【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及动力电池材料，尤其涉及一种金属材料的表面处理方法与应用。
技术介绍
1、金属铝在自然界中储量丰富，有良好的机械强度和电子电导率，化学性质稳定且价格低廉，因此被广泛用作动力电池的正极集流体。然而，在空气中铝箔表面容易形成氧化铝钝化膜，影响正极材料与集流体之间的电子传导，从而导致电池性能的下降。此外，充放电过程离子的反复嵌入和脱出，非极性的氧化铝层与粘合剂的结合力不够，易引起活性材料从集流体剥离，造成电池循环寿命不足。
2、金属铜在较高电位时易被氧化，具良好的导电性能，主要作为电池负极的集流体材料，其表面氧化层属于半导体，电子能够导通，但是氧化层太厚会导致阻抗较大、影响电子传导。以锌、镍、钛等金属或合金为集流体的电池中也存在类似问题。因此，对集流体金属的表面进行处理，去除表面污染物、改善表面性质、增强电子传导效率，对改善电池性能具有重要意义。
3、传统的处理方法是：采用不同极性的有机溶剂对铝箔表面进行清洗物理清洗，主要目的是去除水溶性和脂溶性污染物，但对氧化层影响不大。专利技术专利cn115369466公开了一种正极集流体铝箔的表面预处理方法，采用表面紫外-激光处理-直流氧化-酸化的多步处理，去除集流体表面有机污染物和氧化层、改善电池性能。但该方法的步骤复杂、需进行多次清洗，难以与现有工艺直接匹配；其中紫外处理过程本质是利用激发下生成的臭氧或氧自由基分解油污，未实现表面功能化；同时，未提及工艺对其他金属集流体是否有改善效果。
4、因此，开发一种操作简单、高效、可大规模生产，与现有工艺
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种金属材料的表面处理方法与应用，简单高效、环境友好、可大规模生产，能有效清除金属材料表面污染物，同时促进表面功能化，使金属材料能更好地与电极活性材料结合、提高电导率，作为集流体在锂电池生产中有极高的应用价值。
2、为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：
3、第一方面，本专利技术提供了一种金属材料的表面处理方法，包括以下步骤：在氩氧混合气体氛围中，使用准分子紫外线照射金属材料，得到表面功能化的金属材料；照射的时间为0.5-5s。
4、准分子发射的紫外线光具有单色波长和更狭窄的光谱线，相比传统汞紫外线灯，准分子紫外线的光强更大、紫外输出能量更集中：极短的时间内准分子紫外线作用于金属表面，能直接裂解有机分子的共价键，使其分解成氧气、氢气等挥发性物质，有效清除金属表面的有机污染物、改善表面性质。
5、同时，在氩氧混合气体氛围中，由于准分子紫外线的分子氧吸收系数大，氧气很容易被激发，迅速产生强激发的高能氧自由基，与金属材料表面的金属氧化层相互作用，引入亲水性羟基，极大降低表面能，使金属材料对亲水性有机溶剂具有更好亲合力，促进表面功能化。所形成的羟基可以与含氟粘合剂形成f-h氢键，改善活性材料与金属材料的粘附性。此外，高能氧自由基也起到辅助去除表面污染物的作用。通过表面处理，增强电极浆料在金属材料表面的粘附力，使金属材料与电极材料之间的结合更加紧密、降低内阻，提高电子电导率。
6、上述表面处理的方法在0.5-5s的时间内即可完成，条件简便、快速高效，无需其他步骤、不引入额外试剂、绿色环保，可适应大规模流水生产；经上述表面处理方法得到表面功能化的金属材料，可作为集流体组成电极，应用在锂离子动力电池上，改善电池的倍率性能、循环稳定性和使用寿命。
7、优选地，准分子紫外线的波长为172nm。该波长下的准分子紫外线光子能量很高，可打开大多数分子键；且分子氧吸收系数比普通紫外线大20倍左右，与混合气体氛围中的氧气发生光化学反应，可迅速产生具有强大氧化能力的强激发氧，与金属材料作用，高效促进表面功能化。
8、进一步优选地，氩氧混合气体氛围中，以体积百分比计，氧气的含量为0.1-10％。由于短波长紫外线的传播距离短，当氧气浓度过高时，172nm的准分子紫外线容易被过多的氧气吸收反应、造成损耗，使得抵达材料表面的紫外线能量大幅衰减，影响表面处理的效果。上述氧气浓度下，172nm准分子紫外线能起到金属材料表面处理功能化的效果。
9、进一步优选地，氩氧混合气体氛围中，以体积百分比计，氧气的含量为1％。控制氧气浓度为1％，使准分子紫外线能与氧气反应生成适量的高能氧自由基，同时不被与氧气的反应过度损耗，充分作用于金属材料表面，发挥清除有机污染物和表面功能化的作用。
