專利名稱：一種干法腐蝕去除電池極片毛刺的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電池極片的去毛刺的方法，尤其是指一種利用等離子體反應粒子刻蝕技術(shù)去除電池極片的剪切邊緣毛刺。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代社會的不斷快速發(fā)展，移動設備如筆記本電腦、智能手機、照相機等電子產(chǎn)品以及電動汽車等得到越來越廣泛的應用，從而形成了對高能量密度的電池的大量需求。如圖I所示，在目前的技術(shù)中，電池制作過程中大多以隔膜2-極片I-隔膜2-極片I的順序疊置的，其中極片I在切割和沖裁時極易在剪切處產(chǎn)生毛刺3，毛刺3易刺穿隔 膜2，毛刺3在電池卷繞過程中將會刺穿隔膜2引起電池的短路，影響電池的性能，降低了電池的合格率。為解決這一問題，現(xiàn)有文獻嘗試過化學、機械等去毛刺的方法。專利201020583670. 8提供了一種極片去毛刺的裝置⑴，主要采用上下擠壓結(jié)構(gòu)，極片從上下擠壓結(jié)構(gòu)之間的縫隙穿過，從而將極片的毛刺壓平。專利201120316344. 5公開了一種鋰離子電池單體去毛刺機2，該去毛刺機主要由機架以及在該機架上的傳送帶和滾軸組成，通過滾軸擠壓毛刺從而實現(xiàn)消除毛刺的效果。但是這種機械法都只是將毛刺壓平，并沒有消除，所以它對消除極片剪切處的毛刺效果很有限，效果不理想。專利200910036707. 7提出了一種鋰離子電池陰極片的去毛刺方法3，該方法主要通過堿性物質(zhì)與鋁的化學反應除去陰極切割邊緣的毛刺。但是這種化學方法有嚴重的鉆蝕效應，易造成極片表面刻蝕的損失，且不能保證完全消除極片的細微毛刺，此外對于成卷的材料會產(chǎn)生毛細現(xiàn)象，會產(chǎn)生二次污染，造成電池品質(zhì)的下降。干法刻蝕是利用等離子體進行刻蝕的技術(shù)。等離子體刻蝕利用離子物理轟擊濺蝕，離子轟擊是指等離子體中被加速的高能離子對材料表面進行轟擊從而濺蝕材料41516。I專利號201020583670.8極片去毛刺裝置王勝玲王維東 2專利號201120316344.5鋰離子電池子單體去毛刺機黃河清
3專利號200910036707. 7鋰離子電池陰極片的去毛刺方法郭佳麗陳偉峰朱立彥陳衛(wèi)
4M. A. Khan, J. N. Kuzniaj D. T. Olson, W. J. Schaffj J. W. Burn, M. S. Shurj AppI.Phys. Lett. 65(1994) 1121-1123.
5M.A.Khan，Q. Chen, J. W. Yang, M. S. Shurj B. T. Dermottj J. A. Higgins, IEEEElectron Device Lett. 17(1996) 325-327.
[6 ]R. J. Shulj G. B. Mclellanj S. A. Casalnuovoj G. J. Riegerj S. J. Peartonj C.Constantine, R. F. Karlicekj AppI. Phys. Lett. 69 (1996) 1119-1121.
