CN112289968A - 一种金属锂片的制备方法及其冷却系统、冷却方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种金属锂片的制备方法及其冷却系统、冷却方法，属于金属锂片制作的技术领域。包括：步骤一、使用蒸镀在薄膜的双面镀一层铜或者银，作为基体材料；步骤二、将基体材料经冷却系统冷却，降低基体材料的表面温度；步骤三、将冷却后的基体材料固定在真空室中，并抽真空；步骤四、将镀膜材料采用加热蒸发的方式蒸发并使之气化，呈分子或者原子态通入真空室中；步骤五、通过射频电源对真空室输入射频信号，使得粒子飞至基体材料的双表面凝聚成固态薄膜或镀层，制得复合材料，该复合材料的厚度不超过10微米。在基体材料上通过气相沉积锂金属，不仅仅能够获得较好的沉积效果，同时还能解决现有的制备过程中易燃、易断裂、厚度不均的技术问题。

Description

一种金属锂片的制备方法及其冷却系统、冷却方法
技术领域
本发明属于金属锂片制作的技术领域，特别是涉及一种金属锂片的制备方法及其冷却系统、冷却方法。
背景技术
现有金属锂片多使用金属锂压制，制作方法一般是使用金属锂块通过碾压机高压力压成薄片。采用上述制备方法却会存在以下缺陷：金属锂的活性很高，生产过程中空气中不可避免存在一定量水份，即使很干燥的环境也会存在少量水份，这些水份和金属锂会发生化学反应，在可能达到着火点的时候就会引起金属锂和氧气燃烧；由于金属块的厚度并不均匀，压制过程锂片厚度控制也难以均匀，多次碾压可以增加均匀性，但是同时也增加了锂被氧化的比率，也会增加锂加工过程着火的几率；锂金属压成片后韧性好，容易拉断或者折断，收成大卷径更容易产生这种问题。
发明内容
本发明为解决上述背景技术中存在的技术问题，提供一种有效的金属锂片制备方法及其冷却系统。
本发明采用以下技术方案来实现：一种金属锂片的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、使用蒸镀在薄膜的双面镀一层铜或者银，作为基体材料；
步骤二、将基体材料经冷却系统冷却，降低基体材料的表面温度；
步骤三、将冷却后的基体材料固定在真空室中，并抽真空；
步骤四、将镀膜材料采用加热蒸发的方式蒸发并使之气化，呈分子或者原子态通入真空室中；
步骤五、通过射频电源对真空室输入射频信号，使得粒子飞至基体材料的双表面凝聚成固态薄膜或镀层，制得复合材料，该复合材料的厚度不超过10微米。
在进一步的实施例中，所述薄膜选用穿刺强度大于100gf的材质，拉伸强度大于20MPa，沉积过程中设备张力控制在5MPa范围内，厚度为0.5-5μm。
在进一步的实施例中，所述薄膜具体为PP或PE或HPI或芳纶无孔薄膜，所述薄膜的厚度为2-4μm。
在进一步的实施例中，所述铜或银的厚度为0.1-2μm。
在进一步的实施例中，所述镀膜材料选用锂金属、锂合金或者锂化合物其中的一种。
一种冷却系统，用于上述的金属锂片的制备方法，包括：机架，并列安装在所述机架上的若干个滚筒，以及用于驱动所述滚筒的传动组件；
在使用时，所述基体材料的活动端呈S型依次绕过所述滚筒，滚筒既对基体材料有着传送的作用，同时对基体材料起到冷却的作用。
在进一步的实施例中，所述滚筒包括：
内筒，一端固定在所述机架上；所述内筒的两端均密封设置有端盖，与所述机架固定连接处的端盖上开设冷媒进口和冷媒出口；
外筒，可转动的套接在所述外筒的外表面；所述内筒远离冷媒进口的端面与对应外筒的端面之间留有预留空间，所述预留空间用于容纳所述传动组件；所述内筒的外表面与所述外筒的内表面之间的间隙为1-2㎜；所述外筒采用不锈钢材质，抛光精度为1μm；
折流机构，设置在所述内筒的内部，连接在冷媒进口和冷媒出口之间，保证冷媒能够经流整个内筒，做到冷却均匀。
在进一步的实施例中，所述折流机构包括：与所述冷媒进口相通的第一连接管，与所述冷媒出口相通的第二连接管，设置在内筒靠近另一端盖处的弯折连接管，以及用于分别连接第一连接管和弯折连接管、第二连接管和弯折连接管的若干个直管；
从冷媒进口通入冷媒介质后，冷媒介质依次经过第一连接管、与第一连接管相通的直管，然后通过弯折连接管输入到直管，最后到第二连接管并从冷媒出口排出，整个过程时能够保证冷媒介质完整的绕过了整个内筒。
