CN102179380A - 清洗已封口的锂-二硫化铁电池的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种清洗已封口的锂-二硫化铁电池的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：超声波清洗步骤，其中，使所述电池处于完全浸入清洗液中的状态，并在所述清洗液中对所述电池进行超声波清洗，所述清洗液为纯水或在纯水中添加非导电型清洗剂而形成的混合液体，所述清洗液的电导率在20μs/cm以下，所述电导率为所述清洗液在其使用温度下测定的数值；纯水喷淋步骤，其中，使用纯水对经过所述超声波清洗的电池进行喷淋；吹干步骤，其中，吹干经过所述喷淋的电池。本发明所述的清洗方法可以除去电池的轧线区域、封口区域以及电镀层微孔缝隙处的电解液和油污，极大地提高了电池表面清洁度。

Description

清洗已封口的锂-二硫化铁电池的方法

技术领域

本发明涉及电池清洗领域，特别是涉及一种利用超声波清洗已封口的锂-二硫化铁电池表面的方法。

背景技术

在锂-二硫化铁电池生产过程中，需要进行注电解液的工序，所以生产出来的电池（已封口的电池）在电池的表面，往往沾附有电解液、生产设备油污等一些杂质，如果不把它们清洗掉，就容易使电池生锈，造成污染。因此，当电池完成注液、封口等工序后，为了保证电池的清洁，并为以后的储存和包装做准备，对电池进行清洗是必不可少的。

现有的电池清洗方法主要分为两种：一种是常规的清洗方法，例如热水冲洗、酒精擦洗等方式对电池表面进行的清洁，这种方法需耗费大量的人力和资源，工作效率也较低，而且这些方式只能清洗掉电池简单表面的电解液，但是像电池的轧线区域、封口区域以及电镀层微孔缝隙处的电解液就很难被清洗掉，时间一长，这些部位就容易生锈；另外一种方法是使用专门的电池清洗装置，已有人提出了一种包括支架、清洗装置和传送装置在内的自动清洗装置，但该装置结构复杂，造价昂贵，生产效率低。

超声波清洗的原理是当超声波作用于液体中时，液体中会产生大量的微小气泡，这些微小气泡在膨胀破裂时会产生能量极大的冲击波，相当于瞬间产生几百度的高温和上千个大气压，这种现象被称之为“空化效应”。当将待洗工件放入该液体时，可利用空化效应清洗工件表面。换言之，超声波清洗是应用超声波作用下的液体中的气泡破裂所产生的冲击波来达到清洗和冲刷工件内外表面的作用。由于超声波的频率很高，在液体中由于空化现象所产生的气泡数量众多且无所不在，因此对于工件的清洗可以非常彻底。

由于超声波清洗技术显著地提高了清洗效率及清洗效果，因此现已应用于很多领域，但是在电池清洗领域中应用较少。原因在于，电池不同于其他的一般工件，首先，它是一种带电体，在清洗过程中电池必须有规则的互相绝缘放置，否则容易造成接触性短路，发生电池短路爆炸的危险；其次，它对清洗液的电导要求很高，如果清洗液的电导达不到一定的要求，在清洗时电池就容易在正负极靠近的地方产生微电池，形成自放电，从而由于电腐蚀而使电池的表面出现黄斑，影响电池的外观质量，同时也降低了电池的电性能。还有，本领域技术人员普遍认为空化效应对电池特别是锂-二硫化铁电池的内部结构可能有损伤，进而影响电池的实际性能，因此，目前超声波清洗仅用于清洗进入生产线之前的电池外壳（未装填电芯和电解液），而未见用于清洗已封口的锂-二硫化铁电池。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

在下文的描述中，将给出大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

本发明的目的是提供一种利用超声波清洗电池表面从而有效提高电池表面清洁度的方法。

具体地说，本发明提供了一种清洗已封口的锂-二硫化铁电池的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

超声波清洗步骤，其中，使所述电池处于完全浸入清洗液中的状态，并在所述清洗液中对所述电池进行超声波清洗，所述清洗液为纯水或在纯水中添加非导电型清洗剂而形成的混合液体，所述清洗液的电导率在20μs/cm以下，所述电导率为所述清洗液在其使用温度下测定的数值；

纯水喷淋步骤，其中，使用纯水对经过所述超声波清洗的电池进行喷淋；

吹干步骤，其中，吹干经过所述喷淋的电池。

优选地，所述超声波的频率为40~120KHz，功率为0.5~5KW。

优选地，所述超声波清洗的清洗时间为3~10分钟。

优选地，所述纯水喷淋步骤中，使用电导率在20μs/cm以下的纯水进行所述喷淋，所述电导率为用于所述纯水喷淋步骤的纯水在喷淋温度下测定的数值。优选其喷淋温度为20~60℃之间。

