金属锂粉复合材料及制备方法、硅氧负极、锂离子电池技术

本发明专利技术属于电池技术领域，尤其涉及一种金属锂粉复合材料的制备方法，包括步骤：获取金属锂粉和氟化试剂的有机溶液；在温度为0℃～90℃的惰性气氛下，将所述金属锂粉与所述氟化试剂的有机溶液进行混合反应，得到金属锂粉复合材料。本发明专利技术金属锂粉复合材料的制备方法，制备工艺简单，条件温和，无需在高温煅烧、严格控制水氧等严苛环境下进行，提高制备方法的应用灵活性，同时提高了制备安全性。在预锂化试剂方面有更好的应用性能，能有效提高硅氧等锂离子电池首效，且不会影响电池体系的电化学性能。能。能。

【技术实现步骤摘要】
金属锂粉复合材料及制备方法、硅氧负极、锂离子电池


[0001]本专利技术属于电池
，尤其涉及一种金属锂粉复合材料及其制备方法，以及采用该金属锂粉复合材料进行预锂化的一种硅氧负极，一种锂离子电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池，具有能量密度高、比功率大、循环性能好、无记忆效应、无污染等特点，具有很好的经济效益、社会效益和战略意义，成为目前最受瞩目的绿色化学电源。
[0003]硅负极材料，因其具有超高的容量和倍率而备受关注，硅材料的理论比容量可高达4200mAh/g。但是硅材料在充放电的嵌锂过程中体积膨胀与收缩高达 300％，这不仅仅会破坏电极的结构，导致电极上的电活性物质粉化脱落，材料的比容量衰减等问题，还会导致硅颗粒表面形成的SEI膜出现裂纹，甚至刺穿隔膜，导致电解液持续的分解，电池胀破，发生电池燃烧甚至爆炸等事故。
[0004]为了解决硅材料体积膨胀的问题，纳米化、硅-石墨复合和合成硅氧材料等方法纷纷问世。其中，硅氧材料是目前最为成熟的高容量硅基负极材料，已经在实际生产中大规模的应用。但是，由于硅氧材料独特的晶体结构，会与Li
+
反应，生成不可逆Li2SiO3，导致消耗了电池体系中锂离子，从而导致硅氧体系电池首次效率过低。
[0005]预锂化是通过额外的锂去弥补硅氧等电池体系中消耗的锂，可以提高电池首次效率，降低正极锂离子损失，提高硅氧等电池体系的循环寿命。预锂化试剂在预锂化过程中的作用非同小可，目前，常用的负极预锂化试剂主要有锂粉，锂带。其中，锂带，加工难度大，同时预锂化程度很难控制；而纯锂粉由于高反应活性和高比表面积，在使用过程中容易与空气中的氧气、氮气、水分等反应发生爆炸，存在超高的安全风险。因而，提高锂粉等预锂化材料的稳定性和安全性，在提高硅氧等电池体系的首效方面有很高的应用价值。然而，目前提高锂粉稳定性的方法，一般需要在高温、极低的空气和湿度等严苛的条件下进行，对环境要求高，操作复杂，工业化应用难度大。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种金属锂粉及其制备方法，以及一种硅氧负极，一种锂离子电池，旨在一定程度上解决目前锂粉预锂化材料稳定性差，对其稳定性的提高，需要在高温、极低的空气和湿度等严苛的条件下进行，对环境要求高，操作复杂，工业化应用难度大，不利于提高硅氧等电池体系首效的问题。
[0007]为实现上述申请目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0008]第一方面，本专利技术提供一种金属锂粉复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0009]获取金属锂粉和氟化试剂的有机溶液；
[0010]在温度为0℃～90℃的惰性气氛下，将所述金属锂粉与所述氟化试剂的有机溶液进行混合反应，得到金属锂粉复合材料。
[0011]进一步地，所述氟化试剂的有机溶液中，氟化试剂选自：无水氟化氢、全氟萘烷、全
氟三丙胺、全氟环丁烷、全氟三丁胺、氟苯类、氟硝基苯类、氟苯胺类、氟苯酚类、氟苯甲醛类、氟苯丙酮类中的至少一种；这些氟化试剂均与锂有较好的反应性，在锂粉表面原位生成氟化锂包覆层，提高锂粉的稳定性和安全性。
[0012]进一步地，所述氟化试剂的有机溶液中，作为溶剂的有机溶剂选自：苯、四氯化碳、二氯乙烷、脂肪油、液状石蜡、醋酸乙酯、肉豆蔻酸异丙酯中的至少一种；
[0013]进一步地，所述氟化试剂的有机溶液中，氟化试剂与有机溶剂的质量比为 (0.2～20)：(80～99.8)。进一步地，所述混合反应的步骤包括：按所述金属锂粉与所述氟化试剂的有机溶液的质量比为(10～60)：(90～40)，将所述金属锂粉与所述氟化试剂的有机溶液进行混合反应。该质量比的混合条件，使氟化试剂与锂粉有最佳的反应速度，同时使原位生成的氟化锂包覆层有最佳的厚度。
