CN102361085A - 具有异形盲孔阵列结构的锂离子电池集流体及制造方法 - Google Patents

具有异形盲孔阵列结构的锂离子电池集流体及制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102361085A
CN102361085A CN2011103271181A CN201110327118A CN102361085A CN 102361085 A CN102361085 A CN 102361085A CN 2011103271181 A CN2011103271181 A CN 2011103271181A CN 201110327118 A CN201110327118 A CN 201110327118A CN 102361085 A CN102361085 A CN 102361085A
Authority
CN
China
Prior art keywords
special
blind hole
tinsel
shaped blind
lithium ion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2011103271181A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102361085B (zh
Inventor
万珍平
李耀超
汤兴贤
刘彬
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
South China University of Technology SCUT
Original Assignee
South China University of Technology SCUT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by South China University of Technology SCUT filed Critical South China University of Technology SCUT
Priority to CN2011103271181A priority Critical patent/CN102361085B/zh
Publication of CN102361085A publication Critical patent/CN102361085A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102361085B publication Critical patent/CN102361085B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Abstract

本发明公开了一种具有异形孔阵列结构的锂离子电池集流体及制造方法制备所需尺寸和数量的金属箔片，各金属箔片外形尺寸相同，将所凹模固定在激光器加工台面上，通过离散分层方法设计出每一层金属箔片对应的二维结构，将已制备好的金属箔片中的一片放入夹具的凹模内加工出设定的孔槽结构；依次放入下一层金属箔片，激光器在这一层金属箔片上加工出所设定的孔槽结构；依次重复上述操作直至完成所有金属箔片上二维结构的加工；利用凸模与凹模将金属箔片压实后放入烧结炉进行保温烧结，后冷却至室温；本发明不仅可以满足具有异形孔阵列结构的锂离子电池集流体的制造要求，同时可以完成具有介观尺度规则三维孔槽结构的金属薄片的制造。

