CN116470011A - 一种改善电芯安全性的工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种改善电芯安全性的工艺，引入等离子处理工艺对集流体进行清洁，随后立即对集流体进行涂料操作，集流体需要先冷压操作之后再进行模切，之后再采用等离子处理工艺。本工艺能够将绝缘陶瓷涂布区厚度改善显著且覆盖均匀，并进一步压缩折极耳的高度空间，提高电芯容量。并消除了模切产生的熔珠、毛刺或者金属沉积物等异物，从设计层面上增加了电芯安全性。
Description
技术领域
本发明涉及新能源电池领域，具体涉及一种改善电芯安全性的工艺。
背景技术
锂离子电芯是一种可反复充放电的二次电芯，它由阴阳极极片、隔离膜、电解液、机械件等主要成分组成。目前针对正极集流体与负极膜片的短路方式在电芯设计上都会涂上绝缘陶瓷层，但仍然存在很多问题，主要体现在两点：一、绝缘陶瓷层涂布较厚，导致后面的工序即折极耳时极耳易裂开有安全风险，或者直接顶住顶盖，导致电芯无法装配。二、如果直接将涂层涂薄就会导致绝缘陶瓷层的覆盖率不够即部分漏涂达不到安全的效果，特别是绝缘陶瓷层与膜片区的交界处很容易形成一整条间隙漏涂。
其本质原因在于集流体表面可能有残余的轧制油或者其他污渍导致集流体表面张力大，浆料边缘与集流体的接触角大，浆料一经烘干后就会留下间隙。
而使用等离子清洁能明显改善效果，但又引入了新的问题，在下一道工序冷压时断带次数显著升高，究其原因发现，等离子处理后的集流体其拉伸强度会有一定的较低，所以诱发冷压断带。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改善电芯安全性的工艺，通过设置绝缘陶瓷喷涂设备，能够将绝缘陶瓷涂布区厚度改善显著且覆盖均匀，由于陶瓷区极耳变柔软后可以进一步压缩折极耳的高度空间，提高电芯容量。并且消除了模切产生的熔珠、毛刺或者金属沉积物等异物，又加上绝缘陶瓷层，从设计层面上增加了电芯安全性。
一种改善电芯安全性的工艺，引入等离子处理工艺对集流体进行清洁；
等离子清洁是对集流体使用等离子发射枪进行清洁，随后立即对集流体进行涂料操作；
集流体需要先冷压操作之后再进行模切，之后再采用等离子处理工艺。
优选的，所述等离子发射枪用于清洁集流体两面由激光模切区模切产生的熔珠、毛刺、金属沉积物以及集流体出厂自带的轧制油。
优选的，所述涂料操作采用挤出喷头喷出陶瓷浆料在集流体两面留白区，最终形成绝缘瓷喷涂层。
优选的，在等离子清洁过程中，需要在等离子发射枪外设置防尘防护罩，所述防尘防护罩用于挡住等离子发射枪清洁时产生的金属屑杂质飞溅，防止集流体二次污染。
优选的，在对集流体进行涂料操作完成后，采用小烘箱对集流体上的陶瓷浆料加热烘干。
本发明的优点在于：1、设置安装较为简单且均为小型设备。2.效果明显，成本投入低，且没有任何负面影响。3.绝缘陶瓷涂布区厚度改善显著且覆盖均匀，由于陶瓷区极耳变柔软后可以进一步压缩折极耳的高度空间，提高电芯容量。4.消除了模切产生的熔珠、毛刺或者金属沉积物等异物，又加上绝缘陶瓷层，从设计层面上增加了电芯安全性。
附图说明
图1为本发明的绝缘陶瓷喷涂设备原理示意图；
图2为本发明与现有技术的绝缘陶瓷涂布区效果对比图；
图3为本发明与现有技术的集流体处理前后表面达因值对比图；
图4为本发明与现有技术的绝缘陶瓷涂布区极片柔韧性对比图；
图5为本发明与现有技术的电芯容量数据对比图；
图6为本发明与现有技术的热箱数据对比图；
其中，1、放卷辊，2、激光模切区，3、等离子发射枪，4、防尘防护罩，5、挤出喷头，6、小烘箱，7、收卷辊。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1所示，本发明引入等离子处理工艺对集流体进行清洁；
等离子清洁是对集流体使用等离子发射枪3进行清洁，随后立即对集流体进行涂料操作；
集流体需要先冷压操作之后再进行模切，之后再采用等离子处理工艺。
