CN110676464A - 电池极片集流体的表面处理方法、电池极片的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电池极片集流体的表面处理方法、电池极片的生产方法，涉及电池生产技术领域。该表面处理方法包括：将集流体箔材于低温等离子处理设备中，在保护气体作用下，进行低温等离子处理1‑900s，即得干净的电池极片集流体。本方案采用低温等离子体技术对电池极片的集流体箔材表面进行处理，去除箔材表面残留油污、粉尘以及机械轧制过程造成箔材表面氧化层厚度不一等问题，提高箔材表面氧化层均一性、箔材表面张力均一性，从而提高箔材与涂覆材料附着力，降低极片涂覆材料在电芯制作过程中涂覆材料剥离极片集流体箔材的风险，从而提升电池的性能。

Description

电池极片集流体的表面处理方法、电池极片的生产方法
技术领域
本发明涉及电池生产技术领域，尤其涉及一种电池极片集流体的表面处理方法及电池极片的生产方法。
背景技术
电池通常将正极材料和负极材料涂覆在铝箔和铜箔上，其中铝箔和铜箔在电池中既分别充当正极活性物质和负极活性物质的载体，又分别充当正极和负极电子流的收集与传输体。正负极材料在铝箔和铜箔涂布后的附着效果对电池制作后续的加工过程影响大，并且直接影响电池的性能。特别是采用超声波焊接极耳的焊接工段，由于焊接过程中高频振动导致与集流体粘着力不是很强的活性材料产生剥落现象或者降低活性材料与集流体接触面积，导致活性材料减少或增大接触电阻。
在常规的锂离子电池制作过程中，电池极片上极耳的焊接方法目前比较常见的是超声波焊接。通过焊接方式将常规的正极铝极耳负极镍极耳或铜镀镍极耳等，分别焊接在正负极集流体上制成正负极极片。超声波焊接是一种将高频振动波传递到需焊接的物体表面，在加压的情况下，使两个物体表面相互摩擦而形成原子层之间的熔合方法。超声波金属焊接原理是利用超声波发生器将50/60Hz电流转换成大于等于15KHz的电能，被转换的高频电能再次被转换成同等频率的机械运动，随后机械运动传递到焊头上，焊头将接收到的振动能量传递到待焊接工件的结合部，在该区域，振动能量被通过摩擦方式转换成热能，将待焊接的工件表面熔化，当振动停止后，工件在一定压力下冷却定型，以实现同种金属或异种金属之间的铆接。在整个超声波焊接过程中，既不向工件输送电流，也不向工件施加高温热源，而只是在静压力之下，将振动能量转变为工件间的摩擦功、形变能及温升，实现金属接头间的焊接结合。但是焊接过程中振动能会使极片在焊接点附近产生强烈的振动，容易使靠近焊接点附近涂覆在集流体表面的材料松动、剥落。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提高集流体与涂覆材料之间的附着力，解决极片接触电阻增大的问题，提出一种工艺简单、低成本、高效的集流体表面处理方法。
为了解决上述问题，本发明提出以下技术方案：
第一方面，本发明实施例提出一种电池极片集流体的表面处理方法，包括：
将集流体箔材于低温等离子处理设备中，在保护气体作用下，进行低温等离子处理1-900s，即得干净的电池极片集流体。
其进一步地技术方案为，所述集流体箔材为铝箔、铜箔、铁箔、钢箔或镍箔。
其进一步地技术方案为，所述集流体箔材的厚度为4um～100um。
其进一步地技术方案为，所述保护气体为氩气、氢气、空气、氮气、氧气、氩氢混合气、氮氢混合气中的至少一种。
其进一步地技术方案为，所述保护气体为氩气、氢气、空气、氮气或氧气中的任意两种气体，且该两种气体的作用时间不同。
其进一步地技术方案为，所述的低温等离子处理功率为10～500W。
第二方面，本发明实施例还提出一种电池极片的生产方法，将电极浆料涂覆于电池极片集流体，干燥后即得所述电池极片；其中，所述电池极片集流体是由第一方面所述的电池极片集流体的表面处理方法制备得到。
