CN111058000B - 一种三级蒸发高速卷对卷真空锂薄膜生产装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种三级蒸发高速卷对卷真空锂薄膜生产装置，包括机架，所述的机架内设置有第一隔板与第二隔板，第一隔板与第二隔板均纵向设置，所述的第一隔板与第二隔板上均设置有一个位置相对应的窗口，所述的第一隔板与第二隔板将所述的机架的内部依次分隔为放卷腔、第一镀膜腔、收卷腔，基膜通过所述的窗口自放卷腔穿行至收卷腔。本发明所述的三级蒸发高速卷对卷真空锂薄膜生产装置通过三级蒸发结构的蒸发系统完成输运及蒸发锂，改善沉积锂薄膜的高温度现象与薄膜的均匀性。

Description

一种三级蒸发高速卷对卷真空锂薄膜生产装置
技术领域
本发明属于锂离子电池领域，尤其是涉及一种三级蒸发高速卷对卷真空锂薄膜生产装置。
背景技术
随着智能手机、电脑、电动汽车等对高能量密度的化学电源的需求不断增加，对锂离子二次电池的比容量要求也逐步提高。但是现有的商业化电池体系中由于电极本身性质的限制，比容量的提升有限，因此继续开发新的体系。金属锂由于其重量比容量大(3860mAh/g)，电极电势低(-3.04V)，作为负极将显著提高电池的能量密度，而基于此开发的锂金属电池体系，如：锂硫电池、锂空气电池、锂金属全固态电池已成为未来发展的方向。为了满足对锂负极的需求，应继续开发可以大规模生产金属锂负极的生产装置和方法，包括满足在不同带材上镀锂的需求。而目前卷对卷热蒸发金属锂相关的设备报道很少，热蒸发的金属锂多用于科学研究尚未用于实际生产，卷对卷热蒸发设备也多以制备铝、锌、锡等较稳定的金属，并未有件相关设备用于蒸发锂的报道。
在一般蒸发镀膜过程中，蒸发出来的材料只能冷凝在低于熔点温度的基材上。由于镀膜衬底热容量小，蒸发的金属材料会造成衬底基材的迅速温升；如果衬底的温度高于或接近材料的熔点温度，就与造成材料蒸汽不能附镀在基材上。因此，衬底温度的升高与蒸发沉积速度和基材/水冷辊带走的热量有关。其表达式为：基材温度的升高速率＝材料的冷凝潜热*沉积的速率(质量)+热交换系数*(T基材-T水冷辊)
CJMJΔt＝KTΔD+KD(TJ-TC)CJ：基材的比热容；MJ：基材的单位面积的质量；△t:基材的温升速度；KT：蒸发材料的气-固冷凝热；△D：单位面积的蒸发速率；KD：基材和冷却辊的传热系数；TJ：基材的温度；TC：冷却辊的温度。
为了保证有效的沉积，必须控制蒸发的量，避免控制基材的温度升高，保证基材的温度低于熔点温度以下。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种三级蒸发高速卷对卷真空锂薄膜生产装置，可以提供生产效率，保证金属锂薄膜的制备速度快、产量大、高安全、成本低、重复性好。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种三级蒸发高速卷对卷真空锂薄膜生产装置，包括机架，所述的机架内设置有第一隔板与第二隔板，第一隔板与第二隔板均纵向设置，所述的第一隔板与第二隔板上均设置有一个位置相对应的窗口，所述的第一隔板与第二隔板将所述的机架的内部依次分隔为放卷腔、第一镀膜腔、收卷腔，基膜通过所述的窗口自放卷腔穿行至收卷腔；
所述的第一镀膜腔设置有三级蒸发机构，所述的三级蒸发机构设置有加热设备、传输总管、传输总管、喷嘴，所述的加热设备连接有n个传输总管，每个传输总管连接有m个传输分管，每个传输分管均连接对应的喷嘴，其中，n≥1，m≥1。
进一步，所述的第一镀膜腔还设置有第一冷却辊，所述的第一冷却辊与所述的喷嘴之间留有所述的基膜通过的空隙；所述的第一镀膜腔还设置有第三隔板，所述的第三隔板水平设置，所述的第一冷却辊嵌于所述的第三隔板中；所述的第一镀膜腔还设置有第二导向辊、第三导向辊，第二导向辊与第三导向辊镜像设置，所述的第二导向辊、第三导向辊分别位于所述的第一冷却辊的两侧。
进一步，所述的第一冷却辊位于所述的喷嘴的上方。
进一步，所述的架体内还纵向的设置有第四隔板，所述的第四隔板的下部设有窗口，所述的第四隔板位于所述的第二隔板与机架之间，所述的第四隔板与第二隔板之间分割为第二镀膜腔，所述的第二镀膜腔设置有三级蒸发机构；所述的第二镀膜腔的内部还设置有第二冷却辊，所述的第二冷却辊位于所述的喷嘴的下方；所述的第二镀膜腔的内部还设置有第五隔板、第六隔板，所述的第五隔板水平设置，所述的第六隔板垂直固定于所述的第五隔板上，所述的第二冷却辊嵌于第六隔板上；所述的第二镀膜腔的内部还设置有第七导向辊、第八导向辊、第九导向辊、第十导向辊，所述的第七导向辊位于所述的第二隔板与第六隔板之间，所述的第八导向辊、第九导向辊、第十导向辊均位于所述的第五隔板的下方，所述的第九导向辊与第十导向辊分别位于所述的第二冷却辊的两侧。
