[發明專利]一種超薄金屬鋰箔及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202111486937.0
• 申請日: 2021-12-07
• 公開（公告）號: CN114150246A
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發明（設計）人: 汪東煌;李晶澤;周愛軍
• 申請（專利權）人: 電子科技大學長三角研究院（湖州）
• 主分類號: C23C2/04
• 分類號: C23C2/04;C23C2/02;C23C2/40;C23C2/00;H01M4/38;H01M4/134;H01M4/1395
• 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: 楊浩林

本發明公開了一種超薄金屬鋰箔及其制備方法和應用，屬于鋰電池技術領域，本發明首次提出了一種全新的制備超薄金屬鋰箔的方法，提出利用液態金屬鋰的重力和粘度特性來制備超薄鋰箔的方法，利用高溫液態金屬鋰的流動性及可控性，采用浸漬提拉法實現了對液態金屬鋰的厚度的控制，取代了傳統輥壓、擠壓等方法在固態狀態下逐步減薄的思路，可以實現簡單、穩定、高效地連續生產超薄金屬鋰箔(金屬鋰箔的厚度為3～100μm)，具有廣泛的實際應用價值。

技術領域

本發明涉及鋰電池技術領域，具體涉及到一種超薄金屬鋰箔及其制備方法和應用。

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負極材料。隨著商業化鋰離子電池的能量密度逐漸接近其極限，研究人員展開了對下一代高能量密度儲能系統的廣泛研究。由于金屬鋰的高比容量(3,860mAh g^-1)和低氧化還原電勢(相對于標準氫電極為-3.04V)，金屬鋰被認為是高能量密度電池理想的負極材料，但是金屬鋰作為負極材料，需要超薄的厚度才能有效匹配現有的正極材料。但是傳統的機械擠出法制備的金屬鋰箔厚度遠超100μm，無法直接使用，即使采用輥壓法無能為力，因為輥壓法容易粘輥，而且超薄鋰箔還極易發生斷裂，均勻性和連續性無法保證，導致現階段的超薄鋰箔的制備難以滿足當前的需求。

發明內容

針對上述不足，本發明的目的是提供一種超薄金屬鋰箔及其制備方法和應用。本發明首次提出了一種全新的制備超薄金屬鋰箔的方法，提出利用液態金屬鋰的重力和粘度特性來制備超薄鋰箔的方法，利用高溫液態金屬鋰的流動性及可控性，采用浸漬提拉法實現了對液態金屬鋰的厚度的控制，取代了傳統輥壓、擠壓等方法在固態狀態下逐步減薄的思路，可以實現簡單、穩定、高效地連續生產超薄金屬鋰箔(金屬鋰箔的厚度為3～100μm)。

為達上述目的，本發明采取如下的技術方案：

本發明提供一種超薄金屬鋰箔的制備方法，包括以下步驟：采用浸漬提拉的方式將預熱后的基底材料勻速通過熔融狀態的金屬鋰，冷卻，得到超薄金屬鋰箔。

相較于傳統的機械擠出法，本發明中超薄金屬鋰箔的制備方法采用浸漬提拉的方式使得加熱后的基底材料通過熔融狀態的金屬鋰，利用熔融液態金屬鋰的流動性和粘附性對溫度的依賴性，在基底表面形成一層超薄熔融金屬鋰層，快速冷卻后即可；本發明可通過改變基底浸漬時間與提拉速度，從而調整熔融金屬鋰粘附力與重力的平衡關系，控制熔融金屬鋰在基底上所形成的厚度，從而獲得具有不同厚度、表面平整的超薄金屬鋰箔。

進一步地，基底材料為鋁箔、銅箔、涂炭鋁箔、涂炭銅箔、不銹鋼箔、鎳箔、鈦箔、碳布或碳氈等。

進一步地，熔融狀態的金屬鋰和預熱后的基底材料的溫度相同。

進一步地，熔融狀態的金屬鋰和預熱后的基底材料的溫度均為200～700℃。

進一步地，浸漬提拉時，基底材料與水平方向的傾斜角度為2～90度，優選為5～90度。

進一步地，浸漬提拉時，基底材料的提拉速度為0.01mm/s～1m/s，優選為0.1mm/s～1m/s。

進一步地，浸漬提拉時，基底材料的浸漬深度為0.1cm-20cm。

需要說明的是，本發明可根據實際選擇的基底材料的種類、所制備金屬鋰箔厚度以及與基底材料結合力的實際需求，具體選擇加熱熔融金屬鋰的溫度、提拉的速度、提拉的角度、浸漬的深度；即本發明可通過上述如提拉的速度、提拉的角度、浸漬的深度等參數來調節制備的鋰箔厚度以及與基底結合力，可實現超薄金屬鋰箔簡單、穩定、高效地連續生產。

本發明還提供上述超薄金屬鋰箔的制備方法制得的超薄金屬鋰箔。

進一步地，上述超薄金屬鋰箔的厚度為3～100μm。

本發明還提供上述超薄金屬鋰箔在用作和/或制備鋰離子電池負極材料中的應用。