[發(fā)明專利]穩(wěn)定鋰粉及其制備方法和應(yīng)用

在審

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• 申請日: 2020-06-30
• 公開（公告）號: CN111725515A
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李文龍;趙育松;邱昭政;梁世碩;吳光麟
• 申請（專利權(quán)）人: 昆山寶創(chuàng)新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/38;H01M4/134;H01M10/0525
• 代理公司: 北京清亦華知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 肖陽

本發(fā)明公開了穩(wěn)定鋰粉及其制備方法和應(yīng)用。其中制備穩(wěn)定鋰粉的方法包括：將含氟酸式鹽、鋰粉和有機(jī)溶劑混合反應(yīng)，以便在所述鋰粉表面形成氟化鋰鈍化層，得到穩(wěn)定鋰粉，其中，所述穩(wěn)定鋰粉中所述氟化鋰鈍化層與所述鋰粉的質(zhì)量比為(0.5～1.8):1。該制備穩(wěn)定鋰粉的方法工藝簡單，且制備得到的穩(wěn)定鋰粉具有很高的穩(wěn)定性和儲存壽命，不僅方便鋰粉的安全運(yùn)輸及存儲、使用，還能廣泛用作鋰電池電極材料的補(bǔ)鋰添加劑。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰電池領(lǐng)域，具體而言，涉及穩(wěn)定鋰粉及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

鋰離子電池因工作電壓高、比能量大、體積小、質(zhì)量輕、循環(huán)壽命長、自放電低、無記憶效應(yīng)、無污染等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。近年來，隨著新能源汽車、智能電網(wǎng)、分布式儲能的快速發(fā)展，對鋰離子電池的能量密度提出了更高的要求。傳統(tǒng)鋰離子電池負(fù)極材料為石墨及碳材料，正極材料有鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰等材料。目前，商用鋰離子電池大多采用碳質(zhì)負(fù)極，一般采用石墨基材料，嵌鋰容量偏低(372mAh/g)。在充放電過程中，鋰離子的消耗與電解質(zhì)的分解耦合會在石墨負(fù)極表面形成鈍化的保護(hù)層(通常稱為SEI(固態(tài)電解質(zhì)界面))。理論上，SEI膜只傳輸鋰離子，而阻止電子的傳輸，從而防止電解質(zhì)的進(jìn)一步降解，使碳質(zhì)負(fù)極的鋰離子電池能夠穩(wěn)定循環(huán)。SEI膜主要是在前幾次充電過程中形成的，尤其是在第一次充電過程中，導(dǎo)致電池容量快速降低。隨著電池充放電的進(jìn)行，由于鋰離子的嵌入和脫出，石墨負(fù)極材料大約會產(chǎn)生10％的體積變化。由于體積的變化，SEI膜可能會發(fā)生破裂，導(dǎo)致鋰化的石墨與電解液發(fā)生接觸和反應(yīng)，從而消耗了電解液與鋰離子。這會導(dǎo)致SEI膜的不斷生成和增厚，導(dǎo)致鋰化的石墨與電解液發(fā)生接觸和反應(yīng)，從而消耗了電解液與鋰離子，電池可用容量不斷降低，電池內(nèi)阻也不斷增加。

近年來，硅基負(fù)極電池發(fā)展迅速。硅基負(fù)極材料具有比容量高(高達(dá)4200mAh/g，遠(yuǎn)高于石墨的372mAh/g)、成本低、嵌入電位低等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是下一代高比能鋰離子電池最有前途的負(fù)極材料之一。由于其電位位于電解液穩(wěn)壓窗外，也會形成SEI膜，導(dǎo)致初始循環(huán)庫侖效率較低。而SEI薄膜的不斷增厚也會導(dǎo)致鋰離子的不可逆轉(zhuǎn)損失，永久地消耗大量來自正極的鋰，造成首次循環(huán)的庫侖效率(ICE)偏低，降低了鋰離子電池的容量和能量密度。此外，在鋰化過程中，硅會出現(xiàn)300～400％的巨大膨脹，可能會導(dǎo)致后續(xù)SEI膜生成和活性物質(zhì)粉碎，導(dǎo)致活性物質(zhì)在集流體上發(fā)生剝落。并且由于其導(dǎo)電性差，容量不能充分利用，故功率密度也不好。因此，許多研究者致力于硅/碳復(fù)合負(fù)極材料的研究，以提高其使用壽命和倍率性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明的一個目的在于提出穩(wěn)定鋰粉及其制備方法和應(yīng)用。其中，該制備穩(wěn)定鋰粉的方法工藝簡單，且制備得到的穩(wěn)定鋰粉具有很高的穩(wěn)定性和儲存壽命，不僅方便鋰粉的安全運(yùn)輸及存儲、使用，還能廣泛用作鋰電池電極材料的補(bǔ)鋰添加劑。

本發(fā)明主要是基于以下問題提出的：

目前，可以通過預(yù)鋰化對電極材料進(jìn)行補(bǔ)鋰，抵消形成SEI膜造成的不可逆鋰損耗，以提高電池的總?cè)萘亢湍芰棵芏取Ｆ渲校哟笳龢O材料的添加量，使用預(yù)鋰化添加劑，采用電化學(xué)預(yù)鋰化，采取接觸短路等方式對電極預(yù)鋰化，在一定程度上可以補(bǔ)償首次循環(huán)的不可逆容量損失，但增大了經(jīng)濟(jì)成本或增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)過程的繁瑣程度。針對鋰離子電池中的上述問題，最好的解決辦法就是在負(fù)極極片中添加額外的活性鋰，但使用負(fù)極片單獨(dú)化成補(bǔ)鋰不僅難以操作，而且由于鋰的活性較高，活性鋰粉過多還會引起火災(zāi)，安全隱患較大。

為此，根據(jù)本發(fā)明的第一個方面，本發(fā)明提出了一種制備穩(wěn)定鋰粉的方法。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該方法包括：將含氟酸式鹽、鋰粉和有機(jī)溶劑混合反應(yīng)，以便在所述鋰粉表面形成氟化鋰鈍化層，得到穩(wěn)定鋰粉，其中，所述穩(wěn)定鋰粉中所述氟化鋰鈍化層與所述鋰粉的質(zhì)量比為(0.5～1.8):1。