[發(fā)明專利]一種鋰電池的銅?鋁?硅合金納米負(fù)極材料及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710937324.1
• 申請(qǐng)日: 2017-09-30
• 公開（公告）號(hào): CN107732196A
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王宥宏;劉憶恩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山西沃特海默新材料科技股份有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/38;H01M4/46;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 太原高欣科創(chuàng)專利代理事務(wù)所(普通合伙)14109
• 代理人: 冷錦超

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明一種鋰電池的銅-鋁-硅合金納米負(fù)極材料及其制備方法，屬于鋰電池負(fù)極材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

新材料和清潔能源都是國家層面的重點(diǎn)發(fā)展方向，鋰離子電池是目前儲(chǔ)能技術(shù)中應(yīng)用最廣泛的儲(chǔ)能電芯，提高電芯能量存儲(chǔ)密度是全世界追求的目標(biāo)，電芯能量密度的提高主要依賴于其正、負(fù)極材料的發(fā)展進(jìn)步，但也與鋰離子電池的正負(fù)極集流體、正負(fù)極粘結(jié)劑、電解液和隔膜等材料的進(jìn)步有關(guān)。

鋰離子電池的核心部分是正、負(fù)極電極材料，它直接決定著電池的使用性能。能量密度、循環(huán)壽命、循環(huán)效率和安全性能都是電極材料的關(guān)鍵指標(biāo)。目前，最常見的商業(yè)鋰電池負(fù)極材料主要是碳類和硅碳類材料，它們具有較穩(wěn)定的循環(huán)性能、較高的循環(huán)效率和安全無污染等優(yōu)點(diǎn)，但碳類材料的容量己經(jīng)接近其理論容量（372mAh/g)，比容量的開發(fā)潛力小；硅碳類材料是對(duì)碳類材料的革新，在碳類材料中加入3～15%的硅使負(fù)極材料的克容量達(dá)到420mAh上下，通過該方法繼續(xù)提高克容量存在技術(shù)壁壘。純硅的理論儲(chǔ)鋰比容量為4200mAh/g，在所有元素中它最高，它作為負(fù)極材料可以大幅度提高電池的能量密度，但其循環(huán)壽命和循環(huán)效率遠(yuǎn)比碳材料要差，在鋰化和去鋰化過程中體積變化巨大（>300%）是導(dǎo)致其循環(huán)壽命差的主要原因，硅的導(dǎo)電性差是其循環(huán)效率低的原因之一，硅的比表面積越大，其循環(huán)效率也會(huì)越低。如何有效解決硅負(fù)極材料的循環(huán)壽命短和循環(huán)效率低問題是兩大世界難題，至今沒有可行的技術(shù)方案。在納米硅顆粒表面包覆碳、石墨烯、鈦等技術(shù)都沒有使問題得到根本解決，即使在實(shí)驗(yàn)室取得了較好的研究結(jié)果，也沒有辦法將其應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)。

本發(fā)明合金成分設(shè)計(jì)與微觀組織結(jié)構(gòu)獨(dú)特，霧化所得合金粉末的粒度分布合理，能滿足鋰離子電池涂布需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高性能鋰電池的銅-鋁-硅合金納米負(fù)極材料及其制備方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：一種鋰電池的銅-鋁-硅合金納米負(fù)極材料，由以下重量份原料構(gòu)成：硅27.5～32份，銅58～63份，鋁9～11份，雜質(zhì)0～5份；

所述的合金納米負(fù)極材料整體包含：氣孔、縮孔、縮松、位錯(cuò)、空位和空穴的多缺陷組織結(jié)構(gòu)，粒徑≤80μm。

進(jìn)一步的，所述的雜質(zhì)為：鈦，鈷，鎳，錳，鐵，硼，磷，碳的任意種的混合。

一種制備鋰電池的銅-鋁-硅合金納米負(fù)極材料的方法，包括：配料步驟；熔煉步驟；制粉步驟；分離和篩選步驟；真空干燥步驟，其特征在于：所述的熔煉步驟包括：感應(yīng)加熱，熔煉時(shí)間20～30min，達(dá)到熔融態(tài)，出爐溫度為1550±50℃。

進(jìn)一步的，所述的水霧化制粉如下：

第一步，開啟霧化裝置的中間包系統(tǒng)，中間包漏嘴內(nèi)徑選用φ6～14mm；

第二步，調(diào)節(jié)銅-鋁-硅合金的液態(tài)溫度達(dá)到1550±50℃時(shí)，使得爐料成熔融態(tài)，具有較好的流動(dòng)性；

開始向中間包中澆入液體金屬，調(diào)節(jié)水霧化壓力300～450Mpa，進(jìn)行水霧化制粉。

進(jìn)一步的，所述的制粉步驟為氣霧化制粉，所述的氣霧化制粉如下：

第一步，開啟霧化裝置的中間包系統(tǒng)，中間包漏嘴內(nèi)徑選用φ6～14mm；

第二步，調(diào)節(jié)銅-鋁-硅合金的液態(tài)溫度達(dá)到1550±50℃時(shí)，開始向中間包中澆入液體金屬，調(diào)節(jié)氣霧化壓力10～50Mpa，進(jìn)行氣霧化制粉；

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進(jìn)一步的，所述的制粉步驟為超聲氣霧化制粉，所述的超聲氣霧化制粉如下:

第一步，開啟霧化裝置的中間包系統(tǒng)，中間包漏嘴內(nèi)徑選用φ6～14mm；

第二步，調(diào)節(jié)銅-鋁-硅合金的液態(tài)溫度達(dá)到1550±50℃時(shí)，開始向中間包中澆入液體金屬，調(diào)節(jié)超音速氣流的流速為2～2.5馬赫，超音速氣流的脈沖頻率為80～100KHz，氣流壓力為10～50Mpa，進(jìn)行氣霧化制粉，

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進(jìn)一步的，在所述分離和篩選步驟后進(jìn)行真空干燥后，還包括時(shí)后處理步驟。

進(jìn)一步的，所述的后處理步驟為覆碳處理方法：將干燥后的銅-鋁-硅合金粉末、含碳物質(zhì)、水按重量份之比為=80-100:1-2:8-11，攪拌均勻后置于真空熱處理爐中在600～800℃保溫2～4h進(jìn)行覆碳處理，隨爐冷卻至80℃出爐，所述含碳物質(zhì)或?yàn)槭秤糜停驗(yàn)榈矸郏驗(yàn)檎崽恰?/p>