本发明涉及电池领域，具体涉及一种极片定向清洗的方法及其在电池中的应用。
背景技术：
提升锂离子电池能量密度的方法有很多，目前比较热门的方式是用嵌入式极耳来取代传统的在涂布中留下的空白集流体区域焊接极耳，这种方式可以显著提升锂离子电池的能量密度，但需要对极片进行清洗。
目前常用的清洗方法包括机械刮除清洗法和化学清洗法，但两种清洗方法存在着很多问题：机械清洗法难以保证清洗的洁净度，特别是在薄极片中清洗时容易刮伤极片；化学清洗法则对环境造成了一定的伤害，存在着工作环境差和生产效率低等缺点。
针对以上两种清洗方法存在的不足，2012年11月13日授权公告的专利号为us8309880b2的美国专利公开了一种采用激光清洗去除极片上的涂层的装置，解决了上述两种清洗方法存在的问题。但是，该专利的装置存在以下不足：
第一，激光器发出的激光束的能量分布一般是高斯分布，这种高斯分布的激光束中间能量高、边缘能量低，因此中间部分的高能量容易伤害到箔材(极片的集流体一般为铜箔和铝箔，其厚度仅为几微米到十几微米，因此中间部分的高能量很容易将铜箔或铝箔穿透)，影响极片清洗质量和随后极耳的焊接质量；而边缘部分的低能量又低于极片清洗需要的能量，造成涂层的残留，同样影响了极片清洗质量。同时中间部分的高能量和边缘部分的低能量由于不能被有效利用而使得能量的利用率很低。
第二，在激光的作用下涂层受热、应力发生变化，涂层被去除后由于残余应力的释放导致极片也会产生微量变形，进而影响后续极耳的焊接。
第三，该专利的装置通过喷嘴将惰性气体吹向极片的被清洗后的区域， 以实现对极片的清洁和冷却。但是，这种方法不能完全的清除被清洗后的区域上的颗粒，因此会使颗粒残留在被清洗后的区域的周围，影响电池的性能。
第四，在清洗过程中激光在拐角处要不停的加速、减速，从而导致激光头移动清洗的品质不稳定、清洗尺寸不精准，所以这种方法很难实现量产化。
第五，激光清洗的成本很高，不利用控制实际生产成本。
技术实现要素：
鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种极片定向清洗的方法及其在电池中的应用，所述极片定向清洗的方法简单，使得极片清洗尺寸精准、清洗质量高，同时使用该极片的电池具有高的能量密度。
为了实现上述目的，在本发明的第一方面，本发明提供了一种极片定向清洗的方法，包括步骤：将发泡胶均匀分散在浆料中；将含有发泡胶的浆料均匀涂布在集流体的表面上，得到湿膜；加热使湿膜干燥，得到膜片；对膜片进行局部区域热压，使膜片的局部区域中的发泡胶发泡膨胀进而所述局部区域被清洗掉，以露出位于所述区域局部下面的集流体并形成供焊接极耳使用的收容凹部；其中，湿膜干燥时的温度低于发泡胶的发泡温度；膜片的局部区域热压的温度不低于发泡胶的发泡温度。
在本发明的第二方面，本发明提供了一种根据本发明第一方面所述的极片定向清洗的方法在电池中的应用。
本发明的有益效果如下：
本发明的极片定向清洗方法简单，极片清洗尺寸精准、清洗质量高；膜片的局部区域容易从集流体脱落并且不会损伤集流体和非热压区域，有利于提升使用该极片的电池的能量密度；发泡胶的生产成本低，热压操作简单，有利于实际生产的控制和使用。
附图说明
图1为示出根据本发明的极片定向清洗过程的示意图，其中(1)为未涂布浆料的集流体，(2)为将含有发泡胶的浆料均匀涂布在集流体的表面上，(3)为被定向清洗之前的极片，(4)为被定向清洗后的极片，(5)为将极耳焊入被定向清洗后的极片的收容凹部；
图2为根据本发明的被清洗后的一极片的一立体图；
图3为根据本发明的被清洗后的另一极片的一立体图。
其中，附图标记说明如下：
1集流体
2膜片
21局部区域
3极耳
r收容凹部
a横向尺寸
b纵向尺寸
a横向尺寸
b纵向尺寸
具体实施方式
下面参照附图来详细说明根据本发明的极片定向清洗的方法及其在电池中的应用。
首先说明根据本发明第一方面的极片定向清洗的方法。
