｄｅｓｉｇｎｏｆｄｒｙｉｎｇｅｑｕｉｐｍｅｎｔ．Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ｔｈｉｓｔｈｅｓｉｓｃｏｎｄｕｃｔｓａｄｅｔａｉｌｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎｏｆｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｄｒｙｉｎｇｏｖｅｎ．ａｎｄＵｓｅＳｆｌｕｉｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｏｆｔｗａｒｅＣＯＳＭＯＳＦｂⅥｂｒｋｓｔｏａｎａｌｙｓｅｏｆｔｈｅｆｌｏｗｆｉｅｌｄｏｆａｉｒｋｎｉｆｅａｎｄｄｒｙｉｎｇｏｖｅｎｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｐｒｏｊｅｃｔｃａｒｒｉｅｓｏｕｔａｓｓｅｍｂｌｉｎｇ．ｄｅｂｕｇｇｉｎｇ，ｔｅｓｔｉｎｇｏｆｔｈｅｄｒｙｉｎｇｏｖｅｎｅｑｕｉｐｍｅｎｔａｎｄｄｅｔｅｃｔｉｎｇｉｎｄｅｘｅｓｏｆｔｈｅｄｅｖｉｃｅ．Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅａｂｏｖｅｒｅｓｅａｒｃｈ，ｔｈｉｓｐｒｏｊｅｃｔｈａｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｔｈｅｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ．Ａｆｔｅｒｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎａｎｄｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎｉｎｇ．ｔｈｅｅｘｐｅｃｔｅｄｔｅｃｈｎｉｃａｌｉｎｄｅｘｅｓｈａｖｅｂｅｅｎａｃｈｉｅｖｅｄ．ＴｈｅａｉｒｓｐｅｅｄｄｅｖｉａｔｉｏｎｉＳｌｅｓｓｔｈａｎ士ｌＯ％．ｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅｄｒｙｗｅｉｇｈｔ３．５％．ａｎｄｔｈｅｄｒｙｉｎｇｓｐｅｅｄｉＳｉｎｃｒｅａｓｅｄｆｒｏｍ３．５ｍ／ｓｔｏ６．５ｍ／ｓ．Ｔｈｅｋｎｉｆｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｄｅｖｉａｔｉｏｎｉｓｌｅｓｓｔｈａｎｓｔｕｄｙｏｆｔｈｉｓ４－ｐｒｏｊｅｃｔｈａｓｇｒｅａｔｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ，ｗｈｉｃｈｎｏｔｏｎｌｙｉｍｐｒｏｖｅｓｔｈｅｄｒｙｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆＬｉ－ｉｏｎｂａｔｔｅｒｙ，ｒｅｄｕｃｅｓｃｏｓｔｓａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｓｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｂｕｔａｌｓｏｍｅｅｔｓｔｈｅｎａｔｉｏｎａｌｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｔｈｅｌｏｗ．ｃａｒｂｏｎｅｃｏｎｏｍｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｌｉ－Ｉｏｎｐｏｗｅｒｂａｔｔｅｒｙ；ｃｏａｔｉｎｇａｎｄｄｒｙｉｎｇ；ｄｒｙｉｎｇｏｖｅｎｄｅｓｉｇｎ；ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｄｅｓｉｇｎ；ＣＯＳＭＯＳＦｌｏｗｏｒｋｓⅡ万方数据

