本發(fā)明涉及精密加工和機(jī)械加工領(lǐng)域，具體地，鋰離子電池集流體及其表面毛刺處理方法。

背景技術(shù)：

毛刺是指在切削等機(jī)械加工過(guò)程中，由于材料的塑性變形和表面撕裂等原因，在加工表面的棱邊處派生出多余的微小尖棱突起物。隨著對(duì)機(jī)械加工零件的精度要求提高，毛刺的存在將造成許多不良影響，逐漸引起了人們的重視。在鋰離子電池制造中，集流體涂層邊緣的毛刺，容易造成戳穿集流體之間的隔膜形成微短路，輕則導(dǎo)致電池容量下降，重則導(dǎo)致電池爆炸，毛刺問(wèn)題已經(jīng)成為影響鋰離子電池質(zhì)量的重大問(wèn)題之一。

然而，目前去除鋰離子電池集流體毛刺的方法仍有待改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是基于發(fā)明人的下列發(fā)現(xiàn)而完成的：

目前的鋰離子電池去除集流體毛刺的手段非常有限，且普遍存在處理效率低下、效果不佳的問(wèn)題。發(fā)明人經(jīng)過(guò)深入研究以及大量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，這主要是由于鋰離子電池集流體表面的毛刺主要為微米級(jí)別的毛刺，其尺寸較??；并且，由于集流體在鋰離子電池中充當(dāng)電池基體的作用，因此在對(duì)其表面毛刺進(jìn)行處理時(shí)，還需要保護(hù)集流體表面不在去除毛刺的過(guò)程中受到損傷，以免影響電池性能。因此，在處理鋰離子電池用的集流體表面毛刺時(shí)，難以兼顧毛刺的有效除去以及集體表面的保護(hù)。

本發(fā)明旨在至少一定程度上緩解或解決上述問(wèn)題的至少之一。為此，本發(fā)明提出了一種處理用于鋰離子電池的集流體表面毛刺的方法。該方法采用射流等離子體技術(shù)(又稱為等離子體射流技術(shù))對(duì)集流體表面進(jìn)行處理，能夠有效去除集流體表面微米級(jí)別的毛刺，同時(shí)不對(duì)集流體基體以及基體表面的涂層造成損傷。

在本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提出了一種處理用于鋰離子電池的集流體的方法。該方法包括：利用射流等離子體，對(duì)所述集流體的表面進(jìn)行處理，以便去除所述集流體表面的毛刺，其中，所述集流體包括集流體基體以及涂覆于所述基體表面的涂層，所述毛刺位于所述涂層的外表面上。射流等離子體中存在大量高活性的激發(fā)態(tài)粒子(電子、正離子、亞穩(wěn)態(tài)粒子)以及局部的溫升，集流體涂層毛刺尖端由于具有極強(qiáng)的電場(chǎng)，因此激發(fā)態(tài)粒子優(yōu)先作用于毛刺尖端，產(chǎn)生一定的刻蝕效果，同時(shí)等離子體的溫升也加速了毛刺的局部熔化乃至氣化，刻蝕產(chǎn)物能夠隨著載氣氣流排出。該方法可有效去除微米級(jí)集流體毛刺而不傷害集流體基體以及基體表面涂層。該方法不需要添加液體介質(zhì)或者磨料，因此可以用于在生產(chǎn)集流體的生產(chǎn)線上去除毛刺，僅需要在集流體生產(chǎn)線中增加能夠產(chǎn)生射流等離子體的部件，對(duì)生產(chǎn)線上產(chǎn)出的集流體進(jìn)行同步處理即可。綜上所述，該方法具有去除毛刺效果好、處理效率高、操作簡(jiǎn)單、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)的至少之一。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述射流等離子體是通過(guò)采用交流電壓電離載氣而產(chǎn)生的，其中，所述交流電壓為2-8kV，所述交流電壓的頻率為1kHz-40kHz。在上述條件下產(chǎn)生的射流等離子體，其激發(fā)態(tài)粒子能量適當(dāng)，等離子體溫度適中，適于除去集流體表面的毛刺，同時(shí)不會(huì)由于能量過(guò)高而刻蝕集流體基體以及基體表面涂層。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述處理是通過(guò)控制所述集流體沿垂直于所述射流等離子體傳播的方向，穿越所述射流等離子體而實(shí)現(xiàn)的，其中，所述集流體與所述射流等離子體的射流噴口的距離為0.1～2cm。由此，有利于進(jìn)一步提高處理效率。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述集流體以2-20m/min的速率穿越所述射流等離子體。由此，可以進(jìn)一步提高去除毛刺的效率以及效果。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述交流電壓為3.5～5kV。由此，有利于進(jìn)一步提高去除毛刺的效率以及效果。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述毛刺的高度為15～60微米。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述毛刺的直徑為5～30微米。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述載氣為氦氣、氬氣以及空氣的至少之一，所述載氣的流速為1-2L/min。上述載氣安全性能高，價(jià)格低廉；當(dāng)載氣的流速在上述范圍內(nèi)時(shí)，能夠進(jìn)一步提高去除毛刺的效率以及效果。

