CN109817893B - 一种超薄锂金属负极的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超薄锂金属负极的制备方法，属于锂原电池技术领域，所述超薄锂金属的厚度小于100μm；其特征在于：所述超薄锂金属负极的制备方法包括如下步骤：步骤1，根据需求将超薄锂带裁切为超薄锂片；步骤2，根据需求将铜箔裁切为极耳；步骤3锂片处理；用天然猪鬃、马毛、剑麻、软质塑料纤维、尼龙、聚丙烯、聚乙烯、PBT中的至少一个刷蹭锂片与极耳粘接区域，去除极耳区域的锂片钝化层；步骤4负极极片压合；将集流极耳粘接在处理过的锂片区域，采用平面压合设备，设置设备压力；将准备好的负极片上下分别用聚丙烯膜进行包裹；将负极片放在平板压合机上下板之间，压合获得紧密结合的负极片。
Description
技术领域
本发明属于锂原电池技术领域，尤其涉及一种超薄锂金属负极的制备方法。
背景技术
由于锂原电池具有优良的性能(如能量比较高，使用寿命长，额定电压高，自放电率低，绿色环保等)，被广泛应用于照相机、手表、电子安防、储存器备用电源、笔记本电脑的备用电源以及军事等领域。锂是已知金属中原子量最小，电化当量最高，电极电位最低的负极材料，与合适的正极材料匹配组成的电池是目前比能量最高的电池体系。伴随着锂原电池应用范围越来越大，各领域对其功率特性提出了更高的要求，功率型锂原电池已经引起越来越多的人关注。为了提高电池的功率特性，普遍采取的措施主要包括采用超薄负极、新型功率型正极材料、优化电解液配方等。
目前功率型锂原电池使用的超薄负极一般采用厚度低于100μm的锂片，使用5～10μm的铜箔做为集流体与锂片压合而成，经验证，与全网、半网相比，该种集流方式具有最大的电池容量和功率特性。在这个过程中，极耳与锂片之间的结合程度尤其重要，结合力不够或者接触不良都会影响电池的内阻。在放电过程中，有可能出现局部段金属锂消耗完，造成极耳与锂片脱离，使负极界面接触内阻增加甚至断路，电池后期无法正常放电，放电容量降低等问题。这种问题在超薄锂片与极耳的压合过程中尤其常见，主要是由于厚度低于100μm的锂片在生产过程中表面极易形成一层钝化膜，使得与光滑的铜箔之间很难压合成紧密结合的整体，造成极耳在锂片表面粘附不牢(见图2)，接触内阻变大，影响电池的功率特性。
针对这些问题，常规的解决方法是增加压合压力，或者对集流体铜箔进行打孔或者表面处理，以此来增加铜箔表面的粗糙度，但是在功率型锂原电池负极制备过程中，采用这个方法效果不佳，而且极耳面积很小，打孔会影响集流效果。单纯增加压合压力也不能达到压合紧密的效果。厚度低于100μm的锂片在生产过程中表面极易形成一层钝化膜，使得与光滑的铜箔之间很难压合成紧密结合的整体，造成极耳在锂片表面粘附不牢，接触内阻变大，影响电池的功率特性。针对这些问题，常规的解决方法是增加压合压力，或者对集流体铜箔进行打孔或者表面处理，以此来增加铜箔表面的粗糙度，但是在功率型锂原电池负极制备过程中，采用这个方法效果不佳，而且极耳面积很小，打孔会影响集流效果。单纯增加压合压力也不能达到压合紧密的效果。因此，需要寻找一种效果明显，简单易操作的方法来解决超薄锂片与极耳结合力不够的问题，提高锂原电池的功率特性。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明提供一种超薄锂金属负极的制备方法。该超薄锂金属负极的制备方法使用一种毛刷对锂片与极耳接触的区域进行处理，去除钝化层，增加表面粗糙度，增强结合力。
