[發(fā)明專利]鋰離子型全氟磺酸樹脂包覆鋁鋰合金材料的制備方法

有效

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• 申請日: 2014-07-14
• 公開（公告）號: CN104157864A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉賓虹;李洲鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學
• 主分類號: H01M4/46
• 分類號: H01M4/46;H01M4/62;H01M4/1395
• 代理公司: 杭州中成專利事務(wù)所有限公司 33212
• 代理人: 周世駿

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是關(guān)于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及Li離子型全氟磺酸樹脂包覆鋁鋰合金材料的制備方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池具有重量輕、容量大、無記憶效應(yīng)等優(yōu)點，因而得到了普遍應(yīng)用。現(xiàn)在的許多數(shù)碼設(shè)備都采用了鋰離子電池作電源。鋰離子電池的能量密度很高，它的容量是同重量的鎳氫電池的1.5～2倍，而且具有很低的自放電率、不含有毒物質(zhì)等優(yōu)點是它廣泛應(yīng)用的重要原因。1990年日本Nagoura等人研制成以石油焦為負極，以LiCoO₂為正極的鋰離子電池：LiC₆|LiClO₄-PC+EC|LiCoO₂。同年。Moli和Sony兩大電池公司宣稱將推出以碳為負極的鋰離子電池。1991年，日本索尼能源技術(shù)公司與電池部聯(lián)合開發(fā)了一種以聚糖醇熱解碳(PFA)為負極的鋰離子電池。

鋰離子電池負極材料有石墨(C₆)，硫化物：TiS₂、NbS₂，氧化物：WO₃、V₂O₅、SnO₂等。以石墨負極材料為例，充放電過程中負極反應(yīng)：C₆+xLi⁺+xe＝＝Li_xC₆，理論容量為372mAh?g^-1(LiC₆)。當對電池進行充電時，電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子經(jīng)過電解液運動到負極。而作為負極的石墨呈層狀結(jié)構(gòu)，它有很多微孔，到達負極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中，形成嵌鋰化合物(Li_xC₆)，嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。當對電池進行放電時，嵌在石墨層中的鋰離子脫出，又運動回到正極。回到正極的鋰離子越多，放電容量越高。

作為鋰電池的負極材料必須是具備以下要求：(1)鋰貯存量高；(2)鋰在負極材料中的嵌入、脫嵌反應(yīng)快，即鋰離子在固相中的擴散系數(shù)大，在電極－電解液界面的移動阻抗小；(3)鋰離子在電極材料中的存在狀態(tài)穩(wěn)定；(4)在電池的充放電循環(huán)中，負極材料體積變化小；(5)電子導電性高；(6)負極材料在電解液中不溶解。

金屬鋁可以和Li形成高達Li₉Al₄的合金，對比Li_4.4Sn(994mAh?g^-1)具有很高的理論比容量(2234mAh?g^-1)，遠高于傳統(tǒng)的石墨負極材料。在鋰離子嵌入和脫出的過程中，鋁負極的放電和充電曲線分別在0.2和0.45V左右呈現(xiàn)出穩(wěn)定的嵌、脫鋰平臺。因此，鋁基材料是一種很有發(fā)展前景的鋰離子電池負極材料。目前，金屬鋁負極材料所面臨的主要問題是：在充放電循環(huán)過程中，與Li-Sn合金相比，Li-Al合金的可逆生成與分解伴隨著更大的體積變化，導致合金更易產(chǎn)生裂縫與粉化，使接觸電阻增大，形成不可逆容量損失，甚至失去可逆儲鋰作用，最后導致電極失效，因此單純以鋁為負極材料的鋰離子電池循環(huán)性能很差。

即使鋁粒子可以通過銅或碳包覆，在一定程度上緩解了在脫嵌鋰過程中鋁的粉化造成的活性物質(zhì)流失，但其體積膨脹必然造成包覆銅膜或碳膜的開裂與破壞。因此，簡單的銅包覆或碳包覆并不能徹底解決金屬鋁在脫嵌鋰過程中鋁的體積膨脹所造成的負極破壞。必須以鋁鋰合金的方式進行包覆，才有可能消除脫嵌鋰過程中鋁的體積膨脹對載體材料的破壞。然而，鋁鋰合金相當活潑，很難用常規(guī)的技術(shù)手段對鋁鋰合金粒子進行包覆。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種Li⁺型全氟磺酸樹脂包覆鋁鋰合金，并以大孔碳為載體的鋰離子電池負極材料的制備方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的解決方案是：

提供Li離子型全氟磺酸樹脂包覆鋁鋰合金材料的制備方法，Li離子型全氟磺酸樹脂包覆鋁鋰合金材料用于作為鋰電池的負極材料，所述制備方法具體包括下述步驟：

(1)在氬氣氣氛的手套箱內(nèi)，取鋁粉和鋰片置于反應(yīng)器(316不銹鋼材質(zhì)的反應(yīng)器)中，密封反應(yīng)器后移出手套箱，將加氫裝置接入反應(yīng)器，用于向反應(yīng)器中通入氫氣和將反應(yīng)器抽真空；其中，鋁粉和鋰片的質(zhì)量比為27：7；