CN107109275A - 用于将锂片层压成锂薄膜的挥发性甲基硅氧烷 - Google Patents
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Abstract
挥发性甲基硅氧烷被用作将锂或锂合金片层压成锂或锂合金膜的过程中的润滑剂。聚二甲基硅氧烷、六甲基二硅氧烷、八甲基三硅氧烷、十甲基四硅氧烷和十二甲基六硅氧烷各自显示是高度可铺展且可压缩的，从而为将挤出的锂片层压成薄锂膜提供足够的润滑，并且在层压后容易从其上蒸发。因此，有利地，挥发性甲基硅氧烷润滑剂不会污染由锂膜制成的电化学电池。
Description
技术领域
本发明一般地涉及一种层压锂片的过程，并且更具体地，涉及一种用于将锂金属或其合金的片层压成薄膜的过程的润滑剂组合物，所述薄膜可用作电化学电池中的阳极。
背景技术
由固体聚合物电解质以及薄膜阴极和薄膜锂金属阳极的层压件制造的可再充电锂聚合物电池显示出优于使用液体电解质的常规锂离子电池的许多优点。这些优点包括更低的整体电池重量，高的功率密度，高的比能量，更长的使用寿命，以及由于消除了有毒液体流入环境中的危险而具有的环境友好性。锂金属聚合物电池已经成为用于电动或混合动力车辆和固定应用(例如备用电力系统、用于太阳能电池板或风力涡轮机能量生产的能量蓄能器)以及用于住宅和工业应用中的电力消耗调峰的最有前途的储能装置。
通过快速且可靠的过程生产厚度小于100微米(μm)且为宽带形式(例如，10厘米(cm)或更大且长度为数百米)的锂薄膜面临着重大的技术困难，这可归因于锂金属极端的物理和化学特性，例如其化学反应性、其可延展性、其低的机械强度、其通过简单接触的快速自焊接以及其对大部分固体材料(例如，其他更常见的金属如钢、铝，及其常见合金)的强粘附性。
目前，利用锂金属的可延展性采用冷挤出来连续生产150μm至250μm的锂或锂合金片，如美国专利第6,854,312号中所描述的，其通过引用并入本文。之后，为了降低厚度，使通过挤出获得的膜通过层压装置层压，该层压装置包括可调节层压辊以用于控制正被层压的锂或锂合金膜的形状和轮廓到100μm或更小的厚度，从而可以用于锂聚合物电池，如美国专利第7,513,136号中描述的，其也通过引用并入本文。
在层压过程中，使用如美国专利第5,837,401号中所描述的包含与溶剂混合的特定添加剂的润滑剂来防止在压力下与层压辊接触的薄锂膜的粘附，以防止薄锂膜的破裂。美国专利第5,837,401号(其通过引用并入本文)中公开的特定添加剂和溶剂具有与用于电化学电池的锂膜化学相容的特定特性。美国专利第5,837,401号中描述的润滑剂防止层压锂膜过度地粘附至层压辊，并且不会在锂膜表面上通过氧化与锂反应，因此，在组装和运行电化学电池时不损害电化学电池的薄膜锂阳极与聚合物电解质的界面处的电化学交换。该润滑剂的化学配方的主要优点在于，特定添加剂在层压后可保持在锂膜的表面上，并且当这样用于电化学电池中时不会损害锂阳极的良好运行。此外，该润滑剂对锂的化学相容性消除了在组装和用于电化学电池之前洗涤层压锂膜的表面的步骤。先前的用于将锂片层压成用于电化学电池的锂膜的包含反应性有机官能团的层压润滑剂(例如，有机酸和醇)必须从层压锂膜的表面除去，因为它们对电化学电池的良好运行有害。
