[发明专利]一种金属锂单质及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种金属锂单质及其制备方法与应用，制备方法包括：1)将净化后的含锂水相用萃取有机相进行萃取，分液得到含锂有机相；2)将步骤1)所得含锂有机相用洗涤液进行洗涤；3)将洗涤后的含锂有机相进行电解得到金属锂单质。本发明从锂资源中提取锂单质，并可将锂单质直接作为锂负极，实现了资源的综合利用和材料短流程制备，无需经过反萃结晶转型等耗能步骤，技术优势明显，节能效果显著。本发明的金属锂负极应用于锂电池上，配合正极材料使用，能保证其负极表面电荷分布均匀，电场稳定，实现金属锂的均匀沉积，缓解了锂枝晶的生长，提高了金属锂电池的稳定性和安全性。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，具体涉及一种金属锂单质的制备方法及其应用。

背景技术

随着电动汽车的发展，传统锂离子电池无法满足未来发展趋势。在目前的电极材料中，金属锂作为最轻的金属元素，其理论容量3860mAh/g，且具有低的电化学电位(-3.04Vvs.标准氢电极)。因此用金属锂作为负极的锂二次电池具有高容量以及高能量的优点，被认为是未来电池发展的热门选择。

但是金属锂电池在商用化进程中受到以及几个因素的限制：(1)金属锂沉积-脱离的反应机制，充放电过程中体积膨胀剧烈，严重恶化电极结构，影响电池稳定性；(2)金属锂表面生成的SEI膜不稳定，导致金属锂的体积膨胀，使得SEI膜不断破裂-再生，金属锂和电解液损失严重；(3)金属锂表面交换电流密度大，结构不均一，使得电流密度在其表面分布不均匀，金属锂沉积不均匀，形成锂枝晶，降低电池的使用寿命，造成安全隐患。针对锂负极枝晶问题，研究者提出了多种解决思路，如Liang Xiao等(A Facile Surface ChemistryRoute to a Stabilized Lithium Metal Anode，Nat.Energy,2017,2,17119-17126.)在金属锂表面原位生成锂合金，这类合金具有优良的锂离子传输能力和机械性能，能够避免金属锂与电解质直接接触，稳定SEI膜，降低它们间的副反应，抑制了锂枝晶的生长，提高电池的循环稳定性；WangTuo等(Ultrafast Charging High Capacity Asphalt-Lithium MetalBatteries，ACS Nano 2017,11,10761-10767.)等将多孔碳和石墨烯复合物作为金属锂的三维集流体，其较大的比表面积降低了负极的电流密度，抑制锂枝晶的生长。

上述思路提供了多种抑制锂枝晶的解决方案，在抑制锂枝晶的生长同时带来了其他问题，如表面生成合金可分散电流集中特性，但对于超薄高利用率锂金属不适用；而三维集流体在沉积锂后需要拆卸-重新组装电池，流程复杂，而且极高的比表面积会增大锂的活性，实施条件很苛刻。

传统工艺从含锂水相中提取金属锂的流程复杂，必须经过萃取、反萃、结晶转型、电解等多个复杂步骤，且电解制备的金属锂虽纯度较高，但直接作为金属锂负极使用会存在上述锂负极所存在的问题。因此开发低成本、高效率，同时又能制备出有效抑制锂枝晶生长的金属锂负极成了大规模生产的关键。

发明内容

本发明提供了一种金属锂单质及其制备方法与应用，其目的是为了改变金属锂单质及锂负极复杂的制备方法，实现锂资源综合利用并缩短传统工艺流程，应用于金属锂电池时，其表面电荷分布均匀，电场稳定，可实现金属锂的均匀沉积，缓解锂枝晶的生长，提高金属锂电池的稳定性和安全性。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

1一种金属锂单质的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将净化后的含锂水相用萃取有机相进行萃取，分液得到含锂有机相；

其中，所述净化后的含锂水相中锂与镁以及锂与硼的浓度比均大于1；所述萃取有机相包括提锂萃取剂和有机溶剂，所述有机溶剂为碳酸酯类有机溶剂或醚类有机溶剂；