目录目录摘要………………………………………………………………………………………………………………………………………。ＩＡｂｓｔｒａｃｔ……………………………………………．．……………………………………………………………………………………．．ＩＩ目录…………………………………………………………………………………………………………ｎＩ第一章绪论……………………………………………………………………………１１．１课题研究背景……………………………………………………………………………………ｌ１．２干燥设备国内外研究现状…………………………………………………………．．２１－３课题研究的内容和意义………………………………………………………………３１．３．１课题的研究意义…………………………………………………………………～３１．３．２课题的研究内容………………………………………………………………………．３１．４本章小结………………………………………………………………………………．４第二章干燥烘箱方案设计……………………………………………………………５２．１极片干燥工艺研究…………………………………………………………………．５２．２干燥烘箱的技术参数………………………………………………………………６２．３干燥烘箱设计方案分析……………………………………………………………．６２．４本章小结…………………………………………………………………………………………９第三章干燥烘箱机械结构的设计与研究……………………………………………１０３．１烘箱室体设计……………………………………………………………………１０３．１．１烘箱内胆设计…………………………………………………………………～１０３．１．２风刀型式的设计……………………………………………………………………．．１４３．１．３检视窗设计…………………………………………………………………………．１９３．２热风系统的设计…………………………………………………………………．２５３．２．１热风管路设计与压力损失计算……………………………………………．．２５３．２．２风机的选择……………………………………………………………………一２９３．２．３干燥热风加热方法的研究…………………………………………………３０３．３输送装置设计…………………………………………………………………………．３ｌ３．３．１辊筒轴的设计与强度计算…………………………………………………３ｌ３．３．２滚动轴承的选择与寿命计算……………………………………………３４３．４本章小结……………………………………………………………………………３５第四章干燥烘箱与风刀的结构参数仿真设计………………………………………３６４．１风刀冲击射流的数学模型………………………………………………………．３６４．１．１仿真模型的基本假设……………………………………………………………．３６４．１．２数学模型的建立…………………………………………………………３７４．１．３风刀流场分布…………………………………………………………………．３８４．２风刀几何结构参数仿真分析……………………………………………………………３９４．２．１风刀几何结构参数正交试验设计……………………………………………３９４．２．２风刀几何结构参数仿真的结果分析……………………………………………。４ｌ４．３干燥烘箱结构参数仿真分析…………………………………………………．４２４．３．１建模、网格划分及边界条件设定………………………………………～４３４．３．２风刀安装间距不同时的仿真分析…………………………………………４３４．３．３风刀与极片距离不同时的仿真分析……………………………………………４５４．４本章小结……………………………………………………………………………４６第五章干燥烘箱控制系统的设计与研究……………………………………………．４７５．１控制系统的流程分析与设计…………………………………………………．４７Ⅲ万方数据东南大学硕士学位论又５．２干燥温度的控制设计与研究………………………………………………………４８５，２．１干燥温度的控制方法选择…………………………………………………４８５．２．２电气元件选择…………………………………………………………………．