在进一步的实施例中，所述传动组件包括：可转动的安装在所述机架上的转动轴，固定在所述转动轴一端的大齿轮和三角架，分别安装在所述三角架的三个顶角处的小齿轮，以及固定在所述内筒的内侧壁处的内齿轮圈；
其中，所述大齿轮与所述小齿轮相互啮合，所述小齿轮与所述内齿轮圈相互啮合；
所述转动轴的另一端通过带轮、传动带与驱动电机传动连接。
使用如上所述的一种冷却系统的冷却方法，具体包括以下步骤：
步骤101、向每个滚筒上的冷媒进口通入冷媒介质，因内筒是固定安装在机架上，即在折流机构的作用下，冷媒能够很好的发挥制冷作用，同时作用于整个内筒和外筒；
步骤102、开启驱动电机，在带轮、传动带、大齿轮、小齿轮的作用下，实现外筒在内筒上自转，通过外筒实现对基体材料的输送；
步骤103、将基体材料的活动端呈S型依次绕过所述滚筒，滚筒既对基体材料有着传送的作用，同时对基体材料的双面起到冷却的作用：当基体材料位于滚筒上方时，则对基体材料的下表面进行冷却；当基体材料位于滚筒下方时，则对基体材料的上表面进行冷却。
本发明的有益效果：在基体材料上通过气相沉积锂金属，不仅仅能够获得较好的沉积效果，同时还能解决现有的制备过程中易燃、易断裂、厚度不均的技术问题。对基体材料进行了双面镀铜或者银，是为了使基体材料具备导电性，同时在后期锂沉积过程中，能够沉积并嵌入在铜或者银分子之间，增强分子之间的结合力，即增加了锂在基体材料上的吸附力。本发明在沉积之前对基体材料进行了有效的降温处理，降低了基体材料的表面温度，便于锂金属更好的吸附在较低温度的基体材料上。
附图说明
图1为本发明所使用的冷却系统的结构示意图。
图2为本发明所使用的冷却系统的侧视图。
图3为冷却系统的内筒的结构示意图。
图4为冷却系统得外筒的结构示意图。
图5为内筒的内部结构示意图。
图1至图5中的各标注为：机架1、滚筒2、基体材料3、内筒5、冷媒进口6、冷媒出口7、外筒8、第一连接管9、第二连接管10、弯折连接管11、直管12、转动轴13、大齿轮14、三角架15、小齿轮16、内齿轮圈17。
具体实施方式
下面结合具体实施例和说明书附图对本发明做进一步的描述。
发明人在压制锂片时，发现存在以下几种缺陷：金属锂的活性很高，生产过程中空气中不可避免存在一定量水份，即使很干燥的环境也会存在少量水份，这些水份和金属锂会发生化学反应，在可能达到着火点的时候就会引起金属锂和氧气燃烧；由于金属块的厚度并不均匀，压制过程锂片厚度控制也难以均匀，多次碾压可以增加均匀性，但是同时也增加了锂被氧化的比率，也会增加锂加工过程着火的几率；锂金属压成片后韧性好，容易拉断或者折断，收成大卷径更容易产生这种问题。
介质的等离子体增强化学气相淀积(PECVD)设备工作原理为，在真空压力下，加在电极板上的射频电场，使反应室气体发生辉光放电，在辉光发电区域产生大量的电子。这些电子在电场的作用下获得充足的能量，其本身温度很高，它与气体分子相碰撞，使气体分子活化。它们吸附在衬底上，并发生化学反应生成介质膜，副产物从衬底上解吸，随主气流由真空泵抽走。PECVD沉积技术除了用于制作器件的钝化膜、增透膜外，它还可以用于制作光电器件扩散工艺的阻挡层，以形成所需的PN结。发明人结合等离子体增强化学气相淀积的特性：它能增强淀积速率获得均匀组分和特性的介质膜，出了一种金属锂片的制备方法及其冷却系统。
一种金属锂片的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、使用蒸镀在薄膜的双面镀一层铜或者银，作为基体材料；
所述薄膜具体为PP或PE或HPI或芳纶无孔薄膜。
所述铜或银的厚度为0.1-2μm；所选取的薄膜为穿刺强度大于100gf的材质，拉伸强度大于20MPa，厚度为0.5-5μm，所述薄膜的厚度优选为2-4μm。沉积过程中设备张力控制在5MPa范围内，可使基体材料能够稳定在设备内部加工。
此处在薄膜的双面镀上一层铜或者银是为了使基体材料具备导电性，同时在后期锂沉积过程中，能够沉积并嵌入在铜或者银分子之间，增强分子之间的结合力，即增加了锂在基体材料上的吸附力。
