CN102694148A - 锂离子电池正极极片的干法去毛刺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池正极极片的干法去毛刺方法，锂离子电池正极极片包括正极集流体和设置在正极集流体表面的正极膜片，在正极极片的切割工序之后、电芯的卷绕或叠片工序之前，设置有通过气体电离产生的等离子体除去正极集流体切割边缘的毛刺的工序。相对于现有技术，本发明通过气体电离产生的等离子体对正极极片切割边缘的毛刺进行物理高速轰击和化学刻蚀处理，在不影响正极极片边缘形状且保持正极膜片涂层完整的情况下，将正极集流体的切割边缘的毛刺完全去除，从而防止了设置在正极极片和负极极片之间的隔离膜被刺破，防止了正极集流体与负极膜片直接接触导致的短路，从而有效保证锂离子电池的安全。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池正极极片的干法去毛刺方法。
背景技术
随着现代社会的发展，各种移动设备，如摄像机、笔记本电脑、便携式DVD和数码相机等都有了越来越广泛的应用，这些移动设备对高能电池的需求也越来越大。锂离子电池因具有重量轻、储能大、功率大、无污染、寿命长、自放电系数小、温度适应范围宽泛等许多突出的优点，逐渐受到人们的青睐，成为移动设备的最佳电源，甚至在航空、航天、航海、汽车、医疗设备等领域中也逐步取代了其他的传统电池。
锂离子电池内一般包括若干个依次叠加的电池单体，每个电池单体包括相互卷绕或叠加的正极极片、隔离膜和负极极片，其中，隔离膜间隔于相邻的正极极片和负极极片之间，起到电子阻隔、离子导通的作用，同时隔离膜还用于保持电解液。正极极片包括一般采用铝箔制作的正极集流体和附着在正极集流体上、含有正极活性物质的正极膜片；负极极片包括一般采用铜箔制作的负极集流体和附着在负极集流体上、含有负极活性物质的负极膜片；隔离膜则为采用塑化、萃取等工艺制成的微孔薄膜，这样的结构有利于隔离膜对含有锂盐的有机溶剂电解液的保持。制造锂离子电池时，只要将一个或多个上述的电池单体制成电池芯，并在电池芯的外面包裹上包装薄膜，之后向其内注入电解液，经过抽空、密封即可。由于目前锂离子电池所使用的电解液为易燃的有机电解液，所以二次锂离子电池对安全性要求很高。
其中，锂离子电池的极片制备过程，通常包括制浆、涂膜、干燥、压型、切割等工序，虽然不同厂商或不同电池的制造工序可能会有所变化，但极片切割都是必不可少的工序。由于锂离子电池大都采用铝箔作为正极集流体，铝自身的特性决定其切割时容易在边缘处产生毛刺。如图1所示，正极极片200上的正极集流体220的边缘与正极膜片240的边缘平齐或稍微突出于正极膜片240的边缘并且有一些切割产生的毛刺，因此与隔离膜300和负极极片400叠加后，正极集流体220的切割毛刺就易于刺破隔离膜300，以致与相邻的负极膜片440接触而发生短路。短路的电池会迅速升温，从而导致易燃的有机电解液着火，甚至导致电池发生爆炸。
先前我们曾有将正极极片卷料用碱液浸泡等方法去毛刺，这种湿法处理虽然也可以将正极集流体切割边缘的毛刺去除，但存在毛细现象以及工序实现困难等问题。
有鉴于此，确有必要提供一种容易实现、能够去除正极集流体切割边缘的毛刺的锂离子电池正极极片的干法去毛刺方法，以防止毛刺刺破隔离膜而发生的短路，从而保证电池的使用安全。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提提供一种容易实现、能够去除正极集流体切割边缘的毛刺的锂离子电池正极极片的干法去毛刺方法，以防止毛刺刺破隔离膜而发生的短路，从而保证电池的使用安全，以克服现有技术中的去毛刺方法工序实施困难的不足。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种锂离子电池正极极片的干法去毛刺方法，所述锂离子电池正极极片包括正极集流体和设置在所述正极集流体表面的正极膜片，在正极极片的切割工序之后、电芯的卷绕或叠片工序之前，设置有通过气体电离产生的等离子体除去正极集流体切割边缘的毛刺的工序。
