惰性锂粉及其制备方法、锂离子电池电极材料和锂离子电池技术

本发明专利技术提供了一种惰性锂粉及其制备方法、锂离子电池电极材料和锂离子电池，涉及电池材料技术领域。该惰性锂粉包括含锂物质以及依次层叠设置在含锂物质表面的金属层和硬质层，其中，金属层主要成分为金属Ⅰ与含锂物质中的锂形成的合金，金属Ⅰ与含锂物质中的锂形成的合金的熔点低于含锂物质的熔点；含锂物质和硬质层之间引入金属层，金属层既可以在空气中稳定，同时也为锂离子传导提供通路，另外还可以作为锂离子沉积成核位点，抑制锂枝晶的生长；硬质层的设置可以降低整体材料的韧性，以便在辊压时利用先破碎的硬质层刺穿或刺破金属层，从而使含锂物质暴露出来，此举大大提升了实用性和便捷性。本发明专利技术还提供了上述惰性锂粉的制备方法。备方法。备方法。

【技术实现步骤摘要】
惰性锂粉及其制备方法、锂离子电池电极材料和锂离子电池


[0001]本专利技术属于电池材料
，涉及一种惰性锂粉及其制备方法、锂离子电池电极材料和锂离子电池。

技术介绍

[0002]在锂离子电池首次充电过程中，有机电解液会在石墨等负极表面还原分解，形成固体电解质相界面(Solid Electrolyte Interphase，SEI)膜，永久地消耗大量来自正极的锂，造成首次循环的库仑效率(Initial Coulombic Efficiency，ICE)偏低，降低了锂离子电池的容量和能量密度。为了解决这个问题，人们引入了“预锂化”技术。“预锂化”(也被称为“预嵌锂”或“补锂”)是指在锂离子电池工作之前向电池内部增加锂来补充锂离子。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。
[0003]锂粉是预锂化过程中常见的补锂剂。但金属锂粉活性较高，难以直接使用，故需要对其进行钝化处理，即在金属锂粉表面引入钝化包覆层。现有的钝化包覆层通常是无机化合物或聚合物制成。在金属锂粉表面加入无机化合物钝化层，会大量消耗锂金属，造成浪费，而聚合物钝化层则存在着由于使用大量溶剂所造成的污染问题。且上述无机化合物或聚合物钝化层均很难保证在导锂离子的同时还可以防水。另外，常规钝化包覆层在锂金属消耗掉之后常作为非活性物质，对于能量密度和后期锂离子沉积均无正向作用。
[0004]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的不足及缺陷，本专利技术旨在提供一种惰性锂粉及其制备方法、锂离子电池电极材料和锂离子电池。
[0006]为了实现上述目的，采用如下的技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种惰性锂粉，包括含锂物质以及依次层叠设置在所述含锂物质表面的金属层和硬质层，所述金属层设置在所述含锂物质和所述硬质层之间；
[0008]所述含锂物质为含有锂单质和/或锂合金的物质；
[0009]所述金属层主要成分为金属Ⅰ与所述含锂物质中的锂形成的合金，所述金属Ⅰ与所述含锂物质中的锂形成的合金的熔点低于所述含锂物质的熔点。
[0010]进一步，在本专利技术上述技术方案的基础之上，用于形成所述含锂物质的原料包括锂金属、锂锡合金、锂镁合金、锂铝合金、锂硅合金、锂银合金、锂铋合金、锂锰合金、锂镉合金或锂锌合金中的至少一种；
[0011]优选地，所述含锂物质中的锂含量不低于40wt.％；
[0012]优选地，所述金属层中的金属Ⅰ包括铟或主要由锂、铟、锡、镓、镉、铋、铅、锌组成的二元合金、三元合金或多元合金中的至少一种，进一步优选包括铟、锂铟合金、锂镓合金、锂铟锡合金、锂镓锡合金、镓铟合金、镓铟锡合金、铟锡合金、镉锡合金、铋锡合金、铋铅锡合
金、铋锡锌合金、铋锡镉合金或铋锡镉铟合金中的至少一种；
[0013]优选地，所述金属Ⅰ与锂形成的合金的熔点低于所述含锂物质的熔点至少20℃；
[0014]优选地，所述金属层中的锂元素含量沿远离所述含锂物质方向梯度减小；
[0015]优选地，所述硬质层的成分包括金属Ⅱ的氧化物、氯化物、氟化物、溴化物或碘化物中的至少一种，所述金属Ⅱ包括铟、镓、锡、镉、铋、铅或锌中的至少一种。
[0016]进一步，在本专利技术上述技术方案的基础之上，所述含锂物质的形状为球状或类球状，所述含锂物质的粒度D50为10
‑
50μm；
[0017]优选地，所述金属层的厚度为0.5
‑
5μm；
[0018]优选地，所述硬质层的厚度为0.1
‑
0.5μm；
[0019]优选地，所述惰性锂粉的锂含量为40
‑
90wt.％；
[0020]优选地，所述惰性锂粉在露点
‑
40℃环境下变质比例为0.1
‑
0.3wt.％/h。
[0021]本专利技术还提供了上述惰性锂粉的制备方法，包括以下步骤：
[0022]在所述含锂物质表面依次层叠形成金属层和硬质层，得到惰性锂粉。
[0023]进一步，在本专利技术上述技术方案的基础之上，所述惰性锂粉的制备方法，包括以下步骤：
[0024](a)将用于形成含锂物质的原料与耐热惰性液体混合，然后搅拌并加热至第一温度，以使用于形成含锂物质的原料熔化形成液态含锂物质，得到含锂物质与耐热惰性液体形成的混合物A；
