[發明專利]一種金屬鋰合金及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201910552655.2
• 申請日: 2019-06-25
• 公開（公告）號: CN110289391B
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發明（設計）人: 胡啟陽;柳天成;王接喜;李新海;譚磊;顏果春;王志興;郭華軍;彭文杰
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H01M4/134
• 分類號: H01M4/134;H01M4/1395;H01M4/40;H01M10/052
• 代理公司: 長沙軒榮專利代理有限公司 43235
• 代理人: 黃藝平

本發明提供了一種金屬鋰合金及其制備方法與應用，制備方法包括：從鋰礦石浸出液或凈化后的鋰鹵水中提取堿金屬鹽固體；將堿金屬鹽固體進行干燥處理；將干燥后的堿金屬鹽固體在真空下進行真空還原，冷凝后得到金屬鋰合金；其中，真空還原所用還原劑為鋁粉、硅粉、鎂粉和鈣粉中的一種或兩種，還原溫度為700～1300℃。本發明提供的鋰合金的制備方法工藝簡單、便于操作，制備得到的鋰合金具作為負極時，能緩解與電解液的副反應，還可消除電流集中效應，抑制枝晶的產生，提高了鋰金屬電池的庫侖效率、比容量和循環穩定性。

技術領域

本發明涉及冶金物理化學領域，特別涉及一種金屬鋰合金及其制備方法與應用。

背景技術

鋰是重要的“能源金屬”，被美國譽為21世紀的戰略元素。我國已探明的鋰資源總儲量占世界第二位，主要以鹽湖鹵水和礦石的形式存在。隨著鋰離子電池的興起，對鋰資源的需要日益增加。傳統的從鋰礦石提鋰已經滿足不了社會的需要，從鹽湖鹵水提取鋰資源成為我國開發鋰資源的必然趨勢。

隨著社會對能源要求的井噴式增長，鋰離子電池受其固有限制，難以滿足社會的需求。對新一代高能量二次電池研究迫在眉睫。金屬鋰是質量最輕的金屬，密度只有0.534g/cm³，理論比容量更是高達3860mAh/g。以金屬鋰為負極的鋰硫電池(Li-S)和鋰空氣電池因為其高的容量，引起了極大關注。鋰負極成為高能量電池體系獨一無二的選擇。

但是金屬鋰在循環的過程中會產生鋰枝晶，鋰枝晶不斷生長，最終會刺穿隔膜，導致嚴重安全的問題。另外，若金屬鋰脫落，則會形成“死鋰”，造成容量不可逆損失。其次，金屬鋰非常活潑，幾乎能和電解質中所有組分反應，形成一個復雜的固體電解質界面。

為了解決鋰負極存在的問題，盡早實現高能量密度的金屬鋰二次電池的應用，湖南大學梁宵等(X.Liang,et al.A Facile Surface Chemistry Route to a StabilisedLithium MetalAnode,Nature Energy,2017,2,17119-17126.)制備了鋰砷，鋰硒，鋰鉍合金，降低了金屬鋰的活度，合金元素作為鋰沉積的活性位點，能誘導鋰均勻沉積，延長了金屬鋰電池壽命。但是，這種合金化方法不易實現，也無法進行大規模的生產，無法從根本上解決金屬鋰固有問題。通過更簡單的方法制備鋰合金無疑對金屬鋰電池的發展尤為重要。

發明內容

本發明提供了一種金屬鋰合金的制備方法及其應用，其目的是用一種簡單、有效的方法制備金屬鋰合金，降低鋰的活性，緩解鋰合金負極與電解液的副反應，提高鋰金屬電池的循環穩定性、庫侖效率和比容量。

為了達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種金屬鋰合金的制備方法，包括如下步驟：

1)從鋰礦石浸出液或凈化后的鋰鹵水中提取堿金屬鹽固體；

其中，所述堿金屬鹽固體包括鋰鹽固體、鈉鹽固體、鉀鹽固體、銣鹽固體和銫鹽固體；

2)將步驟1)所得堿金屬鹽固體進行干燥處理；

3)將干燥后的堿金屬鹽固體進行真空還原，冷凝后得到金屬鋰合金；

其中，真空還原所用還原劑為鋁粉、硅粉、鎂粉和鈣粉中的一種或兩種，還原溫度為700～1300℃。

優選地，步驟1)所述鋰礦石浸出液或凈化后的鋰鹵水中鋰與鎂的濃度比及鋰與硼的濃度比均大于1。

優選地，步驟1)所述鋰礦石浸出液或凈化后的鋰鹵水中堿金屬含量大于10mg/L。

優選地，所述堿金屬鹽固體由以下方法制備得到：用復合萃取劑對鋰礦石浸出液或凈化后的鋰鹵水進行逆流萃取和分液，再蒸發有機溶劑，得到鋰鹽固體和其他堿金屬鹽固體。