[发明专利]一种锂电池极片轧辊机轧辊表面超音速火焰喷涂的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超音速火焰喷涂的方法，特别是一种锂电池极片轧辊机轧辊表面超音速火焰喷涂的方法。

背景技术

随着新能源技术的发展，对锂电池的需求与日俱增。锂离子电池由锂离子电芯、电解液、保护电路（PCM）及外壳部分组成。电芯则由正极、负极以及隔膜组成。正极的组成部分为正极材料（如磷酸铁锂）+导电剂+粘合剂（PVDF）+集流体（铝箔），负极的组成部分为石墨+导电剂+增稠剂（CMC）+粘结剂（SBR）+集流体（铜箔）。正极和负极在业界内一般称为电池极片，为了提高电池极片表面材料的密度及厚度的一致性，正负极片在涂布工序之后须进行滚压，此工序称为电池极片的轧制与切片。

当前，国内外锂电池生产厂家辊压线速度以每分钟几米到每分钟几十米的速度发展，轧制力50-200吨之间，对轧辊的要求越来越高。

现有的锻打合金钢轧辊硬度可以达到HRC62以上，但是正极材料和负极材料在烘干中单个组成颗粒非常硬，由于轧制力大，轧辊长时间连续工作后，辊面产生疲劳层，轧辊表面质量不断下降，一般使用25-30天左右会比较严重，影响电池极片表面。一些极片材料会和合金钢中一些成分形成电化学腐蚀也加快了辊面质量的下降。由于更换、磨修精度要求高，时间和费用浪费大，而且修磨6-8次轧辊后，轧辊表面的硬化层被去除，导致轧辊报废。

超音速火焰喷漆技术是20世纪80年代逐渐发展起来的一种新型热喷涂技术。它利用煤油、丙烷、丙烯等燃料、利用高压氧气或空气作为液体燃料氧化剂—助燃气体，一起在燃烧室内连续燃烧，燃烧的火焰在燃烧室内产生高压并通过与燃烧室出口联接的膨胀喷嘴产生高速熔流，喷涂材料送入高速射流中被加热，加速喷射到经预处理的基本表面上形成涂层。由于其焰流速度可达到音速的4-5倍，因此称其为超音速喷涂。该方法所制备的涂层孔隙率低、氧化程度低、与基本结合精密，因此逐渐成为一种应用广泛的热喷涂技术，其市场占有率约25%左右。可用于超音速喷涂的材料非常广泛，包括各种金属、合金以及陶瓷粉末；超音速喷涂的适用范围很广泛，可以用来制备各种防腐蚀、耐磨损等涂层，在各种领域（包括航空航天、石油化工、纺织机械等）得到广泛应用。

其中，根据燃料和助燃气体的不同，超音速火焰喷涂技术可以分为HVOF（Highvelocityoxygenfuel）和HVAF（Highvelocityairfuel）两种，前者使用纯氧气而后者使用空气作为助燃气体。

为了提高锂电池极片轧辊机轧辊的使用寿命，采用超音速火焰喷涂的方法在锂电池极片轧辊机轧辊表面喷涂碳化钨涂层成为业界的发展方向，因为超音速火焰喷涂的碳化钨最大的特点是硬度高（1000-1400HV_0.3）和耐腐蚀，其硬度和耐腐蚀性能较普通合金钢高出3-6倍，可以提高轧辊的使用寿命。但现有的普通超音速火焰喷涂HVOF一般采用煤油和氧气作为燃料和助燃气体，而且燃烧室出口一般为7.8mm；HVAF采用丙烯或丙烷加空气作为燃料和助燃气体，燃烧室出口一般为22mm，在这种条件限制下，燃烧室压力和火焰速度无法进一步提高。同时碳化钨粒子一方面在超过700度会发生脱碳，另一方面一些碳化钨颗粒受热不均匀也会影响涂层的结合力。HVAF喷涂碳化钨粒子粒子速度为600±30m/s，HVOF喷涂的碳化钨粒子为670±30m/s，HVAF喷涂虽然粒子速度低于HVOF喷涂，但粒子温度低于HVOF喷涂，所以碳化钨脱碳也更少，HVAF喷涂碳化钨涂层的韧性反而好于HVOF喷涂的涂层。两者的涂层和基体的结合力约70MPa、涂层的孔隙率约为0.6-1%，但由于锂电池极片轧辊机轧辊轧制工作时受到较大的交变压应力作用，交变压应力会产生平行于涂层和基体结合处的剪切力，在剪切力的作用下容易发生涂层剪切疲劳，导致涂层剥离，造成轧辊失效，无法达到工件使用工况的苛刻要求。所以现有的普通超音速火焰喷涂碳化钨涂层在锂电池极片轧辊机轧辊上，使用一周左右就会发生涂层脱落,既有涂层和基体的脱落，也有涂层与涂层之间的脱落。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题的存在，提供一种可有效提高锂电池极片轧辊机轧辊的使用寿命的锂电池极片轧辊机轧辊表面超音速火焰喷涂的方法。