Description

具有异形盲孔阵列结构的锂离子电池集流体及制造方法
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池集流体及其工艺，尤其涉及具有异形盲孔阵列结构的锂离子电池集流体及制造方法。
背景技术
随着社会的进步，能源问题日益成为制约经济发展的关键因素。锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长和环境友好等优点；不仅已广泛作为手机、笔记本电脑、数码照相机和摄像机等便携式电子设备的电源，而且在电动工具、电动助力车以及电动汽车等领域显示出良好的应用前景。
目前锂离子电池集流体材料主要有石墨类碳和金属锡。而石墨类碳作为锂离子电池的负极材料几乎已达到其理论比容量，不能满足人们对锂离子电池日益增长的需求。金属锡因具有质量比容量和体积比容量大等优点而受到广泛关注和研究。但金属锡在与锂合金化的过程中会产生巨大的体积膨胀，造成活性材料粉化、脱落，活性材料与基底的电子接触电阻增大，最终导致容量衰减速度增大。研究发现，与目前使用的光滑铜片集流体电极相比具有三维结构的集流体电极不仅可缓解电极在充放电过程中的体积变化，而且可改善合金电极的高倍率充放电性能。
此外，目前大都采用发泡技术来制造具有孔槽结构的金属薄片，这种制造方法仅限于对总体的孔隙率和孔径的大体尺寸进行控制，而无法在金属薄片上加工出具有介观尺度规则三维形貌的孔槽结构及阵列。
发明内容
为了克服现有的缺点和不足，本发明的目的在于提供具有异形盲孔阵列结构的锂离子电池集流体及制造方法，具有更好的循环性能，能显著提高锂离子电池的使用性能。
本发明具体技术方案如下：
具有异形盲孔阵列结构的锂离子电池集流体的制造方法，其特点在于包括如下步骤：
(1)根据所需制备的集流体厚度及异形盲孔深度来确定使用的金属箔片的厚度及层数，金属箔片厚度为1～5μm、层数为4～10层；
(2)制备所需尺寸和数量的金属箔片，各金属箔片外形尺寸相同；金属箔片形状为矩形或圆形；
(3)将所使用的夹具的凹模固定在激光器或电火花加工机床工作台面上，夹具的凹模的模腔形状和尺寸与金属箔片的形状和尺寸相对应；
(4)根据所要制造的异形盲孔阵列结构，通过离散分层方法设计出每一层金属箔片对应的二维结构，将已制备好的金属箔片中的一片放入夹具的凹模内作为第一层，用激光或电火花加工方法在金属箔片上加工出设定的孔槽结构；
(5)依次放入下一层金属箔片，利用步骤(4)所述的激光或电火花加工方法在这一层金属箔片上加工出所设定的异形盲孔槽结构；依次重复上述操作直至完成所有金属箔片上二维结构的加工；
(6)各层金属箔片加工好后，利用夹具的凸模与凹模将重叠放置的金属箔片压实，具体是通过逐渐锁紧夹具四周的螺栓实现对金属箔片的挤压；
(7)将夹具整体放入真空烧结炉或者气氛保护炉中，进行保温烧结，保温烧结完成后，随炉冷却至室温；
(8)烧结完成后拆开夹具即可得到所需要的具有异形盲孔阵列结构的锂离子电池集流体。
上述步骤(7)烧结温度为金属材料熔点的0.7～0.8倍，保温时间为30min～90min。
上述金属箔片的选取材料为铜、钢或者铝。
上述制造方法所制得的具有异形盲孔阵列结构的锂离子电池集流体，所述锂离子电池集流体由数层具有异形盲孔阵列结构的金属箔片叠加构成，所述锂离子电池集流体整体厚度为10μm～20μm，异形盲孔孔径为100μm～200μm、异形盲孔深度为集流体整体厚度的4/5～9/10、异形盲孔间距为200μm～400μm。
上述锂离子电池集流体的异形盲孔截面形状为鼓形孔、锥形或者燕尾槽形。
上述异形盲孔阵列结构为矩形阵列或环形阵列。
本发明的有益效果是：
本发明具有异形盲孔阵列结构的锂离子电池集流体，不仅可缓解锂离子电池电极在充放电过程中的体积变化，而且还可改善合金电极的高倍率充放电性能，与光滑铜片集流体电极相比，具有更好的循环性能，能显著提高锂离子电池的使用性能。
本发明工艺手段简便易行、成本低廉。
附图说明
图1为本发明具有异形盲孔阵列结构的锂离子电池集流体的单片金属箔片的结构示意图。
图2(a)为本发明具有异形盲孔阵列结构的锂离子电池集流体的鼓形孔结构示意图，图2a-1是图2a的俯视结构。
图2(b)为本发明具有异形盲孔阵列结构的锂离子电池集流体的锥形孔结构示意图，图2b-1是图2b的俯视结构。
图2(c)为本发明为本发明具有异形盲孔阵列结构的锂离子电池集流体的燕尾槽形结构示意图，图2c-1是图2c的俯视结构。
图3为本发明单个金属箔片的加工示意图。
图4为本发明多层金属箔片叠加后置于夹具内的模压示意图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但本发明的实施方式不限于此。