参照图1，根据本发明第一方面的极片定向清洗的方法，包括步骤：将发泡胶均匀分散在浆料中；将含有发泡胶的浆料均匀涂布在集流体1的表面上，得到湿膜；加热使湿膜干燥，得到膜片2；对膜片2进行局部区域21热压，使膜片2的局部区域21中的发泡胶发泡膨胀进而所述局部区域21被清洗掉，以露出位于所述区域局部21下面的集流体1并形成供焊接极耳3使用的收容凹部r；其中，湿膜干燥时的温度低于发泡胶的发泡温度；膜片2的局部区域21热压的温度不低于发泡胶的发泡温度。
在根据本发明第一方面所述的极片定向清洗方法中，发泡胶在热压后会发泡膨胀，带动被热压的含有发泡胶的膜片2的局部区域21从集流体1上脱落，使整个极片清洗过程十分简单，且极片清洗尺寸精准、清洗质量高。发泡胶受到热压发泡膨胀时，应力的传递十分迅速，颗粒之间的内聚力快速下降，同时被热压的含有发泡胶的膜片2的局部区域21与集流体1的粘接 区域之间的范德华力降低，使膜片2的局部区域21十分容易从集流体1上脱落并且不会损伤到集流体1和非热压区域，因此有利于提升使用该极片的电池的能量密度。发泡胶的生产成本低，热压操作简单，有利于实际生产的控制和使用。
在根据本发明第一方面所述的极片定向清洗方法中，湿膜干燥时的温度可为80℃～120℃。当湿膜干燥时的温度低于80℃时，含有发泡胶的浆料中的溶剂难以挥发完全并且湿膜干燥的时间也会较长，影响生产效率；当湿膜干燥时的温度大于120℃时，得到的膜片2易出现干裂和脆断。
在根据本发明第一方面所述的极片定向清洗方法中，发泡胶的发泡温度可不低于150℃。当发泡胶的发泡温度低于150℃时，在湿膜干燥过程中就容易引起发泡胶发泡膨胀，致使膜片2从集流体1上脱落，最终导致极片失效。
在根据本发明第一方面所述的极片定向清洗方法中，膜片2的局部区域21热压的温度可为150℃～200℃。当热压的温度低于150℃时，发泡胶无法发泡膨胀；当热压的温度高于200℃时，高温对膜片2的局部区域21下面的集流体1产生损害，影响使用该极片的电池的性能。
在根据本发明第一方面所述的极片定向清洗方法中，发泡胶的粘度可不大于6000mpa.s。当发泡胶的粘度太高时，发泡胶不易在浆料中分散均匀，导致出现局部团聚，影响膜片2的电阻，最终影响使用该极片的电池的性能。
在根据本发明第一方面所述的极片定向清洗方法中，发泡胶可为聚氨酯类发泡胶、丙烯酸酯类发泡胶以及聚醚类发泡胶中的一种或几种。
在根据本发明第一方面所述的极片定向清洗方法中，聚氨酯类发泡胶可选自聚氨基甲酸甲酯以及聚氨基甲酸乙酯中的一种或两种；丙烯酸酯类发泡胶可选自甲基丙烯酸甲酯以及甲基丙烯酸乙酯中的一种或两种；聚醚类发泡胶可选自聚氧化丙烯二醇以及聚氧化丙烯三醇中的一种或两种。
在根据本发明第一方面所述的极片定向清洗方法中，发泡胶的质量可为浆料的质量的0.5％～3.5％。当发泡胶的质量百分含量低于0.5％时，发泡胶发泡膨胀时覆盖的面积太少，无法将膜片2的局部区域21清洗干净；当发泡胶的质量百分含量高于3.5％时，浆料的稳定性下降，容易出现局部团聚。
在根据本发明第一方面所述的极片定向清洗方法中，膜片2的局部区域 21热压的压力可为0.2mpa～1mpa。膜片2的局部区域21热压的时间可为3s～20s。当热压的压力和时间过低时，膜片2的局部区域21受热不充分，难以达到使发泡胶发泡的目的；当热压的压力和时间过高时，容易造成膜片2的局部区域21脆断，且降低了生产效率。
在根据本发明第一方面所述的极片定向清洗方法中，膜片2的局部区域21与收容凹部r的尺寸和形状可一致。
在根据本发明第一方面所述的极片定向清洗方法中，膜片2的局部区域21的尺寸(或收容凹部r的尺寸)可比极耳3的用于焊接的部分的尺寸大。
参照图2和图3，在根据本发明第一方面所述的极片定向清洗方法中，膜片2的局部区域21的形状(或收容凹部r的形状)可选自矩形、椭圆形或圆形，以便于极耳3的焊接。
参照图1，在根据本发明第一方面所述的极片定向清洗方法中，膜片2的局部区域21的横向尺寸a(或收容凹部r的横向尺寸)可不小于(a+1)mm；膜片2的局部区域21的纵向尺寸b(或收容凹部r的纵向尺寸)可不小于(b+1)mm；其中，a、b分别为极耳3的用于焊接的部分的横向尺寸和纵向尺寸。