發(fā)明目的
本發(fā)明的目的在于，提出一種利用等離子體干法刻蝕去毛刺的方法，尤其是利用等離子體反應粒子對金屬毛刺進行薄膜刻蝕的方法。利用電場對等離子體進行引導和加速，使其具備一定的物理切除能力，當其轟擊極片工質(zhì)的表面時，會將極片工質(zhì)毛刺的原子擊出，從而達到利用物理上的能力轉(zhuǎn)移來實現(xiàn)去毛刺的目的。此外，在反應粒子的轟擊下，金屬邊緣毛刺裸露在粒子的轟擊下，增加了其與反應離子的化學反應效率。從而能得到去除毛刺的效果。本發(fā)明的技術(shù)方案是利用干法腐蝕去除電池極片毛刺的方法，利用電感線圈將反應氣體離子化，使得離子化后的反應粒子在DC偏壓下轟擊電池極片毛刺表面，使電池極片工件邊緣的毛刺在物理轟擊效果下被消除，從而達到消除因工件加工帶來的邊緣毛刺。尤其是成卷結(jié)構(gòu)的材料薄片在一定區(qū)域進行一定時間的去除。作為本發(fā)明的實施方式方法，使用電感耦合等離子體刻蝕儀(簡稱ICP)，將待去毛刺的極片置于ICP等離子體刻蝕的工作區(qū)，利用電感線圈將反應氣體離子化，以增加反應氣體粒子的化學活性，并且使反應粒子帶電，反應氣體離子化的產(chǎn)生區(qū)與等離子體刻蝕的工作區(qū)之間施加直流電壓。帶電粒子在上下偏壓的影響下產(chǎn)生縱向的轟擊速度。該發(fā)明采用反應離子轟擊材料表面，使金屬材料邊緣的毛刺在物理轟擊效果下被消除。同時，由于強化的離子氣體會與金屬材料發(fā)生化學反應，而邊緣毛刺在反應粒子的轟擊下化學活性相比·具備氧化層保護膜的金屬表面要活潑很多，所以首先被消除的將是切口邊緣的毛刺，而金屬固體材料則幾乎不受影響。本發(fā)明方法控制好各個參數(shù)和時間將會達到不同的效果。不同的材料將需要不同的參數(shù)和時間控制。待去毛刺的材料可以為鋁，鐵，金等大部分金屬，半導體材料如氮化鎵，氮化銦及其多元合金，介質(zhì)材料如氧化娃，氮化娃等。ICP可刻蝕O.厚度的材料，不同材料去毛刺條件不同，條件范圍如下
腔體氣壓:5 15帕，ICP功率:80 250瓦，DC偏壓5_750V，等離子頻率13_14MHz，氯氣、三氯化硼流量比8 :1，轟擊時間廣10分鐘。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明能完全去除電池極片上的毛刺，具有較高的效率，而完全避免機械方式在去除時的質(zhì)量不高，也避免化學方法去除時帶來的對材料的腐蝕或?qū)Σ牧闲再|(zhì)的影響(氧化區(qū)域影響導電等等)，從而可以有效避免電池極片在卷繞過程中刺破隔膜而引起電池短路的現(xiàn)象發(fā)生。


圖I現(xiàn)有技術(shù)中極片與隔膜疊放順序圖。圖2a表示了帶電粒子轟擊帶毛刺極片的邊棱。圖2b表示了干法腐蝕后的極片。圖2c表示了從側(cè)面看的帶毛刺的邊棱。圖3卷繞材料置于ICP儀器中待加工的工質(zhì)截面圖。圖4待加工極片的顯微鏡掃描圖。圖5去毛刺后的顯微鏡掃描圖。
具體實施例方式極片在經(jīng)過沖壓、剪斷、磨制或機械加工等工序之后，將在其表面布滿如圖2a、圖2c所示的毛刺，這些毛刺在實際材料應用中會直接影響產(chǎn)品的品質(zhì)。所謂去毛刺就是利用各種方法清除極片已加工部分周圍所形成的刺狀物或飛邊，即去除圖2a、圖2c所示的I部分。在該發(fā)明的方法中，將待去毛刺置于ICP儀器樣品臺上，啟動ICP，根據(jù)不同材料，不同材料厚度設定ICP參數(shù)，設定合適的參數(shù)后，控制好腔體氣壓后，將反應氣體離子化，反應離子流3在DC偏壓下產(chǎn)生豎直方向的轟擊，即轟擊圖2a、2a所示的毛刺I而不影響整體極片2，達到消除毛刺I的功效，從而得到較為光滑的極片邊緣4 (如圖2b所示)。同時，由于強化的離子氣體與金屬表面會發(fā)生化學反應，而毛刺I作為裸露的金屬表面化學活性相比具備氧化層保護膜的金屬表面要活潑很多，所以首先被消除的將是切口邊緣的毛刺，而金屬固體材料即整體極片2則幾乎不受影響。圖3給出了一種置于ICP儀器中待加工的工質(zhì)截面圖。該極片是金屬薄膜，通常金屬薄膜會卷成筒狀，將其豎直放置于ICP儀器工作臺上，反應帶電粒子在DC偏壓的影響下產(chǎn)生豎直方向上的轟擊，這樣使金屬材料的切口在物理轟擊效果下消除毛刺。本發(fā)明給出了一種極片放置方式，實際上極片有若干種置于ICP工作臺上的方式，只需滿足毛刺的方向與反應粒子運動方向垂直。
