CN114284502A - 一种电池集流体、电池制备方法及集流体和电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电池集流体、电池制备方法及集流体和电池，属于电池制备技术领域，为解决现有电池安全性能差的问题而设计。本发明包括：调节打孔参数集合内的参数，得到第一参数集合，基于所述第一参数集合对集流体组件进行打孔；若通孔的各项指标满足预设阈值，则得到目标集流体。本发明提高了电池的安全性能。
Description
技术领域
本发明涉及电池制造工艺技术领域，尤其涉及一种电池集流体、电池制备方法及集流体和电池。
背景技术
集流体决定了电池的厚度、重量和充放电性能，通过改进集流体的制备工艺、改善集流体的性能，是获取快充、轻薄、储电量大的电池的重要方式，而目前，由于技术的局限性，电池的各项性能仍然具备较大的提升空间，因为如何解决技术的局限性，是目前本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种电池集流体、电池制备方法及集流体和电池，旨在由于解决上述技术问题，以便获得快充、轻薄、储电量大的电池。
提供一种电池集流体制备方法，包括：
步骤S10，调节打孔参数集合内的参数，得到第一参数集合，基于所述第一参数集合对集流体组件进行打孔，得到带有通孔的第一集流体，所述打孔参数集合包括激光器的功率、单脉冲能量、脉宽、频率、转镜速度、焦距和集流体组件厚度中的一项或多项；
步骤S20，检测所述通孔，判断所述通孔的各项指标是否满足预设阈值，所述指标包括裂缝、毛刺和孔径不均匀中的一种或多种；
步骤S30，若通孔的各项指标满足预设阈值，则得到目标集流体；若通孔的各项指标不满足预设阈值，则返回执行调节打孔参数集合内的参数，得到第一参数集合，基于所述第一参数集合对集流体组件进行打孔，得到带有通孔的第一集流体的步骤，直至满足预设阈值。
可选的，所述激光器的功率为300-500W。
可选的，单脉冲能量为2.0-2.5mJ、2.2-2.5mJ、2.0mJ、2.2mJ或2.5mJ。
可选的，转镜速度为9.4r/s或240m/s。
可选的，同等脉冲能量条件下，当为F100场镜、500W激光器时，选用500ns以下的脉宽、150kHz的频率，所述脉宽包括450ns。
可选的，同等脉冲能量条件下，当为F170场镜、500W激光器时，选用500ns以下的脉宽、150kHz的频率，所述脉宽包括450ns。
可选的，同等脉冲能量条件下，当为F100场镜、300W激光器时，选用250ns的脉宽、150kHz的频率。
可选的，所述集流体组件包括正极集流体和负极集流体。
可选的，通过300-500W、单脉冲能量2.2-2.5mJ的激光器，对集流体组件进行打孔，得到目标集流体，所述集流体组件包括正极集流体和负极集流体；
将正极活性物质涂覆于正极集流体表面，获得正极；
将所述负极活性物质涂覆于负极集流体表面，获得负极。
可选的，所述正极活性物质包括钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰、磷酸铁锂；所述负极活性物质包括90％的负极活性物质碳材料、4％～5％的乙炔黑导电剂、6％～7％的粘合剂。
可选的，所述正极集流体为铝箔，所述负极集流体为铜箔。
可选的，当打孔的装置为激光器时，则所述激光器的类型具体为MOPA激光器。
可选的，所述通孔的孔径大小为40-50um或所述通孔的孔径大小在20-100um之间可调，孔径大小调节是依据测试电解液穿过箔材到涂覆层的上面停留作用的时间，以及离子穿透性来调整，调整的方法可以根据调整激光器脉宽和速度进行调整孔径的大小。
可选的，当集流体组件包括铜箔和铝箔时，所述铜箔的厚度为3-4.5um，所述铝箔的厚度为8-16um；
或为3-6μm的极薄铜箔、或为6-12μm超薄铜箔、或为12-18μm薄铜箔、或为18-90μm常规铜箔，或为＞70μm的厚铜箔；