优选地，所述吹干步骤中，使用温度在60℃以下的热风进行所述吹干，吹干时间在5分钟之内。

本发明通过对表面附着有电解液、油污等杂质的电池实施包括超声波清洗、纯水喷淋和吹干等工序的清洗方法，可获得表面干燥、清洁的电池。本发明所述的清洗方法可以除去电池的轧线区域、封口区域以及电镀层微孔缝隙处的电解液和油污，极大地提高了电池表面清洁度。此外，清洗、喷淋和吹干工序可以集合在一台设备上完成，操作简单，可提高生产效率，可以广泛应用于各种电池，适合大规模自动化生产。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

超声波清洗步骤是本发明方法中重要的组成部分，其作用是利用超声波原理来清洗掉沾附在电池表面各处的电解液、油污等杂质。开始清洗时，可以使所述电池处于完全浸入清洗液中的状态，其中，作为实现此状态的手段，当需要清洗多个电池时，可将多个电池并排且相隔一定的距离（即可达到互相绝缘的目的）放入装有清洗液的清洗槽内，并使电池完全浸入清洗液中；或将多个电池按同样方式放入未装有清洗液或仅有少量清洗液的清洗槽内，然后向清洗槽内加入清洗液直至溢过电池。在电池的上、下方或其周围设置超声波源，然后开启超声波，即可对电池表面进行清洗。优选地，可以在清洗槽内设置传送带之类的传送部件，将多个电池并排固定在该传送部件上，然后在进行超声波清洗的同时利用传送部件使电池在清洗液中缓慢移动。这样，可以利用清洗液与电池之间的相对运动来提高清洗效果。

所述超声波清洗步骤可以使用任何超声波清洗设备，其生产厂家和型号不受特别限制。为了获得良好的清洁效果，所述超声波的频率优选在40~120KHz之间。所述超声波的功率不受特别限制，可依工件的种类、大小、数量、清洗液的容积而定，优选在0.5~5KW之间。更优选的情况下，可采用频率为40~50KHz、功率为3.0~4.0KW的超声波源。

所述超声波清洗液可以为纯水，其电导率在使用温度下应在20μs/cm以下。为了尽可能彻底地去除油污，该清洗液也可以是在纯水中添加适量的非导电型清洗剂而形成的混合液体，并确保其电导率在20μs/cm以下。优选所用的非导电型清洗剂的电导率在100μs/cm以下。所述非导电型清洗剂可使用任何公知的此类产品，例如美国埃克森美孚公司生产的Solvesso 100型清洗剂和美国乐泰公司生产的755型清洁剂。需要说明的是，此处的电导率上限为近似值，其随测量仪器的误差可有所波动，因此，本发明中此上限值应为约20μs/cm，更优选为约10μs/cm。除非另有说明，本文中所说的电导率数值均为所述液体在实际使用温度时测定的数值。本领域技术人员知晓，一般而言，对于同一液体，温度越高，电导率越高。对于超声波清洗步骤而言，该电导率为清洗液的清洗温度（即该清洗液的实际使用温度）下测定的数值；对于纯水喷淋步骤而言，所说的纯水的电导率为所用纯水在喷淋温度（即该纯水的实际使用温度）下测定的数值。

纯水可以由工业纯水机制造所得。一般工业上应用反渗透原理制造出来的纯水的电导率都小于10μs/cm（20℃测定值），二级反渗透可达到5μs/cm以下（20℃测定值）。

所述清洗液的实际使用温度可以为10-60℃，更优选为20-40℃，只要确保其在该实际使用温度下电导率在20μs/cm以下即可。

所述电池在超声波中的清洗时间不受特别限制，优选地，可在3~10分钟之间，这样，既可以达到良好的清洁目的，又可以节约时间，提高生产效率。

纯水喷淋步骤的作用是通过纯水喷淋进一步冲洗电池各个部分，以去除残留污物。电池经过超声波清洗后，沾附在电池表面的电解液、油污等杂质大部分被洗去，但是还有少部分会随清洗液残留在电池上，通过向其喷水冲淋，就可以冲洗掉这些残留杂质，为了更好的喷淋效果，可以进行多次喷淋。

