[发明专利]一种电池级硫化锂的制备方法

说明书

本发明公开了一种电池级硫化锂的制备方法，主要步骤是：先将金属镁和锂源化合物均匀混合，随后高温煅烧混合物即可得到含有硫化锂的粉末。煅烧得到的粉末采用有机溶剂浸渍洗涤，分离出不溶物，滤液结晶提纯后烘干，即得到硫化锂粗产品，硫化锂粗产品进一步高温煅烧即可除去残余有机物得到电池级硫化锂。本发明最终不但制备得到电池级硫化锂，而且制备过程中分离出很有商业价值的副产物，整个的制备过程中无废料产生，此外，合成过程中的提纯溶剂不被消耗，可以循环利用，符合绿色化学的理念，具有很好的经济性。

技术领域

本发明属于材料合成领域，具体而言，涉及一种硫化锂的制备方法及其应用。

背景技术

近年来，电动汽车市场发展蓬勃，但车辆的里程焦虑、充电时间长、安全性等问题，阻碍了其市场份额的进一步扩大。上述问题的根源是不够完善的电池技术，因此在电池技术上取得突破才是解决问题的关键。锂硫电池、锂氧气电池、全固态电池等具有高能量密度的电池体系被认为有望解决电动汽车的电池技术难题而备受关注，其中锂硫电池和全固态电池在比能量、安全性和成本方面都有很大优势，最具商业化前景；而硫化锂(Li₂S)作为两种电池体系都需要的关键材料——既可以作为锂硫电池中正极活性物质又是固态电池中多元硫化物固态电解质的核心原料，其价格对未来电池技术的走向至关重要。工业上生产Li₂S使用的碳热还原法耗能大，导致生产成本较高，此外，反应还伴随温室气体二氧化碳产生，不符合绿色化学的理念。现有的Li₂S合成方法还包括球磨法、高温/高压法和溶剂法。

球磨法的原理是在惰性气氛下，将单质硫和金属锂/氢化锂按比例混合后机械球磨得到硫化锂，代表性专利有CN112777571A和CN108336400A。此方法具有工艺简单、环境友好、无废液产生等优点。同时也存在原料成本高、反应时间长、转化率较低，所得产品存在杂质(如多硫化锂)，不易提纯，产业化设备不易选型等缺点。

高温/高压法的原理是在惰性/还原保护气氛下，高温、高压使锂/锂化合物和硫/硫化合物通过还原或气相反应制备硫化锂，代表性专利有CN103764566B和CN108190845A。此工艺的优点是工艺流程简单，无有害气体产生，且有效利用了高温高压密闭反应的优势，避免有害溶剂泄漏，大大缩短了制备流程。缺点是需要高温、高压，工况控制不易，设备选型要求高，增加了反应过程及后处理的风险。

溶剂法的原理是将锂/锂化合物和硫/硫化合物在溶剂介质中混合反应制备硫化锂，代表性专利有CN112551491A和CN111517288A。溶剂选用有机溶剂或液氨；有机溶剂多选脂肪烃、芳香烃或醚溶剂等，比如乙醇、己烷、甲苯、乙醚、四氢呋喃、氮甲基吡咯烷酮等。具有反应充分完全，不易残留杂质，产品易于提纯、无需高温处理，能耗低、工艺简单等优点。缺点是有机溶剂易燃、易爆、易挥发，环境污染严重，且不易回收，工况危险性高，较难控制。

正是因为现有硫化锂制备方法存在的上述问题，使得硫化锂产业化制备困难、成本居高不下，因此，探索成本低、绿色环保的Li₂S生产方法将会对未来能源电池领域的发展产生深远影响。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供一种电池级硫化锂的制备方法，该方法具有高效、易于工业化生产及操作简单的优点，符合绿色化学的理念。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种电池级硫化锂的制备方法，步骤如下：

S1、称取金属镁和锂源化合物，研磨均匀；

S2、在惰性气氛保护下，煅烧研磨后的粉料，煅烧温度为550-650℃，煅烧时间为10-60min，升温速率为1-15℃/min；

S3、在惰性气氛保护下，使用有机醇浸渍洗涤上述煅烧后的粉末，分离出不溶物，然后将清液结晶提纯后烘干，即得到硫化锂粗产品；