成孔装置、微孔集流体箔及其制备方法与流程

本发明涉及机械设备技术领域，特别是涉及一种成孔装置、微孔集流体箔及其制备方法。

背景技术：

成孔装置是用于成孔的装置，其应用广泛，其在电池领域技术领域也广泛用于制备微孔集流体。现有的微孔集流体打孔方式有化学腐蚀打孔、电流腐蚀打孔、激光打孔、机械加工打孔等。其中化学腐蚀打孔、电流腐蚀打孔的打孔效率慢，成孔控制困难，且成孔区域被腐蚀集流体回收的难度大。激光打孔的成本过高。而机械打孔的方式具有打孔效率快，成孔控制稳定，加工成本低等优点。然而目前的打孔方式采用冲击头直接对集流体冲压成孔，容易造成集流体的孔背面有毛刺的问题，无法形成孔径周围两面均无毛刺的贯穿孔。

技术实现要素：

基于此，有必要提供一种能够提高打孔的平滑性、使得所打孔的孔径周围两面均无毛刺的成孔装置。

一种成孔装置，包括第一辊筒组；所述第一辊筒组包括：

第一辊筒，设有第一凸柱，所述第一凸柱的端面设有凸部，所述凸部与所述第一凸柱的边缘具有间隔，以使所述第一凸柱的边缘与所述凸部之间形成第一压持部；

第二辊筒，与所述第一辊筒相对设置，所述第二辊筒设有第二凸柱，所述第二凸柱的端面设有能够容纳所述凸部的凹部，所述凹部的上沿与所述第二凸柱的边缘之间形成第二压持部；所述第二压持部与所述第一压持部能够相互压合。

上述成孔装置可对铝箔、铜箔等各种集流体箔及其他需打孔工件进行打孔加工。工作时，将集流体箔及其他需打孔工件放置于第一辊筒和第二辊筒之间，设置在第一辊筒上的第一凸柱和设置在第二辊筒上的第二凸柱相互配合，在凸部与凹部配合的过程中，凸部作用于集流体箔上，促使集流体箔对应凸部的位置形成孔，与此同时通过第二压持部与第一压持部相互压合，最终通过两个方向压持促使位于第一辊筒和第二辊筒之间的集流体箔形成贯穿孔。相比于目前采用冲击头直接对集流体冲压成孔的打孔方式，采用该成孔装置形成的贯穿孔的孔径周围两面均无毛刺，也就是说没有多余的毛刺残留在集流体箔上，集流体箔上对应凸部的区域已从原来的集流体箔上脱离，如此不仅实现了集流体箔的打孔且还真正有效地降低了集流体箔的重量。

在其中一个实施例中，所述凸部的高度小于所述凹部的深度。

在其中一个实施例中，所述凸部呈半球状。

在其中一个实施例中，所述凸部和所述凹部均呈半球状；所述凸部对应的球半径大于所述凹部对应的球半径。

在其中一个实施例中，所述第一辊筒还设有第三凸柱，所述第二辊筒还设有第四凸柱，所述第三凸柱和所述第四凸柱的端面均为平面；且所述第三凸柱和所述第四凸柱能够相互压合。

在其中一个实施例中，所述成孔装置还包括第二辊筒组，所述第二辊筒组包括第三辊筒和第四辊筒，所述第三辊筒设有第三凸柱，所述第四辊筒还设有第四凸柱，所述第三凸柱和所述第四凸柱的端面均为平面；且所述第三凸柱和所述第四凸柱能够相互压合。

在其中一个实施例中，相对设置的所述第三凸柱和所述第四凸柱的高度之和小于相对设置的所述第一凸柱和所述第二凸柱的高度之和。

在其中一个实施例中，所述第一压持部和所述第二压持部为环状，所述第一压持部和所述第二压持部的环宽相等。

还有必要提供一种微孔集流体箔的制备方法，采用上述任一项所述的成孔装置对集流体箔打孔制得。

还有必要提供一种微孔集流体箔，采用上述微孔集流体箔的制备方法制得。

附图说明

图1为一实施例的成孔装置的结构示意图；

图2为图1所示成孔装置的第一凸柱和第二凸柱的放大结构示意图；

图3为图2所示的第一凸柱和凸部的仰视图；

图4为图2所示的第二凸柱的俯视图；

图5为实施例1制得的微孔铝箔的电子照片；

图6为实施例1和对比例1制得的电芯的循环性能图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述，并给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1，本发明一实施方式提供了一种成孔装置10。该成孔装置10至少包括第一辊筒组100。可理解，该成孔装置10还可包括第二辊筒组200、放料辊300和收料辊400。

