CN1247388A - 一种二次锂电池 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及室温二次锂电池技术领域。本发明的二次锂电池由以弥散相纳米硅基复合材料为活性材料的阳极,阴极,有机电解质溶液,隔膜,电池壳,集流体及引线等组成。弥散相纳米硅基复合材料阳极由纳米硅或无定形硅活性物质和弥散剂组成。弥散剂包括导电添加剂和粘合剂。本发明的二次锂电池具有高的可逆容量,循环性好,安全可靠,工作电压平稳,适用于移动电话,笔记本电脑,电动汽车等多种场合。
Description
本发明涉及高能电池技术领域，特别是涉及室温二次锂电池技术领域。
在二次锂电池的阳极活性材料中，金属锂的理论比容量是3830mAh/g，因此以金属锂作为阳极活性材料的二次锂电池能量密度最高。但是金属锂阳极在充放电过程中出现枝晶生长，使电池内部短路，导致电池燃烧甚至***。为了改善其安全性，在七十年代初到八十年代末，锂铝、锂硅、锂铅、锂锡、锂镉等锂合金曾用于取代金属锂作阳极活性材料，这虽然在一定程度上避免了枝晶生长问题，但这些合金在反复充放电过程中会由于体积膨胀和收缩而逐渐粉化，即维度不稳定，造成合金微粒与集流体之间以及合金微粒之间的电接触变差，导致电池性能变坏甚至失效，如参考文献[1]：阿波拉罕姆，电化学通信，138卷，1233页，1993
(K.M.Abraham，Electrochemica.Acta.，Vol.138，1233(1993))中所叙述。
1980年，阿曼德提出二次锂电池可以采用“摇椅式”电池体系(后来又被称为“锂离子”电池)，即阴阳极活性材料均采用嵌入化合物(intercalation compounds)，这类化合物能够可逆的储存和交换锂离子，从而避免使用金属锂或锂合金。初期采用LiWO2和Li6Fe2O3等嵌入化合物作为阳极活性材料，但其能量密度大大降低。经过十年的努力，在1989年3月，日本SONY公司申请了采用碳作阳极活性材料，LiCoO2作阴极活性材料的二次锂电池的专利，并且在1992年首先将其商品化，如文献[2]布鲁诺，电化学会志，139卷，2776页，1992
(Bruno Scrosati，J.Electrochem.Soc.，Vol.139，2776(1992)。
从此，二次锂电池开始迅速发展。石油焦，碳纤维，热解碳，天然石墨，人造石墨等多种形式的碳材料被广泛选作二次锂电池的阳极活性材料。
但是石墨作为阳极活性材料其比容量低于372mAh/g，仍然不能满足人们对高能量密度二次电池的进一步追求。
本发明的目的在于提供一种以弥散相纳米硅基复合材料作为阳极活性材料的二次锂电池。它既具有很高的充放电容量，又具有好的循环特性和安全性。
本发明的二次锂电池由以弥散相纳米硅基复合材料为活性材料的阳极，以含锂的过渡金属氧化物为活性材料的阴极，有机电解质溶液，隔膜，电池壳，集流体，引线等组成。其中，阴极与阳极之间由浸泡了有机电解质溶液的隔膜隔开，阴极和阳极的一端分别在集流体上焊上引线与相互绝缘的电池壳两端相连。
本发明中的弥散相纳米硅基复合阳极活性材料由活性物质和弥散剂组成。活性物质是能与锂可逆反应的主体，包括纳米硅或无定形硅，无定形硅的有序度尺度为纳米，其中纳米硅的粒度为5nm到100nm.弥散剂包括两部分，一部分为起导电及分散作用的导电添加剂；另一部分为起粘合与分散作用的粘合剂，可以是二次锂电池通用的粘合剂，如聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯，聚丙烯腈，聚环氧乙烷，乙丙橡胶等。其中活性物质在弥散相纳米硅基复合阳极活性材料中所占的重量百分比为95％到30％，导电添加剂占0％到60％，粘合剂占2％-30％，三者相加为1。
