本發(fā)明涉及納米材料與電化學(xué)器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種尺寸均一性高的金屬鋰顆粒的制備方法。

背景技術(shù)：

1991年索尼公司首次將鋰離子電池進(jìn)行商業(yè)化，從此打開了全球范圍內(nèi)鋰離子電池材料的研究熱潮。由于鋰離子電池具有能量密度高、重量輕和壽命長等特點(diǎn)，作為移動(dòng)設(shè)備的電源廣受歡迎。但是，就鋰離子電池本身的能量密度而言，其容量的大小與電極材料種類密切相關(guān)。開發(fā)高容量的電極材料一直是全球范圍內(nèi)鋰離子電池工作者的核心工作之一。石墨是當(dāng)前廣泛應(yīng)用于鋰離子電池的負(fù)極材料，由于其僅有372mAh/g的理論容量，從而制約了電池的能量密度。金屬鋰負(fù)極材料具有非常誘人的應(yīng)用前景，因?yàn)槠淅碚撊萘棵芏冗_(dá)到3650mAh/g，是傳統(tǒng)石墨電極理論容量的10倍，是建立高能量密度的鋰離子電池系統(tǒng)最佳備選材料之一。

金屬鋰由于其本身非?；顫姡诔叵乱着c空氣中的水蒸氣、氧氣以及氮?dú)獾劝l(fā)生反應(yīng)，因此金屬鋰的合成過程條件控制較嚴(yán)格。小尺寸金屬鋰顆粒相比于金屬鋰片而言，具有更大的比表面積，更易于與周圍環(huán)境中的微量水蒸氣、氧氣以及氮?dú)獍l(fā)生副反應(yīng)，因此金屬鋰顆粒的反應(yīng)溶劑選擇尤其重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種尺寸均一性高的金屬鋰顆粒的制備方法，以性質(zhì)穩(wěn)定的有機(jī)硅油作為反應(yīng)介質(zhì)，將活潑金屬鋰片在高溫?cái)嚢柘氯芙庥谄渲?，控制不同的加熱溫度和乳化機(jī)攪拌速度，獲得高質(zhì)量的均一性較高的金屬鋰顆粒，具有方法簡單、易于推廣、產(chǎn)品顆粒尺寸均一性高、電化學(xué)容量高等優(yōu)點(diǎn)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種尺寸均一性高的金屬鋰顆粒的制備方法，包括如下步驟：

1)將有機(jī)硅油置于容器中，在乳化機(jī)攪拌下加熱至181℃～251℃；

2)調(diào)節(jié)乳化機(jī)的攪拌速度為7000rpm～9000rpm，并保持有機(jī)硅油的溫度在181℃～251℃；

3)向熱有機(jī)硅油中加入金屬鋰片，維持有機(jī)硅油的溫度在181℃～251℃，通入惰性氣體氬氣，在氬氣保護(hù)與攪拌下保溫4h；

4)在乳化機(jī)攪拌下自然冷卻至室溫，即得尺寸均一性高的金屬鋰顆粒。

根據(jù)以上方案，所述有機(jī)硅油為甲基硅油。

根據(jù)以上方案，所述加熱采用硅油油浴的方式加熱，所述硅油為二甲基硅油(C2H6OSi)n)。

根據(jù)以上方案，所述步驟2)中乳化機(jī)的攪拌速度為8000rpm。

根據(jù)以上方案，所述有機(jī)硅油的溫度為190℃。

根據(jù)以上方案，所述尺寸均一性高的金屬鋰顆粒作為鋰離子電池的負(fù)極材料。

本發(fā)明通過采用有機(jī)硅油為惰性溶劑，在特定溫度和乳化機(jī)攪拌速率的情況下，通過惰性氣體進(jìn)行保護(hù)并控制反應(yīng)時(shí)間，自然室溫冷卻獲得均一性高的金屬鋰顆粒。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明方法簡單、原料廉價(jià)、可批量生產(chǎn)、易于推廣、綠色環(huán)保；本發(fā)明制備的產(chǎn)品形貌為球形，顆粒尺寸在10～30μm，均一性高，而且電化學(xué)克容量高，理論容量高達(dá)3650mAh/g，作為鋰離子電池的負(fù)極材料，是構(gòu)建高能量密度的鋰離子電池的理想材料之一；本發(fā)明具有普適性，易于拓展到Na、K、Sn等金屬顆粒等的合成。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例1制備的產(chǎn)品掃描尺度為100微米的SEM圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例1制備的產(chǎn)品掃描尺度為10微米的SEM圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例1制備的產(chǎn)品TEM圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例1制備的產(chǎn)品XRD圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行說明。

