一种带有保护层的超薄金属锂带生产装置的制作方法

本实用新型涉及金属锂带的加工或生产设备，特别是涉及一种带有保护层的超薄金属锂带生产装置。

背景技术：

超薄锂带作为锂金属电池负极用，可以显著提升电池的能量密度，且大大降低锂作为负极的重量。超薄锂带可以对锂离子电池负极极片进行预先补充部分活性锂，从而改善锂离子电池性能，提高电池负极的效率。

现阶段，主要采用挤压或者轧制方法制得金属锂箔，也有将挤压工序制得的厚锂带经轧机轧制成超薄锂箔。由于锂金属本身较软，通过轧辊压延制备超薄锂带过程中会出现锂粘辊问题。为解决此问题，中国专利cn107052047a提出了在金属锂带表面涂布润滑剂的方法，虽然可以避免轧制时锂粘辊，但是还要增加后续清洗吹干工艺，油污也有可能有残留。

在后续应用中，锂枝晶的生长是限制金属锂负极二次电池进一步发展的主要障碍。由于电池充放电循环过程中锂枝晶的不断生长，锂枝晶极有可能刺穿隔膜到达正极造成电池内部正负极短路，引起局部过热导致火灾甚至爆炸。为抑制锂枝晶，中国专利cn109309200a提出构建具有疏水包覆层的金属锂-骨架碳复合材料作为锂电池负极的构思，所述金属锂-骨架碳复合材料包括多孔碳材料载体和至少分布于多孔碳材料载体的孔隙中的金属锂；所述疏水包覆层由成膜性疏水物质组成，优选自成膜性疏水高分子，例如聚二甲基硅氧烷(pdms)。将金属锂-碳骨架复合材料与溶解有成膜性疏水物质或者具有锂反应性部分和疏水性部分的化合物的有机溶剂混合；通过固液分离或蒸发，获得具有疏水包覆层的金属锂-骨架碳复合材料。此构思虽然可以抑制锂枝晶的产生，但是制备方法并不适合大规模工业生产。

技术实现要素：

本实用新型提供一种带有保护层的超薄金属锂带生产装置，其目的是解决金属锂带轧制过程中锂粘辊、带有聚二甲基硅氧烷保护层的金属锂带不能大规模工业生产的技术问题。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种带有保护层的超薄金属锂带生产装置，沿金属锂带传送方向，依次设置第一涂覆机构、轧制机构、第二涂覆机构和固化机构。

所述第一涂覆机构为喷涂机构、刮涂机构或者浸涂机构，第一涂覆机构用于在金属锂带的双表面涂覆聚二甲基硅氧烷试剂；所述喷涂机构包括上表面喷嘴和下表面喷嘴，所述上表面喷嘴和下表面喷嘴的开口均朝向金属锂带，而且均与金属锂带的表面相距布置；所述刮涂机构包括两个刮刀和两个浆料料槽；所述浸涂机构包括浸涂辊和浸涂槽。

所述轧制机构包括上轧辊和下轧辊，所述上轧辊和下轧辊对称设于金属锂带的上方和下方，且均与金属锂带表面接触，上轧辊和下轧辊转动方向与金属锂带传送方向一致。

所述第二涂覆机构包括容器、空心刮刀和导流管，第二涂覆机构用于在轧制后的金属锂带的上表面涂覆固化剂和聚二甲基硅氧烷的混合试剂；所述空心刮刀位于金属锂带的上方，且与金属锂带的上表面相距布置；从金属锂带上方俯视观察，所述空心刮刀刀口的长度方向与金属锂带的传送方向呈夹角，从金属锂带侧面观察，所述空心刮刀刀口与金属锂带的上表面平行，所述空心刮刀刀口的刮涂区域履盖金属锂带的宽度；所述容器上设有一出料口，所述出料口和空心刮刀通过导流管贯通连接，所述导流管上设有流量控制阀。

所述固化机构包括固化室，所述固化室内设有固化元件，所述固化元件为红外加热器、电加热器或者紫外固化灯；所述固化室相对的两个侧面分别设有进口和出口，所述金属锂带贯穿于固化室的进口和出口。