步骤二、将基体材料经冷却系统冷却，降低基体材料的表面温度；便于后期金属锂更好的沉积。
步骤三、将冷却后的基体材料固定在真空室中，并抽真空；
步骤四、将镀膜材料采用加热蒸发的方式蒸发并使之气化，呈分子或者原子态通入真空室中；所述镀膜材料选用锂金属、锂合金或者锂化合物其中的一种。
步骤五、通过射频电源对真空室输入射频信号，使得粒子飞至基体材料的双表面凝聚成固态薄膜或镀层，金属锂的镀层厚度为0.1-5μm；制得复合材料，该复合材料的厚度不超过10微米。
在本发明中，薄膜是通过蒸镀使得其两面镀上了铜或者银，因此蒸镀后的基体材料3是具有较高温度的，如果直接在这种状态下的基体材料3进行金属沉积，受热气流的影响沉积效率低，且沉积不均匀。因此需要在镀沉积锂之前对基体材料3进行有效且均匀的降温处理。故在本发明的金属锂片制备的步骤二中所使用的冷却系统如图1所示，包括：用于放置在承载面上并承载其他零部件的机架1，所述机架1上并列且等距离的安装有若干个滚筒2，所述滚筒2通过传动组件驱动。在使用时，所述基体材料3的活动端呈S型依次绕过所述滚筒2，滚筒2既对基体材料3有着传送的作用，同时对基体材料3起到冷却的作用。
考虑到滚筒2急需要冷却有需要输送，而水冷是较为直接且成本低的最佳方案。故需要对滚筒2进行冷水输送，而滚筒2有需要通过自转实现对基体材料3的传送，如果冷却和输送都结合在一个滚筒2上，则会出现进水口和出水口处的水管跟随着滚筒2转动，相互拧在一起，是非常的不可取的。因此对滚筒2做了以下改进：
所述滚筒2包括：内筒5和外筒8，所述内筒5贯穿在所述外筒8内，内筒5与外筒8之间为可转动连接。所述内筒5的两端均密封设置有端盖，设定端盖分别为第一端盖和第二端盖。其中，所述第一端盖所在的一端固定在所述机架1上，并且第一端盖上开设有冷媒进口6和冷媒出口7，所述冷媒进口6与进水管相连接，所述冷媒出口7与出水管相连接。所述内筒5的第二端盖与对应的外筒8所在的端面之间留有预留空间，该预留空间用于安装传动组件。为了能够保证较好的冷却效果，所述内筒5的外表面与所述外筒8的内表面之间的间隙为1-2㎜；所述外筒8采用不锈钢材质，抛光精度为1μm。即内筒5内部的冷却液能够将冷却效果很好的传递到外筒8上，通过外筒8对基体材料3进行降温处理。
为了保证冷却液完全经流整个内筒5，故在所述内筒5的内部设置有折流机构，所述折流机构连接在冷媒进口6和冷媒出口7之间，保证冷媒能够经流整个内筒5，做到冷却均匀。如图5所示，包括：与所述冷媒进口6相通的第一连接管9，与所述冷媒出口7相通的第二连接管10，设置在内筒5靠近另一端盖处的弯折连接管11，以及用于分别连接第一连接管9和弯折连接管11、第二连接管10和弯折连接管11的若干个直管12；
从冷媒进口6通入冷媒介质后，冷媒介质依次经过第一连接管9、与第一连接管9相通的直管12，然后通过弯折连接管11输入到直管12，最后到第二连接管10并从冷媒出口7排出，整个过程时能够保证冷媒介质完整的绕过了整个内筒5。
最后，所述传动组件包括：可转动的安装在所述机架1上的转动轴13，固定在所述转动轴13一端的大齿轮14和三角架15，分别安装在所述三角架15的三个顶角处的小齿轮16，以及固定在所述内筒5的内侧壁处的内齿轮圈17；其中，所述大齿轮14与所述小齿轮16相互啮合，所述小齿轮16与所述内齿轮圈17相互啮合；所述转动轴13的另一端通过带轮、传动带与驱动电机传动连接。
本实施例中的冷却系统的冷却方法，步骤二中的冷却系统的具体包括以下步骤：步骤101、向每个滚筒上的冷媒进口通入冷媒介质，因内筒是固定安装在机架上，即在折流机构的作用下，冷媒能够很好的发挥制冷作用，同时作用于整个内筒和外筒；
步骤102、开启驱动电机，在带轮、传动带、大齿轮、小齿轮的作用下，实现外筒在内筒上自转，通过外筒实现对基体材料的输送；外筒转动的同时，内筒是一直固定在机架上，故与内筒连接的水管不会出现相互拧在一起的现象；
步骤103、将基体材料的活动端呈S型依次绕过所述滚筒，滚筒既对基体材料有着传送的作用，同时对基体材料的双面起到冷却的作用：当基体材料位于滚筒上方时，则对基体材料的下表面进行冷却；当基体材料位于滚筒下方时，则对基体材料的上表面进行冷却，通过多个滚筒实现对基体材料全面且双面的均匀降温。