所述纯水喷淋步骤可以使用各种能够实现喷淋的装置，其不对本发明构成限制。优选的情况下，为了防止可能出现的短路以及对电池内部结构的损伤，优选使用电导率在20μs/cm以下的纯水，更优选该电导率在10 μs/cm以下。所述纯水的喷淋温度优选在20~60℃之间，只要其在该喷淋温度下电导率在20 μs/cm以下即可。为了达到更好的清洗效果又不至于对电池内部结构造成过大的冲击，喷淋压力优选在2~4KG之间。优选地，可用温度为25-50℃的电导率在10μs/cm以下的纯水在喷淋压力为2.5-3.5KG的条件下对电池表面进行喷淋冲洗。

吹干步骤的作用是利用快速气流吹干电池身上的水分，干燥清洗后的电池。电池经过喷淋冲洗后，其表面的杂质已基本被洗去，但是却有大量的水分留在电池上，使电池快速干燥是必不可少的。优选的情况下，可利用热风（即温度高于室温的气流）进行吹干，以便迅速地把电池的各处吹干。

所述吹干步骤可以使用各种能够实现风干的装置，例如能够进行吹干或烘干的装置，其不对本发明构成限制。由于新生产出来的电池不宜长时间处于高温状态，为了不对电池性能产生负面影响，如果使用热风，优选所述热风的温度在60℃以下，吹干时间在5分钟之内。

本发明所述的清洗方法可以广泛应用于各种锂-二硫化铁电池，电池种类、形状和制造方法不构成对本发明保护范围的限制。

本发明所述的清洗、喷淋和吹干工序可以分开实施，也可以集合在一台设备上完成，其实现形式不构成对本发明保护范围的限制。例如可采用一种包括电池装载传输系统、超声波清洗系统、纯水喷淋系统和热风干燥系统的设备对电池进行清洗。其中，所述电池装载传输系统包括电池装载托盘、传输带、传输电机；超声波清洗系统包括清洗槽和设置在清洗槽周围的超声波源；纯水喷淋系统包括纯水喷淋装置；吹干系统包括风机送风装置以及优选的加热装置。

作为使用上述系统的方法，例如，可以将电池放在托盘里，置于所述设备的传输带上，开启设备，在传输带的带动下，使电池进入装有清洗液的超声波清洗槽，在清洗液的液面之下移动，同时使用超声波源进行超声波清洗。电池经过超声波清洗后，进入喷淋阶段，即，使用纯水喷淋装置对其进行喷淋；然后电池进入吹干阶段，即，利用由风机产生的快速气流吹干电池，之后，清洁、干燥的电池由传输带从设备出口处输送出来。

以下通过实施例对本发明作进一步的说明。需要注意的是，这些实施例不构成对本发明保护范围的限制。

制备例

本发明实施例所用电池均为AA型电池，其制备方法如下：

取FeS₂粉末（采自广东云浮的天然黄铁矿）作为正极活性材料，将该材料与导电剂（石墨和乙炔黑）混合，制成正极粉料。使用有机溶剂将粘结剂制成粘结胶，其中，粘结剂为苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯嵌段共聚物（SEBS，商品名为Kraton G1651），有机溶剂为Shell公司生产的Shell A100(芳香烃类溶剂)和Shell OMS(异链烷烃)的混合物，其混合比例为4:6（重量比）。

将上述正极粉料与粘结胶按2:1的重量比混合后进行搅拌以制成浆料。在最终制得的正极浆料的干物质中，各组分的重量比例为：

FeS₂: 91重量%；石墨：6重量%；乙炔黑：1重量%；SEBS：2重量%。

将该浆料涂覆在作为正极导电基材的铝箔上，然后对涂覆后的基材进行烘干、辊压、分切处理，得到正极片，其长度为285mm，宽度为41mm，厚度为0.2mm。使用金属锂作为负极片，其长度为310mm，宽度为39mm，厚度为0.16mm；然后，分别将正、负极极耳的一端连接到正极片和负极片上形成正极结构和负极结构；接着，将正极结构、负极结构和隔膜（Celgard 2400）叠加并卷绕在一起形成电池芯（正极/隔膜/负极/隔膜）；最后，将电池芯放入电池壳体中，注入电解液，封口。其中，电解液为将20重量%的LiTFSI(双三氟甲烷磺酰亚胺锂)溶解于1,3-二氧戊环和环丁砜的混合溶剂（重量比为4：1）中而形成的有机电解液。

从电池生产线上已封口的电池中随机抽取电池，采用下述ICP检测方法测定其表面的电解液含量。

ICP检测

取15只电池，放在250ml的烧杯中，加入90ml的去离子水，使电池能完全浸泡在去离子水中，密封好烧杯口，放到振荡机上振荡30分钟，把残留在电池上的电解液完全洗脱。分离出洗脱液，加入4ml硝酸，酸化洗脱液，以便洗脱液中的锂完全离子化，定容至100ml，用ICP检测该洗脱液中锂离子的浓度。在LiTFSI电解液体系中，锂占其分子量的1/41.36,例如ICP检测出锂离子的浓度为n微克/升(ppb)，换算成电解液的计算式为：每个电池的电解液含量N=n×0.1×41.36/15微克/个。

