一种电极箔材结构、电池及制备系统的制作方法

本实用新型涉及电池制造领域，具体涉及一种电极箔材结构、电池及制备系统。

背景技术：

目前市场上使用的可充电电池的正负极铜铝箔，基本都是采用大吨位辊压压延方式，或者通过电解的方式生产出来，属于平整面无孔箔材料；而此类平整的箔材，现有技术会直接在箔材料的表面上涂布电池正负极材料，然后经过烘干、辊压压实、分条、制片、卷绕或叠片、焊接组装、加注电解液、化成分容等工艺，生产出电池成品；

但是实用新型人发现，现有的平面无孔箔材，在应用到可充电电池的过程中还存在着如下问题：

1)这种平整无孔箔材料，表面比较光滑，电池正负极材料制成浆料时，为了在铜铝箔材料表面形成一定的粘结力，需要混合加入一定比例的粘结剂，因这种粘结剂材料会占去电池材料的一定比例，一般在2％～5％范围，对电池能量密度会有一定的影响；而且通过这种化学粘结的方式，涂覆上去后，也容易产生脱粉或掉料现象；

2)这种平整无孔箔材料，因为材料本身存在一定的硬度与抗拉强度，在电芯卷绕工艺时，由于柔韧性较差，卷小圆角的时候，卷绕张力不好控制，且圆角也不能太小，不然会容易产生极片断裂或材料脱落的质量问题；

3)这种平整无孔箔材料，表面硬实无缝无孔，在加注电解液的时候，电解液只能顺着材料的两平面慢慢渗透，注液效率极其低下。

4)这种平整无孔箔材料，在烘干水分的时候，水分只能顺着材料的两平面慢慢渗透排出，烘干效率极其低下，更无法保证电池中的水分被充分排除。

技术实现要素：

本实用新型提供一种电极箔材结构、电池及制备系统，用于避免脱粉/掉料现象，提高电池中电解液的渗透效率，水分烘干效率，及更有效地降低水分含量。

本实用新型的第一个方面提供一种电极箔材结构，包括：金属箔；

所述金属箔的至少一个表面设置有多个高精密、微米级对穿的凹孔，所述凹孔的底面为穿孔区域；

所述凹孔按照一定密度进行规律性排布，每个所述凹孔上设置有穿透孔；所述穿透孔的孔径范围：0.001mm～0.2mm，所述穿孔密度的范围为：每平方毫米1～20000孔。

可选地，所述金属箔的材质包括但不限于：铝、铜、镍；所述金属箔材上每个所述凹孔的形状包括但不限于：圆锥形、棱锥形形状。

可选地，每个所述凹孔的凹陷深度小于0.05mm，超出箔材平面的翻边毛刺深度小于0.04mm

本实用新型的第二个方面提供一种电极箔材结构的制备方法，包括：

对金属箔进行连续辊压，以使所述金属箔具有至少一面的多个凹孔，所述凹孔的底面为穿孔区域；所述凹孔按照一定孔密度排布，每个所述凹孔上设置有穿透孔；所述穿透孔的孔径满足孔径范围；

对所述金属箔进行涂敷处理，所述金属箔的涂敷区域覆盖于所述穿孔区域之上，使穿孔被涂覆物全部包覆；

对所述金属箔进行分条及制片切断处理。

可选地，所述孔径范围为0.001mm～0.2mm；所述孔密度的范围为：1～20000孔/每平方毫米。

可选地，对所述金属箔进行分条及切断制片处理，包括：

对所述金属箔的平面从x方向和y方向分别进行连续分条或分段切断，制成电池极片；

其中，所述x方向与辊压模具的旋转中心轴线方向平行；所述y方向与所述辊压模具的旋转中心轴线方向垂直；并且所述x方向的连续分条或分段切断位置与所述穿孔区域形成间隔设置，所述x方向的间隔设置的尺寸范围为0.1～50mm；所述y方向的连续分条或分段切断位置与所述涂敷区域间隔设置，所述y方向的间隔设置的尺寸范围为0.1～50mm。