上述技术方案中的有关内容解释如下：

1、上述方案中，所述喷涂机构包括上表面喷嘴和下表面喷嘴，其位置分为两种情况，第一种情况为金属锂带在第一涂覆机构段传送路径为直线型路径时，所述上表面喷嘴和下表面喷嘴分别位于金属锂带的上方和下方；第二种情况为金属锂带在第一涂覆机构段传送路径为曲线路径时，上表面喷嘴和下表面喷嘴位置不固定，只要设置喷嘴开口能分别朝向金属锂带的两个表面即可。

2、上述方案中，所述刮涂机构包括两个刮刀和两个浆料料槽，其含意分为两种情况，第一种情况为两个刮刀对金属锂带的上下表面刮涂浆料，此时金属锂带在第一涂覆机构段传送路径为曲线路径，所述两个刮刀和两个浆料料槽位于其刮涂区域的上方位置；第二种情况两个刮刀在上轧辊和下轧辊的表面刮涂浆料，所述两个刮刀和两个浆料料槽分别位于上轧辊和下轧辊旁。

3、上述方案中，上轧辊和下轧辊转动方向与金属锂带传送方向一致，其含意为从下轧辊侧面观察假如定义下轧辊以顺时针转动为正转，则上轧辊转动方向为反转。

4、上述方案中，出料口和空心刮刀通过导流管贯通连接，其含意为含固化剂的浆料从容器的出料口出料，通过导流管可以直接流到空心刮刀，再从空心刮刀刀口流出，经空心刮刀刀口刮涂到金属锂带上表面。

5、上述方案中，从金属锂带上方俯视观察，所述空心刮刀刀口的长度方向与金属锂带的传送方向呈夹角，其含意为，空心刮刀刀口的长度方向不能与金属锂带的传送方向平行，夹角优选为90度。

6、上述方案中，所述空心刮刀位于金属锂带的上方，且与金属锂带的上表面相距布置，该距离根据涂层需要的厚度来调节。

本实用新型工作原理和优点如下：

本实用新型在轧制机构前设置第一涂覆机构，用于在金属锂带的双表面涂覆聚二甲基硅氧烷试剂，聚二甲基硅氧烷试剂为防粘辊试剂，第一涂覆机构为喷涂机构、刮涂机构或者浸涂机构。能防止金属锂带轧制过程中粘辊，使轧制过程顺利。

轧制机构后设置第二涂覆机构，用于在轧制后的金属锂带的上表面刮涂固化剂和聚二甲基硅氧烷的混合试剂，再经固化机构固化，得到单面具有聚二甲基硅氧烷保护层的金属锂带。通过调整刮刀到金属锂带的距离，可以方便地控制涂层厚度。本实用新型既省去了清洗防粘辊试剂的机构，节能环保，又能在锂带表面形成一层聚二甲基硅氧烷保护层，可以将金属锂带和空气中的水、氧气隔离，又能抑制锂枝晶的生长。

本实用新型结构简单，操作方便，可以实现大规模工业生产。

附图说明

附图1为本实用新型的结构示意图；

附图2为本实用新型的另一实施例喷涂结构上表面喷嘴和下表面喷嘴位置示意图。

以上附图中：1、放卷辊；2、下表面喷嘴；3、集液槽；4、下轧辊；5、下支承辊；6、第一导辊；7、固化室；8、收卷辊；9、金属锂带；10、上表面喷嘴；11、上轧辊；12、上支承辊；13、导流管；14、容器；15、电机；16、空心刮刀；17、流量控制阀；18、出料口；19、搅拌桨；20、搅拌轴；21、固化元件；22、第二导辊；23、张力辊；24、第三导辊。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

实施例一：一种带有保护层的超薄金属锂带生产装置

参见附图1所示，本实施例在第一涂覆机构前设置放卷辊1，第一涂覆机构为喷涂机构，包括上表面喷嘴10和下表面喷嘴2，分别位于金属锂带9的上方和下方，下表面喷嘴2下方设有一集液槽3用于收集余液。

所述轧制机构从上到下依次设置上支承辊12、上轧辊11、下轧辊4和下支承辊5。

所述第二涂覆机构包括容器14、空心刮刀16、导流管13、电机15、搅拌轴20和搅拌桨19，该容器14上设有一出料口18，出料口18和空心刮刀16通过导流管13贯通连接，导流管13上设有流量控制阀17。从金属锂带9上方俯视观察，空心刮刀16的长度方向与金属锂带9的传送方向垂直。电机15的输出轴连接搅拌轴20，搅拌轴20伸入容器14内，在所述搅拌轴20上固定设置有搅拌桨19。

