[發明專利]鋁硅基三元合金作為鋰離子電池負極材料的應用

無效

• 申請號: 200910021920.0
• 申請日: 2009-04-08
• 公開（公告）號: CN101527358A
• 公開（公告）日: 2009-09-09
• 發明（設計）人: 孫占波;宋曉平;趙銘姝
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;H01M4/44;H01M4/46;C22C21/02;H01M10/36;H01M10/40
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司
• 代理人: 陳翠蘭

技術領域

本發明涉及一種合金，特別涉及鋁硅基三元合金作為鋰離子電池負極材料的應用。

現有技術

鋰離子電池是公認最好的可充電電池。目前商業鋰離子電池主要采用石墨作為負極材料，但因其充放電量低限制了電池的容量增加和體積的縮小。一些純金屬具有比石墨高得多的容量，但其充放電循環性能太差而未能在鋰離子電池得到應用。用各種方法制備的一些金屬間化合物以犧牲容量為代價相對于純金屬充放電循環性能有所改善，但效果有限。

鋁、硅、鉻或鋁、硅、鈷或鋁、硅、鎳或鋁、硅、鉻三元合金具有良好的力學性能、可加工性能和相對低的密度，通過熔煉鑄造可直接制備成機械零部件或經過深加工制備成棒、線、板等鋁材，制造成輕質機械零件和構件，廣泛應用于航空航天、燃油發動機、電力電子、建筑裝飾等領域，屬于通用型機械工程材料范疇。但是，從未涉及電池電極材料領域中，鋰離子電池中更沒有使用過上述三元合金。國內外也未曾出現相關報道。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術不足，將傳統的機械工程材料鋁硅基三元合金通過熔煉和熔體快淬后制備成亞穩態過飽和固溶體，作為鋰離子電池負極充放電功能材料使用，有效地提高鋰離子電池負極的充放電容量和改善循環性能。

本發明的技術方案是這樣實現的：

鋁硅鐵、鋁硅鎳、鋁硅鈷、鋁硅鉻三元合金作為鋰離子電池負極材料的應用。

一種鋰離子電池，鋰離子電池的負極材料是鋁硅鐵、鋁硅鎳、鋁硅鈷或鋁硅鉻合金。

將上述配制的合金原材料在真空或0.1MPa氬氣環境下用感應電爐加熱到800℃-1000℃熔煉成均勻的合金后用普通澆鑄法制備成鑄錠；鑄錠在真空或0.1MPa保護氣氛條件的熔體快淬爐內二次熔化并加熱到800℃-1000℃，用熔體快淬法制備薄帶或粉末，熔體快淬法制備出的薄帶或粉末在航空汽油介質中球磨成尺寸小于50微米的粉末，之后將合金粉末與導電劑乙炔黑和聚偏二氟乙烯(PVDF)粉末按重量比84∶8∶8充分混合并溶于N甲基吡咯烷酮(NMP)中配制成均勻的漿料，并將其涂于集流體上，真空干燥后壓制備成鋰離子電池負極極片，與含鋰的正極片、有機隔膜、電解液放入電池殼內，組裝成鋰離子可充電電池。

本發明將傳統的機械工程材料鋁、硅、鐵或鋁、硅、鈷或鋁、硅、鎳或鋁、硅、鉻三元合金應用于電池電極材料領域中尚屬首次，該合金應用在電池電極材料領域中呈現出了充放鋰功能，且性能良好，上述合金通過熔體快淬工藝可得到非平衡態的鋁基過飽和固溶體，充放電容量約為通常石墨電極的2倍，充放電循環性能明顯優于純金屬和金屬間化合物，是一種性能很好的鋰離子電池負極材料。

具體實施方式

實施例一：

所述的鋁硅基合金由重量比為67％的鋁、30％的硅和3％的鐵或3％鈷或3％鎳或3％的鉻組成。

將上述配制的合金原材料在真空或0.1MPa氬氣環境下用感應電爐加熱到800℃-1000℃熔煉成均勻的合金后用普通澆鑄法制備成鑄錠；鑄錠在真空或0.1MPa保護氣氛條件的熔體快淬爐內二次熔化并加熱到800℃-1000℃，用熔體快淬法制備薄帶或粉末，熔體快淬法制備出的薄帶或粉末在航空汽油介質中球磨成尺寸小于50微米的粉末，之后將合金粉末與導電劑乙炔黑和聚偏二氟乙烯(PVDF)粉末充分混合并溶于N甲基吡咯烷酮(NMP)中配制成均勻的漿料，并將其涂于銅箔集流體上，真空干燥后壓成負極極片，與含鋰的正極片、有機隔膜、電解液等放入電池殼內，組裝成鋰離子可充電電池。

實施例二：

所述的鋁硅基合金由重量比為69％的鋁、25％的硅和6％的鐵或6％鈷或6％鎳或6％的鉻組成。

將上述配制的合金原材料在真空或0.1MPa氬氣環境下用感應電爐加熱到800℃-1000℃熔煉成均勻的合金后用普通澆鑄法制備成鑄錠；鑄錠在真空或0.1MPa保護氣氛條件的熔體快淬爐內二次熔化并加熱到800℃-1000℃，用熔體快淬法制備薄帶或粉末，熔體快淬法制備出的薄帶或粉末在航空汽油介質中球磨成尺寸小于50微米的粉末，之后將合金粉末與導電劑乙炔黑和聚偏二氟乙烯(PVDF)粉末充分混合并溶于N甲基吡咯烷酮(NMP)中配制成均勻的漿料，并將其涂于銅箔集流體上，真空干燥后壓成負極極片，與含鋰的正極片、有機隔膜、電解液等放入電池殼內，組裝成鋰離子可充電電池。

實施例三：

所述的鋁硅基合金由重量比為77％的鋁、20％的硅和3％的鐵或3％鈷或3％鎳或3％的鉻組成。