CN206736380U - 连续电沉积制备锂带的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及超薄锂带制备的技术领域，公开了一种连续电沉积制备锂带的装置。本装置包括前处理设备、电沉积设备、后处理设备以及金属基带，所述金属基带依次传送通过前处理设备、电沉积设备和后处理设备，所述前处理设备包括由金属基带依次串联的除油槽、第一清洗槽、活化槽、第二清洗槽和第一干燥槽，所述电沉积设备包括由金属基带依次串联的预沉积槽和电沉积槽，位于预沉积槽和电沉积槽内的金属基带至少有一侧设置有阳电极，所述后处理设备包括由金属基带依次串联的第三清洗槽、钝化槽和绕卷设备。采用该装置可实现连续制备厚度低于30μm的超薄锂带，其结构简单，操作方便，成本低廉，可使金属锂带的生产大规模化。

Description

连续电沉积制备锂带的装置

技术领域

本实用新型涉及超薄锂带制备的技术领域，尤其是一种连续电沉积制备锂带的装置。

背景技术

金属锂带具有很高的能量密度，具有很好的应用前景。当前，工业上主要采用机械辊压法制备金属锂带，但由于设备的限制，很难压制出厚度低于30μm的锂带。

电沉积是指简单金属离子或络离子通过电化学方法在固体(导体或半导体)表面上还原为金属原子附着于电极表面，从而获得一金属层的过程。采用电沉积法制备金属锂带具有厚度可控(理论上可达任意厚度)，镀层均匀等优点。然而，由于金属锂的特性，电沉积锂的技术还不成熟，目前，仍处于小片的实验室研究阶段，仅有个别关于电沉积锂的报道

中国专利CN101162772A公开了一种金属锂二次电池的泡沫锂负极及其制备方法，该方法采用泡沫金属为基体，经过冲洗、除油、冲洗、活化、冲洗后吹干，再以双金属纯锂片为阳极，泡沫金属为阴极，控制电沉积电流密度为10～100A/m2，即得到金属锂二次电池的泡沫锂负极。

中国专利105470465A公开了一种硅基负极的预锂化处理工艺及装置，在手套箱内，用装有电解液的电解装置，以金属锂片作为对电极，硅基负极作为工作电极，在工作电极上进行电沉积金属锂；在嵌锂电解液中，以二步恒电流脉冲沉积方法进行电沉积金属锂：然后将预锂化处理后硅基负极在碳酸二甲酯(DMC)溶液中浸泡20～60min；烘干后即得预锂化后的硅基负极。

可见，现有的电沉积锂均是小片间断镀锂，且都仍处于实验室研究阶段。随着锂电池行业的发展，对金属锂带的需求也日益增加，发明一种连续电沉积制备超薄锂带的方法是锂行业发展的必然需求。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种连续电沉积制备锂带的装置，以实现连续制备厚度低于30μm的超薄锂带。

本实用新型公开的连续电沉积制备锂带的装置包括前处理设备、电沉积设备、后处理设备以及金属基带，所述金属基带依次传送通过前处理设备、电沉积设备和后处理设备，所述前处理设备包括由金属基带依次串联的除油槽、第一清洗槽、活化槽、第二清洗槽和第一干燥槽，所述电沉积设备包括由金属基带依次串联的预沉积槽和电沉积槽，位于预沉积槽和电沉积槽内的金属基带至少有一侧设置有阳电极，所述后处理设备包括由金属基带依次串联的第三清洗槽、钝化槽和绕卷设备。

优选地，所述钝化槽采用气体钝化，所述第三清洗槽与钝化槽之间设置有第二干燥槽。

优选地，所述金属基带的材质为纯紫铜。

优选地，所述除油槽、第一清洗槽、活化槽、第二清洗槽、第一干燥槽、第三清洗槽和钝化槽的上部两侧分别设置有上转向轮，且下部设置有下导向轮，所述金属基带依次绕过各上转向轮和下导向轮。

优选地，所述预沉积槽上部两侧分别设置有上转向轮，所述预沉积槽下部设置有下转向轮，所述金属基带依次绕过预沉积槽的各上转向轮和下转向轮，所述预沉积槽的上转向轮下方和下转向轮的上方均设置有短阳极使得预沉积槽内各段金属基带两侧均具有短阳极。