Claims (10)

1.一种金属锂片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、使用蒸镀在薄膜的双面镀一层铜或者银，作为基体材料；
步骤二、将基体材料经冷却系统冷却，降低基体材料的表面温度；
步骤三、将冷却后的基体材料固定在真空室中，并抽真空；
步骤四、将镀膜材料采用加热蒸发的方式蒸发并使之气化，呈分子或者原子态通入真空室中；
步骤五、通过射频电源对真空室输入射频信号，使得粒子飞至基体材料的双表面凝聚成固态薄膜或镀层，制得复合材料，该复合材料的厚度不超过10微米。
2.根据权利要求1所述的一种金属锂片的制备方法，其特征在于，所述薄膜选用穿刺强度大于100gf的材质，拉伸强度大于20MPa，沉积过程中设备张力控制在5MPa范围内，厚度为0.5-5μm。
3.根据权利要求2所述的一种金属锂片的制备方法，其特征在于，所述薄膜具体为PP或PE或HPI或芳纶无孔薄膜，所述薄膜的厚度为2-4μm。
4.根据权利要求1所述的一种金属锂片的制备方法，其特征在于，所述铜或银的厚度为0.1-2μm。
5.根据权利要求1所述的一种金属锂片的制备方法，其特征在于，所述镀膜材料选用锂金属、锂合金或者锂化合物其中的一种。
6.一种冷却系统，其特征在于，应用于权利要求1所述的金属锂片的制备方法中，其特征在于，包括：机架，并列安装在所述机架上的若干个滚筒，以及用于驱动所述滚筒的传动组件；
在使用时，所述基体材料的活动端呈S型依次绕过所述滚筒，滚筒既对基体材料有着传送的作用，同时对基体材料起到冷却的作用。
7.根据权利要求6所述的一种冷却系统，其特征在于，所述滚筒包括：
内筒，一端固定在所述机架上；所述内筒的两端均密封设置有端盖，与所述机架固定连接处的端盖上开设冷媒进口和冷媒出口；
外筒，可转动的套接在所述外筒的外表面；所述内筒远离冷媒进口的端面与对应外筒的端面之间留有预留空间，所述预留空间用于容纳所述传动组件；所述内筒的外表面与所述外筒的内表面之间的间隙为1-2㎜；所述外筒采用不锈钢材质，抛光精度为1μm；
折流机构，设置在所述内筒的内部，连接在冷媒进口和冷媒出口之间，保证冷媒能够经流整个内筒，做到冷却均匀。
8.根据权利要求7所述的一种冷却系统，其特征在于，所述折流机构包括：与所述冷媒进口相通的第一连接管，与所述冷媒出口相通的第二连接管，设置在内筒靠近另一端盖处的弯折连接管，以及用于分别连接第一连接管和弯折连接管、第二连接管和弯折连接管的若干个直管；
从冷媒进口通入冷媒介质后，冷媒介质依次经过第一连接管、与第一连接管相通的直管，然后通过弯折连接管输入到直管，最后到第二连接管并从冷媒出口排出，整个过程时能够保证冷媒介质完整的绕过了整个内筒。
9.根据权利要求7所述的一种冷却系统，其特征在于，所述传动组件包括：可转动的安装在所述机架上的转动轴，固定在所述转动轴一端的大齿轮和三角架，分别安装在所述三角架的三个顶角处的小齿轮，以及固定在所述内筒的内侧壁处的内齿轮圈；
其中，所述大齿轮与所述小齿轮相互啮合，所述小齿轮与所述内齿轮圈相互啮合；
所述转动轴的另一端通过带轮、传动带与驱动电机传动连接。
10.使用如权利要求6至9中任一项所述的一种冷却系统的冷却方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤101、向每个滚筒上的冷媒进口通入冷媒介质，因内筒是固定安装在机架上，即在折流机构的作用下，冷媒能够很好的发挥制冷作用，同时作用于整个内筒和外筒；
步骤102、开启驱动电机，在带轮、传动带、大齿轮、小齿轮的作用下，实现外筒在内筒上自转，通过外筒实现对基体材料的输送；
步骤103、将基体材料的活动端呈S型依次绕过所述滚筒，滚筒既对基体材料有着传送的作用，同时对基体材料的双面起到冷却的作用：当基体材料位于滚筒上方时，则对基体材料的下表面进行冷却；当基体材料位于滚筒下方时，则对基体材料的上表面进行冷却。
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