(19)中华 人民共和国 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 202111553538.1 (22)申请日 2021.12.17 (71)申请人 浙江工业大 学 地址 310014 浙江省杭州市拱 墅区潮王路 18号 (72)发明人 李波　罗准　姚建华　 (74)专利代理 机构 杭州天正专利事务所有限公 司 33201 代理人 王兵　崔国艳 (51)Int.Cl. H01M 4/1395(2010.01) H01M 10/0525(2010.01) H01M 10/058(2010.01) B22F 3/105(2006.01) (54)发明名称 锂离子电池负极高容量元素材料的激光增 添方法及设备 (57)摘要 本发明公开了一种锂离子电池负极高容量 元素材料的激光增添方法， 包括以下步骤： 将涂 布电极片在保护气氛围内多次激光烧蚀出沟槽， 在沟槽中填充高容量元素材料粉末后进行激光 烧结， 获取负载高容量元素材料的涂布电极， 组 装成电池后测试电池的电化学性能； 本发明还包 括设备， 包括： 外壳； 激光加工单元， 设置于外壳 内， 包括固定装置、 激光照射部、 送粉部以及至少 一套吸粉部； 辅助单元， 设置于外壳的外壁上， 包 括粉末回收装置、 泵浦源以及供气部； 以及路径 控制装置， 设置于外壳的工作 腔内， 包括托台、 动 作执行部和带人机交互界面的控制器。 本发明的 有益效果是： 在涂布极片中加入多种不同的高容 量高性能元素粉末， 具有高容量和高导电性的优 异性能。 权利要求书2页 说明书8页 附图12页 CN 114284474 A 2022.04.05 CN 114284474 A 1.锂离子电池负极高容 量元素材料的激光增添 方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 1)将涂布电极片置于保护气氛围内激光烧蚀涂布电极片产生沟槽， 清 理清理沟槽产生 粉末； 2)在沟槽中填充高容 量元素材料粉末； 3)激光再次对填充在沟槽内的高容量元素材料粉末进行烧结， 并回收多余的高容量元 素材料粉末； 4)重复步骤2)～3)多次， 直至完成整个涂布电极片的高容量元素材料粉末增添， 获取 负载高容 量元素材料的涂布电极； 5)清理涂布电极表面， 去除杂质， 再将涂布电极切割成规格一致的电极片， 将其直接作 为锂离子电池负极， 并与准备好的电池壳、 电解液、 隔膜及弹片按照顺序 组装、 压实制成电 池， 并浸入电解液中； 6)待电解液充分浸湿电池后， 测试电池的电化学性能。 2.如权利要求1所述的锂离子电池负极高容量元素材料的激光增添方法， 其特征在于： 所述保护气为氩气， 气体流 量为12L/mi n。 3.如权利要求1所述的锂离子电池负极高容量元素材料的激光增添方法， 其特征在于： 所述高容 量粉末为硅基粉末或铁基粉末。 4.如权利要求1所述的锂离子电池负极高容量元素材料的激光增添方法， 其特征在于： 所述激光由激光器为纳秒脉冲激光器产生， 激光波长为532nm， 脉冲频率1kHz～30kHz,脉宽 1～100ns， 单脉冲能量0.1～10 ×10‑4J， 激光垂直于 涂布电极片表面。 5.根据权利要求1～4任意一项所述锂离子电池负极高容量元素材料的激光增添方法 构建的设备， 其特 征在于， 包括： 外壳， 内设有工作腔， 所述外壳顶部设有上盖， 侧面设置有可开 合的观察门； 激光加工单元， 设置于外壳内， 包括固定装置、 激光照射部、 送粉部以及至少一套吸粉 部， 所述激光照射部、 送粉部以及至少一套吸粉部分别通过固定装置设置于所述路径控制 装置上， 所述激光照射部的激光输入口通过光纤与辅助单元 的激光输出 口相连接， 用于涂 布电极片的沟槽烧蚀形成及成型； 所述送粉部与所述工作腔相连通， 用于 向涂布电极片的 沟槽内添加粉末； 所述吸粉部的出粉口与所述辅助单元 的吸粉口管路连通， 用于多余粉末 的吸取回收； 辅助单元， 设置于外壳的外壁上， 包括粉末回收装置、 泵浦源以及供气部， 所述粉末回 