【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于新材料，尤其涉及一种金属锂复合材料及其制备方法和用途。
技术介绍
1、金属锂具有较小的摩尔质量(6.938g/mol)和密度(0.53g/cm3)，及非常高的理论比容量(3860mah/g)。因此，金属锂作为电池材料可获得较高的电动势和能量密度，能够满足快速发展的新能源汽车和便携式电子设备等领域对高能量密度的要求，是下一代高比能电池的负极材料候选者之一。然而，金属锂在使用过程中存在较为明显的缺陷，例如不可控的锂枝晶、锂的体积膨胀及不稳定的固体电解质膜(sei)，这会导致金属锂电池倍率性能和循环稳定性差，还有可能存在严重的安全隐患，进而限制了金属锂的商业化应用。
2、为了解决上述提到的问题，加快金属锂的产业化进程，研究者们进行了广泛的探索。目前主要集中在锂金属的修饰、电极结构的构筑和功能电解液的开发等方面。其中，电极结构的构筑是以构建三维骨架和层状结构为主，构建三维骨架引入非活性物质较多，层状结构的研究对象多为金属锂箔，对金属锂粉的研究甚少。此外，金属锂箔和金属锂粉的形态不同，导致两者的活性和用途等方面不同，金属锂箔的研究成果难以直接应用在金属锂粉上。
3、因此，在不引入较多非活性物质的前提下，如何改善金属锂粉在应用过程中出现的上述问题，成为目前急需解决的问题。
技术实现思路
1、本专利技术旨在至少部分地解决上述技术问题。专利技术人发现：通过在金属锂粉表面原位生长金属锂沉积位点，可以有效调控金属锂沉积，降低锂沉积位点与金属锂粉之间的电阻，显著提升
2、具体地，本专利技术的一个方面提供一种金属锂复合材料，所述复合材料为颗粒状，包括金属锂粉，及分布在所述金属锂粉表面上的多个金属锂沉积位点，其中，所述金属锂粉的平均粒径为1-100μm，所述金属锂沉积位点由亲锂纳米粒子与所述金属锂粉的原位合金化反应而形成。
3、本专利技术提供的复合材料，金属锂沉积位点以合金的形式原位生长在金属锂粉表面，使得金属锂粉和金属锂沉积位点之间较好的结合，具有较小的电阻，同时金属锂沉积位点调控金属锂均匀成核和沉积，有效解决不可控锂枝晶的生长等问题，显著提升金属锂复合材料的循环性能和倍率性能。
4、可选地，所述金属锂粉包括纯金属锂粉和/或含有保护层的金属锂粉，所述保护层包括但不限于碳酸锂、氟化锂。
5、可选地，所述金属锂粉的平均粒径为1-100μm，例如可以是1μm、3μm、5μm、10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、95μm或100μm等，优选5-30μm。
6、可选地，所述金属锂沉积位点包括通过合金化与金属锂粉结合的亲锂纳米粒子，或者由亲锂纳米粒子与金属锂形成的合金粒子构成。金属锂沉积位点由亲锂纳米粒子与金属锂粉原位反应，通过合金化生长在金属锂粉表面上，调整亲锂纳米粒子的含量和种类，使得金属锂沉积位点可以是亲锂纳米粒子，也可以是亲锂纳米粒子与金属锂完全反应生成的锂合金。
7、可选地，所述亲锂纳米粒子包括ag、au、pt、sn、si、zn、al、mg、in、ga、b、co和ge纳米粒子中的一种或至少两种的组合，例如可以是ag和au、ag和si、au和zn、mg和co、in和ge等。
8、可选地，所述亲锂纳米粒子的平均粒径为1nm-1μm，例如可以是为1nm、3nm、5nm、8nm、10nm、12nm、15nm、20nm、50nm、80nm、100nm、150nm、200nm、300nm、400nm、450nm、500nm、700nm、1μm等。亲锂纳米粒子的平均粒径小于金属锂粉的粒径，形成的金属锂沉积位点可均匀生长在金属锂粉表面，使金属锂粉表面电场均匀，锂离子通量均质化，并耗散金属锂粉表面的局部电流，有效调控金属锂的成核和沉积。亲锂纳米粒子的平均粒径优选为10nm-1μm，进一步优选为20-500nm。
9、可选地，以所述复合材料的质量为100％计，所述金属锂沉积位点的质量占0.5％-20％，例如可以是0.5％、0.7％、1％、1.2％、1.5％、1.8％、2％、2.3％、2.5％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、9.5％、10％、13％、15％、18％、19％、19.5％或20％等，所述金属锂沉积位点的质量过多，形成堆积的结构，会引起电荷积累，进而诱导形成非均匀的电场，对金属锂的成核和沉积产生干扰，不利于金属锂的均匀成核和沉积，所述金属锂沉积位点的质量过少，对金属锂成核和沉积的调控作用有限，优选为2％-10％。
10、可选地，所述复合材料还包括设置在复合材料颗粒外表面的疏锂缓冲层。疏锂缓冲层允许锂离子向内部传输，且对锂离子的传输起到缓冲作用，保证内部锂离子有足够的沉积时间，有利于金属锂均匀成核和沉积，进一步提升复合材料的循环稳定性。