[0025](b)将混合物A降温至第二温度使液态含锂物质转化为固态含锂物质，然后与用于形成金属层的金属Ⅰ混合并搅拌，以使所述金属Ⅰ熔化并包覆在固态含锂物质表面形成液态金属层，再降温以使液态金属层固化，然后将耐热惰性液体脱除，将得到的产物洗涤、干燥，得到包覆有金属层的含锂物质；
[0026](c)使包覆有金属层的含锂物质的表面形成硬质层，得到惰性锂粉。
[0027]进一步，在本专利技术上述技术方案的基础之上，步骤(a)中，所述耐热惰性液体包括聚甲基硅氧烷、聚二甲基硅氧烷、聚四甲基硅氧烷或石蜡中的至少一种；
[0028]优选地，步骤(a)中，用于形成所述含锂物质的原料与耐热惰性液体的质量比为1：(50
‑
500)；
[0029]优选地，步骤(a)中，所述第一温度为200
‑
400℃，在第一温度下保温时间为30
‑
180min；
[0030]优选地，步骤(a)中，搅拌时的线速度为40
‑
95m/s。
[0031]进一步，在本专利技术上述技术方案的基础之上，步骤(b)中，所述第二温度为150
‑
380℃，第二温度低于所述含锂物质的熔点且高于所述金属Ⅰ与锂形成的合金的熔点，且第二温度低于所述第一温度至少20℃；
[0032]优选地，步骤(b)中，混合物A中的含锂物质与用于形成金属层的金属Ⅰ的质量比为1：(0.1
‑
1)；
[0033]优选地，步骤(b)中，混合的时间为10
‑
60min；
[0034]优选地，步骤(b)中，搅拌时的线速度为40
‑
95m/s；
[0035]优选地，步骤(b)中，再降温时，降温速率为1
‑
10℃/min；
[0036]优选地，步骤(b)中，洗涤所采用的溶剂包括丙酮、乙腈、N
‑
甲基吡咯烷酮(NMP)、碳
酸酯、四氢呋喃、2
‑
甲基四氢呋喃、1,3
‑
二氧环戊烷、二甲氧基甲烷、1,2
‑
二甲氧基乙烷、二甘醇二甲醚或石油醚中的至少一种；
[0037]优选地，步骤(b)中，洗涤的时间为10
‑
60min，温度为0
‑
20℃。
[0038]进一步，在本专利技术上述技术方案的基础之上，步骤(c)中，采用CVD方法使包覆有金属层的含锂物质的表面形成硬质层；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种惰性锂粉，其特征在于，包括含锂物质以及依次层叠设置在所述含锂物质表面的金属层和硬质层，所述金属层设置在所述含锂物质与所述硬质层之间；所述含锂物质为含有锂单质和/或锂合金的物质；所述金属层主要成分为金属Ⅰ与所述含锂物质中的锂形成的合金，所述金属Ⅰ与所述含锂物质中的锂形成的合金的熔点低于所述含锂物质的熔点。2.根据权利要求1所述的惰性锂粉，其特征在于，用于形成所述含锂物质的原料包括锂金属、锂锡合金、锂镁合金、锂铝合金、锂硅合金、锂银合金、锂铋合金、锂锰合金、锂镉合金或锂锌合金中的至少一种；优选地，所述含锂物质中的锂含量不低于40wt.％；优选地，所述金属层中的金属Ⅰ包括铟或主要由锂、铟、锡、镓、镉、铋、铅、锌组成的二元合金、三元合金或多元合金中的至少一种，进一步优选包括铟、锂铟合金、锂镓合金、锂铟锡合金、锂镓锡合金、镓铟合金、镓铟锡合金、铟锡合金、镉锡合金、铋锡合金、铋铅锡合金、铋锡锌合金、铋锡镉合金或铋锡镉铟合金中的至少一种；优选地，所述金属Ⅰ与含锂物质中的锂形成的合金的熔点低于所述含锂物质的熔点至少20℃；优选地，所述金属层中的锂元素含量沿远离所述含锂物质方向梯度减小；优选地，所述硬质层的成分包括金属Ⅱ的氧化物、氯化物、氟化物、溴化物或碘化物中的至少一种，所述金属Ⅱ包括铟、镓、锡、镉、铋、铅或锌中的至少一种。3.根据权利要求1或2所述的惰性锂粉，其特征在于，所述含锂物质的形状为球状或类球状，所述含锂物质的粒度D50为10
‑
50μm；优选地，所述金属层的厚度为0.5
‑
5μm；优选地，所述硬质层的厚度为0.1
‑
0.5μm；优选地，所述惰性锂粉的锂含量为40
‑
90wt.％；优选地，所述惰性锂粉在露点
‑
40℃环境下变质比例为0.1
‑
0.3wt.％/h。4.权利要求1
‑
3任一项所述的惰性锂粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在所述含锂物质表面依次层叠形成金属层和硬质层，得到惰性锂粉。5.根据权利要求4所述的惰性锂粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(a)将用于形成含锂物质的原料与耐热惰性液体混合，然后搅拌并加热至第一温度，以使用于形成含锂物质的原料熔化形成液态含锂物质，得到含锂物质与耐热惰性液体形成的混合物A；(b)将混合物A降温至第二温度使液态含锂物质转化为固态含锂物质，然后与用于形成金属层的金属Ⅰ混合并搅拌，以使所述金属Ⅰ熔化并包覆在固态含锂物质表面形成液态金属层，再降温以使液态金属层固化，然后将耐热惰性液体脱除，将得到的产物洗涤、干燥，得到包覆有金属层的含锂物质；(c)使包覆有金属层的含锂物质的表面形成硬质层，得到惰性锂粉。6.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：张世奇，陈瑶鹏，岳敏，
申请(专利权)人：深圳市研一新材料有限责任公司，
类型：发明
国别省市：