一种钝化锂微球的制备方法及其装置和应用制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种钝化锂微球的制备方法及其装置和应用。本发明专利技术提供的钝化锂微球制备方法包括以下步骤：1)利用流体振动喷嘴对熔融态金属锂射流进行分散处理，得到金属锂液滴；2)对所述金属锂液滴施加静电，得到金属锂微球；3)将所述金属锂微球置于钝化溶液中，搅拌，得到钝化锂微球。上述制备方法通过采用微胶囊造粒技术，利用叠加振动原理以及特定的钝化工艺，能够制备得到尺寸较小且尺寸可调、粒径分布窄，钝化层组成以及厚度可调，具有高包覆率的钝化锂微球。

【技术实现步骤摘要】
一种钝化锂微球的制备方法及其装置和应用
本专利技术属于锂离子电池
，涉及一种钝化锂微球的制备方法及其装置和应用。
技术介绍
锂离子电池具有电压高、比能量高、安全性能好等优点，己被广泛应用于便携式电子产品和电动车。随着新能源汽车、智能电网、分布式储能的快速发展，对新能源器件的能量密度提出了更高的要求，急需研究高容量电极材料。目前商品化锂离子电池的负极主要是石墨和硅碳材料。然而，石墨和硅碳材料的电位位于电解液稳压窗外，在充电过程中电解液会被还原在负极表面生成一层由氧化锂、氟化锂和有机锂盐化合物等组成的固体电解质膜(SEI)，消耗正极的锂离子，造成正极活性锂离子损失(7-15wt％)，导致初始循环库仑效率较低。而SEI薄膜的不断增厚也会导致锂离子的不可逆转损失，永久地消耗大量来自正极的锂，降低了锂离子电池的容量和能量密度。预锂化技术是减小不可逆容量损失、提高库仑效率的一个有效方法，通过预锂化对电极材料进行补锂，抵消形成SEI膜造成的不可逆锂损耗，以提高电池的总容量和能量密度。研究者们加大正极材料的添加量，使用预锂化添加剂，采用电化学预锂化，采取接触短路等方式对电极预锂化，在一定程度上可以补偿首次循环的不可逆容量损失，其中以锂粉作为补锂剂的化学补锂不需要额外的预装和拆卸过程，与锂离子电池组装工艺流程兼容性高，是非常有效的补锂手段。但金属锂粉活性较高，难以直接使用，需要制作出一种稳定的金属锂粉末颗粒，颗粒的内层为金属锂，外层为具有良好锂离子导通率和电子导通率的保护层。预锂化过程中，可以通过将钝化锂粉混入电池浆料或者将钝化锂粉分散在有机溶剂中，然后将分散体涂覆或喷涂在负极片上，接着将负极片上的残留有机溶剂干燥，这样就得到了完成预锂化的负极片。化成时，在负极上的锂粉会消耗于SEI膜的形成，从而最大限度的保留从正极脱嵌的锂离子，提高锂离子电池的首次循环效率及容量。目前，钝化锂粉的制备方法主要沿用FMC公司报道的强力机械剪切“微乳化”方法，具体为以惰性高沸点有机溶剂为保护溶剂，在较高温度下使金属锂熔化，通过高速搅拌产生的高剪切力使熔融金属锂“微乳化”，加入钝化添加剂，得到钝化锂粉，然而通过机械剪切“微乳化”制备锂粉的方法需要高速搅拌装置和加热装置，设备复杂程度高，得到的钝化锂粉尺寸通常较大(几十到上千微米)，大尺寸钝化锂粉增加了预锂化过程锂粉均匀分散的难度。喷雾干燥法也是制备钝化锂粉一种常用方法，该方法采用干燥的熔锂罐将固态的金属锂熔融成液态的金属锂，并在干燥的钝化罐内将液态的金属锂雾化成细微的金属锂液滴使其分散下落，在下落过程中与冷却钝化气流相遇，受冷凝固成金属锂微球，与钝化剂反应在金属锂微球的表面形成钝化膜，获得已经钝化的金属锂微球，但喷雾干燥法制备的金属锂微球包覆层可选择性较差，工艺可控性差，粒径分布较广。
技术实现思路
本专利技术提供一种钝化锂微球的制备方法，该方法通过采用微胶囊造粒技术，通过流体振动喷嘴的叠加振动原理以及特定的钝化工艺，能够制备得到尺寸较小且尺寸可调、粒径分布窄，钝化层组成以及厚度可调，具有高包覆率的钝化锂微球。本专利技术还提供一种钝化锂微球，该钝化锂微球通过上述制备方法制得，一方面具有尺寸较小、粒径分布窄的优点，在补锂浆料中易于分散，从而有利于获得致密均匀的补锂层，另一方面具有高包覆率的优点，钝化层能完整包覆内部的金属锂，使其不受空气中水分和氧化性气体的影响，从而能够在空气中长时间稳定保存。本专利技术还提供一种钝化锂微球的制备装置，该装置简单易操作，能够实现钝化锂微球的连续化生产，有利于钝化锂微球的工业化生产与应用。本专利技术还提供一种负极片，该负极片的补锂层中包括本专利技术制备得到的钝化锂微球，该负极片在应用于锂离子电池中，能够缓慢释放出金属锂，有效抵消负极表面形成SEI膜所造成的不可逆锂损耗。本专利技术还提供一种锂离子电池，该锂离子电池包括上述负极片，具有首次充放电效率(首效)高、放电容量高以及循环性能好的优点。本专利技术第一方面提供一种钝化锂微球的制备方法，该方法包括以下步骤：1)利用流体振动喷嘴对熔融态的金属锂射流进行分散处理，得到金属锂液滴；2)对所述金属锂液滴施加静电，得到金属锂微球；3)将所述金属锂微球置于钝化溶液中，搅拌，得到钝化锂微球。