[发明专利]一种锂电池用三维多腔集流体的制备方法及系统

说明书

本发明属于锂离子电池制备技术领域，具体涉及一种锂电池用三维多腔集流体的制备方法及系统。锂离子电池作为一种清洁能源具有良好的应用前景，三维多腔集流体能够有效抑制锂枝晶生长，提高电池安全性。本发明提供了一种三维多腔集流体制备方法，利用激光提供动力使箔片在多孔模具中进行多腔阵列冲击成形，加工速度快、精度高，适宜工业化生产，得到的三维多腔集流体表面均匀分布有阵列的多腔微结构且腔容充分。对比于平整集流体，所得三维多腔集流体负载的金属负极可以有效地抑制锂枝晶的生长，延长电池循环寿命，提高电池安全性。

技术领域

本发明属于锂离子电池制备技术领域，具体涉及一种用于锂离子电池负极的三维多腔集流体的制备方法及系统。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

近年来，随着生态环境问题日益严重，清洁能源的研究受到了广泛关注。可充放电的锂电池具有低氧化还原电位、高理论比容量、自放电率低、无记忆效应等优点，使其在电动汽车高能量密度存储系统研究中具有相当的潜力。但锂电池在循环过程中可能存在的锂枝晶生长、固态电解质界面膜破碎、电极腐蚀和电解液消耗等问题限制了它的商业应用。

抑制锂枝晶生长的方法主要有电解液改性、隔膜改性和集流体改造。其中，集流体改造的主要方法是制备三维多孔集流体，使锂金属沿集流体骨架沉积生长，优先填充空隙，从而避免平整表面存在的尖端效应，增强电池安全性。专利号CN101596598A的中国专利文献是脱合金化制备三维多孔铜的代表之一。利用腐蚀溶液去除合金中除铜以外的其它金属，即可获得随机纳米多孔结构，为锂枝晶生长提供空间。但这种方法步骤复杂，条件严苛，能耗高，产物纯度难以保证，还有可能造成不必要的环境污染。专利号CN104716330A的中国专利文献提出了一种三维多孔集流体的制备方法，在金属箔表面生长氢氧化铜，脱水成氧化铜再经还原获得纳米束结构的多孔金属箔，排除了杂质金属对集流体质量的影响，但基于化学反应的制备过程，制备时间长，反应条件要求高，并不适宜大规模工业化生产。

发明内容

针对上述研究背景，本发明提供了一种采用激光冲击制备三维多腔集流体的方法。相比传统的化学腐蚀方法，采用激光冲击方法制备三维多腔集流体制备工艺更加简单快速，适合大规模生产，形成的凹凸表面更易于控制。进一步的，本发明研究还发现，采用激光对冲方式制备三维多腔集流体，不仅节约制备时间，该方法获得的金属箔机械强度也具有提升，作为锂离子电池负极材料应用具有良好的电学性能，具有推广意义。

基于上述研究成果，本发明提供以下技术方案：

本发明第一发明，提供一种三维多腔集流体，所述三维多腔集流体为金属箔，呈现均匀的多腔阵列，各腔室的孔径和孔容均一致；所述腔室呈现单方向凹陷或凹凸的波浪形结构。

现有技术中通常采用化学腐蚀方法制备集流体，所得集流体中分布多种不均匀的孔道结构。而本发明提供了一种结构新颖的三维多腔集流体，采用连续的、具有腔室阵列分布的金属箔作为集流体，不采用传统的多孔结构，并且本发明研究结果证实了该结构的集流体同样具有良好的电学性能。并且通过激光制备集流体具有快速、环保的技术优势，应用于锂离子电池负极材料的制备具有显著的技术提升。

本发明第二方面，提供一种三维多腔集流体的加工系统，所述加工系统包括激光器、激光控制器及模具，所述激光器为至少两个；

所述激光控制器用于调节激光器发射激光的脉冲次数、光束能量、光束半径等参数；

所述模具为通孔模具，带有目标阵列图案。模具孔轴截面形状为沙漏形。

优选的，所述加工系统还包括分光器，将一台激光器发出的激光束由分光器分为多束，从而代替多台激光器发射多束激光。

本发明第三方面，提供一种单向冲击的三维多腔集流体的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：