CN110600667A - 一种动力锂电池极耳热复合成型工艺 - Google Patents

一种动力锂电池极耳热复合成型工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种动力锂电池极耳热复合成型工艺，该工艺具体包括以下步骤：步骤一、制备金属导体条；步骤二、制备极耳胶；步骤三、将制备的金属导体条进行加热，用将制备的极耳胶送料至加热后的金属导体条表面进行热压合，热压合完毕后停止对金属导体条加热。本发明一种动力锂电池极耳热复合成型工艺得到的极耳结构稳定、导热性、绝缘鞋都超过市场同类产品，且生产成本也没有较大上升。

Description

一种动力锂电池极耳热复合成型工艺
技术领域
本发明涉及锂电池制备领域，尤其涉及一种动力锂电池极耳热复合成型工艺。
背景技术
“锂电池”，是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。1912年锂金属电池最早由Gilbert N.Lewis提出并研究。20世纪70年代时，M.S.Whittingham提出并开始研究锂离子电池。由于锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工、保存、使用，对环境要求非常高。随着科学技术的发展，现在锂电池已经成为了主流。锂电池大致可分为两类：锂金属电池和锂离子电池。锂离子电池不含有金属态的锂，并且是可以充电的。可充电电池的第五代产品锂金属电池在1996年诞生，其安全性、比容量、自放电率和性能价格比均优于锂离子电池。由于其自身的高技术要求限制，现在只有少数几个国家的公司在生产这种锂金属电池。目前锂离子动力电池具有电压高，能量密度高，循环次数多等优点，被广泛应用于电动汽车，电动巴士，电动自行车等电动设备方面。极耳主要用于将单个动力锂电池串联或者并联，为了防止短路等情况的发生，极耳主要包括金属导体条和与之连接的极耳胶块，动力锂电池的极耳其金属导体比较宽比较厚，在与极耳胶热复合时需要足够时间吸收大量热能，当表面温度超过极耳胶的溶点后才能与极耳胶粘合紧密，现有的极耳胶材料在长期使用后容易脱落、绝缘性能下降，现有的金属导体条不能很稳固的与极耳胶材料对应连接，且其焊接性能、防腐蚀性能也不佳，影响电池的正常使用，因此需要设计一种动力锂电池极耳热复合成型工艺。
发明内容
为了克服现有技术中的缺陷，提供一种动力锂电池极耳热复合成型工艺。
本发明通过下述方案实现：
一种动力锂电池极耳热复合成型工艺，该工艺具体包括以下步骤：
步骤一、制备金属导体条；
步骤二、制备极耳胶；
步骤三、将制备的金属导体条进行加热，用将制备的极耳胶送料至加热后的金属导体条表面进行热压合，热压合完毕后停止对金属导体条加热。
在步骤三中，采用红外线短波加热管对金属导体条进行加热，使金属导体条热压合部位的温度达到180-200℃。
在步骤二中，所述极耳胶通过下述方法制备：
1、在氮气保护下，将聚酯多元醇脱水后与已熔融的二异氰酸酯在温度为85-95摄氏度的反应釜中反应1-2.5h，得到端-NCO基聚氨酯预聚体；
2、在端-NCO聚氨酯预聚体中加入扩链剂，快速搅拌反应2-10分钟；
3、然后再加入干燥的增粘树脂、填料、抗氧剂、催化剂、绝缘粒子，搅拌均匀，然后在温度为90-120℃的环境中熟化4-5h，自然冷却后即得极耳胶的成品。
在步骤1中，所述二异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯。
在步骤2中，所述扩链剂为丁二醇、乙二醇，聚酯多元醇与扩链剂的摩尔比为1-3:1。
在步骤2中，所述增粘树脂为热塑性聚氨酯树脂，所述热塑性聚氨酯树脂的熔点为110℃、结晶速率为20-25分钟、邵氏硬度为60A，所述增粘树脂占极耳胶成品的质量百分比为20-30％。
在步骤2中，所述填料包括碳化硅、氮化硅、氮化硼，所述填料占极耳胶成品的质量百分比为15-25％；
所述抗氧剂为硫代二丙酸二硬脂醇酯。
所述绝缘粒子为二异氰酸酯树脂微胶囊，所述二异氰酸酯树脂微胶囊的囊芯为二异氰酸酯树脂、囊壁为尿素、甲醛。
在步骤一中，所述金属导体条包括正极的铝材导体条和负极的镀镍铜带导体条，在所述正极的铝材导体条的表面设有致密的钝化膜，所述负极的镀镍铜带导体条的制备方法为：以铜带为基材，在铜带上电沉积暗镍层，采用瓦特镍镀液，pH值为3.1-3.5，镀液温度为40-60℃，电流密度为2-3A/dm2；在所述暗镍层的表面电沉积可焊性镍层，采用含有光亮剂的瓦特镍镀液，pH值为3.9-4.5，镀液温度为50-60℃，电流密度为6-9A/dm2。
