CN109817989A - 一种锂电池用箔材微孔制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种锂电池用箔材微孔制造方法，包括：上垫板，将垫板固定于钻孔机台表面；上铜箔，将多层铜箔叠层码放并固定于垫板表面；上盖板，将盖板盖压于铜箔表面；设置机床，在钻孔机的一个或多个主轴安装对应数量的刀具及压力脚，并在数控面板设置一个或多个主轴的加工原点、起钻位和终钻位；设置加工参数，在控制面板设置一个或多个主轴的转速、进给速度、退刀速度、孔间距、钻孔数；执行钻孔工艺，其中多个主轴采用队列或阵列的形式联动；卸板，先进行去毛刺预处理，再对盖板、铜箔、垫板进行分离。采用多层铜箔叠合加工结合一个或多个主轴同时加工的方法，提高加工效率，同时可使孔的加工条件一致，减少误差，增加一致性。

Description

一种锂电池用箔材微孔制造方法

技术领域

本发明涉及超薄铜箔钻孔加工领域，特别是涉及一种锂电池用箔材微孔制造方法。

背景技术

负极集流体铜箔是锂离子电池的重要组成部分，主要用于承载负极性物质，并为其吸收和释放的电子提供传导和有效抑制金属晶枝的生长。锂离子电池因具有能量密度大、工作电压高、工作温度范围大、循环寿命长、无记忆效应，重量较轻，可快速充放电等优点，广泛应用于便携式电子产品、小型化设备、电动汽车行业、军事装备、航空航天领域等领域。

由于以往的铜箔集流体材料表面粗糙程度较低，无论是其表面所能承载的活性物质的量还是其所提供的进行锂嵌入和脱嵌的表面积都无法满足大容量、高功率的锂离子电池的应用。

为解决上述问题诞生了三维多孔状铜箔集流体。多孔状的集流体具有更大的表面积，能够容纳更多的负极活性物质，增大电池容量，而且能给电解反应提供更大的反应界面，有效增大电池的功率。但是由于铜箔厚度小，易褶皱变形甚至损坏，因此多孔状超薄铜箔的制备成为制约该技术发展的一大因素。

现在主要应用于三维多孔状铜箔的方法有机械滚筒法，去合金法，沉积法和电化学方法。机械滚筒法加工质量较好，效率较高，但是设备成本太高。去合金法的相关专利有CN102943187A,CN101596598A等，该方法制备纳米孔步骤复杂而且条件要求苛刻。沉积法相关专利有CN103046088A,CN103132111A等，该方法步骤相对复杂，而且由于锂电池负极集流体用多孔铜的机械强度要求较高，沉积法制备的多孔铜难以满足锂电池负极集流体的强度要求，故沉积法在这方面的应用存在一定的不足。电化学方法也是制备锂电池负极集流体多孔铜比较常用的方法，相关专利有CN104716330A,但是电化学方法同样步骤繁琐，而且有关溶液成分的控制，反应的温度，时间等要求非常高,甚至部分反应过程产物对环境造成一定污染。

可见，以上几种方法均存在一定的不足。另外目前多家企业正在开发利用CO2激光直接对铜箔进行微细导通孔钻孔加工，但尚未较好的解决孔质量问题。因此研发出锂电池负极集流体用的多孔状铜箔的高效高质量低成本加工方法是促进锂电池向更大容量，更大功率发展的首要任务，亦对小型化电子厂品等的进一步发展具有重要意义。

本发明针对三维多孔超薄铜箔难制备的问题，提出一种超薄铜箔的三维微孔钻削方法，进行三维多孔铜箔的制备，其目标效果为采用多层铜箔叠合加工结合多个主轴同时加工的方法，解决机械钻孔效率低下的问题，具备机械钻孔成本低的优势，同时保证钻孔质量以及提高刀具寿命。

发明内容

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种锂电池用箔材微孔制造方法，包括如下步骤：

S1：上垫板，将垫板固定于钻孔机台表面；

S2：上铜箔，将多层铜箔叠层码放并固定于垫板表面；

S3：上盖板，将盖板覆盖于铜箔表面；

S4：设置机床，在钻孔机的一个或多个主轴安装对应数量的刀具及压力脚，并在数控面板设置一个或多个主轴的加工原点、起钻位和终钻位；

S5：设置加工参数，在控制面板设置一个或多个主轴的转速、进给速度、退刀速度、孔间距、钻孔数；

S6：执行钻孔工艺，其中多个主轴采用队列或阵列的形式联动；

S7：卸板，先进行去毛刺预处理，再对盖板、铜箔、垫板进行分离。

本发明采用多层铜箔叠合加工结合一个或多个主轴同时加工的方法，可把机械加工方法的效率提高80倍~2400倍。即10层~100层的铜箔叠层码放后同时加工，使用单一主轴进行一次钻孔工序即可完成10层~100层铜箔的钻孔加工，效率提高10倍~100倍。另，在数控钻孔机床上设8个~24个同步进行加工的主轴，即进行一次钻孔工序即可完成8个~24个孔位钻削，效率提高8倍~24倍。同时可使孔的加工条件一致，减少因条件不同而造成的误差，增加一致性。

