[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: 201910552753.6
• 申請日: 2019-06-25
• 公開（公告）號: CN110564965B
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發明（設計）人: 王接喜;柳天成;胡啟陽;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: C22B3/40
• 分類號: C22B3/40;C22B26/12;C25C1/24;C22C24/00;H01M4/134;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：1)將凈化后的含堿金屬水相用復合萃取有機相進行萃取，分液得到富堿金屬鹽有機相；2)將步驟1)所得富堿金屬鹽有機相用洗滌液進行洗滌；3)將洗滌后的富堿金屬鹽有機相進行電解得到金屬鋰合金。本發明從鋰資源中提取鋰合金，并可將鋰合金直接作為鋰負極，實現了資源的綜合利用和材料短流程制備，無需經過反萃結晶轉型等耗能步驟，技術優勢明顯，節能效果顯著。本發明的合金鋰負極應用于鋰電池上，能降低鋰負極的活性，減小與電解液的副反應。并能能保證其負極表面電荷分布均勻，電場穩定，實現金屬鋰的均勻沉積，緩解了鋰枝晶的生長，提高了金屬鋰電池的穩定性和安全性。

技術領域

本發明涉及鋰金屬電池領域，具體涉及一種金屬鋰合金的制備方法及其應用。

背景技術

近20年來，隨著儲能技術的發展，尤其是鋰離子可充電電池的日益普及、鋰電池電動汽車逐步取代傳統燃油車。另一方面，全球市場對鋰資源需求量飛速增長，也對鋰產品提出了更高的質量要求。我國鋰資源豐富，不僅含有可觀的鋰云母資源，而且含有儲量居世界第三位的鹽湖鹵水資源。研究鋰資源的開發及其應用對我國能源儲備有著重要意義。

但是，鋰離子電池受其理論容量限制，無法滿足新興高能量密度儲能器件的需求。相對于鋰離子電池，金屬鋰電池有著極高的比能量(3860mAh/g)，最低氧化還原電位(-3.04V vs SHE)，其理論比容量約為傳統石墨材料的10倍，是新一代電池研究的熱點。但是金屬鋰負極非常活潑，在電化學沉積過程中產生鋰枝晶，導致低庫侖效率以及安全隱患，阻礙了其在鋰金屬二次電池中的應用。

因此，研究鋰資源的開發，解決金屬鋰電池面臨的問題，然后運用于高容量、高能量密度的金屬鋰電池，無疑能大大地緩解電動汽車以及其他便攜式電子設備的能量密度問題。

為了解決鋰負極問題，研究人員設計了3D集流體，其豐富的比表面積能夠降低電流密度，緩解鋰枝晶的生長；在金屬鋰表面磁控濺射或者原子層沉積一層SEI膜也能夠延長金屬鋰二次電池的循環壽命。胡良兵通過熔融的方法，制備了鋰錫，鋰錳等鋰合金，合金元素的骨架作用，能夠降低金屬鋰電極循環過程中產生的體積膨脹，實現了鋰的均勻沉積，但是，該對實驗設備的要求極高，根本無法應用于工業化的生產。尋求更經濟、高效、能產業化的鋰合金制備方法無疑能大大推動金屬鋰電池的發展。

發明內容

本發明提供了一種金屬鋰合金及其制備方法與應用，其目的是為了改變金屬鋰合金及鋰負極復雜的制備方法，從凈化除雜后鋰鹵水或鋰礦石浸出液中提取鋰鈉鉀銣銫等有價金屬，制備鋰合金，應用于二次金屬鋰電池。通過該方法制備的鋰合金負極活性低，能緩解電極與電解液副反應，減少了電池活性物質的損耗；同時合金固溶體作為鋰離子沉積/脫離的宿主，其他金屬對鋰的固化作用能誘導金屬鋰沉積，緩解鋰枝晶的生長，穩定電極結構。

為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種金屬鋰合金的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)將凈化后的含鋰水相用復合萃取有機相進行萃取，分液得到富堿金屬鹽有機相；

其中，所述其中，所述富堿金屬水相中含有鋰和除鋰以外的其它堿金屬中的一種或多種，凈化后的含堿金屬水相鋰與鎂以及鋰與硼的濃度比均大于100，其它堿金屬的濃度不小于10mg/L；所述復合萃取有機相由萃取劑、共萃取劑和溶劑組成，所述萃取劑為提鋰萃取劑(主要用于提取鋰金屬)，所述共萃取劑(主要用于提取鋰以外的其它堿金屬如鈉鉀銣銫)為酚醇類化合物、冠醚類、二苦胺及其衍生物和硼化物中的一種或多種，所述溶劑為碳酸酯類有機溶劑或醚類有機溶劑。

2)將步驟1)所得富堿金屬鹽有機相用洗滌液進行洗滌；

3)將洗滌后的富堿金屬鹽有機相進行電解得到金屬鋰合金；