本发明中的阳极制备方法为：将活性物质与导电添加剂混合均匀，再与粘合剂在常温常压下均匀混合制成复合材料浆液。其中，粘合剂包括溶液或乳浊液。例如，将聚四氟乙烯与水混合形成的乳浊液，将聚偏氟乙烯溶于环己烷形成的溶液。将前述的复合材料浆液均匀的涂敷在作为集流体的各种导电的箔，网，多孔体，纤维体材料，如铜箔，镍网，泡沫镍，碳毡等载体上。然后将薄膜在100℃-150℃下烘干，在压力为20Kg/cm2下压紧，继续在100℃-150℃烘12小时，再裁剪成所需的各种形状即为阳极。
本发明的二次锂电池的阴极活性材料为已知的用于二次锂电池阴极的材料，即能可逆地嵌入和脱出锂的含锂的过渡金属氧化物，典型的如锂钴氧化物，锂镍氧化物，锂锰氧化物等。
本发明的二次锂电池的有机电解质溶液为二次锂电池通用的电解液，可以由一种有机溶剂或几种有机溶剂组成的混合溶剂添加一种或几种可溶锂盐组成。典型的有机溶剂例如乙烯碳酸酯，丙烯碳酸酯，二乙基碳酸酯，二甲基碳酸酯，乙基甲基碳酸酯，二甲氧基乙烷等，典型的可溶锂盐如高氯酸锂，四氟硼酸锂，六氟磷酸锂，三氟甲基磺酸锂，六氟砷酸锂等。典型的体系如1摩尔六氟磷酸锂溶于体积比为1∶1的乙烯碳酸酯和二乙基碳酸酯中，1摩尔六氟磷酸锂溶于体积比为3∶7的乙烯碳酸酯和二甲基碳酸酯的中等。
本发明的二次锂电池的隔膜为二次锂电池通用的隔膜，如多孔聚丙烯隔膜，多孔聚乙烯隔膜等。
本发明的二次锂电池，具有很高的可逆容量，循环性好，安全可靠，耐大电流充放，工作电压平稳。
本发明的二次锂电池适用于多种场合，例如移动电话，笔记本电脑，便携式录像机，电子玩具，无绳电动工具等需要可移动电源的场合，也包括电动汽车等领域。
下面结合图表及实施例对本发明作进一步叙述。
图1是本发明的实验电池结构示意图，图2是本发明实施例1实验电池的充放电曲线，图3是本发明实施例32实验电池的充放电曲线，表1是本发明实施例1-35的实验电池的充放电数据表。
实施例一
为了研究本发明的弥散相纳米硅基复合材料作为二次锂电池阳极活性材料的电化学性能，采用一个实验电池来进行研究。实验电池结构如图1所示。其中1为不锈钢密封螺帽，2为聚四氟乙烯螺母，3为不锈钢弹簧片，4为以弥散相纳米硅基复合材料为活性材料的阳极，5为多孔聚丙烯隔膜Celgard 2400(经电解液浸泡)，6为金属锂片阴极，7为测量导线。电解液为1摩尔六氟磷酸锂溶于乙烯碳酸酯和二乙基碳酸酯的混合溶剂中(体积比为1∶1)。
阳极的制备方法描述如下：将纳米Si粉(85nm)，碳黑与聚偏氟乙烯的N-甲基吡咯烷酮溶液在常温常压下混合形成浆料，均匀涂敷于作为集流体的铜箔衬底上，所得的薄膜厚度约20μm。将得到的薄膜在150℃下烘干后，在20Kg/cm2下压紧，继续在150℃下烘干12小时。烘干后纳米Si粉(85nm)，碳黑与聚偏氟乙烯的重量百分比为40∶40∶20，然后将薄膜裁剪为面积为1cm2的圆形薄片作为弥散相纳米硅基复合材料阳极。
将厚0.4mm，面积为1cm2的金属锂片作为阴极。
将图1中的所有电池材料，除电解液外，干燥后在充氩手套箱中按图1所示组装成实验电池。
实验电池由受计算机控制的自动充放电仪进行充放电循环测试。电流密度为0.1mA/cm2，充电截止电压为0.8V，放电截止电压为0.0V。充放电曲线见图2.图2为本实施例中所述阳极从第1周到第38周的充放电曲线.充放电数据列于表1中。表1中可逆容量值是基于阳极活性物质计算所得，即第十周放电容量除以阳极活性物质的质量。循环性参数中第一个数表示第一周的充放电效率，即第一周的充电容量除以第一周放电容量.第二个数表示循环性，既第十周的充电容量除以第一周充电容量.实施例二
