[發(fā)明專利]一種鋰金屬電池用超薄鋰帶的制備方法

有效

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• 申請日: 2017-07-24
• 公開（公告）號: CN107425175B
• 公開（公告）日: 2021-03-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 崔光磊;王慶富;徐紅霞;董杉木;許高潔
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)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(fā)明涉及一種鋰金屬電池用超薄鋰片的制備方法。本發(fā)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(tǒng)的市售較厚(大于100μm)的鋰帶，本發(fā)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(shí)用意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰金屬電池鋰負(fù)極材料領(lǐng)域，涉及一種超薄鋰帶的制備方法。

背景技術(shù)

鋰金屬電池由于兼具高比能量和高比功率的顯著優(yōu)勢，被認(rèn)為是最具發(fā)展?jié)摿Φ膭恿﹄姵伢w系；隨著技術(shù)的發(fā)展，特別是可穿戴的電子設(shè)備的普及和新能源汽車的迅猛發(fā)展，要求電池越來越薄的同時(shí)，對電池的能量密度提出更高的要求。

鋰金屬負(fù)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(fù)極必然大大過量，因此降低鋰負(fù)極的用量，可以減少負(fù)極的無效質(zhì)量，從而進(jìn)一步提升鋰金屬電池的質(zhì)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(zhì)軟，延展性大并且比強(qiáng)度不高，導(dǎo)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(shí)現(xiàn)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(chǎn)工藝中，在后續(xù)的集流體復(fù)合過程中，由于工序復(fù)雜，鋰帶與集流體復(fù)合強(qiáng)度較差，在充放電過程中易發(fā)生脫落。目前大多數(shù)的鋰帶的生產(chǎn)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(chǎn)能、提高厚度的均勻性方面，寧德新能源通過選用與鋰負(fù)極吸附能力不同的兩種基材進(jìn)行滾壓，調(diào)節(jié)鋰帶的厚度及成型過程。天津中能鋰業(yè)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(bào)道的方案，也存在模具因反應(yīng)損耗大、超薄要求下厚度難以控制等問題。這種傳統(tǒng)的或改進(jìn)的方法均無法實(shí)現(xiàn)超薄鋰片（幾微米或幾十微米）的制備。

本發(fā)明的目的在于，改變原有鋰帶擠壓成型的傳統(tǒng)方式，通過將鋰金屬熔融，其熔融流體均勻涂覆在導(dǎo)電支撐基材上，然后通過壓延機(jī)進(jìn)行二次定型來提高鋰與基材的結(jié)合強(qiáng)度并進(jìn)一步提高厚度均勻性。這種方法創(chuàng)新性和實(shí)用性在于：

1、鋰金屬片的熔融流延法替代了傳統(tǒng)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(fā)明在熔融制備過程中實(shí)現(xiàn)鋰金屬與超薄導(dǎo)電支撐材料的原位復(fù)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(qiáng)度。

發(fā)明內(nèi)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(hù)環(huán)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(dǎo)電基材上，在真空干燥環(huán)境或氬氣保護(hù)下冷卻至100^oC以下后，通過雙輥壓片機(jī)根據(jù)厚度要求進(jìn)行壓延，并用壓延覆膜機(jī)將高分子無孔薄膜敷于鋰帶表面。

所述的真空干燥環(huán)境的真空度應(yīng)低于-0.1 MPa，濕度在1 %以下。

所述的加熱釜內(nèi)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(dǎo)電基材為銅箔、錫箔、導(dǎo)電碳箔或金箔的打孔基材或者網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)基材。

雙輥壓延機(jī)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(shí)施方式

實(shí)施例1