本发明增加盖板和垫板以及压力脚等装置辅助钻削加工。在不增加盖板的试验中，由于钻削力太大，造成铜箔撕裂损坏。本装置增加盖板能防止铜箔在钻削过程中因超过极限强度而发生撕裂，并且能够保证入钻精度。而垫板则主要起着抑制出口毛刺，保护台面，促进排屑，减少孔污清洁钻针，降低钻削温度，减少钻针磨损等作用。钻削过程中，压力脚提供的压力使盖板、铜箔、垫板之间紧密贴合，使隔层板之间不易容纳钻屑，且压力脚内设置的收集装置能够将钻屑及时清理，并带走大部分热量，降低钻针温度，提高钻针寿命。

进一步的，所述S4步骤中的加工原点和起钻位设置为同一坐标，且所述加工原点和起钻位坐标中Z轴高度设置为高于盖板高度0.2mm~2mm。

进一步的，所述S4步骤中的终钻位坐标中Z轴高度设置为低于垫板与铜箔接触面0.1mm~0.5mm。

进一步的，所述S5步骤中转速为30krpm/min~300krpm/min，进给速度为2.8m/min~10.0m/min，退刀速度为15m/min~25m/min。

进一步的，在一种实施例中，本方案提供所述垫板采用酚醛树脂垫板或高密度木垫板。

垫板宜采用酚醛树脂类,高密度木质类等抑制出口毛刺及排屑促进效果好的垫板。

进一步的，在一种实施例中，本方案提供所述盖板采用树脂盖板或金属盖板。

盖板宜采用延展性较低的树脂或散热性较好的金属类盖板以保证铜箔不被撕裂。

进一步的，所述铜箔可设置为单层，或多层铜箔叠层码放。

该钻削方法中，既可以将多层铜箔逐层叠放在机台上进行钻削，也可以对单层铜箔进行钻削。实际操作方案根据生产需要而定。具有较高的兼容、适应能力。

进一步的，所述钻孔机包括单个主轴，或多个主轴联合设置。

该钻孔机可设置单个主轴，在主轴上安装钻削刀具，进行单孔逐个钻削，亦可安装多个主轴，具体主轴数量及位置适铜箔生产需求而定，通过多个主轴联动配合，进行一次多主轴的纵向Z轴运动即可完成多个孔位的钻削，大大提升效率。

进一步的，所述多层铜箔之间采用胶合固定。

为防止在钻削过程中，由于刀具对铜箔做功，使得铜箔之间产生侧滑、偏移等现象，将铜箔之间采用胶合固定，以确保孔位钻削的精度。胶合固定适用于铜箔排版密集、不宜浪费板面进行销钉固定。

进一步的，所述多层铜箔通过销钉固定。

为防止在钻削过程中，由于刀具对铜箔做功，使得铜箔之间产生侧滑、偏移等现象，将铜箔之间采用销钉固定，

进一步的，所述方法用于锂电池正极铜箔微孔钻削。

本发明的有益效果为：本发明采用多层铜箔叠合加工结合一个或多个主轴同时加工的方法，可把机械加工方法的效率提高80倍~2400倍。即10层~100层的铜箔叠层码放后同时加工，使用单一主轴进行一次钻孔工序即可完成10层~100层铜箔的钻孔加工，效率提高10倍~100倍。另，在数控钻孔机床上设8个~24个同步进行加工的主轴，即进行一次钻孔工序即可完成8个~24个孔位钻削，效率提高8倍~24倍。同时可使孔的加工条件一致，减少因条件不同而造成的误差，增加一致性。

本发明增加盖板和垫板以及压力脚等装置辅助钻削加工。在不增加盖板的试验中，由于钻削力太大，造成铜箔撕裂损坏。本装置增加盖板能防止铜箔在钻削过程中因超过极限强度而发生撕裂，并且能够保证入钻精度。而垫板则主要起着抑制出口毛刺，保护台面，促进排屑，减少孔污清洁钻针，降低钻削温度，减少钻针磨损等作用。钻削过程中，压力脚提供的压力使盖板、铜箔、垫板之间紧密贴合，使隔层板之间不易容纳钻屑，且压力脚内设置的收集装置能够将钻屑及时清理，并带走大部分热量，降低钻针温度，提高钻针寿命。

