[發明專利]一種納米鋰合金的制備方法及其應用

在審

• 申請號: 202111231442.3
• 申請日: 2021-10-21
• 公開（公告）號: CN114050253A
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發明（設計）人: 雷丹妮;韓雙輝;李振邦;張玉基;王成新
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;H01M4/134;H01M4/1395;H01M10/052;C22C1/05;C22C24/00
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 薛建強

本發明屬于材料技術領域，公開了一種納米鋰合金的制備方法及其應用。該制備方法，包括以下步驟：將金屬鋰與金屬醇鹽混合，壓片，得原料塊；然后將原料塊高溫處理，得到納米鋰合金。本發明以金屬醇鹽和金屬鋰作為原料，利用鋰熱還原反應，將金屬醇鹽中的金屬元素還原為金屬單質，被還原出的金屬單質與過量的鋰金屬反應形成納米鋰合金。本發明制備的納米鋰鋁合金中鋰鋁合金分布均勻，能夠有效誘導鋰均勻地沉積并抑制鋰枝晶的形成，提高電池的循環穩定性。利用本發明制備的納米鋰鋁合金組裝電池，其循環穩定性優異，且具有良好的溫度適應性。本發明提供的制備方法簡單，利于大規模生產。

技術領域

本發明屬于材料技術領域，具體涉及一種納米鋰合金的制備方法及其應用。

背景技術

隨著過去幾十年電子設備和電動汽車的快速發展，傳統的鋰離子電池已經不能滿足其能量需求，因為石墨負極逐漸達到了372mAh g^-1的理論比容量極限。因此，尋找具有更大理論比容量的負極非常重要。由于其超高的理論比容量(3860mAh g^-1)和極低的電化學電位(相對于標準氫電位為-3.04V)，鋰金屬被認為是下一代可充電電池最理想的負極材料。然而，鋰金屬負極的實際應用面臨著許多嚴重的問題。首先，由于反應活性高，鋰金屬會與液體電解質反應形成不穩定的固體電解質界面(SEI)膜和不可控的副反應，會導致電解液的消耗。當溫度升高時，副反應會變得更加嚴重。其次，鋰的剝離/沉積過程中會出現鋰枝晶，導致活性鋰和電解質的消耗，SEI膜變厚，更嚴重的是枝晶生長能刺穿隔膜，導致電池短路。為了提高鋰金屬負極的穩定性和循環壽命，科研人員已經提出了許多有效的策略。例如，使用電解質添加劑構建穩定的SEI膜，構建3D骨架以降低實際電流密度，引入固體電解質以防止枝晶刺穿隔膜，采用富鋰合金誘導鋰的均勻沉積。但是，上述方法也有其自身的不足，電解質添加劑的溶解度有限，在循環過程中會持續消耗，3D骨架擴大了鋰金屬負極和電解質之間的反應面積，固態電解質沒有從根本上改變枝晶的生長。相比之下，富鋰合金，如鋰銀合金、鋰鎂合金、鋰銦合金、鋰鋁合金等才是解決鋰金屬負極安全問題最合理的措施，特別是合金可以增加負極的化學勢減少負極與電解液之間的副反應。

合金負極或合金負極表面改性雖然可以誘導鋰均勻地沉積并抑制鋰枝晶的形成，但仍存在一些問題，例如，電子束蒸發、真空蒸發等制備合金的方法復雜且昂貴。另外，通過金屬熔融法制備的合金尺寸大，分散不均勻。

因此，亟需提供一種納米鋰合金的制備方法，制備的納米鋰合金能夠有效誘導鋰均勻地沉積并抑制鋰枝晶的形成，且制備方法簡單，利于大規模生產。

發明內容

本發明旨在至少解決上述現有技術中存在的技術問題之一。為此，本發明提出一種納米鋰合金的制備方法，制備的納米鋰合金能夠有效誘導鋰均勻地沉積并抑制鋰枝晶的形成，提高電池的循環穩定性，且制備方法簡單，利于大規模生產。

本發明第一方面提供了一種納米鋰合金的制備方法。

具體的，一種納米鋰合金的制備方法，包括以下步驟：

將金屬鋰與金屬醇鹽混合，壓片，得原料塊；然后將所述原料塊高溫處理，得到所述納米鋰合金。

優選的，所述金屬醇鹽選自乙醇鋁、乙醇鎂或乙醇錫中的至少一種。

鋰原子最外層僅有一個電子，在反應過程中很容易失去最外層電子，所以鋰金屬具有強的還原性。本發明以金屬醇鹽和金屬鋰作為原料，在高溫下利用鋰金屬的強還原性，經過鋰熱還原反應后將金屬醇鹽中的金屬元素還原為單質(如Al、Sn、Mg)，被還原出的金屬元素與過量的鋰金屬反應形成納米鋰合金。具體原理可用反應(1)、(2)表示。

xLi+M(EtO)x→M+xLi⁺(M＝Al,Sn,Mg) (1)

yLi+zM→LiyMz (2)。