与现有技术相比，本发明所能达到的技术效果包括：本方案采用低温等离子体技术对电池极片的集流体箔材表面进行处理，去除箔材表面残留油污、粉尘以及机械轧制过程造成箔材表面氧化层厚度不一等问题，提高箔材表面氧化层均一性、箔材表面张力均一性，从而提高箔材与涂覆材料附着力，降低极片涂覆材料在电芯制作过程中涂覆材料剥离极片集流体箔材的风险，从而提升电池的性能。
具体实施方式
下面将对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，以下将描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提出一种电池极片集流体的表面处理方法，包括：
将集流体箔材于低温等离子处理设备中，在保护气体作用下，进行低温等离子处理1-900s，即得干净的电池极片集流体。
所述集流体箔材包含且不限于铝箔、铜箔、铁箔、钢箔或镍箔。所述集流体箔材可用于制作电池正极极片或负极极片。
在其他实施例中，所述集流体箔材的厚度为4um～100um。
在其他实施例中，所述保护气体为氩气、氢气、空气、氮气、氧气、氩氢混合气、氮氢混合气中的至少一种。
在其他实施例中，所述保护气体为氩气、氢气、空气、氮气或氧气中的任意两种气体，且该两种气体的作用时间不同。
例如，在一实施例中，所述保护气体为先氢气后氧气。
在一实施例中，所述保护气体为先氢气后氩气。
在一实施例中，所述保护气体为先氢气后氮气。
在一实施例中，所述保护气体为先氢气后空气。
在一实施例中，所述保护气体为先氧气后氢气。
在一实施例中，所述保护气体为先氩气后氢气。
在一实施例中，所述保护气体为先空气后氢气。
在一实施例中，所述保护气体为先氮气后氢气。
在其他实施例中，所述的低温等离子处理功率为10～500W。
本实施例在不同的气氛保护下，通过调整低温等离子体发生器功率、处理时间，优选出合适的保护气体、等离子发生器工作功率、处理时间，最终实现极片集流体箔材与涂覆材料高的附着力。
本发明另一实施例还提出一种电池极片的生产方法，将电极浆料涂覆于电池极片集流体，干燥后即得所述电池极片；其中，所述电池极片集流体是由上述电池极片集流体的表面处理方法制备得到。
例如，在一实施例中，将12微米厚度的铝箔或8微米厚度的铜箔在牵引设备作用通过低温等离子体处理设备，在氩气气氛保护气保护下，调节低温等离子体处理功率为100W，使铝箔在低温等离子发生器处理腔体内进行低温等离子处理120s后，收卷或者直接通过涂布机涂布头进行涂布电极涂料的工序。
本发明又一实施例将上述制备得到的电池极片用于制备二次电池，所述二次电池的制备方法可采用本领域技术人员公知的各种方法，例如可以包括以下步骤：
(1)制备正极极片：将正极浆料涂覆于正极集流体上制备正极极片；
(2)制备负极极片：将负极浆料涂覆于负极集流体上制备负极极片；
(3)极耳焊接：将正极铝极耳和负极镍极耳或铜涂镍极耳采用超声焊接方式分别焊接到正极集流体和负极集流体上；
(4)封装：将正极极片、隔膜和负极极片依次层叠或卷绕制备电池极芯，封装成电池。
本实施方式中的封装包括将电池极芯放入电池壳体中，焊接盖板与电池壳体，在电池壳体中注入电解液、对电池进行化成和封口，化成、封口等技术采用本领域技术人员公知的各种技术，本发明没有特别限制。
将本发明实施例提供的电池极片集流体的表面处理方法制备得到的电池极片集流体用于制备常规锂离子电池，方法如下：
将比容量为140mAh/g的正极材料与PVDF、导电炭黑按95:3:2涂覆在铝箔上作为正极片。将比容量为340mAh/g的石墨负极材料与CMC、SBR、导电炭黑按95:1.5:2.5:1涂覆在铜箔上作为负极片。正负极片的加工工艺及过程控制均采用目前产业化的工艺技术，最后将加工后的正负极材料，电解液为1mol/L LiPF6的碳酸乙烯酯(EC)和二甲基碳酸酯(DMC)的混合溶液(体积比为＝1：1)，隔膜为celgard2400聚丙烯多孔膜在充满氩气的手套箱中组装成全电池得到电池样品C1。同时，依照该方法制备实施例1-38、对比例，实施例中的铝箔、铜箔均为本发明实施例提供的电池极片集流体的表面处理方法制备得到的电池极片集流体；对比例则由未经过等离子体表面处理的铝箔、铜箔进行制备。制备过程中的参数见表1。
