图9 四层真空干燥单体炉范例

5.2 、连续式真空干燥设备：连续式真空干燥设备是将干燥工艺拆分为预热—真空干燥—冷却等多个工序，分别用不同的腔体或工位进行预热—真空干燥—冷却等工序，将这些腔体或工位之间用密封门连接起来，使得干燥变成一个连续的过程。另外再配备自动化上下料平台和传动系统完成物料的连续干燥，其结构示意图如图10所示。此干燥设备可以较大程度节省能耗，每套设备的工位数是可以根据具体工艺需求和产能进行配置的。

图10 连续式真空干燥设备结构示意图

1）连续式真空干燥设备工艺流程如图11所示。电芯从前一工序物流线对接进入上料平台，在上料平台进行定位、组盘和堆垛，之后送入预热腔体进行预热，预热结束后通过干燥过渡舱进入真空干燥舱进行抽真空干燥，干燥完成后进入冷却舱进行冷却，冷却后到下料平台进行拆垛和拆盘，之后电芯进入下一工序的物流线，托盘回到上料平台。预热舱的加热方式可以是热风循环式加热，也可以是接触式加热，真空干燥舱的加热方式可以是接触式加热，也可是辐射式加热辅以热风循环式加热。整个流程由中央控制系统进行控制。

                                                                                 图11 连续式真空干燥设备工艺流程图
2）从图11可见，连续式真空干燥设备或称隧道式设备通常分为预热、真空干燥、冷却几个基本工段。典型预热段的结构如图12所示。

图12 连续式真空干燥设备典型预热段结构示例

3）图12中，风机带动内部气体向下流动，经过加热包加热，然后进入腔体，加热腔体内的待干燥物料，然后通过底部风口进入循环管道，回到风机，构成气体循环通道。预热段的主要作用是加热干燥物料使其快速达到真空干燥所需的工艺温度，因此预热段的升温速度和温度均匀性是其主要工艺指标。
4）干燥物料达到预设温度后就通过输送装置传输到真空干燥段。典型真空干燥段结构如图13所示。

图13 连续式真空干燥设备典型真空段结构示例

5）真空干燥的真空度通常在10～100Pa左右。由于处在真空环境，没有气体作为介质，因此无法采用对流传热。真空段通常在腔体周围布置加热系统，通过辐射给干燥物料补充能量。
6）为了防止极片氧化，真空干燥后的物料需要经过冷却才能离开设备，进入干燥房。因此，连续式真空干燥设备的最后一个功能段就是冷却段，典型冷却段结构如图14所示。

图14 连续式真空干燥设备典型冷却段结构示例

7）冷却段通常配置外置式的制冷机，提供冷却的惰性气体。气体通过风机进入腔体，强制对流冷却干燥物料，然后通过冷风循环管道回到制冷机，形成冷空气循环通道。冷却段可以在很短的时间内将干燥物料的温度降到接近室温，选择不同的制冷系统和风机流量，可以达到不同的降温曲线。
8）连续式真空干燥设备的技术参数如表2所示。

表2 连续式真空干燥设备的技术参数

9）连续式真空干燥设备由于整个工艺流程中从预热到冷却电池无须接触外界环境，因此设备无须在干燥房中工作，只有出料口需要干燥房，和间歇式的相比干燥房面积大大缩小。连续式真空干燥设备将各个工艺流程分开，无须反复升温和反复抽真空，因此能耗也节省很多。同等产能下，连续式真空干燥设备密封门数量更少，维护成本也更低。连续式真空干燥设备中所有产品经过完全相同的流程，间歇式真空干燥设备的每个干燥炉可能会稍有差异，因此连续式真空干燥设备的产品一致性更好。但是，连续式真空干燥设备的密封门连接两个不同的工艺流程，密封门需要双面密封，要求更高。连续式真空干燥设备需要传动设备对物料进行传输，传输过程中的摩擦容易产生粉尘等污染物料，因此必须考虑除尘装置进行除尘。连续式真空干燥设备的传动过程可能导致干燥后极卷松散，不太适合极卷的干燥。连续式真空干燥设备和间歇式真空干燥设备的对比如表3所示。

                                                                       表3 间歇式和连续式真空干燥设备的对比                                   

5.3 、不同加热方式的真空干燥设备：温度是真空干燥的一个核心参数，而升温过程又是干燥工艺的一个重要阶段；目前设备上常用的加热方式有两种：运风式加热与接触式加热。

1）运风式加热就是通过加热空气或者其他惰性气体介质，并以风机等器件强制其在腔体内流动，从而通过强制对流传热的一种加热方式，这也是工业上最常用的加热方式。通过精确的温度控制，运风式加热能够在腔体内达到非常均匀的温度分布，从而获得均匀的电池温度。
2）而接触式加热是近几年逐步扩大应用的另一种真空干燥加热方式，其基本原理是将电池放置在加热板上面或者在加热板中间，采用热传导的方式对电池进行加热。如图15所示，接触式加热的方法有单面（底部）接触、两面（两侧）接触、三面（底部加两侧）接触三种。