或铝箔为16um、14um、12um、10um、8um、6um、5um、4um中的一种或多种，或铝箔为4um-16um。
可选的，所述步骤S10，调节打孔参数集合内的参数，得到第一参数集合，基于所述第一参数集合对集流体组件进行打孔，得到带有通孔的第一集流体，包括：
步骤S101，使用相同的材料在实验工装平台上进行焦点位置确认，通过工装上的压块将寻找焦点的材料压实，通过移动手脉调整机台Z方向的高度，每移动一次位置按照0.02mm来进行移动，然后再出光，进行划线，做好标记，在±2mm以内进行划线标记，在显微镜下进行测量每一条线的大小，找到最小那条线的Z方向的高度位置即为焦点位置；
步骤S102，将铜箔用激光裁切好同一个大小的规格100mm*100mm样品，放在试验工装上，通过压块将铜箔压实，将Z方向的位置调整到步骤S101里面的焦点位置，然后将激光器的脉宽设置在250ns的内置脉宽，将频率调整到150khz，确保对应输出的单脉冲能量为2mj，将转镜的速度调整到最大速度240m/s的速度，通过调整功率的大小去找到刚好打穿铜箔的一个功率，再调整功率找到50um的孔径大小的激光器功率数值，所述功率数值为第一参数集的一部分，所述第一参数集包括激光器功率、单脉冲能量、脉宽、频率、转镜速度、焦距和集流体组件厚度；
步骤S103，将铝箔用激光裁切好同一个大小的规格100mm*100mm样品，放在试验工装上，通过压块将铝箔压实，将Z方向的位置调整到步骤S101里面的焦点位置，然后将激光器的脉宽设置在500ns的内置脉宽，将频率调整到150khz，确保对应输出的单脉冲能量为2mj，将功率调整到最大99％的功率，通过调整转镜速度的大小去找到刚好打穿铝箔的一个极限速度，在调整转镜速度找到50um的孔径大小的转镜的速度数值；所述速度数值为第一参数集的一部分；
步骤S104，基于所述第一参数集合对集流体组件进行打孔，得到带有通孔的第一集流体。
可选的，所述步骤S20，检测所述通孔，判断所述通孔的各项指标是否满足预设阈值，包括：
步骤S201，将在寻找工艺窗口的箔膜件放在3D显微镜下进行观察，检测孔径大小是否满足50um，是否存在裂缝、毛刺。
可选的，对所述集流体组件的箔膜进行打孔，其中，箔膜激光打孔的毛刺小于等于7.5um。
可选的，对所述集流体组件的箔膜进行打孔，其中，所述箔膜打孔采用mopa激光器，波长为1030～1070nm。
可选的，对所述集流体组件的箔膜进行打孔，其中，所述箔膜打孔所用的mopa激光器的功率≥300w。
可选的，对所述集流体组件的箔膜进行打孔，其中，所述箔膜打孔所用的mopa激光器的准直光斑大小为7mm。
可选的，对所述集流体组件的箔膜进行打孔，其中，所述箔膜打孔所用的mopa激光器的单脉冲能量为2.2-2.5mj。
可选的，对所述集流体组件的箔膜进行打孔，其中，所述箔膜打孔所用的高速转镜最大速度为300m/s。
可选的，对所述集流体组件的箔膜进行打孔，用于打孔装置与箔膜之间可发生相对位移，位移的最大速度为500m/s。
可选的，对所述集流体组件的箔膜进行打孔，在对所述箔膜打孔中，不伤害涂覆层。
可选的，对所述集流体组件的箔膜进行打孔，所述箔膜的最低宽幅为1600*1620mm。
提供一种集流体，集流体可通过上述任意一项电池集流体制备方法获得。
提供一种电池制备方法，对集流体进行打孔并将打孔后的所述集流体作为电池的组成部分，获得新能源锂电池，其中，所述集流体可通过上述任意一项电池集流体制备方法获得。
提供一种电池，通过上述电池制备方法获得。此处的电池类型包括刀片电池和碟片电池。
