CN210394523U - 一种大宽幅超薄金属锂带的制备装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种大宽幅超薄金属锂带的制备装置，属于锂金属材料制备技术领域。该制备装置包括锂液熔箱、锂液转移辊、放卷装置、基材背辊和收卷装置；锂液转移辊的下部浸入锂液熔箱中的锂液中，用于将锂液熔箱中的锂液转移到基材上；锂液转移辊的一侧上设置有用于刮匀锂液的热刮刀，热刮刀与锂液转移辊之间留有间隙；基材背辊设置在锂液转移辊的斜上方；放卷装置设置在基材背辊的一侧上，收卷装置设置在基材背辊的上方，放卷装置上的基材经过基材背辊后缠绕于收卷装置上。本实用新型结构简单、设计合理，有效提高了涂布的均匀性，能够实现自动化生产厚度为5～50μm的超薄金属锂带，大大提高了工作效率和产品质量。
Description
技术领域
本实用新型涉及锂金属材料制备技术领域，具体涉及一种大宽幅超薄金属锂带的制备装置。
背景技术
随着新能源汽车和航空无人机的快速发展，金属锂作为高能量密度材料随之应运而生。目前金属锂作为负极材料与正极材料相匹配时，由于锂含量较高而不能提高锂电池的能量密度，因此超薄锂负极已成为提高其能量密度的趋势。
目前批量生产的锂带宽幅较小，工艺过程较为复杂且厚度较厚基本都在50um以上，且表面厚度均匀性较差。天津中能已将锂带的有效厚度做到10-20um，但是在锂带生产过程中需要加入表面润滑剂进行辅助，这样得到的金属锂带表面附有一层薄膜，润滑剂价格昂贵且影响金属锂的性能，故不能达到超薄金属锂的工业要求和使用性能。现有技术中还有一些工艺是利用将锂锭熔融后通过延流法或浸镀法或蒸镀法之后再进行辊压得到超薄锂带，类似方法在操作过程中控制复杂且对操作要求较高最后的辊压工艺基本和传统金属锂带的生产无差别创新型性较差。另有工艺是将锂熔融后通过氩气或挤压装置将熔融锂挤压喷涂到基材通过控制挤压速度和基材移动速度来得到超薄金属锂带，这种方法对挤压速度和基材移动速度向匹配的调试要求较高，调试困难且成本较高；另外有利用将金属锂制成粉末进行喷涂，由于锂的活动性较强，其粉末状态很容易反应而发生爆炸，危险性较高，因此工业化生产可能性较低。
实用新型内容
为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种大宽幅超薄金属锂带的制备装置，该制备装置结构简单、设计合理，有效提高了涂布的均匀性，能够实现自动化生产金属锂带，大大提高了工作效率和产品质量，有效解决了现有技术中超薄金属锂带制备难度大、成本高及质量差的问题。
为解决上述问题，本实用新型所采用的技术方案如下：
一种大宽幅超薄金属锂带的制备装置，其包括锂液熔箱、锂液转移辊、放卷装置、基材背辊和收卷装置；所述锂液转移辊的下部浸入所述锂液熔箱中的锂液中，用于将锂液熔箱中的锂液转移到基材上；所述锂液转移辊的一侧上设置有用于刮匀锂液的热刮刀，所述热刮刀与锂液转移辊之间留有间隙；所述基材背辊设置在所述锂液转移辊的斜上方；所述放卷装置设置在所述基材背辊的一侧上，所述收卷装置设置在所述基材背辊的上方，所述放卷装置上的基材经过所述基材背辊后缠绕于所述收卷装置上。
作为本实用新型优选的实施方式，所述放卷装置包括用于缠绕待处理基材的放卷辊、放卷纠偏器、放卷张力检测辊和导辊，所述放卷纠偏器设置于所述放卷张力检测辊和所述放卷辊之间；所述导辊设置于所述放卷张力检测辊和所述基材背辊之间；所述放卷辊上的基材依次经过所述放卷纠偏器、放卷张力检测辊、导辊和基材背辊后缠绕于所述收卷装置上。
作为本实用新型优选的实施方式，所述收卷装置包括用于缠绕超薄金属锂带的收卷辊、收卷纠偏器和收卷张力检测辊，所述收卷纠偏器设置于所述收卷张力检测辊和所述收卷辊之间；经过复合得到的超薄金属锂带依次经过所述收卷张力检测辊和收卷纠偏器后缠绕于所述收卷辊上。
