CN110732554B - 一种制备锂/铜/锂箔材的深冷制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种制备锂/铜/锂箔材的深冷制备方法，采用宽度相同的铜箔和锂箔为原料，将铜箔和锂箔分别放置到原料卷曲机组上，采用氩气对锂箔进行保护，对铜箔的上下表面进行清理，清除表面氧化物，铜箔、锂箔通过传导辊进入温度范围为‑60℃～‑20℃的深冷箱完全叠合得到锂/铜/锂复合箔材，对锂/铜/锂复合箔材进行连续深冷处理，冷却至‑40℃～‑20℃，使轧辊变形区温度控制在‑40℃～‑20℃，利用深冷轧机机组对深冷处理的锂/铜/锂复合箔材进行深冷轧制，经过深冷轧制后，轧制产品压下量达到30％～50％；本发明将锂金属层从室温降低到‑40℃～‑20℃，使锂金属的变形抗力大幅提高，进而大幅提高锂/铜/锂复合箔材轧制过程中锂层与铜层的变形协调性，避免锂层与轧辊粘结。
Description
技术领域
本发明属于金属材料轧制技术领域，特别涉及一种制备锂/铜/锂箔材的深冷制备方法。
背景技术
锂电池现在广泛应用于新能源汽车、手机等，提高锂电池的储能是今天学术界和工业界非常重视的问题。在锂电池制备过程中，锂/铜/锂复合箔材的制备尤为重要。
在锂/铜/锂复合箔材制备过程中，铜具有非常好的导电性能，强度比较高，但是，锂金属箔材的密度非常低，与此同时，由于锂金属熔点非常低，在锂/铜/锂复合箔材制备过程中，锂金属的变形抗力特别小，经常发生锂箔断裂并粘辊的等问题。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种制备锂/铜/锂箔材的深冷制备方法，有效地利用铜、锂金属的物理加工属性，避免锂箔粘辊，利用深冷轧制实现材料机械性能大幅提高，最终制备出高性能的锂/铜/锂复合箔材，该材料为层状复合材料。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种制备锂/铜/锂箔材的深冷制备方法，包括如下步骤：
第一步：采用铜箔和锂箔为原料，铜箔原料厚度为4-12μm，锂箔厚度为4-25μm，铜箔和锂箔宽度相同；
第二步：保障整个工作区域空气干燥；
第三步：将铜箔和锂箔分别放置到原料卷曲机组上，采用氩气对锂箔进行保护；
第四步：开启表面处理装备，对铜箔的上下表面进行清理，清除表面氧化物；
第五步：铜箔、锂箔通过传导辊进入深冷箱，深冷箱采用干冰进行冷却，冷却温度范围为-60℃～-20℃；
第六步：在铜箔、锂箔经过深冷箱内的传导辊后，铜箔和锂箔完全叠合，得到锂/铜/锂复合箔材；
第七步：在深冷箱中对锂/铜/锂复合箔材进行连续深冷处理，冷却至-40℃～-20℃；
第八步：开启干冰冷却喷枪，对深冷轧机机组轧辊表面进行冷却，使轧辊变形区温度控制在-40℃～-20℃；
第九步：利用所述深冷轧机机组对深冷处理的锂/铜/锂复合箔材进行深冷轧制，道次压下率为10％～20％，深冷轧机机组由3到5台深冷轧机组成，经过深冷轧制后，轧制产品压下量达到30％～50％；
第十步：对深冷轧制的锂/铜/锂复合箔材进行卷曲，获得高性能的超细晶锂/铜/锂复合箔材产品。
所述铜箔和锂箔宽度均为50mm-500mm。
所述铜箔为电解铜箔或者压延铜箔。
在所述第十步之后，对冷却二氧化碳进行收集，循环利用，同时，对轧机附近区域二氧化碳进行监测，确保二氧化碳浓度处于安全范围。
本发明将锂金属层从室温降低到-40℃～-20℃，使锂金属的变形抗力大幅提高，进而大幅提高锂/铜/锂复合箔材轧制过程中锂层与铜层的变形协调性，避免锂层与轧辊粘结。与现有技术相比，本发明适合纯铜及铜合金与纯锂及锂合金为原材料的层状复合材料制备，所得锂/铜/锂复合箔材比传统轧制制备的锂/铜/锂复合箔材具有更优异的机械力学性能，能够更好地应用于提高锂电池的能效，该复合箔材在电力供应设备、汽车、手机等行业具有工业应用前景。
附图说明
图1是本发明制备流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
铜和锂两种金属材料，在超低温下具有非常优异的塑性变形能力。并且，在超低温下塑性变形制备的超细晶材料具有非常优异的机械性能。本发明利用深冷环境中锂箔材的强度增加，使锂/铜/锂复合箔材轧制过程中层与层之间的变形更加协调，更有利于锂和铜层的粘合，另一方面，通过深冷轧制，促使锂层和铜层晶粒细化，提高铜层和锂层的强度，更有利于锂/铜/锂复合材料的后续加工。