所述固化机构包括固化室7和固化元件21（本实施例采用电加热器）。固化室7相对的两个侧面分别设有进口和出口，金属锂带9贯穿于固化室7的进口和出口。

所述固化机构后面设置收卷机构，包括第二导辊22、张力辊23、第三导辊24和收卷辊8。

本实施例工作前，先制备第一涂覆机构用的聚二甲基硅氧烷试剂和第二涂覆机构机构用的固化剂与聚二甲基硅氧烷的混合试剂。具体包括如下步骤：

步骤1、制备第一涂覆机构用的聚二甲基硅氧烷试剂：取500g乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷和250g正己烷放入烧杯中，经磁力搅拌器在转速为1000r/min的条件下搅拌15min，再静置10min，直至气泡基本全部消失，再分别倒入第一涂覆机构的上表面喷嘴10和下表面喷嘴2。

步骤2、第二涂覆机构机构用的固化剂与聚二甲基硅氧烷的混合试剂：取500g乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷、250g正己烷、50g固化剂放入容器14，打开电机，搅拌一小时。

本实施例工作时，放卷辊1上卷绕有厚度为180µm的金属锂带9，金属锂带9从放卷辊1经牵引通过第一涂覆机构，上表面喷嘴10和下表面喷嘴2分别向金属锂带9的上表面和下表面喷射经步骤1制得的聚二甲基硅氧烷试剂。然后金属锂带9经过上轧辊11和下轧辊4轧制，得到厚度为23µm的金属锂带9。金属锂带9再经牵引通过第二涂覆机构，打开流量控制阀17，空心刮刀16刀口流出经步骤2制得的固化剂和聚二甲基硅氧烷的混合试剂，调整空心刮刀16刀口到金属锂带9的距离，空心刮刀16向金属锂带9的上表面刮涂所述混合试剂。上表面涂覆固化剂和聚二甲基硅氧烷混合试剂的金属锂带9再进入固化室7的入口，固化元件21（本实施例采用电加热器）加热固化室7温度到60℃。固化后的金属锂带9上表面覆盖一层厚度为30µm的聚二甲基硅氧烷膜，即为金属锂带的保护层。金属锂带9从固化室7出口出来，到收卷结构，经第二导辊22、张力辊23和第三导辊24控制张力，再经收卷辊8收卷成盘。

下面针对本实用新型的其他实施情况以及结构变化作如下说明：

1、以上实施例中，聚二甲基硅氧烷的封端为乙烯基封端，但本实用新型不局限于此，聚二甲基硅氧烷的封端为氨基封端、甲氧基封端、羟基封端、氢封端中的一种。

2、以上实施例中，固化剂成分是厂家的秘方，厂家未公开。根据聚二甲基硅氧烷的封端，选择对应的固化剂，市面均有售。

3、以上实施例中，固化元件21为电加热器，但本实用新型不局限于此，固化元件可以采用红外加热器或者紫外固化灯。

4、以上实施例中，第一涂覆机构前设置放卷辊1，但本实用新型不局限于此，也可以设置挤压机构，经挤压工序得到厚金属锂带再经轧制工序得到超薄金属锂带。

5、以上实施例中，金属锂带9在第一涂覆机构段传送路径为直线路径时，所述上表面喷嘴10和下表面喷嘴2，分别位于金属锂带9的上方和下方，但本实用新型不局限于此，金属锂带9在第一涂覆机构段传送路径为曲线路径时，上表面喷嘴和下表面喷嘴位置不固定，只要设置喷嘴开口能分别朝向金属锂带的两个表面即可。附图2为其中一种位置情况，本领域技术人员可以容易理解。

6、以上实施例中，第一涂覆机构为喷涂机构，但本实用新型不局限于此，也可以是刮涂机构或者浸涂机构，所述刮涂机构包括两个刮刀和两个浆料料槽，所述浸涂机构包括浸涂辊和浸涂槽，这是本领域技术人员容易理解的。两个刮刀对金属锂带的上下表面刮涂浆料，两个刮刀和两个浆料料槽位于其刮涂区域的上方位置。附图2中将两个喷嘴换成两个刮刀，即为两个刮刀位置的一种情况，实际上，只要两个刮刀能分别刮涂到金属锂带9的上表面和下表面即可，这是本领域技术人员容易理解的。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。