本发明的有益效果为：本制备工艺可控性好，易实现自动化控制，可使得离子在电池充放电的时候可以快速通过箔材进入涂覆层进行存储电，在续航的时候可以快速通过箔材进行放电作用，充放电的时间节约五倍以上，可实现快速充放电的效果，使用激光打孔工艺可实现离子透过率100％的效果，优势：显著提高电池组使用一致性；大幅降低电池组成本，提高活性材料和集流体的粘接附着力，降低极片制造成本；减小极化，提高倍率和克容量，提升电池性能；保护集流体，延长电池使用寿命。本发明在实施过程中，可以达到打孔透过率的性能优良、良好的孔径大小性和打孔效率较高兼顾的效果，实用性强。本发明对新能源电池的发展具有较重要的推动作用。
附图说明
图1为本发明的流程示意图；
图2为本发明一通孔放大示意图；
图3为本发明另一通孔放大示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“内”、“上”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图对本发明进行进一步说明：
参照图1-3，在一实施例中，提供一种电池集流体制备方法，包括：
步骤S10，调节打孔参数集合内的参数，得到第一参数集合，基于所述第一参数集合对集流体组件进行打孔，得到带有通孔的第一集流体，所述打孔参数集合包括激光器的功率、单脉冲能量、脉宽、频率、转镜速度、焦距和集流体组件厚度中的一项或多项；
步骤S20，检测所述通孔，判断所述通孔的各项指标是否满足预设阈值，所述指标包括裂缝、毛刺和孔径不均匀中的一种或多种；
步骤S30，若通孔的各项指标满足预设阈值，则得到目标集流体；若通孔的各项指标不满足预设阈值，则返回执行调节打孔参数集合内的参数，得到第一参数集合，基于所述第一参数集合对集流体组件进行打孔，得到带有通孔的第一集流体的步骤，直至满足预设阈值。
在现有技术中，用于对集流体组件打孔的装置由于存在技术上的局限性，因此，虽然能够实现打孔，但通孔的整体质量不高，存在通孔大小不均匀、通孔处出现毛刺和裂纹等现象。毛刺会击破隔膜，造成短路；通孔大小不均匀、裂纹则会导致在充电时离子交换不均匀进而影响充电性能，导致电池损毁。而在本实施例中，是将激光器功率、单脉冲能量、脉宽、频率、转镜速度和焦距等参数都考虑在内，这些参数之间是相互关联、相互影响的，改变任意一个参数都可能会对通孔质量产生一定的影响，因此，各个参数之间的关联性较为复杂，而本电池集流体制备方法可以根据集流体组件的材质、厚度与具体激光之间的反应的不同，逐步筛选出合适的参数集合，从而实现通孔无瑕疵或瑕疵减少的目的，进而得到高质量的目标集流体。“所述打孔参数集合包括激光器功率、单脉冲能量、脉宽、频率、转镜速度、焦距和集流体组件厚度中的一项或多项”，指的是还可以在打孔参数集合增加或减少一些参数，并不局限于权利要求中所写的几个参数类型。在“检测所述通孔，判断所述通孔的各项指标是否满足预设阈值，所述指标包括裂缝、毛刺和孔径不均匀中的一种或多种”中，不满足预设阈值指的是存在裂缝、毛刺、孔径大小不均匀，也可以指裂缝、毛刺的长度或大小，孔径大小超出预设范围。
可采用国产300/500瓦mopa激光器，单脉冲能量2.2-2.5mJ，弥补了国内mopa激光器单脉冲大于2.0mj的空缺。采用300-500瓦激光器、脉宽250-500ns可调，并且单脉冲能量均可满足2.2-2.5mj。
能够采用高速转镜进行激光打孔，激光对走带的材料进行打孔，可用多台组合方式提高速度，激光使用单脉冲模式，振镜采用高速转镜，速度可达300m/s的一个效率；激光错开摆放；激光器安装必须稳固；每个激光独立位置可调，用螺丝固定；每个激光关键位置安装带自动反馈的水平仪在线监控激光头水平；每个激光器制作独立挡光片，以控制打孔幅宽，幅宽可调，位置可调，互不干涉；激光错开摆放是因为二个转镜之间有结构干涉，而错位布局放置，能够使得孔数增多，且通孔分布更为合理、均匀。在独立的单个激光器转镜的幅面范围内，从100*100-254*254mm范围内可调，需要打孔的大小是可以调整的，目前采用的是分光技术，就是一个激光器出二路光，每一路光可进行独立控制的方式。
激光打孔具备一键控制功能：多台激光集成使用，专用软件统一启停开关修改或调节参数，参数有统一存储功能，在切换参数时可以一键切换；
