CN106252665B - 锂离子电池集流体及其表面毛刺处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了锂离子电池集流体及其表面毛刺处理方法。该方法包括:利用射流等离子体,对所述集流体的表面进行处理,以便去除所述集流体表面的毛刺,其中,所述集流体包括集流体基体以及涂覆于所述基体表面的涂层,所述毛刺位于所述涂层的外表面上。该方法不需要添加液体介质或者磨料,因此可以用于在生产集流体的生产线上去除毛刺。该方法具有去除毛刺效果好、处理效率高、操作简单、成本低廉等优点的至少之一。
Description
技术领域
本发明涉及精密加工和机械加工领域,具体地,锂离子电池集流体及其表面毛刺处理方法。
背景技术
毛刺是指在切削等机械加工过程中,由于材料的塑性变形和表面撕裂等原因,在加工表面的棱边处派生出多余的微小尖棱突起物。随着对机械加工零件的精度要求提高,毛刺的存在将造成许多不良影响,逐渐引起了人们的重视。在锂离子电池制造中,集流体涂层边缘的毛刺,容易造成戳穿集流体之间的隔膜形成微短路,轻则导致电池容量下降,重则导致电池爆炸,毛刺问题已经成为影响锂离子电池质量的重大问题之一。
然而,目前去除锂离子电池集流体毛刺的方法仍有待改进。
发明内容
本发明是基于发明人的下列发现而完成的:
目前的锂离子电池去除集流体毛刺的手段非常有限,且普遍存在处理效率低下、效果不佳的问题。发明人经过深入研究以及大量实验发现,这主要是由于锂离子电池集流体表面的毛刺主要为微米级别的毛刺,其尺寸较小;并且,由于集流体在锂离子电池中充当电池基体的作用,因此在对其表面毛刺进行处理时,还需要保护集流体表面不在去除毛刺的过程中受到损伤,以免影响电池性能。因此,在处理锂离子电池用的集流体表面毛刺时,难以兼顾毛刺的有效除去以及集体表面的保护。
本发明旨在至少一定程度上缓解或解决上述问题的至少之一。为此,本发明提出了一种处理用于锂离子电池的集流体表面毛刺的方法。该方法采用射流等离子体技术(又称为等离子体射流技术)对集流体表面进行处理,能够有效去除集流体表面微米级别的毛刺,同时不对集流体基体以及基体表面的涂层造成损伤。
在本发明的一个方面,本发明提出了一种处理用于锂离子电池的集流体的方法。该方法包括:利用射流等离子体,对所述集流体的表面进行处理,以便去除所述集流体表面的毛刺,其中,所述集流体包括集流体基体以及涂覆于所述基体表面的涂层,所述毛刺位于所述涂层的外表面上。射流等离子体中存在大量高活性的激发态粒子(电子、正离子、亚稳态粒子)以及局部的温升,集流体涂层毛刺尖端由于具有极强的电场,因此激发态粒子优先作用于毛刺尖端,产生一定的刻蚀效果,同时等离子体的温升也加速了毛刺的局部熔化乃至气化,刻蚀产物能够随着载气气流排出。该方法可有效去除微米级集流体毛刺而不伤害集流体基体以及基体表面涂层。该方法不需要添加液体介质或者磨料,因此可以用于在生产集流体的生产线上去除毛刺,仅需要在集流体生产线中增加能够产生射流等离子体的部件,对生产线上产出的集流体进行同步处理即可。综上所述,该方法具有去除毛刺效果好、处理效率高、操作简单、成本低廉等优点的至少之一。
根据本发明的实施例,所述射流等离子体是通过采用交流电压电离载气而产生的,其中,所述交流电压为2-8kV,所述交流电压的频率为1kHz-40kHz。在上述条件下产生的射流等离子体,其激发态粒子能量适当,等离子体温度适中,适于除去集流体表面的毛刺,同时不会由于能量过高而刻蚀集流体基体以及基体表面涂层。
根据本发明的实施例,所述处理是通过控制所述集流体沿垂直于所述射流等离子体传播的方向,穿越所述射流等离子体而实现的,其中,所述集流体与所述射流等离子体的射流喷口的距离为0.1~2cm。由此,有利于进一步提高处理效率。
根据本发明的实施例,所述集流体以2-20m/min的速率穿越所述射流等离子体。由此,可以进一步提高去除毛刺的效率以及效果。
根据本发明的实施例,所述交流电压为3.5~5kV。由此,有利于进一步提高去除毛刺的效率以及效果。
根据本发明的实施例,所述毛刺的高度为15~60微米。
根据本发明的实施例,所述毛刺的直径为5~30微米。
根据本发明的实施例,所述载气为氦气、氩气以及空气的至少之一,所述载气的流速为1-2L/min。上述载气安全性能高,价格低廉;当载气的流速在上述范围内时,能够进一步提高去除毛刺的效率以及效果。