在本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明提出了一種處理用于鋰離子電池的集流的方法。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該方法包括：控制所述集流體與所述射流等離子體的射流噴口的距離為0.1～2cm，使所述集流體以2-20m/min的速率穿越所述射流等離子體，以便去除所述集流體表面的毛刺，其中，所述射流等離子體是通過(guò)采用2-8kV、頻率為1kHz-40kHz的交流電壓電離氦氣載氣而產(chǎn)生的，所述氦氣載氣的流速為1-2L/min，所述集流體包括集流體基體以及涂覆于所述基體表面的涂層，所述毛刺位于所述涂層的外表面上。射流等離子體中存在大量高活性的激發(fā)態(tài)粒子(電子、正離子、亞穩(wěn)態(tài)粒子)以及局部的溫升，集流體涂層毛刺尖端由于具有極強(qiáng)的電場(chǎng)極強(qiáng)，因此激發(fā)態(tài)粒子優(yōu)先作用于毛刺尖端，產(chǎn)生一定的刻蝕效果，同時(shí)等離子體的溫升也加速了毛刺的局部熔化乃至氣化，刻蝕產(chǎn)物能夠隨著載氣氣流排出。該方法可有效去除微米級(jí)集流體毛刺而不傷害集流體基體以及涂層。

在本發(fā)明的又一方面，本發(fā)明提出了一種鋰離子電池集流體。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述鋰離子電池集流體的表面是經(jīng)過(guò)前面所述的方法處理的。該鋰離子電池集流體具有表面形貌較平滑，毛刺較少、制備成本低廉等優(yōu)點(diǎn)的至少之一。

附圖說(shuō)明

圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于產(chǎn)生射流等離子體的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的方法的流程示意圖；

圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的集流體處理前的電子照片；以及

圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的集流體處理后的電子照片。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

本發(fā)明提出了一種處理用于鋰離子電池的集流體表面毛刺的方法。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該方法包括：利用射流等離子體，對(duì)集流體的表面進(jìn)行處理，以便去除毛刺。在本發(fā)明中，上述集流體的具體類(lèi)型不受特別限制，只要是常規(guī)的能夠用于鋰離子電池的集流體即可。例如，上述集流體可以包括集流體基體以及涂覆于所述基體表面的涂層，毛刺位于涂層的外表面上。上述涂層的具體類(lèi)型也不受特別限制，可以為鋰離子電池集流體常用的涂層，例如，可以為鈷酸鋰、三元鋰、磷酸鐵鋰等多種集流體涂層。

射流等離子體中存在大量高活性的激發(fā)態(tài)粒子(電子、正離子、亞穩(wěn)態(tài)粒子)以及局部的溫升，集流體涂層毛刺尖端由于具有極強(qiáng)的電場(chǎng)極強(qiáng)，因此激發(fā)態(tài)粒子優(yōu)先作用于毛刺尖端，產(chǎn)生一定的刻蝕效果，同時(shí)等離子體的溫升也加速了毛刺的局部熔化乃至氣化，刻蝕產(chǎn)物能夠隨著載氣氣流排出。該方法不需要添加液體介質(zhì)或者磨料，因此可以用于在生產(chǎn)集流體的生產(chǎn)線上去除毛刺，僅需要在集流體生產(chǎn)線中增加能夠產(chǎn)生射流等離子體的部件，對(duì)生產(chǎn)線上產(chǎn)出的集流體進(jìn)行同步處理即可。該方法可有效去除微米級(jí)集流體毛刺而不傷害集流體基體。綜上所述，該方法具有去除毛刺效果好、處理效率高、操作簡(jiǎn)單、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)的至少之一。