如图1、图2所示。具有异形盲孔阵列结构的锂离子电池集流体的制造方法，包括如下步骤：
(1)根据所需制备的集流体厚度及异形盲孔深度来确定使用的金属箔片1的厚度及层数，金属箔片1厚度为1～5μm、层数为4～10层；
(2)制备所需尺寸和数量的金属箔片，各金属箔片1外形尺寸相同；金属箔片1形状为矩形或圆形；便于加工时的安置和定位；金属箔片1可利用激光割取；
(3)如图3所示。将所使用的夹具的凹模固定在激光器或电火花加工机床工作台面上，夹具的凹模的模腔形状和尺寸与金属箔片的形状和尺寸相对应；以保证金属箔片1的定位精确；
(4)根据所要制造的异形盲孔阵列结构，通过离散分层方法设计出每一层金属箔片1对应的二维结构，将已制备好的金属箔片1中的一片放入夹具的凹模8内作为第一层，用激光或电火花加工方法在金属箔片1上加工出设定的孔槽结构；
(5)依次放入下一层金属箔片，利用步骤(4)所述的激光或电火花加工方法在这一层金属箔片1上加工出所设定的异形盲孔槽结构；依次重复上述操作直至完成所有金属箔片1上二维结构的加工；本步骤加工过程中要注意放入金属箔片1时要保证定位精准；其次激光加工功率要加以控制，根据金属箔片1的材料和厚度选择特定的加工功率，加工功率太低则无法完成此层金属箔片1上所需要的结构的加工；加工功率过高则会导致激光穿过上层金属箔片1而灼烧到下层金属金属1，使下层金属箔片1上已加工好的结构受损；
(6)如图4所示。各层金属箔片1加工好后，利用夹具的凸模9与凹模8将重叠放置的金属箔片1压实，具体是通过逐渐锁紧夹具四周的螺栓实现对金属箔片1的挤压；凸模9与凹模8为相适配结构；
(7)将夹具整体放入真空烧结炉或者气氛保护炉中，进行保温烧结，保温烧结完成后，随炉冷却至室温；
所述烧结温度为金属材料熔点的0.7～0.8倍，保温时间为30min～90min。
(8)烧结完成后拆开夹具即可得到所需要的具有异形盲孔阵列结构的锂离子电池集流体。
本专利金属箔片1的选取材料为铜(或者紫铜)、钢或者铝。
如图1、图2a、图2b、图2c所示。上述的制造方法所制得的具有异形盲孔阵列结构的锂离子电池集流体，所述锂离子电池集流体由数层具有异形盲孔阵列结构的金属箔片叠加构成，所述锂离子电池集流体整体厚度为10μm～20μm，异形盲孔孔径为100μm～200μm、异形盲孔深度为集流体整体厚度的4/5～9/10、异形盲孔间距为200μm～400μm。
所述锂离子电池集流体的异形盲孔截面形状为鼓形孔、锥形或者燕尾槽形。
图2a所示异形盲孔结构为鼓形孔3；图2b所示异形盲孔结构为锥形孔4；图2c所示异形盲孔结构为燕尾槽形。图2a-1是图2a的俯视结构；图2b-1是图2b的俯视结构；图2c-1是图2c的俯视结构；
异形盲孔阵列结构可以是矩形阵列或环形阵列分布。
举例说明本发明的制造过程如下：
以制造尺寸为10*10mm，厚度为20μm，最小孔径为100μm，孔深为16μm，孔间距为300μm的具有鼓形孔阵列结构的紫铜箔片锂离子电池集流体为例，其工艺过程如下：
(1)根据所需制备的鼓形孔深度16μm以及最终形成集流体的厚度20μm来设计使用5层厚度为4μm的紫铜箔片；
(2)利用激光割取5片尺寸为10*10mm，厚度为4μm的紫铜箔片，注意保持尺寸的精确；
(3)将具有10*10*1mm尺寸的夹具的凹模8，固定在激光器工作台面上，凹模8的作用在于将紫铜箔片定位；
(4)根据所要制造的鼓形异形盲孔阵列结构，通过离散分层的手段设计出每一层箔片上对应的二维圆形结构阵列，将已切割好紫铜箔片中的一片作为第一层放入夹具的凹模8内，用激光在紫铜箔片上加工出设定的结构；
(5)依次放入下一层紫铜箔片，利用步骤4所述的加工方法在这一层紫铜箔片上加工出已设定的相应大小的圆形阵列；依次重复上述操作直至完成所有紫铜箔片上二维结构的加工；加工过程中要注意放入紫铜箔片时要保证定位精准；其次激光加工功率要加以控制，根据紫铜箔片的材料和厚度选择特定的加工功率，加工功率太低则无法完成此层紫铜箔片上所需要的结构的加工；加工功率过高则会导致激光穿过上层紫铜箔片而灼烧到下层金属，使下层紫铜箔片上已加工好的结构受损；
(6)待第5层紫铜箔片加工好后，将凹模8与之相配的特定形状的凸模9对合、并施加一定的压紧力将重叠放置的5层紫铜箔片压实，并用螺栓将凹模8、凸模9四周锁紧，保证一定的压紧力；
(7)将模具整体放入氢气气氛保护炉中，在800-850℃下进行保温烧结，保温60min，随炉冷却至室温；
(8)烧结完成后拆开模具即可获得所需要的具有异形盲孔阵列结构的锂离子电池集流体。
如上所述便可较好地实现本专利。