所述的喷嘴为可调式线性喷嘴。
进一步，所述的喷嘴的口径为2-25mm，间距为20-100mm。
进一步，所述的三级蒸发机构还包括流量调节阀，所述的流量调节阀分别与所述的加热设备、传输主管相连。
进一步，所述的放卷腔的内部自上而下依次设置有第一导向辊、放卷台，所述的基膜的一端与所述的放卷台相连，另一端通过所述的第一导向辊穿过所述的第一隔板；所述的放卷腔内的内部还设置有第五导向辊、插层收卷台，所述的第五导向辊、插层收卷台均位于所述的放卷台的下方，所述的第五导向辊位于所述的插层收卷台的上方；所述的收卷腔的内部设置有第四导向辊、收卷台，所述的基膜通过所述的第四导向辊与所述的放卷台相连；所述的收卷腔的内部还设置有第六导向辊、插层放卷台，保护插层通过第六导向辊与所述的插层放卷台相连。
所述的收卷腔内设置有检测镀膜质量的检测室。检测室可以控制金属锂薄膜的厚度质量。
进一步，所述的放卷腔内设置有压力传感器，所述的基膜位于所述的压力传感器上，所述的压力传感器通过线路与控制器相连。
进一步，三级蒸发高速卷对卷真空锂薄膜生产装置运行时机架的真空度为1×10-4-9×10-1Pa，工作温度为600-850℃。
进一步，所述的三级蒸发高速卷对卷真空锂薄膜生产装置还包括真空系统，所述的真空系统与机架之间设置有隔板与冷阱，所述的真空系统为机械泵或机械泵与分子泵的组合。
所述的基膜为铜箔、镍箔、不锈钢箔、铁箔、碳膜、石墨烯膜、碳纳米管膜、碳纤维膜、聚偏氯乙烯、聚偏氯乙烯-六氟丙烯、聚四氟乙烯PTFE、聚氧化乙烯、聚酯、聚酰胺、聚酰胺酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、羧甲基纤维素、苯乙烯-丁二烯共聚物、聚丙烯酸、聚丙烯酸锂、聚丙烯腈、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶中的任意一种。
相对于现有技术，本发明述的三级蒸发高速卷对卷真空锂薄膜生产装置具有以下优势：
(1)本发明所述的三级蒸发高速卷对卷真空锂薄膜生产装置通过三级蒸发结构的蒸发系统完成输运及蒸发锂，改善沉积锂薄膜的高温度现象与薄膜的均匀性；同时一级加热炉设置在镀膜腔外避免了加热的金属锂源与镀膜室的直接接触，增强了安全性；隔板的设置以及蒸发系统配有阀门可以限制锂于镀膜腔内，减少对设备其他部分以及环境的污染，提高安全性。
(2)本发明所述的三级蒸发高速卷对卷真空锂薄膜生产装置可以在基膜上制备高纯金属锂薄膜，同时外置加热设备与三级蒸发结构和冷却辊的可以抑制衬底的基带因锂蒸汽沉积导致的温度上升，避免基膜本身的损坏，因此基膜的材质可以选择耐热性不好的材料，拓宽了设备的应用范围；依靠三级蒸发结构的开口大小、方向，以及排列方式、密度的调节提高锂有效沉积的比例，提高了原料利用率，同时通过调节喷嘴的口径可以改变不同喷嘴处的速率并匹配相邻喷嘴的口径大小和之间的间距，使得锂在基带上各点沉积的速率相近，改善单一点蒸发源在偏离蒸发方向上不同角度的基带上的沉积不均匀的问题；加热设备与三级蒸发结构的装置在不同腔体，以及采用非水冷却液等增强蒸发锂设备的安全性；采用不锈钢等材质避免金属锂的反应，保证金属锂蒸发设备的稳定性。
(3)本发明所述的三级蒸发高速卷对卷真空锂薄膜生产装置支持工业生产需求，适用于在金属箔或高分子薄膜等柔性基底上连续镀膜生产厚度均匀的覆锂薄膜。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例1所述的三级蒸发高速卷对卷真空锂薄膜生产装置的示意图；
图2为本发明实施例2所述的三级蒸发高速卷对卷真空锂薄膜生产装置的示意图；
图3为本发明实施例3所述的三级蒸发高速卷对卷真空双面锂薄膜生产装置的示意图；
图4为本发明实施例所述的喷嘴的示意图；
图5为本发明实施例所述的蒸发金属锂薄膜的图。
附图标记说明：
1-第一隔板；2-第二隔板；3-放卷腔；4-第一镀膜腔；5-收卷腔；6-窗口；7-第一导向辊；8-第四导向辊；9-放卷台；10-收卷台；11-第一冷却辊；12-第二导向辊；13-第三导向辊；14-控制器；15-三级蒸发机构；16-第三隔板；17-插层收卷台；18-插层放卷台；19-第五导向辊；20-第六导向辊；21-基膜；22-流量调节阀；23-加热设备；24-传输总管；25-传输分管；26-喷嘴；27-机架；28-第四隔板；29-第五隔板；30-第六隔板；31-第二冷却辊；32-第七导向辊；33-第八导向辊；34-第九导向辊；35-第十导向辊；36-第二镀膜腔。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1-5所示，一种三级蒸发高速卷对卷真空锂薄膜生产装置，包括机架，机架采用不锈钢材质，所述的机架内设置有第一隔板与第二隔板，第一隔板与第二隔板均纵向设置，所述的第一隔板与第二隔板上均设置有一个位置相对应的窗口，所述的第一隔板与第二隔板将所述的机架的内部依次分隔为放卷腔、第一镀膜腔、收卷腔，基膜通过所述的窗口自放卷腔穿行至收卷腔；