然而，美国专利第5,837,401号中描述的润滑剂的制备是麻烦的。润滑剂的组成必须包含与溶剂混合的精确为0.2重量％的聚氧乙烯二硬脂酸酯，所述溶剂选自庚烷、苯、甲苯、环己烷或这些溶剂的混合物。必须将该混合物搅拌数小时以适当地共混所有组分，并且在用作将锂片层压成锂膜时的润滑剂时必须不断搅拌。
此外，尽管残留在锂膜的表面上的润滑剂不妨碍锂阳极在用于电化学电池时的良好运行，但是它也不有助于其良好运行。因此，残留的润滑剂增加了电化学电池的重量，并且因此降低(虽然很少)了所生产的电化学电池的比能量密度。
上述润滑剂的混合和共混操作以及润滑剂的组分(添加剂(聚氧乙烯二硬脂酸酯)和溶剂(庚烷、苯、甲苯和环己烷))的直接成本增加了使由薄锂膜制造的电化学电池的总成本。
因此，需要用于将锂片层压成用于电化学电池的锂膜的新的润滑剂，所述润滑剂在层压之后不残留在锂膜的表面上并且其制备需要更少的操作。
发明内容
本发明的一个目的是改善现有技术中存在的至少一些不便。
本发明的另一个目的是提供用于将锂片层压成100μm或更小的锂膜的过程的润滑剂。
在一个方面中，本发明提供了一种在将锂或锂合金片层压成锂或锂合金膜的过程中使用的润滑剂，所述润滑剂为选自聚二甲基硅氧烷、六甲基二硅氧烷、八甲基三硅氧烷、十甲基四硅氧烷和十二甲基六硅氧烷的挥发性甲基硅氧烷。
在另一个方面中，本发明提供了一种用于将锂或锂合金片层压成锂或锂合金膜的方法，其包括：将锂或锂合金片供给到一对工作辊之间，并且已经在所述工作辊上施加液体形式的挥发性甲基硅氧烷润滑剂，当所述锂或锂合金片通过所述工作辊时，所述锂或锂合金片在所述工作辊之间经压缩通过施加在所述锂或锂合金片上的压缩力而在厚度上减小，以获得小于100μm的锂或锂合金膜。
本发明的实施方案各自具有至少一个上述目的和/或方面，但是不一定具有全部的上述目的和/或方面。应理解，试图达到上述目的本发明的一些方面可以不满足这些目的和/或可以满足本文中未具体记载的其他目的。
通过以下描述、附图和所附权利要求，本发明的实施方案的附加和/或替代特征、方面和优点将变得显而易见。
附图说明
为了更好地理解本发明以及其其他方面和另外的特征，参考与附图结合的以下说明，其中：
图1为用于将锂或锂合金片层压成薄膜的包括润滑剂分配单元的装置的示意性侧截面图。
具体实施方式
参照图1，示意性地示出了层压装置10，其用于由先前挤出的约150μm至250μm的锂或锂合金片14生产小于100μm，优选地小于75μm，并且更优选地约50μm的锂或锂合金薄膜12。层压装置10包括主框架16、一对层压辊18a和18b、邻近层压辊18a并与其接触的第一支承辊20a、邻近层压辊18b并与其接触的第二支承辊20b、以及两个层压润滑剂分散单元22a和22b。将卷绕的挤出的锂或锂合金片14的卷24放置在包括驱动电机控制单元(未示出)的供给辊26上，所述驱动电机控制单元用于控制锂片14在到达层压辊18a和18b之前的张力。
