[发明专利]一种锂合金薄膜材料的工业化生产方法

说明书

本发明涉及一种锂合金薄膜材料的工业化生产方法，在惰性气体保护下，溶于非质子性溶剂的多环共轭芳香锂与由Al、Mg、Pb、Sn、In中的一种或几种组成的基体接触反应，然后用非质子性溶剂洗涤样品，干燥，即得到锂合金薄膜负极材料。相较于传统的熔融冶金制备锂合金的方法以及放电制备锂合金的方法，本发明提供的化学锂化法条件温和，反应迅速，工艺简单，锂化深度可控，并可一步大规模制备载有锂合金薄膜的负极材料，可操作性更强。

技术领域

本发明涉及一种锂合金薄膜材料的工业化生产方法，属于新能源领域。

背景技术

近年来，随着便携电子设备和电动汽车市场的日益发展，人们对于新一代具有高能量密度、安全性好且低成本的二次电池体系的研究兴趣不断增加。锂离子电池因其能量密度高、使用寿命长以及环境友好等优点一直以来在便携电子设备、电动汽车等方向被广泛应用。传统的锂电池负极一般采用石墨和锂金属负极，石墨负极的缺点在于其较低的比容量，仅有372mAh·g^-1,而锂金属负极受限于充放电过程的枝晶生长造成的严重的安全问题和循环期间有限的库伦效率。而基于锂合金的合金负极不仅能够通过合金化/去合金化过程完成电极反应从而储存更多的能量(如Al₄Li₉2235mAh·g^-1或6032mAh·cm^-3),而且具有更适当的平台电势以减少锂枝晶的生长。因而其具有独特的潜力来实现新一代具有高能量密度、安全性好和低成本的二次电池体系。

传统的锂合金是通过金属冶炼熔融制备的，但由于锂合金硬度较大，加工成型较为困难，而且该法本身能耗较高，操作难度大，因此限制了其商业化。最近，文献Chem.Commun.2019,DOI:10.1039/C8CC10001B中报道了将铝箔与锂片短路放电40分钟以制备锂铝合金负极的方法，以此锂铝合金为负极，磷酸铁锂为正极组成的全电池可以实现稳定循环。但是放电制备得到锂合金的方法工艺复杂，不适合规模化生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂合金薄膜材料的工业化生产方法，以解决现有技术中锂合金薄膜材料难以工业化、规模化制备的问题。本发明在惰性气体保护下，采用性质温和的多环共轭芳香锂作为锂化试剂，室温下对金属薄膜或含有金属的薄膜材料进行表面锂化，锂化深度可控，且该反应时间短、能耗低、工艺简单，非常适合工业化生产。

为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种锂合金薄膜材料的工业化生产方法，包括以下步骤：在惰性气体保护下，使多环共轭芳香锂溶液与基体表面接触反应，然后用非质子性溶剂洗涤样品，干燥，即得到锂合金薄膜材料；所述基体由Al、Mg、Pb、Sn、Sb、Bi、In中的一种或几种组成；所述多环共轭芳香锂为萘锂、联苯锂、蒽锂、菲锂、芘锂、蔻锂、联吡啶锂中一种或几种；所述多环共轭芳香锂溶液的溶剂为非质子性溶剂。

多环共轭芳香锂溶液和基体表面接触反应的方式为：(i)将多环共轭芳香锂溶液涂覆在基体表面反应，或(ii)将基体浸渍在多环共轭芳香锂溶液中反应。

所述基体为薄膜、箔片、棒状物或网状物。

所述网状物包括多孔薄膜。

所述的非质子性溶剂为乙醚、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、乙腈、N,N-二甲基甲酰胺、二甲亚砜中的一种或几种。

多环共轭芳香锂溶液与洗涤样品所用的非质子性溶剂种类相同。

多环共轭芳香锂溶液的浓度为0.001-10mol/L，优选地，多环共轭芳香锂溶液的浓度为0.05-5mol/L。

反应时间为1s-48h，优选为10s-24h。

本发明可根据不同的反应时间及试剂的量调控锂化深度，以达到不同的锂化深度。