CN116219444B - 一种新能源柱状电池铝壳用清洗剂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于新能源柱状电池铝壳制造过程的清洗剂,属于新能源电池制造领域,其是以无机碱、缓蚀剂、双子型表面活性剂、助洗剂、增溶剂为原料制成。本发明通过无机碱和相应助剂的搭配形成稳定持久的弱碱环境,在提高清洗力的同时能有效避免过高碱性导致的壳体腐蚀,同时通过葡萄糖类双子型表面活性剂与助洗剂和增溶剂的协同作用,可高效除去常见类型的拉伸油,其易清洗、不残留,不易氧化壳体,且持久耐用、环保高效,可同时解决大规模连续生产的良率问题。
Description
技术领域
本发明属于新能源电池制造领域,具体涉及一种新能源电池铝壳制造过程中使用的清洗剂。
背景技术
锂电池自上世纪90年代初实现产业化以来,由于其具有能量密度高、工作电压大、循环寿命长、充电速度快、放电功率高、自放电率小、记忆效应小和绿色环保等突出优势,得到了迅速的发展;2000年以后,锂电池在手机电池领域逐步占据主导地位,直至基本垄断手机电池领域,同时在笔记本电脑、数码相机、电动工具等领域也得到了广泛应用,并逐步向新能源汽车等领域拓展。近些年来,我国出于减少汽车排放污染、降低原油资源依赖,把握汽车行业发展契机等战略需要,亦大力发展新能源汽车。锂电池是电动汽车的重要组成部分和核心技术体现点之一,在新能源汽车的成本中占比很高。因此动力锂电池已逐步成为未来全球锂电池行业的重要增长点。
应用于新能源汽车的新能源电池铝壳领域发展迅速,其在总体锂电池壳体行业中的市场份额占比快速提升。铝制电池外包壳体有传统的方形和新型的圆柱形两类。方形锂电池壳可以根据产品的尺寸进行定制化生产,所以市场上有成千上万种型号,而正因为型号太多,工艺很难统一。圆柱形锂电池生产工艺逐渐成熟,且随着连续拉伸成型设备的推广其成本越来越有优势,其电池产品良率以及电池组的一致性也较高;由于电池组散热面积大,其散热性能也优于方形电池;圆柱形电池还便于多种形态组合,适用于电动车空间设计的充分布局。由于圆柱形和方形生产工艺不同,因此清洗方式和清洗材料无法相互替代。目前圆柱形电池壳在清洗过程中会出现拉伸油清洗残留、局部铝壳氧化等现象,传统的金属类清洗剂碱度太高,容易对铝壳造成腐蚀,而且洗后良率不高,影响产品产能。
发明内容
本发明的目的是提供一种新能源柱状电池铝壳用清洗剂,其易清洗、不残留,不易氧化壳体,且持久耐用、环保高效,还可同时解决大规模连续生产的良率问题。
为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种新能源柱状电池铝壳用清洗剂,以质量百分数之和为100%计,各组分所占质量百分数如下:
无机碱 3%-8%;
缓蚀剂 2%-5%;
双子型表面活性剂 0.5%-3%;
助洗剂 0.1%-1%;
增溶剂 2%-8%;
去离子水 余量。
进一步地,所述无机碱选自无水偏硅酸钠、五水偏硅酸钠、九水偏硅酸钠、碳酸钠和碳酸氢钠中的至少一种。铝制电池壳对pH非常敏感,如果选用碱性太强的碱类,会与铝电池壳发生化学反应,造成腐蚀;如果pH太低,会影响到对油污的清洗能力。上述无机碱具有相对稳定温和的碱性、一定的pH缓冲能力和较好的油脂乳化能力,可克服上述问题。
进一步地,所述缓蚀剂为六偏磷酸钠。六偏磷酸钠可促进铝壳表面生成钝化膜,能有效避免铝电池壳体在碱性洗剂清洗过程中易发生的腐蚀现象。
进一步地,所述双子型表面活性剂为葡萄糖类双子型表面活性剂,其化学结构式为:
,其中,n为6或8。
