[发明专利]一种钝化锂粉及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种钝化锂粉及其制备方法和应用，属于锂离子电池技术领域。本发明提供的钝化锂粉的制备方法，包括以下步骤：以锂盐为电解质，以锂片为阳极，以惰性金属为阴极，在有机溶剂和含氟化合物存在的条件下进行电镀，得到钝化锂粉。采用本发明提供的方法制备的钝化锂粉在湿度20％以下的空气中放置1个月，钝化锂粉的结构不发生明显变化；用于石墨负极及硅碳负极的预锂化/补锂，首循环库伦效率可提高至99.8％以上；预锂化的石墨负极及硅碳负极与LiCoO₂等正极组装的全电池首循环库伦效率可提高至98％以上，而且能耗低、易操作且可连续制备，适合批量化生产。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种钝化锂粉及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池具有电压高、比能量高、安全性能好等优点，已被广泛应用于便携式电子产品和电动车。目前商品化锂离子电池的负极主要是石墨和硅碳材料。然而，石墨和硅碳材料的嵌锂电位低于电解液中的碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)等有机溶剂的还原电位，因此在充电过程中这些溶剂会被还原在负极表面生成一层由氧化锂、氟化锂和有机锂盐化合物等组成的固体电解质膜(SEI)。SEI的生成过程不仅有电子参与，还必须有锂离子参加反应，由于锂离子电池中石墨和硅碳负极的初始状态不含锂，使得SEI的形成需消耗正极的锂离子，造成正极活性锂离子损失(7～15wt％)，降低了电池能量密度。

针对该问题，主要采取预锂化/补锂工艺降低正极活性锂的损失，即在石墨或硅碳负极加入活性锂，补偿负极形成SEI消耗的锂，回避正极活性锂的损失。目前负极补锂工艺主要有化学补锂和电化学补锂等方法，其中以锂粉作为补锂剂的化学补锂不需要额外的预装和拆卸过程，与锂离子电池组装工艺流程兼容性高，是非常有效的补锂手段。

目前，锂粉的制备方法主要沿用FMC公司报道的强力机械剪切“微乳化”方法，结合表面钝化工艺制备的钝化锂粉。例如，美国专利US Pat.No.5776369公开了以惰性高沸点有机溶剂为保护溶剂，在较高温度下(200℃)使金属锂熔化，通过高速搅拌产生的高剪切力使熔融金属锂“微乳化”，加入钝化添加剂，得到钝化锂粉；中国专利CN 104393267A也报道了相似的制备方法。然而通过机械剪切“微乳化”制备锂粉的方法需要高速搅拌装置和加热装置，设备复杂程度高，得到的钝化锂粉尺寸通常较大(几十到上千微米)，大尺寸钝化锂粉增加了预锂化过程锂粉均匀分散的难度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钝化锂粉及其制备方法和应用。本发明提供的制备方法制备的钝化锂粉具有核壳结构，尺寸小，结构稳定，循环性能高；制备方法能耗低、易操作且可连续制备。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种钝化锂粉的制备方法，包括以下步骤：以锂盐为电解质，以锂片为阳极，以惰性金属为阴极，在有机溶剂和含氟化合物存在的条件下进行电镀，得到钝化锂粉。

优选的，所述锂盐包括LiPF₆、LiAsF₆、LiTFSI和LiFSI中的一种或几种。

优选的，所述含氟化合物包括氟代碳酸乙烯酯和/或氟化铵；

所述有机溶剂包括醚类有机溶剂或碳酸酯类有机溶剂。

优选的，所述锂盐、含氟化合物和有机溶剂的用量比为(0.8～1.5)mmol：(0.05～0.3)mmol：1mL。

优选的，所述电镀的电流密度为0.01～2.0mA·cm^-2，电镀时间为0.25～8h。

优选的，所述电镀完成后，还包括将所得钝化锂粉膜依次进行清洗、超声剥离和干燥。