[發明專利]一種鈍化鋰微球的制備方法及其裝置和應用

在審

• 申請號: 202110287789.3
• 申請日: 2021-03-17
• 公開（公告）號: CN113059167A
• 公開（公告）日: 2021-07-02
• 發明（設計）人: 李文龍;趙育松;邱昭政;梁世碩
• 申請（專利權）人: 昆山寶創新能源科技有限公司
• 主分類號: B22F9/08
• 分類號: B22F9/08;B22F1/00;C23C22/00;H01M4/13;H01M4/38;H01M10/0525
• 代理公司: 北京同立鈞成知識產權代理有限公司 11205
• 代理人: 張娜;黃健

本發明提供一種鈍化鋰微球的制備方法及其裝置和應用。本發明提供的鈍化鋰微球制備方法包括以下步驟：1)利用流體振動噴嘴對熔融態金屬鋰射流進行分散處理，得到金屬鋰液滴；2)對所述金屬鋰液滴施加靜電，得到金屬鋰微球；3)將所述金屬鋰微球置于鈍化溶液中，攪拌，得到鈍化鋰微球。上述制備方法通過采用微膠囊造粒技術，利用疊加振動原理以及特定的鈍化工藝，能夠制備得到尺寸較小且尺寸可調、粒徑分布窄，鈍化層組成以及厚度可調，具有高包覆率的鈍化鋰微球。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，涉及一種鈍化鋰微球的制備方法及其裝置和應用。

背景技術

鋰離子電池具有電壓高、比能量高、安全性能好等優點，己被廣泛應用于便攜式電子產品和電動車。隨著新能源汽車、智能電網、分布式儲能的快速發展，對新能源器件的能量密度提出了更高的要求，急需研究高容量電極材料。目前商品化鋰離子電池的負極主要是石墨和硅碳材料。然而，石墨和硅碳材料的電位位于電解液穩壓窗外，在充電過程中電解液會被還原在負極表面生成一層由氧化鋰、氟化鋰和有機鋰鹽化合物等組成的固體電解質膜(SEI)，消耗正極的鋰離子，造成正極活性鋰離子損失(7-15wt％)，導致初始循環庫侖效率較低。而SEI薄膜的不斷增厚也會導致鋰離子的不可逆轉損失，永久地消耗大量來自正極的鋰，降低了鋰離子電池的容量和能量密度。

預鋰化技術是減小不可逆容量損失、提高庫侖效率的一個有效方法，通過預鋰化對電極材料進行補鋰，抵消形成SEI膜造成的不可逆鋰損耗，以提高電池的總容量和能量密度。研究者們加大正極材料的添加量，使用預鋰化添加劑，采用電化學預鋰化，采取接觸短路等方式對電極預鋰化，在一定程度上可以補償首次循環的不可逆容量損失，其中以鋰粉作為補鋰劑的化學補鋰不需要額外的預裝和拆卸過程，與鋰離子電池組裝工藝流程兼容性高，是非常有效的補鋰手段。但金屬鋰粉活性較高，難以直接使用，需要制作出一種穩定的金屬鋰粉末顆粒，顆粒的內層為金屬鋰，外層為具有良好鋰離子導通率和電子導通率的保護層。預鋰化過程中，可以通過將鈍化鋰粉混入電池漿料或者將鈍化鋰粉分散在有機溶劑中，然后將分散體涂覆或噴涂在負極片上，接著將負極片上的殘留有機溶劑干燥，這樣就得到了完成預鋰化的負極片。化成時，在負極上的鋰粉會消耗于SEI膜的形成，從而最大限度的保留從正極脫嵌的鋰離子，提高鋰離子電池的首次循環效率及容量。

目前，鈍化鋰粉的制備方法主要沿用FMC公司報道的強力機械剪切“微乳化”方法，具體為以惰性高沸點有機溶劑為保護溶劑，在較高溫度下使金屬鋰熔化，通過高速攪拌產生的高剪切力使熔融金屬鋰“微乳化”，加入鈍化添加劑，得到鈍化鋰粉，然而通過機械剪切“微乳化”制備鋰粉的方法需要高速攪拌裝置和加熱裝置，設備復雜程度高，得到的鈍化鋰粉尺寸通常較大(幾十到上千微米)，大尺寸鈍化鋰粉增加了預鋰化過程鋰粉均勻分散的難度。

噴霧干燥法也是制備鈍化鋰粉一種常用方法，該方法采用干燥的熔鋰罐將固態的金屬鋰熔融成液態的金屬鋰，并在干燥的鈍化罐內將液態的金屬鋰霧化成細微的金屬鋰液滴使其分散下落，在下落過程中與冷卻鈍化氣流相遇，受冷凝固成金屬鋰微球，與鈍化劑反應在金屬鋰微球的表面形成鈍化膜，獲得已經鈍化的金屬鋰微球，但噴霧干燥法制備的金屬鋰微球包覆層可選擇性較差，工藝可控性差，粒徑分布較廣。

發明內容

本發明提供一種鈍化鋰微球的制備方法，該方法通過采用微膠囊造粒技術，通過流體振動噴嘴的疊加振動原理以及特定的鈍化工藝，能夠制備得到尺寸較小且尺寸可調、粒徑分布窄，鈍化層組成以及厚度可調，具有高包覆率的鈍化鋰微球。

本發明還提供一種鈍化鋰微球，該鈍化鋰微球通過上述制備方法制得，一方面具有尺寸較小、粒徑分布窄的優點，在補鋰漿料中易于分散，從而有利于獲得致密均勻的補鋰層，另一方面具有高包覆率的優點，鈍化層能完整包覆內部的金屬鋰，使其不受空氣中水分和氧化性氣體的影響，從而能夠在空氣中長時間穩定保存。

本發明還提供一種鈍化鋰微球的制備裝置，該裝置簡單易操作，能夠實現鈍化鋰微球的連續化生產，有利于鈍化鋰微球的工業化生產與應用。