一种稳定锂金属粉及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种稳定锂金属粉及其制备方法和应用，包括如下步骤：（1）、在保护气体氛围下，将芳香族化合物与溶剂混合并加热搅拌，得到刻蚀液；（2）、将锂金属粉与刻蚀液混合均匀并加热搅拌，过滤得到超细锂金属粉及含锂刻蚀液；（3）、含锂刻蚀液在干燥空气中静置得到包覆液；（4）、将超细锂金属粉加入到包覆液中，同时加入包覆剂，得到的产物进行过滤、洗涤、干燥即得。本发明专利技术的制备方法工艺简单，操作性强，得到的稳定锂金属粉具有较高的稳定性和储存寿命，不仅能够实现更加均匀的预锂化效果，而且还能减小因预锂化完成后造成的空间结构孔洞，能够提高锂电池的能量密度和循环寿命。提高锂电池的能量密度和循环寿命。提高锂电池的能量密度和循环寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种稳定锂金属粉及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，特别涉及一种稳定锂金属粉及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]目前，商业锂离子电池使用的负极材料主要是石墨类材料，理论比容量仅有372 mAh/g，无法满足高能量密度锂离子电池的要求。硅基负极材料的理论比容量高达4200 mAh/g，且放电平台略高于碳类材料，充放电过程中不易形成锂枝晶，可提高电池的安全性能，被认为是有潜力的石墨负极替代材料之一。硅材料首次不可逆容量损失较大，且充放电过程中体积膨胀收缩剧烈（约300%），会造成电极结构破坏，导致硅材料首次库仑效率低和循环稳定性差等问题。开发既能提高首次库仑效率，又能保持硅基负极材料稳定性的预锂化方式，对实现硅基负极材料实际应用具有重要意义。
[0003]基于此，研究人员进行了大量的预锂化技术的研究，通过预先加入少量的锂源来补充副反应和固体电解质界面（SEI）膜形成过程中消耗的锂，以提高首次循环的库仑效率（ICE）和保持电池循环稳定性。预锂化的主要方法包括：物理预锂化、化学预锂化和电化学预锂化等3个方面，其中物理预锂化具有操作简单，预锂化效果好等优点。稳定的锂金属颗粒（SLMP）预锂化是物理预锂化的方式之一。SLMP是美国FMC公司开发的已经商用的产品，它由一个球形的锂核和一个碳酸锂的壳组成，能在干燥空气中稳定存在，其预锂化效果好，其克容量可达3600mAh/g，具有较好的预锂化效果，该主流产品的制备方法为：将熔融的锂粉与二氧化碳反应，得到结构为锂颗粒外层包覆一层致密的碳酸锂产物，该锂金属粉粒径为50
µ
m，包覆层质量占锂金属粉质量的3%，包覆层厚度约350nm，能够在干燥的空气中稳定存在。该产品目前所存在的问题是：1、价格昂贵（单价达到120元/g）；2、高温熔融锂金属存在安全风险；3、颗粒较大（50
µ
m），浆料中添加该锂金属粉制作成锂电池后，预锂化完成留下的孔洞易造成结构的坍塌，同时由于颗粒较大存在预锂化不均匀的情况。
[0004]中国专利CN113020589A公开了一种稳定锂金属粉及其制备方法和应用，其制备方法为：（1）将锂金属粉与包覆液混合均匀并进行加热搅拌，所述包覆液包括巯基硅烷类化合物和烷氧基硅烷类化合物；（2）将步骤（1）得到的产物依次进行过滤、洗涤以及干燥，得到被复合硅酸盐包覆的稳定锂金属粉。该制备方法无需对锂金属粉进行预处理，直接利用锂金属粉表面轻微的氧化成分与包覆液进行化学取代反应，即可在锂金属粉表面形成一层致密且轻薄的复合硅酸盐包覆层，得到的稳定锂金属粉具有很高的稳定性和储存寿命，能够解决锂电池首效低的问题，从而提高锂电池的容量和循环寿命等综合性能。然而，该制备方法的锂金属粉颗粒粒径仍然较大，仍然存在预锂化不均匀的情况。同时，未充分反应生成的无机硅酸盐包覆层在预锂化或锂离子电池化成工艺过程中会伴随物相的改变并消耗部分锂源，从而影响预锂化效果。且该方法制备的硅酸盐包覆层有明显的开裂现象，不利于锂粉的稳定保存和使用。

技术实现思路

[0005]本专利技术的专利技术目的在于：针对上述存在的问题，提供一种稳定锂金属粉及其制备方法和应用，本专利技术能够低成本地制备出较小粒径的稳定锂金属粉，从而能够实现均匀预锂化以及减小预锂化完成后在电极留下的较大孔洞，避免负极片结构坍塌，工艺简单，无需高温，安全可靠，制备成本低，尤其适合大规模工业应用，解决了目前稳定锂金属粉所存在的价格高、制备存在安全风险、粒径大、易导致结构坍塌等问题。
[0006]本专利技术采用的技术方案如下：一种稳定锂金属粉的制备方法，包括如下步骤：（1）、在保护气体氛围下，将芳香族化合物与溶剂混合并加热搅拌，得到刻蚀液；（2）、在保护气体氛围下，将锂金属粉与刻蚀液混合均匀并加热搅拌，充分反应后过滤得到超细锂金属粉及含锂刻蚀液；（3）、含锂刻蚀液在干燥空气中静置一段时间后得到包覆液；（4）、在保护气体氛围下，将得到的超细锂金属粉加入到包覆液中，同时加入包覆剂，加热搅拌反应后，将得到的产物进行过滤、洗涤、并干燥，即得。