上述双子型表面活性剂具有较高的表面活性和增溶能力、良好的水溶性、优异的协同作用和优良的脱脂能力。其长链结构具有在较低浓度下对铝电池壳表面附着的拉伸油高效去除的能力,同时亲水端的多羟基立体分子结构对清洗后的金属离子有助溶作用,能有效防止金属离子类颗粒污染物洗脱后团聚导致的二次污染,且该表面活性剂低泡高效,适用于连续生产的喷淋工艺。
进一步地,所述助洗剂为羧甲基纤维素。羧甲基纤维素能在水中形成活性胶体,活性胶体带有负电荷,其被吸附后可利用它的空间位阻作用和静电排斥作用防止其他类颗粒污垢再沉积。
进一步地,所述增溶剂为吐温60。吐温60可以提高清洗剂中各种组分以及清洗后的拉伸油在水中溶解度,提高体系的稳定性。
进一步地,所述去离子水为电子级去离子水,其在25℃时的电阻率不低于18MΩ。
进一步地,该清洗剂的配制方法是在常温、转速45r/min的条件下,在去离子水中依次加入无机碱、双子型表面活性剂、缓蚀剂、增溶剂、助洗剂(每种组分投入后需搅拌至体系澄清后再添加下一种组分);全部添加完毕后继续搅拌30分钟,然后依次通过孔径为2μm和0.5μm的两道滤芯进行过滤,即获得所述清洗剂。
本发明的显著优点在于:
本发明通过无机碱和相应助剂的搭配形成稳定持久的弱碱环境,在提高清洗力的同时能有效避免过高碱性导致的壳体腐蚀,同时通过添加葡萄糖类双子型表面活性剂与助洗剂和增溶剂的协同作用,可高效除去常见类型的拉伸油,且该特有的双子表面活性剂低泡高效,在有效降低成本的同时能适用于普遍的超声清洗和喷淋清洗等不同的工艺,能有效改善生产良率,提高生产效率。
本发明所得清洗剂易漂洗,不残留,且该清洗剂体系中各组分的协同作用能提供更温和而稳定持久的清洗条件,高效清洗壳体表面的拉伸油、铝粉等各类污染物,不会造成铝壳的腐蚀和氧化。
具体实施方式
一种新能源柱状电池铝壳用清洗剂,以质量百分数之和为100%计,各组分所占质量百分数如下:
无机碱 3%-8%;
缓蚀剂 2%-5%;
双子型表面活性剂 0.5%-3%;
助洗剂 0.1%-1%;
增溶剂 2%-8%;
去离子水 余量。
其中,所述无机碱选自无水偏硅酸钠、五水偏硅酸钠、九水偏硅酸钠、碳酸钠和碳酸氢钠中的至少一种。
所述缓蚀剂为六偏磷酸钠。
所述助洗剂为羧甲基纤维素。
所述增溶剂为吐温60。
所述去离子水为电子级去离子水,其在25℃时的电阻率不低于18MΩ。
所述双子型表面活性剂为葡萄糖类双子型表面活性剂,其化学结构式为:
,其中,n为6或8。
该表面活性剂的反应式如下:
,其步骤如下:
1)乙二胺中间体的合成:
将烷氧基缩水甘油醚(化合物1,0.04mol)、乙二胺(化合物2,0.02mol)和80mL甲醇置于干燥的250mL圆底烧瓶中,加热至35℃,在搅拌条件下反应10h~12h,经薄层色谱检测原料全部反应后,旋转蒸发除去溶剂,用正己烷和少量冷甲醇洗涤,晾干得到乙二胺中间体(化合物3)。
2)葡萄糖双子型表面活性剂的合成:
将乙二胺中间体(化合物3,0.02mol)、葡萄糖酸内酯(化合物4,0.04mol)和100mL乙醇置于250ml三口圆底烧瓶中,加热至35℃,在搅拌条件下反应24小时,然后加热回流反应4h,反应结束后旋转蒸发除去溶剂,用正己烷多次洗涤,再用丙酮与乙醇的混合溶剂(1:9,v/v)重结晶,得到所述双子型表面活性剂。
为了使本发明所述的内容更加便于理解,下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明,但是本发明不仅限于此。
所用六偏磷酸钠、三乙醇胺、C8~C14的烷基糖苷均购自泉州市必拓精细化工有限公司,所用羧甲基纤维素购自广东翁江化学试剂有限公司,所用吐温60、烷基酚聚氧乙烯醚、月桂醇聚氧乙烯醚硫酸酯钠盐购自海安石化。
