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 “三维锂离子”电池是以“三维铝箔”作为电池正极板载体骨架，“三维铜箔”作为电池负极板载体骨架，采用立式拉浆极板生产工艺，改善了锂离子电池极板间电荷迁移特性，提高了极板的镶嵌强度, 增大活性物质导电界面，更加地充分发挥活性物质的性能，极板厚度增加了1.5倍，电池的一倍率容量比传统金属箔工艺提高了26%。

“三维金属箔”是一种电池极板的集流载体材料，该技术的应用几乎涵盖整个二次电池领域，“三维金属箔”是将光面金属箔进行双向无落料穿孔，金属箔表面均布翻边透孔，双面呈致密纤维状立体金属毛刺，电池的活性物质浆料涂覆于“三维金属箔”表面并嵌入集流载体内部，“三维金属箔”的三维状立体毛刺将对表面涂覆的活性物质起到包容和镶嵌作用，从而降低了电池内阻，增加了极板的粘结强度，

三维金属箔即是俗称“三维带”，中国注册商标，英文缩写为“3DF”，

三维极板技术获国家发明专利和实用新型专利4项，其产品结构、生产设备、专用模具等技术均在专利权属保护之内，“三维带”注册商标是当今中国唯一的民族品牌。已授权专利如下：

发明专利  ZL 2007 1 0106894.2  《双面微孔毛刺钢带的生产设备》

发明专利  ZL 2011 1 0130723.X  《二次电池的极板及其制造方法》

实用新型  ZL 2005 2 013152.X   《电池正极板双面微孔毛刺钢带》

实用新型  ZL 2011 2 0161502.4  《二次电池极板》

 

1. 三维锂离子电池极板载体

采用“3DF”三维带作为磷酸铁锂电池极板集流载体，替代传统的平面金属箔，“3DF”金属箔表面双向翻边毛刺透孔，透孔的翻边毛刺相对金属箔表面立起的三维结构，使金属箔双面呈致密网格状金属毛刺，该三维结构金属箔作为锂离子电池极板的导电载体，对电池活性物质起到包容和镶嵌作用，可提高极板机械强度和电池的大电流放电性能，

 

 

图1—1   三维铝箔

 

 

 

 

图1—1 “3DF”三维带产品

 

 

 

图1—2   三维铜箔

 

图1—3    三维带局部放大，凸显三维状双面翻边透孔毛刺

 

由于“三维金属箔”表面均布翻边毛刺透孔，金属箔的双面呈致密网格状三维结构毛刺，使活性物质浆料与极板集流体的粘结强度提高了30% ，因此，“三维”电极的制造可采用镍氢电池立式拉浆方法（相似于镍氢电池极板拉浆工艺），从而替代传统的锂离子电池卧式涂布工艺，省却大量专用昂贵的生产设备，其卷绕等装配工艺得到简化，降低了新厂建设设备费用 30%，特别是为生产镍镉、镍氢电池的老企业产品转型提供了条件，设备利旧的条件，原有的设备大部都可以利旧使用，重新应用于锂离子电池的生产。

 

 

图2—1 “3DF”三维带拉浆极板工艺

图2—2   三维带拉浆极板示意图

“三维金属箔”拉浆极板由于表面透孔毛刺作用，对表面涂覆的活性物质起到包容和镶嵌作用，增加了活性物质的导电通道，降低了电池的内阻，提高了极板机械强度和电池的放电性能，电池极板厚度增加了1.5倍，以该结构金属箔为集流体的电池即为“三维”极板技术，

图3—2 “三维金属箔”碾压极板示意图

以“三维金属箔”作为极板载体骨架，采用立式拉浆极板工艺制作的5Ah三维磷酸铁锂电池，测试结果如下：

● 三维极板厚度300μm，比传统电池极板厚度增加了一倍；

● 三维极板组合数17片，比传统电池极板（31片）减少了45.2%；

● 三维极板电池一倍率放电容量比传统电池提高了26%；

● 三维极板电池材料成本降低22%（减少了极板数量、极板隔膜）

● 三维极板电池材料粘结强度比传统电池提高30%以上。

 ● 三维锂电采用立式拉浆极板工艺，工艺简化，减少设备费用30%，

图4   三维磷酸铁锂电池

“三维金属箔”是将金属箔基体进行双向无落料穿孔，金属箔表面均布翻边透孔，双面呈致密的纤维状立体金属毛刺，涂覆于“三维金属箔”表面的活性物质浆料通过扩展型透孔嵌入“3DF”集流载体内部，金属箔的三维状立体毛刺将对表面涂覆的活性物质起到包容和镶嵌作用，从而降低了电池内阻，增加了极板的机械强度，减少了材料成本，提高了电池的充放电特性；“三维金属箔”作为一种新材料，“三维金属箔”技术应用几乎涵盖整个二次电池行业，如: 磷酸铁锂电池、镍铁电池、镍锌电池、镍氢电池等系列，随着技术进步和技术推广，其应用领域也不得扩展，同时也为“三维金属箔”提出了更高的要求，

极板是电池的心脏，集流载体是电池极板的重要组成部分，他的作用：一是集流，将极板分布的电荷汇集导出；二是包容，因此，极板的包容强度和集流载体的导电性决定了电池的性能，当前的二次电池极板的集流载体都是采用平面冲孔金属带或发泡镍带制作，金属带表面光洁无立体包容结构，极板表面的活性物质只能靠粘合剂与集流载体固定，这种极板机械强度差，易脱粉，集流内阻大，影响了电池的动力性能；因此，开展“3DF”三维极板技术研究，对于新能源二次电池是至关重要的。

l       提高极板性能:

“扩展孔金属带”集流载体的表面呈致密、立体翻边金属刺结构，能嵌填大量的正负极活性物质浆料，极板碾压后，无规则偏倒的金属刺对活性物质起到包容、固定作用，能有效增加了极板强度,电池大电流放电循环寿命提高了20%。

l       降低电池的内阻：

扩展孔金属带表面可任意留取无孔光面基体，在光面处与导电极耳点焊连接，可形成电导性良好的实体焊点，保证了极板焊接的可靠性，有效的降低了电池的内阻。

l       提高大电流放电性能：

新型二次电池极板内嵌入了致密纤维状翻边金属刺，每个微观不规则的金属刺都能与极板活性物质可靠接触，并成为一个良好的导电通道，极板电荷借助致密的金属刺集流并通过金属基体导出，能降低电池内阻，有效提高了电池的大电流放电性能。

l       降低电池材料成本： 

本发明可替代发泡镍集流载体，使锂离子电池的极板厚度增加了1.5倍，电池一倍率容量提高26%，降低电池极板材料成本25%

3. 三维磷酸铁锂电池工艺技术研究与推广

 “3DF”三维带是一种基础材料技术，“3DF”材料和电池极板技术的发明和应用，对中国二次电池界是一个革命性的事件！随着材料科学的不断进步，电动汽车各项技术的逐步完善，中国的二次电池会在“3DF”三维带及其电池极板等创新技术的推动下，迎来又一个新能源电池发展的春天。