机械速度Vmax≥500m/min，工作速度范围2-500m/min可调节，
激光打孔工作幅面为：2500*1600mm，设备制程能力可达2500m；实际箔膜打孔宽度大于1600mm，适用于刀片电池箔膜的打孔工艺以及碟片箔膜打孔工艺；
箔膜打孔孔径大小为20-100um可调，常规50um-100um居多，全幅孔径波动≤10％；
箔膜打孔通过率大于99.95％，在10*10mm2范围内孔径在规格内的数量占比；
箔膜打孔后的外观美观，无炮筒划伤裂纹打皱，无污渍颗粒异物膜片无肉眼可见粉尘，100倍CCD下无可见粉尘；
箔膜激光打孔的毛刺可小于7.5um；
所述箔膜打孔mopa激光器的波长为1030～1070nm。
所述箔膜打孔mopa激光器的功率≥300w。
所述箔膜打孔mopa激光器的准直光斑大小为7mm。
所述箔膜打孔mopa激光器的单脉冲能量可达2.2-2.5mj。
所述箔膜打孔中的工艺可适用3-12um铜箔。
所述箔膜打孔中的工艺适用8-16um的铝箔。
所述箔膜打孔工艺中的高速转镜最大速度可达300m/s；
所述箔膜打孔工艺中的机械设计最大速度可达500m/s，且工作速度2-500m/min可调节；
所述箔膜打孔工艺中所打孔不伤害涂覆层。
所述箔膜打孔工艺中所打孔不仅适用于刀片还适用于碟片工艺以及其他新的电芯工艺。
所述箔膜打孔工艺中的宽幅最低宽幅为1600*1620mm。
所述箔膜打孔工艺即可适用单台激光器也可适用多台一键集成工艺。
参照图1-3，在一实施例中，所述激光器的功率为300-500W。
参照图1-3，在一实施例中，单脉冲能量为2.0-2.5mJ、2.2-2.5mJ、2.0mJ、2.2mJ或2.5mJ。
参照图1-3，在一实施例中，转镜速度为9.4r/s或240m/s。
参照图1-3，在一实施例中，同等脉冲能量条件下，当为F100场镜、500W激光器时，选用500ns以下的脉宽、150kHz的频率，所述脉宽包括450ns。
同等脉冲能量条件下，指的是脉冲能量为2mj，500W激光器在150kHz的频率段能选用500ns以下的脉宽(脉宽越小，峰值功率越高)。而参数选用150kHz-500ns、场镜在F100时，能量密度过高导致孔从中间撕裂变成缝，存在导通短路的危险。原因是之前的实验使用的300瓦激光器的入射光斑是7.4mm，而500瓦激光器的入射光斑8.9mm(入射光斑越大，聚焦光斑越小，最终输出能量密度也越大)，因此同样使用F100场镜的条件下，500瓦激光器输出能量要比300瓦的大许多，因此接下来改用更大的F170场镜进行实验(大场镜起到放大光斑的效果，减少能量密度的同时增大孔径)。
现有设备对集流体打孔不均匀，通孔存在毛刺，毛刺会击破隔膜，导致短路，为解决该问题，本实施例采用的是300-500瓦、单脉冲能量2.2-2.5mJ的激光器，该激光器在2.2-2.5mJ的参数可使得通孔毛刺减少，从而提升电池的安全性能。除此之前，激光器输出的单脉冲能量还可以调节为2.0mJ、2.2mJ、2.5mJ、2.0-2.5mJ、2.2-2.5mJ。
参照图1-3，在一实施例中，同等脉冲能量条件下，当为F170场镜、500W激光器时，选用500ns以下的脉宽、150kHz的频率，所述脉宽包括450ns。
参照图1-3，在一实施例中，同等脉冲能量条件下，当为F100场镜、300W激光器时，选用250ns的脉宽、150kHz的频率。
参照图1-3，在一实施例中，所述集流体组件包括正极集流体和负极集流体。
提供一种用于锂电池的负极和正极的制备方法，通过300-500W、单脉冲能量2.2-2.5mJ的激光器，对集流体组件进行打孔，得到目标集流体，所述集流体组件包括正极集流体和负极集流体；
将正极活性物质涂覆于正极集流体表面，获得正极；
将所述负极活性物质涂覆于负极集流体表面，获得负极。
