[发明专利]钝化金属锂粉的制备方法及装置

说明书

本发明涉及锂离子电池制造领域，尤其涉及一种钝化金属锂粉制备方法及制备装置。本发明解决的技术问题是提供一种能耗低且钝化效果好的钝化金属锂粉制备方法。该方法用等离子喷雾法将金属锂制备成锂射流喷出，喷出的锂射流与钝化气流在钝化反应区逆向接触，钝化的同时冷却，得到钝化金属锂粉。本发明将雾化和钝化进行一体化设计，钝化气流直接与雾化的锂射流相接触，借助锂射流带出的温度进行钝化反应，相较于传统先冷却再钝化的方式，不但可以节约能源，还能使锂粉钝化更为充分；而且钝化气流与锂射流相互作用在一定程度上可以促进金属锂进一步雾化，提高钝化锂粉的成球效果；此外，钝化气流还可起到冷却作用，使锂粉在接触仓壁前充分冷却定形。

技术领域

本发明涉及锂离子电池制造领域，尤其涉及一种钝化金属锂粉制备方法及制备装置。

背景技术

锂离子电池是目前商业化二次电池中能量密度最高的电池体系之一，商品化锂离子电池具有良好循环性和使用安全性，它在通讯、电子设备、工业产品及气车等领域获得了大量的应用。

在锂离子电池工作原理的研究中发现，在锂离子电池的前几次充放电循环中，电池容量会出现10～20％左右的快速衰减。经研究发现，这是因为在最初的几次循环过程中，正、负极材料的表面(主要是负极)会自然形成一层具有保护作用的固体电解质层，即俗称的SEI膜。这层膜在生长过程中会不断消耗电池系统中的锂离子，造成系统内可自由移动的锂离子缺乏，从而导致电池容量的衰减。

为了解决因产生SEI膜导致锂离子消耗而降低电池容量，美国FMC公司研究人员首先提出在锂离子电池中添加锂粉可有效抵消上述的不可逆容量，锂粉在电池工作过程中溶解释放出锂离子以弥补SEI膜形成过程中所消耗的锂离子。结果显示该方法取得了明显的成果，锂粉的加入有效抵消了锂离子的损耗，提高了电池的首次充放电效率，进而提高了电池的比能量(电池容量提升了10％～20％)。此外，金属锂粉的引入还可以有效延长电池的循环寿命。这些结论已在后续日本信越化学、韩国SKC Power Tech等的研究中得到证明。

制备金属锂粉的方法主要有搅拌法、液氨法和喷雾法。搅拌法是在惰性液体介质中将锂熔化，用高速机械搅拌的方法，使之乳化于液体载体中，然后冷却到金属熔点以下，及得分散于载体的金属粉。液氨法是将金属锂溶解在液氨中，将所有溶液倒入惰性介质中，在常温下搅拌，使氨挥发，即得金属粉。喷雾法是利用氩气的压力，将熔化的锂喷雾成粉状，在惰性介质中收集。

搅拌法工艺技术最为成熟，运用最为广泛，如专利US5567474、US5776369、US5976403、CN105489852A、WO2007/005983、CN200780037907.3等文件均公开了搅拌法制备金属锂粉的相关方案。搅拌法的优势在于操作安全、可控性高，锂粉粒度均匀。但是，搅拌法制备金属锂粉需要在烃油中进行，采用上述方法，在烃油的加热过程中，不可避免的会产生烃油的焦化等现象，这样就会产生大量的变质烃油。这些焦化的烃油无法再次使用，且不易除杂处理，只能当做废物来将其燃烧。并且，在烃油中来稳定金属锂粉必然需要有机溶剂来除去金属锂粉表面附着的烃油，常用的是采用正戊烷来洗去附着于钝化金属锂粉表面的烃油。首先，正戊烷的挥发性较强，在常温下就容易挥发，会严重刺激操作人员的呼吸道，操作人员需要佩戴相关防护用具才能操作。其次，为了确保将钝化金属锂粉表面的烃油完全洗掉，每次洗涤需要消耗的正戊烷的量也较大。液氨法制得的锂粉粒度细，可在常温、低温下进行，但需要冷冻设备，且耗氨量大，因此，在现有技术中少见报道。

相较而言，喷雾法的设备和操作最为简单、成本最为低廉，并且不会产生多余的污染物。但是在现有的喷雾法制备锂粉的工艺的可控性较低，制得锂粉的质量较差，因此，在现有技术中甚少报道，但是随着工艺的改进，喷雾法相对于搅拌法和液氨法有着更为良好的前景。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能耗低且钝化效果更好的钝化金属锂粉制备方法。