在根据本发明第一方面所述的极片定向清洗方法中，既可以进行正极片的定向清洗也可以进行负极片的定向清洗。当进行正极片的定向清洗时，集流体1为正极集流体，正极集流体可选自铝箔或不锈钢箔。当进行负极片的定向清洗时，集流体1为负极集流体，负极集流体可选自铜箔或不锈钢箔。
其次说明根据本发明第二方面的极片定向清洗的方法在电池中的应用。
根据本发明第一方面所述极片定向清洗的方法可应用于电池中。所述电池可为锂离子电池、铅酸电池或太阳能电池。
接下来说明根据本发明的极片定向清洗的方法应用于锂离子电池的实施例和对比例。
实施例1
1.负极片的制备
将石墨、导电碳、丁苯胶乳、羧甲基纤维素钠按质量比96:1.5:1.5:1.0加入到去离子水中搅拌均匀制成浆料；
通过机械搅拌将聚氨酯类发泡胶氨基甲酸甲酯均匀分散在浆料中，聚氨酯类发泡胶的质量为浆料的质量的0.5％，聚氨酯类发泡胶的粘度为6000mpa.s，聚氨酯类发泡胶的发泡温度为150℃；
将含有聚氨酯类发泡胶的浆料均匀涂布在集流体铜箔的表面上，得到湿膜，不允许漏涂；
加热至80℃使湿膜干燥，得到膜片；
对膜片的局部区域热压，使膜片的局部区域中的聚氨酯类发泡胶发泡膨胀进而所述局部区域被清洗掉，以露出位于所述区域局部下面的集流体并形成供焊接极耳使用的收容凹部，其中，局部区域与收容凹部的尺寸和形状一致，热压的温度为150℃、压力为0.2mpa、时间为3s，局部区域的形状为矩形，局部区域热压的横向尺寸为5mm、纵向尺寸为5mm，极耳的用于焊接的部分的横向尺寸为4mm、纵向尺寸为4mm；
将极耳焊接入收容凹部，完成负极片的制备。
2.锂离子电池的制备
将licoo2、导电碳、pvdf按质量比95:2:3加入到nmp中混合并搅拌均匀制成浆料，将浆料均匀涂布在集流体铝箔的表面上，之后加热干燥、焊接极耳，完成正极片的制作；
隔离膜为pe膜；
将正极片、隔离膜以及负极片通过卷绕、封装、注液和化成等工序，制成锂离子电池。
实施例2
1.正极片的制备
将licoo2、导电碳、pvdf按质量比95:2:3加入到nmp中混合并搅拌均匀制成浆料；
通过机械搅拌将丙烯酸酯类发泡胶甲基丙烯酸甲酯均匀分散在浆料中，丙烯酸酯类发泡胶的质量为浆料的质量的3.5％，丙烯酸酯类发泡胶的粘度为5000mpa.s，丙烯酸酯类发泡胶的发泡温度为170℃；
将含有丙烯酸酯类发泡胶的浆料均匀涂布在集流体铝箔的表面上，得到湿膜，不允许漏涂；
加热至120℃使湿膜干燥，得到膜片；
对膜片的局部区域热压，使膜片的局部区域中的丙烯酸酯类发泡胶发泡膨胀进而所述局部区域被清洗掉，以露出位于所述区域局部下面的集流体并形成供焊接极耳使用的收容凹部，其中，局部区域与收容凹部的尺寸和形状一致，热压的温度为200℃、压力为1mpa、时间为20s，局部区域的形状为矩形，局部区域热压的横向尺寸为8mm、纵向尺寸为7mm，极耳的用于焊接的部分的横向尺寸为6mm、纵向尺寸为5mm；
将极耳焊接入收容凹部，完成正极片的制备。
2.锂离子电池的制备
将石墨、导电碳、丁苯胶乳、羧甲基纤维素钠按质量比96:1.5:1.5:1.0加入到去离子水中搅拌均匀制成浆料，将浆料均匀涂布在集流体铜箔的表面上，之后加热干燥、焊接极耳，完成负极片的制作；
隔离膜为pe膜；
将负极片、隔离膜以及正极片通过卷绕、封装、注液和化成等工序，制成锂离子电池。
实施例3
1.正极片的制备
将licoo2、导电碳、pvdf按质量比95:2:3加入到nmp中混合并搅拌均匀制成浆料；
通过机械搅拌将聚醚类发泡胶聚氧化丙烯二醇均匀分散在浆料中，聚醚类发泡胶的质量为浆料的质量的2％，聚醚类发泡胶的粘度为3000mpa.s，聚醚类发泡胶的发泡温度为160℃；
将含有聚醚类发泡胶的浆料均匀涂布在集流体不锈钢箔的表面上，得到湿膜，不允许漏涂；
加热至100℃使湿膜干燥，得到膜片；
