[發明專利]具有異形盲孔陣列結構的鋰離子電池集流體及制造方法

無效

• 申請號: 201110327118.1
• 申請日: 2011-10-25
• 公開（公告）號: CN102361085A
• 公開（公告）日: 2012-02-22
• 發明（設計）人: 萬珍平;李耀超;湯興賢;劉彬
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01M4/70
• 分類號: H01M4/70
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 羅觀祥

技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池集流體及其工藝，尤其涉及具有異形盲孔陣列 結構的鋰離子電池集流體及制造方法。

背景技術

隨著社會的進步，能源問題日益成為制約經濟發展的關鍵因素。鋰離子 電池具有能量密度高、循環壽命長和環境友好等優點；不僅已廣泛作為手機、 筆記本電腦、數碼照相機和攝像機等便攜式電子設備的電源，而且在電動工 具、電動助力車以及電動汽車等領域顯示出良好的應用前景。

目前鋰離子電池集流體材料主要有石墨類碳和金屬錫。而石墨類碳作為 鋰離子電池的負極材料幾乎已達到其理論比容量，不能滿足人們對鋰離子電 池日益增長的需求。金屬錫因具有質量比容量和體積比容量大等優點而受到 廣泛關注和研究。但金屬錫在與鋰合金化的過程中會產生巨大的體積膨脹， 造成活性材料粉化、脫落，活性材料與基底的電子接觸電阻增大，最終導致 容量衰減速度增大。研究發現，與目前使用的光滑銅片集流體電極相比具有 三維結構的集流體電極不僅可緩解電極在充放電過程中的體積變化，而且可 改善合金電極的高倍率充放電性能。

此外，目前大都采用發泡技術來制造具有孔槽結構的金屬薄片，這種制 造方法僅限于對總體的孔隙率和孔徑的大體尺寸進行控制，而無法在金屬薄 片上加工出具有介觀尺度規則三維形貌的孔槽結構及陣列。

發明內容

為了克服現有的缺點和不足，本發明的目的在于提供具有異形盲孔陣列結 構的鋰離子電池集流體及制造方法，具有更好的循環性能，能顯著提高鋰離 子電池的使用性能。

本發明具體技術方案如下：

具有異形盲孔陣列結構的鋰離子電池集流體的制造方法，其特點在于包 括如下步驟：

(1)根據所需制備的集流體厚度及異形盲孔深度來確定使用的金屬箔片 的厚度及層數，金屬箔片厚度為1～5μm、層數為4～10層；

(2)制備所需尺寸和數量的金屬箔片，各金屬箔片外形尺寸相同；金屬 箔片形狀為矩形或圓形；

(3)將所使用的夾具的凹模固定在激光器或電火花加工機床工作臺面 上，夾具的凹模的模腔形狀和尺寸與金屬箔片的形狀和尺寸相對應；

(4)根據所要制造的異形盲孔陣列結構，通過離散分層方法設計出每一 層金屬箔片對應的二維結構，將已制備好的金屬箔片中的一片放入夾具的凹 模內作為第一層，用激光或電火花加工方法在金屬箔片上加工出設定的孔槽 結構；

(5)依次放入下一層金屬箔片，利用步驟(4)所述的激光或電火花加 工方法在這一層金屬箔片上加工出所設定的異形盲孔槽結構；依次重復上述 操作直至完成所有金屬箔片上二維結構的加工；

(6)各層金屬箔片加工好后，利用夾具的凸模與凹模將重疊放置的金屬 箔片壓實，具體是通過逐漸鎖緊夾具四周的螺栓實現對金屬箔片的擠壓；

(7)將夾具整體放入真空燒結爐或者氣氛保護爐中，進行保溫燒結，保 溫燒結完成后，隨爐冷卻至室溫；

(8)燒結完成后拆開夾具即可得到所需要的具有異形盲孔陣列結構的鋰 離子電池集流體。

上述步驟(7)燒結溫度為金屬材料熔點的0.7～0.8倍，保溫時間為30 min～90min。

上述金屬箔片的選取材料為銅、鋼或者鋁。

上述制造方法所制得的具有異形盲孔陣列結構的鋰離子電池集流體，所 述鋰離子電池集流體由數層具有異形盲孔陣列結構的金屬箔片疊加構成，所 述鋰離子電池集流體整體厚度為10μm～20μm，異形盲孔孔徑為100μm～ 200μm、異形盲孔深度為集流體整體厚度的4/5～9/10、異形盲孔間距為 200μm～400μm。

上述鋰離子電池集流體的異形盲孔截面形狀為鼓形孔、錐形或者燕尾槽 形。

上述異形盲孔陣列結構為矩形陣列或環形陣列。

本發明的有益效果是：

本發明具有異形盲孔陣列結構的鋰離子電池集流體，不僅可緩解鋰離子 電池電極在充放電過程中的體積變化，而且還可改善合金電極的高倍率充放 電性能，與光滑銅片集流體電極相比，具有更好的循環性能，能顯著提高鋰 離子電池的使用性能。

本發明工藝手段簡便易行、成本低廉。

附圖說明

圖1為本發明具有異形盲孔陣列結構的鋰離子電池集流體的單片金屬箔 片的結構示意圖。