[发明专利]一种金属锂合金及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种金属锂合金及其制备方法与应用，制备方法包括：从锂矿石浸出液或净化后的锂卤水中提取碱金属盐固体；将碱金属盐固体进行干燥处理；将干燥后的碱金属盐固体在真空下进行真空还原，冷凝后得到金属锂合金；其中，真空还原所用还原剂为铝粉、硅粉、镁粉和钙粉中的一种或两种，还原温度为700～1300℃。本发明提供的锂合金的制备方法工艺简单、便于操作，制备得到的锂合金具作为负极时，能缓解与电解液的副反应，还可消除电流集中效应，抑制枝晶的产生，提高了锂金属电池的库仑效率、比容量和循环稳定性。

技术领域

本发明涉及冶金物理化学领域，特别涉及一种金属锂合金及其制备方法与应用。

背景技术

锂是重要的“能源金属”，被美国誉为21世纪的战略元素。我国已探明的锂资源总储量占世界第二位，主要以盐湖卤水和矿石的形式存在。随着锂离子电池的兴起，对锂资源的需要日益增加。传统的从锂矿石提锂已经满足不了社会的需要，从盐湖卤水提取锂资源成为我国开发锂资源的必然趋势。

随着社会对能源要求的井喷式增长，锂离子电池受其固有限制，难以满足社会的需求。对新一代高能量二次电池研究迫在眉睫。金属锂是质量最轻的金属，密度只有0.534g/cm³，理论比容量更是高达3860mAh/g。以金属锂为负极的锂硫电池(Li-S)和锂空气电池因为其高的容量，引起了极大关注。锂负极成为高能量电池体系独一无二的选择。

但是金属锂在循环的过程中会产生锂枝晶，锂枝晶不断生长，最终会刺穿隔膜，导致严重安全的问题。另外，若金属锂脱落，则会形成“死锂”，造成容量不可逆损失。其次，金属锂非常活泼，几乎能和电解质中所有组分反应，形成一个复杂的固体电解质界面。

为了解决锂负极存在的问题，尽早实现高能量密度的金属锂二次电池的应用，湖南大学梁宵等(X.Liang,et al.A Facile Surface Chemistry Route to a StabilisedLithium MetalAnode,Nature Energy,2017,2,17119-17126.)制备了锂砷，锂硒，锂铋合金，降低了金属锂的活度，合金元素作为锂沉积的活性位点，能诱导锂均匀沉积，延长了金属锂电池寿命。但是，这种合金化方法不易实现，也无法进行大规模的生产，无法从根本上解决金属锂固有问题。通过更简单的方法制备锂合金无疑对金属锂电池的发展尤为重要。

发明内容

本发明提供了一种金属锂合金的制备方法及其应用，其目的是用一种简单、有效的方法制备金属锂合金，降低锂的活性，缓解锂合金负极与电解液的副反应，提高锂金属电池的循环稳定性、库仑效率和比容量。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种金属锂合金的制备方法，包括如下步骤：

1)从锂矿石浸出液或净化后的锂卤水中提取碱金属盐固体；

其中，所述碱金属盐固体包括锂盐固体、钠盐固体、钾盐固体、铷盐固体和铯盐固体；

2)将步骤1)所得碱金属盐固体进行干燥处理；

3)将干燥后的碱金属盐固体进行真空还原，冷凝后得到金属锂合金；

其中，真空还原所用还原剂为铝粉、硅粉、镁粉和钙粉中的一种或两种，还原温度为700～1300℃。

优选地，步骤1)所述锂矿石浸出液或净化后的锂卤水中锂与镁的浓度比及锂与硼的浓度比均大于1。

优选地，步骤1)所述锂矿石浸出液或净化后的锂卤水中碱金属含量大于10mg/L。

优选地，所述碱金属盐固体由以下方法制备得到：用复合萃取剂对锂矿石浸出液或净化后的锂卤水进行逆流萃取和分液，再蒸发有机溶剂，得到锂盐固体和其他碱金属盐固体。