CN102691066A

CN102691066A - 锂电池电极片的毛边处理方法及装置

Info

Publication number: CN102691066A
Application number: CN2012102048241A
Authority: CN
Inventors: 唐中华; 辛煜; 邹帅
Original assignee: Suzhou University
Current assignee: Suzhou University
Priority date: 2012-06-20
Filing date: 2012-06-20
Publication date: 2012-09-26

Abstract

本发明公开了一种锂电池电极片的毛边处理方法及装置，该方法包括：S1、提供等离子体刻蚀装置；S2、将锂电池电极片竖直放置在所述等离子体刻蚀装置腔室内的第二电极上；S3、将所述腔室抽至本底真空，并向腔室内通入反应气体使腔室达到预定气压；S4、开启并调节所述第一射频源和第二射频源，所述腔室内反应气体被激发形成等离子体，所述等离子体对锂电池电极片的剖面进行轰击以进行刻蚀。本发明采用等离子体干法刻蚀的方法对锂电池电极片剖面进行刻蚀处理，处理过程中等离子体中的高能离子将轰击锂电池电极片的剖面并产生刻蚀效果，以除去电极片边缘的金属毛刺和金属粉尘，由此消除锂电池电极片边缘毛刺造成内部短路的隐患。

Description

锂电池电极片的毛边处理方法及装置

技术领域

本发明涉及锂电池电极片后处理领域，特别是涉及一种锂电池电极片的毛边处理方法及装置。

背景技术

锂离子电池是20世纪70年代以后发展起来的一种新型储能电池。由于其具有高能量、长寿命、低消耗、无公害、无记忆效应以及自放电小、内阻小、性价比高、污染少等优点，锂离子电池在逐步应用中已显示出巨大的优势，广泛应用于移动电话、笔记本电脑、摄像机、数码相机、电动汽车、储能、航天等各领域。

锂电池的技术随着社会的需要得到了飞跃发展，但是也存在着很多安全性问题，如短路问题、气体性问题等。在锂电池电极制造过程中，机械切割电极片时由于电池片金属集流体具有延展性，切割后边缘不能达到完全光滑而产生很多尖锐的毛刺，也由此产生了安全隐患。尤其是在电池进行充放电过程中，这些尖锐的毛刺处会产生较强的电场，可能因此造成电池的内部短路甚至引起电池***等。

去除毛边的方法可以在酸液中浸泡，但这种处理方法会溶解部分的粘接剂，引起电极材料如锰酸锂等的脱落，造成电池片的废弃。工业上的常规处理方法是用沾有一定酸液的毛刷在侧边进行来回扫刷处理，但这种方法很难完全将铝毛边清除掉。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种锂电池电极片的毛边处理方法及装置，以克服上述缺陷。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种锂电池电极片的毛边处理方法及装置，采用等离子体干法刻蚀的方法，对切割锂电池电极片时集流体上留下的毛边进行处理。

为了实现上述目的，本发明实施例提供的技术方案如下：

一种锂电池电极片的毛边处理方法，所述方法包括：

S1、提供等离子体刻蚀装置，所述等离子体刻蚀装置包括上下对应设置的第一电极、第二电极以及第一电极和第二电极间的腔室，所述第一电极上连接有第一射频源，第二电极连上接有第二射频源；