附图说明

附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制。

图1为本发明一实施例提供的一种锂电池用箔材微孔制造方法结构示意图；

图2为本发明一实施例提供的一种锂电池用箔材微孔制造方法的铜箔成品结构示意图。

具体实施方式

如图1~2中所示，本发明一实施例提供的一种锂电池用箔材微孔制造方法，包括如下步骤：

S1：上垫板2，将垫板2固定于钻孔机台1表面；

S2：上铜箔3，将多层铜箔3叠层码放并固定于垫板2表面；

S3：上盖板4，将盖板4盖压于铜箔3表面；

S4：设置机床，在钻孔机的一个或多个主轴8安装对应数量的刀具及压力脚5，并在数控面板设置一个或多个主轴8的加工原点、起钻位和终钻位；

S5：设置加工参数，在控制面板设置一个或多个主轴8的转速、进给速度、退刀速度、孔间距、钻孔数；

S6：执行钻孔工艺，其中多个主轴8采用队列或阵列的形式联动；

S7：卸板，先进行去毛刺预处理，再对盖板4、铜箔3、垫板2进行分离。

本发明的工作原理为：本发明采用的钻孔机及其辅助钻孔装置为：包括安装有一个或多个主轴8的超高速数控钻孔，压力脚5装置，盖板4和垫板2。其中主轴8转速规格为250krpm，压力脚5与气压装置6结合固定在钻孔机的Z轴7，其中气压装置6通过流量阀与气源连接，通过控制流量阀实时调节气压大小，保证钻削效果。垫板2固定在机床工作台，10~100层叠合到一起的铜箔3置于垫板2上表面，盖板4置于多层铜箔3的上表面。多个主轴8可以采用单排或多排的组合形式，分别完成同一工件不同区域的阵列孔的钻削。该方法适用于孔径为0.05mm~1.0mm的金属箔阵列孔的制备。其中金属箔的层数需考虑机床的承载能力。

本发明采用多层铜箔3叠合加工结合一个或多个主轴8同时加工的方法，可把机械加工方法的效率提高80倍~2400倍。即10层~100层的铜箔3叠层码放后同时加工，使用单一主轴8进行一次钻孔工序即可完成10层~100层铜箔3的钻孔加工，效率提高10倍~100倍。另，在数控钻孔机床上设8个~24个同步进行加工的主轴8，即进行一次钻孔工序即可完成8个~24个孔位钻削，效率提高8倍~24倍。同时可使孔的加工条件一致，减少因条件不同而造成的误差，增加一致性。

本发明增加盖板4和垫板2以及压力脚5等装置辅助钻削加工。在不增加盖板4的试验中，由于钻削力太大，造成铜箔3撕裂损坏。本装置增加盖板4能防止铜箔3在钻削过程中因超过极限强度而发生撕裂，并且能够保证入钻精度。而垫板2则主要起着抑制出口毛刺，保护台面，促进排屑，减少孔污清洁钻针9，降低钻削温度，减少钻针9磨损等作用。钻削过程中，压力脚5提供的压力使盖板4、铜箔3、垫板2之间紧密贴合，使隔层板之间不易容纳钻屑，且压力脚5内设置的收集装置能够将钻屑及时清理，并带走大部分热量，降低钻针9温度，提高钻针9寿命。

进一步的，所述S4步骤中的加工原点和起钻位设置为同一坐标，且所述加工原点和起钻位坐标中Z轴高度设置为高于盖板4高度0.2mm~2mm。

进一步的，所述S4步骤中的终钻位坐标中Z轴高度设置为低于垫板2与铜箔3接触面0.1mm~0.5mm。

进一步的，所述S5步骤中转速为30krpm/min~300krpm/min，进给速度为2.8m/min~10.0m/min，退刀速度为15m/min~25m/min。

进一步的，所述铜箔3可设置为单层，或多层铜箔叠层码放。

进一步的，所述钻孔机包括单个主轴8，或多个主轴8联合设置。

进一步的，所述多层铜箔3之间采用胶合固定。

进一步的，所述多层铜箔3通过销钉固定。

本发明采用多层铜箔3叠合加工结合一个或多个主轴8同时加工的方法，可把机械加工方法的效率提高80倍~2400倍。即10层~100层的铜箔3叠层码放后同时加工，使用单一主轴8进行一次钻孔工序即可完成10层~100层铜箔3的钻孔加工，效率提高10倍~100倍。另，在数控钻孔机床上设8个~24个同步进行加工的主轴8，即进行一次钻孔工序即可完成8个~24个孔位钻削，效率提高8倍~24倍。同时可使孔的加工条件一致，减少因条件不同而造成的误差，增加一致性。