约150μm至250μm的锂片14蛇形前进通过一系列自由辊28，通向测量行进的锂片14的精确速度的第一编码器辊41，并通向配备有测压元件以用于精确测量进入层压装置10的锂片14上的张力的第一张力辊43。张力辊43的测压元件可电耦接至卷24的驱动电机的控制单元以自动调整施加到锂片14上的张力。然后将锂片14供给至矫直机30中，所述矫直机通过一系列紧密排列的辊32快速地卷绕锂片14，其作用是消除锂片14的任何横向位移和防止锂片14的任何锯齿形运动，从而确保锂片14被直着供给至层压辊18a和18b的中心部分而没有任何对层压过程有害的横向交织运动。因此，锂片14在辊之间的固定位置处被供给到层压辊18a和18b中。
在层压装置10的入口处，润滑剂分散单元22a和22b将足够量的与锂相容的层压润滑剂排放到在层压区域上游的每个工作辊18a和18b的工作表面上，使得锂片14被经适当润滑的工作辊18a和18b层压，从而防止层压膜12在任一工作辊上的不期望粘附。
如上所述，US专利第5,37,401号和第6,019,801号中描述了先前在工作辊18a和18b上使用的润滑剂，并且其以选自庚烷、苯、甲苯、环己烷或其混合物的溶剂以及聚氧乙烯二硬脂酸酯为基础。这种特定润滑剂的缺点很多。首先，如前所述，一些润滑剂残留在层压锂膜的表面上并因此并入到电化学电池中。第二，润滑剂成分的混合和共混需要数小时并且难以获得均匀的混合物。第三，润滑剂中使用的溶剂是污染物，必须小心操作和控制。最后，在使挤出的锂片14的每个卷24通过层压装置10进行层压之后，必须清除残留在工作辊上的润滑剂。
层压锂膜12被拉动通过光学耐熔系统36，所述光学耐熔系统测量层压锂膜12的表面均匀度并且还检测膜上的任何孔隙和沿着膜边缘的裂纹。光学系统还可以用于测量锂膜12的厚度。通过驱动卷绕辊38向锂膜12施加受控张力，以确保层压锂膜12适当地卷绕。层压锂膜12在受控张力下蛇形前进通过一系列辊，其中第一个是配备有测压元件以用于精确地测量离开层压装置10的层压锂膜12上的张力的第二张力辊45。张力辊45的测压元件可电耦接至卷绕辊38的驱动电机的控制单元以自动地调整施加到锂片12上的张力。然后，锂膜通过第二编码器辊47卷绕，所述第二编码器辊测量行进的锂膜12的精确速度。然后，层压锂膜12通过通向卷绕辊38的一系列自由辊34卷绕。
绝缘材料的薄膜如聚丙烯膜90也卷绕在卷绕辊38上以分离锂膜12的层，使得它们不彼此粘附。绝缘膜90通过卷绕辊38从卷92中拉出，但是首先通过配备有测压元件以用于精确测量绝缘膜90上的张力的张力辊94卷绕。该张力测量对于控制通过卷绕辊38施加到锂膜12上的张力是必需的，因为卷绕辊38所施加的张力在锂膜12和绝缘膜90之间分开。
第一编码器辊41和第二编码器辊47分别测量进入层压装置10的锂片14的速度和离开层压装置10的层压锂膜12的速度。锂片14的入口速度与层压锂膜12的出口速度的关系与初始锂片14变成锂膜12的厚度减少成正比，使得当初始锂片14的厚度已知时可通过简单的数学方程式推导出层压锂膜12的厚度。层压锂膜12的厚度优选地通过第一编码器辊41和第二编码器辊47的速度差来控制和验证。
