TW201430170A - 多孔性集流體金屬材料連續加工法 - Google Patents

Abstract

一種多孔性集流體金屬材料連續加工法，係使待加工之長條撓性片狀金屬材料於特定時間內保持連續輸送之狀態，再利用光纖鐳射配合振鏡操作，而能受控制於該金屬材料上各預設位進行穿孔加工，再令穿孔後之金屬材料通過酸液，以進行電蝕刻加工，以使該金屬材料表面形成糙化結構，然後，於該金屬材料表面施以抗氧化加工，以形成一防止氧化之鍍層後加以烘乾，最後，直接將該表面具有活性材料之金屬材料捲收或輸送至下一工序。

Description

多孔性集流體金屬材料連續加工法

　　本發明是有關一種多孔性集流體金屬材料連續加工法，尤指一種加工簡易、可彈性生產且具低環保處理成本之金屬材料加工法。

　　隨著各種材料科技的進步，應用於鋰離子電池(LiB)、鋰離子電容(LiC)及超級電容中的金屬集流體（鋁箔、銅箔）結構亦隨之產生極大的變化。

　　由於上述金屬集流體之功用係為傳導（鋰離子電池、鋰離子電容及超級電容）對外輸出的電流，因此，其結構上必須符合低內阻（及離子易於穿透）之基本特性，而為滿足上述需求特性，目前較常見的作法有：

1. 將金屬薄片（鋁箔、銅箔）材料利用表面酸化蝕刻處理進行糙化加工，使該金屬薄片材料之表面形成糙化之結構，藉以增加與表面塗佈物質之接觸面積，除可有效降低整體之內阻，並可使其具有較佳之結合強度。
2. 於該金屬薄片（鋁箔、銅箔）材料上設置密集排列之貫通穿孔，使該金屬薄片材料二表側的塗佈物質可利用該密集排列之穿孔而形成連通，進而達到增加結合強度及降低內阻之功效。
   　　而針對上述於金屬薄片材料上產生穿孔之結構，較常見的加工方式有：
      a.利用設有針釘之模具，經由沖壓機械的帶動而可直接於該
      　金屬薄片材料上沖出預設的孔洞，此種加工方式雖然較為
      　簡便、快速；然而，於其成型之各孔洞周緣會形成凸起之
      　毛刺（此毛刺高度一般較塗佈於金屬薄片材料表側的物質
      　厚度大，因此容易造成短路），形成一結構上之缺失，且
      　受限於各針釘於模具內之夾持與定位結構所佔用之空間，
      　使得各針釘之間必須保留適當的最小間距與空間，因此，
      　各針釘之排列無法滿足較密集之需求，同時，利用該針釘
      　直接沖壓貫穿金屬薄片材料，亦會造成針釘快速磨損，而
      　更換針釘之作業不但極為繁瑣，且大量增加生產成本，較
      　不符合經濟效益。
      b.利用（絲）網印方式於金屬薄片材料上進行ＵＶ油墨印刷
      　，並於感光後對於未印刷部份進行腐蝕穿孔，再除去該Ｕ
      　Ｖ油墨；此種加工方式雖然利於大量生產，但由於網印技
      　術的限制，對於小孔徑的網印加工過程中，容易產生網孔
      　阻塞而造成不良之情形，致使在小孔徑穿孔的加工過程中
      　，具有較高的失敗率，再者，該ＵＶ油墨的使用與廢棄，
      　亦會造成候續處理成本增加及環保的負擔。

　　除了上述比較內容之外，該針釘與網印加工方式皆受限於定位方式而僅適用於單次進行固定面積之單片加工，而無法進行卷對卷或其他連續輸送的持續加工，致使其生產之（單片）成品於應用上亦受限（容易產生較多的廢料，且其加工與生產上亦容易停頓而不易持續），形成應用上之缺失。

　　有鑑於習見之金屬薄片材料穿孔加工方式有上述缺點，發明人乃針對該些缺點研究改進之道，終於有本發明產生。

　　本發明之主要目的在於提供一種多孔性集流體金屬材料連續加工法，其係利用光纖鐳射配合振鏡操作之穿孔方式，可有效簡化加工程序，且其孔型及排列設定可程式化控制，易於對應客戶需求而進行多樣的生產模式。

