CN108777286A - 一种金属锂的表面修饰方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种金属锂的表面修饰方法，涉及锂离子电池技术领域，步骤如下：在塑料薄膜的至少一面涂覆硅油，在硅油面上涂布修饰层，将塑料薄膜上的修饰层朝向金属锂箔并附着在其两侧，辊压，将修饰层从塑料薄膜上剥离并转印到金属锂箔表面。本发明采用转印的方法将涂布有修饰层的塑料薄膜与金属锂箔一起辊压，从而将修饰层转印到金属锂箔上对其表面进行修饰，该方法可有效抑制金属锂负极在循环过程中锂枝晶的产生，经修饰后的金属锂负极显示出了良好的循环性能，提高使用安全性，该方法可通过卷对卷的方式实现大规模的生产，同时塑料薄膜收卷回收还可再利用，工艺简单，成本低廉，效率高，具有广阔的应用前景。

Description

一种金属锂的表面修饰方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种金属锂的表面修饰方法。
背景技术
金属锂具有极高的克容量发挥，极小的密度，将其作为锂离子电池负极材料时，将极大的提高电池能量密度。但是，目前限制锂金属电极应用的最大问题是金属锂作为锂离子电池负极时，会在电池充放电过程中产生锂枝晶。锂枝晶不仅会造成容量的大幅衰减，在后期将有刺穿电池隔膜的可能，导致正负极相连，电池短路，产生严峻的安全问题。
现有公开的文献报道指出，在金属锂表面进行修饰，给金属锂表面提供一种保护层可有效的抑制锂枝晶的产生。但是现有方法中一般采用化学生长的方法，只可用于极小面积的金属锂的表面修饰，效率低下，过程也十分复杂，不适用于未来的规模化应用。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种金属锂的表面修饰方法，采用转印的方法将涂布有修饰层的塑料薄膜与金属锂箔一起辊压，从而将修饰层转印到金属锂箔上，该方法可通过卷对卷的方式实现大规模的生产。
本发明提出的一种金属锂的表面修饰方法，步骤如下：在塑料薄膜的至少一面涂覆硅油，在硅油面上涂布修饰层，将塑料薄膜上的修饰层朝向金属锂箔并附着在其两侧，辊压，将修饰层从塑料薄膜上剥离并转印到金属锂箔表面。
优选地，所述塑料薄膜材质为聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚亚酰胺、聚氯乙烯中的一种；优选地，塑料薄膜的厚度为25～75μm。
优选地，所述硅油的涂覆方法为转移式涂覆、挤压式涂覆、浸涂、凹版印刷式涂覆中的一种；优选地，硅油的涂覆面密度为0.1～2g/m2。
优选地，所述修饰层的涂覆方法为转移式涂覆、挤压式涂覆、浸涂、凹版印刷式涂覆中的一种；优选地，修饰层的涂覆厚度为0.1～2μm。
优选地，所述修饰层是将修饰料分散到有机溶剂中形成浆料存在的；优选地，浆料黏度为100～2000mPa·s。
优选地，所述有机溶剂为乙醇、丙酮、乙腈、N-甲基-2-吡咯烷酮、环己烷中的一种或多种。
优选地，所述修饰料为具有骨架结构的碳材料或者聚环氧乙烷；优选地，所述碳材料为单层石墨烯、少层石墨烯、还原氧化石墨烯、掺杂石墨烯中的一种。
优选地，所述辊压的间隙低于金属锂箔与塑料薄膜总厚度10～40μm。
有益效果：本发明提出了一种金属锂的表面修饰方法，针对金属锂质软，大面积铺展会产生褶皱及断带，直接涂覆修饰存在涂覆不均匀及危险性等问题，采用转印的方法将涂布有修饰层的塑料薄膜与金属锂箔一起辊压，从而将修饰层转印到金属锂箔上，对其表面进行修饰，该方法可有效抑制金属锂负极在循环过程中锂枝晶的产生和生长，经修饰后的金属锂负极显示出了良好的循环性能，提高金属锂作为负极材料使用安全性，该方法可通过卷对卷的方式实现大规模的生产，同时塑料薄膜收卷回收还可再利用，工艺简单，成本低廉，效率高，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
选取50μm厚的聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜(PET薄膜)，使之处于紧绷状态，即给予PET薄膜一定的张力，以便于在涂覆硅油时，不至于产生褶皱，将硅油通过泵体打入挤压模头，可精确控制硅油的量，模头与PET薄膜接触后，硅油即可均匀涂覆在PET薄膜表面，涂覆面密度0.5g/m2；
配置质量分数在3％的石墨烯浆料，采用N-甲基-2-吡咯烷酮作为溶剂，调节黏度300mPa·s，采用微凹版涂布将石墨烯浆料涂覆于表面有硅油的PET薄膜表面，控制涂覆的厚度1μm，为了更好地成膜，可以在涂覆后给PET薄膜提供适当的温度，温度控制在80℃，使溶剂更快的从涂膜中挥发掉；