通过替代基于甲苯、己烷和聚氧乙烯二硬脂酸酯的润滑剂的多个实验，本发明人发现，通常称为硅油的聚二甲基硅氧烷低聚物家族中的挥发性甲基硅氧烷提供了用于将锂片层压成小于100μm的锂膜的理想替代润滑剂。硅油通常用作模制橡胶件的脱模剂以及塑料和橡胶表面的润滑剂。硅油的低粘度指数、其热稳定性和化学稳定性、其耐剪切破坏性、其可压缩性及其挥发性使得硅油作为用于将锂片层压成锂膜的润滑剂是出色的。硅油是环境友好的，因为其通常用于个人护理产品；硅油易于回收；其挥发性消除了残留在层压锂膜的表面上的润滑剂残留物并且还消除了在层压后清洁工作辊的需要。此外，硅油可以以其纯形式作为单溶剂使用而无需与其他溶剂混合或共混。最后，与现有技术的基于聚氧乙烯二硬脂酸酯的润滑剂相比，其特别低的粘度使得能够使用少3至4.5倍的润滑剂。
甲基硅氧烷是由(CH3)2SiO形式的单元构成的化合物。甲基硅氧烷可以具有由交替的硅和氧原子(例如，--Si--O--Si--O--)组成的支化或非支化骨架，其中侧链甲基与硅原子连接。优选的挥发性甲基硅氧烷包括线性聚二甲基硅氧烷(C2H6OSi)n，例如六甲基二硅氧烷(C6H18OSi2)、八甲基三硅氧烷(C8H24OSi2)、十甲基四硅氧烷(C10H30O3Si4)和十二甲基六硅氧烷(C12H36O6Si6)。
首先使用粘度为在25℃下0.65厘沲(centistoke)的六甲基二硅氧烷(C6H18OSi2)进行测试。六甲基二硅氧烷是透明、无色且基本上无味的流体。其通常被用作许多个人护理产品(例如，护肤液、沐浴油、防晒液、除臭剂、头发喷雾和其他美容护发产品)的基础流体。因此，六甲基二硅氧烷是操作安全的。六甲基二硅氧烷具备所有硅酮流体中最快的蒸发速率、最低的表面张力、最高的可压缩性和高的可铺展性。这些特征使其成为用于将锂片层压成锂膜的润滑剂的优异候选物。
首先将六甲基二硅氧烷流体层铺展在锂箔样品的表面上，以确定锂是否会与六甲基二硅氧烷流体反应，并且评价六甲基二硅氧烷流体的蒸发速率以确定六甲基二硅氧烷流体是否会完全蒸发并使得锂箔的表面不含润滑剂。
将被六甲基二硅氧烷流体层覆盖的15cm×15cm的锂箔样品放入保持在21℃的具有含有小于1％相对湿度的酸酐气氛的手套箱中，并使其干燥5分钟。在5分钟之后，目视检查锂箔样品。锂箔表面的视觉方面是优异的；锂是明亮的，没有任何着色，表明锂未与六甲基二硅氧烷流体反应。此外，锂箔的表面是完全干燥的，表明六甲基二硅氧烷完全蒸发，使得锂箔的表面不含润滑剂。
然后，在通过图1中描述的层压装置10产生的剪切和压缩应力下测试六甲基二硅氧烷流体的润滑品质。用六甲基二硅氧烷流体填充连接至润滑剂分散单元22a和22b的贮液器。将先前挤出的厚度为200μm的锂片14的卷24安装在供给辊26上并通过辊28、41和43以及通过矫直机30进行卷绕，并且供给到工作辊18a和18b中。通过以下来完成设置：通过光学耐熔系统36以及通过辊45、47、和34卷绕锂片14，并且将锂片的末端固定到卷绕辊38并安装聚丙烯膜90。
调整工作辊18a和18b以将挤出的锂片14的厚度从200μm降低到小于100μm。在含有小于1％相对湿度的酸酐气氛下，通过润滑剂分散单元22a和22b以比现有技术的润滑剂小4.5倍的速率下将六甲基二硅氧烷润滑剂流体排放到每个工作辊18a和18b的工作表面上来进行锂片14的层压测试运行。