对膜片的局部区域热压，使膜片的局部区域中的聚醚类发泡胶发泡膨胀进而所述局部区域被清洗掉，以露出位于所述区域局部下面的集流体并形成 供焊接极耳使用的收容凹部，其中，局部区域与收容凹部的尺寸和形状一致，热压的温度为180℃、压力为0.6mpa、时间为12s，局部区域的形状为矩形，局部区域热压的横向尺寸为10mm、纵向尺寸为8mm，极耳的用于焊接的部分的横向尺寸为7mm、纵向尺寸为6mm；
将极耳焊接入收容凹部，完成正极片的制备。
2.锂离子电池的制备
负极片、隔离膜同实施例2；
将负极片、隔离膜以及正极片通过卷绕、封装、注液和化成等工序，制成锂离子电池。
对比例1
1.负极片的制备
将石墨、导电碳、丁苯胶乳、羧甲基纤维素钠按质量比96:1.5:1.5:1.0加入到去离子水中搅拌均匀制成浆料；
通过机械搅拌使浆料分散均匀；
将浆料均匀涂布在集流体铜箔上，得到湿膜，不允许漏涂；
加热至100℃使湿膜干燥，得到膜片；
对膜片的局部区域进行激光处理，使膜片的局部区域被清洗掉，以露出位于所述区域局部下面的集流体并形成供焊接极耳使用的收容凹部，激光处理局部区域的形状为矩形，局部区域的横向尺寸为10mm、纵向尺寸为8mm，极耳的用于焊接的横向尺寸为7mm、纵向尺寸为6mm，局部区域与收容凹部的尺寸和形状一致；
将极耳焊接入收容凹部，完成负极片的制备。
2.锂离子电池的制备
正极片、隔离膜同实施例1；
将正极片、隔离膜以及负极片通过卷绕、封装、注液和化成等工序，制成锂离子电池。
对比例2
1.负极片的制备
将石墨、导电碳、丁苯胶乳、羧甲基纤维素钠按质量比96:1.5:1.5:1.0加入到去离子水中搅拌均匀制成浆料；
通过机械搅拌将聚氨酯类发泡胶氨基甲酸甲酯均匀分散在浆料中，聚氨酯类发泡胶的质量为浆料的质量的4％，聚氨酯类发泡胶的粘度为7000mpa.s，聚氨酯类发泡胶的发泡温度为150℃；
将含有聚氨酯类发泡胶的浆料均匀涂布在集流体铜箔的表面上，得到湿膜，不允许漏涂；
加热至120℃使湿膜干燥，得到膜片；
对膜片的局部区域热压，使膜片的局部区域中的聚氨酯类发泡胶膨胀进而所述局部区域被清洗掉，以露出位于所述区域局部下面的集流体并形成供焊接极耳使用的收容凹部，其中，局部区域与收容凹部的尺寸和形状一致，热压的温度为130℃、压力为1.2mpa、时间为25s，局部区域的形状为矩形，局部区域热压的横向尺寸为5mm、纵向尺寸为5mm，极耳的用于焊接的部分的横向尺寸为5mm、纵向尺寸为5mm；
将极耳焊接入收容凹部，完成负极片的制备。
2.锂离子电池的制备
正极片、隔离膜同实施例1
将正极片、隔离膜以及负极片通过卷绕、封装、注液和化成等工序，制成锂离子电池。
接下来说明实施例和对比例的测试过程以及测试结果。
(1)极片表面残留测试：
用白色无尘纸蘸酒精擦拭清洗过的位于区域局部下面的集流体5次，看无尘纸的颜色是否变黑，若变黑则说明极片表面有膜片残留。
(2)锂离子电池容量测试：
将锂离子电池首先静置3min，然后以0.5c的充电电流恒流充电至4.3v，再恒压充电至0.05c，得到首次充电容量agc0，静置3min，再以0.5c的放电电流恒流放电至3.0v，得到首次放电容量d0，静置3min，完成锂离子电池容量测试。
表1给出实施例1-3和对比例1-2的性能测试结果
从表1可以看出，实施例1-3的锂离子电池的容量基本都发挥出来，并且极片清洗的十分干净，表面没有膜片残留。说明采用本发明的极片定向清洗的方法，极片清洗尺寸精准、清洗质量高，可以得到性能良好的极片和锂离子电池，并且十分适合实际生产操作。
对比例1的锂离子电池的容量虽然也基本发挥出来，但是极片表面有膜片残留，这主要是因为采用激光进行极片清洗，各个位置吸收能量的能力不一致，最终导致清洗效果不一致。对比例2不仅锂离子电池的容量发挥较少而且极片表面还有膜片残留，这主要是因为发泡胶的粘度过高、浆料中发泡胶的质量百分含量过高、局部区域热压的温度没有超过发泡胶的发泡温度、热压的压力过大时间过长，导致极片清洗不彻底，极片表面有膜片残留，锂离子电池的内阻大大增加，最终影响锂离子电池的容量发挥。