[發明專利]鋰離子電池負極銅箔集流體表面的超快激光三維微納米織構方法

在審

• 申請號: 201910361684.0
• 申請日: 2019-04-30
• 公開（公告）號: CN110102901A
• 公開（公告）日: 2019-08-09
• 發明（設計）人: 趙萬芹;梅雪松;周云申;郭鵬峰;孫孝飛
• 申請（專利權）人: 上海工程技術大學;西安交通大學;江蘇微納激光應用技術研究院有限公司;英諾激光科技股份有限公司
• 主分類號: B23K26/36
• 分類號: B23K26/36;B23K26/60;H01M4/04;H01M4/70;H01M10/0525
• 代理公司: 上海唯智贏專利代理事務所(普通合伙) 31293
• 代理人: 李俊麗

本發明屬于激光加工領域，涉及鋰離子電池負極銅箔集流體表面的超快激光三維微納米織構方法，采用超快激光對銅箔集流體表面進行三維微納米織構，篩選過程包括：基于光面銅箔集流體和特征差異化的三維微納米織構的銅箔集流體，分別裝配電池；測試電池性能，建立差異化三維微織構特征與電池性能間關系，篩選提升電池性能的三維微織構特征，并織構于銅箔集流體表面。該方法以超快激光微織構銅箔集流體進而在集流體表面形成功能化的表面微結構，改善其特性和功能，緊密嚙合銅箔集流體與電極材料，降低界面內阻及電極材料體積變化度，增加集流體比表面積及電極材料附著量，降低電解液對集流體的腐蝕，提升電池性能，方法科學合理，結果準確可靠。

技術領域

本發明屬于激光加工技術領域，具體涉及鋰離子電池負極銅箔集流體表面的超快激光三維微納米織構方法。

背景技術

傳統能源如煤炭和石油在推動生產力飛速提升的同時對環境造成了巨大的破壞，我國長期以來以煤炭為主的能源結構和單一的能源消費模式，帶來了嚴重的環境污染。近些年，“綠水青山就是金山銀山”的永續發展理念深入人心，人類迫切的需要調整能源結構，探索各種綠色環保的可替代能源。鋰離子電池屬于綠色高能可充電化學電源，具有高能量密度、高工作電壓、高循環性能、長循環壽命、電化學特性穩定、無污染和無記憶效應等突出優點?；谄淞己玫奶匦?，鋰離子電池被廣泛作為運載工具、便攜式電子設備、通信、醫療、空間技術和國防工業等的電源，并作為風能、太陽能等可再生能源的存儲介質。雖然鋰離子電池已在消費類便攜式電子產品等領域有非常廣泛且性能良好的應用，但是，在電動汽車等長距離高儲能方面還有很多的技術瓶頸需要解決，同時，隨著人們對電子產品性能的追求日益提高，也對鋰離子電池的特性提出了更高的要求。

鋰離子電池主要由正/負極集流體、正/負極材料、隔膜和電解液等組成。作為負極集流體的銅箔，在鋰離子電池中既充當負極活性物質的載體，又是負極活性物質產生電子的收集與傳導體，對電池的性能有很大的影響。首先，負極銅箔集流體表面需要均勻地涂敷負極材料而不脫落，降低界面內阻并保障兩者間較強的層間附著力；再者，需要保證銅箔集流體與負極材料充分接觸，即增加銅箔集流體的比表面積進而增加負極材料的附著量和電池的容量；降低由于鋰離子的嵌入和脫嵌導致的電極材料體積變化而帶來的容量衰減；降低電解液對銅箔集流體的腐蝕，保障電池的性能。

發明內容

為解決現有技術難點，本發明旨在提供鋰離子電池負極銅箔集流體表面的超快激光三維微納米織構方法，該方法以超快激光微織構負極銅箔集流體進而在集流體表面形成功能化的表面微結構，改善其特性和功能，實現功能化，保證由其裝配而成電池的性能；該方法還同時保證通過超快激光制備三維微納米織構的負極銅箔集流體對所裝配電池性能提升的可控性、準確性和重復實現性，為超快激光三維微納米織構在集流體方面的應用提供科學、合理和可預測的依據。

本發明的技術方案為，鋰離子電池負極銅箔集流體表面的超快激光三維微納米織構方法，步驟包括：光面銅箔集流體預處理后，采用超快激光對光面銅箔集流體表面進行三維微納米織構。

所述三維微納米織構包括孔陣列三維微納米織構或條狀槽類結構陣列三維微納米織構。孔陣列三維微納米織構中，孔環繞銅箔集流體的表面中心排列成相互間隔且尺寸逐漸增大的多重平面圓形或多重平面多邊形，每重平面圓形或每重平面多邊形的孔排列密度可調。平面圓形為正圓或橢圓，平面多邊形為三角形、四邊形或正多邊形(n≧5)等，三角形為等腰三角形或等邊三角形，且內角角度可調；四邊形為平行四邊形或梯形，平行四邊形包括普通平行四邊形、矩形、菱形或正方形，普通平行四邊形和菱形的內角角度可調；梯形為等腰梯形，且等腰梯形的內角角度可調。

孔的形狀可以為圓形或多邊形，圓形包括正圓或橢圓，多邊形包括三角形、四邊形或正多邊形(n≧5)等，三角形為等腰三角形或等邊三角形，四邊形為平行四邊形或梯形，平行四邊形包括普通平行四邊形、矩形、菱形或正方形，梯形為等腰梯形。