CN102891296A - 一种铝硅基锂离子电池负极材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铝硅基锂离子电池负极材料的制备方法：按照分子式Si50Al13Mg5Ni2Sn9Ga5中的摩尔比准备合金原料；将上述合金原材料在真空或0.1MPa氩气环境下熔融制成铸块；在将铸块条用射频感应来熔融铸块，将合金组合物通过喷嘴挤出到旋转冷却轮的上面，形成的带状条合金带，退火；向球磨机中添加如下材料：上述合金带、聚酰亚胺涂料粉末、导电剂乙炔黑，将上述材料研磨后过100目筛，混合并溶于N-甲基吡咯烷酮中配制成均匀的浆料，得到铝硅基锂离子电池负极材料。本发明制备的锂离子电池铝硅基负极材料，在具有高能量密度的同时，具有良好的循环稳定性，用于锂离子电池时，容量高，循环稳定性好，使用寿命长。
Description
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池负极材料的制备方法，尤其涉及一种铝硅基锂离子电池负极材料的制备方法。
背景技术
锂离子电池作为一种新型的二次电池，具有比容量高、电压高、安全性好的特点，广泛应用于移动电话、笔记本电脑、便携式摄像机、DVD、MP3等便携式电器的驱动电源。但随着电子产品的不断升级换代，对其电源的要求也不断提高，因而对电池材料的能量密度也有更高的要求。
目前商业锂离子电池主要采用石墨作为负极材料，但因其充放电量低限制了电池的容量增加和体积的缩小。一些纯金属具有比石墨高得多的容量，但其充放电循环性能太差而未能在锂离子电池得到应用。用各种方法制备的一些金属间化合物以牺牲容量为代价相对于纯金属充放电循环性能有所改善，但效果有限。
因此迫切需要提供一种合金材料，作为锂离子电池负极充放电功能材料使用，有效地提高锂离子电池负极的充放电容量和改善循环性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种铝硅基锂离子电池负极材料的制备方法，使用该方法制备的铝硅基锂离子电池负极材料的锂离子电池具有循环性好、能量密度高、使用寿命长等特点。
为了实现上述目的，本发明提供的一种铝硅基锂离子电池负极材料的制备方法包括如下步骤：
步骤1，准备合金原料
按照分子式Si50Al13Mg5Ni2Sn9Ga5中的各元素的摩尔比准备合金原料；
步骤2，熔融合金原料
将上述配制的合金原材料在真空或0.1MPa氩气环境下具有铜炉膛的充氩的电弧炉中熔融制成铸块，其中熔融的温度为1800-2000℃；
步骤3，制成合金带
在将铸块条放置到容器中以后，对***抽真空0.01-0.1MPa，并然后充入氩气至0.1-1MPa，使用射频感应来熔融铸块，当温度达到1500-1600℃时，将2-4MPa的氩气压力应用到熔融的合金组合物表面，并且将合金组合物通过喷嘴挤出到旋转速度为6000-8000转/分的旋转冷却轮的上面，形成的带状条宽度为1-2mm，厚度为5-10微米的合金带，在管式炉中，在氩气氛下，将带状条于250-300℃下退火2-4小时；
步骤4，配制锂离子负极材料
向球磨机中添加如下质量份的材料：
上述合金带 50-60
聚酰亚胺涂料粉末 5-7
导电剂乙炔黑 8-10
将上述材料研磨后过100目筛，充分混合并溶于N-甲基吡咯烷酮中配制成均匀的浆料，得到铝硅基锂离子电池负极材料。
其中，步骤1中，铝、硅、镁、镍、锡可采用纯度99.9wt%的单质元素。
其中，步骤1中，Ga可采用纯度为99.5wt%以上的稀土Ga元素。
本发明还提供了一种上述任意方法制备的铝硅基锂离子电池负极材料。
本发明制备的锂离子电池铝硅基负极材料，在具有高能量密度的同时，具有良好的循环稳定性，用于锂离子电池时，容量高，循环稳定性好，使用寿命长。
具体实施方式
实施例一
准备合金原料
按照分子式Si50Al13Mg5Ni2Sn9Ga5中的各元素的摩尔比准备合金原料，铝、硅、镁、镍、锡可采用纯度99.9wt%的单质元素得，Ga采用纯度为99.5wt%以上的稀土Ga元素。
熔融合金原料
将上述配制的合金原材料在真空或0.1MPa氩气环境下具有铜炉膛的充氩的电弧炉中熔融制成铸块，其中熔融的温度为1800℃。
制成合金带
在将铸块条放置到坩埚中以后，对***抽真空0.01MPa，并然后充入氩气至0.1MPa，使用射频感应来熔融铸块。当温度达到1500℃时，将2MPa的氩气压力应用到熔融的合金组合物表面，并且将合金组合物通过喷嘴挤出到旋转速度为6000转/分的旋转冷却轮的上面，形成的带状条宽度为1mm，厚度为5微米的合金带，在管式炉中，在氩气氛下，将带状条于250℃下退火2小时。
配制锂离子负极材料
向球磨机中添加如下质量份的材料：
上述合金带 50
聚酰亚胺涂料粉末 5
导电剂乙炔黑 8
将上述材料研磨后过100目筛，充分混合并溶于N甲基吡咯烷酮(NMP)中配制成均匀的浆料，得到铝硅基锂离子电池负极材料。
实施例二
准备合金原料
按照分子式Si50Al13Mg5Ni2Sn9Ga5中的各元素的摩尔比准备合金原料，铝、硅、镁、镍、锡可采用纯度99.9wt%的单质元素得，Ga采用纯度为99.5wt%以上的稀土Ga元素。