将纳米Si粉(85nm)，碳黑与聚偏氟乙烯的N-甲基吡咯烷酮溶液在常温常压下混合形成浆料，均匀涂敷于铜箔衬底上，所得的薄膜厚度约20μm。烘干后纳米Si粉，碳黑与聚偏氟乙烯的重量百分比为90∶5∶5.其余阳极制备步骤同实施例一。
实验电池的其它材料，结构，组装及测试方法同实施例一，充放电数据列于表1中。实施例三
将纳米Si粉(85nm)，碳黑与聚偏氟乙烯的N-甲基吡咯烷酮溶液在常温常压下混合形成浆料，均匀涂敷于铜箔衬底上，所得的薄膜厚度约20μm。烘干后纳米Si粉，碳黑与聚偏氟乙烯三者的重量百分比为30∶60∶10.其余阳极制备步骤同实施例一。
实验电池的其它材料，结构，组装及测试方法同实施例一，充放电数据列于表1中。实施例四
将纳米Si粉(85nm)，碳黑与聚偏氟乙烯的N-甲基吡咯烷酮溶液在常温常压下混合形成浆料，均匀涂敷于铜箔衬底上，所得的薄膜厚度约20μm。烘干后纳米Si粉，碳黑与聚偏氟乙烯三者的重量百分比为30∶40∶30.其余阳极制备步骤同实施例一。
实验电池的其它材料，结构，组装及测试方法同实施例一，充放电数据列于表1中。实施例五
将纳米Si粉(85nm)，石墨与聚偏氟乙烯的N-甲基吡咯烷酮溶液在常温常压下混合形成浆料，均匀涂敷于铜箔衬底上，所得的薄膜厚度约20μm。烘干后纳米Si粉，石墨与聚偏氟乙烯三者的重量百分比为90∶8∶2.其余阳极制备步骤同实施例一。
实验电池的其它材料，结构，组装及测试方法同实施例一，充放电数据列于表1中。实施例六
将纳米Si粉(85nm)，石墨与聚偏氟乙烯的N-甲基吡咯烷酮溶液在常温常压下混合形成浆料，均匀涂敷于铜箔衬底上，所得的薄膜厚度约20μm。烘干后纳米Si粉，石墨与聚偏氟乙烯三者的重量百分比为70∶20∶10.其余阳极制备步骤同实施例一。
实验电池的其它材料，结构，组装及测试方法同实施例一，充放电数据列于表1中。实施例七
将纳米Si粉(85nm)，石墨与聚偏氟乙烯的N-甲基吡咯烷酮溶液在常温常压下混合形成浆料，均匀涂敷于铜箔衬底上，所得的薄膜厚度约20μm。烘干后纳米Si粉，石墨与聚偏氟乙烯三者的重量百分比为60∶30∶10.其余阳极制备步骤同实施例一。
实验电池的其它材料，结构，组装及测试方法同实施例一，充放电数据列于表1中。实施例八
将纳米Si粉(85nm)，石墨与聚偏氟乙烯的N-甲基吡咯烷酮溶液在常温常压下混合形成浆料，均匀涂敷于铜箔衬底上，所得的薄膜厚度约20μm。烘干后纳米Si粉，石墨与聚偏氟乙烯三者的重量百分比为50∶40∶10.其余阳极制备步骤同实施例一。
实验电池的其它材料，结构，组装及测试方法同实施例一，充放电数据列于表1中。实施例九
将纳米Si粉(85nm)，石墨与聚偏氟乙烯的N-甲基吡咯烷酮溶液在常温常压下混合形成浆料，均匀涂敷于铜箔衬底上，所得的薄膜厚度约20μm。烘干后纳米Si粉，石墨与聚偏氟乙烯三者的重量百分比为40∶50∶10.其余阳极制备步骤同实施例一。
实验电池的其它材料，结构，组装及测试方法同实施例一，充放电数据列于表1中。实施例十
将纳米Si粉(85nm)，金属铝粉(9.9％，5μm)与5％聚丙烯腈(PAN)的γ-丁内酯溶液在常温常压下混合形成浆料，均匀涂敷于铜箔衬底上，所得的薄膜厚度约20μm。烘干后纳米Si粉，金属铝粉与聚丙烯腈三者的重量百分比为50∶40∶10.其余阳极制备步骤同实施例一。
实验电池的其它材料，结构，组装及测试方法同实施例一，充放电数据列于表1中。实施例十一