所述等离子发射枪3用于清洁集流体两面由激光模切区2模切产生的熔珠、毛刺、金属沉积物以及集流体出厂自带的轧制油。
一对等离子体发射枪3的目的：清洁集流体两面由模切产生的各种熔珠、毛刺或者金属沉积物，以及集流体出厂自带的轧制油等。等离子体可以清洁的原理：等离子发射枪将压缩空气激发成等离子态然后高压喷射到集流体表面，使集流体表面发生多种物理、化学变化从而达到清洁表面的作用。这里需要注意的是等离子发射枪应同时作业，避免单面作业会造成集流体单边受力变形而断带，还要注意发射枪必须在集流体走带后启动且在集流体走带停止前关闭，避免集流体局部处理过度产生过热也导致断带。
所述涂料操作采用挤出喷头5喷出陶瓷浆料在集流体两面留白区，最终形成绝缘瓷喷涂层。
所述挤出喷头5设有一对，挤出喷头5喷出陶瓷浆料在膜片和集流体两面留白区，最终形成绝缘瓷喷涂层。
一对陶瓷浆料挤出喷头5的目的：给两面的膜片和集流体留白区涂上绝缘层，主要目的是防止隔离膜失效后负极膜片与正极集流体的短路模式，其次是覆盖等离子体未清洁彻底的金属沉积物，同时由于集流体已经被等离子体处理其表面张力下降，提高了浆料的流平性，陶瓷区极片的柔韧性显著下降。这里需要注意的是集流体走带方向的设置，不可以是平躺，需要竖立起来，否则下面的陶瓷浆料不易涂到极片区。
在等离子清洁过程中，需要在等离子发射枪3外设置防尘防护罩4，所述防尘防护罩4用于挡住等离子发射枪3清洁时产生的金属屑杂质飞溅，防止集流体二次污染。
防尘防护罩4的目的：就是挡住等离子发射枪清洁时产生的金属屑或其他杂质飞溅，防止集流体二次污染。隔挡距离发射枪的距离控制在20±5mm左右，距离太近可能会被等离子体的高温融化，太远又达不到防护的目的。另外也是防止烫伤设备操作工人。
在对集流体进行涂料操作完成后，采用小烘箱6对集流体上的陶瓷浆料加热烘干。
具体实施方式及原理：
实例1：53Ah镍钴锰酸锂铝壳电芯使用新工艺
使用量产53Ah镍钴锰酸锂铝壳电芯作为实验对象，预计投料50只电芯的用量，然后记录电芯在生产过程的数据和测试电芯容量和安全性。
具体制作过程如下：
1、将质量比为95％镍钴锰酸锂正极粉料、2％导电碳黑、3％聚偏氟乙烯等加入搅拌罐中，再加入N-甲基吡咯烷酮溶剂，然后进行高速搅拌制成正极浆料；
2、将步骤1中所述的正极浆料涂覆在铝箔上，然后进行90±5℃烘烤，注意不要涂布绝缘陶瓷浆料；
3、将步骤2中烘干后的正极极片转移到辊压工序进行冷压；
4、将冷压后的正极极片转移到模切工序，极片在经历模切、等离子体清洁、涂绝缘陶瓷浆料、烘干后得到模切后的正极极片。这里的等离子发射枪选用1500W的旋转喷头，喷头距离集流体的间距为4～7mm，作用宽度为10±2mm。陶瓷浆料的厚度可以控制在15±5um，宽度控制在3±0.5mm。烘箱的风频控制在10-30Hz，温度控制在80±5℃。取模切后的正极极片在CCD下观察绝缘陶瓷涂布区与正极浆料涂膜交界处的膜片状态，发现分界清晰，表面干净，具体图片见附图2。在模切工序开始前使用空箔验证一下等离子体的处理效果，并使用达因值对比空箔前后的达因值，处理前达因值为32，处理后达因值增加到46，具体表现见附图3。还要验证等离子体处理后仅涂布绝缘陶瓷浆料的极片柔韧性，未处理的陶瓷极片下垂高度为7.5cm，等离子体处理后的极片下垂高度为9.3cm。
具体表现见附图4；
5、将步骤4模切后的极片进行分条，制作待卷绕的正极极片；
6、将质量比95％石墨、2％导电碳黑、2％丁苯橡胶、1％羧甲基纤维素钠等加入搅拌罐中，再加入去离子水，然后进行高速搅拌制成负极浆料；
7、将步骤6中所述的负极浆料涂覆在铜箔上，然后进行90±5℃烘烤，辊压，模切，分条，制成负极极片；
8、将正负极极片、PP隔离膜、电解液通过叠片、组装、90±5℃下烘烤、焊接密封、注液、化成等工序做成硬壳电芯；
9、测试电芯的容量并计算电芯的平均值为58.02Ah，容量箱线图见附图5。
10、挑选3个电芯满充后，进行烘箱测试，一直梯度升温到设备上限200℃，为了辨别电芯热失控上限温度，测试结果平均值为191.25℃失效。