本发明的有益效果为：
本发明一种动力锂电池极耳热复合成型工艺得到的极耳结构稳定、导热性、绝缘鞋都超过市场同类产品，且生产成本也没有较大上升。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步说明：
一种动力锂电池极耳热复合成型工艺，该工艺具体包括以下步骤：
步骤一、制备金属导体条；
步骤二、制备极耳胶；
步骤三、将制备的金属导体条进行加热，用将制备的极耳胶送料至加热后的金属导体条表面进行热压合，热压合完毕后停止对金属导体条加热。
在步骤三中，采用红外线短波加热管对金属导体条进行加热，使金属导体条热压合部位的温度达到180-200℃。根据极耳的金属导体条的宽度和厚度调节红外线短波加热管的加热功率。
在步骤二中，所述极耳胶通过下述方法制备：
1、在氮气保护下，将聚酯多元醇脱水后与已熔融的二异氰酸酯在温度为85-95摄氏度的反应釜中反应1-2.5h，得到端-NCO基聚氨酯预聚体；
2、在端-NCO聚氨酯预聚体中加入扩链剂，快速搅拌反应2-10分钟；
3、然后再加入干燥的增粘树脂、填料、抗氧剂、催化剂、绝缘粒子，搅拌均匀，然后在温度为90-120℃的环境中熟化4-5h，自然冷却后即得极耳胶的成品。催化剂可以根据生产成本等实际情况进行选择，具体在此不再赘述。
本申请中极耳胶的制备采用三步法，先制备端-NCO基聚氨酯预聚体，然后加入扩链剂，最后加入增粘树脂、抗氧剂、催化剂、填料等助剂，各种原材料分类加入，可以显著提升极耳胶的粘性、热塑性、绝缘性能，也方便根据实际情况对极耳胶的性能进行微调。在极耳胶的制备的步骤1中，即端-NCO基聚氨酯预聚体的制备过程中，反应温度会显著影响反应速度、副反应速度和反应体系的黏度，高温可以加速反应，但是不利于操作，也容易增加副反应产物的生产。因此设定步骤1的反应温度为85-95摄氏度，此时实测的NCO基团与理论值基本吻合，其中温度为90℃，反应时间为2.5h时，实测的NCO基团含量为2.35％。
在步骤1中，所述二异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯。二异氰酸酯种类繁多，若以NCO基团的数量分类，包括单异氰酸酯R－N＝C＝O和二异氰酸酯O＝C＝N－R－N＝C＝O及多异氰酸酯等，本申请中二异氰酸酯选择为二苯基甲烷二异氰酸酯，因为二苯基甲烷二异氰酸酯的分子量较大，常温下为固态，它的分子结构含有两个刚性苯环，两个苯环相互对称，由二苯基甲烷二异氰酸酯作为原材料合成的极耳胶具有较高的内聚力，且二苯基甲烷二异氰酸酯的采购价格也较低，在成本控制上具有优势。
在步骤2中，所述扩链剂为丁二醇、乙二醇，聚酯多元醇与扩链剂的摩尔比为1-3:1。本申请中选择聚酯多元醇作为原材料，有由于其结构比较规整、结晶性强，合成的端-NCO基聚氨酯预聚体的内聚强度较高，而且聚酯多元醇的链段中的酯基的极性强，预聚体的黏度也会更好。在实际生产中，优先选用分子量更大的聚酯多元醇，这样可以使得最后合成的极耳胶黏度更高。随着扩链剂用量的增加，极耳胶的硬段含量增加，提高了极耳胶内聚性能，当聚酯多元醇与扩链剂的摩尔比为1：1时，极耳胶的粘结强度为2.16N/mm，此时到达粘结强度的峰值。如果进一步增加扩链剂的用量，反而会使得极耳胶的粘结强度下降，这是因为扩链剂过量时，其不参与化学反应，仅仅在聚合物中起到增塑的作用，削弱了链段之间的氢键结合力。
在步骤2中，所述增粘树脂为热塑性聚氨酯树脂，所述热塑性聚氨酯树脂的熔点为110℃、结晶速率为20-25分钟、邵氏硬度为60A，所述增粘树脂占极耳胶成品的质量百分比为20-30％。单一的聚氨酯产品不能满足本申请的实际需要，因此需要加入增粘树脂来提升本申请极耳胶的柔韧性、粘性，当加入的热塑性聚氨酯树脂占极耳胶成品的质量百分比为25％时，极耳胶的柔韧性、粘性最佳，其中粘结强度达到2.52N/mm。
在步骤2中，所述填料包括碳化硅、氮化硅、氮化硼，所述填料占极耳胶成品的质量百分比为15-25％；随着填料质量百分比的提升，极耳胶中填料颗粒的接触概率增加，这些相互接触的填料颗粒形成导热通道，使得极耳胶的导热性能增加，当其他参数为最佳值时，填料占极耳胶成品的质量百分比为20％，极耳胶的导热性能最佳。再继续增加填料的质量百分比，由于导热通道饱和，不会对导热系数产生很明显的提升，另外，过多的填料也会造成极耳胶黏度过大，造成使用困难。
