多孔金属箔生产装置、工艺及锂电池制备方法与流程

本发明涉及一种金属箔生产工艺，特别是涉及一种多孔金属箔生产装置、工艺及锂电池制备方法。

背景技术

采用激光加工微孔是激光加工的主要应用领域之一，激光加工微孔主要依靠光化学腐蚀和光热燃烧，被加工材料吸收高能量的激光，在极短时间内加工出细而深的微孔。

目前金属箔表面微孔是通过激光和模切来加工形成。这种微孔形成方法存在一些不足之处：微孔的分布不规则，尤其是毛刺尺寸较大，难以满足使用要求；铜对二氧化碳激光等远红外线激光的吸收率极低，因此，当利用cu直接法形成微导通孔时，需要事先进行黑化处理等用于提高金属箔表面的激光吸收率的前处理。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种多孔金属箔生产装置、工艺及锂电池制备方法。

本发明的一技术方案为:

一种多孔金属箔生产装置，包括：用于轧制金属网的金属箔轧机，用于盛装电解液的电解槽，以及压延设备；所述金属箔轧机位于电解槽前侧，压延设备位于电解槽后侧，所述金属箔轧机的前端设有送料辊，所述电解槽内设有传料辊，压延设备的后端设有接料辊，外部金属网依次绕过送料辊，传料辊和接料辊，外部金属网沿着送料辊，传料辊和接料辊移动。

本发明的一技术方案为:

一种多孔金属箔生产工艺，其特征在于，包括：

第一步，选金属网；

第二步，压延金属网，金属网达到需要的厚度；

第三步，将压延后的金属网放入电解液中电解，电解金属附着在金属网网孔的连接点并将金属网网孔的连接点固定；

第四步，取出金属网，机械或化学处理金属网，达到需要的厚度，形成多孔金属箔。

一种优选方案是所述第四步通过机械压延或化学蚀刻处理金属网。

一种优选方案是所述金属网为铜网，铝网或镍网；当金属网为铜网时，电解液中含有铜离子；当金属网为铝网时，电解液中含有铝离子；当金属网为镍网时，电解液中含有镍离子。

一种优选方案是所述第二步压延金属网通过金属箔轧机轧制，总共分为5个轧制道次，包括：所述第一道次中的压下率为45％～47％，总入口张力为2900n～3100n，总出口张力为5000n～5200n，轧制速度为700m/min～740m/min，轧制力为400n～430n，弯辊力为1～2mpa；

第二道次中的压下率为40％～42％，总入口张力为2900n～3100n，总出口张力为3000n～3200n，轧制速度为700m/min～740m/min，轧制力为400n～430n，弯辊力为1～2mpa；

第三道次中的压下率为32％～35％，总入口张力为1700n～1900n，总出口张力为1900n～2100n，轧制速度为700m/min～740m/min，轧制力为400n～430n，弯辊力为1～2mpa；

第四道次中的压下率为31％～33％，总入口张力为1100n～1300n，总出口张力为1300n～1500n，轧制速度为700m/min～740m/min，轧制力为400n～430n，弯辊力为1～2mpa；

第五道次中的压下率为27％～30％，总入口张力为700n～900n，总出口张力为900n～1100n，轧制速度为700m/min～740m/min，轧制力为400n～430n，弯辊力为1～2mpa。

一种优选方案是所述总共分为5个轧制道次：

第一道次中的入口厚度为0.150mm，出口厚度为0.08mm，压下率为46.7％，总入口张力为3000n，总出口张力为5150n，轧制速度为730m/min，轧制力为420kn，弯辊力为2mpa；

第二道次中的入口厚度为0.08mm，出口厚度为0.048mm，压下率为40％，总入口张力为2950n，总出口张力为3100n，轧制速度为730m/min，轧制力为420kn，弯辊力为2mpa；

第三道次中的入口厚度为0.048mm，出口厚度为0.032mm，压下率为33.3％，总入口张力为1800n，总出口张力为2000n，轧制速度为730m/min，轧制力为420kn，弯辊力为2mpa；

