[实用新型]一种制备高稳定性金属锂微球粉末的制备装置

说明书

[技术领域]

本实用新型涉及一种制备液体金属材料制备金属粉末的制备装置，具体涉及一种制备高稳定性金属锂微球粉末的制备装置，用于锂离子电池电极材料以提升电池的首次库伦效率、容量和循环性能。

[背景技术]

锂离子电池因工作电压高、比能量大、体积小、质量轻、循环寿命长、自放电低、无记忆效应、无污染等优点被广泛应用。传统锂离子电池负极材料为石墨及碳材料，正极材料有钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂等材料。但是由于石墨类材料容量偏低，其续航能力越来越不能满足人们的要求。现有的锂离子电池生产技术存在一定量的活性锂损失问题，其主要体现在由于石墨负极的嵌锂电位低于电解液溶剂碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC)等的还原电位，在充电过程中溶剂会被还原从而在负极表面生产一层固体电解质膜(SEI)，此过程中有锂离子参与反应，例如生成Li₂CO₃、LiF和烷基碳酸锂等在负极材料中难以脱嵌的不可逆锂产物，从而导致了活性锂约7-10％的损失，使得锂离子电池的首次库伦效率降低。通过理论以及实验证明，向锂离子电池中添加额外的活性锂，即加入金属锂微球粉末，让锂预先掺入电极材料中，可以有效地解决上述问题。

传统金属粉末的制备方法一般采用气雾法或水雾法，其主要特征在于通过雾化方法将熔融金属粉碎成金属粉末。传统方法中，金属的熔炼装置通常使用感应加热炉或电阻加热炉，并且与雾化器分开，这就导致熔融后的金属需要中间包来保持温度，增加了能耗。而金属锂的熔点在180℃，低于大部分的金属。本发明利用锂金属熔点低的特性，提出一种将熔融装置与雾化器直接连接起来的制备锂金属粉末的制备装置。

锂金属十分活泼，易与氧气、氮气以及水蒸气发生反应，制备成微球粉末后，比表面积大大增加，活性也大大提高。针对金属锂粉易与空气和水蒸气发生反应的问题，本发明提出一种制备高稳定性金属锂微球粉末的方法。此方法操作过程简单，能耗少，产品具有粒度可控和稳定性高的优点，能在室温和正常湿度下保持12小时以上不发生明显金属锂衰减，易于在空气中使用，添加到电极材料中能有有效改善电池的首效和循环性能。因此利用本发明的方法和设备制备的高稳定性金属锂微球粉末在锂电池领域具有非常广阔的应用前景。

[发明内容]

本实用新型的目的在于提供一种高稳定性金属锂微球粉末的制备装置，制备装置利用了金属锂低熔点的特性使设备更简易、环保，制备方法解决了现有技术中锂微球粉末易与空气、水反应的缺陷，并将其应用于锂离子电池中以提高电池首效、容量和循环性能。

为了实现上述目的，本实用新型采取的技术方案如下：

一种高稳定性金属锂微球粉末的制备装置，其特征在于：包括熔炼装置、雾化室8、高压气体雾化器7、粉体保护反应室10、固液分离室18、输液泵12、气体增压泵15、粉体管道9、熔体输液管道(第一输液管道3)、熔体导管6、保护液管道(第二输液管道11和第三输液管道17)、气体管道14、加热器4和冷却器5，雾化室8内安装高压气体雾化器7，熔炼装置出口通过第一输液管3和熔体导管6与高压气体雾化器7的进口相连，雾化室8的出口通过粉体管道9与粉体保护反应室10的进口相连，粉体保护反应室10充满流动的保护液，粉体保护反应室10的出口通过第三输液管17与保护液储藏罐13和固液分离室18相连，所述保护液储藏罐13的第一出口通过输液泵12及第二输液管道11循环至粉体保护反应室10，所述保护液储藏罐13的第二出口通过气体管道以及气体增压泵15循环至高压气体雾化器7。上述装置形成了高稳定性金属锂微球粉末制备装置，包括金属锂的熔融、输液、雾化、粉体保护、过滤等环节。

所述的熔炼装置包括熔炼炉1与熔炼炉夹层2，熔炼炉夹层内可通导热油或可安装感应加热装置。所述的熔炼装置为带有夹层的熔炼炉，夹层内可以通导热油或加入感应加热设备。

固液分离室18内装有过滤装置，并与保护液储藏罐相连，所述输液管上有冷却器和加热器，用于供液或停止供液；所述的雾化室安装有冷却装置，冷却方式通常为水冷或气冷，优选气冷。

所述的过滤装置为滤网自然过滤或布氏漏斗抽滤，通过筛网19过滤可以筛选出所需的锂粉粒径。

所述的固液分离室18可以拆卸移动，可以定时将分离得到的湿高稳定性金属锂微球粉末倒出干燥。

综上所述，本实用新型对现有技术具有如下特点：