本发明增加盖板4和垫板2以及压力脚5等装置辅助钻削加工。在不增加盖板4的试验中，由于钻削力太大，造成铜箔3撕裂损坏。本装置增加盖板4能防止铜箔3在钻削过程中因超过极限强度而发生撕裂，并且能够保证入钻精度。而垫板2则主要起着抑制出口毛刺，保护台面，促进排屑，减少孔污清洁钻针9，降低钻削温度，减少钻针9磨损等作用。钻削过程中，压力脚5提供的压力使盖板4、铜箔3、垫板2之间紧密贴合，使隔层板之间不易容纳钻屑，且压力脚5内设置的收集装置能够将钻屑及时清理，并带走大部分热量，降低钻针9温度，提高钻针9寿命。

在一种实施例中，一种超薄铜箔的三维微孔钻削装置，具体包括如下步骤：

S1：首先将酚醛树脂垫板2（厚度2.5mm）装夹在250Krpm的PCB钻孔机工作台1上，把层叠好的十层铜箔3（每层厚度0.008mm）置于垫板2之上，然后把铝盖板4（厚度为0.17mm4置于铜箔3之上；

S2：装夹好微钻9和压力脚5，并通过计算设置好机床的加工原点以及起钻位（盖板4上表面以上0.45mm）和终钻位(垫板2上表面以下0.5mm)等；

S3：压力脚5上的气压装置通过流量阀与气源连接，通过控制装置控制流量阀实时调节气压大小，保证钻削效果。

S4：设置好加工参数，即转速（165krpm/min），进给速度(2.8m/min)，退刀速度(20m/min)等,并调用程序，最后执行程序对铜箔进行钻孔加工。

S5：钻削完毕之后，先进行预处理，再对盖板，铜箔，垫板进行分离。

其中，钻针直径为0.25mm，盖板采用铝盖板，厚度为0.17mm。铜箔采用厚度为0.008mm的铜箔。

垫板采用酚醛树脂垫板，厚度为2.5mm。

所得结果如表1，表2，表3所示。

表1

表2

表3

钻针寿命（个）	总加工孔数（个）	加工效率（个/min）
			80000	2340000	44000

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

Claims (9)

1.一种锂电池用箔材微孔制造方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1：上垫板，将垫板固定于钻孔机台表面；

S2：上铜箔，将多层铜箔叠层码放并固定于垫板表面；

S3：上盖板，将盖板覆盖于铜箔表面；

S4：设置机床，在钻孔机的一个或多个主轴安装相应数量的刀具及压力脚，并在数控面板设置一个或多个主轴的加工原点、起钻位和终钻位；

S5：设置加工参数，在控制面板设置一个或多个主轴的转速、进给速度、退刀速度、孔间距、钻孔数；

S6：执行钻孔工艺，其中多个主轴采用队列或阵列的形式联动；

S7：卸板，先进行去毛刺预处理，再对盖板、铜箔、垫板进行分离。

2.根据权利要求1所述锂电池用箔材微孔制造方法，其特征在于：所述S4步骤中的加工原点和起钻位设置为同一坐标，且所述加工原点和起钻位坐标中Z轴高度设置为高于盖板高度0.2mm~2mm。

3.根据权利要求1所述锂电池用箔材微孔制造方法，其特征在于：所述S4步骤中的终钻位坐标中Z轴高度设置为低于垫板与铜箔接触面0.1mm~0.5mm。

4.根据权利要求1所述锂电池用箔材微孔制造方法，其特征在于：所述S5步骤中转速为30krpm/min~300krpm/min，进给速度为2.8m/min~10.0m/min，退刀速度为15m/min~25m/min。

5.根据权利要求1所述锂电池用箔材微孔制造方法，其特征在于：所述铜箔可设置为单层，或多层铜箔叠层码放。

6.根据权利要求1所述锂电池用箔材微孔制造方法，其特征在于：所述钻孔机包括单个主轴，或多个主轴联合设置。

7.根据权利要求1所述锂电池用箔材微孔制造方法，特征证在于：所述多层铜箔之间采用胶合固定。

8.根据权利要求1所述锂电池用箔材微孔制造方法，其特征在于：所述多层铜箔通过销钉固定。

9.根据权利要求1所述锂电池用箔材微孔制造方法，其特征在于：所述方法用于锂电池负极铜箔及正极铝箔的微孔钻削。