参照图1-3，在一实施例中，所述正极活性物质包括钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰、磷酸铁锂；所述负极活性物质包括90％的负极活性物质碳材料、4％～5％的乙炔黑导电剂、6％～7％的粘合剂。
参照图1-3，在一实施例中，所述正极集流体为铝箔，所述负极集流体为铜箔。
参照图1-3，在一实施例中，当打孔的装置为激光器时，则所述激光器的类型具体为MOPA激光器。
参照图1-3，在一实施例中，所述通孔的孔径大小为40-50um或所述通孔的孔径大小在20-100um之间可调，孔径大小调节是依据测试电解液穿过箔材到涂覆层的上面停留作用的时间，以及离子穿透性来调整，调整的方法可以根据调整激光器脉宽和速度进行调整孔径的大小。
孔径越大，离子穿透力越强，充放电时间越短，但是对电解液附着传递就会减弱，所以通过测试50um效果最佳，若在其他场景下也可以将通孔调整为适宜的大小。
参照图1-3，在一实施例中，当集流体组件包括铜箔和铝箔时，所述铜箔的厚度为3-4.5um，所述铝箔的厚度为8-16um；
或为3-6μm的极薄铜箔、或为6-12μm超薄铜箔、或为12-18μm薄铜箔、或为18-90μm常规铜箔，或为＞70μm的厚铜箔；
或铝箔为16um、14um、12um、10um、8um、6um、5um、4um中的一种或多种，或铝箔为4um-16um。
参照图1-3，在一实施例中，所述步骤S10，调节打孔参数集合内的参数，得到第一参数集合，基于所述第一参数集合对集流体组件进行打孔，得到带有通孔的第一集流体，包括：
步骤S101，使用相同的材料在实验工装平台上进行焦点位置确认，通过工装上的压块将寻找焦点的材料压实，通过移动手脉调整机台Z方向的高度，每移动一次位置按照0.02mm来进行移动，然后再出光，进行划线，做好标记，在±2mm以内进行划线标记，在显微镜下进行测量每一条线的大小，找到最小那条线的Z方向的高度位置即为焦点位置；
步骤S102，将铜箔用激光裁切好同一个大小的规格100mm*100mm样品，放在试验工装上，通过压块将铜箔压实，将Z方向的位置调整到步骤S101里面的焦点位置，然后将激光器的脉宽设置在250ns的内置脉宽，将频率调整到150khz，确保对应输出的单脉冲能量为2mj，将转镜的速度调整到最大速度240m/s的速度，通过调整功率的大小去找到刚好打穿铜箔的一个功率，再调整功率找到50um的孔径大小的激光器功率数值，所述功率数值为第一参数集的一部分，所述第一参数集包括激光器功率、单脉冲能量、脉宽、频率、转镜速度、焦距和集流体组件厚度；
步骤S103，将铝箔用激光裁切好同一个大小的规格100mm*100mm样品，放在试验工装上，通过压块将铝箔压实，将Z方向的位置调整到步骤S101里面的焦点位置，然后将激光器的脉宽设置在500ns的内置脉宽，将频率调整到150khz，确保对应输出的单脉冲能量为2mj，将功率调整到最大99％的功率，通过调整转镜速度的大小去找到刚好打穿铝箔的一个极限速度，在调整转镜速度找到50um的孔径大小的转镜的速度数值；所述速度数值为第一参数集的一部分；
步骤S104，基于所述第一参数集合对集流体组件进行打孔，得到带有通孔的第一集流体。
参照图1-3，在一实施例中，所述步骤S20，检测所述通孔，判断所述通孔的各项指标是否满足预设阈值，包括：
步骤S201，将在寻找工艺窗口的箔膜件放在3D显微镜下进行观察，检测孔径大小是否满足50um，是否存在裂缝、毛刺。
参照图1-3，在一实施例中，对所述集流体组件的箔膜进行打孔，其中，箔膜激光打孔的毛刺小于等于7.5um。
参照图1-3，在一实施例中，对所述集流体组件的箔膜进行打孔，其中，所述箔膜打孔采用mopa激光器，波长为1030～1070nm。
参照图1-3，在一实施例中，对所述集流体组件的箔膜进行打孔，其中，所述箔膜打孔所用的mopa激光器的功率≥300w。
