CN106299240A - 稳定化锂金属粉末的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种稳定化锂金属粉末的制备方法，包括以下步骤：将低温固体沥青加入带夹套的反应釜中，加热使其熔融；在惰性气体氛围下，将电池级纯度的锂金属裁切成小片；然后将锂离子良导体以及锂金属加入熔融后的沥青中，搅拌，得到前驱体；将前驱体加入惰性气体氛围下的石墨化炉中，并加热使沥青石墨化。相对于现有技术，本发明通过先使低温固体沥青熔融，然后再将锂离子良导体和锂金属小片加入熔融后的沥青中，使得锂离子良导体和锂金属小片被包裹于沥青中，最后再通过石墨化使得沥青转换为石墨，从而形成在锂金属的表面包裹有石墨和锂离子良导体的稳定化锂金属粉末。整个方法简单易行，收率高，且成本较低。

Description

稳定化锂金属粉末的制备方法
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种稳定化锂金属粉末的制备方法。
背景技术
锂离子电池在化成的过程中由于固体电解质膜（SEI膜）的形成而消耗部分锂，由此而造成正极材料锂的损失，从而降低了电池的容量，造成首次效率的降低。这在以合金材料（如硅合金和锡合金等）为活性物质的负极片中表现得尤为明显。
为此，人们探索了各种方法对电池的负极片进行补锂，例如，专利申请CN101790806，CN1830110，CN101522343和US2009/0035663均公开了一种稳定化锂金属粉末及其在锂电池中补锂的应用。ZL201210056121.9则公开了一种能够有效改善阳极导电子性和导离子性的稳定化锂金属粉末，但是其在说明书中公开的稳定化锂金属粉末的制备方法工序复杂，收率低，成本高。
有鉴于此，确有必要提供一种工序简单、收率高、成本较低的稳定化锂金属粉末的制备方法。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种工序简单、收率高、成本较低的稳定化锂金属粉末的制备方法。
为了实现上述目的，本发明所采用如下技术方案：
稳定化锂金属粉末的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，将低温固体沥青加入带夹套的反应釜中，加热使其熔融；
步骤二，在惰性气体氛围下，将电池级纯度的锂金属裁切成小片；
步骤三，在惰性气体氛围下，将锂离子良导体以及步骤二的锂金属加入熔融后的沥青中，搅拌，使锂金属和锂离子良导体被包裹于熔融后的低温固体沥青内，得到前驱体；
步骤四，将步骤三的前驱体加入惰性气体氛围下的石墨化炉中，并加热至2500℃～3500℃，使沥青石墨化，得到稳定化锂金属粉末。
作为本发明稳定化锂金属粉末的制备方法的一种改进，步骤三中，所述锂金属、所述锂离子良导体和所述低温固体沥青的质量百分比分别为0.1%～50%，0.1%～50%，1%～80%。
作为本发明稳定化锂金属粉末的制备方法的一种改进，所述锂离子良导体的中值粒径为100nm～50μm。
作为本发明稳定化锂金属粉末的制备方法的一种改进，步骤二中所述石墨化的持续时间为2h～48h。
作为本发明稳定化锂金属粉末的制备方法的一种改进，所述惰性气体氛围为氩气氛围或氮气氛围。
作为本发明稳定化锂金属粉末的制备方法的一种改进，所述低温固体沥青的熔融温度小于180℃。
作为本发明稳定化锂金属粉末的制备方法的一种改进，步骤二中，切成小片后的锂金属的截面形状为长方形、圆形、三角形、椭圆形或梯形。
作为本发明稳定化锂金属粉末的制备方法的一种改进，切成小片后的锂金属的体积小于20cm3。
作为本发明稳定化锂金属粉末的制备方法的一种改进，所述锂离子良导体为LiF、TiO2、SiO2、SnO2、SiC和Al2O3中的至少一种。
相对于现有技术，本发明通过先使低温固体沥青熔融，然后再将锂离子良导体和锂金属小片加入熔融后的沥青中，使得锂离子良导体和锂金属小片被包裹于沥青中，最后再通过石墨化使得沥青转换为石墨，从而形成在锂金属的表面包裹有石墨和锂离子良导体的稳定化锂金属粉末，即形成了具有核壳结构的粉末颗粒。其中，石墨是电子良导体，它和锂离子良导体共同形成包覆在锂金属外围的壳层，从而可以避免内部的锂金属粉末与外界空气接触，有效的保证锂金属粉末的化学稳定性，同时壳层中存在的快速的电子和锂离子通道保证了其即使在壳层不受损的情况下亦可让壳内的锂金属与活性物质间进行锂的交换，从而实现为锂离子电池的补锂，以延长锂离子电池的使用寿命。
整个方法简单易行，收率高，且成本较低。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
本实施例提供的一种稳定化锂金属粉末的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，将熔融温度小于180℃的低温固体沥青加入带夹套的反应釜中，加热使其熔融；
步骤二，在氩气氛围下，将电池级纯度的锂金属裁切成小片，切成小片后的锂金属的截面形状为长方形，且切成小片后的锂金属的体积小于20cm3。
步骤三，在氩气氛围下，将LiF以及步骤二的锂金属加入熔融后的沥青中，搅拌，使锂金属和LiF被包裹于熔融后的低温固体沥青内，得到前驱体，其中，锂金属、LiF和低温固体沥青的质量百分比分别为10%，20%，70%，LiF的中值粒径为500nm。
步骤四，将步骤三的前驱体加入氩气氛围下的石墨化炉中，并加热至3000℃，并在该温度下保持10h，使沥青石墨化，得到稳定化锂金属粉末。
实施例2
本实施例提供的一种稳定化锂金属粉末的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，将熔融温度小于180℃的低温固体沥青加入带夹套的反应釜中，加热使其熔融；
步骤二，在氮气氛围下，将电池级纯度的锂金属裁切成小片，切成小片后的锂金属的截面形状为圆形，且切成小片后的锂金属的体积小于20cm3。
步骤三，在氮气氛围下，将TiO2以及步骤二的锂金属加入熔融后的沥青中，搅拌，使锂金属和TiO2被包裹于熔融后的低温固体沥青内，得到前驱体，其中，锂金属、TiO2和低温固体沥青的质量百分比分别为15%，25%，60%，TiO2的中值粒径为1μm。
步骤四，将步骤三的前驱体加入氮气氛围下的石墨化炉中，并加热至3200℃，并在该温度下保持18h，使沥青石墨化，得到稳定化锂金属粉末。
实施例3
本实施例提供的一种稳定化锂金属粉末的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，将熔融温度小于180℃的低温固体沥青加入带夹套的反应釜中，加热使其熔融；
步骤二，在氮气氛围下，将电池级纯度的锂金属裁切成小片，切成小片后的锂金属的截面形状为椭圆形，且切成小片后的锂金属的体积小于20cm3。
步骤三，在氮气氛围下，将Al2O3以及步骤二的锂金属加入熔融后的沥青中，搅拌，使锂金属和Al2O3被包裹于熔融后的低温固体沥青内，得到前驱体，其中，锂金属、Al2O3和低温固体沥青的质量百分比分别为5%，30%，65%，Al2O3的中值粒径为5μm。
步骤四，将步骤三的前驱体加入氮气氛围下的石墨化炉中，并加热至3400℃，并在该温度下保持24h，使沥青石墨化，得到稳定化锂金属粉末。
实施例4
本实施例提供的一种稳定化锂金属粉末的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，将熔融温度小于180℃的低温固体沥青加入带夹套的反应釜中，加热使其熔融；
步骤二，在氮气氛围下，将电池级纯度的锂金属裁切成小片，切成小片后的锂金属的截面形状为梯形，且切成小片后的锂金属的体积小于20cm3。
步骤三，在氮气氛围下，将SiO2以及步骤二的锂金属加入熔融后的沥青中，搅拌，使锂金属和SiO2被包裹于熔融后的低温固体沥青内，得到前驱体，其中，锂金属、SiO2和低温固体沥青的质量百分比分别为30%，20%，50%，SiO2的中值粒径为10μm。
步骤四，将步骤三的前驱体加入氮气氛围下的石墨化炉中，并加热至2800℃，并在该温度下保持36h，使沥青石墨化，得到稳定化锂金属粉末。
实施例5
本实施例提供的一种稳定化锂金属粉末的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，将熔融温度小于180℃的低温固体沥青加入带夹套的反应釜中，加热使其熔融；
步骤二，在氩气氛围下，将电池级纯度的锂金属裁切成小片，切成小片后的锂金属的截面形状为三角形，且切成小片后的锂金属的体积小于20cm3。
步骤三，在氩气氛围下，将SnO2、SiC以及步骤二的锂金属加入熔融后的沥青中，搅拌，使锂金属和SnO2、SiC被包裹于熔融后的低温固体沥青内，得到前驱体，其中，锂金属、SnO2、SiC和低温固体沥青的质量百分比分别为25%，20%，20%，35%，SnO2的中值粒径为800nm，SiC的中值粒径为1.2μm。
步骤四，将步骤三的前驱体加入氩气氛围下的石墨化炉中，并加热至2900℃，并在该温度下保持40h，使沥青石墨化，得到稳定化锂金属粉末。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (9)