与传统室温轧制锂/铜/锂复合箔材不同，本发明采用干冰冷却，使锂层和铜层的温度降低到-40℃～-20℃，使锂的变形抗力相对于室温的变形抗力大幅增加，从而使锂/铜/锂复合箔材轧制过程中各层之间的变形更加协调，同时，由于锂层变形抗力增加，避免锂与轧辊的粘结行为。
如图1所示，本发明一种锂/铜/锂复合箔材的深冷轧制制备方法，包括如下步骤：
第一步：采用铜箔1和锂箔2为原料，铜箔1原料厚度为4-12μm，锂箔2厚度为4-25μm。铜箔1和锂箔2宽度相同，可为50mm-500mm。铜箔1可为电解铜箔或者压延铜箔。
第二步：保障整个工作区域空气干燥。
第三步：将铜箔1和锂箔2分别放置到原料卷曲机组上，采用氩气对锂箔2进行保护，锂箔2为两卷，分别放置在上下两个原料卷曲机组上，铜箔1为一卷，位于两卷锂箔2之间。
第四步：开启表面处理装备7，对铜箔1的上下表面进行清理，清除表面氧化物，以适当增加铜箔1的表面粗糙度以增加轧制过程中铜箔与锂箔的粘结强度，表面处理装备7可为表面清洁机。
第五步：一卷铜箔1和两卷锂箔2通过传导辊进入深冷箱3。深冷箱3采用干冰进行冷却，冷却温度范围为-60℃～-20℃。
第六步：在铜箔1、锂箔2经过深冷箱3内的传导辊8后，铜箔1和锂箔2完全叠合，得到锂/铜/锂复合箔材，深冷箱3内的传导辊8由多组上下对称的导辊组成。
第七步：对锂/铜/锂复合箔材进行深冷处理(在深冷箱3内即可实现)，冷却温度为-40℃～-20℃。
第八步：开启深冷轧机4上下工作辊辊缝处的干冰冷却喷枪5，对轧辊表面进行冷却，使轧辊变形区温度控制在-40℃～-20℃。
第九步：对深冷处理的锂/铜/锂复合箔材进行深冷轧制，道次压下率为10％～20％。深冷轧机机组由3到5台深冷轧机4组成，经过深冷轧制后，轧制产品压下量达到30％～50％。
第十步：对深冷轧制的锂/铜/锂复合箔材进行卷曲，获得高性能的超细晶锂/铜/锂复合箔材产品6。
之后可对冷却二氧化碳进行收集，循环利用，同时，对轧机附近区域二氧化碳进行监测，确保二氧化碳浓度处于安全范围。
在本发明的一个实施例中，利用上述方法制备20μm超细晶锂/铜/锂复合箔材，其中，铜箔原料厚度为6μm，锂箔厚度为15μm，铜箔和锂箔宽度为100mm，铜箔为压延铜箔，第五步深冷箱冷却温度范围为-30℃，第七步冷却温度为-25℃，第八步使轧辊变形区温度控制在-25℃，第九步道次压下率为15％。深冷机组由3台深冷轧机组成，经过深冷轧制后，轧制产品压下量达到45％，制备出20μm超细晶锂/铜/锂复合箔材。采用该方法制备锂/铜/锂复合箔材可以完全避免锂层与轧辊粘结，同时，使锂层厚度均匀分布于铜的两侧。
Claims (4)
1.一种制备锂/铜/锂箔材的深冷制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步：采用铜箔和锂箔为原料，铜箔原料厚度为4-12μm，锂箔厚度为4-25μm，铜箔和锂箔宽度相同；
第二步：保障整个工作区域空气干燥；
第三步：将铜箔和锂箔分别放置到原料卷曲机组上，采用氩气对锂箔进行保护；
第四步：开启表面处理装备，对铜箔的上下表面进行清理，清除表面氧化物；
第五步：铜箔、锂箔通过传导辊进入深冷箱，深冷箱采用干冰进行冷却，冷却温度范围为-60℃～-20℃；
第六步：在铜箔、锂箔经过深冷箱内的传导辊后，铜箔和锂箔完全叠合，得到锂/铜/锂复合箔材；
第七步：在深冷箱中对锂/铜/锂复合箔材进行连续深冷处理，冷却至-40℃～-20℃；
第八步：开启干冰冷却喷枪，对深冷轧机机组轧辊表面进行冷却，使轧辊变形区温度控制在-40℃～-20℃；
第九步：利用所述深冷轧机机组对深冷处理的锂/铜/锂复合箔材进行深冷轧制，道次压下率为10％～20％，深冷轧机机组由3到5台深冷轧机组成，经过深冷轧制后，轧制产品压下量达到30％～50％；
第十步：对深冷轧制的锂/铜/锂复合箔材进行卷曲，获得高性能的超细晶锂/铜/锂复合箔材产品。
2.根据权利要求1所述制备锂/铜/锂箔材的深冷制备方法，其特征在于，所述铜箔和锂箔宽度均为50mm-500mm。
3.根据权利要求1所述制备锂/铜/锂箔材的深冷制备方法，其特征在于，所述铜箔为电解铜箔或者压延铜箔。
4.根据权利要求1所述制备锂/铜/锂箔材的深冷制备方法，其特征在于，在所述第十步之后，对冷却二氧化碳进行收集，循环利用，同时，对轧机附近区域二氧化碳进行监测，确保二氧化碳浓度处于安全范围。
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