参照图1-3，在一实施例中，对所述集流体组件的箔膜进行打孔，其中，所述箔膜打孔所用的mopa激光器的准直光斑大小为7mm。
参照图1-3，在一实施例中，对所述集流体组件的箔膜进行打孔，其中，所述箔膜打孔所用的mopa激光器的单脉冲能量为2.2-2.5mj。
参照图1-3，在一实施例中，对所述集流体组件的箔膜进行打孔，其中，所述箔膜打孔所用的高速转镜最大速度为300m/s。
参照图1-3，在一实施例中，对所述集流体组件的箔膜进行打孔，用于打孔装置与箔膜之间可发生相对位移，位移的最大速度为500m/s。
参照图1-3，在一实施例中，对所述集流体组件的箔膜进行打孔，在对所述箔膜打孔中，不伤害涂覆层。
此处的涂覆层指的是，电池在充放电时用于离子交换的介质。所述箔膜打孔工艺中所打孔不仅适用于刀片还适用于碟片工艺以及其他新的电芯工艺。
参照图1-3，在一实施例中，对所述集流体组件的箔膜进行打孔，所述箔膜的最低宽幅为1600*1620mm。
提供一种集流体，集流体可通过上述任意一项电池集流体制备方法获得。
提供一种电池制备方法，对集流体进行打孔并将打孔后的所述集流体作为电池的组成部分，获得新能源锂电池，其中，所述集流体通过权利要求1-14中的任意一项电池集流体制备方法获得。
此处的电池类型包括刀片电池和碟片电池。
提供一种电池，通过上述电池制备方法获得。
以上结合具体实施例对本发明的技术原理进行了描述。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (28)
1.一种电池集流体制备方法，其特征在于：
步骤S10，调节打孔参数集合内的参数，得到第一参数集合，基于所述第一参数集合对集流体组件进行打孔，得到带有通孔的第一集流体，所述打孔参数集合包括激光器的功率、单脉冲能量、脉宽、频率、转镜速度、焦距和集流体组件厚度中的一项或多项；
步骤S20，检测所述通孔，判断所述通孔的各项指标是否满足预设阈值，所述指标包括裂缝、毛刺和孔径不均匀中的一种或多种；
步骤S30，若是，则得到目标集流体；若否，则返回执行步骤S10。
2.如权利要求1所述的电池集流体制备方法，其特征在于，所述激光器的功率为300-500W。
3.如权利要求1所述的电池集流体制备方法，其特征在于，单脉冲能量为2.0-2.5mJ、2.2-2.5mJ、2.0mJ、2.2mJ或2.5mJ。
4.如权利要求1所述的电池集流体制备方法，其特征在于，转镜速度为9.4r/s。
5.如权利要求1所述的电池集流体制备方法，其特征在于，同等脉冲能量条件下，当为F100场镜、500W激光器时，选用500ns以下的脉宽、150kHz的频率，所述脉宽包括450ns。
6.如权利要求1所述的电池集流体制备方法，其特征在于，同等脉冲能量条件下，当为F170场镜、500W激光器时，选用500ns以下的脉宽、150kHz的频率，所述脉宽包括450ns。
7.如权利要求1所述的电池集流体制备方法，其特征在于，同等脉冲能量条件下，当为F100场镜、300W激光器时，选用250ns的脉宽、150kHz的频率。
8.如权利要求1所述的电池集流体制备方法，其特征在于，所述集流体组件包括正极集流体和负极集流体。
9.如权利要求8所述的电池集流体制备方法，其特征在于，通过300-500W、单脉冲能量2.2-2.5mJ的激光器，对集流体组件进行打孔，得到目标集流体，所述集流体组件包括正极集流体和负极集流体；
将正极活性物质涂覆于正极集流体表面，获得正极；
将所述负极活性物质涂覆于负极集流体表面，获得负极。
10.如权利要求9所述的电池集流体制备方法，其特征在于，所述正极活性物质包括钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰、磷酸铁锂；所述负极活性物质包括90％的负极活性物质碳材料、4％～5％的乙炔黑导电剂、6％～7％的粘合剂。
11.如权利要求8所述的电池集流体制备方法，其特征在于，所述正极集流体为铝箔，所述负极集流体为铜箔。