表1实施例1-38及对比例的电池制备过程参数
Figure BDA0002252260190000051
Figure BDA0002252260190000061
Figure BDA0002252260190000071
根据实施例1-38、对比例制得的电池，检测其首次使用效率及1000周循环电池容量保持率，结果见表2。
表2实施例及对比例制得的电池首次使用效率及1000周循环电池容量保持率结果
Figure BDA0002252260190000072
Figure BDA0002252260190000081
由表2可知，在电池材料及配比、工艺相同条件下，经过低温等离子处理的电池极片集流体制得的电池性能，较未经处理的集流体制得的电池性能更优。此外，当低温等离子处理功率在350～450W范围内，处理时间越长、在氢气保护气氛下或者先氧气后氢气保护气氛下，电池首次效率和循环性能相对比较好。考虑到加工成本，优选低温等离子处理时间600～800s。
由于集流体箔材表面油污、氧化层不均、表面微观形貌不均匀、箔材表面光滑等问题引起的箔材表面张力不均，从而导致正负极材料跟集流体粘结力不强。本发明利用低温等离子处理技术将集流体箔材表面油污去除，并将氧化层处理成有分布均匀的腐蚀点，提升铝箔表面张力均一性、以及氧化层活性一致性，与此同时，表面均匀的腐蚀点可以有效提高正负极材料涂覆层与集流体的接触面的粘附力，降低材料与集流体的接触电阻，从而提高电池的首次效率、循环、倍率性能等电池性能。而且本发明利用不同保护气氛可以更加有效提高低温等离子体处理的效果，特别是利用氢气(氢气混合气)或者先氧气后氢气(氢气混合气)处理的方式，利用氢气在低温等离子作用下可以跟箔材表面油污、氧化层反应，从而实现去除油污、氧化层，箔材表面金属形成高活性金属，最后箔材从低温等离子处理设备出来暴露在空气中的时候再迅速形成一致的氧化层，使得箔材表面张力均匀。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
以上所述，为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种电池极片集流体的表面处理方法，其特征在于，包括：
将集流体箔材于低温等离子处理设备中，在保护气体作用下，进行低温等离子处理1-900s，即得干净的电池极片集流体。
2.如权利要求1所述的电池极片集流体的表面处理方法，其特征在于，所述集流体箔材为铝箔、铜箔、铁箔、钢箔或镍箔。
3.如权利要求1所述的电池极片集流体的表面处理方法，其特征在于，所述集流体箔材的厚度为4um～100um。
4.如权利要求1所述的电池极片集流体的表面处理方法，其特征在于，所述保护气体为氩气、氢气、空气、氮气、氧气、氩氢混合气、氮氢混合气中的至少一种。
5.如权利要求4所述的电池极片集流体的表面处理方法，其特征在于，所述保护气体为氩气、氢气、空气、氮气或氧气中的任意两种气体，且该两种气体的作用时间不同。
6.如权利要求4所述的电池极片集流体的表面处理方法，其特征在于，所述的低温等离子处理功率为10～500W。
7.一种电池极片的生产方法，其特征在于，将电极浆料涂覆于电池极片集流体，干燥后即得所述电池极片；其中，所述电池极片集流体是由权利要求1-6任一项所述的电池极片集流体的表面处理方法制备得到。
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