[发明专利]一种基于错位毛化轧制的穿孔集流体箔材制备方法及装置

说明书

本发明公开一种基于错位毛化轧制的穿孔集流体箔材制备方法及装置，该制备方法步骤包括：先将两根轧辊分别架在数控车床上，在轧辊表面加工环形凸起；将制作好的轧辊对组装在轧机上，使两根轧辊表面的环形凸起相互错开，再将箔材从两根轧辊的夹缝间穿过，施加轧制力在箔材上下表面形成不穿透凹坑构成的表面毛化结构；在轧机出口处安装激光打孔模块，利用激光打孔模块的平移机构驱动扫描头沿垂直箔材运动的方向移动，移动过程中，扫描头沿箔材的运动方向扫描，形成扫描带，并对箔材实施激光打孔，最终得到表面毛化、穿孔集流体箔材。本发明轧制的穿孔基箔双面凹坑互不重叠，利用轧辊表面凸起的错位挤压作用形成表面形貌，具有良好的力学性能和高表面粗糙度。

技术领域

本发明涉及电化学储能领域，尤其是涉及一种基于错位轧制的表面毛化、穿孔集流体箔材的制备方法及装置。

背景技术

在电化学储能器件中，集流体箔材表面涂布活性材料制备成极片，箔材起到承载活性材料和传输电子的作用。箔材的表面粗化能够增大比表面积，提高活性层与箔材的粘附性能。箔材的表面通孔能够连接双面涂布的活性层，既能一定程度提高活性层与集流体的粘附性能，又能促进电解液的浸润，平衡极片双面锂离子浓度及预嵌锂。显然，如果集流体箔材的表面粗化改性和穿孔结合起来，将通过点和面的结合最大程度提高活性层与箔材的粘附性能并提供锂离子传输通道，改善电化学储能器件的性能。

箔材表面粗化改性和穿孔都会降低箔材的力学性能，而穿孔对箔材力学性能的损失更大，因此要求箔材表面粗化改性后保持足够的力学性能。毛化轧制方法适合对箔材实施表面粗化改性，但现有的毛化轧制方法或者存在箔材双面凹坑重叠现象，或者辊面凸起形状不佳，造成箔材局部明显减薄，降低箔材的延伸率，因此需要优化毛化轧制方法，保证集流体箔材的力学性能。

目前集流体箔材表面穿孔技术主要有以下几种：1.冲孔法，利用凸、凹模匹配和凸针实施集流体表面穿孔；2.蚀刻法，利用光刻腐蚀、电解腐蚀实施集流体表面穿孔。3.激光打孔法，利用激光的烧蚀作用实施穿孔。但各方法存在如下的问题：冲孔法制备的孔径通常在300μm以上，且箔材表面有毛刺，如进一步缩少冲孔尺寸，则凸模和凸针强度将出现问题；蚀刻法工艺复杂，大规模生产成本高；激光打孔法或者使用固定激光点和导轨组合打孔，或者使用扫描器打孔，导轨移动式打孔需要解决效率问题，而扫描式打孔的加工幅面和孔径不能独立设置。

综合来看，现有的集流体箔材表面毛化轧制方法和穿孔方法具有缺陷，且没有有效的一体化表面毛化、穿孔方法和装置，不能满足电化学储能器件的使用要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于错位毛化轧制的穿孔集流体箔材制备方法及装置，以使制备的穿孔箔材具有良好的力学性能和高表面粗糙度。

具体的，本发明公开一种基于错位毛化轧制的穿孔集流体箔材制备方法，包括如下步骤：

步骤100，将表面光滑的两根轧辊分别架在数控车床上，使用激光毛化工艺在轧辊表面加工预定尺寸和分布位置的环形凸起；

步骤200，将制作好的轧辊对组装在轧机上，调整两根轧辊的相对位置，使两根轧辊表面的环形凸起相互错开，再将箔材从两根轧辊的夹缝间穿过，施加轧制力在箔材上下表面形成不穿透凹坑构成的表面毛化结构；

步骤300，在轧机出口处安装激光打孔模块，利用激光打孔模块的平移机构驱动扫描头沿垂直箔材运动的方向移动，移动过程中，扫描头沿箔材的运动方向扫描，形成扫描带，并对箔材实施激光打孔，最终得到表面毛化、穿孔集流体箔材。

在本发明的一个实施方式中，公开一种用于前述制备方法的装置，包括：

轧机，包括两根相对夹持设置的轧辊，在两根轧辊表面设置有相互错开的环形凸起，且环形凸起在两根轧辊上呈螺旋线形分布；