[發(fā)明專利]一種表面毛化、穿孔集流體箔材的制備方法及裝置

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• 申請日: 2021-01-07
• 公開（公告）號: CN112743243A
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王之桐
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院力學(xué)研究所
• 主分類號: B23K26/382
• 分類號: B23K26/382;B23K26/70
• 代理公司: 北京和信華成知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11390
• 代理人: 胡劍輝

本發(fā)明公開一種表面毛化、穿孔集流體箔材的制備方法及裝置，該方法為：首先將鋼質(zhì)軋輥架在數(shù)控車床上，使用激光毛化工藝在軋輥表面加工預(yù)定尺寸、形狀和分布的凸起，將制作好的鋼質(zhì)軋輥和另一根表面柔性軋輥組裝在軋機(jī)上，將箔材從輥縫間穿過，在軋制力的作用下鋼質(zhì)軋輥的表面凸起將箔材壓入表面柔性軋輥，從而制備表面毛化箔材；然后，使用軋機(jī)出口處的激光打孔模塊形成激光掃描帶，對箔材實(shí)施激光打孔，最終制備表面毛化、穿孔集流體箔材。本發(fā)明通過兩種材質(zhì)的軋輥配合，能夠一體化制備表面毛化、穿孔的集流體箔材，通過點(diǎn)和面的結(jié)合提高活性層的粘附性能并提供鋰離子傳輸通道，也能單獨(dú)制備表面毛化的集流體箔材和穿孔集流體箔材。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電化學(xué)儲能領(lǐng)域，尤其是涉及一種表面毛化、穿孔集流體箔材的制備方法及裝置。

背景技術(shù)

在電化學(xué)儲能器件中，集流體箔材表面涂布活性材料制備成極片，箔材起到承載活性材料和傳輸電子的作用。箔材的表面粗化能夠增大比表面積，提高活性層與箔材的粘附性能。箔材的表面通孔能夠連接雙面涂布的活性層，既能一定程度提高活性層與集流體的粘附性能，又能促進(jìn)電解液的浸潤，平衡極片雙面鋰離子濃度及預(yù)嵌鋰。顯然，如果集流體箔材的表面粗化改性和穿孔結(jié)合起來，將通過點(diǎn)和面的結(jié)合最大程度提高活性層與箔材的粘附性能并提供鋰離子傳輸通道，改善電化學(xué)儲能器件的性能。

箔材表面粗化改性和穿孔都會降低箔材的力學(xué)性能，而穿孔對箔材力學(xué)性能的損失更大，因此要求箔材表面粗化改性后保持足夠的力學(xué)性能。毛化軋制技術(shù)適合對箔材實(shí)施表面粗化改性，但現(xiàn)有的毛化制備方法或者存在箔材雙面凹坑重疊現(xiàn)象，或者輥面凸起形狀不佳，造成箔材局部明顯減薄，降低箔材的延伸率，因此需要優(yōu)化毛化制備方法，保證集流體箔材的力學(xué)性能。

目前集流體箔材表面穿孔技術(shù)主要有以下幾種：1.沖孔法，利用凸、凹模和凸針實(shí)施集流體表面穿孔；2.蝕刻法，利用光刻腐蝕、電解腐蝕實(shí)施集流體表面穿孔。3.激光打孔法，利用激光的燒蝕作用實(shí)施穿孔。但各方法存在如下的問題：沖孔法制備的孔徑通常在300μm以上，且箔材表面有毛刺，如進(jìn)一步縮少沖孔尺寸，則凸模和凸針強(qiáng)度將出現(xiàn)問題。蝕刻法工藝復(fù)雜，大規(guī)模生產(chǎn)成本高。激光打孔法或使用固定激光點(diǎn)和導(dǎo)軌組合打孔，或使用掃描器打孔，導(dǎo)軌移動式打孔需要解決效率問題，而掃描式打孔的加工幅面和孔徑不能獨(dú)立設(shè)置。

綜合來看，現(xiàn)有的集流體箔材表面毛化制備方法和穿孔方法具有缺陷，且沒有有效的一體化表面毛化、穿孔方法和裝置，不能滿足電化學(xué)儲能器件的使用要求。

發(fā)明內(nèi)容

本文發(fā)明的目的是提供一種表面毛化、穿孔集流體箔材的制備方法及裝置。

具體地，本發(fā)明提供一種表面毛化、穿孔集流體箔材的制備方法，包括如下步驟：

步驟100，選擇兩根軋輥，其中一根為鋼質(zhì)軋輥，另一根為表面柔性軋輥，將鋼質(zhì)軋輥架在數(shù)控車床上，使用激光毛化工藝在鋼質(zhì)軋輥表面加工出預(yù)定尺寸、形狀和分布的凸起；

步驟200，將制作好的鋼質(zhì)軋輥和表面柔性軋輥組裝在軋機(jī)上形成軋輥對，將箔材從輥縫間穿過，在軋制力的作用下使鋼質(zhì)軋輥的表面凸起將箔材的對應(yīng)位置壓入表面柔性軋輥，從而在箔材的兩面形成不穿透凹坑構(gòu)成的表面毛化結(jié)構(gòu)；

步驟300，在軋機(jī)出口處安裝激光打孔模塊，利用激光打孔模塊的平移機(jī)構(gòu)驅(qū)動掃描頭沿垂直箔材運(yùn)動的方向移動，移動過程中，掃描頭沿箔材的運(yùn)動方向掃描，形成掃描帶，然后利用激光對掃描帶內(nèi)的箔材實(shí)施激光打孔，最終得到表面毛化、穿孔集流體箔材。

本發(fā)明還公開一種前述制備方法所用的裝置，包括：

軋機(jī)，包括兩根相對夾持設(shè)置的軋輥，其中一根軋輥為表面設(shè)置有凸起的鋼質(zhì)軋輥，另一根軋輥為表面柔性軋輥；

激光打孔模塊，安裝在軋機(jī)的出口處，對軋制后的箔材進(jìn)行激光打孔，包括對箔材進(jìn)行掃描以形成掃描帶的掃描頭，和驅(qū)動掃描頭移動的平移機(jī)構(gòu)，及通過掃描頭對掃描帶內(nèi)箔材進(jìn)行打孔的激光器。