為了方便理解，下面首先對(duì)射流等離子體技術(shù)以及本發(fā)明所采用的產(chǎn)生射流等離子體的裝置進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明。

射流等離子體技術(shù)是通過(guò)在窄小電極間隙上施加強(qiáng)電場(chǎng)，利用該電場(chǎng)電離電場(chǎng)范圍內(nèi)的介質(zhì)(如載氣氣流)，產(chǎn)生大量高活性的激發(fā)態(tài)粒子，從而生成等離子體。目前的射流等離子體能夠在大氣壓下實(shí)現(xiàn)非平衡等離子體射流的產(chǎn)生，因而在產(chǎn)生射流等離子體時(shí)，無(wú)需真空裝置。

本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解的是，在本發(fā)明中，產(chǎn)生射流等離子體的具體裝置不受特別限制，可以利用一套射流等離子體發(fā)生裝置，在正弦高壓電源和氦氣流的作用下，從射流噴口處噴射出厘米長(zhǎng)度的低溫等離子體。具體的，可以采用如下裝置實(shí)現(xiàn)射流等離子體的產(chǎn)生：參考圖1，該裝置包括電極100、石英玻璃管200、電源300、流量計(jì)400以及載氣瓶500。具體的，電極100可以包括電極100A以及電極100B，并分別于電源300相連，電極100A以及電極100B設(shè)置在石英玻璃管200的一端靠近射流噴口210處，載氣瓶500與石英玻璃管200的另一端相連，用于石英玻璃管200中供給載氣，且供給至石英玻璃管200中的載氣可以通過(guò)分別與石英玻璃管200以及載氣瓶500相連的流量計(jì)400調(diào)節(jié)載氣的流速。石英玻璃管200的射流噴口210可以較細(xì)，例如，射流噴口處的直徑可以為幾個(gè)毫米。在需要產(chǎn)生射流等離子體時(shí)，打開(kāi)電源300，在電極100上施加高頻交流電壓。載氣由石英玻璃管200靠近載氣瓶500的一端流入，在經(jīng)過(guò)電極100所在的區(qū)域，即存在高頻交流電場(chǎng)的區(qū)域時(shí)，載氣發(fā)生電離，產(chǎn)生的射流等離子體由石英玻璃管另一端的射流噴口210處噴射出。此時(shí)，可以將需要進(jìn)行處理的用于鋰離子電池的集流體至于噴出的射流等離子體中，即可以實(shí)現(xiàn)對(duì)集流體表面毛刺的處理。

下面根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，對(duì)上述方法的具體參數(shù)以及操作步驟進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，用于鋰離子電池的集流體表面的毛刺的高度可以為15～60微米，直徑可以為5～30微米。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解的是，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法還可以通過(guò)在一定范圍內(nèi)調(diào)整諸如產(chǎn)生射流等離子體的參數(shù)以及處理時(shí)間等具體參數(shù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)于毛刺處理效果的調(diào)節(jié)。該方法既可以用于除去尺寸小于上述范圍的毛刺，也可用于去除或是縮小尺寸大于上述范圍的毛刺。需要說(shuō)明的是，本發(fā)明所提出的方法，在去除具有上述尺寸的毛刺時(shí)，具有較好的處理效果。發(fā)明人經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，當(dāng)集流體表面涂層的毛刺遠(yuǎn)小于上述范圍時(shí)，則該毛刺的存在不易對(duì)鋰離子電池的使用性能及使用壽命造成影響。因此，繼續(xù)對(duì)集流體表面的較小尺寸的毛刺(小于上述范圍)進(jìn)行處理，最終獲得的鋰離子電池的性能以及電池壽命也難以獲得較大的提升。而集流體表面涂層中的毛刺尺寸大于上述范圍的情況也較為少見(jiàn)，因此，如針對(duì)尺寸更大的毛刺對(duì)上述方法的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，將使得該方法的處理?xiàng)l件過(guò)于苛刻，因此也難以實(shí)現(xiàn)較為理想的處理效果。

