[發明專利]一種鋰金屬電池用超薄鋰帶的制備方法

有效

• 申請號: 201710604028.X
• 申請日: 2017-07-24
• 公開（公告）號: CN107425175B
• 公開（公告）日: 2021-03-05
• 發明（設計）人: 崔光磊;王慶富;徐紅霞;董杉木;許高潔
• 申請（專利權）人: 中國科學院青島生物能源與過程研究所
• 主分類號: H01M4/04
• 分類號: H01M4/04;H01M4/134;H01M4/1395;H01M10/0525
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本發明涉及一種鋰金屬電池用超薄鋰片的制備方法。本發明將熔融的鋰錠通過流延至超薄銅箔基材上，并輔以雙輥冷壓，來制備鋰金屬電池用超薄鋰帶。相對于傳統的市售較厚(大于100μm)的鋰帶，本發明制備的超薄鋰帶厚度可控制在10μm?50μm，從而提升了鋰電池的體積能量密度，非常適合制備超薄的鋰電池等柔性儲能器件，并且可以減少鋰的用量，具有較好的實用意義。

技術領域

本發明屬于鋰金屬電池鋰負極材料領域，涉及一種超薄鋰帶的制備方法。

背景技術

鋰金屬電池由于兼具高比能量和高比功率的顯著優勢，被認為是最具發展潛力的動力電池體系；隨著技術的發展，特別是可穿戴的電子設備的普及和新能源汽車的迅猛發展，要求電池越來越薄的同時，對電池的能量密度提出更高的要求。

鋰金屬負極材料具備極高的理論容量（3800 mAh/g），是提高電池能量密度的理想選擇。在與目前含鋰正極材料相匹配的體系中，鋰負極必然大大過量，因此降低鋰負極的用量，可以減少負極的無效質量，從而進一步提升鋰金屬電池的質量能量密度。目前但是目前市售的用于鋰電池的鋰帶普遍較厚，厚度均在150μm以上，主要原因是鋰金屬質軟，延展性大并且比強度不高，導致了厚度不夠均勻，厚度公差較大，直接影響了鋰電池的性能和能量密度。因此，隨著對鋰金屬電池能量密度要求的不斷提高，如何實現鋰帶的超薄化，以及厚度均勻化變得十分重要。此外，目前生產工藝中，在后續的集流體復合過程中，由于工序復雜，鋰帶與集流體復合強度較差，在充放電過程中易發生脫落。目前大多數的鋰帶的生產方法涉及的專利主要集中在如何通過擠壓的方式提高鋰帶產能、提高厚度的均勻性方面，寧德新能源通過選用與鋰負極吸附能力不同的兩種基材進行滾壓，調節鋰帶的厚度及成型過程。天津中能鋰業采用真空擠壓成型的方法制備鋰帶，提升了制備工藝的尺寸控制精度。但目前報道的方案，也存在模具因反應損耗大、超薄要求下厚度難以控制等問題。這種傳統的或改進的方法均無法實現超薄鋰片（幾微米或幾十微米）的制備。

本發明的目的在于，改變原有鋰帶擠壓成型的傳統方式，通過將鋰金屬熔融，其熔融流體均勻涂覆在導電支撐基材上，然后通過壓延機進行二次定型來提高鋰與基材的結合強度并進一步提高厚度均勻性。這種方法創新性和實用性在于：

1、鋰金屬片的熔融流延法替代了傳統的冷擠壓法，這種熔體流延方法從根本上解決了鋰片的薄度和均勻性問題。

2、本發明在熔融制備過程中實現鋰金屬與超薄導電支撐材料的原位復合，可以獲得一體化鋰電極，相比鋰金屬成本更低，并且能提供較高的強度。

發明內容

一種鋰金屬電池用超薄鋰帶的制備方法，包括以下步驟：在高純氬氣保護環境中，將鋰錠在加熱釜中加熱至180^oC以上，待鋰錠完全熔融后，通過狹縫式模具流延至導電基材上，在真空干燥環境或氬氣保護下冷卻至100^oC以下后，通過雙輥壓片機根據厚度要求進行壓延，并用壓延覆膜機將高分子無孔薄膜敷于鋰帶表面。

所述的真空干燥環境的真空度應低于-0.1 MPa，濕度在1 %以下。

所述的加熱釜內襯采用鋰不敏感材料，鋰不敏感材料為聚四氟乙烯或搪瓷。

所述的鋰帶的厚度為10 μm-50 μm。

所述的導電基材為銅箔、錫箔、導電碳箔或金箔的打孔基材或者網狀結構基材。

雙輥壓延機的輥表面為涂覆鋰不敏感材料，不敏感材料為聚四氟乙烯、聚乙烯和聚丙烯中的一種。

所述的高分子無孔薄膜是無孔致密膜，高分子無孔薄膜為聚乙烯、聚丙烯和聚酯類薄膜中的一種。

具體實施方式

實施例1