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圖4、5所示為去毛刺前后鋁箔的光學顯微鏡圖像，此處選取O. Imm厚度的鋁箔為例，將其卷成筒狀(如圖3所示)，豎直放置于ICP儀器工作臺，保證此時鋁箔的毛刺延伸方向與反應氣體轟擊方向相垂直。設定以下參數(shù)
腔體氣壓10±0. 5帕，ICP功率150±2瓦，DC偏壓70±5V，等離子頻率13MHz，氯氣、三氯化硼流量比8 :1，轟擊時間3±0. 5分鐘。設備型號oxford instrument plasmalab system 100
以上參數(shù)均是對鋁制極片的詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施只局限于鋁制極片，對于不同質(zhì)地的材料、不同厚度的材料，參數(shù)設定都不盡相同，控制好各個參數(shù)和轟擊時間將會達到不同的效果。本發(fā)明可去除成卷極片的毛刺或者其他形式的極片毛刺且操作方便，提高效率的同時保護了電池的質(zhì)量。
權(quán)利要求
1.一種利用干法腐蝕去除電池極片毛刺的方法，其特征在于利用電感線圈將反應氣體離子化，使得離子化后的反應粒子在DC偏壓下轟擊電池極片毛刺表面，使電池極片工件邊緣的毛刺在物理轟擊效果下被消除，從而達到消除因工件加工帶來的邊緣毛刺。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電池極片的去毛刺方法，其特征在于所使用的設備是電感耦合等離子體刻蝕儀(ICP)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的去除電池極片毛刺的方法，其特征在于電池極片毛刺的卷繞材料置于ICP的平臺上，該卷繞材料薄片在平臺上進行一定時間的去除毛刺。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的去除電池極片毛刺的方法，其特征在于所述的卷繞材料為鋁、鐵、銅、金金屬或合金材料、氮化鎵，氮化銦及其多元合金半導體材料，氧化硅，氮化硅介質(zhì)材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4之一所述的去除電池極片毛刺的方法，其特征在于所述ICP 刻蝕O.厚度的材料,不同材料去毛刺條件不同,條件范圍如下腔體氣壓5 15帕，ICP功率80 250瓦，DC偏壓5-750V，等離子頻率13_14MHz，氯氣、三氯化硼流量比8 1，轟擊時間廣10分鐘。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的去除電池極片毛刺的方法，其特征在于0.Imm厚度的鋁箔，設定以下參數(shù)腔體氣壓10±0. 5帕，ICP功率150±2瓦，DC偏壓70±5V，等離子頻率13MHz，氯氣、三氯化硼流量比8 :1，轟擊時間3±0. 5分鐘。
全文摘要
利用干法腐蝕去除電池極片毛刺的方法，利用電感線圈將反應氣體離子化，使得離子化后的反應粒子在DC偏壓下轟擊電池極片毛刺表面，使電池極片工件邊緣的毛刺在物理轟擊效果下被消除，從而達到消除因工件加工帶來的邊緣毛刺。所使用的設備是電感耦合等離子體刻蝕儀(簡稱ICP)。本發(fā)明能完全去除電池極片上的毛刺，從而可以有效避免電池極片在卷繞過程中刺破隔膜而引起電池短路的現(xiàn)象發(fā)生。
文檔編號H05H1/30GK102903886SQ20121028752
公開日2013年1月30日 申請日期2012年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月13日
發(fā)明者張 榮, 智婷, 陶濤, 謝自力, 于治國, 劉斌, 陳鵬, 修向前, 李毅, 韓平, 施毅, 鄭有炓 申請人:南京大學