本专利技术采用微胶囊造粒技术，制备出具有核壳结构的钝化锂微球，其中核为金属锂微球，壳为包覆在金属锂微球表面的钝化层。首先，将熔融态的金属锂射流通过流体振动喷嘴进行分散处理，流体振动喷嘴可通过叠加振动的原理将层流流动的熔融态金属锂射流振动破碎，分散为粒径均匀的金属锂液滴，可通过选用喷嘴直径较小的流体振动喷嘴，从而得到尺寸较小的金属锂微球；其次，为了避免金属锂液滴发生团聚现象，可对金属锂液滴施加静电使其分散，得到金属锂微球；最后，将金属锂微球置于钝化溶液中，搅拌，可在金属锂微球表面形成钝化包覆层，具体可以通过调整搅拌速度以及钝化溶液的浓度得到具有高包覆率且钝化层厚度可调，粒径均匀的钝化锂微球。为使熔融态的金属锂更加便于运送和使用，可以使用熔锂罐将固态的金属锂锭加热至熔融态后，通过气压抽运液态锂的方式将其输送至流体振动喷嘴处，并将振动喷嘴的温度始终加热保温为300℃，使金属锂一直保持熔融的状态。在一种具体的实施方式中，将熔融态金属锂进入流体振动喷嘴的流速设置为5-50mL/min时，可保证熔融态的金属锂通过喷嘴后经振动可顺利喷出。金属锂微球的粒径可以通过控制流体振动喷嘴的喷嘴直径实现。例如，控制喷嘴直径为0.01-0.15mm时，可制备得到粒径均匀且分布范围为5-150μm的金属锂微球。通过控制流体振动喷嘴的振动频率可以控制产生的金属锂液滴的数量，当流体振动喷嘴的振动频率设置为40-6000Hz时，每秒钟可产生40-6000滴金属锂液滴，可以根据所需要金属锂微球数量的不同选择具体的振动频率。为防止锂液滴在高温下与空气中的活性成分发生反应，控制金属锂液滴在惰性氛围，如氩气中分散。进一步地，步骤2)中的对金属锂液滴施加静电可通过电极控制单元实现，施加静电完成后，将金属锂液滴冷却至40-150℃，使金属锂液滴在进入钝化溶液之前逐渐凝固形成固体，从而在钝化溶剂中更好的包覆处理。冷却可以通过控制分散仓内的温度实现，例如，当分散仓的温度设置为60℃时，可使金属锂液滴冷却至60℃。本专利技术所使用的钝化剂可选自天然聚合物和合成聚合物中的至少一种，具体的，天然聚合物可选自明胶、角叉藻二糖、琼脂、琼脂糖、壳聚糖、纤维素、乳清蛋白、胶原蛋白、乳胶，合成聚合物可选自聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、环氧树脂、聚苯乙烯，聚碳酸酯，聚酰亚胺，聚醚醚酮，聚苯并咪唑。可根据所需分散体系或使用特性的不同选用不同的钝化溶剂对金属锂微球进行特定包覆。进一步地，步骤3)中，搅拌速度为350-1500rpm；和/或，钝化溶液的浓度为0.1-2mol/L，采用上述搅拌速度和钝化溶液的浓度可得到具有高包覆率且包覆均匀的钝化层，也可根据所需钝化层厚度的不同在上述范围内调整搅拌速度和钝本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钝化锂微球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)利用流体振动喷嘴对熔融态的金属锂射流进行分散处理，得到金属锂液滴；/n2)对所述金属锂液滴施加静电，得到金属锂微球；/n3)将所述金属锂微球置于钝化溶液中，搅拌，得到钝化锂微球。/n

【技术特征摘要】
1.一种钝化锂微球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)利用流体振动喷嘴对熔融态的金属锂射流进行分散处理，得到金属锂液滴；
2)对所述金属锂液滴施加静电，得到金属锂微球；
3)将所述金属锂微球置于钝化溶液中，搅拌，得到钝化锂微球。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述熔融态金属锂进入所述流体振动喷嘴的流速为5-50mL/min。


3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述流体振动喷嘴的直径为0.01-0.15mm；和/或，
所述流体振动喷嘴的振动频率为40-6000Hz。


4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，对所述金属锂液滴施加静电后，将金属锂液滴冷却至40-150℃，得到所述金属锂微球。

...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文龙，赵育松，邱昭政，梁世硕，
申请(专利权)人：昆山宝创新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32