将纳米Si粉(85nm)，金属铜粉(99.9％，5μm)与5％聚丙烯腈(PAN)的γ-丁内酯溶液在常温常压下混合形成浆料，均匀涂敷于铜箔衬底上，所得的薄膜厚度约20μm。烘干后纳米Si粉，金属铜粉与聚丙烯腈三者的重量百分比为40∶50∶10.其余阳极制备步骤同实施例一。
实验电池的其它材料，结构，组装及测试方法同实施例一，充放电数据列于表1中。实施例十二
将纳米Si粉(85nm)，金属锌粉(99％，38μm)与5％聚丙烯腈(PAN)的γ-丁内酯溶液在常温常压下混合形成浆料，均匀涂敷于铜箔衬底上，所得的薄膜厚度约40μm。烘干后纳米Si粉，金属锌粉与聚丙烯腈三者的重量百分比为40∶50∶10.其余阳极制备步骤同实施例一。
实验电池的其它材料，结构，组装及测试方法同实施例一，充放电数据列于表1中。实施例十三
将纳米Si粉(85nm)，金属镍粉(99％，38μm)与5％聚丙烯腈(PAN)的γ-丁内酯溶液在常温常压下混合形成浆料，均匀涂敷于铜箔衬底上，所得的薄膜厚度约40μm。烘干后纳米Si粉，金属镍粉与聚丙烯腈三者的重量百分比为40∶50∶10.其余阳极制备步骤同实施例一。
实验电池的其它材料，结构，组装及测试方法同实施例一，充放电数据列于表1中。实施例十四
将纳米Si粉(85nm)，金属铁粉(99％，38μm)与5％聚丙烯腈(PAN)的γ-丁内酯溶液在常温常压下混合形成浆料，均匀涂敷于铜箔衬底上，所得的薄膜厚度约50μm。烘干后纳米Si粉，金属铁粉与聚丙烯腈三者的重量百分比为40∶50∶10.其余阳极制备步骤同实施例一。
实验电池的其它材料，结构，组装及测试方法同实施例一，充放电数据列于表1中。实施例十五
将纳米Si粉(85nm)，金属锑粉(99％，38μm)，石墨化碳纤维(聚丙烯腈基碳纤维，2800℃石墨化，直径5μm，长度为20μm)与聚偏氟乙烯的N一甲基吡咯烷酮溶液在常温常压下混合形成浆料，均匀涂敷于铜箔衬底上，所得的薄膜厚度约20μm。烘干后纳米Si粉，金属锑粉，碳纤维与聚偏氟乙烯四者的重量百分比为40∶20∶30∶10.其余阳极制备步骤同实施例一。
实验电池的其它材料，结构，组装及测试方法同实施例一，充放电数据列于表1中。实施例十六
将纳米Si粉(85nm)，金属铜粉(99％，5μm)，乙炔黑与聚偏氟乙烯的N-甲基吡咯烷酮溶液在常温常压下混合形成浆料，均匀涂敷于铜箔衬底上，所得的薄膜厚度约20μm。烘干后纳米Si粉，金属铜粉，乙炔黑与聚偏氟乙烯四者的重量百分比为40∶20∶30∶10.其余阳极制备步骤同实施例一。
实验电池的其它材料，结构，组装及测试方法同实施例一，充放电数据列于表1中。实施例十七
将纳米Si粉(85nm)，金属铁粉(99％，38μm)，热解碳(中间相碳小球，2800℃石墨化，6μm)与聚偏氟乙烯的N-甲基吡咯烷酮溶液在常温常压下混合形成浆料，均匀涂敷于铜箔衬底上，所得的薄膜厚度约40μm。烘干后纳米Si粉，金属铁粉，热解碳与聚偏氟乙烯四者的重量百分比为40∶20∶30∶10.其余阳极制备步骤同实施例一。
实验电池的其它材料，结构，组装及测试方法同实施例一，充放电数据列于表1中。实施例十八
将纳米Si粉(85nm)，金属铝粉(99％，5μm)，石墨化碳纤维(沥青基碳纤维，2800℃石墨化，直径5μm，长度为20μm)与聚偏氟乙烯的N-甲基吡咯烷酮溶液在常温常压下混合形成浆料，均匀涂敷于铜箔衬底上，所得的薄膜厚度约40μm。烘干后纳米Si粉，金属铝粉，碳黑与聚偏氟乙烯四者的重量百分比为40∶20∶30∶10.其余阳极制备步骤同实施例一。
实验电池的其它材料，结构，组装及测试方法同实施例一，充放电数据列于表1中。实施例十九