本实用新型的第三个方面提供一种电极箔材结构的制备系统，包括：放卷设备、辊压设备和收卷设备；

其中，所述放卷设备固接金属箔的第一端；所述收卷设备固接所述金属箔的第二端；

所述放卷设备与所述收卷设备配合控制所述金属箔经过所述辊压设备的辊压面进行凹孔的加工处理；

所述辊压设备，用于对所述金属箔进行辊压，以使所述金属箔具有至少一面的多个凹孔，所述凹孔的底面为穿孔区域；所述凹孔按照1～20000孔/mm²孔密度排布，每个所述凹孔上设置有穿透孔；所述穿透孔的孔径大小满足0.001mm～0.2mm的孔径范围。

可选地，所述辊压设备，包括：上辊压模组和下辊压模组；

所述辊压设备，用于对所述金属箔进行辊压，以使所述金属箔具有至少一面的多个凹孔，所述凹孔的底面为穿孔区域；所述凹孔按照1～20000孔/mm²孔密度排布，每个所述凹孔上设置有穿透孔；所述穿透孔的孔径大小满足0.001mm～0.2mm孔径范围；

所述上辊压模组沿上中心轴线旋转，所述上辊压模组的表面设置有穿孔用的上对凸点；所述上对凸点的分布密度为：1～20000孔/mm²；所述上辊压模组的辊直径范围为：10～1200mm；所述上辊压模组的辊长度范围为：10～1500mm；

所述下辊压模组沿下中心轴线旋转，所述下辊压模组的表面设置有穿孔用的下对凸点；所述下对凸点的分布密度为：1～20000孔/mm²；所述下辊压模组的辊直径范围为：10～1200mm；所述下辊压模组的辊长度范围为：10～1500mm；

当所述金属箔移动至辊压位置时，所述上辊压模组和所述下辊压模组相向旋转对所述辊压位置的所述金属箔进行辊压处理，经过所述上对凸点与所述下对凸点的相向配合辊压，以使所述金属箔上加工出所述的至少一面有多个凹孔，所述凹孔的孔径范围为0.001mm～0.2mm；所述凹孔的孔密度的范围为：1～20000孔/每平方毫米；所述凹孔的形状包括但不限于是圆锥形、棱锥形。

可选地，通过调整所述上辊压模组与所述下辊压模组之间的配合间隙和深度，以配置金属箔上的所述凹孔孔径大小。

可选地，还包括：连续分条与分段切断处理工艺；

本实用新型的第四个方面提供一种电池，包含第一个方面或其任一项可能的实现方式所述的电极箔材结构，所述电极箔材结构作为所述电池的正负极极片。

本实用新型实施例提供的电极箔材结构、电池及制备系统，对金属箔进行辊压处理，使得辊压后的金属箔表面分布有微米级穿孔，电池正负极浆料涂覆在箔材表面时，会填补箔材表面的凹孔，同时覆盖表面的凸点，增大了电池材料与箔材之间的粘合面积，从而实现更好的与箔材料粘结，这样既可以减少粘结剂在电池材料体系中的投入占比，又可以增加电池能量密度，更好地防止脱粉或掉料现象；相应地，该电极箔材结构本身变得更加柔韧，在电芯卷绕工艺时，更有利于小圆角弯曲卷绕，且小圆角可以做的比平整无孔箔的转弯角更小，从而避免极片的硬度太高，在卷绕小圆角时产生断极片或掉料的风险；并且，在使用该电极箔材结构后，涂覆在带微米级凹凸孔箔材两面的正负极材料：包含水份、锂离子、高分子电解质等，这些材料成份都可以更自由更高效率的通过高密度的微米级孔隙，实现在电芯内部更快速的浸润或流通排出，可提高电解液的注液效率和水分烘烤效率，节约生产能耗，大幅提高生产产能；相应地，电极箔材结构与正负极材料之间的接触面积更大，从而提高电池充放电倍率。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种电极箔材结构的制备系统的侧视图；

