CN114068871A - 双面覆超薄锂层复合带及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种双面覆超薄锂层复合带及其制备方法。双面覆超薄锂层复合带具有:基材,所述基材为单层或多层的带材或薄膜类材料;和附着在基材两面的超薄锂层,其中一面的超薄锂层为通过物理气相沉积(PVD)的方法沉积而成,另一面的超薄锂层为通过压力复合而成,超薄锂层的厚度各自在1‑20μm范围内。其制备方法为:对基材进行烘干处理;采用物理气相沉积(PVD)的方法对基材的一个表面沉积超薄金属锂层;待基材冷却后,使用压力复合方法对基材的另一个表面复合超薄金属锂层。本发明提供的方法解决了双面覆超薄锂层复合带的生产问题,使得生产20μm以下超薄锂层的双面覆锂复合带成为可能。
Description
技术领域
本发明涉及储能技术领域,尤其涉及一种双面覆超薄锂层复合带及其制备方法。
背景技术
锂电池因其能量密度高,循环寿命长和适用温度范围广的优点而被广泛的应用于航空航天,计算机,移动通讯设备,机器人和电动汽车等领域。随着社会的发展,科技的进步,对于锂电池的能量密度和循环寿命要求越来越高,而目前单纯以石墨为负极的锂离子电池难以满足社会的预期,所以需要开发新型具有更高比容量的正负极材料。对于负极而言,金属锂具有极高的理论比容量(3860mAh/g)、最负的还原电位(-3.04V,相对于氢标电位)和极小的密度(0.59g/cm3),因此金属锂在用于高能电池负极方面具有相当诱人的前景。
常规双面覆锂复合带通常使用压力复合的方法进行生产,但是当超薄锂层厚度小于20微米时,超薄锂层无法自支撑,需要附着在担载层上(带基材支撑),因此进行双面复合时需要更大的压力才能将超薄锂层从担载层转移到基材上,但是由于金属锂自身材质软而轻,与所述担载层和基材性能差异明显,导致生产出的复合带材出现褶皱、起浪、破损、带材扭曲等很多缺陷。而双面均使用物理气相沉积(PVD)方法进行生产时,当对第二面进行沉积时,所产生的热量将影响第一面已沉积的金属锂层,使得第一面沉积金属锂层出现粘辊、粘带、附着力下降等问题。
发明内容
鉴于此,本发明提供了一种双面覆超薄锂层复合带及其制备方法,通过将物理气相沉积(PVD)的方法与普通压力复合的方法相结合,有效降低了单纯压力复合生产复合带材时的辊压压力,避免了起皱等问题,使得生产20μm以下超薄锂层的复合带材得以实现。
本发明一个方面旨在提供一种双面覆超薄锂层复合带材,所述双面覆超薄锂层复合带具有:基材,所述基材为单层或多层的带材;和附着在基材两面的超薄锂层,其中一面的超薄锂层为通过物理气相沉积(PVD)的方法沉积而成,厚度在1-20μm范围内,另一面的超薄锂层为通过压力复合而成,厚度在1-20μm范围内。
本发明中所述超薄锂层由金属锂或锂合金形成。
可选地,超薄锂层为电池级金属锂,其中锂含量大于99.9%。
可选地,超薄锂层为锂合金制品(例如:锂铝合金、锂镁合金、锂硼合金、锂铟合金、锂硅合金),锂含量为10~99.9%。
可选地,所述基材为由以下材料中的至少一种制备的单层或多层,所述材料选自:
聚合物,包括聚烯烃(聚乙烯PE、聚丙烯PP);
无机氧化物,包括三氧化二铝;
无机导体,包括石墨、碳纳米管、石墨烯;
金属,包括铜、铝、不锈钢。
可选地,基材具有20-2000mm的宽度,3-100μm的厚度。
可选地,超薄锂层具有1-10μm的厚度,且所述超薄锂层的宽度小于或等于所述基材的宽度。
可选地,超薄锂层表面平整,且与基材难分离。
本发明的另一个方面提供了一种双面覆超薄锂层复合带制备方法,所述方法包括:首先对基材进行烘干处理;采用物理气相沉积(PVD)的方法对基材的一个表面沉积超薄金属锂层;待基材冷却后,使用压力复合方法对基材的另一个表面复合超薄金属锂层。
