本发明属于锂电材料技术领域，尤其是涉及一种超薄锂箔的电化学制备方法。
背景技术：
由于新能源产业的突起，锂体系化学电源成为了研究以及应用的焦点，从而使金属锂成为一个热点话题。金属锂主要用于锂原电池、锂离子电池负极的效率提高、锂离子电容器的负极预嵌锂，对于后者的应用意义巨大，但是其同样是难点，无论是提高锂离子电池负极的效率，还是锂离子电容器的预嵌锂，都涉及到用金属锂对负极预锂化的过程。负极预锂化的过程通常使用锂粉或锂箔或锂带，使用锂粉存在着安全性极差、预锂化的均匀性差的问题；而如果采用锂箔或锂带，问题在于电极的需锂量有限，而且目前制备锂箔或锂带通常采用机械碾压等手段，机械碾压通常仅可以获得厚度大于50微米的锂箔，不能得到超薄锂箔，无法满足薄度需求，且机械碾压手段锂箔尺寸厚度不易调控，均一性差。
技术实现要素：
本发明要解决的问题是提供一种超薄锂箔的电化学制备方法，通过电化学方法制备大尺寸超薄锂箔，制得锂箔厚度可满足用金属锂对负极预锂化过程的需求，且锂箔厚度可任意调控，厚度均一性高。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种超薄锂箔的电化学制备方法，包括以锂箔为负极，以导电材料为正极，将负极和正极相对设置并使用隔膜隔开，浸入电解液中，并将正极和负极接入充放电设备，使用充放电设备为负极和正极供电，进行电化学反应，通过控制充放电设备的放电容量控制负极上锂的消耗量，在负极得到超薄锂箔。锂箔与导电材料在电解液中形成类似电池两极的结构，并通过将其接入充放电设备的供电回路中，形成电化学反应回路，充放电设备正极与锂箔连接，充放电设备负极与导电材料连接，使锂箔失电子，锂箔表面上的锂单质转化为锂离子而溶于电解液中，从而使锂箔表面上的锂单质消耗掉，使锂箔变薄，并且通过控制充放电设备供电的电容量来控制锂箔失电子数，从而控制锂箔消耗量，调控最终得到的锂箔的厚度。该方法通过电化学方法消耗锂箔表面的锂单质，从而得到超薄锂箔，相比于机械碾压的方法，该方法制得的锂箔的厚度可满足提高锂离子电池负极的效率与锂离子电容器的预嵌锂中用金属锂对负极预锂化的过程的需求，且通过控制充放电设备的放电容量即可调节锂箔的厚度，锂箔厚度调控简单且准确，厚度均一性高。
其中，与锂箔相配合的正极材料只要可使二者与电解液形成电化学回路即可实现该方法，因此，正极材料使用现有技术中的任一导电材料均可，而优选的方案，该导电材料为可嵌锂材料，可嵌锂材料即能够可逆的嵌入及脱出锂离子的材料，使用可嵌锂材料为正极，在进行电化学反应的过程中，由于锂箔与可嵌锂材料仅隔着隔膜的紧密的相互对照设置，锂箔负极消耗锂并形成锂离子后，锂离子穿过隔膜被与锂箔正对的可嵌锂材料接收，使电解液中锂离子浓度下降，根据化学平衡移动原理，促使该电化学反应不断的进行，负极锂箔不断减薄，可嵌锂材料种类众多，在此处均可使用，更优选的，可嵌锂材料选择石墨、硬碳、软碳或钛酸锂。
其中，正极导电材料的厚度均一性越高，在电化学反应过程中与锂箔相对的面上接收锂离子越均一，锂箔表面消耗锂单质也更均一，因此最终制得的超薄锂箔的厚度均一性更高。优选的，正极导电材料的厚度的均一性偏差小于5％，更优选的，正极的导电材料的厚度的均一性的偏差小于1％。
其中，最初所使用的锂箔的厚度的均一性越高，最终消耗后制得的超薄锂箔的厚度的均一性就越高，因此，优选的，锂箔的厚度的均一性的偏差小于5％，更优选的，锂箔的厚度的均一性的偏差小于1％。
由于电化学反应中，负极锂箔释放锂离子与正极可嵌锂材料接收锂离子是一对一的，所以最好将可嵌锂材料设为片状材料，且该片状材料的与锂箔相对的纵截面的形状、大小与负极锂箔的纵截面的形状、大小相同，可使电化学反应中对锂箔表面锂单质的消耗更均一，制得的超薄锂箔的厚度更均一。