对照组1：53Ah镍钴锰酸锂铝壳电芯使用旧工艺
使用量产53Ah镍钴锰酸锂铝壳电芯作为实验对象，预计投料50只电芯的用量，然后记录电芯在生产过程的数据和测试电芯容量和安全性。
具体制作过程如下：
1、将质量比为95％镍钴锰酸锂正极粉料、2％导电碳黑、3％聚偏氟乙烯等加入搅拌罐中，再加入N-甲基吡咯烷酮溶剂，然后进行高速搅拌制成正极浆料；
2、将步骤1中所述的正极浆料涂覆在铝箔上，绝缘陶瓷浆料涂布在集流体两边的留白区上，陶瓷涂布宽度为7mm，然后进行90±5℃烘烤，注意这里正极浆料和陶瓷浆料是同时涂布；
3、将步骤2中烘干后的正极极片进行辊压、模切，模切后陶瓷涂布区宽度变成4.5±0.5mm；
4、取模切后的正常极片在CCD下观察绝缘陶瓷涂布区与正极浆料涂膜交界处的膜片状态，发现分界模糊，且正极浆料与陶瓷浆料有混溶的现象，具体图片见附图2；
5、将步骤4模切后的极片进行分条，制作待卷绕的正极极片；
6、将质量比95％石墨、2％导电碳黑、2％丁苯橡胶、1％羧甲基纤维素钠等加入搅拌罐中，再加入去离子水，然后进行高速搅拌制成负极浆料；
7、将步骤6中所述的负极浆料涂覆在铜箔上，然后进行90±5℃烘烤，辊压，模切，分条，制成负极极片；
8、将正负极极片、PP隔离膜、电解液通过叠片、组装、90±5℃下烘烤、焊接密封、注液、化成等工序做成硬壳电芯；
9、测试电芯的容量并计算电芯的平均值为55.81Ah，容量箱线图见附图5；
10、挑选3个电芯满充后，进行烘箱测试，一直梯度升温到设备上限200℃，为了辨别电芯热失控上限温度，测试结果平均值为143.2℃失效。
基于上述，本发明通过设置绝缘陶瓷喷涂设备，能够将绝缘陶瓷涂布区厚度改善显著且覆盖均匀，由于陶瓷区极耳变柔软后可以进一步压缩折极耳的高度空间，提高电芯容量。并且消除了模切产生的熔珠、毛刺或者金属沉积物等异物，又加上绝缘陶瓷层，从设计层面上增加了电芯安全性。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。
Claims (5)
1.一种改善电芯安全性的工艺，其特征在于，引入等离子处理工艺对集流体进行清洁；
等离子清洁是对集流体使用等离子发射枪(3)进行清洁，随后立即对集流体进行涂料操作；
集流体需要先冷压操作之后再进行模切，之后再采用等离子处理工艺。
2.根据权利要求1所述的一种改善电芯安全性的工艺，其特征在于：所述等离子发射枪(3)用于清洁集流体两面由激光模切区(2)模切产生的熔珠、毛刺、金属沉积物以及集流体出厂自带的轧制油。
3.根据权利要求1所述的一种改善电芯安全性的工艺，其特征在于：所述涂料操作采用挤出喷头(5)喷出陶瓷浆料在集流体两面留白区，最终形成绝缘瓷喷涂层。
4.根据权利要求1所述的一种改善电芯安全性的工艺，其特征在于：在等离子清洁过程中，需要在等离子发射枪(3)外设置防尘防护罩(4)，所述防尘防护罩(4)用于挡住等离子发射枪(3)清洁时产生的金属屑杂质飞溅，防止集流体二次污染。
5.根据权利要求1所述的一种改善电芯安全性的工艺，其特征在于：在对集流体进行涂料操作完成后，采用小烘箱(6)对集流体上的陶瓷浆料加热烘干。
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| CN202310562436.9A Pending CN116470011A (zh) | 2023-05-18 | 2023-05-18 | 一种改善电芯安全性的工艺 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116470011A (zh) |
-
2023
- 2023-05-18 CN CN202310562436.9A patent/CN116470011A/zh active Pending
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