[实用新型]一种基于液态金属的复合金属带生产设备

说明书

本实用新型公开了一种基于液态金属的复合金属带生产设备，包括：放卷机构，用于放卷带材；涂料工段，用于在带材的至少一侧侧面上涂上一层金属材料的液态金属层；定型工段，所述定型工段内设有冷却装置，使液态金属层冷却定型并在带材上形成金属材料层，得到复合金属带；收卷机构，用于收卷得到的所述复合金属带。本实用新型基于液态金属的复合金属带生产设备，金属材料层的厚度可以更薄，且结合力也更好。

技术领域

本实用新型涉及金属带生产设备，具体的为一种基于液态金属的复合金属带生产设备。

背景技术

锂离子电池的负极是由负极活性物质碳材料或非碳材料、粘合剂和添加剂混合制成糊状胶合剂均匀涂抹在铜箔两侧，经干燥、滚压而成。锂离子电池能否成功地制成，关键在于能否制备出可逆地脱/嵌锂离子的负极材料。一般来说，选择一种好的负极材料应遵循以下原则：比能量高；相对锂电极的电极电位低；充放电反应可逆性好；与电解液和粘结剂的兼容性好；比表面积小(10m²/g)，真密度高(2.0g/cm³)；嵌锂过程中尺寸和机械稳定性好；资源丰富，价格低廉；在空气中稳定、无毒副作用。目前，已实际用于锂离子电池的负极材料一般都是碳素材料，如石墨、软碳(如焦炭等)、硬碳等。传统的碳素材料虽然在一定程度上能够满足锂离子电池负极的使用要求，但存在能量密度低和重量重等缺陷。

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。为了满足锂电池高倍率放电的需求，需采用适用于高倍率放电的超薄正极，因此，与正极容量匹配的金属锂负极也需超薄化。但市售电池级金属锂普遍较厚，仅少量厂家可提供50-100μm、宽度仅为10-50mm的金属锂，且金属锂表面状态较差，与导电基材覆合难度大，覆合强度较低。

现有的锂带生产工艺一般采用挤压成型，如公开号为CN204564801U、CN101497088B的中国专利公开的锂带生产工艺中，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。另外，公开号为CN105489845A的中国专利提出了基于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。

现有的负极金属复合材料一般采用金属锂箔材和金属铜箔材进行复合得到，如公开号为CN108435791A的中国专利公开了一种制备层状铜/锂复合箔材的深冷异步轧制方法，包括如下步骤：第一步：以纯锂和纯铜金属箔材为原料，铜箔的厚度为锂箔的二分之一；第二步：将铜箔和锂箔剪切成长方形；第三步：将铜箔对折，完全包覆好锂箔；第四步：将材料放入深冷箱中进行冷却，冷却10分钟，实现材料温度被均匀冷却；第五步：将材料取出，以压下率在50％左右进行深冷轧制，轧制结束后，轧件温度-50℃；第六步：将轧制后的带材进行对折并叠合，放入深冷箱中重新冷却，冷却时间3-5分钟；第七步：将冷却的材料再进行深冷轧制，压下率维持在50％左右；重复第六步和第七步5-10次，生产出高性能的层状铜/锂双金属复合箔材；第八步：将层状铜/锂双金属复合箔材放入深冷箱中重新冷却，冷却时间3-5分钟；第九步：采用深冷异步轧制，异速比为1.0～1.6，轧制压下量为5～20％；重复第八步和第九步，直到将轧件厚度轧至10～50μm。

该制备层状铜/锂复合箔材的深冷异步轧制方法制备得到的负极金属复合材料具有以下缺点：

1)很难在铜箔表面制备厚度为2～20um的锂带，即金属锂的厚度较厚，浪费材料；

2)制备的负极金属复合材料中，金属锂和金属铜的结合力往往不够牢固，容易脱落。

发明内容