11、可选地，所述疏锂缓冲层包括微纳米材料，所述微纳米材料包括碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯、富勒烯和铜纳米线中的任意一种或至少两种的组合，例如可以是碳纳米管和碳纳米纤维，石墨烯和碳纳米管，富勒烯和铜纳米线，富勒烯和碳纳米纤维等。
12、可选地，以所述复合材料的质量为100％计，所述疏锂缓冲层的质量占0.1％-10％，例如可以是0.1％、0.15％、0.2％、0.25％、0.3％、0.5％、0.7％、1％、2％、3％、4％、4.5％、5％、6％、7％、8％、9％、9.5％或10％等，所述疏锂缓冲层的质量过大，引入的非活性物质较多，不利于能量密度的提升，且阻碍锂离子传输，不利于倍率性能的提升，所述疏锂缓冲层的质量过小，提供的缓冲作用有限，优选为0.2％-5％。
13、本专利技术中，所述疏锂缓冲层缓冲作用体现在以下方面：(1)允许锂离子向内部传输，并对锂离子的传输起到缓冲作用，保证内部锂离子有足够的沉积时间，有利于金属锂均匀成核和沉积；(2)对金属锂的膨胀起到缓冲作用。疏锂缓冲层的设置进一步抑制锂枝晶的形成和生长，优化复合材料的循环性能和倍率性能。
14、本专利技术的另一方面提供一种制备上述复合材料的方法，所述方法包括：
15、(1)将金属锂粉与亲锂纳米粒子混合，得到混合物；
16、(2)将步骤(1)中的混合物加热至相变点以上，其中所述相变点是指金属锂粉与亲锂纳米粒子形成合金的相图中，相变对应的温度值；
17、(3)将步骤(2)中的反应产物冷却，得到所述复合材料。
18、众所周知，金属锂粉活性非常高，因此，与金属锂相关的操作，需要在氩气、氦气等与金属锂不反应的惰性气体形成的氛围中进行操作。
19、本专利技术中，步骤(2)中相变点是指金属锂粉与亲锂纳米粒子形成合金的相图中，相变对应的温度值，由亲锂纳米粒子的种类及其与金属锂粉的比例决定。通过步骤(1)的混合操作，亲锂纳米粒子与金属锂粉分散均匀，步骤(2)将混合物加热至相变点以上，亲锂纳米粒子本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种金属锂复合材料，其特征在于，所述复合材料为颗粒状，包括金属锂粉，及分布在所述金属锂粉表面上的多个金属锂沉积位点，其中，所述金属锂粉的平均粒径为1-100μm，所述金属锂沉积位点由亲锂纳米粒子与所述金属锂粉的原位合金化反应而形成。
2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述金属锂粉包括纯金属锂粉和/或含有保护层的金属锂粉；
3.根据权利要求1或2所述的复合材料，其特征在于，所述金属锂沉积位点包括通过合金化与金属锂粉结合的亲锂纳米粒子，或者由亲锂纳米粒子与金属锂形成的合金粒子构成；
4.根据权利要求1-3任一项所述的复合材料，其特征在于，以所述复合材料的质量为100％计，所述金属锂沉积位点的质量占0.5％-20％，优选为2％-10％。
5.根据权利要求1-4任一项所述的复合材料，其特征在于，所述复合材料还包括设置在复合材料颗粒外表面的疏锂缓冲层；
6.一种制备如权利要求1-5任一项所述的复合材料的方法，其特征在于，所述方法包括：
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法满足以下条件中的至
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述混合包括干混和/或湿混；
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括，在步骤(3)之前，将步骤(2)中的反应产物、有机溶剂和微纳米材料高速分散或者喷雾干燥，
10.一种锂电池，其特征在于，所述锂电池包含如权利要求1-5任一项所述的复合材料。
...【技术特征摘要】
1.一种金属锂复合材料，其特征在于，所述复合材料为颗粒状，包括金属锂粉，及分布在所述金属锂粉表面上的多个金属锂沉积位点，其中，所述金属锂粉的平均粒径为1-100μm，所述金属锂沉积位点由亲锂纳米粒子与所述金属锂粉的原位合金化反应而形成。
2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述金属锂粉包括纯金属锂粉和/或含有保护层的金属锂粉；
3.根据权利要求1或2所述的复合材料，其特征在于，所述金属锂沉积位点包括通过合金化与金属锂粉结合的亲锂纳米粒子，或者由亲锂纳米粒子与金属锂形成的合金粒子构成；
4.根据权利要求1-3任一项所述的复合材料，其特征在于，以所述复合材料的质量为100％计，所述金属锂沉积位点的质量占0.5％-20％，优选为...
【专利技术属性】
技术研发人员：王维宙，孙兆勇，陈成庆，陈强，
申请(专利权)人：天津中能锂业有限公司，
类型：发明
国别省市：
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