[发明专利]具有异形盲孔阵列结构的锂离子电池集流体及制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池集流体及其工艺，尤其涉及具有异形盲孔阵列 结构的锂离子电池集流体及制造方法。

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锡。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增大，最终导致 容量衰减速度增大。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，本发明的目的在于提供具有异形盲孔阵列结 构的锂离子电池集流体及制造方法，具有更好的循环性能，能显著提高锂离 子电池的使用性能。

本发明具体技术方案如下：

具有异形盲孔阵列结构的锂离子电池集流体的制造方法，其特点在于包 括如下步骤：

(1)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1～5μm、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)根据所要制造的异形盲孔阵列结构，通过离散分层方法设计出每一 层金属箔片对应的二维结构，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)依次放入下一层金属箔片，利用步骤(4)所述的激光或电火花加 工方法在这一层金属箔片上加工出所设定的异形盲孔槽结构；依次重复上述 操作直至完成所有金属箔片上二维结构的加工；

(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异形盲孔阵列结构的锂 离子电池集流体。

上述步骤(7)烧结温度为金属材料熔点的0.7～0.8倍，保温时间为30 min～90min。

上述金属箔片的选取材料为铜、钢或者铝。

上述制造方法所制得的具有异形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异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10μm～20μm，异形盲孔孔径为100μm～ 200μm、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 200μm～400μm。

上述锂离子电池集流体的异形盲孔截面形状为鼓形孔、锥形或者燕尾槽 形。

上述异形盲孔阵列结构为矩形阵列或环形阵列。

本发明的有益效果是：

本发明具有异形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。

本发明工艺手段简便易行、成本低廉。

附图说明

图1为本发明具有异形盲孔阵列结构的锂离子电池集流体的单片金属箔 片的结构示意图。