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一、簡(jiǎn)述

    相比于界面潤濕性和鋰枝晶生長(cháng)的問(wèn)題，金屬鋰負極的利用率是決定固態(tài) 鋰電池能量密度的關(guān)鍵。提高金屬鋰負極的利用率的重點(diǎn)在于金屬鋰膜材的減 薄。 

       目前市售的用于鋰電池的鋰帶普遍較厚，厚度均在 150μm 以上，主要原 因是鋰金屬質(zhì)軟，延展性大并且比強度不高，導致了厚度不夠均勻，厚度公差 較大，直接影響了鋰電池的性能和能量密度。因此，隨著(zhù)對鋰金屬電池能量密 度要求的不斷提高，如何實(shí)現鋰帶的超薄化，以及厚度均勻化變得十分重要。 由于金屬鋰具有良好的延展性，可采用機械多級輥壓減薄工藝對其進(jìn)行處 理。但是金屬鋰的強還原性和高粘輥性對減薄工藝過(guò)程中環(huán)境濕度和輥壓設備的抗腐蝕性、抗粘輥性提出了新的挑戰和要求，工藝成本等問(wèn)題值得關(guān)注。盡管固態(tài)鋰電池發(fā)展仍處于初期階段，我們有理由相信，制約固態(tài)鋰電池發(fā)展的瓶頸問(wèn)題必將逐步解決，兼具有高安全和高能量密度的固態(tài)鋰電池值得被研究和期待。

二、工藝介紹

       要制備合格的超寬超薄鋰帶需要克服鋰帶易變形、粘連、輥壓壓力不均衡、 擠壓收卷不同步、收卷張力不均勻等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。 本方案以電池級金屬鋰錠為原料，氬氣保護下，在密閉的手套箱內采用擠 壓工藝制備出厚鋰帶（厚：0.1~0.2mm，寬 30~100mm），然后在干燥間內， 厚鋰帶采用自主設計的多級連軋機組經(jīng)過(guò)恒張力多級精軋、恒張力自動(dòng)收卷制 備成超寬超薄鋰帶（厚度：0.03~0.15mm，寬 70~300mm），克服了傳統擠 壓法不宜制取薄鋰帶的缺點(diǎn)，具有工藝簡(jiǎn)短、生產(chǎn)連續，產(chǎn)量大，產(chǎn)品公差能精準控制等特點(diǎn)。

三、厚鋰帶的制備

     擠壓法已是厚鋰帶廣為采用的加工方法，它具有操作連續，加工能力大， 鋰帶質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，但由于金屬鋰質(zhì)軟、變形抗力小、在加工過(guò)程中容易變形， 尤其擠壓薄帶，因模具精度或擠壓產(chǎn)生的應力使鋰帶的擠壓操作難于控制，鋰 帶的尺寸公差難以控制，所以不宜擠壓 0.25mm 以下的薄帶。 本方案在干燥間中，以電池級金屬鋰錠為原料，采用臥式擠壓工藝制備寬 度為 75~110mm、厚度為 0.2~0.5mm 的厚鋰帶。 鋰錠為鑄錠或擠壓錠，通用為Φ100mm，Φ125mm，Φ130mm，高度 250mm，300mm 圓柱形錠

擠壓鋰帶規格

四、超薄鋰帶的制備

    在干燥間內，采用自主設計的全自動(dòng)多輥多級壓延裝置及獨立壓力調節系 統，AGC 厚度控制系統，形成承料、軋制、卷曲、張力控制、自動(dòng)光電糾偏 等系統集成，實(shí)現超寬超薄鋰帶連續化生產(chǎn)。 基于金屬流動(dòng)原理，在壓延過(guò)程中，鋰帶在高度方向承受壓延輥的壓下力， 產(chǎn)生塑性變形而出現尺寸規格的變化。鋰帶的體積將按最小阻力法則向縱向和 橫向移動(dòng)，由移向橫向的體積所引起的軋件寬度變化稱(chēng)為寬展。 在表面接觸摩擦力的作用下，鋰帶沿厚度方向的變形不均勻，采用空間坐 標描述時(shí)，同一時(shí)刻在變形區長(cháng)度和橫截面高度不同的區域內，金屬水平流動(dòng) 速度是不同的。后滑區內鋰帶表面金屬流動(dòng)速度大于內部金屬流動(dòng)速度，前滑 區內鋰帶表面金屬流動(dòng)速度小于內部金屬流動(dòng)速度。 高度方向流動(dòng)的金屬體積是形成寬展的源泉，是形成寬展的主要因素之一。壓延過(guò)程中，壓下率越大，鋰帶寬展越大，鋰帶各部分寬展的不均勻程度 也在增加。這是因為，隨著(zhù)壓下率的增大，金屬向側邊的流動(dòng)量增加，導致鋰 帶寬展加大，與此同時(shí)，壓延輥輥身的彈性形變也在增加，鋰帶受力變化較大， 下壓力的改變導致壓下率發(fā)生變化，從而使金屬向側邊的流動(dòng)量處于波動(dòng)狀 態(tài)，最終導致寬展不均勻程度增加。 鋰帶在壓延時(shí)，寬展程度的不均勻性導致鋰帶側面產(chǎn)生邊波和應力集中， 進(jìn)而影響到產(chǎn)品的幾何精度和力學(xué)性能。 隨著(zhù)軋輥直徑 D 的增加，變形區長(cháng)度會(huì )加大，產(chǎn)生塑性變形的金屬向寬度 方向移動(dòng)的趨勢增加。 因此，通過(guò)采用小輥徑壓延輥以及選擇較小的壓下率進(jìn)行連續壓延，可以減小鋰帶變形時(shí)的阻力，有助于降低寬展量，盡可能地減小寬展不均勻造成的 應力集中，最終獲得良好幾何精度和力學(xué)性能的鋰箔。