CN104900841B - 金属锂带及其制备方法及使用该金属锂带的储能器件 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属锂技术领域，特别涉及一种金属锂带：包括基材以及附着在基材上的金属锂层；该金属锂层的厚度小于等于100μm，且其与基材之间还设置有阻隔层；该阻隔层与金属锂之间不具有反应活性，在外在因素促使下，金属锂层能够从阻隔层上脱落。其制备方法包括基础处理与锂带制备两个步骤。本发明的金属锂带可以非常容易的将金属锂层与基材分离，得到自支撑的金属锂带。
Description
技术领域
本发明属于锂金属技术领域，特别涉及一种金属锂带及其制备方法。
背景技术
由于锂电池具有能量密度高等特点，进入21世纪之后，其在储能器件中扮演着越来越重要的角色。而随着使用这些锂电池的便携式电子设备微型化和长待机化的不断发展，这些设备对锂电池的能量密度提出了越来越高的要求。因此，如何提高锂电池的能量密度，便成为了广大锂电池研究领域研究者最为重点的研究方向。
锂电池包括金属锂负极电池和锂离子电池。
对于锂离子电池而言，由于电极材料的原因，在首次充电过程中均会形成固体电解质膜(SEI膜)，从而消耗一部分来自正极材料中的锂离子，最终导致电芯的首次库伦效率低于100％。例如石墨材料的首次库伦效率在90％左右，而合金阳极首次效率更低，以硅阳极材料为例，其首次库伦效率之间65％～85％之间。为了较大幅度的提高电芯的能量密度，就有必要提高电芯的首次库伦效率。在这方面，国内外专家均展开了广范的研究，并取得了一些成果：公开号为CN1290209C的中国专利申请提到将锂金属、阳极材料和非水液体混合形成浆料，将浆料涂覆到集流体上，然后干燥浆液；该方法虽然能够起到补锂作用，最终实现提高电芯的首次库伦效率的目的，但是整个电芯的生产工艺必须在干燥室内完成，同时金属锂与阳极材料共混难度大，因此生产成本较高。申请号为JP1996027910的日本专利申请采用将金属锂片覆盖在阳极片表面，然后卷绕制成电池，再灌注电解液的方法制备锂离子电池，使用该方法补锂时，由于补锂量需求较低，需要使用厚度非常小的金属锂带。
而对于金属锂电池而言，由于正极材料涂敷厚度及活性材料比容量的限制，其真实需要的与其匹配的金属锂的厚度同样较小，降低现有锂电池金属锂片的厚度，同样可以显著的提高电池的能量密度。但现有技术难以生成出厚度较小的金属锂带。
有鉴于此，确有必要开发一种厚度较小，同时又能大批量稳定生产的金属锂带，从而用于储能器件补锂或金属锂电池负极。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供的一种金属锂带：包括基材以及附着在基材上的金属锂层；该金属锂层的厚度小于等于100μm，且其与基材之间还设置有阻隔层；该阻隔层与金属锂之间不具有反应活性，在外在因素促使下，金属锂层能够从阻隔层上脱落。其制备方法包括基材处理与锂带制备两个步骤。本发明的金属锂带可以非常容易的将金属锂层与基材分离，得到自支撑的金属锂带。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种金属锂带，包括：
基材；以及
金属锂层，附着在所述基材上；
所述金属锂层的厚度小于或等于100μm；
所述金属锂层与所述基材之间还设置有阻隔层，所述阻隔层厚度
小于或等于100μm；
所述阻隔层与金属锂之间不具有反应活性，在外在因素促使下，
所述金属锂层能够从阻隔层上脱落。
作为本发明金属锂带的一种改进，所述金属锂层的厚度小于或等于30μm。
作为本发明金属锂带的一种改进，所述基材包括金属箔材、聚合物箔材或复合箔材。
作为本发明金属锂带的一种改进，所述基材为铜箔、铝箔、无锈钢箔、铝塑膜、尼龙膜、聚乙烯膜、聚丙烯膜、聚氯乙烯膜或聚酯膜；所述基材的厚度小于或等于5mm。
