一种锂锌钠三元锂离子电池负极材料的制备方法及应用与流程

本发明属于化学电源，尤其涉及一种锂锌钠三元锂离子电池负极材料的制备方法及应用。

背景技术：

1、在众多影响锂离子电池性能的因素中，负极材料的性质大多起到了决定性因素，理想的负极材料需要满足一定的锂离子嵌入嵌出机理，可以有效抑制锂枝晶的形成，较小的体积膨胀，较高的首效，不与电解质发生副反应，恰当的电位，较为稳定的工作电压等。因此，除了材料本身的性质外，微观的空间三维结构亦相当重要。taiyulyu的综述中阐述目前研究最为广泛的碳基负极材料，按照空间结构和成分修饰可分为：杂原子掺杂、含li合金相、金属纳米粒子、金属氧化物、金属氮化物、单金属原子、licg等。因此，对负极材料的空间结构修饰是提升负极材料各项性能的有效手段。

2、金属锌具有良好的导电性能，低廉的价格，较为稳定的空间结构及力学性能。但在以往的以锂锌合金作为负极材料的文献中，多次充放电后负极材料体积膨胀严重，难以直接用于锂离子电池。为了解决这一弊端，一可将含锌材料进行空间结构修饰再用于负极材料，但尚无这方面的进一步报道。

3、对于微米级材料的制备过程中，对其粒度的控制显得尤为重要。中国专利cn1286730c、cn101559975b、cn102134091b、cn113368844a描述了采用化学热合成又析出的方法生成微米级氧化锌，该方法可用于制备氧化锌微米棒但不适用于金属棒材；专利cn101049906a提出一种对氧化锌材料施加电压以实现微米级形貌修饰的方法，此方法成本过高，难以实现批量量产，且稳定性较差；专利cn102910668b描述了一种固相反应法制备氧化锌棒材，对合成型材料制备具有一定的指导意义，但不适用于金属锌材料的微观修饰；专利cn111564635b展示了一种采用电沉积法制备微米级树状聚合锌负极材料，达到了柔性电极的目的，但采用该方法对设备要求较高，难以实现大规模批量制备。

4、工业级金属锂对比于电池级金属锂，其主要区别在于工业级金属锂中钠元素含量约为0.5wt％，导致其无法直接运用于锂电池负极材料。用于锂电池行业时，还需将工业级金属锂进一步蒸馏除钠提纯至电池级金属锂，造成成本的大幅提升。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明提供了锂锌钠三元锂离子电池负极材料的制备方法及应用。本发明采用钠含量≤3w％工业级金属锂为原料，通过熔炼法制备出锂锌钠三元合金材料，得到合金成本更低，电化学性能更优。

2、本发明的技术方案如下：

3、本发明提供了一种锂锌钠三元锂离子电池负极材料的制备方法，包括如下步骤：

4、步骤1、将工业级金属锂在惰性气体保护下熔融，控制熔融温度在250℃-500℃之间，保温10-60min；

5、步骤2、将高纯金属锌投入步骤1熔融的金属锂中，搅拌之后，继续熔炼15min-1h，得到混合均匀的熔融合金液，浇铸至模具中，然后通过挤出-轧制工艺得到锂锌钠三元合金负极材料；

6、所述锂锌钠三元合金负极材料中锌的含量为2-10wt％。

7、在本发明的一个具体实施方式中，所述工业级金属锂中na含量不大于3wt％，优选为不大于1wt％。

8、在本发明的一个具体实施方式中，所述锂锌钠三元合金负极材料中锌的含量优选为2wt％。

9、在本发明的一个具体实施方式中，步骤1中所述熔融优选在真空熔炼釜中进行。

10、在本发明的一个具体实施方式中，步骤1中所述熔融温度优选为350℃-400℃。

11、在本发明的一个具体实施方式中，步骤2中所述熔炼的时间优选为30min-45min。

12、本发明还提供了一种锂锌钠三元锂离子电池负极材料在电池中的应用。

13、在本发明的一个具体实施方式中，所述应用的步骤如下：在充氩的手套箱内对所述的锂锌钠三元锂离子电池负极材料通过切片机制备直径为14mm的极片，组装成cr2032扣式电池。

14、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

15、1.本发明采用工业级金属锂为原料，加入高纯金属锌，通过熔炼法制备出锂锌钠三元合金材料，以锌微米棒为骨架，提供锂离子电池在充电与放电时，锂离子嵌入与嵌出的通道，此外，锂锌钠三元合金材料中的钠元素更趋向于与锌结合，以nazn13相的形式弥散于富zn相中，对锌微米棒的空间结构进行修饰，对富zn相骨架进一步优化，有效抑制了锂枝晶的形成，改善了现有的锂锌合金作为负极材料，多次充放电后负极材料体积膨胀严重的问题，增强了其电化学性能。

16、2.本发明通过掺杂微量的钠可使锌的结构更加稳固，多次充放电后仍保持较好的容量。

17、3.本发明以工业级金属锂作为原材料，与电池级金属锂作为原料相比，不仅电化学性能更优，且成本更低。

技术特征：

1.一种锂锌钠三元锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种锂锌钠三元锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述工业级金属锂中na含量不大于3wt％，优选为不大于1wt％。

3.根据权利要求1所述的一种锂锌钠三元锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述锂锌钠三元合金负极材料中锌的含量优选为2wt％。

4.根据权利要求1所述的一种锂锌钠三元锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，步骤1中所述熔融优选在真空熔炼釜中进行。

5.根据权利要求1所述的一种锂锌钠三元锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，步骤1中所述熔融温度优选为350℃-400℃。

6.根据权利要求1所述的一种锂锌钠三元锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，步骤2中所述熔炼的时间优选为30min-45min。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种锂锌钠三元锂离子电池负极材料在电池中的应用。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述应用的步骤如下：在充氩的手套箱内对所述的锂锌钠三元锂离子电池负极材料通过切片机制备直径为14mm的极片，组装成cr2032扣式电池。

技术总结
本发明提供了一种锂锌钠三元锂离子电池负极材料的制备方法，属于化学电源技术领域。所述方法包括：步骤1、将工业级金属锂在惰性气体保护下熔融，控制熔融温度在250℃‑500℃之间，保温10‑60min；步骤2、将高纯金属锌投入步骤1熔融的金属锂中，搅拌之后，继续熔炼15min‑1h，得到混合均匀的熔融合金液，浇铸至模具中，然后通过挤出‑轧制工艺得到锂锌钠三元合金负极材料；所述锂锌钠三元合金负极材料中锌的含量为2‑10wt％。本发明制备的锂锌钠三元合金材料，以锌微米棒为骨架，有效抑制了锂枝晶的形成，此外，通过工业级金属锂原料中的微量钠对锌微米棒的空间结构进行修饰，改善了锂锌合金作为负极材料，多次充放电后负极材料体积膨胀严重的问题。

技术研发人员：刘科成,艾旺圣,刘强,莫川,王广,王苏
受保护的技术使用者：重庆天齐锂业有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14