第四道次中的入口厚度为0.032mm，出口厚度为0.022mm，压下率为31.3％，总入口张力为1200n，总出口张力为1400n，轧制速度为730m/min，轧制力为420kn，弯辊力为2mpa；

第五道次中的入口厚度为0.022mm，出口厚度为0.06mm至0.016mm，压下率为27.3％，总入口张力为800n，总出口张力为1000n，轧制速度为730m/min，轧制力为420kn，弯辊力为2mpa；

最终得到厚度为0.006mm至0.0016mm的压延金属箔。

本发明的另一技术方案为：

一种含多孔金属箔锂电池的制备方法，包括以下步骤：采用权利要求2所述方法得到的多孔金属箔，然后经涂布、辊压分切、激光切得到负极片，再与正极片一起卷绕得到电池卷芯，再经组装、烘烤、注液、化成、分容，得到含金属箔的成品锂电池。

一种优选方案是涂布工艺具体步骤如下：

s1、按重量份称取82-88份石墨、1.5-2份超导炭黑、4-6份粘结剂；

s2、取30-35％的粘结剂、超导炭黑混合搅拌1-2h，然后加入以石墨总重量为基准30-35％的石墨，高速搅拌1.5-2.5h，再加入剩余粘结剂和剩余石墨，高速搅拌2-3h，得到负极粉料；

s3、将负极粉料经过流量计，然后预热，得到预处理负极粉料，再将粘结剂软化，经喷枪将预处理负极粉料喷到多孔金属箔表面。

一种优选方案是正极片按以下工艺进行制备：

s1、按重量份称取磷酸铁锂、超导炭黑、石墨粉、聚偏氟乙烯、n-甲基吡咯烷酮；

s2、将聚偏氟乙烯与n-甲基吡咯烷酮混合，打胶，再加入超导炭黑和石墨粉，搅拌，然后加入磷酸铁锂，分散，得到正极浆料，经涂布、辊压、点焊制得正极片。

一种优选方案是正极片按以下工艺进行制备：

s1、按重量份称取80-85份磷酸铁锂、3.5-4份超导炭黑、0.5-1份石墨粉、3.5-4.5份聚偏氟乙烯、140-160份n-甲基吡咯烷酮；

s2、将聚偏氟乙烯与n-甲基吡咯烷酮混合，打胶3-4h，再加入超导炭黑和石墨粉，高速搅拌1-1.5h，然后加入磷酸铁锂，高速分散4-5h，得到正极浆料，经涂布、辊压、点焊制得正极片。

有益效果：用现有的金属网压延形成所需的厚度，金属网为铜网，铝网和镍网；当金属网为铜网时，电解液中含有铜离子，并将铜网放入含铜离子的电解液中电解，电解铜附着在铜网网孔的连接点并将铜网网孔的连接点固定，之后压延处理，形成所需厚度的多孔铜网箔，因此，多孔铜网箔的微孔分布规则，基本不会有毛刺，无需事先进行黑化处理，工艺简单，透气减震效果好；当金属网为铝网时，电解液中含有铝离子；当金属网为镍网时，电解液中含有镍离子；锂离子电池负极集流体采用铜网提高了多孔金属箔表面粗糙度，改善了电极材料的粘结性，增加了电极与铜材之间的接触，改善极片导电性能；同时本发明提供的以多孔金属箔作为锂离子电池的负极集流体，提高了负极材料与集流体的粘结性，还可有效改善电解液在极片中的浸润，降低电芯极化，在内阻、倍率、循环等方面也明显提升锂离子电池性能，延长锂离子电池使用寿命。

附图说明

图1是本发明中多孔金属箔生产装置的示意图一；

图2是本发明中多孔金属箔生产装置的示意图二；

图3是本发明中第五实施例提出的锂离子电池倍率性能曲线；

图4是本发明中第六实施例提出的锂离子电池倍率性能曲线。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。