所述的第一镀膜腔设置有三级蒸发机构，所述的三级蒸发机构设置有加热设备、传输总管、传输总管、喷嘴，所述的加热设备(一级蒸发)连接有n个传输总管(二级蒸发)，每个传输总管连接有m个传输分管，每个传输分管均连接对应的喷嘴(三级蒸发)，其中，n≥1，m≥1。通过调节喷嘴之间的间距与每个喷嘴的口径，以及喷嘴的阵列空间排布，来实现均匀性和材料利用率的优化。从加热炉到镀膜腔，三级蒸发结构均需要加热到蒸发温度以上，防止蒸汽的凝结，实现均匀连续的镀膜。
所述的第一镀膜腔还设置有第一冷却辊，所述的第一冷却辊与所述的喷嘴之间留有所述的基膜通过的空隙；所述的第一镀膜腔还设置有第三隔板，所述的第三隔板水平设置，所述的第一冷却辊嵌于所述的第三隔板中；所述的第一镀膜腔还设置有第二导向辊、第三导向辊，第二导向辊与第三导向辊镜像设置，所述的第二导向辊、第三导向辊分别位于所述的第一冷却辊的两侧。基膜移动设置在导向辊上，使基膜与冷却辊紧密贴合。冷却辊内设置冷却系统，通过冷却液进行降温。在导向辊和三级蒸发结构中的喷嘴之间设置隔板，防止锂蒸汽污染导向辊、冷却辊。
所述的喷嘴的口径为2-25mm，间距为20-100mm。
所述的三级蒸发机构还包括流量调节阀，所述的流量调节阀分别与所述的加热设备、传输主管相连。
所述的放卷腔的内部自上而下依次设置有第一导向辊、放卷台，所述的基膜的一端与所述的放卷台相连，另一端通过所述的第一导向辊穿过所述的第一隔板；所述的放卷腔内的内部还设置有第五导向辊、插层收卷台，所述的第五导向辊、插层收卷台均位于所述的放卷台的下方，所述的第五导向辊位于所述的插层收卷台的上方；所述的收卷腔的内部设置有第四导向辊、收卷台，所述的基膜通过所述的第四导向辊与所述的放卷台相连；所述的收卷腔的内部还设置有第六导向辊、插层放卷台，保护插层通过第六导向辊与所述的插层放卷台相连。放卷台连续释放基膜，收卷台对基膜进行收卷；基膜与冷却辊紧密贴合，基膜移动设置在冷却辊和环绕冷却辊设置的锂蒸汽三级蒸发结构之间。
所述的收卷腔内设置有检测镀膜质量的检测室。检测室可以控制金属锂薄膜的厚度质量。所述的放卷腔内设置有压力传感器，所述的基膜位于所述的压力传感器上，所述的压力传感器通过线路与控制器相连。
三级蒸发高速卷对卷真空锂薄膜生产装置运行时机架的真空度为1×10-4-9×10-1Pa，工作温度为600-850℃。蒸发锂厚度在0.1-10微米，卷对卷的速度在0.1-10米/分钟；锂的利用率大于80％，蒸发锂厚度的均匀度差异小于5％；高温加热器采用碳钢，热电偶测温；工作环境在干燥间，其露点温度＜-20℃；冷却液低温冷却温度＜-5℃，采用非水的液体作为冷却液体，可扩展实现双面镀膜与可扩展的真空外加，可增加插入的空白纸或其它与金属锂无反应的隔膜在收放卷系统里作为保护膜层，由张力控制。
所述的三级蒸发高速卷对卷真空锂薄膜生产装置还包括真空系统，所述的真空系统与机架之间设置有隔板与冷阱，所述的真空系统为机械泵或机械泵与分子泵的组合。
所述的基膜为铜箔、镍箔、不锈钢箔、铁箔、碳膜、石墨烯膜、碳纳米管膜、碳纤维膜、聚偏氯乙烯、聚偏氯乙烯-六氟丙烯、聚四氟乙烯PTFE、聚氧化乙烯、聚酯、聚酰胺、聚酰胺酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、羧甲基纤维素、苯乙烯-丁二烯共聚物、聚丙烯酸、聚丙烯酸锂、聚丙烯腈、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶中的任意一种。
实施例1
如图1所示，
一种三级蒸发高速卷对卷真空锂薄膜生产装置，包括机架，机架采用不锈钢材质，所述的机架内设置有第一隔板与第二隔板，第一隔板与第二隔板均纵向设置，所述的第一隔板与第二隔板上均设置有一个位置相对应的窗口，窗口为矩形，与冷却辊的轴线平行，其长度略大于基膜的幅宽，选取穿行窗口长度大于基膜的幅宽6m，所述的第一隔板与第二隔板将所述的机架的内部依次分隔为放卷腔、第一镀膜腔、收卷腔，基膜通过所述的窗口自放卷腔穿行至收卷腔；
