[发明专利]一种石墨烯包覆保护金属锂微球的制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯包覆保护金属锂微球的制备方法，包括如下步骤：S1、将金属锂分散在无活泼氢的惰性溶剂中，形成金属锂微球分散液；S2、将带有表面官能团的石墨烯分散在无活泼氢的惰性溶剂中，形成石墨烯分散液；S3、将步骤S1的金属锂微球分散液和步骤S2的石墨烯分散液混合，充分搅拌处理后，将惰性溶剂过滤分离或挥发干燥，制得石墨烯包覆保护金属锂微球。本发明采用石墨烯作为金属锂粉的保护层，石墨烯保护层具有稳定性高且导电性优异的特点，本发明的方法制备过程简单、易放大，产品具有粒度可控和稳定性高的优点。

技术领域

本发明涉及新能源材料制备技术领域，具体为一种石墨烯包覆保护金属锂微球的制备方法。

背景技术

个人消费电子产品和新能源汽车的快速发展，对锂离子电池的能量密度、循环寿命等性能提出了越来越高的要求。活性锂损失是引起锂离子电池容量损失的主要原因之一，主要包括形成固体电解质界面 (SEI)膜消耗的锂以及嵌入负极材料中难以脱嵌的不可逆锂，这也是导致电池首次库伦效率偏低的直接原因。如果能够通过“补锂”技术来补充这部分活性锂损失，将有效提高锂离子电池的首效、容量和循环寿命等性能。理论及实验结果均已证明，在锂离子电池制备过程中，加入锂粉，进行预锂化处理，能够有效解决活性锂损失问题，大幅度提升锂离子电池的容量和循环寿命等性能。

然而，金属锂十分活泼，易与氧气、氮气及水蒸气发生化学反应，尤其是制成金属锂粉后，由于比表面积大大增加，反应活性也大大提高，无法在空气中稳定存在。因此，金属锂粉如要取得实际应用，对其进行稳定化处理是十分必要的。已有一些关于稳定金属锂粉的方法报道，例如美国专利5,567,474、5,776,369和5,976,403中提到可利用CO₂与金属锂粉表面生成Li2CO3来使锂粉稳定；中国专利CN 102601376B提出利用氟化剂与金属锂粉表面形成LiF保护层来提高锂粉的稳定性。尽管这些在金属锂粉表面形成的Li2CO3或LiF保护层相对于金属锂的稳定性增强了不少，但仍易于空气中的水蒸气发生反应，同时Li2CO3或LiF保护层都是电绝缘的，不利于其应用于锂离子电池。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石墨烯包覆保护金属锂微球的制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种石墨烯包覆保护金属锂微球的制备方法，包括如下步骤：

S1、将金属锂分散在无活泼氢的惰性溶剂中，形成金属锂微球分散液；

S2、将带有表面官能团的石墨烯分散在无活泼氢的惰性溶剂中，形成石墨烯分散液；

S3、将步骤S1的金属锂微球分散液和步骤S2的石墨烯分散液混合，充分搅拌处理后，将惰性溶剂过滤分离或挥发干燥，制得石墨烯包覆保护金属锂微球。

优选的，所述步骤S1和步骤S2中的惰性溶剂为高沸点烷烃或四氢萘。

优选的，所述步骤S2中带有表面官能团的石墨烯为表面羧基改性的石墨烯、表面羟基改性的石墨烯或表面环氧基改性的石墨烯。

优选的，所述步骤S1中金属锂微球分散液的具体制备方法为：在惰性溶剂中加热金属锂，使得金属锂熔融，通过高剪切搅拌分散，使得熔融的金属锂在惰性溶剂中形成微米级颗粒，然后，降低温度，使得金属锂固化，形成金属锂微球分散液。

优选的，所述步骤S2中石墨烯分散液的具体制备方法为：先将砂磨处理后的石墨烯加入到惰性溶剂中，然后，进行超声或高剪切搅拌分散处理，形成均匀稳定的石墨烯分散液。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：利用石墨烯的表面官能团(羟基、羧基或环氧基)与活泼的金属锂发生反应，在金属锂微球表面形成稳定的石墨烯保护层，能够防止金属锂微球与空气、水蒸气接触反应，同时石墨烯保护层相比以前报导的聚合物或锂盐保护层具有优异的导电性，有利于该材料在锂离子电池中的应用。