[發(fā)明專利]一種表面聚合物鈍化的穩(wěn)定金屬鋰粉制備方法及應用

在審

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• 申請日: 2019-03-19
• 公開（公告）號: CN109877309A
• 公開（公告）日: 2019-06-14
• 發(fā)明（設計）人: 林少雄;陸大班;楊立銘;曹勇
• 申請（專利權）人: 合肥國軒高科動力能源有限公司
• 主分類號: B22F1/00
• 分類號: B22F1/00
• 代理公司: 合肥天明專利事務所(普通合伙) 34115
• 代理人: 黃少波;金凱

本發(fā)明公開了一種表面聚合物鈍化的穩(wěn)定金屬鋰粉制備方法及應用，在惰性氣體氛圍中，將金屬鋰在有機惰性溶劑中加熱到熔融狀態(tài)，經(jīng)分散作用得到表面未經(jīng)鈍化的金屬鋰粉；然后以帶有活性基團的長鏈聚合物為鈍化劑與表面未經(jīng)鈍化的金屬鋰粉作用，得到表面聚合物鈍化的穩(wěn)定金屬鋰粉；通過該方法制備的金屬鋰粉不僅有表面鈍化的效果；而且經(jīng)預鋰化，注液后，鋰粉表層的微量聚合物可以溶解在電解液中，從而釋放內部的鋰，所以電池內部不會存在不可溶解的鋰金屬，大大提高了電芯的安全性能且提高了金屬鋰的有效利用率。

技術領域

本發(fā)明涉及鋰電池技術領域，尤其涉及一種表面聚合物鈍化的穩(wěn)定金屬鋰粉制備方法及應用。

背景技術

鋰離子電池是目前商業(yè)化二次電池中能量密度最高的電池體系，商品化鋰離子電池具有良好循環(huán)性和使用安全性，它在通訊、交通、電子設備、工業(yè)產品等領域獲得了大量的應用，并且快速的獲得更大的市場。

目前的鋰離子電池開發(fā)的重要方向是進一步提高電池的比能量，主要通過電池結構的優(yōu)化以及采用能量密度更高的新型電極材料等手段。在電池首次充電過程中，鋰離子由正極脫嵌并進入負極，然后在放電過程中由負極脫出并進入正極，這個過程也稱為“搖椅反應過程”。而在這個過程中正極材料的容量會有5％到15％左右的衰減，這是由于正極片和負極片表面固體電解質膜(SEI膜)的形成，從而消耗了一定量的鋰離子。因此降低了電池的容量，造成電池的首次效率降低，特別是當負極片中的活性物質為硅或錫等合金材料時尤為明顯。雖然這層膜對正負極材料的循環(huán)穩(wěn)定性有益，但它同時也會降低正極材料的容量，所以如何降低或彌補SEI形成過程中鋰離子的消耗，一直是研究學者們研究的目標。

FMC公司的研究者曾提出將穩(wěn)定化的金屬鋰粉加入到鋰離子電池中溶解并釋放出鋰離子，用以彌補SEI膜所消耗的鋰離子。從結果上看，該方法取得了明顯的效果。鋰粉的加入大大提高了電池的首次充放電效率，因此提高了電池的比能量。

現(xiàn)如今公開的電池預鋰化方法主要有兩種：(1)與負極漿料一起攪拌將金屬鋰粉加入負極；由于表面通常會有不導電的鈍化層(如：Li2CO3)存在，所以需要通過輥壓等方法將其壓碎釋放出內部的Li。但是通過該方法，鋰粉溶解后會在極片內部留下很多的空穴，或是是極片表面變得凹凸不平。不僅降低了壓實密度，電子在負極的傳導也會收到較大的影響(阻抗增大)，更有甚者會在極片較薄區(qū)域生成鋰枝晶。(2)在負極表面進行撒粉涂布再輥壓；但是由于鋰粉的粒徑大小的不一致。通常會導致較小粒徑的金屬鋰粉不能被壓碎，致使內部的Li不能發(fā)揮，降低了鋰粉的利用率(據(jù)實驗證實金屬鋰粉中鋰的利用率約僅為70％)，并且在電池內部存在金屬鋰粉顆粒存在較大的安全隱患。

一般的，金屬鋰粉制備過程通常需要在鋰粉表面包覆一層Li2CO3，例如公開號為US 5567474、US 5776369以及US 5976403等美國專利的申請?zhí)岬皆诮饘黉嚪鄣闹苽溥^程中通入CO2，用以鈍化金屬鋰粉表面；或是在表面覆蓋石蠟層(CN 102255080A)；或是使用氟化劑，例如全氟戊胺(WO2007/005983A2)；或是含磷物質(如US2008/0283155A1)等方法生成穩(wěn)定化的金屬鋰粉(Stabilize Lithium Metal Powder)使其更便于存儲；但這些方法不是因為鈍化使金屬鋰不能發(fā)揮或發(fā)揮不完全，就是有毒、腐蝕性，或是制作過程中容易發(fā)生爆炸，因此在工業(yè)實踐應用中不受歡迎。

鑒于以上的分析，雖然往鋰離子電池中添加鋰粉的方法可以明顯的提高電池的首次效率，改善循環(huán)等，并且已經(jīng)在實驗上獲得了驗證，但是其仍然沒有得到廣泛的推廣；排除其本身的安全性能及價格等方面的影響之外，在電池內部的利用及安全等因素也是制約其推廣的一大原因。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種全新的表面聚合物鈍化的穩(wěn)定金屬鋰粉制備方法及應用。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術方案：