作为本实用新型优选的实施方式，本实用新型的制备装置还包括密封工作室和用于向所述密封工作室提供惰性气体的惰性气体供应装置；所述锂液熔箱、锂液转移辊、放卷装置、基材背辊、收卷装置和惰性气体供应装置均设置于所述密封工作室内。
作为本实用新型优选的实施方式，所述惰性气体供应装置供应的惰性气体为氩气。
作为本实用新型优选的实施方式，所述锂液熔箱、锂液转移辊和热刮刀均是采用铜制成的，所述锂液转移辊和热刮刀的外表面上均镀有不锈钢薄膜，所述锂液熔箱的内表面上镀有不锈钢薄膜。
作为本实用新型优选的实施方式，所述锂液熔箱、锂液转移辊和热刮刀内均设置有加热装置。
作为本实用新型优选的实施方式，本实用新型的制备装置还包括有送料装置，所述送料装置包括依次设置的锂料辊、送料辊和导辊，所述锂料辊上的锂料依次穿过送料辊和导辊后伸入锂液熔箱中。
相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：
本实用新型所述的大宽幅超薄金属锂带的制备装置通过利用多辊配合以及调整收放卷速度将熔融状态的锂液转移到基材的表面上，从而得到均匀一致、厚度为5～50μm的超薄金属锂带；另外，本实用新型的制备装置结构简单、设计合理，有效提高了锂金属溶液涂布的均匀性，能够实现自动化、连续性生产大宽幅的超薄金属锂带；与现有技术中的挤压法相比，无需大压力设备对锂锭进行挤压，在生产过程中对设备的硬性功能要求较小，从而使得生产的锂带宽幅不受限制；与现有技术中的浸镀法相比，无需将基材浸渍在锂液中，有效减少了高温对基材的影响；采用送料装置向锂液熔箱输送锂料，无需提前熔融大量金属锂液，安全性高；本实用新型通过利用多辊将锂液转移到基材的表面上，有效提高了涂布的均匀性，大大提高了工作效率和产品质量，有效解决了现有技术中超薄金属锂带生产成本高、工艺过程复杂、锂带表面均匀性差以及生产效率低等问题。
附图说明
图1为本实用新型所述的大宽幅超薄金属锂带的制备装置的结构示意图；
附图标号说明：1、放卷辊；2、放卷纠偏器；3、放卷张力检测辊；4、导辊；5、锂液转移辊；6、热刮刀；7、基材背辊；8、收卷张力检测辊；9、收卷纠偏器；10、收卷辊；11、锂液熔箱；12、密封工作室；13、锂料辊；14、送料辊；15、导辊。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。
参照图1，本实用新型所述的大宽幅超薄金属锂带的制备装置包括用于将金属锂锭熔融的锂液熔箱11、用于将锂液转移至基材表面的锂液转移辊5、用于供应基材的放卷装置、以及用于张紧基材的基材背辊7和收卷装置。
具体地，锂液熔箱11的内部设置有加热装置，用于对金属锂锭进行熔融。优选地，锂液熔箱11是采用铜制成的，其内表面上镀有不锈钢薄膜，能够有效保证对金属锂液熔融状态的稳定性、热量分布的均匀性以及热传导的瞬时性。锂液转移辊5的下部浸入锂液熔箱11中的锂液中，用于将锂液熔箱11中的锂液转移到基材表面上。锂液转移辊5的一侧上设置有用于刮匀锂液的热刮刀6，热刮刀6与锂液转移辊5之间留有间隙，可通过调整该间隙的宽度来调整锂液转移辊5表面上的锂液厚度。由于锂液转移辊5和热刮刀6上的锂液量较少，容易导致锂液凝固在锂液转移辊5和热刮刀6上，锂液转移辊5和热刮刀6的内部均设置有加热装置，通过对锂液转移辊5和热刮刀6加热能够使锂液转移辊5和热刮刀6上的锂液始终保持熔融状态。同样地，锂液转移辊5和热刮刀6均是采用铜制成的，锂液转移辊5和热刮刀6的外表面上均镀有不锈钢薄膜，以保证对金属锂液熔融状态的稳定性、热量分布的均匀性以及热传导的瞬时性。基材背辊7设置在锂液转移辊5的斜上方，基材背辊7与锂液转移辊5之间留有辊缝；优选地，该辊缝的宽度等于基材厚度与预期涂布厚度之和。放卷装置设置在基材背辊7的一侧上，收卷装置设置在基材背辊7的上方，放卷装置上的基材经过基材背辊7进行覆锂后缠绕于收卷装置上。由上述方案可见，本实用新型通过采用锂液转移辊5蘸取锂液熔箱11中的锂液，再通过热刮刀6将锂液转移辊5表面锂液刮整均匀后转移到基材表面，再通过调整基材的移动速度，由此完成超薄金属锂带的制备，工序少、操作简单，能够实现自动化连续性生产，有利于降低生产成本。