所述抗氧剂为硫代二丙酸二硬脂醇酯。
所述绝缘粒子为二异氰酸酯树脂微胶囊，所述二异氰酸酯树脂微胶囊的囊芯为二异氰酸酯树脂、囊壁为尿素、甲醛。加入绝缘粒子后，本申请极耳胶的体积电阻率为6.8×1014Ω·m。
在步骤一中，所述金属导体条包括正极的铝材导体条和负极的镀镍铜带导体条，在所述正极的铝材导体条的表面设有致密的钝化膜，所述负极的镀镍铜带导体条的制备方法为：以铜带为基材，在铜带上电沉积暗镍层，采用瓦特镍镀液，pH值为3.1-3.5，镀液温度为40-60℃，电流密度为2-3A/dm2；在所述暗镍层的表面电沉积可焊性镍层，采用含有光亮剂的瓦特镍镀液，pH值为3.9-4.5，镀液温度为50-60℃，电流密度为6-9A/dm2。暗镍层采用小电流沉积，其晶粒较粗，与活化后的铜带晶粒大小相差不大，晶格匹配度较高，提高了铜带与暗镍层的连接力；可焊性镍层电镀时加入光亮剂，镀层结构更加致密，在镀层表面有许多肉眼不可见的针孔，有利于与极耳胶进行粘结，在各项参数均选择最优值的情况下，极耳胶的表观粘度为6600MPa.s，剥离强度60N/cm。
尽管已经对本发明的技术方案做了较为详细的阐述和列举，应当理解，对于本领域技术人员来说，对上述实施例做出修改或者采用等同的替代方案，这对本领域的技术人员而言是显而易见，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种动力锂电池极耳热复合成型工艺，其特征在于，该工艺具体包括以下步骤：
步骤一、制备金属导体条；
步骤二、制备极耳胶；
步骤三、将制备的金属导体条进行加热，用将制备的极耳胶送料至加热后的金属导体条表面进行热压合，热压合完毕后停止对金属导体条加热。
2.根据权利要求1所述的一种动力锂电池极耳热复合成型工艺，其特征在于：在步骤三中，采用红外线短波加热管对金属导体条进行加热，使金属导体条热压合部位的温度达到180-200℃。
3.根据权利要求1所述的一种动力锂电池极耳热复合成型工艺，其特征在于，在步骤二中，所述极耳胶通过下述方法制备：
1、在氮气保护下，将聚酯多元醇脱水后与已熔融的二异氰酸酯在温度为85-95摄氏度的反应釜中反应1-2.5h，得到端-NCO基聚氨酯预聚体；
2、在端-NCO聚氨酯预聚体中加入扩链剂，快速搅拌反应2-10分钟；
3、然后再加入干燥的增粘树脂、填料、抗氧剂、催化剂、绝缘粒子，搅拌均匀，然后在温度为90-120℃的环境中熟化4-5h，自然冷却后即得极耳胶的成品。
4.根据权利要求3所述的一种动力锂电池极耳热复合成型工艺，其特征在于：在步骤1中，所述二异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯。
5.根据权利要求3所述的一种动力锂电池极耳热复合成型工艺，其特征在于：在步骤2中，所述扩链剂为丁二醇、乙二醇，聚酯多元醇与扩链剂的摩尔比为1-3:1。
6.根据权利要求3所述的一种动力锂电池极耳热复合成型工艺，其特征在于：在步骤2中，所述增粘树脂为热塑性聚氨酯树脂，所述热塑性聚氨酯树脂的熔点为110℃、结晶速率为20-25分钟、邵氏硬度为60A，所述增粘树脂占极耳胶成品的质量百分比为20-30％。
7.根据权利要求3所述的一种动力锂电池极耳热复合成型工艺，其特征在于：在步骤2中，所述填料包括碳化硅、氮化硅、氮化硼，所述填料占极耳胶成品的质量百分比为15-25％；
8.根据权利要求3所述的一种动力锂电池极耳热复合成型工艺，其特征在于：所述抗氧剂为硫代二丙酸二硬脂醇酯。
9.根据权利要求3所述的一种动力锂电池极耳热复合成型工艺，其特征在于：所述绝缘粒子为二异氰酸酯树脂微胶囊，所述二异氰酸酯树脂微胶囊的囊芯为二异氰酸酯树脂、囊壁为尿素、甲醛。
10.根据权利要求1所述的一种动力锂电池极耳热复合成型工艺，其特征在于：在步骤一中，所述金属导体条包括正极的铝材导体条和负极的镀镍铜带导体条，在所述正极的铝材导体条的表面设有致密的钝化膜，所述负极的镀镍铜带导体条的制备方法为：以铜带为基材，在铜带上电沉积暗镍层，采用瓦特镍镀液，pH值为3.1-3.5，镀液温度为40-60℃，电流密度为2-3A/dm2；在所述暗镍层的表面电沉积可焊性镍层，采用含有光亮剂的瓦特镍镀液，pH值为3.9-4.5，镀液温度为50-60℃，电流密度为6-9A/dm2。
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