12.如权利要求1所述的电池集流体制备方法，其特征在于，当打孔的装置为激光器时，则所述激光器的类型具体为MOPA激光器。
13.如权利要求1所述的电池集流体制备方法，其特征在于，所述通孔的孔径大小为40-50um或所述通孔的孔径大小在20-100um之间可调，孔径大小调节是依据测试电解液穿过箔材到涂覆层的上面停留作用的时间，以及离子穿透性来调整，调整的方法可以根据调整激光器脉宽和速度进行调整孔径的大小。
14.如权利要求1所述的电池集流体制备方法，其特征在于，当集流体组件包括铜箔和铝箔时，所述铜箔的厚度为3-4.5um，所述铝箔的厚度为8-16um；
或为3-6μm的极薄铜箔、或为6-12μm超薄铜箔、或为12-18μm薄铜箔、或为18-90μm常规铜箔，或为＞70μm的厚铜箔；
或铝箔为16um、14um、12um、10um、8um、6um、5um、4um中的一种或多种，或铝箔为4um-16um。
15.如权利要求1所述的电池集流体制备方法，其特征在于，所述步骤S10，调节打孔参数集合内的参数，得到第一参数集合，基于所述第一参数集合对集流体组件进行打孔，得到带有通孔的第一集流体，包括：
步骤S101，使用相同的材料在实验工装平台上进行焦点位置确认，通过工装上的压块将寻找焦点的材料压实，通过移动手脉调整机台Z方向的高度，每移动一次位置按照0.02mm来进行移动，然后再出光，进行划线，做好标记，在±2mm以内进行划线标记，在显微镜下进行测量每一条线的大小，找到最小那条线的Z方向的高度位置即为焦点位置；
步骤S102，将铜箔用激光裁切好同一个大小的规格100mm*100mm样品，放在试验工装上，通过压块将铜箔压实，将Z方向的位置调整到步骤S101里面的焦点位置，然后将激光器的脉宽设置在250ns的内置脉宽，将频率调整到150khz，确保对应输出的单脉冲能量为2mj，将转镜的速度调整到最大速度240m/s的速度，通过调整功率的大小去找到刚好打穿铜箔的一个功率，再调整功率找到50um的孔径大小的激光器功率数值，所述功率数值为第一参数集的一部分，所述第一参数集包括激光器功率、单脉冲能量、脉宽、频率、转镜速度、焦距和集流体组件厚度；
步骤S103，将铝箔用激光裁切好同一个大小的规格100mm*100mm样品，放在试验工装上，通过压块将铝箔压实，将Z方向的位置调整到步骤S101里面的焦点位置，然后将激光器的脉宽设置在500ns的内置脉宽，将频率调整到150khz，确保对应输出的单脉冲能量为2mj，将功率调整到最大99％的功率，通过调整转镜速度的大小去找到刚好打穿铝箔的一个极限速度，在调整转镜速度找到50um的孔径大小的转镜的速度数值；所述速度数值为第一参数集的一部分；
步骤S104，基于所述第一参数集合对集流体组件进行打孔，得到带有通孔的第一集流体。
16.如权利要求1所述的电池集流体制备方法，其特征在于，所述步骤S20，检测所述通孔是否存在瑕疵，所述瑕疵包括裂缝、毛刺和孔径不均匀中的一种或多种，包括：
步骤S201，将在寻找工艺窗口的箔膜件放在3D显微镜下进行观察，检测孔径大小是否满足50um，是否存在裂缝、毛刺。
17.如权利要求1所述的电池集流体制备方法，其特征在于，对所述集流体组件的箔膜进行打孔，其中，箔膜激光打孔的毛刺小于等于7.5um。
18.如权利要求1所述的电池集流体制备方法，其特征在于，对所述集流体组件的箔膜进行打孔，其中，所述箔膜打孔采用mopa激光器，波长为1030～1070nm。
19.如权利要求1所述的电池集流体制备方法，其特征在于，对所述集流体组件的箔膜进行打孔，其中，所述箔膜打孔所用的mopa激光器的功率≥300w。
20.如权利要求1所述的电池集流体制备方法，其特征在于，对所述集流体组件的箔膜进行打孔，其中，所述箔膜打孔所用的mopa激光器的准直光斑大小为7mm。