作为本发明金属锂带的一种改进，所述阻隔层含有熔点、升华点或分解温度介于0℃-150℃之间的物质，此时，如果对制得的复合在基材上的金属锂带进行加热(解热温度为0℃-150℃)，则阻隔层将被破坏，因此金属锂带就能自动的从基材上脱落下来；且所述阻隔层上还分布有润滑剂(包括石墨、二硫化钼、氧化物、氟化物、软金属、矿物油、合成油和动植物油中的至少一种)，此时，在润滑剂作用下，将降低阻隔层与金属锂带之间的粘接力，更有利于将锂带从阻隔层上剥离下来。
作为本发明金属锂带的一种改进，所述阻隔层含有碳酸乙烯酯、聚烯烃弹性体、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚氧化乙烯、聚ε-己内酯、聚丙烯酸酯、聚丁二酸乙二醇酯、碳酸氢铵和碘中的至少一种。
本发明还包括一种金属锂带的制备方法，其特征在于，主要包括如下步骤：
步骤1，基材处理：将阻隔层均匀布置于基材上待用；
步骤2，金属锂带制备：将金属锂源布置于两层厚度分别为h1和h2的经过步骤1处理的基材之间，之后进行辊压，使得金属锂带均匀的分布于两层基材之间，即得到成品金属锂带；
步骤3，通过加热处理，即可将基材从金属锂带上剥离下来，得到自支撑金属锂带。
作为本发明金属锂带的制备方法的一种改进，步骤2所述锂源为金属锂带、金属锂丝和金属锂粉中的至少一种。
作为本发明金属锂带的制备方法的一种改进，步骤2所述辊压方式为对辊辊压，两辊之间的空隙为a，且(h1+h2)<a≤(h1+h2+100μm)。
一种使用上述金属锂带富锂的储能器件，所述储能器件为锂离子电池、锂硫电池或锂空气电池。
本发明的有益效果在于：与传统的金属锂带不同，本发明的金属锂带及其制备方法具有明显优势：
首先，单纯的金属锂带，当其厚度较小时，具有非常强的粘黏性，极难成型，而本发明引入了基材，可以起到支撑锂带和防止锂带之间粘黏到一起的双重功能。
其次，本发明在金属层与基材之间引入了阻隔层，该缓冲层在外在因素作用下将被破坏，从而使得锂金属层自动脱落下来，解决了金属锂层与基材之间粘黏后难以分离的问题，从而得到独立支撑的厚度小的金属锂带。
最后，该方法制备金属锂带，工艺简单，便于工业化生产。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明及其有益效果进行详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
比较例1
选择两层厚度均为0.1mm的PET聚酯薄膜为基材，之后以金属锂粉为锂源，置于两层基材之间，用辊压机滚压，控制两辊之间的间隙为0.22mm，之后得到金属锂均匀分布于两薄膜之间的复合金属锂带。
实施例1
基材处理：选择两片厚度均为0.1mm的PET聚酯薄膜为基材，之后在两片基材的各一个面上处理一层厚度为0.002mm的聚氧化乙烯得到两片预处理PET聚酯薄膜基材；
金属锂带的制备：之后以金属锂粉为锂源，置于上述两片预处理PET聚酯薄膜基材之间，且处理层与锂层位于基材同侧，之后用辊压机滚压，控制两辊之间的间隙为0.22mm，之后得到金属锂均匀分布于两薄膜之间的复合金属锂带；将上述复合锂带锂带加热至60℃，使得预处理层融化，去除两片基材即得到厚度为16μm的自支撑金属锂带。
实施例2
与实施例1的不同之处在于：滚压时控制两辊之间的间隙为0.207mm。
其余与实施例1相同，不再赘述。
实施例3
与实施例1的不同之处在于：滚压时控制两辊之间的间隙为0.304mm。
其余与实施例1相同，不再赘述。
实施例4
基材处理：选择一层厚度为0.17mm的PET聚酯薄膜为基材，之后在该薄膜的一个面上处理一层厚度为0.002mm的聚氧化乙烯得到预处理PET聚酯薄膜基材；选择一层厚度为0.02mm的铝箔为基材，之后在该铝箔的一个面上处理一层厚度为0.002mm的聚烯烃弹性体得到预处理铝箔基材；