10、优选地，金属材料中的金属为铝、铜、锌、镍、钛或不锈钢。优选地，用作集流体时，上述金属材料为金属箔，有利于动力电池的轻量化。经本专利技术表面处理的上述种类金属材料，表面性质均能得到改善，增强与电极材料间的结合、降低内阻，提高电导率，作为集流体可在电极、电池中发挥更好的电化学性能。
11、优选地，准分子紫外线的光源功率为15w-50kw。该光源功率范围的紫外输出能量大于有机污染物的结合能，处理后金属材料与电极活性材料的接触角显著降低，最低可降至0：电极活性物质完全铺展、达完全润湿，金属材料和电极材料之间的结合更加紧密。照射时间过长，金属材料表面与电极活性物质的接触角反而变化不大。同时，该功率广泛适用于各种不同类型的锂离子电池电极处理工艺。
12、进一步优选地，准分子紫外线的光源功率为12-50kw，光源功率为12kw以上时，可在大面积、大规模的流水线生产中达到较好的应用效果，如手机电池、动力电池等的生产，其无需预热、不受环境温度影响，可降低能耗。
13、进一步优选地，准分子紫外线照射的时间为0.5-0.8s。在0.5-0.8s的极短时间内，准分子紫外线高效裂解有机分子、去除金属材料表面的油性污染物；同时产生高能氧自由基、促进表面功能化、强化金属材料和电极活性材料的结合，使金属材料作为集流体时能赋予电池更好的性能，并可良好适应工厂流水线生产，极大提高生产效率，可结合电池的大批量、快速生产。
14、第二方面，本专利技术提供了上述表面处理方法处理得到的表面功能化的金属材料。
15、经本专利技术表面处理方法处理得到的金属材料，降低了与锂电池电极活性物质浆料的接触角：粘附性提高、结合更紧密，同时增大与电极材料的接触面积、降低了极片内阻。作为集流体，可提升电子电导效率，改善电化学性能。
16、第三方面，本专利技术提供的表面功能化的金属材料可作为集流体，应用于电极、电池的制造中：
17、表面处理金属材料后制备电极、电池的方法简单高效、绿色环保、无二次污染、成本低廉、可流水线快速处理，适应现有工艺；表面功能化的金属材料作为集流体组成电极，有较好的电子传导效率，可改善电池的电化学性能，和未处理的金属材料制备的电池相比，得到的锂离子电池具有较好的倍率性能和循环性能，电池寿命延长。
18、与现有技术相比，本专利技术的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种金属材料的表面处理方法，其特征在于，包括以下步骤：在氩氧混合气体氛围中，使用准分子紫外线照射金属材料，得到表面功能化的金属材料；所述准分子紫外线照射的时间为0.5-5s。
2.根据权利要求1所述金属材料的表面处理方法，其特征在于，所述准分子紫外线的波长为172nm。
3.根据权利要求2所述金属材料的表面处理方法，其特征在于，所述氩氧混合气体氛围中，以体积百分比计，氧气的含量为0.1-10％。
4.根据权利要求3所述金属材料的表面处理方法，其特征在于，所述氩氧混合气体氛围中，以体积百分比计，氧气的含量为1％。
5.根据权利要求1所述金属材料的表面处理方法，其特征在于，所述金属材料中的金属为铝、铜、锌、镍、钛或不锈钢。
6.根据权利要求1所述金属材料的表面处理方法，其特征在于，所述准分子紫外线的光源功率为15W-50kW。
7.根据权利要求6所述金属材料的表面处理方法，其特征在于，所述准分子紫外线的光源功率为12-50kW。
8.根据权利要求7所述金属材料的表面处理方法，其特征在于，所述准分子
9.根据权利要求1-8任一项所述处理方法处理得到的表面功能化的金属材料。
10.根据权利要求9所述表面功能化的金属材料作为集流体在制备电极、电池中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种金属材料的表面处理方法，其特征在于，包括以下步骤：在氩氧混合气体氛围中，使用准分子紫外线照射金属材料，得到表面功能化的金属材料；所述准分子紫外线照射的时间为0.5-5s。
2.根据权利要求1所述金属材料的表面处理方法，其特征在于，所述准分子紫外线的波长为172nm。
3.根据权利要求2所述金属材料的表面处理方法，其特征在于，所述氩氧混合气体氛围中，以体积百分比计，氧气的含量为0.1-10％。
4.根据权利要求3所述金属材料的表面处理方法，其特征在于，所述氩氧混合气体氛围中，以体积百分比计，氧气的含量为1％。
5.根据权利要求1所述金属材料的表面...
【专利技术属性】
技术研发人员：李立胜，唐蜜，邹锦涛，吴信蔚，黄天赐，洪艺军，
申请(专利权)人：广明源光科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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