第一实施例，如图1和图2所示，一种多孔金属箔生产装置，包括：用于轧制金属网的金属箔轧机1，用于盛装电解液的电解槽3，以及压延设备4；金属箔轧机1位于电解槽3前侧，压延设备4位于电解槽3后侧，金属箔轧机1的前端设有送料辊11，电解槽3内设有传料辊31，压延设备4的后端设有接料辊41，金属网2依次绕过送料辊11，传料辊31和接料辊41。金属网2沿着送料辊11，传料辊31和接料辊41移动。金属网为铜网，铝网或镍网。

如图1和图2所示，电解槽3内设有含铜离子的电解液，含铝离子的电解液或者含镍离子的电解液；当电解槽3内设有含铜离子的电解液时，外部金属网2为铜网；当电解槽3内设有含铝离子的电解液时，外部金属网2为铝网；当电解槽3内设有含镍离子的电解液时，外部金属网2为镍网。

如图1和图2所示，金属箔轧机1的数量可以为一台或两台，当金属箔轧机1的数量为或两台时，金属箔轧机1位于电解槽3前侧和后侧，压延设备4位于金属箔轧机1的后侧。

第二实施例，一种多孔铜箔生产工艺，包括：

第一步，选金属网；

第二步，压延金属网，达到需要的厚度；

第三步，将压延后的金属网放入含铜离子的电解液中电解，电解铜附着在金属网网孔的连接点并将金属网网孔的连接点固定；

第四步，取出金属网，机械或化学处理金属网，达到需要的厚度，形成多孔金属箔。

具体地，第二步和第三步的顺序可以调过来，即先金属网放入电解液中电解，电解金属附着在金属网网孔的连接点并将金属网网孔的连接点固定，再压延金属网，达到需要的厚度，形成多孔金属箔。

选600到800目金属网，网孔分布均匀，有规则。用金属箔轧机轧制金属网，总共分为5个轧制道次，包括：第一道次中的压下率为45％～47％，总入口张力为2900n～3100n，总出口张力为5000n～5200n，轧制速度为700m/min～740m/min，轧制力为400n～430n，弯辊力为1～2mpa；

金属网为铜网、铝网或镍网。当金属网为铜网时，电解液为含有铜离子的电解液；当金属网为铝网时，电解液为含有铝离子的电解液；当金属网为镍网为时，电解液为含有镍离子的电解液。以金属网为铜网时为例，电解液中含有铜离子，并将铜网放入含铜离子的电解液中电解，电解铜附着在铜网网孔的连接点并将铜网网孔的连接点固定，之后压延处理，形成所需厚度的多孔铜网箔，因此，多孔铜网箔的微孔分布规则，基本不会有毛刺，无需事先进行黑化处理，工艺简单，透气减震效果好。

第二道次中的压下率为40％～42％，总入口张力为2900n～3100n，总出口张力为3000n～3200n，轧制速度为700m/min～740m/min，轧制力为400n～430n，弯辊力为1～2mpa；

第三道次中的压下率为32％～35％，总入口张力为1700n～1900n，总出口张力为1900n～2100n，轧制速度为700m/min～740m/min，轧制力为400n～430n，弯辊力为1～2mpa；

第四道次中的压下率为31％～33％，总入口张力为1100n～1300n，总出口张力为1300n～1500n，轧制速度为700m/min～740m/min，轧制力为400n～430n，弯辊力为1～2mpa；

第五道次中的压下率为27％～30％，总入口张力为700n～900n，总出口张力为900n～1100n，轧制速度为700m/min～740m/min，轧制力为400n～430n，弯辊力为1～2mpa。

优选的，总共分为5个轧制道次：

第一道次中的入口厚度为0.150mm，出口厚度为0.08mm，压下率为46.7％，总入口张力为3000n，总出口张力为5150n，轧制速度为730m/min，轧制力为420kn，弯辊力为2mpa；

第二道次中的入口厚度为0.08mm，出口厚度为0.048mm，压下率为40％，总入口张力为2950n，总出口张力为3100n，轧制速度为730m/min，轧制力为420kn，弯辊力为2mpa；

第三道次中的入口厚度为0.048mm，出口厚度为0.032mm，压下率为33.3％，总入口张力为1800n，总出口张力为2000n，轧制速度为730m/min，轧制力为420kn，弯辊力为2mpa；