初始层压测试表明，一旦工作辊18a和18b的温度在30秒之后升高，六甲基二硅氧烷润滑剂流体就蒸发得极其快，并且这种快速蒸发使得工作辊18a和18b的表面的一些部分没有被润滑并且导致层压膜12的一部分部分地粘附至工作辊18a和18b。为了减缓这种快速蒸发，将分散单元22a和22b的润滑剂发料(debit)从比现有技术的润滑剂小4.5倍逐渐增加至比现有技术的润滑剂小3.25倍，此时工作辊18a和18b的表面整个保持润滑并且层压膜12不再部分地粘附至工作辊18a和18b。
该层压测试运行的结论是，在润滑剂发料比现有技术的润滑剂小3.25倍时层压锂膜12没有不期望地粘附到工作辊18a和18b上，并且测量层压锂膜12的表面均匀度的光学耐熔系统36显示出没有孔隙和裂纹的光滑且均匀的表面。对卷起的层压锂膜12进行分析以确定在层压锂膜12的表面上是否残留有任何六甲基二硅氧烷，并且发现是完全干燥的，表明当层压锂膜12在卷绕到卷绕辊38上之前蛇形前进通过辊45、47和34时，六甲基二硅氧烷完全蒸发。
该层压测试运行证明，六甲基二硅氧烷润滑剂流体具有为提供足够润滑以将挤出的锂片层压成薄锂膜所需的物理品质，并且此外，所需的六甲基二硅氧烷润滑剂流体的量比现有技术的润滑剂小3.25倍。此外，在手套箱中的静态测试证明，六甲基二硅氧烷润滑剂流体具有为与锂一起使用所需的化学品质，因为其显示出与锂膜的表面不反应。
使用粘度为在25℃下1.0厘沲(水的粘度)的八甲基三硅氧烷(C8H24OSi2)进行另一个测试。八甲基三硅氧烷也是透明、无色且基本上无味的流体。其由于优异的铺展特性和高的蒸发特性也被通常用作许多个人护理产品的基础流体。因此，八甲基三硅氧烷是操作安全的。八甲基三硅氧烷具备高的蒸发速率、低的VTC(粘度随温度的变化)、低的表面张力、高的可压缩性和高的可铺展性。这些特性也使其成为用于将锂片层压成锂膜的润滑剂的优异候选物。
首先将八甲基三硅氧烷流体层铺展在锂箔样品的表面上，以确定锂是否会与八甲基三硅氧烷流体反应，并且评价八甲基三硅氧烷流体的蒸发速率以确定八甲基三硅氧烷流体是否会完全蒸发并使得锂箔的表面不含润滑剂。
将被八甲基三硅氧烷流体层覆盖的15cm×15cm的锂箔样品放入保持在21℃的具有含有小于1％相对湿度的酸酐气氛的手套箱中，并使其干燥5分钟。在5分钟之后，目视检查锂箔样品。锂箔表面的视觉方面是优异的；锂是明亮的，没有任何着色，表明锂未与八甲基三硅氧烷流体反应。此外，锂箔的表面是完全干燥的，表明八甲基三硅氧烷完全蒸发，使得锂箔的表面不含润滑剂。
然后，以如先前关于六甲基二硅氧烷流体描述的相同的方式，在通过图1中描述的层压装置10产生的剪切和压缩应力下测试八甲基三硅氧烷流体的润滑品质。用八甲基三硅氧烷流体填充连接至润滑剂分散单元22a和22b的贮液器。将先前挤出的厚度为200μm的锂片14的卷24安装在供给辊26上并通过辊28、41和43以及通过矫直机30进行卷绕，并且供给到工作辊18a和18b中。通过以下来完成设置：通过光学耐熔系统36以及通过辊45、47、和34卷绕锂片14，并且将锂片的末端固定到卷绕辊38并安装聚丙烯膜90。
调整工作辊18a和18b以将挤出的锂片14的厚度从200μm降低到小于100μm。在含有小于1％相对湿度的酸酐气氛下，通过润滑剂分散单元22a和22b以比现有技术的润滑剂小4.5倍的速率下将八甲基三硅氧烷润滑剂流体排放到每个工作辊18a和18b的工作表面上来进行锂片14的层压测试运行。