　　本發明之另一目的在於提供一種多孔性集流體金屬材料連續加工法，其適用於小孔徑之加工，且其加工後之穿孔周緣可保持平整，具有良好穿孔加工之品質。

　　本發明之又一目的在於提供一種多孔性集流體金屬材料連續加工法，其相較於傳統機械針釘穿孔方式，具有較低的工具損耗；而相對於傳統網印蝕刻穿孔方式，則可節省相關廢料的環保處理成本，因此，可有效降低生產成本。

　　為達成上述目的及功效，本發明所採行的技術手段包括：一「鐳射開孔」步驟，係於一持續供應之長條撓性片狀金屬材料上，利用鐳射方式進行穿孔加工，以使該金屬材料上之各預設位置上分佈有穿孔；一「酸液電蝕刻」步驟，使穿孔後之金屬材料通過酸液，以進行電蝕刻加工，以使該金屬材料表面形成糙化結構（凹凸不平表面）；一「卷收」或「向外輸送」步驟，將該具有穿孔與表面糙化結構之金屬材料捲收成卷狀，或向外輸送到另一加工段進行再加工程序。

　　依上述方法，其中於該「酸液電蝕刻」步驟之後，可執行一「後處理」步驟，以於金屬材料表面施以抗氧化加工，以形成一防止氧化之鍍層。

　　依上述方法，其中該「酸液電蝕刻」步驟與「後處理」步驟之間至少依序設有一「水洗」步驟、一「酸洗」步驟及另一「水洗」步驟，以確實清除金屬材料表面之酸液。

　　依上述方法，其中於「鐳射開孔」步驟前預先經一「施放」步驟，使該金屬材料由一捲收狀態向外逐漸釋放，或直接由前一供料裝置逐漸釋放，以持續供應而便於加工。

　　依上述方法，其中該「施放」步驟與「鐳射開孔」步驟之間至少設有一「除油」步驟及一「水洗」步驟，以確實清潔金屬材料表面。

　　依上述方法，其中於該「後處理」步驟之後，依序經一「水洗」步驟及一「烘乾」步驟，以清潔該金屬材料上之氧化鍍層表面，並使其得以快速乾燥。

　　依上述方法，其中該「鐳射開孔」步驟係利用光纖鐳射配合振鏡操作，而能受控制於金屬材料上各預設部位進行穿孔加工。

　　依上述方法，其中該「鐳射開孔」步驟與「酸液電蝕刻」步驟之間至少設有一「水洗」步驟，以確實清潔金屬材料表面。

　　為使本發明的上述目的、功效及特徵可獲致更具體的暸解，茲依下列附圖說明如下：

S10．．．施放

S11．．．除油

S12、S31、S33、S41．．．水洗

S20．．．鐳射開孔

S21．．．水洗

S30．．．酸液電蝕刻

S32．．．酸洗

S40．．．後處理

S42．．．烘乾

S50．．．卷收

S501．．．向外輸送

第１圖係本發明之第一實施例加工流程圖。

第２圖係本發明之第二實施例加工流程圖。

　　請參第１圖所示，可知本發明之第一實施例係應用於卷對卷的加工方式，其主要的加工流程包括：一「施放」Ｓ１０步驟、一「鐳射開孔」Ｓ２０步驟、一「酸液電蝕刻」Ｓ３０步驟、一「後處理」Ｓ４０步驟及一「卷收」Ｓ５０步驟；其中該「施放」Ｓ１０步驟，係使薄片狀之金屬材料可由一捲收狀態向外逐漸釋放，或經由前一供料裝置逐漸釋放，以持續供應後續之加工需求，亦可使薄片狀之金屬材料於加工時間內保持連續輸送之供料狀態；然後，可依需要使該金屬材料分別經一「除油」Ｓ１１步驟、一「水洗」Ｓ１２步驟，以確實清潔該薄片狀金屬材料之表面。

　　「鐳射開孔」Ｓ２０步驟，係利用光纖鐳射配合受預設程式控制之振鏡操作，而能於該金屬材料上各預設位進行不同孔徑、間距及排列方式等穿孔加工；而於完成穿孔加工後，則可經一「水洗」Ｓ２１步驟，確實清除金屬材料表面之殘渣與髒污。

　　「酸液電蝕刻」Ｓ３０步驟，係使前述穿孔後之金屬材料通過酸液，並進行電蝕刻加工，以使該金屬材料表面形成糙化結構（例如凹凸不平之表面、毛球結構、多孔性結構等類似結構）；然後，再依序設有一「水洗」Ｓ３１步驟、一「酸洗」Ｓ３２步驟及一「水洗」Ｓ３３步驟，以確實清除該金屬材料表面殘留之蝕刻後酸液。

