CN113843189B - 一种清除极片涂层的方法 - Google Patents
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Abstract
为克服现有锂电池极耳凹槽的制备存在效率、产品优良率低的问题，本发明提供了一种清除极片涂层的方法。包括以下步骤：S1：使用激光清洗装置对极片预设区域的涂层进行初次清洗，使预设区域的涂层表层脱落并残留有粘附于集流体的底层涂层；S2：通过第一除尘装置将极片表面粉尘移除；S3：使用干冰对上述极片预设区域进行二次清洗；S4：通过第二除尘装置将极片表面粉尘移除。本发明提供的清除极片涂层的方法先通过激光清洗出指定的形状，清洗区域边缘整齐，再通过干冰气化对剩余涂层进行剥离清除，两种清洗方式相结合既保证了极片涂层的清洗品质，同时不会对集流体产生影响，进一步提高产品质量，工艺简单适合大规模工业化生产。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池制造技术领域，具体涉及一种清除极片涂层的方法。
背景技术
锂离子电池具有电压大、比能量大、循环寿命长、安全性能好等优点，被广泛应用于手机、笔记本电脑等电子设备中。电池极片是电池中的重要部分，对于电池的功能好坏具有重要的影响，电池极片包括集流体以及覆盖于集流体上的涂层，不同的电池之间需要通过极耳的连接接触才能扩大电池的电容量。因此通常会在极片的表面预留用于极耳焊接的凹槽，现有技术中该极耳凹槽的制备方法有以下几种：
(1)采用间隙涂布的方式：即在集流体的指定位置不进行涂覆，该方式不能制备嵌入式极耳凹槽，且集流体的利用率低，电池的能量密度低。
(2)采用刮刀清除涂层的方式：即通过刮刀刮出极片表面的涂层，该方法对刮刀的速度、力度和刮刀与基材的接触距离要求非常严格，且实际过程难以控制，容易刮伤集流体，影像涂层刮除质量，同时合格率难以保证。
(3)采用发泡胶去除涂层的方式：在极片的预留位置涂覆发泡胶，然后将涂覆好的极片进行涂布和烘烤，在高温烘烤的过程中，发泡胶膨胀脱离集流体，从而形成极耳凹槽，但是该方法发泡胶不稳定，在烘烤的过程容易对周围涂层造成挤压变形，进而影响极片质量。
(4)采用激光清洗的方式：在待清洗的涂层区域，利用激光的高温去除涂层，但是锂离子电池的集流体非常纤薄，在清洗的过程中容易被高能量密度的激光束热熔穿孔，从而对极片的品质造成影响。
(5)采用液氮去除涂层的方式：该方式实在极片的待清洗区域喷洒液氮，涂层在超低温的处理下会液化进而粘性失效，进而从集流体上脱离下来，该方式所用到的液氮在常温下的温度接近-196℃，而金属材料在超低温的作用下会产生脆化，因此，通过此方法得到的极耳槽位会市区集流体原有的物理属性，影响极耳焊接质量。
因此，亟需一种可以高质、高效制备极耳凹槽的技术方案。
发明内容
针对现有锂电池极耳凹槽的制备存在效率、产品优良率低的问题，本发明提供了一种清除极片涂层的方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
本发明提供了一种清除极片涂层的方法，包括以下步骤；
S1：使用激光清洗装置对极片预设区域的涂层进行初次清洗，使预设区域的涂层表层脱落并残留有粘附于集流体的底层涂层；
S2：通过第一除尘装置将极片表面粉尘移除；
S3：使用干冰对上述极片预设区域进行二次清洗；
S4：通过第二除尘装置将极片表面粉尘移除。
可选的，经过所述步骤S1后的预设区域残留的底层涂层厚度为50-250um。
可选的，所述步骤S1中，采用激光清洗装置对极片的一面上预设区域的涂层进行初次清洗，同时，在极片的另一面通过冷却平台对极片的另一面进行冷却。
可选的，所述步骤S3中，使用干冰对极片预设区域进行二次清洗时，采用隔离装置对非预设区域进行覆盖保护，所述隔离装置覆盖于极片表面，且所述隔离装置上开设有露出口，由所述露出口向所述预设区域喷涂干冰进行二次清洗。