初始层压测试表明，一旦工作辊18a和18b的温度在30秒之后升高，八甲基三硅氧烷润滑剂流体也蒸发得太快，并且这种快速蒸发使得工作辊18a和18b的表面的一些部分没有被润滑并且导致层压膜12的一部分部分地粘附至工作辊18a和18b。为了减缓这种快速蒸发，将分散单元22a和22b的润滑剂发料从比现有技术的润滑剂小4.5倍逐渐增加至比现有技术的润滑剂小3.5倍，此时工作辊18a和18b的表面整个保持润滑并且层压膜12不再部分地粘附至工作辊18a和18b。
该层压测试运行的结论是，在润滑剂发料比现有技术的润滑剂小3.5倍时层压锂膜12没有不期望地粘附到工作辊18a和18b上，并且测量层压锂膜12的表面均匀度的光学耐熔系统36显示出没有孔隙和裂纹的光滑且均匀的表面。对卷起的层压锂膜12进行分析以确定在层压锂膜12的表面上是否残留有任何八甲基三硅氧烷，并且发现是完全干燥的，表明当层压锂膜12在卷绕到卷绕辊38上之前蛇形前进通过辊45、47和34时，八甲基三硅氧烷完全蒸发。
该层压测试运行证明，八甲基三硅氧烷润滑剂流体具有为提供足够润滑以将挤出的锂片层压成薄锂膜所需的物理品质，并且此外，所需的八甲基三硅氧烷润滑剂流体的量比现有技术的润滑剂小3.5倍。此外，在手套箱中的静态测试证明，八甲基三硅氧烷润滑剂流体具有为与锂一起使用所需的化学品质，因为其显示出与锂膜的表面不反应。
使用粘度为在25℃下1.5厘沲的十甲基四硅氧烷(C10H30O3Si4)进行新的测试。十甲基四硅氧烷也是透明、无色且无味的流体。其由于其优异的铺展特性和高的蒸发特性也被通常用作许多个人护理产品(例如通常为止汗剂、除臭剂、护肤液、防晒液和化妆品)的基础流体。因此，十甲基四硅氧烷是操作安全的。十甲基四硅氧烷具备高的蒸发速率、优异的低温稳定性、低的VTC(粘度随温度的变化)、低的表面张力、高的可压缩性和高的可铺展性。这些特性也使其成为用于将锂片层压成锂膜的润滑剂的优异候选物。
首先将十甲基四硅氧烷流体层铺展在锂箔样品的表面上，以确定锂是否会与十甲基四硅氧烷流体反应，并且评价十甲基四硅氧烷流体的蒸发速率以确定十甲基四硅氧烷流体是否会完全蒸发并使得锂箔的表面不含润滑剂。
将被十甲基四硅氧烷流体层覆盖的15cm×15cm的锂箔样品放入保持在21℃的具有含有小于1％相对湿度的酸酐气氛的手套箱中，并使其干燥5分钟。在5分钟之后，目视检查锂箔样品。锂箔表面的视觉方面是优异的；锂是明亮的，没有任何着色，表明锂未与十甲基四硅氧烷流体反应。此外，锂箔的表面是完全干燥的，表明十甲基四硅氧烷完全蒸发，使得锂箔的表面不含润滑剂。
然后，以如先前关于六甲基二硅氧烷和八甲基三硅氧烷流体描述的相同的方式，在通过图1中描述的层压装置10产生的剪切和压缩应力下测试十甲基四硅氧烷流体的润滑品质。用十甲基四硅氧烷流体填充连接至润滑剂分散单元22a和22b的贮液器。将先前挤出的厚度为200μm的锂片14的卷24安装在供给辊26上并通过辊28、41和43以及通过矫直机30进行卷绕，并且供给到工作辊18a和18b中。通过以下来完成设置：通过光学耐熔系统36以及通过辊45、47、和34卷绕锂片14，并且将锂片的末端固定到卷绕辊38并安装聚丙烯膜90。