图2为本实用新型实施例提供的另一种辊压模组的横截面示意图；

图3为本实用新型实施例提供的另一种电极箔材结构的制备系统的侧视图；

图4为本实用新型实施例提供的金属箔经分条处理的示意图；

图5为本实用新型实施例提供的一种电极箔材结构的制备方法的流程示意图；

图6为本实用新型实施例提供的另一种电极箔材结构的制备方法的流程示意图；

图7为本实用新型实施例提供的一种电极箔材结构的结构示意图；

图8A为现有技术中电池的电解质流通示意图。

图8B为本实用新型实施例提供的一种电池的电解质流通示意图。

具体实施方式

图1为本实用新型实施例提供的一种电极箔材结构的制备系统的侧视图，参见图1，该系统包括：包括：放卷设备10、辊压设备11和收卷设备13；

其中，所述放卷设备10固接金属箔20的第一端；所述收卷设备13固接所述金属箔20的第二端；

所述放卷设备10与所述收卷设备13配合控制所述金属箔20经过所述辊压设备11的辊压面；

具体的，参见图1，该金属箔20沿送料方向经过辊压设备11的辊压面。

所述辊压设备11，用于对所述金属箔20进行辊压，以使所述金属箔20具有至少一面的多个凹孔，所述凹孔的底面为穿孔区域；所述凹孔按照1～20000孔/mm²孔密度排布，每个所述凹孔上设置有穿透孔；所述穿透孔的孔径大小满足0.001mm～0.2mm的孔径范围。

本实用新型实施例提供的电极箔材结构的制备系统，对金属箔进行辊压处理，使得辊压后的金属箔表面分布有微米级穿孔，电池正负极浆料涂覆在箔材表面时，会填补箔材表面的凹点，同时覆盖表面的凸点，增大了电池材料与箔材之间的粘合面积，从而实现更好的与箔材料粘结，这样既可以减少粘结剂在电池材料体系中的投入占比，又可以增加电池能量密度，更好地防止脱粉或掉料现象；相应地，该电极箔材结构本身变得更加柔韧，在电芯卷绕工艺时，更有利于小圆角弯曲卷绕，且小圆角可以做的比平整无孔箔的转弯角更小，从而避免极片的硬度太高，在卷绕小圆角时产生断极片或掉料的风险；并且，在使用该电极箔材结构后，涂覆在带微米级凹凸孔箔材两面的正负极材料：包含水份、锂离子、高分子电解液等，这些材料成份都可以更自由更高效率的通过高密度的微米级孔隙，实现在电芯内部更快速的浸润或流通，可提高电解液的注液效率和水分烘烤效率，节约生产能耗，提高产能；相应地，电极箔材结构与正负极材料之间的接触面积更大，从而提高电池充放电倍率。

进一步地，参见图1，该辊压设备11，包括：上辊压模组110和下辊压模组111；

所述上辊压模组110沿上中心轴线旋转，所述上辊压模组110的表面设置有上对凸点；所述上对凸点的分布密度为：1～20000孔/mm²；所述上辊压模组110的辊直径范围为：10～1200mm；所述上辊压模组110的辊长度范围为：10～1500mm；

所述下辊压模组111沿下中心轴线旋转，所述下辊压模组111的表面设置有下对凸点；所述下对凸点的分布密度为：1～20000孔/mm²；所述下辊压模组111的辊直径范围为：10～1200mm；所述下辊压模组111的辊长度范围为：10～1500mm；

当所述金属箔20移动至辊压位置时，所述上辊压模组110和所述下辊压模组111旋转对所述辊压位置的所述金属箔20进行辊压处理，过所述上对凸点与所述下对凸点的相向配合辊压，以使所述金属箔上加工出所述的至少一面有多个凹孔，所述凹孔的孔径范围为0.001mm～0.2mm；所述凹孔的孔密度的范围为：1～20000孔/每平方毫米；所述凹孔的形状包括但不限于是圆锥形、棱锥形以及其他几何形状。

可选地，所述上辊压模组110和所述下辊压模组111旋转对所述辊压位置的所述金属箔20进行辊压处理，在金属箔20表面形成微米级穿透孔，这些微米级穿透孔的形状，包含但不限于圆形孔、方形孔、多边形孔、圆锥形孔、棱锥形孔、其他异形孔等形状；这些微米级孔的穿孔方法，包括但不限于采用高速小行程的单面冲压方法或双面配合冲压方法、单圆辊单面辊压或双圆辊双面配合辊压方法等；