将纳米Si粉(85nm)，金属锡粉(99％，38μm)，Ag粉(20nm)与聚偏氟乙烯的N-甲基吡咯烷酮溶液在常温常压下混合形成浆料，均匀涂敷于铜箔衬底上，所得的薄膜厚度约40μm。烘干后纳米Si粉，金属锡粉，Ag粉与聚偏氟乙烯四者的重量百分比为50∶20∶20∶10.其余阳极制备步骤同实施例一。
实验电池的其它材料，结构，组装及测试方法同实施例一，充放电数据列于表1中。实施例二十
将纳米Si粉(85nm)，Cu3Si粉(99％，38μm)，碳黑与聚偏氟乙烯的N-甲基吡咯烷酮溶液在常温常压下混合形成浆料，均匀涂敷于铜箔衬底上，所得的薄膜厚度约40μm。烘干后烘干后纳米Si粉，Cu3Si粉，碳黑与聚偏氟乙烯四者的重量百分比为50∶20∶20∶10.其余阳极制备步骤同实施例一。
实验电池的其它材料，结构，组装及测试方法同实施例一，充放电数据列于表1中。实施例二十一
将纳米Si粉(85nm)，Zn粉(99％，38μm)，碳黑与聚偏氟乙烯的N-甲基吡咯烷酮溶液在常温常压下混合形成浆料，均匀涂敷于铜箔衬底上，所得的薄膜厚度约40μm。烘干后纳米Si粉，FeSi粉，碳黑与聚偏氟乙烯四者的重量百分比为50∶20∶20∶10.其余阳极制备步骤同实施例一。
实验电池的其它材料，结构，组装及测试方法同实施例一，充放电数据列于表1中。实施例二十二
将纳米Si粉(85nm)，FeSi2粉(99％，38μm)，Al纤维(直径2μm，长20μm)与聚偏氟乙烯的N-甲基吡咯烷酮溶液在常温常压下混合形成浆料，均匀涂敷于铜箔衬底上，所得的薄膜厚度约40μm。烘干后纳米Si粉，FeSi2粉，Al纤维与聚偏氟乙烯四者的重量百分比为50∶20∶20∶10.其余阳极制备步骤同实施例一。
实验电池的其它材料，结构，组装及测试方法同实施例一，充放电数据列于表1中。实施例二十三
将纳米Si粉(85nm)，Mg2Si粉(99％，38μm)，碳黑与聚偏氟乙烯的N-甲基吡咯烷酮溶液在常温常压下混合形成浆料，均匀涂敷于铜箔衬底上，所得的薄膜厚度约40μm。烘干后纳米Si粉，Mg2Si粉，碳黑与聚偏氟乙烯四者的重量百分比为50∶20∶20∶10.其余阳极制备步骤同实施例一。
实验电池的其它材料，结构，组装及测试方法同实施例一，充放电数据列于表1中。实施例二十四
将纳米Si粉(85nm)，MnSi粉(99％，38μm)，碳黑与聚偏氟乙烯的N-甲基吡咯烷酮溶液在常温常压下混合形成浆料，均匀涂敷于铜箔衬底上，所得的薄膜厚度约40μm。烘干后纳米Si粉，MnSi粉，碳黑与聚偏氟乙烯四者的重量百分比为50∶20∶20∶10.其余阳极制备步骤同实施例一。
实验电池的其它材料，结构，组装及测试方法同实施例一，充放电数据列于表1中。实施例二十五
将纳米Si粉(85nm)，NiSi粉(99％，38μm)，Ni纤维(直径2μm，长20μm)与聚偏氟乙烯的N-甲基吡咯烷酮溶液在常温常压下混合形成浆料，均匀涂敷于铜箔衬底上，所得的薄膜厚度约40μm。烘干后纳米Si粉，NiSi粉，Ni纤维与聚偏氟乙烯四者的重量百分比为50∶20∶20∶10.其余阳极制备步骤同实施例一。
实验电池的其它材料，结构，组装及测试方法同实施例一，充放电数据列于表1中。实施例二十六
将纳米Si粉(85nm)，AgSi粉(99％，38μm)，碳黑与聚偏氟乙烯的N-甲基吡咯烷酮溶液在常温常压下混合形成浆料，均匀涂敷于铜箔衬底上，所得的薄膜厚度约40μm。烘干后纳米Si粉，AgSi粉，碳黑与聚偏氟乙烯四者的重量百分比为50∶20∶20∶10.其余阳极制备步骤同实施例一。
实验电池的其它材料，结构，组装及测试方法同实施例一，充放电数据列于表1中。实施例二十七