金属锂带的制备：之后以金属锂丝为锂源，置于上述两层预处理基材之间，且处理层与锂层位于基材同侧，之后用辊压机滚压，控制两辊之间的间隙为0.22mm，之后得到金属锂均匀分布于两薄膜之间的复合金属锂带；将上述复合锂带锂带加热至53℃，使得聚烯烃弹性体融化而聚氧化乙烯还未融化状态，去除铝箔，即得到厚度为26μm的单面自支撑金属锂带。
实施例5
基材处理：选择一层厚度为0.01mm的铜箔为基材，之后在该薄膜的一个面上处理一层厚度为0.004mm的石蜡得到预处理铜箔基材；选择一层厚度为5mm的聚氯乙烯膜为基材，之后在该聚氯乙烯膜的一个面上处理一层厚度为0.01mm的聚丁二酸乙二醇酯得到预处理铝箔基材；
金属锂带的制备：之后以金属锂带为锂源，置于上述两层预处理基材之间，且处理层与锂层位于基材同侧，之后用辊压机滚压，控制两辊之间的间隙为5.054mm，之后得到金属锂均匀分布于两薄膜之间的复合金属锂带；将上述复合锂带锂带加热至70℃，使得石蜡融化而聚丁二酸乙二醇酯还未融化状态，去除铜箔，即得到厚度为30μm的单面自支撑金属锂带。
对比表1种的比较例与各实施例可得，采用本发明，可以制备得到厚度小而且是双面自支撑或单面自支撑的金属锂带，同时可以通过 调节两辊之间间隙、基材厚度、预处理层厚度控制制得的锂带的厚度。最后，还可以通过选择不同性能的预处理层，制备得到半自支撑金属锂带。
此外，本发明制备金属锂带时，工艺简单，便于工业化大批量生产。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。
Claims (9)
1.一种金属锂带，包括：
基材；以及
金属锂层，附着在所述基材上；
其特征在于，
所述金属锂层的厚度小于或等于100μm；
所述金属锂层与所述基材之间还设置有阻隔层，所述阻隔层厚度小于或等于100μm；
所述阻隔层与金属锂之间不具有反应活性，在外在因素促使下，
所述金属锂层能够从阻隔层上脱落；
所述阻隔层含有熔点、升华点或分解温度介于0℃-150℃之间的物质，且所述阻隔层上还分布有润滑剂。
2.一种权利要求1所述的金属锂带，其特征在于，所述金属锂层的厚度小于或等于30μm。
3.一种权利要求1所述的金属锂带，其特征在于，所述基材包括金属箔材、聚合物箔材或复合箔材。
4.一种权利要求3所述的金属锂带，其特征在于，所述基材为铜箔、铝箔、无锈钢箔、铝塑膜、尼龙膜、聚乙烯膜、聚丙烯膜、聚氯乙烯膜或聚酯膜；所述基材的厚度小于或等于5mm。
5.一种权利要求1所述的金属锂带，其特征在于，所述阻隔层含有碳酸乙烯酯、聚烯烃弹性体、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚氧化乙烯、聚ε-己内酯、聚丙烯酸酯、聚丁二酸乙二醇酯、碳酸氢铵和碘中的至少一种。
6.一种权利要求1所述金属锂带，其特征在于，其制备方法主要包括如下步骤：
步骤1，基材处理：将阻隔层均匀布置于基材上待用；
步骤2，金属锂带制备：将金属锂源布置于两层厚度分别为h1和h2的经过步骤1处理的基材之间，之后进行辊压，使得金属锂带均匀的分布于两层基材之间，即得到成品金属锂带；
步骤3，通过加热处理，即可将基材从金属锂带上剥离下来，得到自支撑金属锂带。
7.一种权利要求6所述的金属锂带，其特征在于，步骤2所述锂源为金属锂带、金属锂丝和金属锂粉中的至少一种。
8.一种权利要求6所述的金属锂带，其特征在于，步骤2所述辊压方式为对辊辊压，两辊之间的空隙为a，且(h1+h2)<a≤(h1+h2+100μm)。
9.一种使用权利要求1所述金属锂带富锂的储能器件，所述储能器件为锂离子电池、锂硫电池或锂空气电池。
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