[發明專利]一種鋰鎂復合電極材料、鋰金屬電池、及制備方法和應用

有效

• 申請號: 202310358234.2
• 申請日: 2023-04-06
• 公開（公告）號: CN116060615B
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 帥毅;蘇長青;婁瑾;劉欣喬;楊光宇
• 申請（專利權）人: 湖南工商大學
• 主分類號: B22F1/142
• 分類號: B22F1/142;B22F1/00;C22C24/00;C22F1/02;C22F1/16;H01M4/40;H01M10/052
• 代理公司: 長沙知行亦創知識產權代理事務所(普通合伙) 43240
• 代理人: 黃蘋

本發明提供了一種鋰鎂復合電極材料、鋰金屬電池、及制備方法和應用；所述制備方法包括步驟：S1，將鋰金屬和鎂粉進行機械混合處理，使所述鎂粉分散于所述鋰金屬中，得預處理物；所述鋰金屬在所述預處理物中的質量占比為50~95%，所述鎂粉在所述預處理物中的質量占比為5~50%；S2，對所述預處理物在真空或保護氣氛的保護下進行熱處理，得所述鋰鎂復合電極材料；所述熱處理的溫度為90~200℃，所述熱處理的時長為0.1~100h。本發明提供的電極材料孔效應明顯、能促進鋰均勻沉積、界面鈍化較小、循環穩定性優異。

技術領域

本發明涉及鋰電池技術領域，尤其涉及一種鋰鎂復合電極材料、鋰金屬電池、及制備方法和應用。

背景技術

鋰金屬電池的成功商業化，使便攜式電子產品和電動載運車輛有了快速的發展和長足的進步。但隨著科技的發展，不同行業對電池性能提出了更高的要求，傳統的石墨負極（372?mAh/g）已經很難滿足新一代高比能電池對負極材料的需求。

鋰金屬負極具有高容量（3860?mAh/g）、低電勢（-3.040Vvs?標準氫電極）和低的密度（0.53?g/cm²），成為了下一代高比能電池發展的一個很重要的負極材料。鋰金屬負極具備如此優異的電化學性能，卻一直未能商業化，主要因為鋰的高活性和不均勻沉積，不但惡化電池電化學性能，導致電池的循環穩定性差，并且鋰的不均勻沉積可能刺破隔膜導致電池短路，產生燃燒爆炸等潛在危險。

為了改善上述情況，公開號為CN106784770A的中國發明專利采用熔煉方法，制備了15~35wt%鎂含量的鋰鎂合金，并用于鋰硫電池。雖然該專利中的技術方案可以一定程度上促進鋰均勻沉積和改善鋰硫電池負極的循環穩定性；但是，該專利的技術方案會導致電極材料的孔效應不明顯，且電極界面容易鈍化失活。

鑒于此，有必要提供一種鋰鎂復合電極材料、鋰金屬電池、及制備方法和應用，以解決或至少緩解上述孔效應不明顯和易鈍化失活的技術缺陷。

發明內容

本發明的主要目的是提供一種鋰鎂復合電極材料、鋰金屬電池、及制備方法和應用，旨在解決上述孔效應不明顯和易鈍化失活的技術問題。

為實現上述目的，本發明提供了一種鋰鎂復合電極材料的制備方法，包括步驟：

S1，將鋰金屬和鎂粉進行機械混合處理，使所述鎂粉分散于所述鋰金屬中，得預處理物；

所述鋰金屬在所述預處理物中的質量占比為50~95%；所述鎂粉在所述預處理物中的質量占比為5~50%；

S2，對所述預處理物在真空或保護氣氛的保護下進行熱處理，得所述鋰鎂復合電極材料；

所述熱處理的溫度為90~200℃，所述熱處理的時長為0.1~100h。

進一步地，所述鎂粉的粒徑不大于100目篩網對應的孔徑。

進一步地，所述機械混合處理包括：對所述鋰金屬和所述鎂粉共同進行軋制。

進一步地，所述機械混合處理還包括：在進行所述軋制之前，對所述鋰金屬和所述鎂粉進行預混合。

進一步地，所述預處理物呈片狀。

本發明還提供一種鋰鎂復合電極材料，采用如上述任意所述的制備方法進行制備。

本發明還提供一種如上述任意所述的鋰鎂復合電極材料在鋰金屬電池中的應用。

本發明還提供一種鋰金屬電池，包括：正極、負極和電解液，所述負極包括如上述任意所述的鋰鎂復合電極材料；所述正極中含有硫化聚丙烯腈、磷酸鐵鋰、鎳鈷錳酸鋰、鎳鈷鋁酸鋰、錳酸鋰、鈦酸鋰、鈷酸鋰中的一種或多種。

進一步地，所述電解液中包括鋰鹽和有機溶劑；所述鋰鹽包括六氟磷酸鋰，所述有機溶劑包括碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯。