专利名称：一种锂离子电池集流体的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及锂离子电池集流体，尤其涉及一种锂离子电池集流体。
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錫。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増大，最终导致容量衰减速度増大。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，本实用新型的目的在于提供具有一种锂离子电池集流体，具有更好的循环性能，能显著提高锂离子电池的使用性能。本实用新型具体技术方案如下—种锂离子电池集流体，所述锂离子电池集流体由数层具有截面形状为鼓形孔、锥形或者燕尾槽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IOmm 20mm，盲孔孔径为IOOmm 200臟、盲孔深度为集流体整体厚度的4/5 9/10、盲孔间距为200mm 400臟。上述盲孔阵列结构为矩形阵列或环形阵列。锂离子电池集流体的制造方法，其特点在于包括如下步骤(I)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I 5 μ m、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)根据所要制造的盲孔阵列结构，通过离散分层方法设计出每ー层金属箔片对应的ニ维结构，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)依次放入下ー层金属箔片，利用步骤(4)所述的激光或电火花加工方法在这ー层金属箔片上加工出所设定的盲孔槽结构；依次重复上述操作直至完成所有金属箔片上ニ维结构的加工；(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O. 7 O. 8倍，保温时间为30min 90mino上述金属箔片的选取材料为铜、钢或者铝。本实用新型的有益效果是本实用新型具有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。本实用新型エ艺手段简便易行、成本低廉。
图I为本实用新型锂离子电池集流体的单片金属箔片的结构示意图。图2 Ca)为本实用新型锂离子电池集流体的鼓形孔结构示意图，图2a_l是图2a的俯视结构。图2 (b)为本实用新型具锂离子电池集流体的锥形孔结构示意图，图2b_l是图2b的俯视结构。图2 (C)为本实用新型锂离子电池集流体的燕尾槽形结构示意图，图2c_l是图2c的俯视结构。图3为本实用新型单个金属箔片的加工示意图。图4为本实用新型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
下面对本实用新型的具体实施方式
作进ー步详细的说明，但本实用新型的实施方式不限于此。如图I、图2a、图2b、图2c所示。本实用新型锂离子电池集流体，所述锂离子电池集流体由数层具有截面形状为鼓形孔、锥形或者燕尾槽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IOmm 20mm,异形盲孔孔径为IOOmm 200mm、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200mm 400mm。图2a所示盲孔结构为鼓形孔3 ;图2b所示盲孔结构为锥形孔4 ;图2c所示盲孔结构为燕尾槽形。图2a-l是图2a的俯视结构；图2b_l是图2b的俯视结构；图2c_l是图2c的俯视结构；盲孔阵列结构可以是矩形阵列或环形阵列分布。如图I、图2所示。具有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(I)根据所需制备的集流体厚度及盲孔深度来确定使用的金属箔片I的厚度及层数，金属箔片I厚度为I 5 μ m、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I外形尺寸相同；金属箔片I形状为矩形或圆形；便于加工时的安置和定位；金属箔片I可利用激光割取；(3)如图3所不。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I的定位精确；(4)根据所要制造的盲孔阵列结构，通过离散分层方法设计出每ー层金属箔片I对应的ニ维结构，将已制备好的金属箔片I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I上加工出设定的孔槽结构；(5)依次放入下ー层金属箔片，利用步骤(4)所述的激光或电火花加工方法在这ー层金属箔片I上加工出所设定的盲孔槽结构；依次重复上述操作直至完成所有金属箔片
I上ニ维结构的加工；本步骤加工过程中要注意放入金属箔片I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I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I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I而灼烧到下层金属金属I，使下层金属箔片I上已加工好的结构受损；(6)如图4所示。各层金属箔片I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I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I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O. 7 O. 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盲孔阵列结构的锂离子电池集流体。本专利金属箔片I的选取材料为铜(或者紫铜)、钢或者铝。举例说明本实用新型的制造过程如下以制造尺寸为10*10mm,厚度为20 μ m,最小孔径为100 μ m,孔深为16 μ m,孔间距为300μπι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，其エ艺过程如下(I)根据所需制备的鼓形孔深度16 μ m以及最终形成集流体的厚度20 μ m来设计使用5层厚度为4 μ m的紫铜箔片；(2)利用激光割取5片尺寸为10*10mm，厚度为4μ m的紫铜箔片，注意保持尺寸的精确；(3)将具有10*10*lmm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；[0049](4)根据所要制造的鼓形盲孔阵列结构，通过离散分层的手段设计出每ー层箔片上对应的ニ维圆形结构阵列，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)依次放入下ー层紫铜箔片，利用步骤4所述的加工方法在这ー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ニ维结构的加工；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、并施加一定的压紧カ将重叠放置的5层紫铜箔片压实，并用螺栓将凹模8、凸模9四周锁紧，保证一定的压紧カ；(7)将模具整体放入氢气气氛保护炉中，在800-850°C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。
权利要求1.一种锂离子电池集流体，其特征在于，所述锂离子电池集流体由数层具有截面形状为鼓形孔、锥形或者燕尾槽形盲孔阵列结构的金属箔片叠加构成。
2.根据权利要求I所述的锂离子电池集流体，其特征在于，所述盲孔阵列结构为矩形阵列或环形阵列。
专利摘要本实用新型公开了具有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的盲孔截面形状为鼓形孔、锥形或者燕尾槽形；所述盲孔阵列结构为矩形阵列或环形阵列，本实用新型不仅可以满足具有盲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。
文档编号H01M4/66GK202513232SQ20112041002
公开日2012年10月31日 申请日期2011年10月25日 优先权日2011年10月25日
发明者万珍平, 刘彬, 李耀超, 汤兴贤 申请人:华南理工大学