Claims (7)

1.具有异形盲孔阵列结构的锂离子电池集流体的制造方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)根据所需制备的集流体厚度及异形盲孔深度来确定使用的金属箔片的厚度及层数，金属箔片厚度为1～5μm、层数为4～10层；
(2)制备所需尺寸和数量的金属箔片，各金属箔片外形尺寸相同；金属箔片形状为矩形或圆形；
(3)将所使用的夹具的凹模固定在激光器或电火花加工机床工作台面上，夹具的凹模的模腔形状和尺寸与金属箔片的形状和尺寸相对应；
(4)根据所要制造的异形盲孔阵列结构，通过离散分层方法设计出每一层金属箔片对应的二维结构，将已制备好的金属箔片中的一片放入夹具的凹模内作为第一层，用激光或电火花加工方法在金属箔片上加工出设定的孔槽结构；
(5)依次放入下一层金属箔片，利用步骤(4)所述的激光或电火花加工方法在这一层金属箔片上加工出所设定的异形盲孔槽结构；依次重复上述操作直至完成所有金属箔片上二维结构的加工；
(6)各层金属箔片加工好后，利用夹具的凸模与凹模将重叠放置的金属箔片压实，具体是通过逐渐锁紧夹具四周的螺栓实现对金属箔片的挤压；
(7)将夹具整体放入真空烧结炉或者气氛保护炉中，进行保温烧结，保温烧结完成后，随炉冷却至室温；
(8)烧结完成后拆开夹具即可得到所需要的具有异形盲孔阵列结构的锂离子电池集流体。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于：所述步骤(7)烧结温度为金属材料熔点的0.7～0.8倍，保温时间为30min～90min。
3.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于：所述金属薄片的选取材料为铜、钢或者铝。
4.权利要求1～3中任一项所述的制造方法所制得的具有异形盲孔阵列结构的锂离子电池集流体，其特征在于，所述锂离子电池集流体由数层具有异形盲孔阵列结构的金属箔片叠加构成。
5.根据权利要求4所述的制造方法所制得的具有异形盲孔阵列结构的锂离子电池集流体，其特征在于，所述锂离子电池集流体的盲孔截面形状为鼓形孔、锥形或者燕尾槽形。
6.根据权利要求5所述的制造方法所制得的具有异形盲孔阵列结构的锂离子电池集流体，其特征在于，所述异形盲孔阵列结构为矩形阵列或环形阵列。
7.根据权利要求6所述的制造方法所制得的具有异形盲孔阵列结构的锂离子电池集流体，其特征在于，所述锂离子电池集流体整体厚度为10μm～20μm，异形盲孔孔径为100μm～200μm、异形盲孔深度为集流体整体厚度的4/5～9/10、异形盲孔间距为200μm～400μm。
CN2011103271181A 2011-10-25 2011-10-25 具有异形盲孔阵列结构的锂离子电池集流体及制造方法 Expired - Fee Related CN102361085B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2011103271181A CN102361085B (zh) 2011-10-25 2011-10-25 具有异形盲孔阵列结构的锂离子电池集流体及制造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2011103271181A CN102361085B (zh) 2011-10-25 2011-10-25 具有异形盲孔阵列结构的锂离子电池集流体及制造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102361085A true CN102361085A (zh) 2012-02-22
CN102361085B CN102361085B (zh) 2013-04-10

Family

ID=45586358

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2011103271181A Expired - Fee Related CN102361085B (zh) 2011-10-25 2011-10-25 具有异形盲孔阵列结构的锂离子电池集流体及制造方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102361085B (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103094521A (zh) * 2013-01-22 2013-05-08 宁德时代新能源科技有限公司 锂离子动力电池正极片及其制造方法、激光蚀刻装置
CN104993150A (zh) * 2015-07-04 2015-10-21 广东烛光新能源科技有限公司 一种柔性器件及其制备方法
CN105140525A (zh) * 2015-07-04 2015-12-09 广东烛光新能源科技有限公司 柔性器件及其制备方法
CN105870492A (zh) * 2016-04-21 2016-08-17 姚晓宁 一种新型锂离子电池及其制作方法
CN109037590A (zh) * 2018-07-24 2018-12-18 安普瑞斯（无锡）有限公司 一种打孔锂离子电池极片和锂离子二次电池
CN109817989A (zh) * 2017-11-22 2019-05-28 广东工业大学 一种锂电池用箔材微孔制造方法
CN113059287A (zh) * 2021-03-15 2021-07-02 华东师范大学 一种带热障涂层航空发动机火焰筒的激光内外孔加工方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1481045A (zh) * 2002-06-21 2004-03-10 日立麦克赛尔株式会社 电化学元件用电极以及使用该电极的电池
JP2004103462A (ja) * 2002-09-11 2004-04-02 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 二次電池の電極用の芯材