作为本发明锂离子电池正极极片的干法去毛刺方法的一种改进，所述产生等离子体的气体包括Cl2、BCl3和Ar中的至少两种，这几种气体产生的等离子体对金属的刻蚀作用较强。
作为本发明锂离子电池正极极片的干法去毛刺方法的一种改进，所述产生等离子体的气体还包括N2、CHF3和C2H4中的至少一种，这三种气体作为钝化气体，在刻蚀完成后再进入系统进行钝化处理，并有清洗作用。
作为本发明锂离子电池正极极片的干法去毛刺方法的一种改进，所述等离子体通过物理轰击作用去除正极集流体切割边缘的毛刺，因为等离子体在电场的作用下具有很高的速度，可以直接轰击金属毛刺。
作为本发明锂离子电池正极极片的干法去毛刺方法的一种改进，所述等离子体通过化学刻蚀作用去除正极集流体切割边缘的毛刺，化学刻蚀的作用主要是通过化学反应去除毛刺。
作为本发明锂离子电池正极极片的干法去毛刺方法的一种改进，所述等离子体除去正极集流体切割边缘的毛刺后，还对正极集流体切割边缘本体进行刻蚀，使正极集流体的宽度小于正极膜片，这样，即使隔离膜由于其他原因发生了破损，缩入正极膜片内的正极集流体也很难接触到负极膜片，因此能够有效保证锂离子电池的安全。
作为本发明锂离子电池正极极片的干法去毛刺方法的一种改进，所述等离子体对正极集流体切割边缘本体的刻蚀深度为0-50μm。若刻蚀深度太大，会使正极集流体的宽度大大小于正极膜片的宽度，容易造成正极膜片的脱落，造成电池能量密度的损失。
作为本发明锂离子电池正极极片的干法去毛刺方法的一种改进，所述正极集流体设置为铝箔。
作为本发明锂离子电池正极极片的干法去毛刺方法的一种改进，所述干法去毛刺方法所采用的装置包括真空腔体、用于放置正极极片的可旋转的托盘架、气体分配系统、电离腔体、等离子体发生器、负偏压电源和用于进行尾气处理的真空控制系统，所述可旋转的托盘架设置于所述真空腔体内，所述电离腔体位于所述等离子体发生器和所述真空腔体之间且与所述气体分配系统连接，所述负偏压电源分别与所述电离腔体和所述可旋转的托盘架电连接，所述真空控制系统与所述真空腔体连接。整个去毛刺过程是在真空状态下进行的，真空腔体内的绝对压力为10-100Pa。
作为本发明锂离子电池正极极片的干法去毛刺方法的一种改进，所述等离子体发生器包括射频电源和电极，所述电极与所述电离腔体连接，所述电极与所述射频电源电连接。
当然，本发明中正极极片干法去毛刺的工序除了可以设置在正极极片切割完毕后、电芯卷绕工序前，仅针对正极极片进行，还可以设置在将正极极片、负极极片和隔离膜叠加或卷绕成电芯后针对电芯进行。
相对于现有技术，本发明通过气体电离产生的等离子体对正极极片切割边缘的毛刺进行物理高速轰击和化学刻蚀处理，在不影响正极极片边缘形状且保持正极膜片涂层完整的情况下，将正极集流体的切割边缘的毛刺完全去除，从而防止了设置在正极极片和负极极片之间的隔离膜被刺破，防止了正极集流体与负极膜片直接接触导致的短路，从而有效保证锂离子电池的安全。另外，本发明的干法去毛刺方法简单易行，易于实现。
附图说明
图1为现有技术的锂离子电池正极极片、负极极片和隔离膜卷绕或叠加后的结构示意图。
图2为本发明干法去毛刺方法所采用的装置的结构示意图。
图3为使用本发明的方法处理过的正极极片与负极极片及隔离膜叠加后的结构示意图。
具体实施方式