优选地，所述电沉积槽上部排列设置有多个上转向轮，所述电沉积槽下部排列设置有多个下转向轮，所述电沉积槽内的上转向轮和下转向轮间隔排列设置，所述金属基带依次绕过电沉积槽的各上转向轮和下转向轮，所述电沉积槽的上转向轮下方和下转向轮的上方均设置有长阳极使得电沉积槽内各段金属基带两侧均具有长阳极。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1)本实用新型通过电沉积可实现连续制备金属锂带，其结构简单，操作方便，成本低廉，可使金属锂带的生产大规模化；

2)通过预沉积锂，最终改善沉积膜层的均匀性，使制备得到的锂带膜层均匀。

3)连续制得的镀层各处均匀致密，镀锂呈棒状生长，单面厚度可低于10μm。

4)采用微钝化处理，即是使金锂表面形成局部微反应层，减小暴露界面，增强安全性，便于保存与运输。

附图说明

图1是本实用新型的示意图；

图2是采用本实用新型装置制备的锂带的示意图；

附图标记：前处理设备10，电沉积设备20，后处理设备30，除油槽1，第一清洗槽2，活化槽3，第二清洗槽4，第一干燥槽5，预沉积槽6，电沉积槽7，第三清洗槽8，第二干燥槽9，钝化槽11，绕卷设备12，上转向轮13，下导向轮14，短阳极15，长阳极16，金属基带17，沉积锂层18。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进一步说明。

如图1所示，本实用新型的连续电沉积制备锂带的装置，包括前处理设备10、电沉积设备20、后处理设备30以及金属基带17，所述金属基带17依次传送通过前处理设备10、电沉积设备20和后处理设备30，所述前处理设备10包括由金属基带17依次串联的除油槽1、第一清洗槽2、活化槽3、第二清洗槽4和第一干燥槽5，所述电沉积设备20包括由金属基带17依次串联的预沉积槽6和电沉积槽7，位于预沉积槽6和电沉积槽7内的金属基带17至少有一侧设置有阳电极，所述后处理设备30包括由金属基带17依次串联的第三清洗槽8、钝化槽11和绕卷设备12。

采用本装置制备锂带的工艺过程如下：

前处理：金属基带17经过传送至进行除油槽1碱性除油剂除油，除油后的金属基带17传送至第一清洗槽2通过高纯水进行清洗，后再传送至活化槽3进行酸性活化处理，然后送至第二清洗槽4再次进行清洗，再经过第一干燥槽5进行干燥，干燥通常可采用冷风干燥或者烘干等方式；

电沉积：完全干燥后的基带送至预沉积槽6通过大电流实现短时预镀锂，使得基体表面均匀分布有沉锂活性点，然后进入电沉积槽7通过较小的电流进行长时电沉积锂，电沉积过程采用恒流电沉积，预沉积锂仅仅是增加锂带表面的活性点，其时间很短，通常为几秒到几十秒。而电沉积锂的时间根据厚度的不同需求，可长达十小时，所用电解液的溶质为锂盐，溶剂为碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)和碳酸甲乙酯(MEC)中的至少一种，而优选电解液的溶质为六氟磷酸锂(LiPF6)、六氟砷酸锂(LiAsF6)或六氟硼酸锂(LiBF6)，溶剂为碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯，或者溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯和碳酸二甲酯，且按体积比，碳酸乙烯酯:碳酸丙烯酯:碳酸二甲酯＝1～3:0～2:1～3。合适配比的镀液体系，在保证镀液活性的同时又防止了镀液分解，锂盐的浓度为1～3mo l/L；优选锂盐浓度为1mol/L；

后处理：金属基带17表面沉积锂厚度达到要求后，进入第三清洗槽8进行彻底清洗，然后通过钝化槽11进行微钝化，最终在绕卷设备12上进行卷绕，获得成品锂薄带，钝化处理既可以是气体钝化，又可以是液体钝化，而作为优选方式，所述钝化槽11采用气体钝化，所述第三清洗槽8与钝化槽11之间设置有第二干燥槽9，在钝化前进行干燥，以保证钝化效果。