本发明所采用的具体技术方案为：
本专利的发明目的是提供一种超薄锂金属负极的制备方法，所述超薄锂金属的厚度小于100μm；所述超薄锂金属负极的制备方法包括如下步骤：
步骤1，根据需求将超薄锂带裁切为超薄锂片；
步骤2，根据需求将铜箔裁切为极耳；
步骤3锂片处理；
用天然猪鬃、马毛、剑麻、软质塑料纤维、尼龙、聚丙烯、聚乙烯、PBT中的至少一个刷蹭锂片与极耳粘接区域，去除极耳区域的锂片钝化层；
步骤4负极极片压合；
将集流极耳粘接在处理过的锂片区域，采用平面压合设备，设置设备压力；将准备好的负极片上下分别用聚丙烯膜进行包裹；将负极片放在平板压合机上下板之间，压合获得紧密结合的负极片。
本发明的优点及积极效果为：
1.与现有技术相比，本发明能够明显加强超薄锂片与极耳的结合力，降低极耳与锂片之间的接触内阻，提高电池在放电过程中的电压平台，降低电池产热功率，提高其功率特性；
2.这种方法在简单的工艺条件下就能实现，具有工艺简单，成本低廉，易实现产业化等优点。
附图说明
图1为负极片的结构图；
图2为毛刷处理前后锂片与铜箔结合程度对比图；
图3为毛刷处理前后电池放电电压曲线对比图。
其中：1、负极极耳，2、超薄锂箔；A、使用本专利方法处理过的效果，B、未处理过的效果；
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。
下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。
请参阅图1至图3：一种超薄锂金属负极的制备方法，负极片包括负极极耳1和超薄锂箔2，使超薄锂片与集流体极耳能够紧密的结合在一起。包括：处理超薄锂片的毛刷、一种超薄锂片和集流体极耳，所述超薄锂片经过毛刷处理后，通过压合设备压合，能与集流极耳紧密的结合在一起。
其中，所述处理此种超薄锂片的毛刷的材质为天然猪鬃、马毛、剑麻、软质塑料纤维、尼龙、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、PBT等。所述处理此种超薄型锂片的毛刷能均匀的除去表面钝化层，增加锂片表面的粗糙度。
其中，所述处理的金属锂片为厚度低于100μm的超薄型金属锂片。
其中，所述集流极耳为铜箔，铜箔表面光滑，厚度为5～15μm。
实施例1：
步骤1锂片裁切
将0.065mm厚的锂带裁成135*59mm尺寸。
步骤2极耳1裁切
将铜箔裁切成15mm宽20mm长，铜箔的厚度为10μm，铜箔表面光滑。
步骤3锂片处理
在超薄锂片2与铜箔粘接之前，用马毛做成的软毛刷均匀刷蹭锂片与极耳粘接区域，去除极耳区域的锂片钝化层，增加这个区域锂片的粗糙度；
步骤4负极极片压合
将集流极耳粘接在处理过的锂片区域，采用平面压合设备，设置设备压力为0.3MPa；将准备好的负极片上下分别用聚丙烯膜进行包裹(防止锂片与压板粘接)；将负极片放在平板压合机上下板之间，压合获得紧密结合的负极片。
实施例2：
步骤1锂片裁切
将0.050mm厚的锂带裁成100*80mm尺寸。
步骤2极耳裁切
将铜箔裁切成10mm宽20mm长，铜箔的厚度为8μm，铜箔表面光滑。
步骤3锂片处理
在超薄锂片与铜箔粘接之前，用尼龙610做成的毛刷均匀刷蹭锂片与极耳粘接区域，去除极耳区域的锂片钝化层，增加这个区域锂片的粗糙度；
步骤4负极极片压合
将集流极耳粘接在处理过的锂片区域，采用平面压合设备，设置设备压力为0.5MPa；将准备好的负极片上下分别用聚丙烯膜进行包裹(防止锂片与压板粘接)；将负极片放在平板压合机上下板之间，压合获得紧密结合的负极片