实施例1：如图2所示为本发明干法去毛刺方法所采用的装置的结构示意图，该装置包括真空腔体1、用于放置正极极片2的可旋转的托盘架3、气体分配系统4、电离腔体5、等离子体发生器6、负偏压电源7和用于进行尾气处理的真空控制系统8，可旋转的托盘架3设置于真空腔体1内，电离腔体5位于等离子体发生器6和真空腔体1之间并且与气体分配系统4连接，负偏压电源7分别与电离腔体5和可旋转的托盘架3电连接，真空控制系统8与真空腔体1连接。
其中，等离子体发生器6包括射频电源61和电极62，电极62与电离腔体5连接，电极62与射频电源61电连接。
其中，正极极片20包括正极集流体22和设置在正极集流体22表面的正极膜片24，其中，正极集流体22设置为铝箔。
实际操作过程如下：先将正极极片20放置在可旋转的托盘架3上，启动气体分配系统4，使Cl2、BCl3和Ar按照体积比例3：1：1流入电离腔体5内，启动射频电源61，电极62在一定频率的射频电源61的作用下产生很强的磁场，将进入电离腔体5的各种气体变成等离子体。负偏压电源7在电离腔体5和正极极片20间形成电场，电离腔体5内的等离子体在电场作用下进入真空腔体1，物理性高速轰击正极极片20，并与正极极片20暴露的正极集流体22发生反应，以正极集流体22设置为铝箔为例，这些气体与铝发生化学反应的方程式分别为：Al2O3 + 3BCl3 → 2AlCl3 + 3BOCl （1） 2Al + 3Cl2 → 2AlCl3 （2）。
通过化学刻蚀和物理轰击的双重作用，将正极极片20上的毛刺去除，反应后的产物由真空控制系统8抽吸排出并经过尾气处理。且由于用于放置正极极片20的托盘架3是可旋转的，当处理完正极极片20一边的切割毛刺后，可以将正极极片20转向另一边进行相同的处理。处理完毕后，再从气体分配系统4放出惰性气体N2，用于对刻蚀之后的正极极片20的切割边缘进行钝化处理和清洗处理。其中，整个去毛刺过程是在真空状态下进行的，本实施例的真空为绝对压力50Pa。其中，整个去毛刺过程是在真空状态下进行的，本实施例的真空为绝对压力30Pa。
如图3所示，采用该装置对切割后具有切割毛刺的正极极片20进行处理后，再将正极极片20与隔离膜30和负极极片40组装（卷绕或叠片）成电芯。其中，负极极片40包括负极集流体42和设置在负极集流体40上的负极膜片44。再将至少一个电芯放置在包装袋内，注入电解液，经过化成、容量等工序即可制备得到成品锂离子电池。
经过此处理，正极极片20的正极集流体22的切割边缘及其上的毛刺都被去掉。由于正极膜片24并不与处理气体反应，因此可以保持正极膜片24的涂层完整。而且此时正极集流体22的长度短于隔离膜30，其边缘已缩入隔离膜30内，而且正极集流体22上的毛刺也已经完全去除，因此不可能再发生正极集流体22刺破隔离膜30后与负极极片40的负极膜片44接触短路的安全事故。
为了进一步防止正极集流体22刺破隔离膜30，保证电池的安全，还可以对正极集流体切割边缘本体进行刻蚀，刻蚀的深度控制在0-50μm。这样，即使隔离膜30由于其他原因发生了破损，缩入正极膜片24内的正极集流体22也很难接触到负极膜片44，因此以本发明的方法制成的正极极片20能够有效保证锂离子电池的安全。
实施例2：与实施例1不同的是，对正极极片20边缘的切割毛刺的处理是在电芯的卷绕或叠片操作以后。这是因为，这些产生等离子体的气体物质与电芯中的其他物质，如负极集流体42、负极膜片44、负极活性物质、设置在正极极片20和负极极片40之间的隔离膜30等，都不发生化学反应，或者是发生化学反应的活性很低，因此对正极极片20进行的去毛刺工序，也可以针对正极极片20、负极极片40及隔离膜30叠加或卷绕后形成的电芯进行。
具体而言，将组装好的电芯放在图2所示的装置中，按实施例1方法进行处理，不同的是所使用的产生等离子体的气体为Cl2和BCl3其体积分别依次为按3：1，处理完毕后，加入的惰性气体为CHF3和N2的混合物，二者的体积比例为1：2，其余同实施例1，这里不再赘述。