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1481045A (zh) * 2002-06-21 2004-03-10 日立麦克赛尔株式会社 电化学元件用电极以及使用该电极的电池
JP2004103462A (ja) * 2002-09-11 2004-04-02 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 二次電池の電極用の芯材

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Y.TANG ET AL: "A novel finned micro-groove array structure and forming process", 《JOURNAL OF MATERIALS PROCESSING TECHNOLOGY》 *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103094521A (zh) * 2013-01-22 2013-05-08 宁德时代新能源科技有限公司 锂离子动力电池正极片及其制造方法、激光蚀刻装置
CN104993150A (zh) * 2015-07-04 2015-10-21 广东烛光新能源科技有限公司 一种柔性器件及其制备方法
CN105140525A (zh) * 2015-07-04 2015-12-09 广东烛光新能源科技有限公司 柔性器件及其制备方法
CN105140525B (zh) * 2015-07-04 2018-07-03 广东烛光新能源科技有限公司 柔性器件及其制备方法
CN105870492A (zh) * 2016-04-21 2016-08-17 姚晓宁 一种新型锂离子电池及其制作方法
CN109817989A (zh) * 2017-11-22 2019-05-28 广东工业大学 一种锂电池用箔材微孔制造方法
CN109037590A (zh) * 2018-07-24 2018-12-18 安普瑞斯（无锡）有限公司 一种打孔锂离子电池极片和锂离子二次电池
CN113059287A (zh) * 2021-03-15 2021-07-02 华东师范大学 一种带热障涂层航空发动机火焰筒的激光内外孔加工方法
CN113059287B (zh) * 2021-03-15 2022-10-25 星控激光科技(上海)有限公司 一种带热障涂层航空发动机火焰筒的激光内外孔加工方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN102361085B (zh) 2013-04-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102361085B (zh) 具有异形盲孔阵列结构的锂离子电池集流体及制造方法
US9484568B2 (en) Method of manufacturing layered structure constituting all-solid-state battery, apparatus for manufacturing the same, and all-solid-state battery provided with layered structure
CN108400284B (zh) 一种锂离子电池的穿孔正极片及其制备方法
CN102013330B (zh) 石墨烯/多孔氧化镍复合超级电容器薄膜及其制备方法
CN207368126U (zh) 基于多孔锂金属补锂的锂离子电池
CN104752773A (zh) 锂离子电池的制备方法
CN110556568A (zh) 高电压单体固态锂离子电池及其制备方法
CN104752752B (zh) 锂离子电池裸电芯及含有该裸电芯的锂离子电池的制备方法
CN107591568B (zh) 一种层叠式全固态锂离子电池的制备方法
CN104900841A (zh) 金属锂带及其制备方法及使用该金属锂带的储能器件
CN204029935U (zh) 一种软包电池化成分容柜
CN109133966A (zh) 一种层状梯度石墨膜/铝复合材料的制备方法
CN202513232U (zh) 一种锂离子电池集流体
CN101071892A (zh) 废旧锂离子电池正极材料钴酸锂活化工艺
CN116230917B (zh) 一种海洋环境用高熵富锂层状正极材料及其制备方法
CN202395087U (zh) 一种可快速充电的锂离子电池
CN105552320A (zh) 一种泡沫镍基Sn/SnO/SnO2层状三维多孔负极材料及其制备方法
CN104681789B (zh) 一种氮掺杂石墨烯膜与多孔碳一体材料的制备方法
CN202495524U (zh) 一种异形锂离子电池
CN203910913U (zh) 一种新型的固体氧化物燃料电极集流体
CN201038259Y (zh) 制作不规则形状聚合物电池极组的工装
CN205149071U (zh) 铝壳电池防爆用铝铝复合材料
CN110391453A (zh) 薄膜固态二次电池
CN206789634U (zh) 一种锂离子电池
CN206134849U (zh) 异型锂离子电池的制作设备

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20130410

Termination date: 20151025

EXPY Termination of patent right or utility model