更具体地，放卷装置包括用于缠绕待处理基材的放卷辊1、放卷纠偏器2、放卷张力检测辊3和导辊4，放卷纠偏器2设置于放卷张力检测辊3和放卷辊1之间；导辊4设置于放卷张力检测辊3和基材背辊7之间；放卷辊1上的基材依次经过放卷纠偏器2、放卷张力检测辊3、导辊4和基材背辊7后缠绕于收卷装置上。其中，上述基材为与金属锂具有一定亲和性且不与金属锂反应的耐氧化、可重复利用的箔材，包括但不限于不锈钢箔、铜箔、钢箔、铁箔等材料。同样地，收卷装置包括用于缠绕超薄金属锂带的收卷辊10、收卷纠偏器9和收卷张力检测辊8，收卷纠偏器9设置于所述收卷张力检测辊8和收卷辊10之间；经过复合得到的超薄金属锂带依次经过收卷张力检测辊8和收卷纠偏器9后缠绕于收卷辊10上。
本实用新型的制备装置还包括密封工作室12和用于向密封工作室12提供惰性气体的惰性气体供应装置；锂液熔箱11、锂液转移辊5、放卷装置、基材背辊7、收卷装置和惰性气体供应装置均设置于密封工作室12内，以保证锂液不被氧化和保证锂液的安全性。优选地，惰性气体供应装置供应的惰性气体为氩气。本实用新型还包括有用于向锂液熔箱11输送锂料的送料装置，该送料装置包括依次设置的锂料辊13、两根送料辊14和两根导辊15，锂料辊19上的锂料依次穿过两根送料辊14和两根导辊15之间的间隙后伸入锂液熔箱11中，在送料辊14的传动下向锂液熔箱11不断输送锂料，锂料可以是锂带也可以是锂棒。
上述制备装置的工作过程如下：首先将基材分别穿过放卷辊1、放卷纠偏器2、放卷张力检测辊3、导辊4、锂液转移辊5和基材背辊7形成的辊缝，然后穿过收卷张力检测辊8、收卷纠偏器9以及收卷辊10，在完成基材的穿带后，先调整热刮刀6与锂液转移辊5之间的间隙距离，以对锂液转移辊5表面蘸取的锂液进行预先的刮平均匀使其保持一致的厚度，然后调整基材背辊7与锂液转移辊5之间的辊缝距离，接着加热锂液熔箱11对锂锭进行熔化，以及加热锂液转移辊5和热刮刀6，之后启动锂液转移辊5使其不断蘸取锂液，同时启动收卷辊10并不断调整其收卷速度，从而可以获得超薄金属锂带。
本实用新型还提供了一种大宽幅超薄金属锂带的制备方法，其是采用如上所述的制备装置进行制备，主要是将基材穿过锂液转移热辊和基材背辊7的辊缝后，通过热刮刀6对锂液转移辊5表面蘸取的锂液进行预先刮均，然后调整锂液转移热辊和基材背辊7的辊缝以及收卷的速度来，经过自然冷却后获得超薄金属锂带，具体包括以下步骤：
a.根据刮涂厚度调整热刮刀6与锂液转移辊5之间的间隙，根据基材厚度调整锂液转移辊5与基材背辊7之间的辊缝，将放卷装置上的基材穿过锂液转移辊5与基材背辊7之间的辊缝后缠绕在收卷装置上，并使基材张紧；
b.将锂液转移辊5和热刮刀6预热至190～230℃，以保证锂液转移辊5和热刮刀6上的锂液保持熔融状态并具有一定的黏性；在惰性气体环境下对锂液熔箱11内的锂液加热至190～400℃，使其保持熔融状态；
c.启动锂液转移辊5、放卷辊1和收卷辊10，调整收卷速度，使基材张紧并往收卷辊10方向移动，在移动过程中锂液转移辊5上的锂液被均匀地转移至基材的表面上，收卷后得到单面覆锂的超薄金属锂带。
实施例1:
本实施例所选用的基材为10μm的不锈钢箔。将基材穿带完成后，调整热刮刀6与锂液转移辊5之间的间隙距离为20μm，将锂液熔箱11、锂液转移辊5以及热刮刀6的加热温度调整为200℃，接着调整基材背辊7与锂液转移辊5之间的辊缝距离为15μm，调整收卷辊10的速度为5m/min，通过收卷辊10的不断收卷即可得到总厚度为20μm的不锈钢-锂带，其中锂的有效厚度为10μm。
实施例2:
