[发明专利]一种激光多重频优化组合加工储能器件三维集流体的方法

说明书

一种激光多重频优化组合加工储能器件三维集流体的方法，先对集流体进行预处理，然后搭建飞秒激光系统，利用Scan Master Designer软件设计需要加工的微孔阵列图案，并将图案划分成S1‑S7七个加工区域，每个加工区域设置不同的激光重频和激光脉冲延时，S1‑S7所对应的重频参数依次由高到低；本发明利用七个加工区域组合、复制与拼接，实现加工区域面积成倍数增加，再配合集流体收卷装置就能实现任意大面积三维集流体的加工；通过计算机对飞秒激光器多重频优化组合，振镜控制飞秒激光做预设的运动，激光扫描后即可实现集流体的加工，工序简易，能够在保证加工质量的前提下，显著提高加工效率，大幅促进三维集流体批量化生产。

技术领域

本发明属于激光微细加工技术领域，特别涉及一种激光多重频优化组合加工储能器件(锂电池、钠电池、超级电容器等)三维集流体的方法。

背景技术

在能源危机和环境污染的双重压力下，世界各国都在寻求一种高效的绿色环保的储能方式，锂电池凭借其无记忆效应、能量密度大、循环性能好、自放电小等良好性能，在电子、通讯、能源、交通、航天、军事、互联网等领域得到了广泛应用。钠盐原材料储量丰富，价格低廉，钠离子电池无过放电特性，允许钠离子电池放电到零伏。钠离子电池能量密度大于100Wh/kg，可与磷酸铁锂电池相媲美，但是其成本优势明显，有望在大规模储能中取代传统铅酸电池。

超级电容器是一种绿色能源，兼具高能量密度和高功率密度，使用温度范围广，寿命长，免维护，可以在很小的体积下达到法拉级的电容量。随着科技的发展，人们对储能器件的性能提出了更高的要求：更高的容量、更高的能量密度和更长的使用寿命，以扩大在电动汽车和储能电站等领域中的应用。

集流体是锂/钠电池以及超级电容器的重要组成部分，集流体不仅能承载活性物质，而且还可以将电极活性物质产生的电流汇集并输出，有利于降低内阻，提高储能效率以及储能性能。集流体的性能影响着储能器件的物理、化学、电学性能，对集流体的修饰改造为解决高容量储能材料容量衰减快、循环性能差的难题提供了一种新的技术途径。

目前，利用激光器加工集流体还主要集中在激光打孔和织构等加工方法上，加工的集流体的厚度多数较厚，且此类较厚的集流体仅为实验探究，尚不能应用于实际集流体的生产；激光器大面积加工仍存在加工质量差和加工效率低的问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种激光多重频优化组合加工储能器件三维集流体的方法，从而在保证加工质量的前提下，大大提高了加工效率，实现大面积加工，为三维集流体大批量化生产提供技术支撑。

为了实现上述目的，本发明采用以下的技术方案：

一种激光多重频优化组合加工储能器件三维集流体的方法，包括以下步骤：

1)对集流体进行预处理，先在丙酮溶液中超声清洗5min，再在去离子水中超声清洗5min，最后在无水乙醇中超声清洗5min；

2)搭建飞秒激光系统，飞秒激光系统包括飞秒激光器1，飞秒激光器1输出激光经第一反射镜2、第二反射镜3、小孔光阑11，经再经过扩束镜4，进入振镜5，再经过场镜6聚焦，聚焦后的光线照射在固定在x、y、z可调节移动载物台8上的集流体7上，飞秒激光器1、振镜的控制单元9和计算机10连接；

3)利用计算机10调节飞秒激光器1输出激光波长为1030nm，重频为1kHz-200kHz，脉宽为240fs，单脉冲能量30-100μJ；

4)利用计算机10通过振镜的控制单元9控制振镜6进而控制激光的脉冲延迟时间和运动轨迹，脉冲延迟时间为1ms-10000ms，通过脉冲延时与激光器重频，计算得到相应的脉冲数；