S2、将锂电池电极片竖直放置在所述等离子体刻蚀装置腔室内的第二电极上；

S3、将所述腔室抽至本底真空，并向腔室内通入反应气体使腔室达到预定气压；

S4、开启并调节所述第一射频源和第二射频源，所述腔室内反应气体被激发形成等离子体，所述等离子体对锂电池电极片的剖面进行轰击以进行刻蚀。

作为本发明的进一步改进，所述第一电极和第二电极为相互平行设置的平板电极。

作为本发明的进一步改进，所述第一电极为感应线圈，第二电极为平板电极，所述第一电极和第二电极平行设置。

作为本发明的进一步改进，所述反应气体为六氟化硫和氩气的混合气体。

作为本发明的进一步改进，所述六氟化硫和氩气的体积流量比例为1:3。

作为本发明的进一步改进，所述六氟化硫和氩气的体积流量分别为20sccm和60sccm。

作为本发明的进一步改进，所述预定气压设定为1.2Pa。

作为本发明的进一步改进，所述第一射频源的频率为40.68MHz，第二射频源的频率为13.56MHz。

作为本发明的进一步改进，所述第一射频源的功率固定为130W。

作为本发明的进一步改进，所述第二电极偏压固定为-200V。

相应地，一种锂电池电极片的毛边处理装置，所述装置为等离子体刻蚀装置，包括：

上下对应设置的第一电极、第二电极以及第一电极和第二电极间的腔室，所述第一电极上连接有第一射频源，第二电极连上接有第二射频源；

抽气泵，用于将所述腔室抽至本底真空；

气体进口，用于向腔室内通入反应气体。

作为本发明的进一步改进，所述装置还包括一流量计，用于调控反应气体的流量比例。

由以上技术方案可以见，本发明实施例提供的锂电池电极片的毛边处理方法及装置采用等离子体干法刻蚀的方法对锂电池电极片剖面进行刻蚀处理，处理过程中等离子体中的高能离子将轰击锂电池电极片的剖面并产生刻蚀效果，以除去电极片边缘的金属毛刺和金属粉尘，由此消除锂电池电极片边缘毛刺造成内部短路的隐患；同时因为采用等离子干法刻蚀的方法对电极片进行处理，不会对电极片产生污染和其他负面影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的锂电池电极片的毛边处理装置结构示意图；

图2为本发明实施例提供的锂电池电极片的毛边处理方法流程示意图；

图3为本发明实施例提供的锂电池电极片的毛边处理方法中等离子体对电池片剖面刻蚀的结构示意图；

图4为原正极材料经过切边之后的金相显微镜断面照片；

图5为原正极材料经过切边之后的扫描电子显微镜（SEM）断面照片；

图6为本发明实施例中原正极切边经过SF6等离子体处理后的金相显微镜断面照片；

图7为本发明实施例中原正极切边经过SF6等离子体处理后的扫描电子显微镜（SEM）的断面照片。

其中：10、第一电极； 20、第二电极； 11、第一射频源； 21、第二射频源； 30、腔室； 31、气体进口。

具体实施方式

本发明公开了一种锂电池电极片的毛边处理方法，所述方法包括：

S1、提供等离子体刻蚀装置，等离子体刻蚀装置包括上下对应设置的第一电极、第二电极以及第一电极和第二电极间的腔室，第一电极上连接有第一射频源，第二电极连上接有第二射频源；

S2、将锂电池电极片竖直放置在等离子体刻蚀装置腔室内的第二电极上；

S3、将腔室抽至本底真空，并向腔室内通入反应气体使腔室达到预定气压；

S4、开启并调节第一射频源和第二射频源，腔室内反应气体被激发形成等离子体，等离子体对锂电池电极片的剖面进行轰击以进行刻蚀。

相应地，一种锂电池电极片的毛边处理装置，该装置为等离子体刻蚀装置，包括：

上下对应设置的第一电极、第二电极以及第一电极和第二电极间的腔室，第一电极上连接有第一射频源，第二电极连上接有第二射频源；

抽气泵，用于将所述腔室抽至本底真空；

气体进口，用于向腔室内通入反应气体。

本发明采用等离子体干法刻蚀的方法，对切割锂电池电极片时集流体上留下的毛边进行处理。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

参图1所示为本发明实施方式提供的锂电池电极片的毛边处理装置结构示意图。该装置为等离子体刻蚀装置，包括：

上下对应设置的第一电极10、第二电极20以及第一电极10和第二电极20间的腔室30，第一电极10上连接有第一射频源11，第二电极20连上接有第二射频源21；

抽气泵(未图示)，用于将腔室30抽至本底真空，其中抽气泵为抽气组合装置，包括机械泵和分子泵；

气体进口31，用于向腔室30内通入反应气体。

进一步地，该等离子体刻蚀装置还包括一流量计，用于调控反应气体的流量比例。

等离子体刻蚀装置分为容性耦合等离子体刻蚀装置和感性耦合等离子体刻蚀装置，其区别为第一电极10和第二电极20的不同。在容性耦合等离子体刻蚀装置中，第一电极10和第二电极20为相互平行设置的平板电极，而在感性耦合等离子体刻蚀装置中，第一电极10设置为感应线圈，第二电极20为平板电极。在本发明中以容性耦合等离子体刻蚀装置为例对锂电池电极片的毛边处理方法进行说明，其方法同样适用于感性耦合等离子体刻蚀装置。