所述的第一镀膜腔设置有三级蒸发机构，所述的三级蒸发机构设置有加热设备、传输总管、传输总管、喷嘴，所述的加热设备(一级蒸发)连接有n个传输总管(二级蒸发)，每个传输总管连接有m个传输分管，每个传输分管均连接对应的喷嘴(三级蒸发)，其中，n≥1，m≥1。通过调节喷嘴之间的间距与每个喷嘴的口径，以及喷嘴的阵列空间排布，来实现均匀性和材料利用率的优化。从加热炉到镀膜腔，三级蒸发结构均需要加热到蒸发温度以上，防止蒸汽的凝结，实现均匀连续的镀膜。所述的加热设备为加热器。
所述的第一镀膜腔还设置有第一冷却辊，所述的第一冷却辊与所述的喷嘴之间留有所述的基膜通过的空隙，所述的第一冷却辊位于所述的喷嘴的上方；所述的第一镀膜腔还设置有第三隔板，所述的第三隔板水平设置，所述的第一冷却辊嵌于所述的第三隔板中；所述的第一镀膜腔还设置有第二导向辊、第三导向辊，第二导向辊与第三导向辊镜像设置，所述的第二导向辊、第三导向辊分别位于所述的第一冷却辊的两侧。导向辊用于调节覆锂基膜运行方向。所述的喷嘴的口径为3mm，间距为30mm。
所述的三级蒸发机构还包括流量调节阀，所述的流量调节阀分别与所述的加热设备、传输主管相连。
所述的放卷腔的内部自上而下依次设置有第一导向辊、放卷台，所述的基膜的一端与所述的放卷台相连，另一端通过所述的第一导向辊穿过所述的第一隔板；所述的收卷腔的内部设置有第四导向辊、收卷台，所述的基膜通过所述的第四导向辊与所述的放卷台相连。放卷台连续释放基膜，收卷台对基膜进行收卷；基膜与冷却辊紧密贴合，基膜移动设置在冷却辊和环绕冷却辊设置的锂蒸汽三级蒸发结构之间。
放卷台连续释放基膜，收卷台对基膜进行收卷；基膜与冷却辊紧密贴合，基膜移动设置在冷却辊和环绕冷却辊设置的喷嘴之间。喷嘴为阵列式分布。蒸发系统中的输运锂蒸汽的管路中设有的流量调节阀F，其开闭和流量的控制可以通过安置在设备外部的控制器操作。
所述的收卷腔内设置有检测镀膜质量的检测室。检测室可以控制金属锂薄膜的厚度质量。所述的放卷腔内设置有压力传感器，所述的基膜位于所述的压力传感器上，所述的压力传感器通过线路与控制器相连。
所述的三级蒸发高速卷对卷真空锂薄膜生产装置还包括真空系统，所述的真空系统与机架之间设置有隔板与冷阱，所述的真空系统为机械泵或机械泵与分子泵的组合。
具体实施过程如下：
所述的基膜为铜箔，厚度0.012mm，幅宽6000mm，长度2500m。
1、上料
清理真空热蒸发设备各工作腔室。将铜基膜卷材装夹在基膜放卷台上，柔性超薄基膜卷材的卷头由柔性超薄基膜放卷台引出，基膜由导向辊导向改变方向后，经穿行窗口的中缝引导下至第一镀膜腔，并在第一导向辊的引导下，基膜穿过喷嘴和第一冷却辊间的间隙环绕在第一冷却辊上，经第三导向辊导向引出第一冷却辊，又经穿行窗口的中缝至收卷腔；基膜卷头引入基膜收卷台，完成对于基膜上料。向蒸发器内加入金属锂锭。
2、蒸发锂作业
打开锂蒸汽运输管路流量调节阀，放卷腔、第一镀膜腔、收卷腔和三级蒸发机构除气，抽真空，至机架真空度为1×10-3Pa。
调节基膜的表面张力。
启动放卷台、第一冷却辊、收卷台的电机，调节匹配各电机的转速，使基膜的运动速度为5m/min。
启动锂加热设备，加热温度设置为800℃。通过收卷腔的在线监测室实时测量成膜质量和厚度，然后根据目标成膜质量和厚度，调节流量调节阀。
覆锂铜箔经收卷台收卷。完成蒸发锂工艺时，关闭流量调节阀，加热设备停止加热，逐步冷却。机架充气破空，取出成品。图5为金属锂薄膜的照片。
实施例2
一种三级蒸发高速卷对卷真空锂薄膜生产装置，包括机架，机架采用不锈钢材质，所述的机架内设置有第一隔板与第二隔板，第一隔板与第二隔板均纵向设置，所述的第一隔板与第二隔板上均设置有一个位置相对应的窗口，窗口为矩形，与冷却辊的轴线平行，其长度略大于基膜的幅宽，选取穿行窗口长度大于基膜的幅宽6m，所述的第一隔板与第二隔板将所述的机架的内部依次分隔为放卷腔、第一镀膜腔、收卷腔，基膜通过所述的窗口自放卷腔穿行至收卷腔；
所述的第一镀膜腔设置有三级蒸发机构，所述的三级蒸发机构设置有加热设备、传输总管、传输总管、喷嘴，所述的加热设备(一级蒸发)连接有n个传输总管(二级蒸发)，每个传输总管连接有m个传输分管，每个传输分管均连接对应的喷嘴(三级蒸发)，其中，n≥1，m≥1。通过调节喷嘴之间的间距与每个喷嘴的口径，以及喷嘴的阵列空间排布，来实现均匀性和材料利用率的优化。从加热炉到镀膜腔，三级蒸发结构均需要加热到蒸发温度以上，防止蒸汽的凝结，实现均匀连续的镀膜。
所述的第一镀膜腔还设置有第一冷却辊，所述的第一冷却辊与所述的喷嘴之间留有所述的基膜通过的空隙，所述的第一冷却辊位于所述的喷嘴的上方；所述的第一镀膜腔还设置有第三隔板，所述的第三隔板水平设置，所述的第一冷却辊嵌于所述的第三隔板中；所述的第一镀膜腔还设置有第二导向辊、第三导向辊，第二导向辊与第三导向辊镜像设置，所述的第二导向辊、第三导向辊分别位于所述的第一冷却辊的两侧。导向辊用于调节覆锂基膜运行方向。所述的喷嘴的口径为3mm，间距为30mm。