在本发明的另一方面,本发明提出了一种处理用于锂离子电池的集流的方法。根据本发明的实施例,该方法包括:控制所述集流体与所述射流等离子体的射流喷口的距离为0.1~2cm,使所述集流体以2-20m/min的速率穿越所述射流等离子体,以便去除所述集流体表面的毛刺,其中,所述射流等离子体是通过采用2-8kV、频率为1kHz-40kHz的交流电压电离氦气载气而产生的,所述氦气载气的流速为1-2L/min,所述集流体包括集流体基体以及涂覆于所述基体表面的涂层,所述毛刺位于所述涂层的外表面上。射流等离子体中存在大量高活性的激发态粒子(电子、正离子、亚稳态粒子)以及局部的温升,集流体涂层毛刺尖端由于具有极强的电场极强,因此激发态粒子优先作用于毛刺尖端,产生一定的刻蚀效果,同时等离子体的温升也加速了毛刺的局部熔化乃至气化,刻蚀产物能够随着载气气流排出。该方法可有效去除微米级集流体毛刺而不伤害集流体基体以及涂层。
在本发明的又一方面,本发明提出了一种锂离子电池集流体。根据本发明的实施例,所述锂离子电池集流体的表面是经过前面所述的方法处理的。该锂离子电池集流体具有表面形貌较平滑,毛刺较少、制备成本低廉等优点的至少之一。
附图说明
图1显示了根据本发明一个实施例的用于产生射流等离子体的装置结构示意图;
图2显示了根据本发明一个实施例的方法的流程示意图;
图3显示了根据本发明一个实施例的集流体处理前的电子照片;以及
图4显示了根据本发明一个实施例的集流体处理后的电子照片。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
本发明提出了一种处理用于锂离子电池的集流体表面毛刺的方法。根据本发明的实施例,该方法包括:利用射流等离子体,对集流体的表面进行处理,以便去除毛刺。在本发明中,上述集流体的具体类型不受特别限制,只要是常规的能够用于锂离子电池的集流体即可。例如,上述集流体可以包括集流体基体以及涂覆于所述基体表面的涂层,毛刺位于涂层的外表面上。上述涂层的具体类型也不受特别限制,可以为锂离子电池集流体常用的涂层,例如,可以为钴酸锂、三元锂、磷酸铁锂等多种集流体涂层。
射流等离子体中存在大量高活性的激发态粒子(电子、正离子、亚稳态粒子)以及局部的温升,集流体涂层毛刺尖端由于具有极强的电场极强,因此激发态粒子优先作用于毛刺尖端,产生一定的刻蚀效果,同时等离子体的温升也加速了毛刺的局部熔化乃至气化,刻蚀产物能够随着载气气流排出。该方法不需要添加液体介质或者磨料,因此可以用于在生产集流体的生产线上去除毛刺,仅需要在集流体生产线中增加能够产生射流等离子体的部件,对生产线上产出的集流体进行同步处理即可。该方法可有效去除微米级集流体毛刺而不伤害集流体基体。综上所述,该方法具有去除毛刺效果好、处理效率高、操作简单、成本低廉等优点的至少之一。
为了方便理解,下面首先对射流等离子体技术以及本发明所采用的产生射流等离子体的装置进行简要说明。
射流等离子体技术是通过在窄小电极间隙上施加强电场,利用该电场电离电场范围内的介质(如载气气流),产生大量高活性的激发态粒子,从而生成等离子体。目前的射流等离子体能够在大气压下实现非平衡等离子体射流的产生,因而在产生射流等离子体时,无需真空装置。
本领域技术人员能够理解的是,在本发明中,产生射流等离子体的具体装置不受特别限制,可以利用一套射流等离子体发生装置,在正弦高压电源和氦气流的作用下,从射流喷口处喷射出厘米长度的低温等离子体。具体的,可以采用如下装置实现射流等离子体的产生:参考图1,该装置包括电极100、石英玻璃管200、电源300、流量计400以及载气瓶500。具体的,电极100可以包括电极100A以及电极100B,并分别于电源300相连,电极100A以及电极100B设置在石英玻璃管200的一端靠近射流喷口210处,载气瓶500与石英玻璃管200的另一端相连,用于石英玻璃管200中供给载气,且供给至石英玻璃管200中的载气可以通过分别与石英玻璃管200以及载气瓶500相连的流量计400调节载气的流速。石英玻璃管200的射流喷口210可以较细,例如,射流喷口处的直径可以为几个毫米。在需要产生射流等离子体时,打开电源300,在电极100上施加高频交流电压。载气由石英玻璃管200靠近载气瓶500的一端流入,在经过电极100所在的区域,即存在高频交流电场的区域时,载气发生电离,产生的射流等离子体由石英玻璃管另一端的射流喷口210处喷射出。此时,可以将需要进行处理的用于锂离子电池的集流体至于喷出的射流等离子体中,即可以实现对集流体表面毛刺的处理。
下面根据本发明的具体实施例,对上述方法的具体参数以及操作步骤进行详细说明。