可选地,对所述基材进行烘干处理时的烘干温度20℃-100℃,烘干时间10min-24h。
可选地,所述物理气相沉积(PVD)的方法包括真空蒸镀、溅射镀膜、电弧等离子体镀、离子镀膜及分子束外延。
可选地,使用压力复合方法对基材的另一个表面复合超薄金属锂层时,待复合的超薄金属锂层是带基材支撑的超薄锂箔。
可选地,压力复合的方法为使用辊压机进行辊压。
可选地,压力复合时的辊压压力小于15kN。
本发明通过将物理气相沉积(PVD)的方法与普通压力复合的方法相结合,解决了双面覆超薄锂层复合带的生产问题。
附图说明
图1为本发明的双面覆超薄锂层复合带的产品示意图。
图2为常规压力复合方法生产双面覆超薄锂层复合带的示意图。
图3为本发明中生产双面覆超薄锂层复合带的流程示意图。
图4为本发明方法生产双面覆超薄锂层复合带压力复合环节的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
图1是本发明的双面覆超薄锂层复合带001的产品示意图,产品由基材200、沉积层301和转移层101构成。其中,沉积层301为采用物理气相沉积(PVD)方法获得,转移层101由带基材支撑的超薄锂箔100通过压力转移复合后获得。
以下,结合图3和图4,通过实施例更具体地说明本发明。在如下实施例之中所采用的各种产品参数及工艺条件均是较为典型的范例,不应理解为对本发明的限制。
实施例:采用本发明的方法制备双面覆超薄锂层复合带
本实施例中基材选择为厚度6μm,宽度200mm的铜箔;拟制备的超薄锂层材质选为电池级金属锂,金属锂含量大于99.9%。具体制备方法如下:
执行步骤S1:对铜箔200进行烘干处理;将铜箔200放入真空烘箱,设置温度为60℃,烘干时间为1h,待铜箔200冷却后取出备用。
执行步骤S2:采用真空蒸镀的方法对铜箔200进行单面镀锂;设置蒸发温度700℃,通过控制铜箔200走带速度,使得最终获得沉积层金属锂301的厚度为3μm,获得单面沉积锂层的复合带材203。
执行步骤S3:采用压力复合的方法对铜箔200另一面进行转移复合金属锂层。参考图4,采用带基材支撑的厚度为3μm的超薄金属锂带100和步骤S2制备的单面沉积锂层的复合带材203为原料,使用辊压机400进行辊压,辊压压力为10kN;通过辊压后,原超薄金属锂带100的支撑基材102与超薄锂层101分离,且所述超薄锂层101与复合带材203复合到了一起,形成了本发明的双面覆超薄锂层复合带001。
观察复合带001,外观平整,边缘整齐;用镊子轻刮铜箔200上的金属锂层,金属锂层较难去除。
对比例1:采用常规压力转移复合的方法制备双面覆超薄锂层复合带
基材选择为厚度6μm,宽度200mm的铜箔;选择带基材支撑的超薄锂带100作为原料,带基材支撑的超薄锂带100与实施例中相同,其中锂层厚度为3μm。
参考图2,将带基材支撑的超薄锂箔100a和100b分别与铜箔200的两面相对设置,且要求超薄锂层的一面与铜箔200相对;共3层材料一起进入辊压机400进行辊压,辊压压力为10kN,辊压完成后将原超薄金属锂带100的支撑基材102与超薄锂层101分离,获得双面覆超薄锂层的复合带002。
观察复合带002发现,铜箔200略有褶皱,复合带002上超薄锂层有部分缺陷,对应的缺陷部分的金属锂残留到了支撑基材102上;用镊子轻刮铜箔200上的金属锂层,发现转移后的金属锂层可以轻易刮掉。
对比例2:与对比例1相比仅辊压压力不同
基材选择为厚度6μm,宽度200mm的铜箔;选择带基材支撑的超薄锂带100作为原料,带基材支撑的超薄锂带100与实施例中相同,其中锂层厚度为3μm。
参考图2,将带基材支撑的超薄锂箔100a和100b分别与铜箔200的两面相对设置,且要求超薄锂层的一面与铜箔200相对;共3层材料一起进入辊压机400进行辊压,辊压压力为15kN,辊压完成后将原超薄金属锂带100的支撑基材102与超薄锂层101分离,获得双面覆超薄锂层的复合带002。