其中，第一辊筒组100包括第一辊筒110及第二辊筒120。

请参阅图1及图2，第一辊筒110设有第一凸柱111。第一凸柱111的端面设有凸部112，凸部112与第一凸柱111的边缘具有间隔，以使第一凸柱111的边缘与凸部112之间形成第一压持部113。

请参阅图1及图2，第二辊筒120与第一辊筒110相对设置。第二辊筒120设有第二凸柱121，第二凸柱121的端面设有能够容纳凸部112的凹部122，凹部122的上沿与第二凸柱121的边缘之间形成第二压持部123。第二压持部123与第一压持部113能够相互压合。

上述成孔装置10可对铝箔、铜箔等各种集流体箔20及其他需打孔工件进行打孔加工。工作时，将集流体箔20及其他需打孔工件放置于第一辊筒110和第二辊筒120之间，设置在第一辊筒110上的第一凸柱111和设置在第二辊筒120上的第二凸柱121相互配合，在凸部112与凹部122配合的过程中，凸部112作用于集流体箔20上，促使集流体箔20对应凸部112的位置形成孔，与此同时通过第二压持部123与第一压持部113相互压合，最终通过两个方向压持促使位于第一辊筒110和第二辊筒120之间的集流体箔20形成贯穿孔。相比于目前采用冲击头直接对集流体冲压成孔的打孔方式，采用该成孔装置10形成的贯穿孔的孔径周围两面均无毛刺，即没有多余的毛刺残留在集流体箔20上，集流体箔20上对应凸部112的区域已从原来的集流体箔20上脱离，如此不仅实现了集流体箔20的打孔且还真正有效地降低了集流体箔20的重量。

该成孔装置10相较于常规的化学腐蚀以及激光成孔，制作工艺简单，生产效率高，生产成本低，铝箔回收效率高。

将上述成孔装置10打孔形成的微孔集流体箔20应用于锂离子电池中时，较常规没有打孔的集流体箔20，在同等厚度的前提下减少了集流体的体积占比及质量，可便于增加正极活性物质的涂覆量，进而提高电芯的能量密度。且，该微孔集流体增加了电解液存储空间，提高了正极极片的保液性能；此外，增大了正极材料层与正极集流体铝箔的接触面积和粘附力，增大活性物质与铝箔接触的比表面，降低了正极活性材料与正极集流体铝箔的接触内阻，从而提升电池倍率性能。

可理解，第一压持部113和第二压持部123的形状为环状。具体地，第一压持部113和第二压持部123的宽度(即环宽)相等。

请参照图3和图4，具体地在本实施例中，第一凸柱111和第二凸柱121的形状为圆柱形，可理解，第一凸柱111和第二凸柱121的形状不限于此，还可以方柱形等等。

请继续参照图1及图2，在其中一个实施例中，凸部112的外径和凹部122的内径相等，如此能够使集流体箔20对应凸部112的位置更好地形成贯穿孔。

进一步地，凸部112的高度小于凹部122的深度。如此，凹部122可收容贯穿孔位置的碎片，进而回收利用。需要说明的是，凸部112的高度是指凸部112的顶端与第一压持部113之间的垂直距离，凹部122的深度是指凹部122的最低处与第二压持部123之间的垂直距离。

进一步地，第一凸柱111的凸部112的外径为0.1mm～1mm。如此控制凸部112的外径调节贯穿孔的内径。可理解，第一辊筒110和第二辊筒120上的相邻两个凸柱之间的间距为0.1mm～2mm。