根据本发明的实施例,用于锂离子电池的集流体表面的毛刺的高度可以为15~60微米,直径可以为5~30微米。本领域技术人员能够理解的是,根据本发明实施例的方法还可以通过在一定范围内调整诸如产生射流等离子体的参数以及处理时间等具体参数,来实现对于毛刺处理效果的调节。该方法既可以用于除去尺寸小于上述范围的毛刺,也可用于去除或是缩小尺寸大于上述范围的毛刺。需要说明的是,本发明所提出的方法,在去除具有上述尺寸的毛刺时,具有较好的处理效果。发明人经过大量实验验证,当集流体表面涂层的毛刺远小于上述范围时,则该毛刺的存在不易对锂离子电池的使用性能及使用寿命造成影响。因此,继续对集流体表面的较小尺寸的毛刺(小于上述范围)进行处理,最终获得的锂离子电池的性能以及电池寿命也难以获得较大的提升。而集流体表面涂层中的毛刺尺寸大于上述范围的情况也较为少见,因此,如针对尺寸更大的毛刺对上述方法的参数进行调整,将使得该方法的处理条件过于苛刻,因此也难以实现较为理想的处理效果。
本领域技术人员能够理解的是,上述用于锂离子电池的集流体为可以充当电极材料的金属构成的。处理的毛刺材料可以为钴酸锂、三元锂、磷酸铁锂等多种集流体涂层。
根据本发明的实施例,产生射流等离子体的条件可以为采用高频正弦高压电源对载气进行电离。具体的,可以控制交流电压为2-8kV,频率为1kHz-40kHz。根据本发明的具体实施例,电压可以为3.5~5kV。在上述条件下产生的射流等离子体,其激发态粒子能量适当,等离子体温度适中,适于除去集流体表面的毛刺,同时不会由于能量过高而刻蚀集流体基体以及基体表面的涂层。
根据本发明的实施例,本领域技术人员能够理解的是,由于具有不同涂层的集流体具有不同的电阻,因此,当上述射流等离子体作用于不同涂层的集流体表面,或是同一集流体表面不同位置时,射流等离子体的电流也随着处理位置的变化而发生变化。因此,可以通过控制可以控制产生射流等离子体的电压,将射流等离子体的电流控制在0.3~1A。例如,根据本发明的具体实施例,可以使电流为0.6A。当控制电流为上述范围内时,有利于使产生的射流等离子体具有适当的温度,激发态粒子的能量也较为适中,既可以保证毛刺的去除,又不会损伤基体及基体表面的涂层。
根据本法的实施例,载气可以为氦气、氩气以及空气的至少之一,载气的流速可以为1-2L/min。例如,可以采用惰性气体氦气作为载气。由此,能够避免产生的激发态粒子仅起到刻蚀毛刺的作用,而不会与集流体基体发生反应;当载气的流速在上述范围内时,能够进一步提高去除毛刺的效率以及效果。
根据本发明的实施例,上述处理可以是通过以下操作实现的:首先,利用包括但不限于前面描述的装置,产生射流等离子体。产生射流等离子体的具体参数如前所述,在此不再赘述。产生的射流等离子体自石英玻璃管200的射流喷口(未示出)处喷出,大致沿水平方向(即图中标记传播方向)向远离石英玻璃管200的方向进行传播,产生的射流等离子体的喷射距离可以为数厘米。此时,可以将需要处理的集流体600沿着垂直于射流等离子体的传播方向,自下而上或是自上而下地穿过具有射流等离子体的空间。由此,可以将该方法用于在集流体生产线上同步进行毛刺的去除。例如,参考图2,可以在制备集流体600的生产线上,添加产生射流等离子体的相关部件,使射流等离子体的传播方向垂直于集流体600沿生产线的移动方向(见图中相关箭头标记)。由此,可以在利用生产线进行未切割的大张集流体600的运输时,同步地在生产线旁实现集流体600表面毛刺的去除。具体的,在实际生产中,未切割的集流体600可以有数百米长。将集流体600放置在传送带或者移动平台(即生产线)上,在集流体移动的同时,产生射流等离子体的装置固定不动,沿着垂直于集流体600移动的方向喷射射流等离子体。进入射流等离子体区域的集流体表面的毛刺就会被去除。其中,集流体600与射流喷口的距离D可以为0.6~1.5cm。由此,有利于进一步提高处理效率。可以控制集流体以2-20m/min的速率穿越射流等离子体区域,从而可以实现集流体600表面毛刺的去除。
在本发明的另一方面,本发明提出了一种处理用于锂离子电池的集流体表面毛刺的方法。其中,集流体可以包括集流体基体以及涂覆于基体表面的涂层,涂层表面具有毛刺。根据本发明的实施例,该方法包括:控制集流体与射流等离子体的射流喷口的距离为0.1~2cm,使集流体以2-20m/min的速率穿越射流等离子体,以便去除集流体表面的毛刺。根据本发明的实施例,射流等离子体可以是通过采用2-8kV、频率为1kHz-40kHz的交流电压电离氦气载气而产生的,氦气载气的流速为1-2L/min。如前所述,射流等离子体中存在大量高活性的激发态粒子(电子、正离子、亚稳态粒子)以及局部的温升,集流体涂层毛刺尖端由于具有极强的电场极强,因此激发态粒子优先作用于毛刺尖端,产生一定的刻蚀效果,同时等离子体的温升也加速了毛刺的局部熔化乃至气化,刻蚀产物能够随着载气气流排出。该方法可有效去除微米级集流体毛刺而不伤害集流体基体以及基体表面的涂层。