实施例和比较例:
根据表1所示的组分及其质量百分数分别制备了实施例和比较例的清洗剂。其配制方法为:在常温下先将去离子水加入搅拌釜,然后在45r/min的转速下依次加入无机碱、表面活性剂、缓蚀剂、增溶剂、助洗剂,每种组分投入后搅拌至体系澄清后再添加下一种组分;全部添加完毕后继续搅拌30分钟,然后再依次通过孔径为2μm和0.5μm的两道滤芯进行过滤,最终获得清洗剂样品。
其中,当n=6时,所用双子型表面活性剂的表征数据如下:
根据1H NMR(δ, DMSO, 300 MHz)分析,其化学位移δ: 3.15-3.25 (d, 4H, -CH2-N),3.30-3.41(m, 4H,-CH2 ), 3.45-3.49(m, 4H, -CH2CH2N), 3.50-3.82(m, 10H, -CHOH),3.54-3.56(s, 48H, -CH2CH2-),3.55-3.58(m, 4H, -CH2OH), 3.71(t,4H,-CH2OH),3.81(t,2H,-CH2OH),3.93(s, 2H, -OH), 4.38(s, 4H, -OH), 4.52(s, 2H, -OH), 5.19(s, 2H, -OH),5.37(s, 2H, -OH),5.42(s, 2H, -OH)。
根据13C NMR(δ, DMSO, 300 MHz)分析,其化学位移δ: 49.2,53.7,61.2,64.5,66.8,70.3~70.6,71.9,167.8。
表1 不同清洗剂组合物中各组分及其含量
为了评价上述实施例1-7和比较例1-14的数种新能源柱状电池铝壳用清洗剂的清洗性能,通过下述试验进行了清洗剂性能测试。
一、清洗性能
将配制好的清洗剂添加到通过式清洗机内,设置:预洗温度35℃,1分钟;清洗温度40℃,超声清洗泵设置超声为28KHz、清洗时间为3分钟;水洗1段设置温度35℃,喷淋压力上喷管1.3Kg,下喷管0.5Kg;水洗2段设置温度25℃,喷淋压力上喷管1.3Kg,下喷管0.5Kg。清洗后的电池铝壳经过风切吹干后,电热烘干。放置于自动外观检测仪上,对以下项目进行检测:
1、表面颗粒
评价效果如下:
○:表面光洁,没有颗粒残留,
△:表面有少许颗粒状污染物,
×:表面有明显的颗粒状污染物。
2、表面腐蚀
评价效果如下:
○:表面没有腐蚀现象,
△:表面不平整,腐蚀现象,
×:铝壳边缘或壳体有腐蚀穿孔现象。
3、氧化
评价效果如下:
○:表面没有氧化现象,
△:表面个别地方有氧化白斑,
×:壳体内外均有明显的氧化白斑。
4、拉伸油残留
用白板笔在铝电池壳表面划线,如果有拉伸油残留,会无法划线。评价效果如下:
○:划线没有断开,
×:壳体部分区域无法划线。
5、低泡性
清洗后的喷淋漂洗阶段,清洗剂若起泡性太强会影响清洗效果,生成过于丰富的泡沫会溢出水槽,导致产线停工,同时也容易出现清洗剂残留。因此在保证清洗效果的同时,低泡清洗剂更有优势。其低泡性具体测试方法及评价效果如下:
在试管中分别装入5mL不同配方的铝壳清洗剂,用力摇动15s,测试摇动后的泡沫高度以及静置30秒后的泡沫高度。泡沫高度评判结果如下:
○:停止时泡沫高度<2cm,静置后<1cm,
△:停止时泡沫高度2~5cm,静置后<1.5cm,
×:停止时泡沫高度>5cm,静置后>1.5cm。
6、清洗剂残留测试
准备4个200mL烧杯,标注1、2、3、4号烧杯,分别添加100mL去离子水,25℃时,用电导率仪测得去离子水电导率并记下数值。将经过水洗1段后的柱状壳体分别于烧杯中浸泡清洗,先投入1号烧杯,浸泡30s后取出放入2号烧杯,同样浸泡30s后取出放入3号烧杯,以此类推到4号烧杯后取出样片。按烧杯序号测量清洗后杯内去离子水的电导率,当烧杯内洗后的去离子水和未使用的去离子水电导率一致时,烧杯序号越小,表面显影液残留的可能性越低。