将纳米Si粉(85nm)，CrSi粉(99％，38μm)，碳黑与聚偏氟乙烯的N-甲基吡咯烷酮溶液在常温常压下混合形成浆料，均匀涂敷于铜箔衬底上，所得的薄膜厚度约40μm。烘干后纳米Si粉，AgSi粉，碳黑与聚偏氟乙烯四者的重量百分比为40∶30∶20∶10.其余阳极制备步骤同实施例一。
实验电池的其它材料，结构，组装及测试方法同实施例一，充放电数据列于表1中。实施例二十八
将纳米Si粉(85nm)，Sn2Fe粉(99％，100nm)，碳黑与聚偏氟乙烯的N-甲基吡咯烷酮溶液在常温常压下混合形成浆料，均匀涂敷于铜箔衬底上，所得的薄膜厚度约20μm。烘干后纳米Si粉，Sn2Fe粉，碳黑与聚偏氟乙烯四者的重量百分比为10∶60∶20∶10.其余阳极制备步骤同实施例一。
实验电池的其它材料，结构，组装及测试方法同实施例一，充放电数据列于表1中。实施例二十九
将纳米Si粉(85nm)，SnSb粉(99％，50nm)，碳黑与聚偏氟乙烯的N-甲基吡咯烷酮溶液在常温常压下混合形成浆料，均匀涂敷于铜箔衬底上，所得的薄膜厚度约20μm。烘干后纳米Si粉，SnSb粉，碳黑与聚偏氟乙烯烘干后四者的重量百分比为5∶80∶10∶5.其余阳极制备步骤同实施例一。
实验电池的其它材料，结构，组装及测试方法同实施例一，充放电数据列于表1中。实施例三十
将纳米Si粉(85nm)，CuSn粉(99％，20nm)与聚偏氟乙烯(PVDF)的N-甲基吡咯烷酮溶液在常温常压下混合形成浆料，均匀涂敷于铜箔衬底上，所得的薄膜厚度约20μm。烘干后纳米Si粉，CuSn粉与聚偏氟乙烯三者的重量百分比为5∶90∶5.其余阳极制备步骤同实施例一。
实验电池的其它材料，结构，组装及测试方法同实施例一，充放电数据列于表1中。实施例三十一
将无定形Si粉(99％)，碳黑与聚偏氟乙烯的N-甲基吡咯烷酮溶液在常温常压下混合形成浆料，均匀涂敷于铜箔衬底上，所得的薄膜厚度约20μm。烘干后无定形Si粉，碳黑与聚偏氟乙烯三者的重量百分比为40∶40∶20.其余阳极制备步骤同实施例一。
实验电池的其它材料，结构，组装及测试方法同实施例一，充放电数据列于表1中。实施例三十二
按实施例一所述制得组成完全相同的阳极。
实验电池的其它材料，结构，组装及测试方法均同实施例一。电流密度增大到0.8mA/cm2，充放电截止电压同实施例一。充放电曲线见图3，充放电数据列于表1中。实施例三十三
将纳米Si粉(5nm)，碳黑与聚偏氟乙烯的N-甲基吡咯烷酮溶液在常温常压下混合形成浆料，均匀涂敷于铜箔衬底上，所得的薄膜厚度约20μm.烘干后纳米Si粉，碳黑与聚偏氟乙烯三者的重量百分比为40∶40∶20.其余阳极制备步骤同实施例一。
实验电池的其它材料，结构，组装及测试方法同实施例一，充放电数据列于表1中。实施例三十四
将纳米Si粉(100nm)，碳黑与聚偏氟乙烯的N-甲基吡咯烷酮溶液在常温常压下混合形成浆料，均匀涂敷于铜箔衬底上，所得的薄膜厚度约20μm.烘干后纳米Si粉，碳黑与聚偏氟乙烯三者的重量百分比为40∶40∶20.其余阳极制备步骤同实施例一。
实验电池的其它材料，结构，组装及测试方法同实施例一，充放电数据列于表1中。实施例三十五
将纳米Si粉(30nm)，碳黑与聚偏氟乙烯的N-甲基吡咯烷酮溶液在常温常压下混合形成浆料，均匀涂敷于铜箔衬底上，所得的薄膜厚度约20μm.烘干后纳米Si粉，碳黑与聚偏氟乙烯三者的重量百分比为40∶40∶20.其余阳极制备步骤同实施例一。
实验电池的其它材料，结构，组装及测试方法同实施例一，充放电数据列于表1中。