所述的三级蒸发机构还包括流量调节阀，所述的流量调节阀分别与所述的加热设备、传输主管相连。
所述的放卷腔的内部自上而下依次设置有第一导向辊、放卷台，所述的基膜的一端与所述的放卷台相连，另一端通过所述的第一导向辊穿过所述的第一隔板；所述的放卷腔内的内部还设置有第五导向辊、插层收卷台，所述的第五导向辊、插层收卷台均位于所述的放卷台的下方，所述的第五导向辊位于所述的插层收卷台的上方；所述的收卷腔的内部设置有第四导向辊、收卷台，所述的基膜通过所述的第四导向辊与所述的放卷台相连；所述的收卷腔的内部还设置有第六导向辊、插层放卷台，保护插层通过第六导向辊与所述的插层放卷台相连。放卷台连续释放基膜，收卷台对基膜进行收卷；基膜与冷却辊紧密贴合，基膜移动设置在冷却辊和环绕冷却辊设置的锂蒸汽三级蒸发结构之间。插层放卷台与插层收卷台用于回收基膜相邻两层之间的保护插层，用于收卷台收卷使将覆锂基膜和保护插层一起收卷用于保护覆锂基膜的锂表面不受污染或损坏。插层收卷台和插层放卷台由力矩电机驱动。
放卷台连续释放基膜，收卷台对基膜进行收卷；基膜与冷却辊紧密贴合，基膜移动设置在冷却辊和环绕冷却辊设置的喷嘴之间。喷嘴为阵列式分布。蒸发系统中的输运锂蒸汽的管路中设有的流量调节阀F，其开闭和流量的控制可以通过安置在设备外部的控制器操作。
所述的收卷腔内设置有检测镀膜质量的检测室。检测室可以控制金属锂薄膜的厚度质量。所述的放卷腔内设置有压力传感器，所述的基膜位于所述的压力传感器上，所述的压力传感器通过线路与控制器相连。
所述的三级蒸发高速卷对卷真空锂薄膜生产装置还包括真空系统，所述的真空系统与机架之间设置有隔板与冷阱，所述的真空系统为机械泵或机械泵与分子泵的组合。
具体实施过程如下：
所述的基膜为铜箔，厚度0.012mm，幅宽6000mm，长度2500m。
1、上料
清理真空热蒸发设备各工作腔。将铜基膜卷材装夹在放卷台上，柔性超薄基膜卷材的卷头由放卷台引出，基膜由第一导向辊导向改变方向后，经穿行窗口的中缝引导下至第一镀膜腔，并在第二导向辊的引导下，基膜穿过喷嘴和第一冷却辊间的间隙环绕在第一冷却辊上，经第三导向辊导向引出第一冷却辊，又经穿行窗口的中缝至收卷腔；基膜卷头引入基膜收卷台，完成对于基B上料。基膜卷材中的保护插层卷头引入插层收卷台，单独的保护插层卷材装夹在插层放卷台上，保护插层卷材的卷头经由第六导向辊引入收卷台，完成保护插层的上料。向蒸发器内加入金属锂锭。
2、蒸发锂作业
打开锂蒸汽运输管路流量调节阀门F，放卷腔、第一镀膜腔、收卷腔和三级蒸发机构除气，抽真空，至机架真空度为1×10-3Pa。
调节基膜的表面张力。
启动基膜放卷台、冷却辊、收卷台、插层收卷台、插层放卷台的电机，调节匹配各电机的转速，使基膜的运动速度为5m/min。并控制收放卷的张力大小。
启动锂加热设备，加热温度设置为800℃。通过收卷腔的在线监测室实时测量成膜质量和厚度，然后根据目标成膜质量和厚度，调节流量调节阀。
覆锂铜箔经收卷台收卷。完成蒸发锂工艺时，关闭流量调节阀，加热设备停止加热，逐步冷却。机架充气破空，取出成品。
如上所述，实施例2所述的方案在真空室中设置了用于再镀锂基带中插入保护层的卷对卷系统，以对锂稳定的材料作为保护层，保护镀锂基带。此方案可以制备单面均匀的复合金属锂基带，并且方便保存与使用。
实施例3
一种三级蒸发高速卷对卷真空锂薄膜生产装置，包括机架，机架采用不锈钢材质，所述的机架内设置有第一隔板与第二隔板，第一隔板与第二隔板均纵向设置，所述的第一隔板与第二隔板上均设置有一个位置相对应的窗口，窗口为矩形，与冷却辊的轴线平行，其长度略大于基膜的幅宽，选取穿行窗口长度大于基膜的幅宽6m，所述的第一隔板与第二隔板将所述的机架的内部依次分隔为放卷腔、第一镀膜腔、收卷腔，基膜通过所述的窗口自放卷腔穿行至收卷腔；
所述的第一镀膜腔设置有三级蒸发机构，所述的三级蒸发机构设置有加热设备、传输总管、传输总管、喷嘴，所述的加热设备(一级蒸发)连接有n个传输总管(二级蒸发)，每个传输总管连接有m个传输分管，每个传输分管均连接对应的喷嘴(三级蒸发)，其中，n≥1，m≥1。通过调节喷嘴之间的间距与每个喷嘴的口径，以及喷嘴的阵列空间排布，来实现均匀性和材料利用率的优化。从加热炉到镀膜腔，三级蒸发结构均需要加热到蒸发温度以上，防止蒸汽的凝结，实现均匀连续的镀膜。