其中，电解液主要为电子和离子的传递提供介质，由于锂单质在水中极易燃烧，因此，电解液最好采用有机电解液，保证制备过程中的安全，优选的，有机电解液为锂盐溶于有机溶剂的溶液，更优选的，锂盐为六氟磷酸锂或高氯酸锂，有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯和碳酸亚乙烯酯中的一种或多种的组合。
优选的，该方法还包括在电化学反应结束后将负极得到的超薄锂箔用有机溶剂进行清洗，并进行干燥，可清洗掉得到的超薄锂箔表面残留的锂离子和电解液。
优选的，清洗最终得到的超薄锂箔所用的有机溶剂为甲醛、乙醛、丙酮或乙醚。
本发明具有的优点和积极效果是：该制备方法通过电化学方法使锂箔表面锂单质消耗，使锂箔变薄从而制备超薄锂箔，其可在机械碾压所得锂箔厚度的基础上进一步使锂箔厚度减薄，得到满足预嵌锂中用金属锂对负极预锂化的过程需求的通过机械碾压方法所无法得到的厚度；同时，该方法可通过控制充放电设备的放电容量调整所得超薄锂箔的厚度，锂箔厚度调控简单且准确，厚度均一性高。
具体实施方式
下面结合几个实施例对本发明的具体实施方法做详细介绍：
实施例一
本实施例所述的超薄锂箔的电化学制备方法具体步骤如下：
以石墨材料为可嵌锂的正极材料，将石墨材料做成厚度均一性偏差小于0.5％，纵截面尺寸为20平方厘米的片状材料，将锂箔制成厚度均一性偏差小于1％的，纵截面的形状、大小与正极材料相同的，厚度为50微米的电极材料，作为负极，将正极石墨材料与负极锂箔用隔膜隔开，放入1mol/l六氟磷酸锂/(碳酸乙烯酯+碳酸二甲酯)的有机电解液中，形成可以发生电化学反应的回路，而后将正负极接入充放电设备上，依据放电容量与锂箔失电子之间的关系，通过控制充放电设备的放电容量，将锂箔表面锂的消耗量控制为50％，制备完成后将所得锂箔用丙酮进行清洗，晾干得纵截面为20平方厘米、厚度为25微米的锂箔(或锂带)，该锂箔的厚度均一性偏差小于5％，此厚度与均一性是物理碾压所达不到的。
实施例二
本实施例所述的超薄锂箔的电化学制备方法具体步骤如下：
以硬碳材料为可嵌锂的正极材料，将硬碳材料做成厚度均一性偏差小于1％，纵截面尺寸为30平方厘米的片状材料，将锂箔制成厚度均一性偏差小于0.8％，纵截面的形状、大小与正极材料相同的，厚度为50微米的电极材料，作为负极，将正极硬碳材料与负极锂箔用隔膜隔开，放入1mol/l高氯酸锂/(碳酸丙烯酯+碳酸甲乙酯)的有机电解液中，形成可以发生电化学反应的回路，而后将正负极接入充放电设备上，依据放电容量与锂箔失电子之间的关系，通过控制充放电设备的放电容量，将锂箔表面锂的消耗量控制为70％，制备完成后将所得锂箔用甲醛进行清洗，晾干得纵截面为30平方厘米、厚度为15微米的锂箔(或锂带)，该锂箔的厚度均一性偏差小于5％，此厚度与均一性是物理碾压所达不到的。
实施例三
本实施例所述的超薄锂箔的电化学制备方法具体步骤如下：
以软碳材料为可嵌锂的正极材料，将软碳材料做成厚度均一性偏差小于0.8％，纵截面尺寸为100平方厘米的片状材料，将锂箔制成厚度均一性偏差小于0.5％的，纵截面的形状、大小与正极材料相同的，厚度为50微米的电极材料，作为负极，将正极软碳材料与负极锂箔用隔膜隔开，放入1mol/l六氟磷酸锂/(碳酸丙烯酯+碳酸二甲酯+碳酸亚乙烯酯)的有机电解液中，形成可以发生电化学反应的回路，而后将正负极接入充放电设备上，依据放电容量与锂箔失电子之间的关系，通过控制充放电设备的放电容量，将锂箔表面锂的消耗量控制为80％，制备完成后将所得锂箔用乙醛进行清洗，晾干得纵截面为100平方厘米、厚度为10微米的锂箔(或锂带)，该锂箔的厚度均一性偏差小于5％，此厚度与均一性是物理碾压所达不到的。
以上对本发明的几个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。