| 弥散相纳米硅基复合材料的组份及其所占比例 | 由弥散相纳米硅基复合材料为阳极组成的模拟电池的电化学性质 | 相应实施例编号 | |||||
| 活性物质A1 | 活性物质A2 | 导电添加剂B1 | 粘合剂B2 | 重量百分比 | 可逆容量(毫安时/克A1+A2) | 循环性参数 | |
| Si | 碳黑 | 聚偏氟乙烯 | (40∶40∶20) | 1820 | 0.88，0.88 | 1 | |
| Si | 碳黑 | 聚偏氟乙烯 | (90∶5∶5) | 1240 | 0.63，0.50 | 2 | |
| Si | 碳黑 | 聚偏氟乙烯 | (30∶60∶10) | 1440 | 0.74，0.72 | 3 | |
| Si | 碳黑 | 聚偏氟乙烯 | (30∶40∶30) | 1940 | 0.78，0.90 | 4 | |
| Si | 石墨 | 聚偏氟乙烯 | (90∶8∶2) | 860 | 0.64，0.54 | 5 | |
| Si | 石墨 | 聚偏氟乙烯 | (70∶20∶10) | 940 | 0.72，0.58 | 6 | |
| Si | 石墨 | 聚偏氟乙烯 | (60∶30∶10) | 1042 | 0.76，0.64 | 7 | |
| Si | 石墨 | 聚偏氟乙烯 | (50∶40∶10) | 1146 | 0.78，0.68 | 8 | |
| Si | 石墨 | 聚偏氟乙烯 | (40∶50∶10) | 1246 | 0.82，07.2 | 9 | |
| Si | Al粉 | 聚丙烯腈 | (50∶40∶10) | 840 | 0.64，0.52 | 10 | |
| Si | Cu粉 | 聚丙烯腈 | (40∶50∶10) | 1280 | 0.74，0.64 | 11 | |
| Si | Zn粉 | 聚丙烯腈 | (40∶50∶10) | 946 | 0.68，0.56 | 12 | |
| Si | Ni粉 | 聚丙烯腈 | (40∶50∶10) | 1028 | 0.62，0.46 | 13 | |
| Si | Fe粉 | 聚丙烯腈 | (40∶50∶10) | 848 | 0.58，0.48 | 14 | |
| Si | Sb | 碳纤维 | 聚偏氟乙烯 | (40∶20∶30∶10) | 1684 | 0.76，0.68 | 15 |
| Si | Cu | 乙炔黑 | 聚偏氟乙烯 | (40∶20∶30∶10) | 1468 | 0.68，0.72 | 16 |
| Si | Fe | 热解碳 | 聚偏氟乙烯 | (40∶20∶30∶10) | 1582 | 0.74，0.72 | 17 |
| Si | Al | 碳纤维 | 聚偏氟乙烯 | (40∶20∶30∶10) | 1560 | 0.71，0.69 | 18 |
| Si | Sn | Ag粉 | 聚偏氟乙烯 | (40∶20∶30∶10) | 1764 | 0.74，0.72 | 19 |
| Si | Cu3Si | 碳黑 | 聚偏氟乙烯 | (50∶20∶20∶10) | 1284 | 0.74，0.68 | 20 |
| Si | Zn | 碳黑 | 聚偏氟乙烯 | (50∶20∶20∶10) | 1364 | 0.72，0.64 | 21 |
| Si | FeSi2 | Al纤维 | 聚偏氟乙烯 | (50∶20∶20∶10) | 1465 | 0.71，0.65 | 22 |
| Si | Mg2Si | 碳黑 | 聚偏氟乙烯 | (50∶20∶20∶10) | 1764 | 0.78，0.82 | 23 |