金属基带17可采用铜带、铝箔带、泡沫镍箔带、锡带等，而优选则采用纯紫铜材质，纯紫铜导电性优良，有益于提高锂沉积的均匀性。

就具体金属基带17通过各处理槽的方式而言，可采用专利文献CN204874792U图1中类似的方式，只要保证金属基带17传送至各处理槽时能够到达处理槽内并被进行对应工序处理即可。而作为优选方式，所述除油槽1、第一清洗槽2、活化槽3、第二清洗槽4、第一干燥槽5、第三清洗槽8和钝化槽11的上部两侧分别设置有上转向轮13，且下部设置有下导向轮14，所述金属基带17依次绕过各上转向轮13和下导向轮14。如此通过转向轮的转向作用，就可将金属基带17传送至槽体内进行处理。

相类似的，预沉积槽6也是如此，所述预沉积槽6上部两侧分别设置有上转向轮13，所述预沉积槽6下部设置有下转向轮，所述金属基带17依次绕过预沉积槽6的各上转向轮13和下转向轮，所述预沉积槽6的上转向轮13下方和下转向轮的上方均设置有短阳极15使得预沉积槽6内各段金属基带17两侧均具有短阳极15，从而使金属基带17两面均能形成较为均匀的锂带活性点，预沉积锂时间很短，仅为几秒至十几秒，因此预沉积槽6槽体深度一般较浅，且对应设置的阳极也很短。

而金属基带17在电沉积槽7内的沉积时间就需要达到几小时到十几小时，但是，整条生产线上金属基带17的传送速度是一致的，也就是说，金属基带17的预沉积槽6和电沉积槽7中的传送速度均是一致的，无法通过调节传送速度来延长金属基带17在电沉积槽7内的滞留时间，因此，为使金属基带17在电沉积槽7内的处理时间达到要求，所述电沉积槽7上部排列设置有多个上转向轮13，所述电沉积槽7下部排列设置有多个下转向轮，所述电沉积槽7内的上转向轮13和下转向轮间隔排列设置，所述金属基带17依次绕过电沉积槽7的各上转向轮13和下转向轮，所述电沉积槽7的上转向轮13下方和下转向轮的上方均设置有长阳极16使得电沉积槽7内各段金属基带17两侧均具有长阳极16，并对应地增加电沉积槽7的长度和深度，以保证金属基带17在电沉积槽7内的沉积时间。

下面为采用本装置制备锂带的实施例

实施例1

采用厚度为10μm的高纯紫铜箔带为沉积基带，通过前处理前处理，电沉积，后处理工序，在其表面均匀包覆厚度约为15μm金属锂层，最终获得超薄锂带(如图2所示)。前处理的条件为：1M氢氧化钠溶液除油，0.05M稀硝酸液进行秒浸活化，此处的活化实际为粗化过程，前述每次处理后均用高纯水洗净，80℃快速烘干。电沉积条件为：采用10mA·cm-2的大电流沉积5s，让铜箔基体表面各处均有微量锂沉积，然后进入0.1mA·cm-2的小电流锂电沉积，小电流锂沉积时间为5h，电解液配方均为EC、PC、DMC、锂盐LiPF6浓度1M，按体积比，EC:PC:DMC＝1:1:3。后处理条件：DMC进行清洗，100℃烘干，120～150℃密室下进行CO2微钝化。

实施例2

采用厚度为10μm的高纯紫铜箔带为沉积基带，通过前处理前处理，电沉积，后处理工序，在其表面均匀包覆厚度约为8μm金属锂层，最终获得超薄锂带(锂层厚度为8μm)。前处理的条件为：1M氢氧化钠溶液除油，0.05M稀硝酸液进行秒浸活化，此处的活化实际为粗化过程，前述每次处理后均用高纯水洗净，80℃快速烘干。电沉积条件为：采用5.0mA·cm-2的大电流沉积10s，让铜箔基体表面各处均有微量锂沉积，然后进入0.02mA·cm-2的小电流锂电沉积，小电流锂沉积时间为10h，电解液配方均为EC、PC、DMC、锂盐LiPF6浓度1M，按体积比，EC:PC:DMC＝1:1:1。后处理条件：DMC进行清洗，100℃烘干，120～150℃密室下进行CO2微钝化。