调整工作辊18a和18b以将挤出的锂片14的厚度从200μm降低到小于100μm。在含有小于1％相对湿度的酸酐气氛下，通过润滑剂分散单元22a和22b以比现有技术的润滑剂小4.5倍的速率下将十甲基四硅氧烷润滑剂流体排放到每个工作辊18a和18b的工作表面上来进行锂片14的层压测试运行。
该层压测试运行的结论是，在比现有技术的润滑剂小4.5倍的速率下，层压锂膜12没有不期望地粘附到工作辊18a和18b上，并且测量层压锂膜12的表面均匀度的光学耐熔系统36显示出没有孔隙和裂纹的光滑且均匀的表面。对卷起的层压锂膜12进行分析以确定在层压锂膜12的表面上是否残留有任何十甲基四硅氧烷，并且发现是完全干燥的，表明当层压锂膜12在卷绕到卷绕辊38上之前蛇形前进通过辊45、47和34时，十甲基四硅氧烷完全蒸发。
该层压测试运行证明，十甲基四硅氧烷润滑剂流体具有为提供足够润滑以将挤出的锂片层压成薄锂膜所需的物理品质，并且此外，所需的十甲基四硅氧烷润滑剂流体的量比现有技术的润滑剂小4.5倍。此外，在手套箱中的静态测试证明，十甲基四硅氧烷润滑剂流体具有为与锂一起使用所需的化学品质，因为其显示出与锂膜的表面不反应。
使用粘度为在25℃下2.0厘沲的十二甲基六硅氧烷(C12H36O6Si6)进行另外的测试。十二甲基六硅氧烷也是透明、无色且无味的流体。其由于其优异的铺展特性和高的蒸发特性也被通常用作许多个人护理产品(例如，通常为止汗剂、除臭剂、护肤液、防晒液和化妆品)的基础流体。因此，十二甲基六硅氧烷是操作安全的。十二甲基六硅氧烷具备高的蒸发速率、低的VTC(粘度随温度的变化)、低的表面张力、高的可压缩性和高的可铺展性。这些特性也使其成为用于将锂片层压成锂膜的润滑剂的优异候选物。
首先将十二甲基六硅氧烷流体层铺展在锂箔样品的表面上，以确定锂是否会与十二甲基六硅氧烷流体反应，并且评价十二甲基六硅氧烷流体的蒸发速率以确定十二甲基六硅氧烷流体是否会完全蒸发并使得锂箔的表面不含润滑剂。
将被十二甲基六硅氧烷流体层覆盖的15cm×15cm的锂箔样品放入保持在21℃的具有含有小于1％相对湿度的酸酐气氛的手套箱中，并使其干燥5分钟。在5分钟之后，目视检查锂箔样品。锂箔表面的视觉方面是优异的；锂是明亮的，没有任何着色，表明锂未与十二甲基六硅氧烷流体反应。此外，锂箔的表面是完全干燥的，表明十二甲基六硅氧烷完全蒸发，使得锂箔的表面不含润滑剂。
然后，以如先前关于六甲基二硅氧烷、八甲基三硅氧烷和十甲基四硅氧烷流体描述的相同的方式，在通过图1中描述的层压装置10产生的剪切和压缩应力下测试十二甲基六硅氧烷流体的润滑品质。用十二甲基六硅氧烷流体填充连接至润滑剂分散单元22a和22b的贮液器。将先前挤出的厚度为200μm的锂片14的卷24安装在供给辊26上并通过辊28、41和43以及通过矫直机30进行卷绕，并且供给到工作辊18a和18b中。通过以下来完成设置：通过光学耐熔系统36以及通过辊45、47、和34卷绕锂片14，并且将锂片的末端固定到卷绕辊38并安装聚丙烯膜90。
调整工作辊18a和18b以将挤出的锂片14的厚度从200μm降低到小于100μm。在含有小于1％相对湿度的酸酐气氛下，通过润滑剂分散单元22a和22b以比现有技术的润滑剂小4.5倍的速率下将十二甲基六硅氧烷润滑剂流体排放到每个工作辊18a和18b的工作表面上来进行锂片14的层压测试运行。