实施例3：
步骤1锂片裁切
将0.1mm厚的锂带裁成255*95mm尺寸。
步骤2极耳裁切
将铜箔裁切成20mm宽25mm长，铜箔的厚度为15μm，铜箔表面光滑。
步骤3锂片处理
在超薄锂片与铜箔粘接之前，用软质塑料纤维做成的软毛刷均匀刷蹭锂片与极耳粘接区域，去除极耳区域的锂片钝化层，增加这个区域锂片的粗糙度；
步骤4负极极片压合
将集流极耳粘接在处理过的锂片区域，采用平面压合设备，设置设备压力为0.4MPa；将准备好的负极片上下分别用聚丙烯膜进行包裹(防止锂片与压板粘接)；将负极片放在平板压合机上下板之间，压合获得紧密结合的负极片。
锂原电池中集流体与锂箔的结合力直接决定了电池内阻的大小，电池内阻越大，极化越大，放电性能越差，这种现象在功率型锂原电池中尤其明显，这主要是因为功率型锂原电池放电倍率较高，放电电流较大，内阻对电池性能的影响也就越明显。图3是毛刷处理前后锂原电池的放电电压曲线对比图，分别使用毛刷处理A和不处理B两种负极，制备成锂原电池，通过放电电压曲线和初始阶段的放大图可以看出，由于对负极极耳1位置进行了粗糙度处理，增加了集流极耳与锂箔之间的结合力，降低了电池接触内阻，直接表现就是缓解了锂原电池放电初始阶段的电压滞后现象，2号电池在放电初始阶段的电压最低降至1.3V，1号电池最低电压为2.0V左右。同时由于电池内阻的降低，1号电池的放电能量和容量均高于2号电池，1号电池的放电容量和能量分别为6.9Ah和19.1Wh，2号电池的放电容量和能量分别为6.4Ah和17.2Wh，放电能量是1号电池的90％。也就是通过本专利采取的方式，可以将功率型锂原电池的放电能量增加10％，由此可以看出，此方式操作简单，效果明显。
以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (1)
1.一种超薄锂金属负极的制备方法，所述超薄锂金属的厚度小于100μm；其特征在于：所述超薄锂金属负极的制备方法包括如下步骤：
步骤1，根据需求将超薄锂带裁切为超薄锂片：将0.065mm厚的锂带裁成135*59mm尺寸的超薄锂片；或将0.050mm厚的锂带裁成100*80mm尺寸的超薄锂片；或将0.1mm厚的锂带裁成255*95mm尺寸的超薄锂片；
步骤2，根据需求将铜箔裁切为极耳：当超薄锂片的尺寸为135*59mm时，将厚度为10μm的铜箔裁切成15mm宽20mm长的极耳；当超薄锂片的尺寸为100*80mm时，将厚度为8μm的铜箔裁切成10mm宽20mm长的极耳；当超薄锂片的尺寸为255*95mm时，将厚度为15μm的铜箔裁切成20mm宽25mm长的极耳；
步骤3，所述超薄锂片的处理：
用天然猪鬃、马毛、剑麻、软质塑料纤维中的至少一个刷蹭超薄锂片与极耳粘接区域，去除与极耳粘接区域的超薄锂片的钝化层；
步骤4，负极极片压合：
将集流极耳粘接在经过步骤3处理过的锂片区域，采用平面压合设备，设置设备压力；将准备好的负极片上下分别用聚丙烯膜进行包裹；将负极片放在平板压合机上下板之间，压合获得紧密结合的负极片；其中，所述设置设备压力为：当超薄锂片的尺寸为135*59mm，极耳为15mm宽20mm长时，设置设备压力为0.3MPa；当超薄锂片的尺寸为100*80mm，极耳为10mm宽20mm长时，设置设备压力为0.5MPa；当超薄锂片的尺寸为255*95mm，极耳为20mm宽25mm长时，设置设备压力为0.4MPa。
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