实施例3

采用厚度为10μm的高纯紫铜箔带为沉积基带，通过前处理前处理，电沉积，后处理工序，在其表面均匀包覆厚度约为28μm金属锂层，最终获得超薄锂带(锂层厚度为28μm)。前处理的条件为：1M氢氧化钠溶液除油，0.05M稀硝酸液进行秒浸活化，此处的活化实际为粗化过程，前述每次处理后均用高纯水洗净，80℃快速烘干。电沉积条件为：采用50mA·cm-2的大电流沉积0.5s，让铜箔基体表面各处均有微量锂沉积，然后进入1mA·cm-2的小电流锂电沉积，小电流锂沉积时间为1h，电解液配方均为EC、DMC、锂盐LiPF6浓度1M，按体积比，EC:DMC＝1:1。后处理条件：DMC进行清洗，100℃烘干，120～150℃密室下进行CO2微钝化。

实施例4

将实施例1中的纯紫铜箔改为铝箔带，进行电沉积。其他工艺不变，最终沉积出很薄的锂带，金属锂层厚度为15μm。

实施例5

将实施例1中的纯紫铜箔改为泡沫镍箔带，进行电沉积。其他工艺不变，最终沉积出很薄的锂带，金属锂层厚度为15μm。

实施例6

将实施例1中的铜箔改为锡箔带，进行电沉积。其他工艺不变，最终沉积出很薄的锂带，金属锂层厚度为15μm。

Claims (5)

1.连续电沉积制备锂带的装置，其特征在于：包括前处理设备(10)、电沉积设备(20)、后处理设备(30)以及金属基带(17)，所述金属基带(17)依次传送通过前处理设备(10)、电沉积设备(20)和后处理设备(30)，所述前处理设备(10)包括由金属基带(17)依次串联的除油槽(1)、第一清洗槽(2)、活化槽(3)、第二清洗槽(4)和第一干燥槽(5)，所述电沉积设备(20)包括由金属基带(17)依次串联的预沉积槽(6)和电沉积槽(7)，位于预沉积槽(6)和电沉积槽(7)内的金属基带(17)至少有一侧设置有阳电极，所述后处理设备(30)包括由金属基带(17)依次串联的第三清洗槽(8)、钝化槽(11)和绕卷设备(12)。

2.如权利要求1所述的连续电沉积制备锂带的装置，其特征在于：所述钝化槽(11)采用气体钝化，所述第三清洗槽(8)与钝化槽(11)之间设置有第二干燥槽(9)。

3.如权利要求1或2所述的连续电沉积制备锂带的装置，其特征在于：所述除油槽(1)、第一清洗槽(2)、活化槽(3)、第二清洗槽(4)、第一干燥槽(5)、第三清洗槽(8)和钝化槽(11)的上部两侧分别设置有上转向轮(13)，且下部设置有下导向轮(14)，所述金属基带(17)依次绕过各上转向轮(13)和下导向轮(14)。

4.如权利要求1或2所述的连续电沉积制备锂带的装置，其特征在于：所述预沉积槽(6)上部两侧分别设置有上转向轮(13)，所述预沉积槽(6)下部设置有下转向轮，所述金属基带(17)依次绕过预沉积槽(6)的各上转向轮(13)和下转向轮，所述预沉积槽(6)的上转向轮(13)下方和下转向轮的上方均设置有短阳极(15)使得预沉积槽(6)内各段金属基带(17)两侧均具有短阳极(15)。

5.如权利要求1或2所述的连续电沉积制备锂带的装置，其特征在于：所述电沉积槽(7)上部排列设置有多个上转向轮(13)，所述电沉积槽(7)下部排列设置有多个下转向轮，所述电沉积槽(7)内的上转向轮(13)和下转向轮间隔排列设置，所述金属基带(17)依次绕过电沉积槽(7)的各上转向轮(13)和下转向轮，所述电沉积槽(7)的上转向轮(13)下方和下转向轮的上方均设置有长阳极(16)使得电沉积槽(7)内各段金属基带(17)两侧均具有长阳极(16)。