本实施例所选用的基材为10μm的不锈钢箔。将基材穿带完成后，调整热刮刀6与锂液转移辊5之间的间隙距离为27μm，将锂液熔箱11、锂液转移辊5以及热刮刀6的加热温度调整为210℃，接着调整基材背辊7与锂液转移辊5之间的辊缝距离为25μm，调整收卷辊10的速度为3.5m/min，通过收卷辊10的不断收卷即可得到总厚度为25μm的不锈钢-锂带，其中锂的有效厚度为15μm。
由此可见，本实用新型所述的大宽幅超薄金属锂带的制备装置通过利用多辊配合以及调整收放卷速度将熔融状态的锂液转移到基材的表面上，从而得到均匀一致、厚度为5～50μm的超薄金属锂带，工序少、操作简单，有效提高了涂布的均匀性，能够实现自动化、连续性生产大宽幅的超薄金属锂带，大大提高了工作效率和产品质量。
上述实施方式仅为本实用新型的优选实施方式，不能以此来限定本实用新型保护的范围，本领域的技术人员在本实用新型的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本实用新型所要求保护的范围。
Claims (8)
1.一种大宽幅超薄金属锂带的制备装置，其特征在于：包括锂液熔箱、锂液转移辊、放卷装置、基材背辊和收卷装置；所述锂液转移辊的下部浸入所述锂液熔箱中的锂液中，用于将锂液熔箱中的锂液转移到基材上；所述锂液转移辊的一侧上设置有用于刮匀锂液的热刮刀，所述热刮刀与锂液转移辊之间留有间隙；所述基材背辊设置在所述锂液转移辊的斜上方；所述放卷装置设置在所述基材背辊的一侧上，所述收卷装置设置在所述基材背辊的上方，所述放卷装置上的基材经过所述基材背辊后缠绕于所述收卷装置上。
2.根据权利要求1所述的大宽幅超薄金属锂带的制备装置，其特征在于：所述放卷装置包括用于缠绕待处理基材的放卷辊、放卷纠偏器、放卷张力检测辊和导辊，所述放卷纠偏器设置于所述放卷张力检测辊和所述放卷辊之间；所述导辊设置于所述放卷张力检测辊和所述基材背辊之间；所述放卷辊上的基材依次经过所述放卷纠偏器、放卷张力检测辊、导辊和基材背辊后缠绕于所述收卷装置上。
3.根据权利要求1或2所述的大宽幅超薄金属锂带的制备装置，其特征在于：所述收卷装置包括用于缠绕超薄金属锂带的收卷辊、收卷纠偏器和收卷张力检测辊，所述收卷纠偏器设置于所述收卷张力检测辊和所述收卷辊之间；经过复合得到的超薄金属锂带依次经过所述收卷张力检测辊和收卷纠偏器后缠绕于所述收卷辊上。
4.根据权利要求1或2所述的大宽幅超薄金属锂带的制备装置，其特征在于：还包括密封工作室和用于向所述密封工作室提供惰性气体的惰性气体供应装置；所述锂液熔箱、锂液转移辊、放卷装置、基材背辊、收卷装置和惰性气体供应装置均设置于所述密封工作室内。
5.根据权利要求4所述的大宽幅超薄金属锂带的制备装置，其特征在于：所述惰性气体供应装置供应的惰性气体为氩气。
6.根据权利要求1或2所述的大宽幅超薄金属锂带的制备装置，其特征在于：所述锂液熔箱、锂液转移辊和热刮刀均是采用铜制成的，所述锂液转移辊和热刮刀的外表面上均镀有不锈钢薄膜，所述锂液熔箱的内表面上镀有不锈钢薄膜。
7.根据权利要求1或2所述的大宽幅超薄金属锂带的制备装置，其特征在于：所述锂液熔箱、锂液转移辊和热刮刀内均设置有加热装置。
8.根据权利要求1或2所述的大宽幅超薄金属锂带的制备装置，其特征在于：还包括有送料装置，所述送料装置包括依次设置的锂料辊、送料辊和导辊，所述锂料辊上的锂料依次穿过送料辊和导辊后伸入锂液熔箱中。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN112410785A (zh) * | 2019-08-20 | 2021-02-26 | 北京卫蓝新能源科技有限公司 | 一种大宽幅超薄金属锂带的制备装置及其方法 |
| CN112467084A (zh) * | 2020-11-23 | 2021-03-09 | 惠州赣锋锂电科技有限公司 | 一种锂离子电池负极极片补锂装置及其补锂方法 |
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