[0007]在本专利技术中，本专利技术的制备方法无需对锂金属粉进行预处理，也无需要求锂金属粉粒径在100μm以下，本专利技术在对锂金属粉进行刻蚀时，一方面是为了得到粒径更小的超细锂金属粉，另一方面是为了得到含锂的刻蚀液，这样可以直接将含锂刻蚀液转变为包覆液以提供锂源，无需额外制备含锂刻蚀液，也不会产生含锂废液，不仅可以实现超细锂金属粉的表面包覆，还能达到节约资源的目的。本专利技术的制备方法工艺简单，操作性强，无需对锂金属粉进行熔融包覆，制备得到的稳定锂金属粉具有较高的稳定性和储存寿命，便于安全运输、储存和使用。同时，具有较小粒径的稳定锂金属粉用于锂离子电池预锂化试剂时，较小的粒径不仅能够实现更加均匀的预锂化效果，而且还能减小因预锂化完成后造成的空间结构孔洞，该稳定锂金属粉能广泛用作锂电池电极材料的预补锂添加剂，从而提高锂电池的能量密度和循环寿命。
[0008]进一步，所述芳香族化合物选自萘、联苯、芳香烃衍生物中的一种或多种。
[0009]进一步，本专利技术的溶剂为醚类化合物，包括但不限于乙二醇二甲醚、四氢呋喃、甲基四氢呋喃、二甲基四氢呋喃、乙基四氢呋喃、二乙基四氢呋喃、环戊基甲醚中的任意一种或多种。
[0010]进一步，芳香族化合物在溶剂中的含量为0.5mol/L
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5mol/L，例如可以是0.5 mol/L、1.0mol/L、1.5 mol/L、2.5 mol/L、3.0 mol/L、3.5 mol/L、4mol/L、5 mol/L等。芳香族化合物的浓度需在上述范围内，浓度若过高，则配制的刻蚀液将会与锂金属粉发生剧烈的反应，造成锂粉颗粒大小的可控性差，并导致后期包覆层的可控性变差，降低非锂物质的占比，从而减弱预锂化效果，同时，由于颗粒形貌可控性差，导致后期使用锂盐进行包覆时会出现包覆不良的情况；浓度若过低，将导致刻蚀不充分，或刻蚀时间较长，不利于刻蚀操作。
[0011]进一步，在步骤（1）中，加热温度为25℃
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50℃（例如其可以是25℃、305℃、35℃、40℃、50℃等，可根据实际情况进行调整），搅拌速度不高于500rpm，搅拌时间为1 min
ꢀ‑
120min；在步骤（2）中，加热温度为25℃
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50℃（例如其可以是25℃、305℃、35℃、40℃、50℃等，可根据实际情况进行调整），搅拌速度不高于500rpm，搅拌时间为5min
‑
300min；在步骤（4）中，加热温度为25℃
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50℃（例如其可以是25℃、305℃、35℃、40℃、50℃等，可根据实际情况进行调整），搅拌速度不高于500rpm，搅拌时间为1min
ꢀ‑
300min。
[0012]进一步，上述反应可在具有保护气体氛围的手套箱中进行，本专利技术所称的保护气体氛围，一般是指氩气、氦气或氖气中的任意一种或多种惰性气体。
[0013]进一步，在步骤（2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种稳定锂金属粉的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）、在保护气体氛围下，将芳香族化合物与溶剂混合并加热搅拌，得到刻蚀液；（2）、在保护气体氛围下，将锂金属粉与刻蚀液混合均匀并加热搅拌，充分反应后过滤得到超细锂金属粉及含锂刻蚀液；（3）、含锂刻蚀液在干燥空气中静置一段时间后得到包覆液；（4）、在保护气体氛围下，将得到的超细锂金属粉加入到包覆液中，同时加入包覆剂，加热搅拌反应后，将得到的产物进行过滤、洗涤、并干燥，即得。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述芳香族化合物选自萘、联苯、芳香烃衍生物中的一种或多种；所述溶剂为醚类化合物；芳香族化合物在溶剂中的含量为0.5mol/L
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5mol/L。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤（1）中，加热温度为25℃
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50℃，搅拌速度不高于500rpm，搅拌时间为1 min
ꢀ‑
120min；在步骤（2）中，加热温度为25℃
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50℃，搅拌速度不高于500rpm，搅拌时间为5min
ꢀ‑
300min；在步骤（4）中，加热温度为25℃
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50℃，搅拌速度不高于500rpm，搅拌时间为1min
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300min。4.如权利要求1所述的制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵常，朱高龙，华剑锋，李立国，戴锋，
申请(专利权)人：四川新能源汽车创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：