本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解的是，上述用于鋰離子電池的集流體為可以充當(dāng)電極材料的金屬構(gòu)成的。處理的毛刺材料可以為鈷酸鋰、三元鋰、磷酸鐵鋰等多種集流體涂層。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，產(chǎn)生射流等離子體的條件可以為采用高頻正弦高壓電源對(duì)載氣進(jìn)行電離。具體的，可以控制交流電壓為2-8kV，頻率為1kHz-40kHz。根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，電壓可以為3.5～5kV。在上述條件下產(chǎn)生的射流等離子體，其激發(fā)態(tài)粒子能量適當(dāng)，等離子體溫度適中，適于除去集流體表面的毛刺，同時(shí)不會(huì)由于能量過(guò)高而刻蝕集流體基體以及基體表面的涂層。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解的是，由于具有不同涂層的集流體具有不同的電阻，因此，當(dāng)上述射流等離子體作用于不同涂層的集流體表面，或是同一集流體表面不同位置時(shí)，射流等離子體的電流也隨著處理位置的變化而發(fā)生變化。因此，可以通過(guò)控制可以控制產(chǎn)生射流等離子體的電壓，將射流等離子體的電流控制在0.3～1A。例如，根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，可以使電流為0.6A。當(dāng)控制電流為上述范圍內(nèi)時(shí)，有利于使產(chǎn)生的射流等離子體具有適當(dāng)?shù)臏囟?，激發(fā)態(tài)粒子的能量也較為適中，既可以保證毛刺的去除，又不會(huì)損傷基體及基體表面的涂層。

根據(jù)本法的實(shí)施例，載氣可以為氦氣、氬氣以及空氣的至少之一，載氣的流速可以為1-2L/min。例如，可以采用惰性氣體氦氣作為載氣。由此，能夠避免產(chǎn)生的激發(fā)態(tài)粒子僅起到刻蝕毛刺的作用，而不會(huì)與集流體基體發(fā)生反應(yīng)；當(dāng)載氣的流速在上述范圍內(nèi)時(shí)，能夠進(jìn)一步提高去除毛刺的效率以及效果。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，上述處理可以是通過(guò)以下操作實(shí)現(xiàn)的：首先，利用包括但不限于前面描述的裝置，產(chǎn)生射流等離子體。產(chǎn)生射流等離子體的具體參數(shù)如前所述，在此不再贅述。產(chǎn)生的射流等離子體自石英玻璃管200的射流噴口(未示出)處噴出，大致沿水平方向(即圖中標(biāo)記傳播方向)向遠(yuǎn)離石英玻璃管200的方向進(jìn)行傳播，產(chǎn)生的射流等離子體的噴射距離可以為數(shù)厘米。此時(shí)，可以將需要處理的集流體600沿著垂直于射流等離子體的傳播方向，自下而上或是自上而下地穿過(guò)具有射流等離子體的空間。由此，可以將該方法用于在集流體生產(chǎn)線上同步進(jìn)行毛刺的去除。例如，參考圖2，可以在制備集流體600的生產(chǎn)線上，添加產(chǎn)生射流等離子體的相關(guān)部件，使射流等離子體的傳播方向垂直于集流體600沿生產(chǎn)線的移動(dòng)方向(見(jiàn)圖中相關(guān)箭頭標(biāo)記)。由此，可以在利用生產(chǎn)線進(jìn)行未切割的大張集流體600的運(yùn)輸時(shí)，同步地在生產(chǎn)線旁實(shí)現(xiàn)集流體600表面毛刺的去除。具體的，在實(shí)際生產(chǎn)中，未切割的集流體600可以有數(shù)百米長(zhǎng)。將集流體600放置在傳送帶或者移動(dòng)平臺(tái)(即生產(chǎn)線)上，在集流體移動(dòng)的同時(shí)，產(chǎn)生射流等離子體的裝置固定不動(dòng)，沿著垂直于集流體600移動(dòng)的方向噴射射流等離子體。進(jìn)入射流等離子體區(qū)域的集流體表面的毛刺就會(huì)被去除。其中，集流體600與射流噴口的距離D可以為0.6～1.5cm。由此，有利于進(jìn)一步提高處理效率?？梢钥刂萍黧w以2-20m/min的速率穿越射流等離子體區(qū)域，從而可以實(shí)現(xiàn)集流體600表面毛刺的去除。