[0014]进一步地，所述混合反应的时间为20分钟～12小时，温度为20℃～30℃，充分确保反应体系中锂粉与氟化试剂充分反应，原位生成稳定且致密的氟化锂包覆层。
[0015]进一步地，所述获取金属锂粉的步骤包括，对金属锂粉进行研磨处理，使所述金属锂粉的粒径为0.8微米～500微米，该粒径大小的金属锂粉，即可以起到较大的预锂化效果，而且比较适合后续预锂化工艺的实施，以及预锂化程度控制时锂粉添加量的计算。
[0016]进一步地，所述混合反应后，还包括步骤：对所述混合反应后的反应物进行分离处理，并对分离产物进行清洗，在惰性气氛下干燥，得到所述金属锂粉复合材料。
[0017]第二方面，本专利技术提供一种上述方法制备的金属锂粉复合材料，所述金属锂粉复合材料包括：锂粉颗粒和包覆在所述锂粉颗粒表面的氟化锂壳层。
[0018]进一步地，所述金属锂粉复合材料的粒径为0.8微米～500微米；
[0019]进一步地，所述金属锂粉复合材料中，氟元素的质量含量为2％～6％，充分确保了氟化锂对锂粉的包覆效果。
[0020]第三方面，本专利技术提供一种硅氧负极，所述硅氧负极中含有上述方法制备的金属锂粉复合材料，或者含有上述金属锂粉复合材料。
[0021]第四方面，本专利技术提供一种锂离子电池，所述锂离子电池包含有上述硅氧负极。
[0022]本专利技术第一方面提供的金属锂粉复合材料的制备方法，一方面，制备工艺简单，在温度为0℃～90℃，氩气、氦气等惰性气氛下反应，条件温和，无需在高温煅烧、严格控制水氧等严苛环境下进行，提高制备方法的应用灵活性，同时提高了制备安全性。另一方面，通过金属锂粉与氟化试剂的混合反应，直接将锂粉表面的锂元素及其氧化物转化，以原位生长的方式生成致密的氟化锂包覆层，氟化锂包覆层不会与空气中水、氧、氮等反应，稳定性好。
[0023]本专利技术第二方面提供的金属锂粉复合材料，通过包覆在所述锂粉颗粒表面的氟化锂壳层，有效避免了金属锂粉复合材料中锂粉颗粒与空气中的水、CO2、 N2、O2等反应，提高锂粉颗粒的稳定性和安全性。在预锂化试剂方面有更好的应用性能，能有效提高硅氧等锂离子电池首效，且与电池体系相容性好，不会影响电池体系的电化学性能。
[0024]本专利技术第三方面提供的硅氧负极，采用了上述稳定性好、安全性高的金属锂粉复合材料，该金属锂粉复合材料可有效弥补硅氧负极中与锂离子反应生成不可逆硅酸锂所消耗的锂离子，从而提高了硅氧负极在电池中的首次效率。
[0025]本专利技术第四方面提供的锂离子电池，由于包含有上述硅氧负极，该硅氧负极采用
了上述用于预锂化处理的金属锂粉复合材料，因而，提高了锂离子电池的首次效率，且电池安全稳定性好。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0027]图1是本专利技术实施例提供的金属锂粉复合材料的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
[0028]为了使本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属锂粉复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：获取金属锂粉和氟化试剂的有机溶液；在温度为0℃～90℃的惰性气氛下，将所述金属锂粉与所述氟化试剂的有机溶液进行混合反应，得到金属锂粉复合材料。2.如权利要求1所述的金属锂粉复合材料的制备方法，其特征在于，所述氟化试剂的有机溶液中，氟化试剂选自：无水氟化氢、全氟萘烷、全氟三丙胺、全氟环丁烷、全氟三丁胺、氟苯类、氟硝基苯类、氟苯胺类、氟苯酚类、氟苯甲醛类、氟苯丙酮类中的至少一种；和/或，所述氟化试剂的有机溶液中，作为溶剂的有机溶剂选自：苯、四氯化碳、二氯乙烷、脂肪油、液状石蜡、醋酸乙酯、肉豆蔻酸异丙酯中的至少一种；和/或，所述氟化试剂的有机溶液中，氟化试剂与有机溶剂的质量比为(0.2～20)：(80～99.8)。3.如权利要求2所述的金属锂粉复合材料的制备方法，其特征在于，所述混合反应的步骤包括：按所述金属锂粉与所述氟化试剂的有机溶液的质量比为(10～60)：(90～40)，将所述金属锂粉与所述氟化试剂的有机溶液进行混合反应；和/或，所述混合反应的时间为20分钟～12小时，温度为20℃～30℃...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡春林，
申请(专利权)人：上海卡耐新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：