實(shí)施例1，見圖1至圖4：

本發(fā)明提供一種尺寸均一性高的金屬鋰顆粒的制備方法，包括如下步驟：

1)按照反應(yīng)重量比稱取甲基硅油300克置于三口燒瓶中，在乳化機(jī)攪拌下采用二甲基硅油油浴加熱至190℃；

2)調(diào)節(jié)乳化機(jī)的攪拌速度為8000rpm，并保持甲基硅油加熱溫度穩(wěn)定在190℃；

3)向三口燒瓶的溶液中加入10克金屬鋰片，并維持加熱溫度在190℃，將氬氣氣體導(dǎo)管接入三口燒瓶，通入氬氣，從三口燒瓶氣體出氣口排出，在氬氣保護(hù)與攪拌下保溫4h；

4)在乳化機(jī)攪拌下自然冷卻至室溫，即得產(chǎn)品尺寸均一性高的金屬鋰顆粒。

本發(fā)明產(chǎn)品金屬鋰顆粒的合成過程原理為：控制乳化機(jī)的攪拌速率在8000rpm左右，在高溫和快速攪拌下，金屬鋰片融化并溶解在有機(jī)硅油中，保持4小時(shí)的高速攪拌，使有機(jī)硅油中的金屬鋰完全均勻分散；反應(yīng)完畢后，自然冷卻至室溫的過程中，金屬鋰顆粒開始凝聚并形成球狀顆粒。

對(duì)本實(shí)施例產(chǎn)品金屬鋰顆粒進(jìn)行形貌表征：從SEM(掃描電子顯微鏡)圖片(附圖1及圖2)可以看出，本實(shí)施例產(chǎn)品金屬鋰顆粒呈球形，相貌均一，直徑10～30μm；另外，從TEM(透射電子掃描顯微鏡)(附圖3)可以看出，金屬鋰顆?？傮w上呈球形，從形貌細(xì)節(jié)可看出金屬鋰顆粒表面較粗糙。X射線衍射(XRD)(附圖4)結(jié)果表明，本實(shí)施例產(chǎn)品金屬鋰顆粒的衍射峰與金屬鋰基本一致。附圖4中以樣品臺(tái)、碳酸鋰以及氫氧化鋰衍射峰作為背景進(jìn)行對(duì)比可知，所制備的金屬鋰純度高，雜質(zhì)含極少。

實(shí)施例2：

本發(fā)明提供一種尺寸均一性高的金屬鋰顆粒的制備方法，包括如下步驟：

1)按照反應(yīng)重量比稱取甲基硅油450克置于三口燒瓶中，在乳化機(jī)攪拌下采用二甲基硅油油浴加熱至251℃；

2)調(diào)節(jié)乳化機(jī)的攪拌速度為7000rpm，并保持甲基硅油加熱溫度穩(wěn)定在251℃；

3)向三口燒瓶的溶液中加入15克金屬鋰片，并維持加熱溫度在251℃，將氬氣氣體導(dǎo)管接入三口燒瓶，通入氬氣，從三口燒瓶氣體出氣口排出，在氬氣保護(hù)與攪拌下保溫4h；

4)在乳化機(jī)攪拌下自然冷卻至室溫，即得產(chǎn)品尺寸均一性高的金屬鋰顆粒。

實(shí)施例3：

本發(fā)明提供一種尺寸均一性高的金屬鋰顆粒的制備方法，包括如下步驟：

1)按照反應(yīng)重量比稱取甲基硅油600克置于三口燒瓶中，在乳化機(jī)攪拌下采用二甲基硅油油浴加熱至181℃；

2)調(diào)節(jié)乳化機(jī)的攪拌速度為9000rpm，并保持甲基硅油加熱溫度穩(wěn)定在181℃；

3)向三口燒瓶的溶液中加入20克金屬鋰片，并維持加熱溫度在181℃，將氬氣氣體導(dǎo)管接入三口燒瓶，通入氬氣，從三口燒瓶氣體出氣口排出，在氬氣保護(hù)與攪拌下保溫4h；

4)在乳化機(jī)攪拌下自然冷卻至室溫，即得產(chǎn)品尺寸均一性高的金屬鋰顆粒。

以上實(shí)施例僅用以說明而非限制本發(fā)明的技術(shù)方案，盡管上述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修改或者同等替換，但不脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改和局部替換均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)。