可选的，所述干冰的温度为-78.5～-60℃。
可选的，所述第一除尘装置以及第二除尘装置的风速≥15m/s，气压为 -10Kpa～-60Kpa。
可选的，所述步骤S4之后还包括：
S5：通过视觉检测装置对极片的清洗效果进行检测。
可选的，所述步骤S5之后还包括：
S6：通过第三除尘装置将极片表面的粉尘清除。
可选的，所述第一除尘装置、所述第二除尘装置和所述第三除尘装置各自独立地选自抽吸式除尘装置或毛刷除尘装置。
可选的，所述步骤S6之后还包括：
S7：通过打标装置对检测不达标的极片进行标记。
本发明的有益效果：
(1)本发明采用了激光清洗配合干冰清洗的方式来清除极片涂层的工艺，先利用激光清除极片表面大部分的涂层，残留的部分涂层再通过干冰喷涂的方式被去除掉。与单独的激光清洗涂层相比，本申请的激光清洗不需要过高的温度，仅仅去除极片涂层的表层部分即可，预留与集流体粘附的底层涂层，避免了激光直接接触集流体而导致的箔材氧化和穿孔；同时利用干冰去除极片表面残留的少量涂层，在常温下干冰的温度为-78.5℃，干冰的挥发会使涂层的粘性失效，气化过程中带动残留的涂层从集流体表面剥离，不会对集流体的外观和质量产生影响，提高了产品良率，保证了产品质量；
(2)清除过程中配合抽尘装置的使用，负压抽尘系统及时将脱落的涂层移除，进一步保障了产品质量，提高生产效率。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一方面，本发明实施例提供了一种清除极片涂层的方法，包括以下步骤；
S1：使用激光清洗装置对极片预设区域的涂层进行初次清洗，使预设区域的涂层表层脱落并残留有粘附于集流体的底层涂层；
S2：通过第一除尘装置将极片表面粉尘移除；
S3：使用干冰对上述极片预设区域进行二次清洗；
S4：通过第二除尘装置将极片表面粉尘移除。
激光仪通过对极片待清洗区域发出激光束，激光束产生的热冲击和热震动使涂层吸收光子能量后发生热膨胀直接剥落，根据涂层实际厚度控制激光仪的参数，使涂层表层大部分剥离即可，保留与集流体粘附的底层涂层，表面脱落的粉尘通过第一抽尘装置及时抽离极片表面，保持极片表面的清洁度，待清洗区域残留的涂层在激光的作用下已经松散，通过在残留涂层上覆盖干冰，干冰的低温特性使得残留涂层粘性失效并在挥发性过程中带动涂层从集流体上脱落，最后配合第二除尘装置，将脱落粉尘移除，从而实现预设区域涂层的清除。
本发明采用激光清洗配合干冰除粉的方式来清除极片涂层的工艺，先利用激光清除极片表面大部分的涂层，残留的部分涂层再通过干冰喷涂的方式被去除掉。与单独的激光清洗涂层相比，本申请的激光清洗不需要过高的温度，仅仅去除极片涂层的表层部分即可，预留与集流体粘附的底层涂层，避免了激光直接接触集流体而导致的箔材氧化和穿孔；同时利用干冰去除极片表面残留的少量涂层，在常温下干冰的温度为-78.5℃，干冰的挥发会使涂层的粘性失效，气化过程中带动残留的涂层从集流体表面剥离，不会对集流体的外观和质量产生影响，提高了产品良率，保证了产品质量，工艺简单，适合大规模工业化生产。
在优选的实施例中，所述预设区域为极耳焊接区域。
本申请的激光清洗以及干冰清洗均只针对极耳焊接区域进行精准清洗，可以减少其他区域涂层的损耗，保证极片的质量，同时降低生产成本。
在一些实施例中，经过所述步骤S1后的预设区域残留的底层涂层厚度为 50-250um。
根据涂层的实际厚度通过控制激光仪的相关参数，使得激光清洗后的极耳焊接区域残留的底层涂层厚度为50-250um，若厚度大于250um，过厚的涂层有可能在下一步干冰清洗中难以被去除，或者需要加大干冰的使用量才能达到彻底清除的目的，由于干冰在常温下的温度为-78.5℃左右，过量的干冰容易造成极耳焊接区域的局部低温，从而影响集流体的质量，因此，残留涂层的厚度优选小于250um，若残留涂层的厚度小于50um，过薄的涂层极易脱落，使得干冰容易侵入集流体表面而对集流体造成损害，因此残留涂层的厚度优选大于50um。