综上，本发明通过等离子体物理轰击和化学刻蚀处理的方法，在不影响正极极片20边缘形状且保持正极膜片24涂层完整的情况下，将正极集流体22的切割边缘的毛刺去除，并对切割边缘本体进行刻蚀，处理后正极集流体22长度比正极膜片24还短，无法暴露在正极极片20边缘，因此不会再刺破隔离膜30而与负极膜片44发生短路，甚至在隔离膜30由于其他原因破损的情况下，也不会与负极膜片44接触，从而有效提高锂离子电池的安全性能。
此外，在处理的过程中，既可以先对正极极片20的其中一边进行去毛刺处理，再对另一边进行去毛刺处理，也可以旋转可旋转的托盘架3同时对正极极片20的两边进行去毛刺处理。
需要说明的是，虽然本说明书仅仅以Cl2、BCl3、Ar为例对本发明构思中的气体物质进行说明，但是本领域的技术人员根据本说明书的揭示，也可以采用不影响正极极片边缘外形和不影响正极膜片涂层完整的其他气体物质。另外，不排除采用相类似的干法处理方法对负极极片进行刻蚀处理去掉负极极片边缘集流体切割后的毛刺。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。
Claims (10)
1.一种锂离子电池正极极片的干法去毛刺方法，所述锂离子电池正极极片包括正极集流体和设置在所述正极集流体表面的正极膜片，其特征在于：在正极极片的切割工序之后、电芯的卷绕或叠片工序之前，设置有通过气体电离产生的等离子体除去正极集流体切割边缘的毛刺的工序。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池正极极片的干法去毛刺方法，其特征在于：所述产生等离子体的气体包括Cl2、BCl3和Ar中的至少两种。
3.根据权利要求2所述的锂离子电池正极极片的干法去毛刺方法，其特征在于：所述产生等离子体的气体还包括N2、CHF3和C2H4中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池正极极片的干法去毛刺方法，其特征在于：所述等离子体通过物理轰击作用去除正极集流体切割边缘的毛刺。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池正极极片的干法去毛刺方法，其特征在于：所述等离子体通过化学刻蚀作用去除正极集流体切割边缘的毛刺。
6.根据权利要求5所述的锂离子电池正极极片的干法去毛刺方法，其特征在于：所述等离子体除去正极集流体切割边缘的毛刺后，还对正极集流体切割边缘本体进行刻蚀。
7.根据权利要求6所述的锂离子电池正极极片的干法去毛刺方法，其特征在于：所述等离子体对正极集流体切割边缘本体的刻蚀深度为0-50μm。
8.根据权利要求1所述的锂离子电池正极极片的干法去毛刺方法，其特征在于：所述正极集流体设置为铝箔。
9.根据权利要求1所述的锂离子电池正极极片的干法去毛刺方法，其特征在于：所述干法去毛刺方法所采用的装置包括真空腔体、用于放置正极极片的可旋转的托盘架、气体分配系统、电离腔体、等离子体发生器、负偏压电源和用于进行尾气处理的真空控制系统，所述可旋转的托盘架设置于所述真空腔体内，所述电离腔体位于所述等离子体发生器和所述真空腔体之间并且与所述气体分配系统连接，所述负偏压电源分别与所述电离腔体和所述可旋转的托盘架电连接，所述真空控制系统与所述真空腔体连接。
10.根据权利要求9所述的锂离子电池正极极片的干法去毛刺方法，其特征在于：所述等离子体发生器包括射频电源和电极，所述电极与所述电离腔体连接，所述电极与所述射频电源电连接。
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20120926 |