观察复合带002发现,铜箔200褶皱严重,复合带002上超薄锂层基本无缺陷;用镊子轻刮铜箔200上的金属锂层,金属锂层较难去除。
通过上述实施例、对比例1和对比例2可以发现,采用常规压力复合的方法生产双面覆超薄锂层复合带时压力过小时无法将超薄锂层转移到基材上;而辊压压力较大时,铜箔产生褶皱严重,导致无法正常使用;采用本发明方法制备的复合带材表面平整,且超薄锂层与基材较难分离。
应当理解,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、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种双面覆超薄锂层复合带材,其特征在于,所述双面覆超薄锂层复合带具有:
基材,所述基材为单层或多层的带材;
和附着在基材两面的超薄锂层,其中一面的超薄锂层为通过物理气相沉积(PVD)的方法沉积而成,厚度在1-20μm范围内,另一面的超薄锂层为通过压力转移复合而成,厚度在1-20μm范围内。
2.根据权利要求1所述的双面覆超薄锂层复合带材,其特征在于:所述超薄锂层由金属锂或锂合金形成,优选地,锂合金包括锂铝合金、锂镁合金、锂硼合金、锂铟合金、锂硅合金。
3.根据权利要求1所述的双面覆超薄锂层复合带材,其特征在于:所述基材为由以下材料中的至少一种制备的单层或多层,所述材料选自:
聚合物,包括聚烯烃(聚乙烯PE、聚丙烯PP);
无机氧化物,包括三氧化二铝;
无机导体,包括石墨、碳纳米管、石墨烯;
金属,包括铜、铝、不锈钢。
4.根据权利要求1所述的双面覆超薄锂层复合带材,其特征在于:所述基材具有20-2000mm的宽度,3-100μm的厚度。
5.根据权利要求1所述的双面覆超薄锂层复合带材,其特征在于:所述超薄锂层具有1-10μm的厚度,且所述超薄锂层的宽度小于或等于所述基材的宽度。
6.一种双面覆超薄锂层复合带材制备方法,其特征在于,所述方法包括:
首先对基材进行烘干处理;
采用物理气相沉积(PVD)的方法对基材的一个表面沉积超薄金属锂层;
待基材冷却后,使用压力复合方法对基材的另一个表面复合超薄金属锂层。
7.根据权利要求6所述的双面覆超薄锂层复合带材制备方法,其特征在于:对所述基材进行烘干处理时的烘干温度20℃-100℃,烘干时间10min-24h。
8.根据权利要求6所述的双面覆超薄锂层复合带材制备方法,其特征在于:所述物理气相沉积(PVD)的方法包括真空蒸镀、溅射镀膜、电弧等离子体镀、离子镀膜及分子束外延。
9.根据权利要求6所述的双面覆超薄锂层复合带材制备方法,其特征在于:所述压力复合的方法为使用辊压机进行辊压。
10.根据权利要求9所述的双面覆超薄锂层复合带材制备方法,其特征在于:使用压力复合方法对基材的另一个表面复合超薄金属锂层时,待复合的超薄金属锂层是带基材支撑的超薄锂箔。
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN117594755A (zh) * | 2023-11-24 | 2024-02-23 | 新余赣锋电子有限公司 | 一种固态锂金属负极及其制备方法 |
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Publication number | Publication date |
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CN114068871B (zh) | 2023-04-28 |
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