在一些实施例中，所述步骤S1中，采用激光清洗装置对极片的一面上预设区域的涂层进行初次清洗，同时，在极片的另一面通过冷却平台对极片的另一面进行冷却。
激光清洗装置发出高能量的激光束使得极片产生局部高温，通过设置冷却平台，可以降低极片表面的温度，防止极片过热氧化造成极片涂层活性降低。在此不对冷却平台的具体形式做限定，可采用本领域常规技术手段，例如冷却平台可以采用冷凝水系统对极片进行降温。
在一些实施例中，所述步骤S3中，使用干冰对极片预设区域进行二次清洗时，采用隔离装置对非预设区域进行覆盖保护，所述隔离装置覆盖于极片表面，且所述隔离装置上开设有露出口，由所述露出口向所述预设区域喷涂干冰进行二次清洗。
由于干冰的低温容易使涂层粘性失效，并且干冰在喷洒过程中有可能会覆盖在不需要清洗的区域，因此为避免干冰对极片非极耳焊接区域的涂层造成影响，在极片表面设置隔离装置，隔离装置覆盖于非极耳焊接区域。
由于干冰在常温下的温度为-78.5℃，因此所述隔离装置选自耐低温并且强度较大的材料，所述隔离装置可以抵抗干冰带来的低温，同时即使面对干冰喷头发出的喷力也不会发生形变，进一步的，所述隔离装置优选不锈钢、防氧化板或者耐低温的树脂，所述隔离装置还可以选自其他具有高强度和耐低温的材料，在此不做特别的限定。
在一些实施例中，所述干冰的温度为-78.5～-60℃。
在该温度范围的干冰既可以使残留涂层粘性失效，同时不会使集流体脆化，既能提高对极片涂层的清洗效果又能保证极片的质量。
在一些实施例中，所述第一除尘装置以及第二除尘装置的风速≥15m/s，气压为-10Kpa～-60Kpa。
通过风速≥15m/s，气压为-10Kpa～-60Kpa的负压抽尘装置可及时将极片表面脱落的涂层抽除，而不会对极片的质量造成影响，确保极片表面的清洁度，提高产品质量。
在一些实施例中，所述步骤S4之后还包括：
S5：通过视觉检测装置对极片的清洗效果进行检测。
作为优选的，所述视觉检测装置为CCD检测系统，通过对极片清洗区域的清洗质量进行判定，并将结果反馈给控制系统。
在一些实施例中，所述步骤S5之后还包括：
S6：通过第三除尘装置将极片表面的粉尘清除。
所述第三除尘装置用于对极片表面粉尘的全面清除，确保成品的质量。
在一些实施例中，所述第一除尘装置、所述第二除尘装置和所述第三除尘装置各自独立地选自抽吸式除尘装置或毛刷除尘装置。
在一些实施例中，所述步骤S6之后还包括：
S7：通过打标装置对检测不达标的极片进行标记。
经过在线检测的极片，若被判定为清洗质量不合格，则由控制系统下达指令给打标装置，打标装置会对清洗质量不达标的极片进行标记，方便后续作业，视觉检测装置配合打标装置的使用，形成闭环管理，提高了追溯的可靠性，可及时将不达标产品剔除，降低企业的生产和管理成本，提高成品质量。
以下通过具体的实施例对本发明作进一步说明：
实施例1
本实施例用于说明本发明公开的清除极片涂层的方法，包括以下步骤：
S1：将极片置于冷却平台上，启动激光清洗装置，对待极耳焊接区域发射激光，极耳焊接区域涂层膨胀脱落，残留的底层涂层厚度为60um；
S2：设置抽吸式除尘装置的风速为15m/s，压力为-20Kpa，对脱落涂层进行吸附；
S3：将完成上述步骤的极片置于干冰除粉装置处，在极片上的非极耳焊接区域覆上不锈钢，启动干冰除粉装置，对极耳焊接区域喷洒干冰1S，残留的底层涂层从极片上脱落；
S4：设置抽吸式除尘装置的风速为15m/s，压力为-20Kpa，对脱落涂层进行吸附，极片的涂层被清除；
S5：重复上述步骤S1-S4，对极片的另一面涂层进行清洗；
S6：正反面涂层均清洗完的极片通过CCD检测装置，CCD检测装置上的镜头拍摄获取极片的外观，并发送至计算机，计算机将接收到的外观与其内部设定的外观进行比对判定，并将结果反馈给控制系统；
S7：将王城上述步骤的极片置于毛刷除尘装置处，毛刷除尘装置的毛刷位于极片的两个表面，毛刷将极片表面的残留粉尘清除；