结果发现，制备例所得电池表面的电解液平均含量在1000微克/个以上。

实施例1

取上述制备例所得的20只电池置于定位托盘上，放入带有超声波的清洗槽内，加入温度为20℃、电导率约为15μs/cm的纯水，纯水的液面要高于电池，使电池能完全浸入纯水中，打开超声波清洗电池5分钟（频率为40KHz，功率为0.5KW），然后取出电池，用3kg压力的纯水枪以20℃（喷淋温度）的纯水（电导率约为8μs/cm）喷淋电池的各个部位4分钟，再用热风（压力3kg，温度50℃左右）吹干电池表面的水分3分钟，即得到清洗完毕的电池。

实施例2

取上述制备例所得的20只电池置于定位托盘上，放入带有超声波的清洗槽内，加入 温度为30℃的、电导率约5μs/cm的纯水，纯水的液面要高于电池，使电池能完全浸入纯水中，打开超声波清洗电池3分钟（频率为120KHz，功率为3.5KW），然后取出电池，用3kg压力的纯水枪以60℃（喷淋温度）的纯水（此温度下电导率约为15μs/cm）喷淋电池的各个部位5分钟，再用热风（压力3kg，温度60℃左右）吹干电池表面的水分3分钟，即得到清洗完毕的电池。

实施例3

本实施例采用与实施例2相同的工艺条件，不同之处在于，使用特定的超声波清洗液进行超声波清洗，所述超声波清洗液配制如下：在超声波清洗槽的纯水（电导率约为5μs/cm）中加入0.3%体积的Solvesso 100型非导电型清洗剂（美国埃克森美孚公司生产，其电导率约为90μs/cm）。所得清洗液的电导率约为7μs/cm，其实际使用温度为30℃。

测试例

外观检查

将各实施例所得的电池在常温常压下放置1周，检查其表面，未发现黄斑，外观良好。

ICP检测

从每个实施例所得的电池中各取15个电池，用上述ICP检测方法测定这些电池表面的电解液含量，其结果列于表1。

表1

结论：从表1可以看出，采用本发明所述的方法清洗电池，3组实施例中电池表面残留的电解液含量均低于标准要求的电解液含量，说明该方法可以有效除去电池表面的有机电解液和油污，提高电池表面清洁度，并且可实现自动化生产，提高生产效率。

电池性能比较测试

从制备例和实施例1-3中各取10只电池进行200 mA恒电流放电测试，截止电压为0.9V，所得结果列于表2。

表2

结论：从表2可知，超声波清洗前后电池的放电性能并未出现显著变化，由此可知，与本领域技术人员预想的结果相反，本发明的超声波清洗方法不会对锂铁电池的放电性能产生不良影响。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (10)

1.一种清洗已封口的锂-二硫化铁电池的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

超声波清洗步骤，其中，使所述电池处于完全浸入清洗液中的状态，并在所述清洗液中对所述电池进行超声波清洗，所述清洗液为纯水或在纯水中添加非导电型清洗剂而形成的混合液体，所述清洗液的电导率在20μs/cm以下，所述电导率为所述清洗液在其使用温度下测定的数值；

纯水喷淋步骤，其中，使用纯水对经过所述超声波清洗的电池进行喷淋；

吹干步骤，其中，吹干经过所述喷淋的电池。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述超声波的频率为40~120KHz，功率为0.5~5KW。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述超声波清洗步骤的清洗时间为3~10分钟。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纯水喷淋步骤中，使用电导率在20μs/cm以下的纯水进行所述喷淋，所述电导率为用于所述纯水喷淋步骤的纯水在喷淋温度下测定的数值。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，用于所述纯水喷淋步骤的纯水的电导率在喷淋温度下为10μs/cm以下。

6.如权利要求1或4所述的方法，其特征在于，用于所述纯水喷淋步骤的纯水的喷淋温度在20~60℃之间。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，用于所述纯水喷淋步骤的纯水的喷淋压力为2-4KG。

8.如权利要求1或4所述的方法，其特征在于，用于所述纯水喷淋步骤的纯水喷淋压力为2-4KG。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述吹干步骤中，使用温度在60℃以下的热风进行所述吹干，吹干时间在5分钟之内。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述清洗液的电导率在其使用温度下为10μs/cm以下。