[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：1)将净化后的含碱金属水相用复合萃取有机相进行萃取，分液得到富碱金属盐有机相；2)将步骤1)所得富碱金属盐有机相用洗涤液进行洗涤；3)将洗涤后的富碱金属盐有机相进行电解得到金属锂合金。本发明从锂资源中提取锂合金，并可将锂合金直接作为锂负极，实现了资源的综合利用和材料短流程制备，无需经过反萃结晶转型等耗能步骤，技术优势明显，节能效果显著。本发明的合金锂负极应用于锂电池上，能降低锂负极的活性，减小与电解液的副反应。并能能保证其负极表面电荷分布均匀，电场稳定，实现金属锂的均匀沉积，缓解了锂枝晶的生长，提高了金属锂电池的稳定性和安全性。

技术领域

本发明涉及锂金属电池领域，具体涉及一种金属锂合金的制备方法及其应用。

背景技术

近20年来，随着储能技术的发展，尤其是锂离子可充电电池的日益普及、锂电池电动汽车逐步取代传统燃油车。另一方面，全球市场对锂资源需求量飞速增长，也对锂产品提出了更高的质量要求。我国锂资源丰富，不仅含有可观的锂云母资源，而且含有储量居世界第三位的盐湖卤水资源。研究锂资源的开发及其应用对我国能源储备有着重要意义。

但是，锂离子电池受其理论容量限制，无法满足新兴高能量密度储能器件的需求。相对于锂离子电池，金属锂电池有着极高的比能量(3860mAh/g)，最低氧化还原电位(-3.04V vs SHE)，其理论比容量约为传统石墨材料的10倍，是新一代电池研究的热点。但是金属锂负极非常活泼，在电化学沉积过程中产生锂枝晶，导致低库仑效率以及安全隐患，阻碍了其在锂金属二次电池中的应用。

因此，研究锂资源的开发，解决金属锂电池面临的问题，然后运用于高容量、高能量密度的金属锂电池，无疑能大大地缓解电动汽车以及其他便携式电子设备的能量密度问题。

为了解决锂负极问题，研究人员设计了3D集流体，其丰富的比表面积能够降低电流密度，缓解锂枝晶的生长；在金属锂表面磁控溅射或者原子层沉积一层SEI膜也能够延长金属锂二次电池的循环寿命。胡良兵通过熔融的方法，制备了锂锡，锂锰等锂合金，合金元素的骨架作用，能够降低金属锂电极循环过程中产生的体积膨胀，实现了锂的均匀沉积，但是，该对实验设备的要求极高，根本无法应用于工业化的生产。寻求更经济、高效、能产业化的锂合金制备方法无疑能大大推动金属锂电池的发展。

发明内容

本发明提供了一种金属锂合金及其制备方法与应用，其目的是为了改变金属锂合金及锂负极复杂的制备方法，从净化除杂后锂卤水或锂矿石浸出液中提取锂钠钾铷铯等有价金属，制备锂合金，应用于二次金属锂电池。通过该方法制备的锂合金负极活性低，能缓解电极与电解液副反应，减少了电池活性物质的损耗；同时合金固溶体作为锂离子沉积/脱离的宿主，其他金属对锂的固化作用能诱导金属锂沉积，缓解锂枝晶的生长，稳定电极结构。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种金属锂合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将净化后的含锂水相用复合萃取有机相进行萃取，分液得到富碱金属盐有机相；

其中，所述其中，所述富碱金属水相中含有锂和除锂以外的其它碱金属中的一种或多种，净化后的含碱金属水相锂与镁以及锂与硼的浓度比均大于100，其它碱金属的浓度不小于10mg/L；所述复合萃取有机相由萃取剂、共萃取剂和溶剂组成，所述萃取剂为提锂萃取剂(主要用于提取锂金属)，所述共萃取剂(主要用于提取锂以外的其它碱金属如钠钾铷铯)为酚醇类化合物、冠醚类、二苦胺及其衍生物和硼化物中的一种或多种，所述溶剂为碳酸酯类有机溶剂或醚类有机溶剂。

2)将步骤1)所得富碱金属盐有机相用洗涤液进行洗涤；

3)将洗涤后的富碱金属盐有机相进行电解得到金属锂合金；