进一步地，凸部112呈半球状。考虑到凸部112和凹部122的配合和分离是在第一辊筒110和第二辊筒120转动的过程中进行的，因此将凸部112设置呈半球状，可更好地促使凸部112与凹部122的分离。具体地，凸部112和凹部122均呈半球状。更具体的，凸部112对应的球半径大于凹部122对应的球半径。

可理解，同一辊筒上的第一凸柱111和第二凸柱121的数量为多个，相应地，凸部112和凹部122的数量也为多个。例如，第一凸柱111可沿第一辊筒110的轴向间隔设置成多排排列，相应地，第二凸柱121沿第二辊筒120的轴向间隔设置成多排排列。

可理解，在同一个第一辊筒110上，除了设有第一凸柱111，还可设有第二凸柱121，第二凸柱121上也设有上述凹部122；相应地，在第二辊筒120上，除了设有第二凸柱121，还可设有第一凸柱111，该第一凸柱111上也设有上述凸部112。

在其中一个实施例中，成孔装置10还包括第二辊筒组200。第二辊筒组200包括第三辊筒210和第四辊筒220，第三辊筒210设有第三凸柱211，第四辊筒220还设有第四凸柱221，第三凸柱211和第四凸柱221的端面均为平面；且第三凸柱211和第四凸柱221能够相互压合。如此通过第一辊筒组100及第二辊筒组200配合使用，也可在集流体箔20上形成贯穿孔和非贯穿孔。

在其中一个实施例中，第一辊筒110还设有第三凸柱211，第二辊筒120还设有第四凸柱221，第三凸柱211和第四凸柱221的端面均为平面；且第三凸柱211和第四凸柱221能够相互压合。如此通过第三凸柱211和第四凸柱221的相互压合，以使位于第一辊筒110和第二辊筒120之间的集流体箔20的两表面相对的位置均形成相应的非贯穿孔。也就是说，第一辊筒组100可以同时形成贯穿孔和非贯穿孔。

在其中一个实施例中，相对设置的第一凸柱111和第二凸柱121的高度之和等于集流体箔等需打孔工件的厚度。如此工作时，将第一辊筒110和第二辊筒120的本体之间的距离设置为需打孔工件的厚度，以使第一辊筒110和第二辊筒120的本体刚好夹持需打孔工件。而集流体箔等需打孔工件在设置第一凸柱111和第二凸柱121的位置被第一凸柱111和第二凸柱121冲孔，以形成贯穿孔。

具体地，在一实施例中，相对设置的第一凸柱111和第二凸柱121的高度相等。

在一具体示例中，相对设置的第一凸柱111和第二凸柱121的高度之和为10μm～50μm。可理解，相对设置的第一凸柱111和第二凸柱121的高度之和相当于第一辊筒110和第二辊筒120的辊压深度。

在其中一个实施例中，相对设置的第三凸柱211和第四凸柱221的高度之和小于集流体箔等需打孔工件的厚度。如此工作时，将第三辊筒210和第四辊筒220的本体之间的距离设置为需打孔工件的厚度，以使第三辊筒210和第四辊筒220的本体刚好夹持需打孔工件。而集流体箔等需打孔工件在设置第三凸柱211和第四凸柱221的位置被第三凸柱211和第四凸柱221冲压，以形成非贯穿孔。

在其中一个实施例中，相对设置的第三凸柱211和第四凸柱221的高度之和小于相对设置的第一凸柱111和第二凸柱121的高度之和。例如当同一辊筒组上同时含有这两对凸柱时，如此以在该一个辊筒组同时实现贯穿孔的冲孔和非贯穿孔的冲压。

具体地，在一实施例中，相对设置的第三凸柱211和第四凸柱221的高度相等。

可理解，第三凸柱211和第四凸柱221的数量为多个。例如，第三凸柱211可沿第三辊筒210的轴向间隔设置成多排排列，相应地，第四凸柱221沿第四辊筒220的轴向间隔设置成多排排列。进一步地，第二辊筒组200中的第三凸柱211和第四凸柱221的直径为0.1mm～1mm，间距为0.1mm～2mm。