在本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明提出了一種處理用于鋰離子電池的集流體表面毛刺的方法。其中，集流體可以包括集流體基體以及涂覆于基體表面的涂層，涂層表面具有毛刺。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該方法包括：控制集流體與射流等離子體的射流噴口的距離為0.1～2cm，使集流體以2-20m/min的速率穿越射流等離子體，以便去除集流體表面的毛刺。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，射流等離子體可以是通過(guò)采用2-8kV、頻率為1kHz-40kHz的交流電壓電離氦氣載氣而產(chǎn)生的，氦氣載氣的流速為1-2L/min。如前所述，射流等離子體中存在大量高活性的激發(fā)態(tài)粒子(電子、正離子、亞穩(wěn)態(tài)粒子)以及局部的溫升，集流體涂層毛刺尖端由于具有極強(qiáng)的電場(chǎng)極強(qiáng)，因此激發(fā)態(tài)粒子優(yōu)先作用于毛刺尖端，產(chǎn)生一定的刻蝕效果，同時(shí)等離子體的溫升也加速了毛刺的局部熔化乃至氣化，刻蝕產(chǎn)物能夠隨著載氣氣流排出。該方法可有效去除微米級(jí)集流體毛刺而不傷害集流體基體以及基體表面的涂層。

在本發(fā)明的又一方面，本發(fā)明提出了一種鋰離子電池集流體。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該鋰離子電池集流體的表面是采用前面所述的方法處理的。由此，該鋰離子電池集流體具有表面形貌較平滑，毛刺較少、制備成本低廉等優(yōu)點(diǎn)的至少之一。

下面通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明，需要說(shuō)明的是，下面的具體實(shí)施例僅僅是用于說(shuō)明的目的，而不以任何方式限制本發(fā)明的范圍，另外，如無(wú)特殊說(shuō)明，則未具體記載條件或者步驟的方法均為常規(guī)方法，所采用的試劑和材料均可從商業(yè)途徑獲得。

實(shí)施例

將具有鈷酸鋰涂層的集流體利用射流等離子體進(jìn)行處理。處理前的集流體照片如圖3所示，在集流體涂層表面具有高度為25～58微米的若干根毛刺。參見(jiàn)圖中所標(biāo)示出的Line1～Line4，高度Length分別為58微米、46微米、25微米以及42微米。射流等離子體是由圖1所示出的裝置產(chǎn)生的，產(chǎn)生射流等離子體的具體條件為：控制電極電壓為4kV，載氣采用氦氣，流速為1.5L/min。等離子體的電流為0.6A。將集流體至于三維位移臺(tái)上，勻速地自下而上穿過(guò)從射流噴口噴出的射流等離子體，集流體的移動(dòng)速度為4m/min。集流體與射流噴口的距離為1cm。

處理后的基體表面參見(jiàn)圖4，其中，處理前集體表面涂層的毛刺在經(jīng)過(guò)處理后全部被除去，集流體表面其余位置形貌未見(jiàn)明顯變化，說(shuō)明上述處理沒(méi)有對(duì)集流體基體以及基體表面涂層造成損傷。

在本說(shuō)明書(shū)的描述中，參考術(shù)語(yǔ)“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說(shuō)明書(shū)中，對(duì)上述術(shù)語(yǔ)的示意性表述不必須針對(duì)的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本說(shuō)明書(shū)中描述的不同實(shí)施例或示例以及不同實(shí)施例或示例的特征進(jìn)行結(jié)合和組合。

盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例性的，不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。