该层压测试运行的结论是，在比现有技术的润滑剂小4.5倍的速率下，层压锂膜12没有不期望地粘附到工作辊18a和18b上，并且测量层压锂膜12的表面均匀度的光学耐熔系统36显示出没有孔隙和裂纹的光滑且均匀的表面。对卷起的层压锂膜12进行分析以确定在层压锂膜12的表面上是否残留有任何十二甲基六硅氧烷，并且发现是完全干燥的，表明当层压锂膜12在卷绕到卷绕辊38上之前蛇形前进通过辊45、47和34时，十二甲基六硅氧烷完全蒸发。
该层压测试运行证明，十二甲基六硅氧烷润滑剂流体具有为提供足够润滑以将挤出的锂片层压成薄锂膜所需的物理品质，并且此外，所需的十二甲基六硅氧烷润滑剂流体的量比现有技术的润滑剂小4.5倍。此外，在手套箱中的静态测试证明，十二甲基六硅氧烷润滑剂流体具有为与锂一起使用所需的化学品质，因为其显示出与锂膜的表面不反应。
通过使用如上述层压的各锂膜样品作为实验室电池的阳极来制备实验室电池。使用以下来制备实验室电池：使用挥发性甲基硅氧烷润滑剂之一层压的厚度小于100μm的锂膜，由环氧乙烷与甲基缩水甘油醚的共聚物和锂盐组成的聚合物电解质，以及由碳酸锂化磷酸铁(C-LiFePO4)和相同聚合物电解质组成的复合阴极。实验室电池在60℃下的初始阻抗等于具有使用由溶剂和聚氧乙烯二硬脂酸酯组成的现有技术润滑剂层压的厚度小于100μm的锂阳极的相同实验室电池。
利用使用上述挥发性甲基硅氧烷润滑剂层压的锂膜作为阳极的这些实验室电池的循环特性在100次循环之后是优异的，并且实验室电池的利用率等于通过使用现有技术润滑剂层压的锂膜制备的类似实验室电池。实验室电池测试证明，使用上述挥发性甲基硅氧烷之一作为润滑剂层压的锂膜表现得与使用现有技术润滑剂层压的锂膜一样好。
薄锂膜或箔主要用于电池领域，但是还发现也可应用于电子器件、医疗起搏器、航空航天工业和专用科学设备(例如中子探测器)的领域。
对于本领域技术人员来说，对本发明的上述实施方案的修改和改进可以变得显而易见，上面的描述旨在是示例性的而不是限制性的，因此，本发明的范围旨在仅仅受所附权利要求的范围限制。
Claims (4)
1.一种在将锂或锂合金片层压成锂或锂合金膜的过程中使用的润滑剂，所述润滑剂为选自聚二甲基硅氧烷、六甲基二硅氧烷、八甲基三硅氧烷、十甲基四硅氧烷和十二甲基六硅氧烷的挥发性甲基硅氧烷。
2.根据权利要求1所述的润滑剂，以其纯形式作为单溶剂使用而不与其他溶剂混合或共混。
3.一种用于将锂或锂合金片层压成锂或锂合金膜的方法，包括：
-将锂或锂合金片供给到一对工作辊之间，并且已经在所述工作辊上施加液体形式的挥发性甲基硅氧烷润滑剂，当所述锂或锂合金片通过所述工作辊时，所述锂或锂合金片在所述工作辊之间经压缩通过施加在所述锂或锂合金片上的压缩力而在厚度上减小，以获得小于100μm的锂或锂合金膜。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述挥发性甲基硅氧烷润滑剂选自聚二甲基硅氧烷、六甲基二硅氧烷、八甲基三硅氧烷、十甲基四硅氧烷和十二甲基六硅氧烷。
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