进一步地，根据目前的可充电电池正负极材料，其原材料粉体颗粒粒径大小一般在纳米级，制成可实施涂布的电池浆料后，其浆料中颗粒粒径大小一般在0.001～0.05mm范围，结合电池技术工艺，这些金属箔上的微米级穿孔孔径大小，一般设计在0.001mm～0.2mm范围，孔越小，可以排布密度就越大，孔数量就能越多；且这些高精密加工的微米级孔，都经过科学的方法进行有规则的均匀排列，根据精密机械加工工艺及电池技术工艺要求，其孔密度设计在每平方毫米1～20000孔范围，孔越多，加工需要越精密，更有利于金属箔两边的水份、电解液及锂离子活动；根据电池极片制造工艺要求，这些孔在箔材料表面的排列方式上，包括但不限于以等间距矩阵的方式及非等间距但有排列规律的方式排列、有规律横向分段式排列及有规律纵向分段式排列方式。

可选地，电极箔材结构表面加工微米级穿孔的方式上，包括但不限于单方向穿孔、双方向穿孔方式，单向穿孔时，材料的一面是凹面，一面是凸面，可提高一定的浆料粘结性；采用双向穿孔时，材料两面都有相对称数量的凹面和凸面，更有利于提高孔隙排列密度、降低穿孔模具的加工难度、提高正负极材料在箔材表面的粘结性，更有利于水份的烘干，电解液的注入与浸润，最大限度的减少粘结剂用量，相应提高正负极主要材料在电池中的占比，从而提高电池能量密度，穿孔后增加了电池材料与箔材料之间的接触面积，也能相应提高电池的充放电倍率性能；

可选地，通过调整所述上辊压模组与所述下辊压模组之间的配合间隙和深度，以配置金属箔上的所述凹孔孔径大小。

所述上辊压模组的凸点与所述下辊压模组的凹槽匹配设置；

所述上辊压模组的凹槽与所述下辊压模组的凸点匹配设置；

还包括：所述金属箔支撑平台，以使所述凸点相互远离。从而使得凸点之间不容易碰撞，提高模具使用寿命。

具体的，下面给出一种辊压模组可能的实现方式，该辊压模组可以被用于上述上辊压模组110或下辊压模组111，上部为上辊压模组，下部为下辊压模组；上辊压模组和下辊压模组相互配合，以匹配金属箔表面的凹孔的形状；优选地，该凹孔横截面的形状为梯形状；

进一步地，该辊对压凸点用于在辊压过程中穿过凹孔的底面，即穿孔区域；以形成上述穿透孔；

进一步地，为了提供辊压效率，图2为本实用新型实施例提供的另一种辊压模组的横截面示意图，参照图2，其中，一个上辊压模组可以包含多个上辊打孔模具，相邻的两个上辊打孔模具之间具有上辊间隙位；相应地，一个下辊压模组可以包含多个下辊打孔模具，相邻的两个下辊打孔模具之间具有下辊间隙位；上辊压模组和下辊压模组可以通过电机或气缸等他执行机构控制，进行远离和靠近的控制，上文所述金属箔，即图中电池箔材料，从上辊压模组和下辊压模组之间穿过。

在图1的基础上，图3为本实用新型实施例提供的另一种电极箔材结构的制备系统的侧视图，参见图3，该系统，还包括：分条设备12；

在经过涂布及烘干处理后，所述分条设备12，用于从所述金属箔20的平面的x方向和y方向进行连续分条或分段切断，制成电池极片。

其中，所述x方向与辊压模具的旋转中心轴线方向平行；所述y方向与所述辊压模具的旋转中心轴线方向垂直；并且所述x方向的连续分条或分段切断位置与所述穿孔区域形成间隔设置，所述x方向的间隔设置的尺寸范围为0.1～50mm；所述y方向的连续分条或分段切断位置与所述涂敷区域间隔设置，所述y方向的间隔设置的尺寸范围为0.1～50mm。