第四道次中的入口厚度为0.032mm，出口厚度为0.022mm，压下率为31.3％，总入口张力为1200n，总出口张力为1400n，轧制速度为730m/min，轧制力为420kn，弯辊力为2mpa；

第五道次中的入口厚度为0.022mm，出口厚度为0.016mm，压下率为27.3％，总入口张力为800n，总出口张力为1000n，轧制速度为730m/min，轧制力为420kn，弯辊力为2mpa；

最终得到厚度为0.006mm至0.0016mm的压延金属箔。

金属网为铜网，铝网或镍网；通过多孔金属箔生产工艺处理后形成铜箔，铝箔或镍箔。

以金属网为铜网为例，将压延铜网放入含铜离子的电解液中电解，电解铜附着在网孔边缘和网孔的连接处，电解铜附着在网孔连接处时，电解铜将网孔连接处固定，使得网孔连接处为一体，电解铜附着在网孔边缘时，网孔孔径缩小，达到需要的孔径。本发明中，硫酸铜电解液中包含有0.0010wt％的ag以及0.0014wt％的p。

优选的，第四步中，通过机械压延或化学蚀刻处理金属网，形成多孔金属箔。金属网为铜网、铝网或镍网，当金属网为铜网时，电解液为含有铜离子的电解液，压延处理后形成多孔铜箔；当金属网为铝网时，电解液为含有铝离子的电解液，压延处理后形成多孔铝箔；当金属网为镍网时，电解液为含有镍离子的电解液，压延处理后形成多孔镍箔。

第三实施例，

本发明提出的一种多孔金属箔的锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：通过电铸形成连续的多孔金属箔，得到多孔金属箔，然后经涂布、辊压分切、激光切得到负极片，再与正极片一起卷绕得到电池卷芯，再经组装、烘烤、注液、化成、分容，得到含多孔金属箔的成品锂离子电池，金属箔为铜箔、铝箔或镍箔。

第四实施例，

本发明提出的一种含多孔金属箔的锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：电铸形成多孔金属箔，然后经涂布、辊压分切、激光切得到负极片，再与正极片一起卷绕得到电池卷芯，再经组装、烘烤55h、注液、化成、分容，得到含多孔金属箔的成品锂离子电池。

多孔金属箔中留有以便于制片时做极耳用的未冲孔区域；多孔金属箔的厚度为10-15μmμm，抗拉强度为200-250mpa。

涂布工艺具体步骤如下：

s1、按重量份称取石墨、超导炭黑、粘结剂；

s2、取以粘结剂总重量为基准30-35％的粘结剂、超导炭黑混合搅拌，然后加入以石墨总重量为基准30-35％的石墨，搅拌，再加入剩余粘结剂和剩余石墨，搅拌，得到负极粉料；

s3、将负极粉料经过流量计，然后预热，得到预处理负极粉料，再将粘结剂软化，经喷枪将预处理负极粉料喷到多孔金属箔表面。

金属箔为铜箔、铝箔或镍箔。

具体的，涂布工艺具体步骤如下：

s1、按重量份称取石墨、超导炭黑、粘结剂；

s2、取以粘结剂总重量为基准30％的粘结剂、超导炭黑混合搅拌，然后加入以石墨总重量为基准30％的石墨，搅拌，再加入剩余粘结剂和剩余石墨，搅拌，得到负极粉料；

s3、将负极粉料经过流量计，然后预热，得到预处理负极粉料，再将粘结剂软化，经喷枪将预处理负极粉料喷到多孔金属箔表面。

金属箔为铜箔、铝箔或镍箔。

第五实施例，

如图3所示，本发明提出的一种含多孔金属箔的锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：将多孔金属箔电铸一次成孔，得到多孔金属箔，然后经涂布、辊压分切、激光切得到负极片，再与正极片一起卷绕得到电池卷芯，再经组装、烘烤48h、注液、化成、分容，得到含多孔金属箔的成品锂离子电池。

