[发明专利]超薄锂箔材及其制备方法

说明书

提供了一种超薄锂箔材产品及其制备方法。超薄锂箔材是一种连续的、自支撑、锂含量为99.90～99.99％的带状箔材。超薄锂箔材的厚度为10～20um，宽度为10～500mm。超薄锂箔材表面颜色光亮，为金属银白色；锂箔材表面平整，没有可目测到的孔洞和破损；锂箔材边缘整齐，没有缺陷。

技术领域

本发明涉及储能技术领域，尤其涉及一种可用于二次电池的超薄锂箔材及其制备方法。

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要求越来越高，而目前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。对于负极材料而言，锂金属具有高的比容量(3860mAh/g，为石墨负极的10倍)和最低的氧化还原电位(-3.04V VS标准氢电位)。采用金属锂替代现有的石墨负极，一方面可以提高电池的工作电压，另一方可以减少负极的使用量，这使得锂离子电池将大幅地提高能量密度。同时，由于负极含有金属锂，作为电池的锂源，那么正极选材就更为广泛，形成具有更高能量的电化学能量系统，例如，锂硫电池，锂空电池。目前国际上各个国家，都期望锂电池的能量密度达到500wh/kg或以上。

虽然锂金属具有如此的优势，但是要精确控制其在电池中用量，包括锂金属负极的厚度。因为目前现有锂离子电池所采用的正极材料均为含锂材料(例如钴酸锂，磷酸铁锂，三元材料等)，正极所含锂已能够满足锂离子电池充放电需求，而负极锂箔材仅需提供极少量的锂以弥补循环过程中的锂损失即可。另外金属锂本身也具有非常好的导电性，可以作为负极的集流体，并且金属锂的密度是金属铜密度的1/16，直接采用厚度精确控制的超薄锂金属箔材，可以更大幅度的提高电池的能量密度。例如，有研究者报道当正极采用镍锰钴酸锂体系，负极采用当双面厚度为100微米锂金属复合在8微米铜箔集流体时，电池的能量才刚达到300wh/kg(Joule 3，1–12，March 20，2019)，正如之前所述，正极含有锂离子，负极如果能够更薄，例如20微米，并且不含有铜箔，该电池能量密度可以高达500wh/kg。

金属锂的抗拉强度极限为11.8kg/mm²，在超薄锂箔材生产中存在断带的情况；金属锂容易粘连，自焊性强，容易粘辊。通过目前的技术很难生产出20微米厚的均匀、无缺陷的成卷锂箔材。鉴于此，为了实现电池的高能量密度，很有必要开发一种厚度为20微米以下的成卷超薄锂箔材产品。

发明内容

本发明旨在提供一种能够实际应用的厚度在20微米以下的超薄锂箔材，以及用于制备该超薄锂箔材的工业化生产方法。

在一个方面，本发明提供一种超薄锂箔材，其特征在于，所述锂箔材是锂含量为99.90～99.99％的自支撑的连续带状箔材，具有20μm以下的均匀厚度，厚度公差在±1.5μm以内。

可选地，所述锂箔材的厚度处于10～20μm的范围；宽度为10～500mm；所述锂箔材的长度超过0.1m。

可选地，所述锂箔材表面平整，没有可目测到的孔洞、破损以及褶皱。

可选地，所述锂箔材表面光亮，为金属银白色；表面锂元素含量为99.90％～99.95％。

可选地，所述锂箔材边缘整齐，没有裂纹缺陷。

可选地，所述锂箔材是成卷带材。

在另一个方面，本发明提供一种制备上述超薄锂箔材的方法，所述方法是卷对卷的生产方法，以厚度为100～300μm的金属锂带材为原料，通过多次轧制，控制每次的轧制压缩比为2～15，获得超薄锂箔材。

可选地，采用轧辊进行轧制，并且在轧制出口设置激光测厚仪，实时监测锂箔材的厚度变化，根据检测数据调整辊缝间距。