所述的第一镀膜腔还设置有第一冷却辊，所述的第一冷却辊与所述的喷嘴之间留有所述的基膜通过的空隙，所述的第一冷却辊位于所述的喷嘴的上方；所述的第一镀膜腔还设置有第三隔板，所述的第三隔板水平设置，所述的第一冷却辊嵌于所述的第三隔板中；所述的第一镀膜腔还设置有第二导向辊、第三导向辊，第二导向辊与第三导向辊镜像设置，所述的第二导向辊、第三导向辊分别位于所述的第一冷却辊的两侧。导向辊用于调节覆锂基膜运行方向。所述的喷嘴的口径为3mm，间距为30mm。
所述的架体内还纵向的设置有第四隔板，所述的第四隔板的下部设有窗口，所述的第四隔板位于所述的第二隔板与机架之间，所述的第四隔板与第二隔板之间分割为第二镀膜腔，所述的第二镀膜腔设置有三级蒸发机构；所述的第二镀膜腔的内部还设置有第二冷却辊，所述的第二冷却辊位于所述的喷嘴的下方；所述的第二镀膜腔的内部还设置有第五隔板、第六隔板，所述的第五隔板水平设置，所述的第六隔板垂直固定于所述的第五隔板上，所述的第二冷却辊嵌于第六隔板上；所述的第二镀膜腔的内部还设置有第七导向辊、第八导向辊、第九导向辊、第十导向辊，所述的第七导向辊位于所述的第二隔板与第六隔板之间，所述的第八导向辊、第九导向辊、第十导向辊均位于所述的第五隔板的下方，所述的第九导向辊与第十导向辊分别位于所述的第二冷却辊的两侧。加热设备位于机架外，通过密封管路及传输主管完成输运及蒸发锂的蒸发机构。
所述的三级蒸发机构还包括流量调节阀，所述的流量调节阀分别与所述的加热设备、传输主管相连。
所述的放卷腔的内部自上而下依次设置有第一导向辊、放卷台，所述的基膜的一端与所述的放卷台相连，另一端通过所述的第一导向辊穿过所述的第一隔板；所述的放卷腔内的内部还设置有第五导向辊、插层收卷台，所述的第五导向辊、插层收卷台均位于所述的放卷台的下方，所述的第五导向辊位于所述的插层收卷台的上方；所述的收卷腔的内部设置有第四导向辊、收卷台，所述的基膜通过所述的第四导向辊与所述的放卷台相连；所述的收卷腔的内部还设置有第六导向辊、插层放卷台，保护插层通过第六导向辊与所述的插层放卷台相连。放卷台连续释放基膜，收卷台对基膜进行收卷；基膜与冷却辊紧密贴合，基膜移动设置在冷却辊和环绕冷却辊设置的锂蒸汽三级蒸发结构之间。插层放卷台与插层收卷台用于回收基膜相邻两层之间的保护插层，用于收卷台收卷使将覆锂基膜和保护插层一起收卷用于保护覆锂基膜的锂表面不受污染或损坏。插层收卷台和插层放卷台由力矩电机驱动。
放卷台连续释放基膜，收卷台对基膜进行收卷；基膜与冷却辊紧密贴合，基膜移动设置在冷却辊和环绕冷却辊设置的喷嘴之间。喷嘴为阵列式分布。蒸发系统中的输运锂蒸汽的管路中设有的流量调节阀F，其开闭和流量的控制可以通过安置在设备外部的控制器操作。
所述的收卷腔内设置有检测镀膜质量的检测室。检测室可以控制金属锂薄膜的厚度质量。所述的放卷腔内设置有压力传感器，所述的基膜位于所述的压力传感器上，所述的压力传感器通过线路与控制器相连。
所述的三级蒸发高速卷对卷真空锂薄膜生产装置还包括真空系统，所述的真空系统与机架之间设置有隔板与冷阱，所述的真空系统为机械泵或机械泵与分子泵的组合。
具体实施过程如下：
所述的基膜为铜箔，厚度0.012mm，幅宽6000mm，长度2500m。
1、上料
清理真空热蒸发设备各工作腔室。将铜基膜卷材装夹在放卷台上，柔性超薄基膜卷材的卷头由放卷台引出，基膜由第一导向辊导向改变方向后，经穿行窗口的中缝引导下至第一镀膜腔，并在第二导向辊的引导下，基膜穿过喷嘴和第一冷却辊间的间隙环绕在第一冷却辊上，经第三导向辊导向引出第一冷却辊，又经穿行窗口的中缝至第二镀膜腔，在第七导向辊、第八导向辊、第九导向辊的引导下，基膜穿过喷嘴和第二冷却辊间的间隙环绕在第二冷却辊上，经第十导向辊导向引出第二冷却辊，又经穿行窗口的中缝至收卷腔；基膜卷头引入收卷台，完成对于基膜上料。基膜卷材中的保护插层卷头引入插层收卷台，单独的保护插层卷材装夹在插层放卷台上，保护插层卷材的卷头经由第六导向辊引入收卷台，完成保护插层的上料。向两组加热系统的蒸发器内均加入金属锂锭。
2、蒸发锂作业
打开锂蒸汽运输管路流量调节阀门，放卷腔、第一镀膜腔和第二镀膜腔、收卷腔和三级蒸发机构除气，抽真空，至架体真空度为1×10-3Pa。
调节基膜的表面张力。
启动放卷台、冷却辊、基带收卷台、插层收卷台、插层放卷台的电机，调节匹配各电机的转速，使基带的运动速度为5m/min。
启动两组锂加热设备，加热温度设置为800℃。通过收卷腔的在线监测室实时测量成膜质量和厚度，然后根据目标成膜质量和厚度，调节流量调节阀F。
覆锂铜箔经收卷台收卷。完成蒸发锂工艺时，关闭流量调节阀，加热设备停止加热，逐步冷却。机架充气破空，取出成品。
实施例3在实施例1第一表面镀锂的基础上扩展了一套在第二表面镀锂的卷对卷镀锂系统，可以在一次工艺中实现金属锂在基带双面的沉积，并且在真空室中设置了用于再镀锂基带中插入保护层的卷对卷系统，以对锂稳定的材料作为保护层，保护镀锂基带。此方案可以快速制备双面镀锂的复合金属锂带，并且方便保存与使用。