其中，多孔金属箔电铸一次成孔，得到的多孔金属箔无毛刺，多孔金属箔中留有以便于制片时做极耳用的未冲孔区域；多孔金属箔的厚度为12μm，抗拉强度为220mpa。

金属箔为铜箔、铝箔或镍箔。

涂布工艺具体步骤如下：

s1、按重量份称取82-88份石墨、1-1.4份超导炭黑、1-3份粘结剂；

s2、取以粘结剂总重量为基准30-35％的粘结剂、超导炭黑混合搅拌1-2h，然后加入以石墨总重量为基准30-35％的石墨，高速搅拌1.5-2.5h，再加入剩余粘结剂和剩余石墨，高速搅拌2-3h，得到负极粉料；

s3、将负极粉料经过流量计，然后预热，得到预处理负极粉料，再将粘结剂软化，经喷枪将预处理负极粉料喷到多孔金属箔表面。

金属箔为铜箔、铝箔或镍箔。。

具体的，涂布工艺具体步骤如下：

s1、按重量份称取85份石墨、1.2份超导炭黑、2份粘结剂；

s2、取以粘结剂总重量为基准32％的粘结剂、超导炭黑混合搅拌1.5h，然后加入以石墨总重量为基准33％的石墨，高速搅拌2h，再加入剩余粘结剂和剩余石墨，高速搅拌2h，得到负极粉料；

s3、将负极粉料经过流量计，然后预热，得到预处理负极粉料，再将粘结剂软化，经喷枪将预处理负极粉料喷到多孔金属箔表面。

金属箔为铜箔、铝箔或镍箔。

正极片按以下工艺进行制备：

s1、按重量份称取82.5份磷酸铁锂、3.8份超导炭黑、0.8份石墨粉、4份聚偏氟乙烯、150份n-甲基吡咯烷酮；

s2、将聚偏氟乙烯与n-甲基吡咯烷酮混合，打胶4h，再加入超导炭黑和石墨粉，高速搅拌1h，然后加入磷酸铁锂，高速分散5h，得到正极浆料，经涂布、辊压、点焊制得正极片。

第六实施例，

本发明提出的一种含多孔金属箔的锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：多孔金属箔电铸一次成孔，得到多孔金属箔，然后经涂布、辊压分切、激光切得到负极片，再与正极片一起卷绕得到电池卷芯，再经组装、烘烤52h、注液、化成、分容，得到含多孔金属箔的成品锂离子电池。

其中，多孔金属箔电铸一次成孔，多孔金属箔的孔径径大小为130μm，孔与孔之间的间距为130μm，且多孔金属箔的密度为65g/m²；多孔金属箔中留有以便于制片时做极耳用的未冲孔区域；多孔金属箔的厚度为14μm，抗拉强度为240mpa。

金属箔为铜箔、铝箔或镍箔。

涂布工艺具体步骤如下：

s1、按重量份称取80-85份磷酸铁锂、3.5-4份超导炭黑、0.5-1份石墨粉、3.5-4.5份聚偏氟乙烯、140-160份n-甲基吡咯烷酮；

s2、将聚偏氟乙烯与n-甲基吡咯烷酮混合，打胶3-4h，再加入超导炭黑和石墨粉，高速搅拌1-1.5h，然后加入磷酸铁锂，高速分散4-5h，得到正极浆料，经涂布、辊压、点焊制得正极片。

具体的，正极片按以下工艺进行制备：

s1、按重量份称取85份磷酸铁锂、3.5份超导炭黑、1份石墨粉、3.5份聚偏氟乙烯、150份n-甲基吡咯烷酮；

s2、将聚偏氟乙烯与n-甲基吡咯烷酮混合，打胶3h，再加入超导炭黑和石墨粉，高速搅拌1.5h，然后加入磷酸铁锂，高速分散4h，得到正极浆料，经涂布、辊压、点焊制得正极片。

为检测本发明制备含多孔金属箔的锂离子电池的电化学性能，以实施例五制备得到的含多孔金属箔的锂离子电池以及实施例六制备得到的含多孔金属箔的锂离子电池为对象进行分析，得到图3和图4，从图3图4可看出，与普通金属箔相比，采用多孔金属箔的锂离子电池在倍率及循环性能上的得到提升，表现出更加优异的性能。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。