４９５．３异步电机的控制设计与研究………………………………………………………５２５．３．１异步电机起动方法研究……………………………………………………。５２５．３．２异步电机调速方法研究……………………………………………………５６５．４本章小结………………………………………………………………………………５７第六章干燥烘箱性能的实验研究……………………………………………………５８６．１干燥烘箱性能调试………………………………………………………………５８６．２极片干燥工作流程图……………………………………………………………５９６．３干燥烘箱性能测定实验…………………………………………………………５９６．３．１烘箱内温度的测量实验…………………………………………………………５９６．３．２风刀风速的测量实验…………………………………………………………………６ｌ６．３．３极片干重的测量实验………………………………………………………………６２６．３．４极片干厚度的测量实验……………………………………………………６４６．４本章小结……………………………………………………………………………６５第七章新型结构烘箱前沿探索与研究………………………………………………．６６７．１新型结构烘箱机械结构设计…………………………………………………………６６７．１．１烘箱风室设计…………………………………………………………………６６７．１．２烘箱门设计……………………………………………………………………………６７７．１１３电加热器设计……………………………………………………………………６８７．２新型结构烘箱仿真分析…………………………………………………………．７ｌ７．２．１风刀风速分折…………………………………………………………………………７ｌ７．２．２干燥极片温度分析…………………………………………………………７２７．３本章小结………………………………………………………………………７２第八章结论与展望…………………………………………………………………………７３８．１结论………………………………………………………………………………………………一７３８．２展望………………………………………………………………………………………………７３致谢……………………………………………………………………………………………………７５参考文献………………………………………………………………………………………………一７６Ｉｖ万方数据第一章绪论弟一早珀Ｖ匕第一章绪论１．１课题研究背景早在公元左右，人类对电池就有了原始的认识…。传统电池行业的巨大发展，对人类生活水平的提高和社会的进步做出了巨大的贡献。传统电池虽然应用广泛，如铅酸蓄电池目前在各类电池中占３０％左右的比例，在二次电池中更是占到７０％以上的市场份额，但因其具有污染性和毒性，与当今社会追求绿色环保的发展主流背道而驰。以铅酸电池和镉镍电池为例，铅酸电池行业的主要污染物有铅、氧化铅粉尘、酸雾及废酸等。铅是有毒的重金属，对人类的神经系统、血液循环系统以及肾脏等功能器官都有损害。镍镉电池所用原料多为粉状，也存在粉尘污染问题，而且镉的毒性较大，会积累在肾脏中，引起１肾功能失调。从２００１年至２００６年，世界贸易组织通过了超过３０项与电池有关的ＷＴＯ／ＴＢＴ技术法规，其中主要涉及环保、限制电池中有毒有害物质的含量、安全要求和标识、以及产品认证等。特别是欧盟最近颁布的《化学品的注册、评估、授权和限制评估法案》，对传统电池做出了相应的法律限制。国内的传统电池行业受国内国际大环境的影响，前景不容乐观。在２００３年，我国约有３０００家铅酸电池企业，由于原料价格上涨、供求失衡、国家出口退税的取消、欧盟贸易壁垒等诸多问题，至２００６年已有三分之一左右的铅酸电池企业先后停产。面对传统电池行业市场的低迷和人们环境保护意识的提高，各国政府和企业逐渐加大了对绿色环保、高性能电池的研发力度，并在２０世纪成功开发出新型高能的锂电池。锂电池虽然起步较晚，但发展迅猛。据２００９年电池行业数据统计分析，目前我国己注册的锂电池生产企业有１５００多家，锂电池行业呈现出快速发展的趋势。