[发明专利]一种可实现连续化生产的硫化锂的制备方法

说明书

本发明公开一种可连续化生产的硫化锂的制备方法，该方法采用硫化锂前驱体和碳高温热解还原的方法制取硫化锂。硫化锂前驱体包覆碳促进反应的进行，同时采用硫粉蒸发的方式提供炉内的硫气氛，抑制硫化锂前驱体在高温时硫的挥发，采用流动氮气进行气氛保护。该方法无须抽真空或者负压保护，可常压连续进行，放大时可选择使用辊道窑或推板炉实现连续化生产，大大降低了硫化锂的生产成本。

技术领域

本发明属于硫化锂的生产技术领域，具体涉及一种可实现连续化生产的硫化锂的制备方法。

背景技术

随着全世界对于“碳达峰、碳中和”的要求，新能源汽车开始受到世界各国政府的青睐。但是由于传统锂离子电池需要电解液的注入，电池在受到碰撞挤压时极有可能发生电解液泄露，进而导致着火，甚至发生爆炸。而全固态电池因其电解质为全固态形式，安全性能大大提升而受到人们的广泛关注。

目前的锂离子电池大多数正极采用磷酸铁锂体系或者三元体系，同时搭配石墨负极。随着对于锂离子电池的能量密度需求越来越高，这样的电池已经不能满足对于能量密度的需求。锂硫电池的诞生为这一问题的解决提供了方案。

硫化锂因其作为硫化物固态电解质的关键材料和锂硫电池的正极材料成为了受人瞩目的锂属化合物。但是由于目前锂离子电池市场的火热和全球锂矿资源的匮乏及分布不均匀导致锂金属价格的飞速上涨。硫化锂目前的市场价已经上涨到1.2-1.5万元/kg。因此，开发一种成本低廉、可实现规模化连续生产的硫化锂的制备方法尤为重要。

起初硫化锂的制备方式比较单一，通过高温高压促使硫单质和锂单质发生化合反应，比如中国专利CN108190845A。这种方法没有任何废气产生，大大缩短了生产流程。但是这种制备硫化锂的方法成本高昂，生产过程存在高温高压，对设备的选型要求很高，而且工况不易控制，同时也为后续的处理带来了挑战，在经济和工艺上均不易实现规模化的制备。

随着科技的进步，现在硫化锂的制备方式主要分为液相反应法和固相烧结法。液相反应法如中国专利CN105016310A，该专利的主要思路为将锂盐混合在有机溶剂中，同时通入硫化氢气体，在加热状态下反应后除杂得到高纯硫化锂。该反应避免了高温的烧结过程，减少能耗。但是使用的有机溶剂为有毒溶剂，在反应过程中也用到了硫化氢气体，不论是有机溶剂还是硫化氢的泄露都容易造成人员上的伤亡，增加了设备选型和后续回收处理的难度。同时该专利虽号称制备了高纯硫化锂，但在专利说明书中并没有任何表征或者证据能够表明，所以其高纯的纯度和真实性仍有待考证。

固相烧结法的主要思路为将含硫锂盐和还原剂混合后高温烧结制备硫化锂，如中国专利CN112678780A所示。该专利通过固相烧结法制备了硫化锂，并且通过溶解过滤对硫化锂进行了提纯。但该方法需要抽真空至压强低于20Pa，无法实现大规模连续化生产，而且其说明书附图中的XRD图真实性有待考证。因为硫化锂的空气敏感性，在进行XRD测试时必须使用防氧化膜进行覆盖，不然会发生硫化锂变质的情况。但如果使用防氧化膜覆盖，会在18°附近出现防氧化膜的特征鼓包。该附图既没有出现防氧化膜的特征鼓包，也没有出现其他杂质峰，所以其真实性有待考证。

发明内容

针对上述制备方法存在的缺陷和不足，本发明开发了一种可实现连续化生产的硫化锂的制备方法，以实现硫化锂的规模化制备。

为实现上述目的，本发明提供的一种可实现连续化生产的硫化锂的制备方法，包括以下步骤：

a.将含硫锂盐、有机碳源和碳材料按比例混合，分散于有机溶剂中湿法混合，其中，所述有机碳源为可在高温下碳化的有机碳基粘接剂；

b.将所得物料压滤后在模具中压制成块，并将压制成块的物料放入坩埚中，使用管式炉在流动性氮气保护下高温烧结，其中低温区放置硫粉，高温区放置物料；

c.烧结后的材料经过破碎后，溶解在醇类溶剂中，经过真空烘箱烘干去除溶剂得到硫化锂。