一种连续制备超薄复合锂带的装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术属于金属锂电池锂负极材料领域，涉及一种连续制备超薄复合锂带的装置，包括镀膜室和喷涂室，镀膜室和喷涂室位于真空或氩气气氛工作仓中，其中镀膜室包括放卷辊、冷却辊、双辊延压机、镀膜装置，喷涂室包括展幅辊、喷涂装置、双辊延压机、收卷辊。本实用新型专利技术提供了一种连续制备超薄复合锂带的装置，解决了传统锂带生产工艺无法实现超薄厚度的难题；该装置可以长时间连续生产，提高了生产效率；该装置位于真空或氩气气氛工作仓中，隔绝了空气与金属锂锂带，降低了生产成本和原材料损耗；该装置生产的金属锂带在用于金属锂电池时有效抑制电解液与金属锂的副反应，提高电池的库伦效率，均匀金属的沉积，提高了锂电池的安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种连续制备超薄复合锂带的装置
本技术属于金属锂电池锂负极材料领域，涉及一种连续制备超薄复合锂带的装置。
技术介绍
金属锂具有高的容量（理论3860mAh/g），低的密度（0.59g/cm3），低的电化学势（-3.04Vvs.标准氢电极），因此以金属锂作为负极的金属锂二次电池与石墨负极的锂离子电池相比具有电压高能量密度高的优异性能。现有的锂带生产工艺一般采用挤压成型，如专利CN204564801U、CN101497088B，最薄可以做到几十微米的厚度。当较厚的金属锂带应用于金属锂电池中，负极容量远远过量于正极容量，这样就造成了负极金属锂的浪费，同时也增加了电池的体积和重量，降低了电池的体积和质量能量密度，不利于金属锂电池极限能量密度的提升。同时，由于金属锂负极的高反应活性以及不均匀沉积严重制约金属锂二次电池使用和发展，主要有以下几点原因：（1）金属锂的活性较高，几乎与绝大多数的有机溶剂发生反应，从而在金属锂与电解液的界面形成SEI膜，随着反应的进行，SEI膜逐渐增厚，界面阻抗不断增加，库伦效率降低，电池容量衰减；（2）SEI膜不稳定，在脱嵌锂的过程中不断破裂-脱落-再生成，消耗金属锂及电解液；（3）锂沉积-脱出过程电流密度分布不均，导致沉积不均匀，形成锂枝晶，造成安全隐患及“死锂”引起不可逆容量的损失。由此我们可以得知，金属锂负极表面的SEI膜对负极以及整个电池的性能具有重要的影响。目前，金属锂带的生产工艺环境，多采用干燥间形式，生产设备和金属锂及操作人均处在干燥间内。由于人员的呼吸及空气中的氮气等与金属锂带接触，在表面形成碳酸锂、氮化锂等。富含碳酸锂、氮化锂的SEI膜在电池充放电过程中由于应力作用很容易发生破裂，从而引起上述的一些问题。同时搭建干燥设备需要消耗大量的能源，增加生产成本和能源消耗。本技术提供了一种连续制备超薄复合锂带的装置，该装置制备出的金属锂带可以达到传统工艺无法做到的厚度，可以有效减少金属锂的浪费，降低电池体积和重量，提高电池体积和质量能量密度。专利CN105489845A提出了基于PVD的方法制备薄层金属锂基负极，该方法可以制备出较薄厚度的金属锂，但是该方法无法大面积大批量连续生产。本技术提供的装置采用卷对卷方式，真空蒸镀或磁控溅射的方法在金属铜箔上生长金属锂，该装置方便调控金属锂的厚度，同时生产速度较快，可较长时间连续生产。该生产装置全部在真空或氩气气氛工作仓中，这样就节省了搭建干燥间的成本，也使金属锂完全与空气隔绝，表面没有碳酸锂、氮化锂等杂质生成。金属锂带沉积结束后，喷涂装置在金属锂带表面喷涂有机物制备一层有机保护层。专利CN201645921U采用锂带暴露气氛中反应的方法制备保护层，这种方法制备的保护层不仅不致密而且厚度和均匀性无法精准控制。本技术提供的装置更方便控制保护层的厚度和均匀度，随时可以通过改变有机溶液的组份、溶液浓度和喷涂速度来改变保护层。保护层可以有效隔绝电解液与金属锂的反应，稳定金属锂界面，均匀金属锂的沉积，抑制金属锂枝晶的生长，提高金属锂电池的循环性能和安全性能。
技术实现思路
本技术为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种连续制备超薄复合锂带的装置。本技术为解决公知技术中存在的技术问题所采取的一种技术方案是：一种连续制备超薄复合锂带的装置，该装置包括镀膜室和喷涂室，其中镀膜室包括放卷辊、镀膜装置、冷却辊、双辊延压机，喷涂室包括展幅辊、喷涂装置、双辊延压机、收卷辊，整套装置位于真空或充满氩气气氛的工作仓中。本技术所述的一种连续制备超薄复合锂带的装置，其全部位于真空或氩气气氛中工作仓中，避免了外界空气对金属锂带的影响。镀膜室和喷涂室由挡板相隔，挡板上有狭缝允许锂带通过，这样避免了同时操作带来的相互污染。所述的镀膜室中一端放置放卷辊，放卷辊放置集流体的一端，经过各个辊轮后集流体在收卷辊上收辊成卷。