　　「後處理」Ｓ４０步驟，係於該完成穿孔及糙化加工之金屬材料二側表面分別施以抗氧化加工，以形成一防止氧化之鍍層，避免該金屬材料因長久曝露於空氣中而產生氧化作用；然後依序經一「水洗」Ｓ４１步驟及一「烘乾」Ｓ４２步驟，以清潔該金屬材料上之氧化鍍層表面，並使其得以快速乾燥。

　　「卷收」Ｓ５０步驟，係將該具有穿孔、表面糙化之金屬材料捲收成卷狀，以利於後續之保存及運送作業；且藉由此種捲收成卷狀之金屬材料，於日後可經由卷放持續供料，以利於自動化加工。

　　請參第２圖所示，可知本發明之第二實施例係應用於連續輸送的加工方式，其主要的加工流程包括：與前述第一實施例完全相同之「施放」Ｓ１０步驟、「鐳射開孔」Ｓ２０步驟、「酸液電蝕刻」Ｓ３０步驟、「後處理」Ｓ４０步驟，而最後則配合一「向外輸送」Ｓ５０１步驟，其中該「施放」Ｓ１０步驟、「除油」Ｓ１１步驟、「水洗」Ｓ１２步驟、「鐳射開孔」Ｓ２０步驟、「水洗」Ｓ２１步驟、「酸液電蝕刻」Ｓ３０步驟、「水洗」Ｓ３１步驟、「酸洗」Ｓ３２步驟、「水洗」Ｓ３３步驟、「後處理」Ｓ４０步驟、「水洗」Ｓ４１步驟及「烘乾」Ｓ４２步驟皆與前述第一實施例完全相同，在此不多作贅述。

　　該最後的「向外輸送」Ｓ５０１步驟，係將該具有穿孔、表面糙化之片狀金屬材料連續輸送至下一工序（加工段），以因應具有直接加工需求之場合，使其具有更廣泛的應用範圍，而可配合不同的自動化加工環境。

　　本發明藉由上述方法所加工完成之金屬材料，於後續加工時，可於其外表側另塗佈有一活性材料，該活性材料可通過各穿孔而與金屬材料形成更牢固的結合，且該活性材料可利用糙化表面與金屬材料形成更大面積之接觸，藉以達到降低內阻之功效。

　　綜合以上所述，本發明之多孔性集流體金屬材料連續加工法確可達成簡化加工程序、易於彈性規劃生產且具環保效益之功效，實為一具新穎性及進步性之發明，爰依法提出申請發明專利；惟上述說明之內容，僅為本發明之較佳實施例說明，舉凡依本發明之技術手段與範疇所延伸之變化、修飾、改變或等效置換者，亦皆應落入本發明之專利申請範圍內。

S10．．．施放

S11．．．除油

S12、S31、S33、S41．．．水洗

S20．．．鐳射開孔

S21．．．水洗

S30．．．酸液電蝕刻

S32．．．酸洗

S40．．．後處理

S42．．．烘乾

S50．．．卷收

Claims (20)