评价效果如下:
○:≤2号,
△:3、4号,
×:>4号。
测试结果见表2。
表2 不同清洗剂的清洗效果
结合表1、2可以看出,在合适的比例范围内,本发明提供的铝电池壳清洗剂能有效的清洗去除拉伸油、颗粒等污物,对壳体无腐蚀,不氧化,且低泡易漂洗,无残留,符合清洗需求。
其中,与实施例相比,比较例1中的五水偏硅酸钠含量过低,导致清洁效果不佳,特别是对拉伸油除去效果明显下降;比较例2的五水偏硅酸钠含量过高容易引起腐蚀和氧化。
比较例3中不含缓蚀剂六偏磷酸钠,会导致壳体有腐蚀的风险;比较例4中六偏磷酸钠含量过高,体系固体组分太高,对清洗效果有一定的影响。
比较例5不含双子表面活性剂,因此对颗粒和拉伸油的清洗能力都较差;从成本考虑又不宜将双子表面活性剂含量调节过高。
比较例6中不含助洗剂甲基纤维素,洗脱的颗粒物可能会造成二次污染;比较例7中甲基纤维素含量过高,体系粘度大,漂洗段压力大,容易有残留。
比较例8中不含助溶剂吐温60,导致清洗拉伸油的效果降低;而比较例9中吐温60的含量太高,泡沫较多,漂洗会容易出现洗剂残留。
同时,由比较例10-14可以看出,改用其他碱性较强的无机碱或有机碱,由于pH太高,会导致铝电池壳表面腐蚀和氧化;而改用其他非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂及类似的烷基糖苷类表面活性剂,由于其不具备双子结构,因此在清洗和抗氧化方面都与使用G-6或G-8的清洗剂有较大差距,且JFC和AES的泡沫过于丰富,也不满足喷淋工艺的要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰,皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (7)
1.一种新能源柱状电池铝壳用清洗剂,其特征在于,以质量百分数之和为100%计,各组分所占质量百分数如下:
无机碱 3%-8%;
缓蚀剂 2%-5%;
双子型表面活性剂 0.5%-3%;
助洗剂 0.1%-1%;
增溶剂 2%-8%;
去离子水 余量;
所述双子型表面活性剂为葡萄糖类双子型表面活性剂,其化学结构式为:
,其中,n为6或8。
2.根据权利要求1所述的一种新能源柱状电池铝壳用清洗剂,其特征在于,所述无机碱选自无水偏硅酸钠、五水偏硅酸钠、九水偏硅酸钠、碳酸钠和碳酸氢钠中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种新能源柱状电池铝壳用清洗剂,其特征在于,所述缓蚀剂为六偏磷酸钠。
4.根据权利要求1所述的一种新能源柱状电池铝壳用清洗剂,其特征在于,所述助洗剂为羧甲基纤维素。
5.根据权利要求1所述的一种新能源柱状电池铝壳用清洗剂,其特征在于,所述增溶剂为吐温60。
6.根据权利要求1所述的一种新能源柱状电池铝壳用清洗剂,其特征在于,所述去离子水为电子级去离子水,其在25℃时的电阻率不低于18MΩ。
7.根据权利要求1所述的一种新能源柱状电池铝壳用清洗剂,其特征在于:该清洗剂的配制方法是在常温、转速45r/min的条件下,在去离子水中依次加入无机碱、双子型表面活性剂、缓蚀剂、增溶剂、助洗剂,全部添加完毕后继续搅拌30分钟,然后依次通过孔径为2μm和0.5μm的两道滤芯进行过滤,即得。
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