(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211041095.2 (22)申请日 2022.08.29 (71)申请人 西安交通大 学苏州研究院 地址 215123 江苏省苏州市工业园区独墅 湖高等教育区仁爱 路99号 申请人 西安交通大 学 (72)发明人 孙孝飞　刘斌　侯相国　梅雪松　 李泉省　韩岩彬　耿涛　孙铮　 (74)专利代理 机构 西安智大知识产权代理事务 所 61215 专利代理师 弋才富 (51)Int.Cl. H01M 4/139(2010.01) H01M 4/1391(2010.01) H01M 4/1397(2010.01)H01M 4/66(2006.01) H01M 10/052(2010.01) H01M 10/42(2006.01) B23K 26/06(2014.01) B23K 26/064(2014.01) B23K 26/352(2014.01) B23K 26/70(2014.01) (54)发明名称 一种利用先进激光系统辅助制备锂电池高 负载正极的方法 (57)摘要 一种利用先进激光系统辅助制备锂电池高 负载正极的方法， 采用激光加工系统， 在轻薄化 铝箔集流体上可控、 精准制备微结构， 进而在其 上涂覆浆料、 烘干和辊压形成高负载、 高性能的 正极， 本发 明在保证铝箔集流体满足电池制造过 程中机械强度要求的前提下， 有效减轻铝箔重 量， 增加活性材料负载量， 增强材料与铝箔的界 面粘附咬合， 改善电极导电特性， 从而获得高比 容量、 高比能量、 高比功率、 长寿命和高安全的高 负载正极； 该方法操作简单， 完全与锂电池生产 工艺兼容， 并可通过优化激光系统和采用并行加 工的方式提高生产效率， 具有广阔的市场前 景。 权利要求书2页 说明书4页 附图3页 CN 115394963 A 2022.11.25 CN 115394963 A 1.一种利用先进激光系统辅助制备锂电池高负载正极的方法， 其特征在于， 包括以下 步骤： (1)、 对正极集流体铝箔进行超声清洗、 混液清洗和酒精清洗预处理， 其中， 混液为去离 子水、 丙酮、 酒精中的两种或三种的任意比例混合物； (2)、 搭建激光系统， 激光系统包括激光器(1)， 激光器(1)输出的激光经过偏振片(2)并 改变偏振方向， 分光棱镜(3)进行分束， 分束光依次经过第一反射镜(4)、 第二反射镜(5)、 小 孔光阑(6)、 扩束镜(7)、 振镜(8)并被场镜(9)聚焦， 最后激光照射在x、 y、 z方 向均可调节的 移动载物台(1 1)上， 激光器(1)以及振镜(8)的电控单 元(10)和计算机(12)连接； (3)、 利用激光系统对正极集流体铝箔进行表面微结构加工处理， 即通过计算机12调 节 激光器1输出激光波长为515nm～1030nm， 重频为10～100kHz， 激光功率2.5 ‑10W， 脉宽为120 ～240fs， 单 脉冲能量5 0～150 μJ， 调控表面 微结构的特 征直径为10～ 200 μm； (4)、 将处理完成的正极集流体铝箔进行后处理， 利用混液超声清洗去除表面残留物， 其中， 混液为去离 子水、 丙酮、 酒精中的两种或三种的任意比例混合物； (5)、 将正极活性材料、 导电剂Super ‑P和粘结剂PVD F按照质量比为(70～98):(1～15): (1～15)在有机溶剂NMP中混合均匀， 固液比150～250g/L， 制得正极浆料， 然后利用涂布机 将其均匀涂覆在前述微结构化铝箔集流体表面， 单面涂覆厚度可控制在20～300 μm， 较厚的 涂覆厚度能够获得 更高的活性材 料负载量； (6)、 将已经涂覆好的正极放置在80～120℃烘箱内烘干2～8小时， 然后真空干燥2～ 12 个小时； (7)、 将烘干好的正极进行辊压， 并根据电池尺寸裁切大小合适的极片， 在手套箱中组 装锂电池， 然后进行电池性能测试。 2.根据权利要求1所述的一种利用先进激光系统辅助制备锂电池高负载正极的方法， 其特征在于， 所述的正极活性材 料选自磷酸铁锂、 钴酸锂、 三元层状氧化物或锰酸锂。 3.根据权利要求1或2所述的一种利用先进激光系统辅助制备锂电池高负载正极的方 法， 包括以下步骤： (1)、 对正极集流体铝箔进行超声清洗、 混液清洗和酒精清洗预处理， 其中， 混液为去离 子水、 丙酮、 酒精中的两种或三种的任意比例混合物； (2)、 搭建激光系统， 激光系统包括激光器1， 激光器1输出的激光经过偏振片2并改变偏 振方向， 分光棱镜3进行分束， 分束光依次经过第一反射镜4、 第二反射镜5、 小孔光阑6， 扩束 镜7， 振镜8， 并被场镜9聚焦， 最后激光照射在x、 y、 z均可调节的移动载物台11上， 激光器1、 振镜8的电控单 元10和计算机12连接； (3)、 利用激光系统对正极集流体铝箔进行表面加工处理； 根据正极材料特性、 正极涂 覆厚度和电池性能等要求， 设计和调控激光制造系统参数， 在集流体铝箔上制备不同形状、 不同尺寸的微结构； 通过计算机12调节激光器1输出激光波长为1030nm， 重频为100kHz， 10W 激光功率， 脉宽为240fs， 单 脉冲能量10 0 μJ， 调控圆孔 微结构的特 征直径尺寸为100 μm； 4)将处理完成的微结构化集流体铝箔进行后处理， 利用 混液超声清洗去除表面残留 物， 其中， 混液为去离 子水、 丙酮、 酒精中的两种或三种的任意比例混合物； 5)将正极活性材料LiFePO4、 导电剂Super ‑P和粘结剂PVDF按照质量比例为85:10:5在有 机溶剂NMP中混合均匀， 固液比200g/L， 制得正极浆料， 然后利用涂布机将其均匀 涂覆在前权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115394963 A 2述微结构化铝箔集流体表面， 单面涂覆厚度可控制在100 μm， 较厚的涂覆厚度能够获得更高 的活性材 料负载量； 6)将已经涂覆好的正极放置在10 0℃烘箱内烘干 6小时， 然后真空商定 干燥6个小时； 7)将烘干好的正极进行辊压， 并根据电池尺寸裁切大小合适的极片， 在手套箱中组装 锂电池， 然后进行电池性能测试。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115394963 A 3