实施例4
一种三级蒸发高速卷对卷真空锂薄膜生产装置，包括机架，机架采用不锈钢材质，所述的机架内设置有第一隔板与第二隔板，第一隔板与第二隔板均纵向设置，所述的第一隔板与第二隔板上均设置有一个位置相对应的窗口，窗口为矩形，与冷却辊的轴线平行，其长度略大于基膜的幅宽，选取穿行窗口长度大于基膜的幅宽6m，所述的第一隔板与第二隔板将所述的机架的内部依次分隔为放卷腔、第一镀膜腔、收卷腔，基膜通过所述的窗口自放卷腔穿行至收卷腔；
所述的第一镀膜腔设置有三级蒸发机构，所述的三级蒸发机构设置有加热设备、传输总管、传输总管、喷嘴，所述的加热设备(一级蒸发)连接有n个传输总管(二级蒸发)，每个传输总管连接有m个传输分管，每个传输分管均连接对应的喷嘴(三级蒸发)，其中，n≥1，m≥1。通过调节喷嘴之间的间距与每个喷嘴的口径，以及喷嘴的阵列空间排布，来实现均匀性和材料利用率的优化。从加热炉到镀膜腔，三级蒸发结构均需要加热到蒸发温度以上，防止蒸汽的凝结，实现均匀连续的镀膜。
所述的第一镀膜腔还设置有第一冷却辊，所述的第一冷却辊与所述的喷嘴之间留有所述的基膜通过的空隙，所述的第一冷却辊位于所述的喷嘴的上方；所述的第一镀膜腔还设置有第三隔板，所述的第三隔板水平设置，所述的第一冷却辊嵌于所述的第三隔板中；所述的第一镀膜腔还设置有第二导向辊、第三导向辊，第二导向辊与第三导向辊镜像设置，所述的第二导向辊、第三导向辊分别位于所述的第一冷却辊的两侧。导向辊用于调节覆锂基膜运行方向。所述的喷嘴的口径为6mm，间距为20mm。
所述的三级蒸发机构还包括流量调节阀，所述的流量调节阀分别与所述的加热设备、传输主管相连。
所述的放卷腔的内部自上而下依次设置有第一导向辊、放卷台，所述的基膜的一端与所述的放卷台相连，另一端通过所述的第一导向辊穿过所述的第一隔板；所述的放卷腔内的内部还设置有第五导向辊、插层收卷台，所述的第五导向辊、插层收卷台均位于所述的放卷台的下方，所述的第五导向辊位于所述的插层收卷台的上方；所述的收卷腔的内部设置有第四导向辊、收卷台，所述的基膜通过所述的第四导向辊与所述的放卷台相连；所述的收卷腔的内部还设置有第六导向辊、插层放卷台，保护插层通过第六导向辊与所述的插层放卷台相连。放卷台连续释放基膜，收卷台对基膜进行收卷；基膜与冷却辊紧密贴合，基膜移动设置在冷却辊和环绕冷却辊设置的锂蒸汽三级蒸发结构之间。插层放卷台与插层收卷台用于回收基膜相邻两层之间的保护插层，用于收卷台收卷使将覆锂基膜和保护插层一起收卷用于保护覆锂基膜的锂表面不受污染或损坏。插层收卷台和插层放卷台由力矩电机驱动。
放卷台连续释放基膜，收卷台对基膜进行收卷；基膜与冷却辊紧密贴合，基膜移动设置在冷却辊和环绕冷却辊设置的喷嘴之间。喷嘴为阵列式分布。蒸发系统中的输运锂蒸汽的管路中设有的流量调节阀F，其开闭和流量的控制可以通过安置在设备外部的控制器操作。
所述的收卷腔内设置有检测镀膜质量的检测室。检测室可以控制金属锂薄膜的厚度质量。所述的放卷腔内设置有压力传感器，所述的基膜位于所述的压力传感器上，所述的压力传感器通过线路与控制器相连。
所述的三级蒸发高速卷对卷真空锂薄膜生产装置还包括真空系统，所述的真空系统与机架之间设置有隔板与冷阱，所述的真空系统为机械泵或机械泵与分子泵的组合。
具体实施过程如下：
所述的基膜为铜箔，厚度0.012mm，幅宽6000mm，长度2500m。
1、上料
清理真空热蒸发设备各工作腔。将铜基膜卷材装夹在放卷台上，柔性超薄基膜卷材的卷头由放卷台引出，基膜由第一导向辊导向改变方向后，经穿行窗口的中缝引导下至第一镀膜腔，并在第二导向辊的引导下，基膜穿过喷嘴和第一冷却辊间的间隙环绕在第一冷却辊上，经第三导向辊导向引出第一冷却辊，又经穿行窗口的中缝至收卷腔；基膜卷头引入基膜收卷台，完成对于基B上料。基膜卷材中的保护插层卷头引入插层收卷台，单独的保护插层卷材装夹在插层放卷台上，保护插层卷材的卷头经由第六导向辊引入收卷台，完成保护插层的上料。向蒸发器内加入金属锂锭。
2、蒸发锂作业
打开锂蒸汽运输管路流量调节阀门F，放卷腔、第一镀膜腔、收卷腔和三级蒸发机构除气，抽真空，至机架真空度为1×10-3Pa。
调节基膜的表面张力。
启动基膜放卷台、冷却辊、收卷台、插层收卷台、插层放卷台的电机，调节匹配各电机的转速，使基膜的运动速度为6m/min。并控制收放卷的张力大小。
启动锂加热设备，加热温度设置为800℃。通过收卷腔的在线监测室实时测量成膜质量和厚度，然后根据目标成膜质量和厚度，调节流量调节阀。
覆锂铜箔经收卷台收卷。完成蒸发锂工艺时，关闭流量调节阀，加热设备停止加热，逐步冷却。机架充气破空，取出成品。