结合图2所示，本发明实施方式提供的锂电池电极片的毛边处理方法包括以下步骤：

S3、启动抽气泵，将腔室抽至本底真空(10^-3Pa)，并通过进气口向腔室内通入反应气体使腔室达到预定气压。优选地，本实施方式中的反应气体为六氟化硫（SF₆）和氩气（Ar）的混合气体，并且六氟化硫（SF₆）和氩气（Ar）的体积流量比例为1:3，优选地，通过实验设备中的流量计调控好六氟化硫（SF₆）和氩气（Ar）的体积流量分别为20sccm和60sccm，其中sccm（standard-state cubic centimeter per minute，标况毫升每分）是体积流量单位，调节腔室气压固定为1.2Pa；

S4、开启并调节第一射频源和第二射频源，腔室内反应气体被激发形成等离子体，等离子体对锂电池电极片的剖面进行轰击以进行刻蚀。优选地，本实施方式中第一射频源的频率为40.68MHz，第二射频源的频率为13.56MHz，同时第一射频源的功率固定为130W，第二电极偏压固定为-200V，在第一射频源和第二射频源的激发下产生相应刻蚀气体的等离子体。结合图3所示，在等离子体1(plasma)中的离子2(ions)轰击锂电池电极片3(sample)时，下极板偏压能提高离子的轰击能量，产生较高的溅射产额，以此产生刻蚀效果。在高能离子的轰击下电极片剖面会被有效刻蚀，由此去除剖面上的毛刺。

参图4至图7所示为实际应用的效果图。

图4是原正极材料经过切边之后的金相显微镜断面照片，图5是原正极材料经过切边之后的扫描电子显微镜（SEM）断面照片。从中图4可以看出原电池电极片经切割后集电极铝夹心层有明显的毛刺存在，并有大量的金属粉尘嵌在涂布层中，图4金相显微镜图片中发亮处为铝；从图5红色方框中的图案可以看出原电池集电极经切割后有明显的延展痕迹，图5扫描电子显微镜图片中暗处为铝。

而采用上述锂电池电极片的毛边处理方法，对切割后锂电池电极片的剖面进行等离子体干法刻蚀处理后，原电池电极片中的毛刺问题得到较大的改善。

图6为本发明实施例中原正极切边经过SF₆等离子体处理后的金相显微镜断面照片，图7为本发明实施例中原正极切边经过SF₆等离子体处理后的扫描电子显微镜（SEM）的断面照片。将图6与图4相比较，可以看出对于绝大多数毛刺以及金属粉尘都已经不存在了，处理后的铝集电极显现地更清晰明朗；图7相对于图5而言铝更加裸露了，这说明在此有明显的刻蚀效果，并且经测试等离子体干法刻蚀处理后的锂电池电极片得知，处理后电极片涂布层中铝含量降低为原有含量的15%。这说明采用以刻蚀气体为源气体的等离子体干法刻蚀方法对电极片中铝屑清除以及毛刺处理是有效的。

由以上技术方案可以见，本发明实施例提供的锂电池电极片的毛边处理方法及装置采用等离子体干法刻蚀的方法对锂电池电极片剖面进行刻蚀处理，处理过程中等离子体中的高能离子将轰击锂电池电极片的剖面并产生刻蚀效果，以除去电极片边缘的金属毛刺和金属粉尘，由此消除了锂电池电极片边缘毛刺造成内部短路的隐患；同时因为采用等离子干法刻蚀的方法对电极片进行处理，不会对电极片产生污染和其他负面影响。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims

1.一种锂电池电极片的毛边处理方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一电极和第二电极为相互平行设置的平板电极。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一电极为感应线圈，第二电极为平板电极，所述第一电极和第二电极平行设置。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反应气体为六氟化硫和氩气的混合气体。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述六氟化硫和氩气的体积流量比例为1:3。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述六氟化硫和氩气的体积流量分别为20sccm和60sccm。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述预定气压设定为1.2Pa。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一射频源的频率为40.68MHz，第二射频源的频率为13.56MHz。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一射频源的功率固定为130W。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第二电极偏压固定为-200V。

11.一种如权利要求1所述的锂电池电极片的毛边处理装置，其特征在于，所述装置为等离子体刻蚀装置，包括：

抽气泵，用于将所述腔室抽至本底真空；

气体进口，用于向腔室内通入反应气体。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述装置还包括一流量计，用于调控反应气体的流量比例。