[發(fā)明專利]一種激光多重頻優(yōu)化組合加工儲能器件三維集流體的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010919300.5
• 申請日: 2020-09-04
• 公開（公告）號: CN112077439B
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫孝飛;李泉省;侯相國;梅雪松;李新迪
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: B23K26/0622
• 分類號: B23K26/0622;B23K26/382;B23K26/60;H01M4/74
• 代理公司: 西安智大知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 賀建斌

一種激光多重頻優(yōu)化組合加工儲能器件三維集流體的方法，先對集流體進(jìn)行預(yù)處理，然后搭建飛秒激光系統(tǒng)，利用Scan Master Designer軟件設(shè)計需要加工的微孔陣列圖案，并將圖案劃分成S1?S7七個加工區(qū)域，每個加工區(qū)域設(shè)置不同的激光重頻和激光脈沖延時，S1?S7所對應(yīng)的重頻參數(shù)依次由高到低；本發(fā)明利用七個加工區(qū)域組合、復(fù)制與拼接，實(shí)現(xiàn)加工區(qū)域面積成倍數(shù)增加，再配合集流體收卷裝置就能實(shí)現(xiàn)任意大面積三維集流體的加工；通過計算機(jī)對飛秒激光器多重頻優(yōu)化組合，振鏡控制飛秒激光做預(yù)設(shè)的運(yùn)動，激光掃描后即可實(shí)現(xiàn)集流體的加工，工序簡易，能夠在保證加工質(zhì)量的前提下，顯著提高加工效率，大幅促進(jìn)三維集流體批量化生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于激光微細(xì)加工技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種激光多重頻優(yōu)化組合加工儲能器件(鋰電池、鈉電池、超級電容器等)三維集流體的方法。

背景技術(shù)

在能源危機(jī)和環(huán)境污染的雙重壓力下，世界各國都在尋求一種高效的綠色環(huán)保的儲能方式，鋰電池憑借其無記憶效應(yīng)、能量密度大、循環(huán)性能好、自放電小等良好性能，在電子、通訊、能源、交通、航天、軍事、互聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。鈉鹽原材料儲量豐富，價格低廉，鈉離子電池?zé)o過放電特性，允許鈉離子電池放電到零伏。鈉離子電池能量密度大于100Wh/kg，可與磷酸鐵鋰電池相媲美，但是其成本優(yōu)勢明顯，有望在大規(guī)模儲能中取代傳統(tǒng)鉛酸電池。

超級電容器是一種綠色能源，兼具高能量密度和高功率密度，使用溫度范圍廣，壽命長，免維護(hù)，可以在很小的體積下達(dá)到法拉級的電容量。隨著科技的發(fā)展，人們對儲能器件的性能提出了更高的要求：更高的容量、更高的能量密度和更長的使用壽命，以擴(kuò)大在電動汽車和儲能電站等領(lǐng)域中的應(yīng)用。

集流體是鋰/鈉電池以及超級電容器的重要組成部分，集流體不僅能承載活性物質(zhì)，而且還可以將電極活性物質(zhì)產(chǎn)生的電流匯集并輸出，有利于降低內(nèi)阻，提高儲能效率以及儲能性能。集流體的性能影響著儲能器件的物理、化學(xué)、電學(xué)性能，對集流體的修飾改造為解決高容量儲能材料容量衰減快、循環(huán)性能差的難題提供了一種新的技術(shù)途徑。

目前，利用激光器加工集流體還主要集中在激光打孔和織構(gòu)等加工方法上，加工的集流體的厚度多數(shù)較厚，且此類較厚的集流體僅為實(shí)驗探究，尚不能應(yīng)用于實(shí)際集流體的生產(chǎn)；激光器大面積加工仍存在加工質(zhì)量差和加工效率低的問題。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種激光多重頻優(yōu)化組合加工儲能器件三維集流體的方法，從而在保證加工質(zhì)量的前提下，大大提高了加工效率，實(shí)現(xiàn)大面積加工，為三維集流體大批量化生產(chǎn)提供技術(shù)支撐。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下的技術(shù)方案：

一種激光多重頻優(yōu)化組合加工儲能器件三維集流體的方法，包括以下步驟：

1)對集流體進(jìn)行預(yù)處理，先在丙酮溶液中超聲清洗5min，再在去離子水中超聲清洗5min，最后在無水乙醇中超聲清洗5min；

2)搭建飛秒激光系統(tǒng)，飛秒激光系統(tǒng)包括飛秒激光器1，飛秒激光器1輸出激光經(jīng)第一反射鏡2、第二反射鏡3、小孔光闌11，經(jīng)再經(jīng)過擴(kuò)束鏡4，進(jìn)入振鏡5，再經(jīng)過場鏡6聚焦，聚焦后的光線照射在固定在x、y、z可調(diào)節(jié)移動載物臺8上的集流體7上，飛秒激光器1、振鏡的控制單元9和計算機(jī)10連接；

3)利用計算機(jī)10調(diào)節(jié)飛秒激光器1輸出激光波長為1030nm，重頻為1kHz-200kHz，脈寬為240fs，單脈沖能量30-100μJ；

4)利用計算機(jī)10通過振鏡的控制單元9控制振鏡6進(jìn)而控制激光的脈沖延遲時間和運(yùn)動軌跡，脈沖延遲時間為1ms-10000ms，通過脈沖延時與激光器重頻，計算得到相應(yīng)的脈沖數(shù)；