惰性锂粉及其制备方法、包含其的锂离子电池电极材料和锂离子电池与流程

本发明属于电池材料，涉及一种惰性锂粉及其制备方法、包含其的锂离子电池电极材料和锂离子电池。

背景技术：

1、在锂离子电池首次充电过程中，有机电解液会在石墨等负极表面还原分解，形成固体电解质相界面(solid electrolyte interphase，sei)膜，永久地消耗大量来自正极的锂，造成首次循环的库仑效率(initial coulombic efficiency，ice)偏低，降低了锂离子电池的容量和能量密度。为了解决这个问题，人们引入了“预锂化”技术。“预锂化”(也被称为“预嵌锂”或“补锂”)是指在锂离子电池工作之前向电池内部增加锂来补充锂离子。通过预锂化对电极材料进行补锂，抵消形成sei膜造成的不可逆锂损耗，以提高电池的总容量和能量密度。

2、锂粉是预锂化过程中常见的补锂剂，但金属锂粉活性较高，难以直接使用，故需要对其进行钝化处理，即在金属锂粉表面引入钝化包覆层。现有的钝化包覆层通常是无机化合物或聚合物制成。在金属锂粉表面加入无机化合物钝化层，会大量消耗锂金属，造成浪费，而聚合物钝化层则存在着由于使用大量溶剂所造成的污染问题。且上述无机化合物或聚合物钝化层均很难保证在导锂离子的同时还可以防水。另外，常规钝化包覆层在锂金属消耗掉之后常作为非活性物质，对于能量密度和后期锂离子沉积均无正向作用。

3、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足及缺陷，本发明旨在提供一种惰性锂粉及其制备方法、包含其的锂离子电池电极材料和锂离子电池。

2、为了实现上述目的，采用如下的技术方案：

3、本发明提供了一种惰性锂粉，包括含锂物质以及设置在所述含锂物质表面的金属层；

4、所述含锂物质为含有锂单质和/或锂合金的物质；

5、所述金属层主要成分为金属ⅰ与所述含锂物质中的锂形成的合金，所述金属ⅰ与所述含锂物质中的锂形成的合金的熔点低于所述含锂物质的熔点。

6、进一步，在本发明上述技术方案的基础之上，用于形成所述含锂物质的原料包括锂金属、锂锡合金、锂镁合金、锂铝合金、锂硅合金、锂银合金、锂铋合金、锂锰合金、锂镉合金或锂锌合金中的至少一种；

7、优选地，所述含锂物质中的锂含量不低于40wt.％。

8、进一步，在本发明上述技术方案的基础之上，所述金属层中的金属ⅰ包括铟或主要由锂、铟、锡、镓、镉、铋、铅、锌组成的二元合金、三元合金或多元合金中的至少一种，进一步优选包括铟、锂铟合金、锂镓合金、锂铟锡合金、锂镓锡合金、镓铟合金、镓铟锡合金、铟锡合金、镉锡合金、铋锡合金、铋铅锡合金、铋锡锌合金、铋锡镉合金或铋锡镉铟合金中的至少一种；

9、优选地，所述金属ⅰ与含锂物质中的锂形成的合金的熔点低于所述含锂物质的熔点至少20℃；

10、优选地，所述金属层中的锂元素含量沿远离所述含锂物质方向梯度减小。

11、进一步，在本发明上述技术方案的基础之上，所述含锂物质的形状为球状或类球状，所述含锂物质的粒度d50为10-50μm；

12、优选地，所述金属层的厚度为0.5-5μm；

13、优选地，所述惰性锂粉的锂含量为40-90wt.％；

14、优选地，所述惰性锂粉在露点-40℃环境下变质比例为0.1-0.3wt.％/h。

15、本发明还提供了上述惰性锂粉的制备方法，包括以下步骤：

16、在所述含锂物质表面形成金属层，得到惰性锂粉。

17、进一步，在本发明上述技术方案的基础之上，所述的惰性锂粉的制备方法，包括以下步骤：

18、(a)将用于形成含锂物质的原料与耐热惰性液体混合，然后搅拌并加热至第一温度，以使用于形成含锂物质的原料熔化形成液态含锂物质，得到含锂物质与耐热惰性液体形成的混合物a；

19、(b)将混合物a降温至第二温度使液态含锂物质转化为固态含锂物质，然后与用于形成金属层的金属ⅰ混合并搅拌，以使所述金属ⅰ熔化并包覆在固态含锂物质表面形成液态金属层，再降温以使液态金属层固化，然后将耐热惰性液体脱除，将得到的产物洗涤、干燥，得到惰性锂粉。

20、进一步，在本发明上述技术方案的基础之上，步骤(a)中，所述耐热惰性液体包括聚甲基硅氧烷、聚二甲基硅氧烷、聚四甲基硅氧烷或石蜡中的至少一种；

21、优选地，步骤(a)中，用于形成所述含锂物质的原料与耐热惰性液体的质量比为1：(50-500)；

22、优选地，步骤(a)中，所述第一温度为200-400℃，在第一温度下保温时间为30-180min；

23、优选地，步骤(a)中，搅拌时的线速度为40-95m/s。

24、进一步，在本发明上述技术方案的基础之上，步骤(b)中，所述第二温度为150-380℃，第二温度低于所述含锂物质的熔点且高于所述金属ⅰ与锂形成的合金的熔点，且第二温度低于所述第一温度至少20℃；

25、优选地，步骤(b)中，混合物a中的含锂物质与用于形成金属层的金属的质量比为1：(0.1-1)；

26、优选地，步骤(b)中，混合的时间为10-60min；

27、优选地，步骤(b)中，搅拌时的线速度为40-95m/s；

28、优选地，步骤(b)中，再降温时，降温速率为1-10℃/min；

29、优选地，步骤(b)中，洗涤所采用的溶剂包括丙酮、乙腈、n-甲基吡咯烷酮、碳酸酯、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、1,3-二氧环戊烷、二甲氧基甲烷、1,2-二甲氧基乙烷、二甘醇二甲醚或石油醚中的至少一种；

30、优选地，步骤(b)中，洗涤的时间为10-60min，温度为0-20℃。

31、本发明还提供了一种锂离子电池电极材料，包括上述惰性锂粉或采用上述制备方法制得的惰性锂粉。

32、本发明还提供了一种锂离子电池，包含上述锂离子电池电极材料。

33、与现有技术相比，本发明的技术方案至少具有以下技术效果：

34、(1)本发明提供了一种惰性锂粉，包括含锂物质以及设置在含锂物质表面的金属层，其中，金属层主要成分为金属ⅰ与含锂物质中的锂形成的合金，金属ⅰ与含锂物质中的锂形成的合金的熔点低于含锂物质的熔点，该金属层可以在空气中稳定，同时也能够为锂离子传导提供通路，另外还可以作为锂离子沉积成核位点，抑制锂枝晶的生长。

35、(2)本发明提供了上述惰性锂粉的制备方法，在含锂物质表面形成金属层，进一步的，先将含锂物质与耐热惰性液体形成的混合物a与用于形成金属层的金属ⅰ混合，然后对其加热并搅拌，以使金属ⅰ熔融并包覆在未熔的含锂物质表面，冷却后再进行洗涤、干燥，得到惰性锂粉；该制备方法工艺简单，金属层的引入完全是利用纯物理冶金方法，没有废弃物的产生，安全环保。

36、(3)本发明提供了一种锂离子电池，包括上述惰性锂粉制成的锂离子电池电极材料，鉴于上述惰性锂粉所具有的优势，使得锂离子电池具有高能量密度、长循环性能以及高循环效率。