[發明專利]一種傾斜自流延制備超薄鋰帶/箔的方法及裝置

在審

• 申請號: 202111486492.6
• 申請日: 2021-12-07
• 公開（公告）號: CN114147192A
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發明（設計）人: 李晶澤;邢健雄;王子豪
• 申請（專利權）人: 電子科技大學長三角研究院（湖州）
• 主分類號: B22D11/06
• 分類號: B22D11/06
• 代理公司: 北京正華智誠專利代理事務所(普通合伙) 11870
• 代理人: 嚴冰

本發明公開了一種傾斜自流延制備超薄鋰帶/箔的方法及裝置，包括以步驟：(1)熔融金屬鋰：加熱固態金屬鋰至熔融狀態，得熔融鋰液；(2)預熱金屬襯底：加熱待流延區域的襯底，使其與熔融鋰液的溫度相當；(3)流延熔融鋰：將熔融鋰液轉移至勻速運動、傾斜放置的襯底上，發生自流延，同時襯底沿自下而上的方向運動，并連續勻速添加熔融鋰液，襯底表面粘附有一層超薄熔融鋰液；(4)冷卻收集：將粘附有超薄熔融鋰層的襯底冷卻至室溫，即得固態超薄鋰帶/箔。本發明得到的超薄鋰帶/箔表面平整、厚度均一、面積大且連續，通過改變制備參數條件，可調控超薄鋰層厚度；本發明能減少人工因素的干擾，簡單高效，便于放大，實現連續性生產。

技術領域

本發明屬于鋰電池技術領域，具體涉及一種傾斜自流延制備超薄鋰帶/箔的方法及裝置。

背景技術

當今，高能量密度金屬鋰電池急需大量采用超薄金屬鋰的負極材料。傳統制備金屬鋰帶/箔的方法都是基于采用機械擠出法或輥壓法，這些方法都是利用金屬鋰的延展性來實現金屬鋰厚度的控制，但制品的厚度多大于100μm。對于厚度小于100μm的薄金屬鋰帶/箔材，甚至要求厚度小于10μm時，機械擠出法基本是無能為力了，而采用輥壓的方法容易出現粘輥現象，且超薄鋰還易發生斷裂等問題，大面積均勻性及連續性難以保證，導致現階段超薄鋰帶的制備成品率低、價格昂貴，難以滿足實際應用的需要。

發明內容

針對上述現有技術，本發明提供一種傾斜自流延制備超薄鋰帶/箔的方法及裝置，以解決現階段超薄鋰帶的制備方法容易出現粘輥現象、成品率低、價格昂貴，難以滿足實際應用的需要的問題。

為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案是：提供一種傾斜自流延制備超薄鋰帶/箔的制備方法，包括以下步驟：

(1)熔融金屬鋰：加熱固態金屬鋰至熔融狀態，得熔融鋰液；

(2)預熱金屬襯底：加熱待流延區域的襯底，使其與熔融鋰液的溫度相當；

(3)流延熔融鋰：將熔融鋰液轉移至勻速運動、傾斜放置的襯底上，發生自流延，同時襯底沿自下而上的方向運動，并連續勻速添加熔融鋰液得到表面粘附有超薄熔融鋰層的襯底；

(4)冷卻收集：將粘附有超薄熔融鋰液的襯底冷卻至室溫，即得固態超薄鋰帶/箔。

高溫熔融條件下的金屬鋰呈現液態，具有較好的流動性和一定粘度。將熔融鋰液轉移至勻速運動、傾斜放置的襯底上，熔融鋰液的自身重力與粘附力共同作用的效果是導致熔融液態鋰有向下流淌鋪展的趨勢，發生自流延。由于熔融鋰液是粘性流體，緊鄰襯底表面的鋰液粘附在襯底之上，流速為零，隨著離襯底的距離增加，流速快速增加至極值，流速沿垂直于襯底的方向呈現梯度分布。同時，傳送裝置帶動襯底沿自下而上的方向運轉，并連續添加鋰液保持襯底上鋰液量的恒定，導致在熔融鋰液所流淌過的區域有一層超薄熔融液態鋰均勻的粘附在襯底之上，且表面呈現光滑平整的狀態。粘附有超薄熔融鋰層的襯底繼續向上運轉并經過冷卻區，被冷卻至室溫，凝固得到超薄鋰帶/箔。

在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進。

進一步，對步驟(4)所得超薄鋰帶/箔涂覆防粘防水保護層，再經卷曲后收集。

進一步，襯底為銅箔、鎳箔、鈦箔、鋁箔、不銹鋼箔、聚酰亞胺膜、碳布或碳氈。

進一步，熔融鋰液及待流延區域的襯底的溫度為200～800℃。

進一步，步驟(3)中襯底的傾斜角度為10～170°。

進一步，步驟(4)所得超薄鋰帶/箔的厚度為5～100μm。