[发明专利]一种锂合金负极材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种锂合金负极材料及其制备方法，制备方法包括以下步骤：在露点不高于‑50℃、氧含量不高于10ppm的环境中，将金属锂加热至熔融状态；将过渡金属加入熔融状态的金属锂中，保温5～15min，混匀，形成熔融的合金状态；将熔融状态的合金冷却至室温，制得锂合金负极材料。本发明制备方法简单可行，成本低，制备出的金属锂合金负极材料在锂电池中能够有效提高电池的库伦效率和循环寿命。

技术领域

本发明属于电池负极材料技术领域，具体涉及一种锂合金负极材料及其制备方法。

背景技术

由于金属锂具有最高的理论比容量与最低的氧化还原电位，使得金属锂可能作为负极材料满足锂电池提高能量密度的需求。因此金属锂负极的改性研究也成为了锂电池领域里面的热门方向。但是金属锂自身的高活性、大体积形变以及锂枝晶问题一直是限制金属锂负极面向应用的障碍。目前，金属锂作为锂电池负极主要存在的问题如下：(1)金属锂的化学活性非常高，容易和电解液发生不可逆的化学反应，消耗电解液与金属锂本身，从而降低负极容量和电池循环寿命；(2)金属锂在充放电过程中体积形变非常大，导致电池出现较大的膨胀和收缩；(3)金属锂在沉积的过程中由于动力学和热力学的原因容易生长锂枝晶，不仅会形成死锂降低负极容量和增加电池极化，还可能引起内部短路导致电池失效甚至起火爆炸。对此，已有很多研究从电解质、隔膜、表面修饰等方面致力于对金属锂负极进行改性以提高锂二次电池的性能与寿命，抑制锂枝晶的生长。但这些工艺较为复杂，不利于大规模的应用，现在仍未找到一种有效抑制锂枝晶生长的方法。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种锂合金负极材料及其制备方法，可有效解决金属锂负极材料在电池循环过程中金属锂枝晶的生长造成的库伦效率低、寿命短等问题。

为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种锂合金负极材料，其制备方法包括以下步骤：

(1)在露点不高于-50℃、氧含量不高于10ppm的环境中，将金属锂加热至200～800℃，使金属锂为熔融状态；此处的环境条件是要避免金属锂与空气中的水分或氧发生变化；

(2)在温度低于过渡金属熔点温度的条件下，将过渡金属加入熔融状态的金属锂中，保温5～15min，混匀，形成熔融的合金状态；其中，过渡金属为铜、镍、钪、钛、钒、铬、锰、钴和铌中的至少一种；

金属锂熔融时，其温度是低于过渡金属的熔点温度的。向熔融状态的金属锂中加入过渡金属后，金属锂会起到助溶剂的作用，使得金属锂与过渡金属在温度低于过渡金属熔融温度条件下也能很好的进行熔融混合。当金属锂熔融温度较高时，金属锂与过渡金属能够更快地形成熔融合金；当熔融温度适当降低时，两种金属也会形成熔融合金。在本发明的200～800℃，均可使得金属锂与过渡金属熔融混合，形成熔融合金。

(3)将步骤(2)所得物冷却至室温，制得锂合金负极材料。

在熔融合金冷却过程中过渡金属和金属锂均是以单质形式存在，且锂合金内部形成了均匀的过渡金属网络结构，这样的合金结构可以用作电池负极材料，可有效提高电池的性能。

进一步地，步骤(1)中在露点为-55℃、氧含量为5ppm的环境中对金属锂进行加热，加热温度为500℃。

进一步地，过渡金属与金属锂的原子个数比为1:100～2:3。

进一步地，过渡金属与金属锂的原子个数比为1:60。

进一步地，过渡金属为铜。

进一步地，步骤(3)中将步骤(2)所得物在5min之内冷却至室温。