收装置的吸粉口通过吸管与所述吸粉部的出粉口管路连通； 所述泵浦源的激光输出口通过 光纤与所述激光照射部的激光输入口相连接； 所述供气部的出气口分别与所述工作腔、 所 述送粉部管路连通； 以及路径控制装置， 设置于所述外 壳的工作腔内， 包括托台、 动作执行部和带人机交互 界面的控制器， 所述动作执行部包括水平位置调节机构和竖向位置调节机构， 所述位置调 节机构设置于所述工作腔的上部， 并且所述位置调节机构的调节部与所述加工单元相连 接， 用于调节所述激光加工单元 的水平位置； 所述竖向位置调节机构的竖向升降部与所述 托台相连接， 用于控制所述托台升降以调节托台与加工单元之间的距离； 所述控制器的信 号输入端与所述人机交互界面信号连接， 所述控制器的信号输出端与所述加工单元、 所述 辅助单元、 所述动作执行部、 所述位置调节机构的控制端电连接或信号连接， 用于控制设备权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114284474 A 2运行。 6.如权利要求5所述的设备， 其特征在于： 所述水平位置调节机构包括横向移动部、 纵 向移动部以及调节部， 所述横向移动部包括一对横向丝杠、 横向驱动电机和横向移动滑块， 两根所述横向丝杠彼此平行， 并且两根所述横向丝杠可转动地设置于所述工作腔的上部， 所述横向丝杠的端部与所述横向驱动电机的动力输出端相连接； 所述横向丝杠穿设于所述 横向移动滑动中， 并且所述横向丝杠的外螺纹与所述横向移动滑块的内螺纹啮合； 所述纵 向移动部包括纵向丝杠和纵向驱动电机， 所述纵向丝杠的两端部分别可转动地连接于相应 的所述横向移动滑块上， 所述纵向丝杠与所述纵向驱动电机的动力输出端相连接； 所述调 节部为一长方体型的连接基座， 所述纵向丝杠依次穿设于所述连接基座和所述固定装置 中， 并且所述纵向丝杠的外螺纹与所述连接基座的内螺纹啮合； 所述连接基座通过底部的 固定块与所述固定装置固定连接， 用于安装所述加工单 元； 所述竖向位置调节机构包括竖向驱动电机和竖向丝杠， 所述竖向驱动电机的动力 输出 端与所述竖向丝杠的端部相连接， 用于驱动所述竖向丝杠绕自身中心轴旋转； 所述竖向丝 杠可转动地设置于所述工作腔 内， 并且所述竖向丝杠竖向穿设于所述托台中， 所述竖向丝 杠的外螺纹与所述托台的内螺纹啮合， 用于驱动所述托台升降以调节托台与加工单元之间 的距离。 7.如权利要求6所述的设备， 其特征在于： 所述激光照射部包括烧蚀激光头、 烧结激光 头、 第一激光接头和 第二激光接头， 所述烧蚀激光头、 所述烧 结激光头 分别设置于所述固定 装置的底部， 并且所述烧蚀激光头、 所述烧结激光头的出光口对准下方的所述托台； 所述第 一激光接头、 所述第二激光接头 设置于所述固定装置的顶部， 所述烧蚀激光头、 所述烧结激 光头的激光输入口分别通过第一激光接头、 所述第二激光接头以及光纤与所述泵浦源的激 光输出口相连接 。 8.如权利要求6所述的设备， 其特征在于： 所述送粉部包括粉盒、 送粉头以及粉盒送气 管， 所述粉盒设置于所述固定装置的顶部， 并且所述粉盒上设有送气口， 并且所述粉盒通过 粉盒送气管与所述供气部的出气口管路连通； 所述送粉头的顶部穿设于所述固定装置中， 并且所述送粉头的顶部送粉口与所述粉盒的底部出粉口相连通。 9.如权利要求6所述的设备， 其特征在于： 所述的吸粉部包括吸粉头、 与吸粉头相连通 的管接头以及吸粉管道， 所述吸粉头设置于所述固定装置上， 并且所述吸粉头的出粉口连 接一管接头， 所述管接头的出粉口连通有吸粉管道， 所述吸粉管道的出粉口通过吸管与所 述粉末回收装置的吸粉口管路连通。 10.如权利要求6所述的设备， 其特征在于： 所述供气部包括储气瓶和惰性气体管道， 所 述储气瓶和所述惰性气 体管道设置于所述外壳的外壁上， 所述储气瓶的出气口与所述惰性 气体管道的第一端管口相连通， 所述惰性气 体管道的第二端 管口分别与所述粉盒送气管以 及所述工作腔相连通。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114284474 A 3