[发明专利]一种钝化锂微球的制备方法及其装置和应用

说明书

本发明提供一种钝化锂微球的制备方法及其装置和应用。本发明提供的钝化锂微球制备方法包括以下步骤：1)利用流体振动喷嘴对熔融态金属锂射流进行分散处理，得到金属锂液滴；2)对所述金属锂液滴施加静电，得到金属锂微球；3)将所述金属锂微球置于钝化溶液中，搅拌，得到钝化锂微球。上述制备方法通过采用微胶囊造粒技术，利用叠加振动原理以及特定的钝化工艺，能够制备得到尺寸较小且尺寸可调、粒径分布窄，钝化层组成以及厚度可调，具有高包覆率的钝化锂微球。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，涉及一种钝化锂微球的制备方法及其装置和应用。

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，己被广泛应用于便携式电子产品和电动车。随着新能源汽车、智能电网、分布式储能的快速发展，对新能源器件的能量密度提出了更高的要求，急需研究高容量电极材料。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，石墨和硅碳材料的电位位于电解液稳压窗外，在充电过程中电解液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)，消耗正极的锂离子，造成正极活性锂离子损失(7-15wt％)，导致初始循环库仑效率较低。而SEI薄膜的不断增厚也会导致锂离子的不可逆转损失，永久地消耗大量来自正极的锂，降低了锂离子电池的容量和能量密度。

预锂化技术是减小不可逆容量损失、提高库仑效率的一个有效方法，通过预锂化对电极材料进行补锂，抵消形成SEI膜造成的不可逆锂损耗，以提高电池的总容量和能量密度。研究者们加大正极材料的添加量，使用预锂化添加剂，采用电化学预锂化，采取接触短路等方式对电极预锂化，在一定程度上可以补偿首次循环的不可逆容量损失，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。但金属锂粉活性较高，难以直接使用，需要制作出一种稳定的金属锂粉末颗粒，颗粒的内层为金属锂，外层为具有良好锂离子导通率和电子导通率的保护层。预锂化过程中，可以通过将钝化锂粉混入电池浆料或者将钝化锂粉分散在有机溶剂中，然后将分散体涂覆或喷涂在负极片上，接着将负极片上的残留有机溶剂干燥，这样就得到了完成预锂化的负极片。化成时，在负极上的锂粉会消耗于SEI膜的形成，从而最大限度的保留从正极脱嵌的锂离子，提高锂离子电池的首次循环效率及容量。

目前，钝化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，具体为以惰性高沸点有机溶剂为保护溶剂，在较高温度下使金属锂熔化，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，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。

喷雾干燥法也是制备钝化锂粉一种常用方法，该方法采用干燥的熔锂罐将固态的金属锂熔融成液态的金属锂，并在干燥的钝化罐内将液态的金属锂雾化成细微的金属锂液滴使其分散下落，在下落过程中与冷却钝化气流相遇，受冷凝固成金属锂微球，与钝化剂反应在金属锂微球的表面形成钝化膜，获得已经钝化的金属锂微球，但喷雾干燥法制备的金属锂微球包覆层可选择性较差，工艺可控性差，粒径分布较广。

发明内容

本发明提供一种钝化锂微球的制备方法，该方法通过采用微胶囊造粒技术，通过流体振动喷嘴的叠加振动原理以及特定的钝化工艺，能够制备得到尺寸较小且尺寸可调、粒径分布窄，钝化层组成以及厚度可调，具有高包覆率的钝化锂微球。

本发明还提供一种钝化锂微球，该钝化锂微球通过上述制备方法制得，一方面具有尺寸较小、粒径分布窄的优点，在补锂浆料中易于分散，从而有利于获得致密均匀的补锂层，另一方面具有高包覆率的优点，钝化层能完整包覆内部的金属锂，使其不受空气中水分和氧化性气体的影响，从而能够在空气中长时间稳定保存。

本发明还提供一种钝化锂微球的制备装置，该装置简单易操作，能够实现钝化锂微球的连续化生产，有利于钝化锂微球的工业化生产与应用。