在其中一个实施例中，上述成孔装置10还包括放料辊300，放料辊300用于将集流体箔20等需打孔工件放卷。第一辊筒组100和第二辊筒组200设于放料辊300的下游。进一步地，第一辊筒组100和第二辊筒组200的先后顺序不限，在本具体实施例中，第一辊筒组100位于第二辊筒组200的下游，即位于第二辊筒组200和收料辊400之间。

在其中一个实施例中，上述成孔装置10还包括收料辊400，收料辊400设于第一辊筒组100及第二辊筒组200的下游，以用于将打好孔的集流体箔20等需打孔工件收卷。

为了提高集流体箔20等需打孔工件的打孔稳定性，一般地，放料辊300、收料辊400以及第一辊筒组100设置在同一水平上；当然，在第二辊筒组200存在时，放料辊300、第二辊筒组200、收料辊400以及第一辊筒组100设置在同一水平上，以使集流体箔20在放料辊300和收料卷之间处于水平铺展状态。

具体地，第一辊筒110及第二辊筒120为上下相对设置。第三辊筒210和第四辊筒220为上下相对设置。

本发明还提供了一种微孔集流体箔的制备方法，其采用上述成孔装置对集流体箔进行打孔制得。其中对集流体箔进行所打的孔包括贯穿孔和非贯穿孔。相应地，还提供了一实施例的采用上述微孔集流体箔的制备方法制得的微孔集流体箔。

以下为具体实施例。

采用如图1所示的成孔装置，对厚度为16μm的铝箔进行打孔，先采用第二辊筒组200形成非贯穿孔，然后再采用第一辊筒组100对形成有贯穿孔的铝箔形成有贯穿孔，制得的微孔铝箔如图5所示。在本实施例中，贯穿孔和非贯穿孔在一些位置上具有重合，在一些位置是完全错开的。

具体地，先采用第二辊筒组200对铝箔进行冲压：第二辊筒组200中的第三凸柱211和第四凸柱221的直径为0.5mm，间距为0.5mm；通过第二辊筒组200对铝箔进行辊压，辊压深度为6μm(第三凸柱211和第四凸柱221的高度为3μm)，使得铝箔表面分布孔深3μm、孔径0.5mm、孔间距0.5mm的圆形非贯穿孔。然后将经冲压的铝箔采用第一辊筒组100进行冲孔，冲孔时同样对铝箔采用对辊方式，第一辊筒组100中的第一凸柱111和第二凸柱121为间距1mm，直径为0.25mm的圆柱形凸起，通过第一辊筒110及第二辊筒120对辊进行辊压，辊压深度16μm(第一凸柱111和第二凸柱121的高度之和为16μm，分别为8μm)，使得铝箔表面分布孔径0.25mm，孔间距1mm的圆形贯穿孔。

将实施例1所得铝箔作为正极集流体搭配三元材料(lncm523)、人造石墨以及16+4+4陶瓷隔膜制成8688190-15ah电芯(8688190-15ah电芯代表8.6mm厚88mm宽190mm长的容量为15ah的电芯)，对比例1为常规16μm铝箔作为正极集流体制成8688190-15ah电芯，得到的循环性能图如图6所示，测试数据汇总如下表所示：

表1中所涉及的测试项目的测试标准如下：

活性物质钢板剥离力测试方法：取极片裁切成20mm宽150mm长，压敏3m-vhb双面胶贴在极片活性物质表面，另一面贴在不锈钢板上，将不锈钢板和集流体固定在拉力测试仪设备的两个夹具上，然后以50mm/min的速度，50n的载荷进行180度剥离测试，当铝集流体被完全剥离下来时检测到的力的平均值就是剥离力。

保液系数测试方法：在测得电芯保液量以后除以电芯的容量即为保液系数；

克容量发挥：电芯容量除以电芯活性物质总质量即得克容量发挥；

能量密度：电芯容量乘以电芯平台电压除以电芯质量；

倍率放电：具体测试方法参照gb/t31486-20156.3.6；

倍率充电：具体测试方法参照gb/t31486-20156.3.7；

循环性能：25℃，1c充放电，其中充电带恒压，循环至500周时，停止测试。

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。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。