进一步地，所述间隔设置的有益效果是为了确保减少分条或切断时产生毛刺。在分条工序中，因为各生产商加工电池方法不同，Y方大多是分条设备完成，X方向有卷绕切断，有模切方式切断，重点是说明分条或切断在打孔位置时会产生毛刺，分切在平面箔材位置上时，不会产生翻边，造成毛刺，就不会引起电池短路，提高电池安全性。

进一步的，图4为本实用新型实施例提供的金属箔经分条处理的示意图，参见图4，其中涂敷区域覆盖于穿孔区域之上，而y方向的连续分条线穿过该涂敷区域的中轴线，且不与穿孔区域相交；而x方向的分段切割线穿过两个涂敷区域覆盖的间隔地带，且不与穿孔区域相交。从而提高了分条处理工序的安全性。

基于上述实施例提供的电极箔材结构的制备系统，下面给出该系统执行的制备方法的可能的实现方式。

图5为本实用新型实施例提供的一种电极箔材结构的制备方法的流程示意图，参见图5，该方法包括：

步骤100、对金属箔进行辊压，以使金属箔具有至少一面的多个凹孔，凹孔的底面为穿孔区域；凹孔按照一定孔密度排布，每个凹孔上设置有穿透孔；穿透孔的孔径满足孔径范围；

步骤101、对金属箔进行涂敷处理，金属箔的涂敷区域覆盖于穿孔区域之上；

步骤102、对所述金属箔进行分条及切断制片处理。

本实用新型实施例提供的电极箔材结构的制备方法，对金属箔进行辊压处理，使得辊压后的金属箔表面分布有微米级穿孔，电池正负极浆料涂覆在箔材表面时，会填补箔材表面的凹点，同时覆盖表面的凸点，增大了电池材料与箔材之间的粘合面积，从而实现更好的与箔材料粘结，这样既可以减少粘结剂在电池材料体系中的投入占比，又可以增加电池能量密度，更好地防止脱粉或掉料现象；相应地，该电极箔材结构本身变得更加柔韧，在电芯卷绕工艺时，更有利于小圆角弯曲卷绕，且小圆角可以做的比平整无孔箔的转弯角更小，从而避免极片的硬度太高，在卷绕小圆角时产生断极片或掉料的风险；并且，在使用该电极箔材结构后，涂覆在带微米级凹凸孔箔材两面的正负极材料：包含水份、锂离子、高分子电解液等，这些材料成份都可以更自由更高效率的通过高密度的微米级孔隙，实现在电芯内部更快速的浸润或流通，可提高电解液的注液效率和水分烘烤效率，节约生产能耗，提高产能；相应地，电极箔材结构与正负极材料之间的接触面积更大，从而提高电池充放电倍率。

优选地，所述孔径范围为0.001mm～0.2mm；所述孔密度的范围为：1～20000孔/每平方毫米。

在图5的基础上，图6为本实用新型实施例提供的另一种电极箔材结构的制备方法的流程示意图，参见图6，其中步骤102的一种可能的实现方式为：

步骤102a、对金属箔的平面从x方向和y方向分别进行连续分条或分段切断，制成电池极片；

其中，x方向与辊压模具的旋转中心轴线方向平行；y方向与辊压模具的旋转中心轴线方向垂直；并且x方向的连续分条或分段切断位置与穿孔区域形成间隔设置，x方向的间隔设置的尺寸范围为0.1～50mm；y方向的连续分条或分段切断位置与涂敷区域间隔设置，y方向的间隔设置的尺寸范围为0.1～50mm。

采用步骤102a的方式，所述间隔设置的有益效果是为了确保减少分条或切断时产生毛刺。即在分条工序中，因为各生产商加工电池方法不同，Y方大多是分条设备完成，X方向有卷绕切断，有模切方式切断，重点是说明分条或切断在打孔位置时会产生毛刺，分切在平面箔材位置上时，不会产生翻边，造成毛刺，就不会引起电池短路，提高电池安全性。