S8：将完成上述步骤的极片置于打标装置处，打标装置接收到控制系统指令后，对清洗质量不达标的极片进行标记。
对比例1
本对比例用于对比说明本发明公开的清除极片涂层的方法：
对比例1只采用现有技术中的激光清洗方式对极耳焊接区域进行清洗。
对比例2
本对比例用于对比说明本发明公开的清除极片涂层的方法：
对比例2只采用现有技术中的液氮喷涂方式对极耳焊接区域进行清洗。
对比例3
本对比例用于对比说明本发明公开的清除极片涂层的方法：
对比例3只采用干冰喷涂的方式对极耳焊接区域进行清洗。
将实施例1以及对比例1-3制备得到的极片进行以下性能测试：
性能测试：
色度：通过色度测试仪测量极耳焊接区域，色度越高表明极片亮度越高，清洗的越干净。
焊接拉力：将该方案得到的极耳槽位焊接极耳，用拉力测试计测试极耳的焊接拉力，焊接拉力越高表明极耳焊接区域的集流体受损程度越低。
表1
| 色度 | 焊接拉力 | 清洗效率 | |
| 实施例1 | 98 | 36 | 高 |
| 对比例1 | 75 | 35 | 高 |
| 对比例2 | 95 | 12 | 中 |
| 对比例3 | 85 | 34 | 低 |
从表1的数据可以看到，实施例1的色度达到98，均大于对比例1-3的，说明本申请采用激光清洗配合干冰清洗的方式，其清洗效果远优于单一的激光清洗或者干冰清洗，同时在焊接拉力方面，本申请的焊接拉力达到36，高于对比例1-3的，说明本申请采用激光配合干冰清洗的方式不会对集流体造成大的损害，进一步保证极片的质量，同时在清洗效率方面，本申请的技术方案也能达到优异的效果。综上所述，相比于现有技术，本申请采用激光清洗配合干冰清洗的方式既能提高极耳焊接区域的清洗质量同时不会对集流体产生损害，清洗效率高，适合大规模工业化生产。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种清除极片涂层的方法，其特征在于，包括以下步骤；
S1：使用激光清洗装置对极片预设区域的涂层进行初次清洗，使预设区域的涂层表层脱落并残留有粘附于集流体的底层涂层；
S2：经过所述步骤S1后的预设区域残留的底层涂层厚度为50-250um，通过第一除尘装置将极片表面粉尘移除；
S3：使用干冰对上述极片预设区域进行二次清洗；
S4：通过第二除尘装置将极片表面粉尘移除。
2.根据权利要求1所述的清除极片涂层的方法，其特征在于，所述步骤S1中，采用激光清洗装置对极片的一面上预设区域的涂层进行初次清洗，同时，在极片的另一面通过冷却平台对极片的另一面进行冷却。
3.根据权利要求1所述的清除极片涂层的方法，其特征在于，所述步骤S3中，使用干冰对极片预设区域进行二次清洗时，采用隔离装置对非预设区域进行覆盖保护，所述隔离装置覆盖于极片表面，且所述隔离装置上开设有露出口，由所述露出口向所述预设区域喷涂干冰进行二次清洗。
4.根据权利要求1所述的清除极片涂层的方法，其特征在于，所述干冰的温度为-78.5～-60℃。
5.根据权利要求1所述的清除极片涂层的方法，其特征在于，所述第一除尘装置以及第二除尘装置的风速≥15m/s，气压为-10Kpa～-60Kpa。
6.根据权利要求1所述的清除极片涂层的方法，其特征在于，所述步骤S4之后还包括：
S5：通过视觉检测装置对极片的清洗效果进行检测。
7.根据权利要求6所述的清除极片涂层的方法，其特征在于，所述步骤S5之后还包括：
S6：通过第三除尘装置将极片表面的粉尘清除。
8.根据权利要求7所述的清除极片涂层的方法，其特征在于，所述第一除尘装置、所述第二除尘装置和所述第三除尘装置各自独立地选自抽吸式除尘装置或毛刷除尘装置。
9.根据权利要求7所述的清除极片涂层的方法，其特征在于，所述步骤S6之后还包括：
S7：通过打标装置对检测不达标的极片进行标记。
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