[发明专利]一种锂离子电池负极用锂锡合金粉末的制备方法及应用

说明书

本发明提供了一种锂离子电池负极用锂锡合金粉末的制备方法及应用，具有这样的特征，包括以下步骤：步骤一，将锡基箔与锂带平整地贴合到一起得到堆叠金属片；步骤二，在干燥无氧的环境下，通过压力设备对堆叠金属片进行压制，使锡基箔完全嵌入锂带中，得到锂锡合金金属片；步骤三，在干燥无氧的环境下，通过研磨设备将锂锡合金金属片研磨成锂锡合金粉末。制备得到的锂锡合金粉末的粒径为10μm～100μm，将其加入到负极中进行补锂，能够提高电池的首圈库伦效率和循环稳定性。本发明的一种锂离子电池负极用锂锡合金粉末的制备操作简单、技术成熟、可用于多种负极材料的补锂，因而在锂离子电池补锂工艺中有很广阔的发展前景。

技术领域

本发明属于锂离子二次电池领域，具体涉及一种锂离子电池负极用锂锡合金粉末的制备方法及应用。

背景技术

在锂离子电池首次充电过程中，有机电解液会在负极材料表面发生还原分解，形成固体电解质相界面(SEI)，永久地消耗大量来自于正极的锂，从而造成了首次循环库伦效率(ICE)偏低，降低了锂离子电池容量和能量密度。对于常见的负极材料，石墨有5％～10％的首次不可逆锂的损耗，对于高容量负极材料，这种影响更为显著，硅的不可逆容量损失则可达到15％～35％，因而补充损耗的锂对于锂离子电池至关重要，补锂可以以富锂金属氧化物为正极作，但是正极补锂的效果并不理想，其中主要原因有在正极残余的没有活性的化合物会降低电池的能量密度；同时也可能由于锂含量大而存在安全隐患等。

负极补锂过程则是更为常见预锂化方法，其中锂箔补锂和锂粉补锂是目前重点发展的预锂化工艺。锂箔补锂是利用自放电机理的技术，由于电势差的存在，使得当负极材料和金属锂箔接触时，电子自发向负极移动，伴随着Li⁺在负极的嵌入从而达到预锂化的效果。但是这种预锂化的程度不易精确控制，不充分的锂化不能充分提高ICE，而补锂过度可能会在负极表面形成金属镀锂层，这使得其应用受到了一定程度的限制。

锂粉补锂则将锂粉在制浆过程中添加到浆料中，或者是将锂粉直接添加到负极极片的表面，从而达到补锂的效果，锂粉补锂可以通过锂粉的添加量控制预锂化的程度，这对于控制实验精度十分重要，既可以不会造成锂的浪费又不会因预锂化程度不够而没有达到预期的效果。

锂粉生产工艺较为复杂，商业标准为粒径大概在10μm～100μm之间，这样既不会因为粒径太大而不易使用，也不会因为粒径过小而发生团聚。因锂粉的特殊性，所以如果想要长途运输或者保存，就必须要对得到的锂粉进行“惰性化”处理，因而一般说的锂粉其实是“惰性锂粉”，而“惰性化”的处理，会使得成本大大提高。比亚迪的一篇关于惰性锂粉的制备方法的原理为：首先，在惰性气氛下将金属锂加入到第一溶剂中，第一溶剂与金属锂不发生反应，加热至金属锂熔融，搅拌使熔融的金属锂分散，冷却后进行清洗并干燥，得到锂粉颗粒；其次，在惰性气氛下将金属盐加入第二溶剂中得到溶液，第二溶剂与金属锂不发生反应，将之前得到的锂粉颗粒加入第二溶剂中，锂粉颗粒与金属盐发生原位还原反应，将反应产物进行清洗并干燥，得到钝化锂粉。其中，第一溶剂为液体石蜡、矿物油中的一种或两种；第二溶剂为铜、镍、铁、锌、铅、银、镉、钴盐中的一种或几种(溶剂为碳酸酯类)。日本TDK的专利也是达到类似的效果：首先稳定化锂粉包含无机保护层的制备，无机金属包含铁和锶，质量比例在0.21～2.51之间，最后在熔融状态下通入二氧化碳和微量金属进行表面保护层的反应得到惰性锂粉。天齐锂业钝化锂粉的方法则是将金属锂加入到4，4’-二甲基联苯中，密封加热至200℃～250℃，将金属锂分散为小液滴，其次将小液滴取出冷却，得到惰性锂粉。其他的惰性锂粉都是有相似的过程，而从这些步骤也可以看出“惰性化”这个过程的复杂性，并且提高了成本，产业化较为困难，所以，如果能够用简单的制备工艺就可以得到低廉锂粉，这对预锂化的发展意义重大。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种锂离子电池负极用锂锡合金粉末的制备方法及应用，采用工业上已有的锡箔和锂带，通过机械应力制备出一种可以用于负极材料补锂的锂粉，用于锂离子电池负极材料补锂以提高其首次库伦效率和循环稳定性。