将上述制备好的PET薄膜置于锂箔的两侧，涂覆有石墨烯和硅油的一面朝向锂箔，一起进入压辊，同样的，PET薄膜和锂箔均需有一定的张力，进入压辊前PET薄膜和锂箔总厚度减去20μm为设置的压辊间隙，压辊转速设置为1rpm，压力5T，将修饰层从PET薄膜上转印至锂箔表面，辊压后，将PET薄膜从锂箔上剥离，PET薄膜可回收再进一步利用，从而最终将石墨烯修饰在锂箔的表面。
实施例2
选取75μm厚的聚乙烯薄膜(PE薄膜)，给予PE薄膜一定的张力，使之处于紧绷状态，以便于在涂覆硅油时，不至于产生褶皱，将硅油通过泵体打入挤压模头，精确控制硅油的量，通过模头将硅油均匀涂覆在PE薄膜表面，涂覆面密度0.1g/m2；
采用乙醇作为溶剂，配置质量分数在3％的石墨烯浆料，采用浸涂将石墨烯浆料涂覆于表面有硅油的PE薄膜表面，控制涂覆的厚度0.1μm，给PE薄膜提供适当的温度，使溶剂更快的从涂膜中挥发掉；
将上述制备好的PE薄膜置于锂箔的两侧，涂覆有石墨烯和硅油的一面朝向锂箔，一起进入压辊，同样的，PE薄膜和锂箔均需有一定的张力，进入压辊前PE薄膜和锂箔总厚度减去10μm为设置的压辊间隙，压辊转速设置为1.5rpm，压力4T，将修饰层从PE薄膜上转印至锂箔表面，辊压后，将PE薄膜从锂箔上剥离，PE薄膜可回收再进一步利用，从而最终将石墨烯修饰在锂箔的表面。
实施例3
选取25μm厚的聚氯乙烯薄膜(PVC薄膜)，给予PVC薄膜一定的张力，使之处于紧绷状态，以便于在涂覆硅油时，不至于产生褶皱，通过转移式涂覆将硅油均匀涂覆在PVC薄膜表面，涂覆面密度2g/m2；
采用丙酮作为溶剂，配置质量分数在2％的石墨烯浆料，采用微凹版涂布将石墨烯浆料涂覆于表面有硅油的PVC薄膜表面，控制涂覆的厚度2μm，为了更好地成膜，可以在涂覆后给PVC薄膜提供适当的温度，使溶剂更快的从涂膜中挥发掉；
将上述制备好的PVC薄膜置于锂箔的两侧，涂覆有石墨烯和硅油的一面朝向锂箔，一起进入压辊，同样的，PVC薄膜和锂箔均需有一定的张力，进入压辊前PVC薄膜和锂箔总厚度减去40μm为设置的压辊间隙，压辊转速设置为2rpm，压力5.5T，将修饰层从PVC薄膜上转印至锂箔表面，辊压后，将PVC薄膜从锂箔上剥离，PVC薄膜可回收再进一步利用，从而最终将石墨烯修饰在锂箔的表面。
实施例4
选取40μm厚的聚丙烯薄膜(PP薄膜)，使之处于紧绷状态，即给予PP薄膜一定的张力，以便于在涂覆硅油时，不至于产生褶皱，通过凹版印刷式涂覆将硅油均匀涂覆在PP薄膜表面，涂覆面密度1g/m2；
采用环己烷作为溶剂，配置质量分数在5％的聚环氧乙烷浆料，采用挤压式涂覆将聚环氧乙烷浆料涂覆于表面有硅油的PP薄膜表面，控制涂覆的厚度0.5μm，为了更好地成膜，可以在涂覆后给PP薄膜提供适当的温度，使溶剂更快的从涂膜中挥发掉；
将上述制备好的PP薄膜置于锂箔的两侧，涂覆有聚环氧乙烷和硅油的一面朝向锂箔，一起进入压辊，同样的，PP薄膜和锂箔均需有一定的张力，进入压辊前PP薄膜和锂箔总厚度减去30μm为设置的压辊间隙，压辊转速设置为1rpm，压力4.5T，将修饰层从PP薄膜上转印至锂箔表面，辊压后，将PP薄膜从锂箔上剥离，PP薄膜可回收再进一步利用，从而最终将聚环氧乙烷修饰在锂箔的表面。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种金属锂的表面修饰方法，其特征在于，步骤如下：在塑料薄膜的至少一面涂覆硅油，在硅油面上涂布修饰层，将塑料薄膜上的修饰层朝向金属锂箔并附着在其两侧，辊压，将修饰层从塑料薄膜上剥离并转印到金属锂箔表面。
2.根据权利要求1所述的金属锂的表面修饰方法，其特征在于，所述塑料薄膜材质为聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚亚酰胺、聚氯乙烯中的一种；优选地，塑料薄膜的厚度为25～75μm。
3.根据权利要求1所述的金属锂的表面修饰方法，其特征在于，所述硅油的涂覆方法为转移式涂覆、挤压式涂覆、浸涂、凹版印刷式涂覆中的一种；优选地，硅油的涂覆面密度为0.1～2g/m2。
4.根据权利要求1所述的金属锂的表面修饰方法，其特征在于，所述修饰层的涂覆方法为转移式涂覆、挤压式涂覆、浸涂、凹版印刷式涂覆中的一种；优选地，修饰层的涂覆厚度为0.1～2μm。
5.根据权利要求1所述的金属锂的表面修饰方法，其特征在于，所述修饰层是将修饰料分散到有机溶剂中形成浆料存在的；优选地，浆料黏度为100～2000mPa·s。
6.根据权利要求5所述的金属锂的表面修饰方法，其特征在于，所述有机溶剂为乙醇、丙酮、乙腈、N-甲基-2-吡咯烷酮、环己烷中的一种或多种。
7.根据权利要求5所述的金属锂的表面修饰方法，其特征在于，所述修饰料为具有骨架结构的碳材料或者聚环氧乙烷；优选地，所述碳材料为单层石墨烯、少层石墨烯、还原氧化石墨烯、掺杂石墨烯中的一种。
8.根据权利要求1所述的金属锂的表面修饰方法，其特征在于，所述辊压的间隙低于金属锂箔与塑料薄膜总厚度10～40μm。
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