[發(fā)明專利]提高鋰碳復(fù)合材料批量化生產(chǎn)的產(chǎn)率的方法及其設(shè)備

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710609084.2
• 申請日: 2017-07-26
• 公開（公告）號: CN109309197A
• 公開（公告）日: 2019-02-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭峰;王亞龍;康拓;劉承浩;陳鵬;沈炎賓;盧威;陳立梔
• 申請（專利權(quán)）人: 中能中科（天津）新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/583;H01M10/052
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 牛海軍

本發(fā)明提供一種提高鋰碳復(fù)合材料批量化生產(chǎn)的產(chǎn)率的方法及其設(shè)備。具體地，所述方法包括在惰性氣氛下依次進(jìn)行下列步驟：(1)將鋰和多孔碳材料載體以3∶1至1∶1的重量比依次加入到反應(yīng)釜中；(2)將反應(yīng)釜加熱到200?220℃的溫度，并且以70?100轉(zhuǎn)/分鐘的攪拌器的轉(zhuǎn)速將反應(yīng)釜中的混合物預(yù)攪拌1?3分鐘；(3)將反應(yīng)釜加熱到230?280℃的溫度，并且以300?700轉(zhuǎn)/分鐘的攪拌器的轉(zhuǎn)速將反應(yīng)釜中的混合物快速攪拌20?60分鐘；和(4)停止攪拌并且將反應(yīng)釜冷卻至室溫，以得到所述鋰碳復(fù)合材料。根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，能夠以高的收率機(jī)械化生產(chǎn)鋰碳復(fù)合材料，并且獲得縮短制備時間、提高產(chǎn)品的一致性的效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及材料科學(xué)領(lǐng)域，具體而言，本發(fā)明提供一種用于提高鋰碳復(fù)合材料批量化生產(chǎn)的產(chǎn)率的方法及其設(shè)備。

背景技術(shù)

鋰電池因其高的比能量、長的循環(huán)壽命等優(yōu)點，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于消費電子、電動汽車和儲能等領(lǐng)域。但是目前鋰電池是以含有鋰元素的化合物作為正極，并且以石墨作為負(fù)極，而石墨類負(fù)極材料的比容量極限約為370mAh/g，基于這種負(fù)極材料已經(jīng)難以進(jìn)一步提高鋰電池的能量密度，難以適應(yīng)市場對更高能量密度鋰電池的需求。由于金屬鋰負(fù)極具有高的比容量(3860mAh/g)，低的電極電勢(-3.04V vs標(biāo)準(zhǔn)氫電極)，鋰電池因其高的比能量、長的循環(huán)壽命，高電壓而廣泛應(yīng)用于消費電子、電動汽車和儲能等領(lǐng)域。金屬鋰負(fù)極具有高的比容量(3860mAh/g)，低的電極電勢(-3.04V vs SHE)和小的密度(0.59g/cm^-3)一系列優(yōu)勢，采用金屬鋰作為電池負(fù)極能明顯提高鋰電池的能量密度。同時金屬鋰作為電池負(fù)極，可以提供鋰離子，那么正極可以采用容量更高的不含鋰元素的材料，例如硫、空氣。

然而，金屬鋰負(fù)極電池在循環(huán)過程中不斷形成枝晶和“死鋰”，導(dǎo)致庫倫效率低、循環(huán)壽命短。更重要的是，枝晶的生長有可能會刺穿隔膜造成正負(fù)極相接而發(fā)生內(nèi)部短路，導(dǎo)致釋放出大量的熱，造成電池的燃燒甚至爆炸。上述問題使金屬鋰負(fù)極在近幾十年的應(yīng)用受到極大的限制。

增大金屬鋰比表面積以及減小金屬鋰表面的電流密度，是抑制枝晶生長的一種有效辦法。美國FMC公司使用熔融乳化的方法制備出金屬鋰顆粒，之后在其表面進(jìn)行修飾，得到可在干燥空氣中穩(wěn)定存在的金屬鋰顆粒，此材料可以制備成電極片作為電池負(fù)極使用(參見，US 8,021,496 B2，US 2013/0181160 A1，CN 102255080 A)。但是采用這種熔融乳化技術(shù)制備出來的鋰顆粒粒徑為20-100微米，顆粒尺寸較大，對電極比表面積的提高有限，而且這種熔融乳化的制備方法需要劇烈攪拌和反復(fù)過濾清洗，步驟復(fù)雜，設(shè)備成本高。韓國高麗大學(xué)的Woo Young Yoon團(tuán)隊通過熔融乳化法制備出金屬鋰顆粒，并對其進(jìn)行表面修飾，以抑制枝晶生長(參見，Journal of Power Sources，2010，195(18)：6143-6147)。中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所制備出一種金屬鋰-骨架碳復(fù)合材料，將熔融狀態(tài)的金屬鋰與多孔的碳材料載體均勻混合，冷卻得到鋰碳復(fù)合材料，利用該材料有效地抑制了枝晶生長，提高電池的安全性，并且提供較高的比容量和良好的循環(huán)性能(參見，PCT國際申請公開號WO 2015139660A1；中國專利申請?zhí)朇N 201410395114.0)。盡管以上方法在抑制枝晶生長方面具有顯著效果，但是上述金屬鋰-骨架碳復(fù)合材料的制備仍處于實驗室水平，需要采用手工辦法制備，難以大批量生產(chǎn)。此外，根據(jù)上述方法所得到的產(chǎn)品產(chǎn)率低，一致性較差。

因此，開發(fā)出一種能夠以高產(chǎn)率批量生產(chǎn)鋰碳復(fù)合材料的方法成為了當(dāng)前研究的重點之一。

發(fā)明內(nèi)容

從以上闡述的技術(shù)問題出發(fā)，本發(fā)明的目的是提供一種用于以高產(chǎn)率批量生產(chǎn)鋰碳復(fù)合材料的方法，該方法能夠以高的收率機(jī)械化生產(chǎn)鋰碳復(fù)合材料，并且獲得縮短制備時間、提高產(chǎn)品的一致性的效果。

本發(fā)明人經(jīng)過深入細(xì)致的研究，完成了本發(fā)明。