锂离子电池研究始于２０世纪８０年代，１９９０年曰本成功研制了以石油焦为负极、ＬｉＣ００２为正极的锂离子二次电池。１９９１年，日本能源技术公司与索尼公司合作，研发了以聚糖醇热解碳（ＰＦＡ）为负极的锂离子电池，并成功应用于商品化生产。锂离子电池工作电压高（３．６Ｖ，是镉镍、氢镍电池的三倍）、比能量高（１４０Ｗｈ?ｋｇ～，是镉镍电池的２～３倍，氢镍电池的ｌ～２倍）、自放电小、无记忆效应、无污染、循环寿命长，是２１世纪理想的发展能源，也是当今锂电池行业发展的主流产品。随着社会的发展及新时代的新需求，锂电池具有广阔的商业化应用前景，己广泛应用于电子产品方面，包括手机、笔记本电脑、数码相机、平板电脑和携带式电动工具等领域，图１．１和图１．２分别锂离子电池在日常生活中以及作为驱动能源在汽车上的应用。图１．１锂离子电池日常应用图１—２锂离子电池作为驱动能源在汽车上应用在交通方面锂离子电池作为驱动源则大有可为。目前，日本己制成的电动汽车用锂离子电池作为驱动能源，充电后能行驶２００ｋｍ，最高车速１２０ｋｍ．ｈ～，并可在１２ｓ达到０～万方数据东南大学硕士学位论文８０ｋｍ．ｈ．１加速。实际上，在政策、能源安全和环境压力等多重合力的推动下，锂离子电池汽车新能源发展有望加快。随着续航里程、安全可靠性等技术的不断进步和制造成本的下降，新能源汽车将逐渐被大众认可，其相关产业链的企业有望迎来黄金发展期。上图１．２所示为２００８年北京奥运会期间，配套了锰酸锂电池作为驱动力的电动公交汽车，该车在奥运期间实现了零事故，奥运后在北京各线路载客运行，总里程７８万公里。在国防军事应用中，锂离子电池应用前景也十分广泛。目前，世界各国航天部门和企业都对锂离子电池在航天军事领域的应用进行了探索研究，ＮＡＳＡ、ＥＳＡ、ＪＡＸＡ等机构都已展开了多年的实验，并由英国率先使用了锂离子电池作为小型卫星贮能电源。另外，欧美军事强国已率先把锂离子动力电池应用于水下机器人、水下蛙人运载器、水下无人运载器（ＵＵＶ）等军事设备上，并且正在不断推广普及应用于其他军事设备。由此可见，对锂离子电池相关研究具有重大意义。１．２干燥设备国内外研究现状干燥是最古老的一项生产活动。在旧石器时代，人类就会使用热空气干燥猎物的兽皮，在青铜时代（公元前２０００），埃及人对羊皮进行干燥制成羊皮纸船３。现代干燥技术起源造纸工业和印刷工业，然后再转移应用于感光胶片、感光聚合物、磁带和锂电池等以精密薄膜为基础的工业。现代干燥设备发展主要经历挂杆干燥器、螺旋干燥器、单面冲击干燥器、双面漂浮干燥器和混合干燥器等阶段。挂杆干燥器是将片幅悬挂在杆上，由杆将片幅传送通过干燥器。杆在干燥器末端落下收集后返回至干燥器前端，空气由侧面或顶部送入，吹过片幅。挂杆干燥器的优点在于气流速度柔和不会损害柔嫩的涂层。另外，挂杆干燥器成本低、设备维护简单方使、操作灵活。但这种干燥器干燥不均匀、干燥速率低从而限制了干燥车速。螺线形干燥器是对挂杆干燥器的一次重要改进，它用辊筒代替挂杆。待干燥的片幅在干燥设备前后两端的张力装置的作用下处于张紧状态，片幅由张力装置支撑，片幅始终处在送风设备的有效气流范围，允许使用更大气流速度。因此它与挂杆干燥器相比，在传热系数和干燥速率上有较大的提高。但是这种干燥器会由于不旋转的滚筒而造成片幅划痕，影响干燥质量。前两种干燥器虽然提供充足的热能使溶剂移动至涂层表面，但薄膜湿溶剂的边界层很快达到饱和状态，阻碍了溶剂进一步蒸发，因此限制了干燥速率的提高。单面冲击干燥器利用风刀（喷嘴）将空气吹到片幅表面，使边界层变为湍流状态，涂层中溶剂可容易的蒸发到干燥气流中，溶剂的蒸发速度加快，传热系数和干燥速率提高。如果风刀与薄膜保持适度的距离，可保持片幅表面边界层的湍流状态，更高的气流速度维持着湍流，这可使空气冲击到涂层上，阻止蒸发的滞留层。这些改进的最终结果增强传热系数，提高涂布速度和干燥负荷。双面漂浮干燥器是干燥器设计的第二次改进，它使用风刀吹向片幅两面替换单面干燥器中辊筒输送装置。这样空气不仅可以用于干燥片幅两面，而且还能用于传输和支撑片幅。同时由于使用空气支撑代替滚筒支撑，消除了由于使用滚筒、尤其是当滚筒不转时而产生的划痕和其他弊病，从而提高了涂层的质量。