[发明专利]一种倾斜自流延制备超薄锂带/箔的方法及装置

说明书

本发明公开了一种倾斜自流延制备超薄锂带/箔的方法及装置，包括以步骤：(1)熔融金属锂：加热固态金属锂至熔融状态，得熔融锂液；(2)预热金属衬底：加热待流延区域的衬底，使其与熔融锂液的温度相当；(3)流延熔融锂：将熔融锂液转移至匀速运动、倾斜放置的衬底上，发生自流延，同时衬底沿自下而上的方向运动，并连续匀速添加熔融锂液，衬底表面粘附有一层超薄熔融锂液；(4)冷却收集：将粘附有超薄熔融锂层的衬底冷却至室温，即得固态超薄锂带/箔。本发明得到的超薄锂带/箔表面平整、厚度均一、面积大且连续，通过改变制备参数条件，可调控超薄锂层厚度；本发明能减少人工因素的干扰，简单高效，便于放大，实现连续性生产。

技术领域

本发明属于锂电池技术领域，具体涉及一种倾斜自流延制备超薄锂带/箔的方法及装置。

背景技术

当今，高能量密度金属锂电池急需大量采用超薄金属锂的负极材料。传统制备金属锂带/箔的方法都是基于采用机械挤出法或辊压法，这些方法都是利用金属锂的延展性来实现金属锂厚度的控制，但制品的厚度多大于100μm。对于厚度小于100μm的薄金属锂带/箔材，甚至要求厚度小于10μm时，机械挤出法基本是无能为力了，而采用辊压的方法容易出现粘辊现象，且超薄锂还易发生断裂等问题，大面积均匀性及连续性难以保证，导致现阶段超薄锂带的制备成品率低、价格昂贵，难以满足实际应用的需要。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供一种倾斜自流延制备超薄锂带/箔的方法及装置，以解决现阶段超薄锂带的制备方法容易出现粘辊现象、成品率低、价格昂贵，难以满足实际应用的需要的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：提供一种倾斜自流延制备超薄锂带/箔的制备方法，包括以下步骤：

(1)熔融金属锂：加热固态金属锂至熔融状态，得熔融锂液；

(2)预热金属衬底：加热待流延区域的衬底，使其与熔融锂液的温度相当；

(3)流延熔融锂：将熔融锂液转移至匀速运动、倾斜放置的衬底上，发生自流延，同时衬底沿自下而上的方向运动，并连续匀速添加熔融锂液得到表面粘附有超薄熔融锂层的衬底；

(4)冷却收集：将粘附有超薄熔融锂液的衬底冷却至室温，即得固态超薄锂带/箔。

高温熔融条件下的金属锂呈现液态，具有较好的流动性和一定粘度。将熔融锂液转移至匀速运动、倾斜放置的衬底上，熔融锂液的自身重力与粘附力共同作用的效果是导致熔融液态锂有向下流淌铺展的趋势，发生自流延。由于熔融锂液是粘性流体，紧邻衬底表面的锂液粘附在衬底之上，流速为零，随着离衬底的距离增加，流速快速增加至极值，流速沿垂直于衬底的方向呈现梯度分布。同时，传送装置带动衬底沿自下而上的方向运转，并连续添加锂液保持衬底上锂液量的恒定，导致在熔融锂液所流淌过的区域有一层超薄熔融液态锂均匀的粘附在衬底之上，且表面呈现光滑平整的状态。粘附有超薄熔融锂层的衬底继续向上运转并经过冷却区，被冷却至室温，凝固得到超薄锂带/箔。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，对步骤(4)所得超薄锂带/箔涂覆防粘防水保护层，再经卷曲后收集。

进一步，衬底为铜箔、镍箔、钛箔、铝箔、不锈钢箔、聚酰亚胺膜、碳布或碳毡。

进一步，熔融锂液及待流延区域的衬底的温度为200～800℃。

进一步，步骤(3)中衬底的倾斜角度为10～170°。

进一步，步骤(4)所得超薄锂带/箔的厚度为5～100μm。