| Si | MnSi | 碳黑 | 聚偏氟乙烯 | (50∶20∶20∶10) | 1346 | 0.68，0.64 | 24 |
| Si | NiSi | Ni纤维 | 聚偏氟乙烯 | (50∶20∶20∶10) | 1235 | 0.63，0.59 | 25 |
| Si | AgSi | 碳黑 | 聚偏氟乙烯 | (50∶20∶20∶10) | 1648 | 0.76，0.78 | 26 |
| Si | CrSi | 碳黑 | 聚偏氟乙烯 | (40∶30∶20∶10) | 1380 | 0.67，0.72 | 27 |
| Si | Sn2Fe | 碳黑 | 聚偏氟乙烯 | (10∶60∶20∶10) | 480 | 0.64，0.78 | 28 |
| Si | SnSb | 碳黑 | 聚偏氟乙烯 | (5∶80∶10∶5) | 540 | 0.74，0.72 | 29 |
| Si | CuSn | 聚偏氟乙烯 | (5∶90∶5) | 400 | 0.72，0.78 | 30 | |
| a-Si | 碳黑 | 聚偏氟乙烯 | (40∶40∶20) | 900 | 0.84，0.54 | 31 | |
| Si | 碳黑 | 聚偏氟乙烯 | (40∶40∶20) | 1573 | 0.72，0.84 | 32 | |
| Si | 碳黑 | 聚偏氟乙烯 | (40∶40∶20) | 1940 | 0.76，0.88 | 33 | |
| Si | 碳黑 | 聚偏氟乙烯 | (40∶40∶20) | 1450 | 0.70，0.82 | 34 | |
| Si | 碳黑 | 聚偏氟乙烯 | (40∶40∶20) | 1780 | 0.74，0.84 | 35 | |
表1
Claims (3)
1一种二次锂电池，由以弥散相纳米硅基复合材料为活性材料的阳极，以含锂的过渡金属氧化物为活性材料的阴极，有机电解质溶液，隔膜，电池壳，集流体，引线组成，其中阴极与阳极之间由浸泡了有机电解质溶液的隔膜隔开，阴极和阳极的一端分别在集流体上焊上引线与相互绝缘的电池壳两端相连；
其中弥散相纳米硅基复合阳极活性材料由活性物质和弥散剂组成.活性物质包括纳米硅或无定形硅，无定形硅的有序度尺度为纳米，纳米硅的粒度为5nm到100nm，弥散剂包括起导电及分散作用的导电添加剂和起粘合与分散作用的粘合剂，其中活性物质在弥散相纳米硅基复合阳极活性材料中所占的重量百分比为95％到30％，导电添加剂占0％到60％，粘合剂占2％-30％，三者相加为1；
弥散相纳米硅基复合活性材料阳极的制备方法为：将活性物质与导电添加剂混合均匀，再与粘合剂在常温常压下均匀混合制成复合材料浆液，其中的粘合剂可以是溶液或乳浊液.将所得的复合材料浆液均匀地涂敷在作为集流体的各种导电载体上，然后将薄膜烘干，再裁剪成所需的形状；
其中阴极活性材料为已知的用于二次锂电池阴极的材料；
其中有机电解质溶液为二次锂电池通用的电解液；
其中隔膜为二次锂电池通用的隔膜。
2按权利要求书1所述的二次锂电池，其特征在于：所述的阳极活性物质中可以添加Al，Ag，Cr，Cu，Fe，Mg，Mn，Ni，Sb，Sn，Zn或这些元素相互形成的合金或这些元素与硅形成的合金，添加的金属或合金与纳米硅构成复合活性物质，两者的重量百分比为0％-90％。
3按权利要求书1所述的二次锂电池，其特征在于：导电添加剂包括Cu、Al、Ni、Fe、Ag、Zn粉或纤维，乙炔黑，碳黑，石墨粉，热解碳，碳纤维。
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