21.如权利要求1所述的电池集流体制备方法，其特征在于，对所述集流体组件的箔膜进行打孔，其中，所述箔膜打孔所用的mopa激光器的单脉冲能量为2.2-2.5mj。
22.如权利要求1所述的电池集流体制备方法，其特征在于，对所述集流体组件的箔膜进行打孔，其中，所述箔膜打孔所用的高速转镜最大速度为300m/s。
23.如权利要求1所述的电池集流体制备方法，其特征在于，对所述集流体组件的箔膜进行打孔，用于打孔装置与箔膜之间可发生相对位移，位移的最大速度为500m/s。
24.如权利要求1所述的电池集流体制备方法，其特征在于，对所述集流体组件的箔膜进行打孔，在对所述箔膜打孔中，不伤害涂覆层。
25.如权利要求1所述的电池集流体制备方法，其特征在于，对所述集流体组件的箔膜进行打孔，所述箔膜的最低宽幅为1600*1620mm。
26.一种集流体，其特征在于，集流体可通过如权利要求1-25中的任意一项电池集流体制备方法获得。
27.一种电池制备方法，其特征在于，对集流体进行打孔并将打孔后的所述集流体作为电池的组成部分，获得新能源锂电池，其中，所述集流体通过权利要求1-14中的任意一项电池集流体制备方法获得。
28.一种电池，其特征在于，通过权利要求16所述的电池制备方法获得。
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| WO2013115851A1 (en) * | 2012-02-03 | 2013-08-08 | Avery Dennison Corporation | Laser patterning of photovoltaic backsheet |
| CN110492107A (zh) * | 2019-08-26 | 2019-11-22 | 英诺激光科技股份有限公司 | 一种制备锂电池多孔铜箔集电体的方法 |
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| CN113210893A (zh) * | 2021-05-20 | 2021-08-06 | 武汉锐科光纤激光技术股份有限公司 | 一种复合激光打孔方法及激光打孔装置 |
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- 2021-12-02 CN CN202111464345.9A patent/CN114284502B/zh active Active
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013115851A1 (en) * | 2012-02-03 | 2013-08-08 | Avery Dennison Corporation | Laser patterning of photovoltaic backsheet |
| CN110492107A (zh) * | 2019-08-26 | 2019-11-22 | 英诺激光科技股份有限公司 | 一种制备锂电池多孔铜箔集电体的方法 |
| DE102020003125A1 (de) * | 2020-04-03 | 2021-10-07 | Daimler Ag | Verfahren zur Bestimmung eines Arbeitsabstands einer Laserschweißvorrichtung |
| CN112743243A (zh) * | 2021-01-07 | 2021-05-04 | 中国科学院力学研究所 | 一种表面毛化、穿孔集流体箔材的制备方法及装置 |
| CN113210893A (zh) * | 2021-05-20 | 2021-08-06 | 武汉锐科光纤激光技术股份有限公司 | 一种复合激光打孔方法及激光打孔装置 |
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