1.稳定化锂金属粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，将低温固体沥青加入带夹套的反应釜中，加热使其熔融；
步骤二，在惰性气体氛围下，将电池级纯度的锂金属裁切成小片；
步骤三，在惰性气体氛围下，将锂离子良导体以及步骤二的锂金属加入熔融后的沥青中，搅拌，使锂金属和锂离子良导体被包裹于熔融后的低温固体沥青内，得到前驱体；
步骤四，将步骤三的前驱体加入惰性气体氛围下的石墨化炉中，并加热至2500℃～3500℃，使沥青石墨化，得到稳定化锂金属粉末。
2.根据权利要求1所述的稳定化锂金属粉末的制备方法，其特征在于：步骤三中，所述锂金属、所述锂离子良导体和所述低温固体沥青的质量百分比分别为0.1%～50%，0.1%～50%，1%～80%。
3.根据权利要求1所述的稳定化锂金属粉末的制备方法，其特征在于：所述锂离子良导体的中值粒径为100nm～50μm。
4.根据权利要求1所述的稳定化锂金属粉末的制备方法，其特征在于：步骤二中所述石墨化的持续时间为2h～48h。
5.根据权利要求1所述的稳定化锂金属粉末的制备方法，其特征在于：所述惰性气体氛围为氩气氛围或氮气氛围。
6.根据权利要求1所述的稳定化锂金属粉末的制备方法，其特征在于：所述低温固体沥青的熔融温度小于180℃。
7.根据权利要求1所述的稳定化锂金属粉末的制备方法，其特征在于：步骤二中，切成小片后的锂金属的截面形状为长方形、圆形、三角形、椭圆形或梯形。
8.根据权利要求1所述的稳定化锂金属粉末的制备方法，其特征在于：切成小片后的锂金属的体积小于20cm3。
9.根据权利要求1所述的稳定化锂金属粉末的制备方法，其特征在于：所述锂离子良导体为LiF、TiO2、SiO2、SnO2、SiC和Al2O3中的至少一种。
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