双面漂浮干燥器片幅横向干燥均匀，片幅稳定性好，干燥器采用全部封闭型式，结构紧凑，减少了由于灰尘产生的干燥弊病。另外，红外线或辐射热源都能为干燥薄膜提供热能，但因这些能源只对干燥薄膜的传热系数起作用，而不会增加片幅干燥过程的传质系数。因此在使用红外线或辐射热源进行干燥时，片幅会很快进入降速干燥段，温度很高，造成干燥的缺陷，所以，对薄膜的干燥效果十分有限。尤其对于热敏性的锂离子电池极片薄膜更是如此，因此这种干燥器不适宜于锂离子电池极片干燥。２万方数据第一章绪论目前，国内锂离子电池极片涂布干燥设备生产厂商有深圳深远大、中科院北京理化所、深圳雅康精密机械、广州兰格电气设备、湖南邵阳达力电源、北京七星华创电子、无锡爱德旺斯、台湾上兴等几家，外企主要有日本平野、东丽公司。其中以日本产品性能较佳，干燥效率高，但设备价格昂贵。目前市场上针对锂离子电池极片干燥的设备，主要有单面对流冲击干燥器和双面漂浮干燥器两种类型。目前，国内学者对于双面漂浮干燥方法做了相关的理论研究与介绍㈣１，但其设备结构比较复杂，工程技术难度大，设备投资开发成本高，在国内暂时还没有企业有开发双面漂浮干燥器的能力，只能依赖国外进口。对于单面对流冲击干燥器，国内主要生产该设备的企业，在设计过程中一定程度上是借鉴日本设备，且大多数产品的设计依赖于小规模工程试验及实际操作经验。因此，在干燥设备的研发过程中，其技术许多方面存在着“知其然，而不知其所以然”的状况，设计的产品“良莠不齐”。随着全球经济、技术的竞争日趋激烈，锂离子电池极片干燥设备的发展，必须通过革新的方式，进一步地进行开拓性研究，以迎接锂离子电池大规模应用的即将到来的时代挑战与机遇。１．３课题研究的内容和意义１．３．１课题的研究意义随着能源危机及环境污染等问题日益严峻，使人们对于对新型清洁能源，尤其是对锂离子电池等绿色环保能源的重视程度与日俱增。它属于高性能无污染的新型环保能源领域，主要用于电子产品、电动工具和电动车辆等领域。据预测，２０２０年混合动力车将占世界汽车总数的１５％，２０１６年锂离子电池总产值将达到１００亿美元，锂离子电池将迎来发展高潮。目前，国外主要的锂电池生产厂家都投入巨大的资金和研发力量来开发锂离子电池。特别是占全球市场份额六成多的日本锂电池巨头企业，三洋电机、松下和索尼３家已公布增长计划，它们将中国作为其全球锂电池重点生产基地。我国政府对锂电池行业的发展非常重视，并积极鼓励相关企业进行自主研发和创新。在２００８年，提出的新能源政策及其发展规划中，为锂离子电池行业的发展提供所需政策扶持和税收优惠。此后，我国的锂电池行业驶入发展快车道，相关的企业数量呈现膨胀式增长。国外锂离子电池生产的龙头企业逐步进入中国市场，以及国内锂电池企业的爆发式发展，给与其相关设备行业带来了广阔的发展前景。锂离子电池生产设备属于非标设备行业，设备的结构和性能需要依托不同企业生产的锂离子电池的工艺要求而进行专项设计。目前，国内外对锂离子电池的研究主要是针对正负极材料的研究Ｈ１到，但对于锂离子电池生产设备的研究比较少，相关的理论研究更是鲜见。从国外购买技术和设备不仅价格昂贵，而且也不一定适合我国的国情。因此，抓紧锂离子电池生产设备的设计和研发是保证我国锂离子电池发展的重要战略步骤。通过研制出一种高效节能型的锂离子电池涂布干燥设备，既能为生产厂家降低能耗、减少生产成本，也符合国家低碳经济节能减排的要求。所以锂离子电池极片干燥设备具有非常好的推广应用价值和市场前景，对它的研究非常有意义的。１．３．２课题的研究内容本课题以锂离子电池极片干燥烘箱为研究对象，旨在通过干燥工艺研究、流场仿真分析、机械结构设计和实验研究等途径，设计一种锂离子电池极片干燥烘箱，使涂布之后极片能又快又好的进行干燥。本课题的具体研究内容如下：１、查阅国内外的相关资料，了解锂离子电池行业的发展现状，掌握最新的锂离子电池干燥烘箱设备的发展状况；２、对锂离子电池极片干燥工艺进行研究并充分调研了多种干燥烘箱设计方案，在对各个方案进行比较分析的基础上，提出本课题的总体设计方案；万方数据

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