图15 接触式加热电池承载托盘截面图

3）从图15中可以看到，接触式加热的电池托盘通常带电。在上下料时电池托盘取出，置于上下料位置进行电池放入和取出；进行真空干燥时，托盘转移至真空腔体内的加热位置，通过弹性电触点进行供电和温度测量，对加热板的温度进行实时闭环控制。通过热传导的方式对电池进行预热，而在真空干燥阶段，由于热传导无须气体介质，所以能够持续为电池干燥补充能量。
4）运风式加热与接触式加热的使用各有优劣。运风式加热设备结构简单，可靠性高，且温度均匀性好，但是所需的加热时间较长。而接触式加热设备升温速度较快，但其结构较为复杂。由于热传导的动力来自温度梯度，故温度均匀性较差，需要较长的时间达到温度均衡。同时接触式加热电池托盘与腔体之间的电触点通常必须暴露在真空环境，容易造成真空放电问题，对生产造成较大影响。从成本的角度，运风式加热的设备由于结构、温控方面的优势，故成本较低；而同样产能条件的接触式设备成本会高出约30%～50%不等。

5.4 、卷对卷真空干燥设备：卷对卷真空干燥设备是专门用来干燥电池极卷的干燥设备。由于极卷尺寸比较大，干燥时间一般也比较长，而且极卷内部和表面的水分含量会有差异。为了提高干燥效率和水分含量一致性，设计出了卷对卷干燥设备。卷对卷制程的概念来源于涂布等过程，对于薄膜材料卷对卷是一个更高效的方法。
1）卷对卷真空干燥设备主要包含真空腔体和真空获取设备，真空腔体内部包含极卷的开卷组件、加热组件和收卷组件。卷对卷真空干燥设备示意图如图16所示。不过目前卷对卷干燥设备还不是成熟的干燥设备，市场上现有设备很少，实际工业规模成功应用的设备则几乎未见。

  图16 卷对卷真空干燥设备示意图

2）卷对卷干燥的工艺流程较为简单：将极卷放于开卷卷轴上，极片绕过各个轴以及加热辊，最后绕至收卷卷轴上。开卷卷轴和收卷卷轴同时转动，极卷在开卷的过程中经过加热辊被加热干燥去除水分，整个过程在真空腔体中进行。干燥完成后，从收卷卷轴上下料。

3）卷对卷制程的方案是成熟的，但是卷对卷干燥设备仍有许多问题需要解决。首先收放卷组件市场已经有成熟方案，但是为了提高干燥效率，收放卷的速度越快越好，对于极卷如此轻薄的材料，如果尽可能提高收放卷速度，可导致极卷破裂。另外收放卷组件都位于真空腔体中，应考虑如何在传动过程中避免粉尘的污染。最后极卷在高速传动过程中如何快速升温并保证温度均匀性的控制和检测，也是比较困难的。此外，设备的其他关于真空度和温度的要求应和前几种设备相同或在同一水平。

5.5 、物流仓储式真空干燥设备：物流仓储式真空干燥设备是借用目前的物流系统，更高地提高干燥设备的效率和柔性化。物流仓储式真空干燥设备放弃了传统的大型干燥腔体，盖有盖子的托盘即为干燥空间，存储货架用于存放带有盖子的电池托盘。

1）每一个仓储位都有真空对接系统和加热对接系统，用于给电池加热和托盘抽真空。物流仓储式真空干燥设备还没有实际应用，其结构示意图如图17所示。

图17 物流仓储式真空干燥设备结构示意图

2）在上料台处，机器人对电池进行组盘，盖上盖子。堆垛机将组好盘的电池及托盘放置在存储货架的相应存储位置上。货架上的真空系统和加热系统与托盘进行对接，对电池进行加热干燥。干燥完成后堆垛机将电池及托盘放置于下料台上，对电池进行拆盘，电池进入下一工序。

3)物流仓储式真空干燥设备借用了物流仓储的理念，因此对于物流调度软件的要求比较高。另外，对用于搬运电池和托盘的堆垛机要求也较高，才能实现该设备的高效。设备将托盘的空间作为干燥腔体，降低了腔体尺寸的同时，也大大提高了设备的柔性。但是这导致每个仓储位都要有加热对接装置和真空对接装置，这很大程度提高了设备成本和维护成本。该设备和间歇式真空干燥设备相比，相似性很高。区别在于该设备腔体更小且可移动，更加柔性化，适用于定制化生产。