1. 一種多孔性集流體金屬材料連續加工法，其至少包括：
   　　一「鐳射開孔」步驟，係於一持續供應之長條撓性片狀金屬材料上，利用鐳射方式進行穿孔加工，以使該金屬材料上之各預設位置上分佈有穿孔；
   　　一「酸液電蝕刻」步驟，使穿孔後之金屬材料通過酸液，以進行電蝕刻加工，以使該金屬材料表面形成糙化結構；
   　　一「卷收」步驟，將該具有穿孔與表面糙化結構之金屬材料捲收成卷狀。
2. 一種多孔性集流體金屬材料連續加工法，其至少包括：
   　　一「鐳射開孔」步驟，係於一持續供應之長條撓性片狀金屬材料上，利用鐳射方式進行穿孔加工，以使該金屬材料上之各預設位置上分佈有穿孔；
   　　一「酸液電蝕刻」步驟，使穿孔後之金屬材料通過酸液，以進行電蝕刻加工，以使該金屬材料表面形成糙化結構；
   　　一「向外輸送」步驟，將該具有穿孔與表面糙化結構之金屬材料輸送至下一加工作業的工序。
3. 如申請專利範圍第１或２項所述之多孔性集流體金屬材料加工法，其中於該「酸液電蝕刻」步驟之後，可執行一「後處理」步驟，以於金屬材料表面施以抗氧化加工，以形成一防止氧化之鍍層。
4. 如申請專利範圍第３項所述之多孔性集流體金屬材料連續加工法，其中該「酸液電蝕刻」步驟與「後處理」步驟之間至少依序設有一「水洗」步驟、一「酸洗」步驟及另一「水洗」步驟，以確實清除金屬材料表面之蝕刻後酸液。
5. 如申請專利範圍第１或２項所述之多孔性集流體金屬材料連續加工法，其中於「鐳射開孔」步驟前預先經一「施放」步驟，使該金屬材料由一捲收狀態逐漸釋放，以持續供應加工。
6. 如申請專利範圍第３項所述之多孔性集流體金屬材料連續加工法，其中於「鐳射開孔」步驟前預先經一「施放」步驟，使該金屬材料由一捲收狀態逐漸釋放，以持續供應加工。
7. 如申請專利範圍第１或２項所述之多孔性集流體金屬材料連續加工法，其中於「鐳射開孔」步驟前，預先經一「施放」步驟，使該金屬材料由一供料裝置於加工時間內保持連續輸送供料之狀態，以便於持續之加工。
8. 如申請專利範圍第３項所述之多孔性集流體金屬材料連續加工法，其中於「鐳射開孔」步驟前預先經一「施放」步驟，使該金屬材料由一供料裝置於加工時間內保持連續輸送之供料狀態，以便於持續之加工。
9. 如申請專利範圍第５項所述之多孔性集流體金屬材料連續加工法，其中該「施放」步驟與「鐳射開孔」步驟之間至少設有一「除油」步驟及一「水洗」步驟，以確實清潔金屬材料表面。
10. 如申請專利範圍第７項所述之多孔性集流體金屬材料連續加工法，其中該「施放」步驟與「鐳射開孔」步驟之間至少設有一「除油」步驟及一「水洗」步驟，以確實清潔金屬材料表面。
11. 如申請專利範圍第３項所述之多孔性集流體金屬材料連續加工法，其中於該「後處理」步驟之後，依序經一「水洗」步驟及一「烘乾」步驟，以清潔該金屬材料上之氧化鍍層表面，並使其得以快速乾燥。
12. 如申請專利範圍第６項所述之多孔性集流體金屬材料連續加工法，其中於該「後處理」步驟之後，依序經一「水洗」步驟及一「烘乾」步驟，以清潔該金屬材料上之氧化鍍層表面，並使其得以快速乾燥。
13. 如申請專利範圍第８項所述之多孔性集流體金屬材料連續加工法，其中於該「後處理」步驟之後，依序經一「水洗」步驟及一「烘乾」步驟，以清潔該金屬材料上之氧化鍍層表面，並使其得以快速乾燥。
14. 如申請專利範圍第１或２項所述之多孔性集流體金屬材料連續加工法，其中該「鐳射開孔」步驟係利用光纖鐳射配合振鏡操作，而能受控制於金屬材料上各預設位進行穿孔加工。
15. 如申請專利範圍第３項所述之多孔性集流體金屬材料連續加工法，其中該「鐳射開孔」步驟係利用光纖鐳射配合振鏡操作，而能受控制於金屬材料上各預設部位進行穿孔加工。
16. 如申請專利範圍第５項所述之多孔性集流體金屬材料連續加工法，其中該「鐳射開孔」步驟係利用光纖鐳射配合振鏡操作，而能受控制於金屬材料上各預設部位進行穿孔加工。
17. 如申請專利範圍第７項所述之多孔性集流體金屬材料連續加工法，其中該「鐳射開孔」步驟係利用光纖鐳射配合振鏡操作，而能受控制於金屬材料上各預設部位進行穿孔加工。
18. 如申請專利範圍第１或２項所述之多孔性集流體金屬材料連續加工法，其中該「鐳射開孔」步驟與「酸液電蝕刻」步驟之間至少設有一「水洗」步驟，以確實清潔金屬材料表面。
19. 如申請專利範圍第３項所述之多孔性集流體金屬材料連續加工法，其中該「鐳射開孔」步驟與「酸液電蝕刻」步驟之間至少設有一「水洗」步驟，以確實清潔金屬材料表面。
20. 如申請專利範圍第４項所述之多孔性集流體金屬材料連續加工法，其中該「鐳射開孔」步驟與「酸液電蝕刻」步驟之間至少設有一「水洗」步驟，以確實清潔金屬材料表面。