具体的，对于步骤102a实现的效果可以参见图4。

进一步地，基于上述实施例提供的制备系统，采用上述实施例提供的制备方法，下面给出上述电极箔材结构的可能的实现方式。

具体的，图7为本实用新型实施例提供的一种电极箔材结构的结构示意图，参见图7，该电极箔材结构，包括：金属箔20；

所述金属箔20具有至少一面的多个凹孔20-1，所述凹孔的底面20-1a为穿孔区域；

该凹孔为高精密、微米级对穿的凹孔。

所述凹孔20-1按照一定密度进行规律性排布，，每个所述凹孔20-1上设置有穿透孔20-2；所述穿透孔20-2的孔径范围：0.001mm～0.2mm，所述穿孔密度的范围为：每平方毫米1～20000孔。

本实用新型实施例提供的电极箔材结构，对金属箔进行辊压处理，使得辊压后的金属箔表面分布有微米级穿孔，电池正负极浆料涂覆在箔材表面时，会填补箔材表面的凹点，同时覆盖表面的凸点，增大了电池材料与箔材之间的粘合面积，从而实现更好的与箔材料粘结，这样既可以减少粘结剂在电池材料体系中的投入占比，又可以增加电池能量密度，更好地防止脱粉或掉料现象；相应地，该电极箔材结构本身变得更加柔韧，在电芯卷绕工艺时，更有利于小圆角弯曲卷绕，且小圆角可以做的比平整无孔箔的转弯角更小，从而避免极片的硬度太高，在卷绕小圆角时产生断极片或掉料的风险；并且，在使用该电极箔材结构后，涂覆在带微米级凹凸孔箔材两面的正负极材料：包含水份、锂离子、高分子电解液等，这些材料成份都可以更自由更高效率的通过高密度的微米级孔隙，实现在电芯内部更快速的浸润或流通，可提高电解液的注液效率和水分烘烤效率，节约生产能耗，提高产能；相应地，电极箔材结构与正负极材料之间的接触面积更大，从而提高电池充放电倍率。

所述金属箔的材质包括但不限于：铝、铜、镍；所述金属箔材上每个所述凹孔的形状包括但不限于：圆锥形、棱锥形形状及其他几何形状。

相应地，本实用新型实施例还公开一种电池，其应用上述实施例所述的电极箔材结构，作为所述电池的正负极极片。

本实用新型实施例提供的电池，其采用上述实施例的制备系统及方法，获得辊压后的金属箔，辊压后的金属箔表面分布有微米级穿孔，电池正负极浆料涂覆在箔材表面时，会填补箔材表面的凹点，同时覆盖表面的凸点，增大了电池材料与箔材之间的粘合面积，从而实现更好的与箔材料粘结，这样既可以减少粘结剂在电池材料体系中的投入占比，又可以增加电池能量密度，更好地防止脱粉或掉料现象；相应地，该电极箔材结构本身变得更加柔韧，在电芯卷绕工艺时，更有利于小圆角弯曲卷绕，且小圆角可以做的比平整无孔箔的转弯角更小，从而避免极片的硬度太高，在卷绕小圆角时产生断极片或掉料的风险；并且，在使用该电极箔材结构后，涂覆在带微米级凹凸孔箔材两面的正负极材料：包含水份、锂离子、高分子电解液等，这些材料成份都可以更自由更高效率的通过高密度的微米级孔隙，实现在电芯内部更快速的浸润或流通，可提高电解液的注液效率和水分烘烤效率，节约生产能耗，提高产能；相应地，电极箔材结构与正负极材料之间的接触面积更大，从而提高电池充放电倍率。

具体的，图8A为现有技术中电池的电解质流通示意图，参见图8A，其中，现有的正极铝箔以及负极铝箔都为平面结构，因此正极材料以及负极材料的电解质，只能在轴向流通方向进行流通，效率交底。

相比之下，图8B为本实用新型实施例提供的一种电池的电解质流通示意图，该电池的正极铝片以及负极铝片，均采用本实用新型上述实施例公开的锟压系统压制成的电极箔材结构，则参见图8B可知，由于铝箔上设置有多个高精密、微米级对穿的凹孔，因此电解质在正极和负极除了常规的轴向流通以外，还可以进行径向流通，从而可以加速电解质的扩散与浸润，可以加速水分在烘干工艺时的排出效率，可以更加有效的控制及降低在电池材料中的水分含量，从而提高安全性，电池循环寿命等。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。