在本发明的又一方面,本发明提出了一种锂离子电池集流体。根据本发明的实施例,该锂离子电池集流体的表面是采用前面所述的方法处理的。由此,该锂离子电池集流体具有表面形貌较平滑,毛刺较少、制备成本低廉等优点的至少之一。
下面通过具体实施例对本发明进行说明,需要说明的是,下面的具体实施例仅仅是用于说明的目的,而不以任何方式限制本发明的范围,另外,如无特殊说明,则未具体记载条件或者步骤的方法均为常规方法,所采用的试剂和材料均可从商业途径获得。
实施例
将具有钴酸锂涂层的集流体利用射流等离子体进行处理。处理前的集流体照片如图3所示,在集流体涂层表面具有高度为25~58微米的若干根毛刺。参见图中所标示出的Line1~Line4,高度Length分别为58微米、46微米、25微米以及42微米。射流等离子体是由图1所示出的装置产生的,产生射流等离子体的具体条件为:控制电极电压为4kV,载气采用氦气,流速为1.5L/min。等离子体的电流为0.6A。将集流体至于三维位移台上,匀速地自下而上穿过从射流喷口喷出的射流等离子体,集流体的移动速度为4m/min。集流体与射流喷口的距离为1cm。
处理后的基体表面参见图4,其中,处理前集体表面涂层的毛刺在经过处理后全部被除去,集流体表面其余位置形貌未见明显变化,说明上述处理没有对集流体基体以及基体表面涂层造成损伤。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (8)
1.一种处理用于锂离子电池的集流体的方法,其特征在于,包括:在大气压下,利用射流等离子体,对所述集流体的表面进行处理,以便通过温升使所述集流体表面的毛刺熔化或者气化,从而去除所述集流体表面的毛刺,
其中,所述集流体包括集流体基体以及涂覆于所述基体表面的涂层,所述毛刺位于所述涂层的外表面上;
所述处理是通过控制所述集流体沿垂直于所述射流等离子体传播的方向,穿越所述射流等离子体而实现的,其中,所述集流体与所述射流等离子体的射流喷口的距离为0.1~2cm;所述集流体以2-20m/min的速率穿越所述射流等离子体。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述射流等离子体是通过采用交流电压电离载气而产生的,
其中,所述交流电压为2-8kV,所述交流电压的频率为1kHz-40kHz。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述交流电压为3.5~5kV。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述毛刺的高度为15~60微米。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述毛刺的直径为5~30微米。
6.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述载气为氦气、氩气以及空气的至少之一,所述载气的流速为1-2L/min。
7.一种处理用于锂离子电池的集流体的方法,其特征在于,包括:
在大气压下,控制所述集流体与射流等离子体的射流喷口的距离为0.1~2cm,使所述集流体以2-20m/min的速率穿越所述射流等离子体,以便通过温升使所述集流体表面的毛刺熔化或者气化,从而去除所述集流体表面的毛刺,
其中,所述射流等离子体是通过采用2-8kV、频率为1kHz-40kHz的交流电压电离氦气载气而产生的,所述氦气载气的流速为1-2L/min,
所述集流体包括集流体基体以及涂覆于所述基体表面的涂层,所述毛刺位于所述涂层的外表面上。
8.一种锂离子电池集流体,其特征在于,所述锂离子电池集流体的表面是经过权利要求1~7任一项所述的方法处理的。
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PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant | ||
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Granted publication date: 20190205 Termination date: 20210907 |
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