如上所述，实施例4所述的喷嘴参数通过扩大口径可以提高单位时间的蒸汽流量，并通过调节喷嘴间距维持沉积的薄膜的均匀性，以实现高速均匀的金属锂沉积。并且在真空室中设置了用于再镀锂基带中插入保护层的卷对卷系统，以对锂稳定的材料作为保护层，保护镀锂基带。此方案可以高速制备单面均匀的复合金属锂基带，并且方便保存与使用。
综上所述，所述的三级蒸发高速卷对卷真空锂薄膜生产装置通过三级蒸发结构的蒸发系统完成输运及蒸发锂，改善沉积锂薄膜的高温度现象与薄膜的均匀性，可以在不同基带上制备出具有多用途的单面或双面符合金属锂薄膜。
制备得到高纯、厚度均匀、具有多用途的复合金属锂带，制备厚度在纳米或微米级的各种复合金属锂薄膜，有望能够应用于锂离子二次电池的负极材料中。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种三级蒸发高速卷对卷真空锂薄膜生产装置，其特征在于：包括机架，所述的机架内设置有第一隔板与第二隔板，第一隔板与第二隔板均纵向设置，所述的第一隔板与第二隔板上均设置有一个位置相对应的窗口，所述的第一隔板与第二隔板将所述的机架的内部依次分隔为放卷腔、第一镀膜腔、收卷腔，基膜通过所述的窗口自放卷腔穿行至收卷腔；
所述的第一镀膜腔设置有三级蒸发机构，所述的三级蒸发机构设置有加热设备、传输总管、传输分管、喷嘴，所述的加热设备连接有n个传输总管，每个传输总管连接有m个传输分管，每个传输分管均连接对应的喷嘴，其中，n≥1，m≥1；
所述的三级蒸发机构还包括流量调节阀，所述的流量调节阀分别与所述的加热设备、传输主管相连；
所述的第一镀膜腔还设置有第一冷却辊，所述的第一冷却辊与所述的喷嘴之间留有所述的基膜通过的空隙；所述的第一镀膜腔还设置有第三隔板，所述的第三隔板水平设置，所述的第一冷却辊嵌于所述的第三隔板中；所述的第一镀膜腔还设置有第二导向辊、第三导向辊，第二导向辊与第三导向辊镜像设置，所述的第二导向辊、第三导向辊分别位于所述的第一冷却辊的两侧。
2.根据权利要求1所述的三级蒸发高速卷对卷真空锂薄膜生产装置，其特征在于：所述的第一冷却辊位于所述的喷嘴的上方。
3.根据权利要求1所述的三级蒸发高速卷对卷真空锂薄膜生产装置，其特征在于：所述的机架内还纵向的设置有第四隔板，所述的第四隔板的下部设有窗口，所述的第四隔板位于所述的第二隔板与机架之间，所述的第四隔板与第二隔板之间分割为第二镀膜腔，所述的第二镀膜腔设置有三级蒸发机构；所述的第二镀膜腔的内部还设置有第二冷却辊，所述的第二冷却辊位于所述的喷嘴的下方；所述的第二镀膜腔的内部还设置有第五隔板、第六隔板，所述的第五隔板水平设置，所述的第六隔板垂直固定于所述的第五隔板上，所述的第二冷却辊嵌于第六隔板上；所述的第二镀膜腔的内部还设置有第七导向辊、第八导向辊、第九导向辊、第十导向辊，所述的第七导向辊位于所述的第二隔板与第六隔板之间，所述的第八导向辊、第九导向辊、第十导向辊均位于所述的第五隔板的下方，所述的第九导向辊与第十导向辊分别位于所述的第二冷却辊的两侧。
4.根据权利要求1所述的三级蒸发高速卷对卷真空锂薄膜生产装置，其特征在于：所述的喷嘴的口径为2-25mm，间距为20-100mm。
5.根据权利要求1所述的三级蒸发高速卷对卷真空锂薄膜生产装置，其特征在于：所述的放卷腔的内部自上而下依次设置有第一导向辊、放卷台，所述的基膜的一端与所述的放卷台相连，另一端通过所述的第一导向辊穿过所述的第一隔板；所述的放卷腔内的内部还设置有第五导向辊、插层收卷台，所述的第五导向辊、插层收卷台均位于所述的放卷台的下方，所述的第五导向辊位于所述的插层收卷台的上方；所述的收卷腔的内部设置有第四导向辊、收卷台，所述的基膜通过所述的第四导向辊与所述的放卷台相连；所述的收卷腔的内部还设置有第六导向辊、插层放卷台，保护插层通过第六导向辊与所述的插层放卷台相连。
6.根据权利要求1所述的三级蒸发高速卷对卷真空锂薄膜生产装置，其特征在于：所述的放卷腔内设置有压力传感器，所述的基膜位于所述的压力传感器上，所述的压力传感器通过线路与控制器相连。
7.根据权利要求1所述的三级蒸发高速卷对卷真空锂薄膜生产装置，其特征在于：三级蒸发高速卷对卷真空锂薄膜生产装置运行时机架的真空度为1×10-4 -9×10-1Pa，工作温度为600-850℃。
8.根据权利要求1所述的三级蒸发高速卷对卷真空锂薄膜生产装置，其特征在于：所述的三级蒸发高速卷对卷真空锂薄膜生产装置还包括真空系统，所述的真空系统与机架之间设置有隔板与冷阱，所述的真空系统为机械泵或机械泵与分子泵的组合。
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