在集流体的正下方设置镀膜装置，优选为磁控溅射镀膜装置或热蒸镀镀膜装置。镀膜靶材放置在高度可调的支撑杆上，靶面平行于上面的集流体面，靶基距的范围为10mm-200mm。靶材为金属锂或金属锂合金，金属锂合金包括锂铝合金、锂镁合金、锂硼合金、锂硅合金等。在另一端放置冷却辊，冷却辊之后连接双辊延压机，镀膜后的集流体经过冷却辊冷却后再经过双辊延压机再次控制锂带的厚度。本技术所述的一种连续制备超薄复合锂带的装置制备的金属锂的厚度为0.01μm-30μm。所述的喷涂室一端设有展幅辊，另一端设有收卷辊，靠近展幅辊的一侧在锂带上方设有喷涂装置，喷涂装置垂直于锂带，喷头为狭缝式，狭缝平行于锂带，狭缝长度与锂带宽度一致，狭缝间距可调，宽度范围10μm-500μm。靠近收卷辊的一侧放置双辊延压机，可以增加集流体、锂带、保护层的结合强度。所述的双辊延压机表面进行聚四氟乙烯光滑涂覆，双辊之间的间隙可调，间隙范围1μm-500μm。所述的喷涂装置中放置有机溶液，有机溶液包括有机溶剂和高分子化合物，其中其中有机溶剂包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、四氢呋喃、二甲醚、四乙二醇二甲醚、二甲基硫醚、二甲基亚砜、丙酮、乙腈和二乙基酮中的一种或几种，高分子化合物包括聚环氧乙烷、改性聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸亚乙烯酯、聚碳酸丙烯酯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、丁苯橡胶和氰基丙烯酸酯中的一种或几种。待有机溶剂挥发之后在金属锂表面就形成了一层聚合物保护层，保护层的厚度为0.01μm-30μm。本技术具有的优点和积极效果是：本技术提供生产装置全部在真空或氩气气氛中，这样就节省了搭建干燥间的成本，也使金属锂完全与空气隔绝，表面没有碳酸锂、氮化锂等杂质生成。该装置采用卷对卷镀膜的方式在集流体上沉积金属锂，可以有效快速大面积的制备超薄金属锂带，锂带厚度容易调控，通过双辊延压机，可以实现锂带厚度的再控制，并能增强聚合物保护层、锂带和集流体的结合强度，解决了目前挤压成型制备金属锂带工艺不能做到超薄厚度的问题，节约了金属锂的使用，有效减少了金属锂的浪费，降低了电池体积和重量，提高了电池体积和质量能量密度。本技术提供的装置更方便控制保护层的厚度和均匀度，随时可以通过改变有机溶液的组份、溶液浓度和喷涂速度来改变保护层。保护层可以有效隔绝电解液与金属锂的反应，稳定金属锂界面，均匀金属锂的沉积，抑制金属锂枝晶的生长，提高金属锂电池的循环性能和安全性能。附图说明图1为本技术提供一种连续制备超薄复合锂带的装置，图中1、真空或氩气气氛工作仓；2、喷涂室；3、镀膜室；4、铜箔；5、放卷辊；6、镀膜装置；7、冷却辊；8、双辊延压机；9、展幅辊；10、喷涂装置；11、双辊延压机；12、收卷辊；13、具有保护层的金属锂带。具体实施方式为了能进一步了解本技术的
技术实现思路
、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：图1所示为本技术提供的一种连续制备超薄复合锂带的装置示意图，1、真空或氩气气氛工作仓；2、喷涂室；3、镀膜室；4、铜箔；5、放卷辊；6、镀膜装置；7、冷却辊；8、双辊延压机；9、展幅辊；10、喷涂装置；11、双辊延压机；12、收卷辊；13、具有保护层的金属锂带。本技术提供的装置在真空或充满氩气气氛的工作仓1中，这样整个生产过程就本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种连续制备超薄复合锂带的装置，其特征在于，该装置包括镀膜室和喷涂室，其中镀膜室包括放卷辊、镀膜装置、冷却辊、双辊延压机，喷涂室包括展幅辊、喷涂装置、双辊延压机、收卷辊，整套装置位于真空或充满氩气气氛的工作仓中。

【技术特征摘要】
1.一种连续制备超薄复合锂带的装置，其特征在于，该装置包括镀膜室和喷涂室，其中镀膜室包括放卷辊、镀膜装置、冷却辊、双辊延压机，喷涂室包括展幅辊、喷涂装置、双辊延压机、收卷辊，整套装置位于真空或充满氩气气氛的工作仓中。2.根据权利要求1所述一种连续制备超薄复合锂带的装置，其特征在于所述的镀膜室和喷涂室由挡板相隔，挡板上有狭缝允许锂带通过。3.根据权利要求1所述一种连续制备超薄复合锂带的装置，其特征在于所述的镀膜室中一端放置放卷辊，在集流体的正下方设置镀膜装置，镀膜靶材放置在高度可调的支撑杆上，靶面平行于上面的集流体面，靶基距...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔光磊，张舒，胡正林，辛云川，徐红霞，
申请(专利权)人：中国科学院青岛生物能源与过程研究所，
类型：新型
国别省市：山东,37