[发明专利]一种超薄金属锂箔及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种超薄金属锂箔及其制备方法和应用，属于锂电池技术领域，本发明首次提出了一种全新的制备超薄金属锂箔的方法，提出利用液态金属锂的重力和粘度特性来制备超薄锂箔的方法，利用高温液态金属锂的流动性及可控性，采用浸渍提拉法实现了对液态金属锂的厚度的控制，取代了传统辊压、挤压等方法在固态状态下逐步减薄的思路，可以实现简单、稳定、高效地连续生产超薄金属锂箔(金属锂箔的厚度为3～100μm)，具有广泛的实际应用价值。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，具体涉及到一种超薄金属锂箔及其制备方法和应用。

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负极材料。随着商业化锂离子电池的能量密度逐渐接近其极限，研究人员展开了对下一代高能量密度储能系统的广泛研究。由于金属锂的高比容量(3,860mAh g^-1)和低氧化还原电势(相对于标准氢电极为-3.04V)，金属锂被认为是高能量密度电池理想的负极材料，但是金属锂作为负极材料，需要超薄的厚度才能有效匹配现有的正极材料。但是传统的机械挤出法制备的金属锂箔厚度远超100μm，无法直接使用，即使采用辊压法无能为力，因为辊压法容易粘辊，而且超薄锂箔还极易发生断裂，均匀性和连续性无法保证，导致现阶段的超薄锂箔的制备难以满足当前的需求。

发明内容

针对上述不足，本发明的目的是提供一种超薄金属锂箔及其制备方法和应用。本发明首次提出了一种全新的制备超薄金属锂箔的方法，提出利用液态金属锂的重力和粘度特性来制备超薄锂箔的方法，利用高温液态金属锂的流动性及可控性，采用浸渍提拉法实现了对液态金属锂的厚度的控制，取代了传统辊压、挤压等方法在固态状态下逐步减薄的思路，可以实现简单、稳定、高效地连续生产超薄金属锂箔(金属锂箔的厚度为3～100μm)。

为达上述目的，本发明采取如下的技术方案：

本发明提供一种超薄金属锂箔的制备方法，包括以下步骤：采用浸渍提拉的方式将预热后的基底材料匀速通过熔融状态的金属锂，冷却，得到超薄金属锂箔。

相较于传统的机械挤出法，本发明中超薄金属锂箔的制备方法采用浸渍提拉的方式使得加热后的基底材料通过熔融状态的金属锂，利用熔融液态金属锂的流动性和粘附性对温度的依赖性，在基底表面形成一层超薄熔融金属锂层，快速冷却后即可；本发明可通过改变基底浸渍时间与提拉速度，从而调整熔融金属锂粘附力与重力的平衡关系，控制熔融金属锂在基底上所形成的厚度，从而获得具有不同厚度、表面平整的超薄金属锂箔。

进一步地，基底材料为铝箔、铜箔、涂炭铝箔、涂炭铜箔、不锈钢箔、镍箔、钛箔、碳布或碳毡等。

进一步地，熔融状态的金属锂和预热后的基底材料的温度相同。

进一步地，熔融状态的金属锂和预热后的基底材料的温度均为200～700℃。

进一步地，浸渍提拉时，基底材料与水平方向的倾斜角度为2～90度，优选为5～90度。

进一步地，浸渍提拉时，基底材料的提拉速度为0.01mm/s～1m/s，优选为0.1mm/s～1m/s。

进一步地，浸渍提拉时，基底材料的浸渍深度为0.1cm-20cm。

需要说明的是，本发明可根据实际选择的基底材料的种类、所制备金属锂箔厚度以及与基底材料结合力的实际需求，具体选择加热熔融金属锂的温度、提拉的速度、提拉的角度、浸渍的深度；即本发明可通过上述如提拉的速度、提拉的角度、浸渍的深度等参数来调节制备的锂箔厚度以及与基底结合力，可实现超薄金属锂箔简单、稳定、高效地连续生产。

本发明还提供上述超薄金属锂箔的制备方法制得的超薄金属锂箔。

进一步地，上述超薄金属锂箔的厚度为3～100μm。

本发明还提供上述超薄金属锂箔在用作和/或制备锂离子电池负极材料中的应用。