熔融合金原料
将上述配制的合金原材料在0.1MPa氩气环境下具有铜炉膛的充氩的电弧炉中熔融制成铸块，其中熔融的温度为2000℃。
制成合金带
在将铸块条放置到坩埚中以后，对***抽真空0.1MPa，并然后充入氩气至0.1MPa-1MPa，使用射频感应来熔融铸块。当温度达到1600℃时，将4MPa的氩气压力应用到熔融的合金组合物表面，并且将合金组合物通过喷嘴挤出到旋转速度为8000转/分的旋转冷却轮的上面，形成的带状条宽度为2mm，厚度为10微米的合金带，在管式炉中，在氩气氛下，将带状条于300℃下退火4小时。
配制锂离子负极材料
向球磨机中添加如下质量份的材料：
上述合金带 60
聚酰亚胺涂料粉末 7
导电剂乙炔黑 10
将上述材料研磨后过100目筛，充分混合并溶于N甲基吡咯烷酮(NMP)中配制成均匀的浆料，得到铝硅基锂离子电池负极材料。
比较例
铝硅基合金由重量比为67%的铝、30%的硅和3%的铁或3%钴或3%镍或3%的铬组成，将上述配制的合金原材料在真空或0.1MPa氩气环境下用感应电炉加热到800℃-1000℃熔炼成均匀的合金后用普通浇铸法制备成铸锭；铸锭在真空或0.1MPa保护气氛条件的熔体快淬炉内二次熔化并加热到800℃-1000℃，用熔体快淬法制备薄带或粉末，熔体快淬法制备出的薄带或粉末在航空汽油介质中球磨成尺寸小于50微米的粉末，之后将合金粉末与导电剂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)中配制成均匀的浆料，得到铝硅基锂离子电池负极材料。
将合成的实施例一、二及比较例的样品将本实施例所得锂离子电池负极材料涂于铜箔集流体上，真空干燥后压成负极极片，与含锂的正极片、有机隔膜、电解液等放入电池壳内，组装成锂离子可充电电池。进行电池性能测试，电池测试充放电电流密度为20mA/g，电压范围为2.0-4.8V，选择温度为常温测试25℃。经测试该实施例一和二的的材料与比较例的材料相比，首次放电比容量提升了60-70%以上，循环寿命提高了1.5倍以上。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。
Claims (4)
1.一种铝硅基锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，准备合金原料
按照分子式Si50Al13Mg5Ni2Sn9Ga5中的各元素的摩尔比准备合金原料；
步骤2，熔融合金原料
将上述配制的合金原材料在真空或0.1MPa氩气环境下具有铜炉膛的充氩的电弧炉中熔融制成铸块，其中熔融的温度为1800-2000℃；
步骤3，制成合金带
在将铸块条放置到坩埚中以后，对***抽真空0.01-0.1MPa，并然后充入氩气至0.1-1MPa，使用射频感应来熔融铸块，当温度达到1500-1600℃时，将2-4MPa的氩气压力应用到熔融的合金组合物表面，并且将合金组合物通过喷嘴挤出到旋转速度为6000-8000转/分的旋转冷却轮的上面，形成的带状条宽度为1-2mm，厚度为5-10微米的合金带，在管式炉中，在氩气氛下，将带状条于250-300℃下退火2-4小时；
步骤4，配制锂离子负极材料
向球磨机中添加如下质量份的材料：
上述合金带 50-60
聚酰亚胺涂料粉末 5-7
导电剂乙炔黑 8-10
将上述材料研磨后过100目筛，充分混合并溶于N-甲基吡咯烷酮中配制成均匀的浆料，得到铝硅基锂离子电池负极材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中，铝、硅、镁、镍、锡采用纯度99.9wt%的单质元素。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，Ga采用纯度为99.5wt%以上的稀土Ga元素。
4.一种如权利要求1所述的方法制备的铝硅基锂离子电池负极材料。
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210358755XA CN102891296A (zh) | 2012-09-25 | 2012-09-25 | 一种铝硅基锂离子电池负极材料的制备方法 |
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| CN102891296A true CN102891296A (zh) | 2013-01-23 |
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| CN201210358755XA Pending CN102891296A (zh) | 2012-09-25 | 2012-09-25 | 一种铝硅基锂离子电池负极材料的制备方法 |
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2012
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