專利名稱：一種亞穩(wěn)相LiC₆合金的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種亞穩(wěn)相LiC6合金的制備方法，屬于新型功能材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鋰離子電池以其電容量高、循環(huán)壽命長、性價比高等優(yōu)點(diǎn)成為便攜式電子產(chǎn)品的可再充電源的主要選擇對象。在鋰離子電池的發(fā)展過程中，正極材料直接影響其性能，并可成為制約其大規(guī)模推廣應(yīng)用的瓶頸。因此，設(shè)計(jì)研制具有優(yōu)良充、放電性能的新型鋰電池正極材料，是電池行業(yè)研究和發(fā)展的重點(diǎn)。近年來，Li-C, Li-Me-C(Sn, Si)等體系被認(rèn)為具有優(yōu)越的電化學(xué)性能而成為Li 離子電池電極材料的重要研究對象。其中，已有文獻(xiàn)報(bào)道了熱力學(xué)穩(wěn)定相Li2C2的晶體結(jié)構(gòu)信息，熱力學(xué)性質(zhì)及電化學(xué)性能等(U. Ruschewitz，R. Pottgen. Structural Phase Transition in Li2C2 [J] · Ζ· Anorg. Allg. Chem.，1999，625，1599-1603)。由于 Li2C2 的綜合電化學(xué)性質(zhì)并不能很好的滿足鋰離子電池電極材料的要求，而富碳相LiC6具有相對較高的電容量和優(yōu)異的循環(huán)電性能，極有潛力成為鋰離子電池重要的電極材料來源。由于LiC6為熱力學(xué)亞穩(wěn)相，利用常規(guī)的制備技術(shù)很難獲得成分均勻、純凈單相的LiC6合金。目前國內(nèi)外關(guān)于亞穩(wěn)相LiC6合金的制備方法極少報(bào)道?；谝陨媳尘埃覀冡槍iC6具有亞穩(wěn)相特性且極易氧化的特點(diǎn)，采用放電等離子燒結(jié)技術(shù)，制備成分均勻、純凈單相的LiC6合金。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種亞穩(wěn)相LiC6合金材料的制備方法。首先將金屬Li片和石墨粉按照LiC6的化學(xué)計(jì)量比進(jìn)行質(zhì)量配比，然后在氬氣氣氛保護(hù)的手套箱內(nèi)將Li片和石墨粉裝入石墨模具，預(yù)壓成型，之后利用放電等離子燒結(jié)技術(shù)，制備得到單相的LiC6合
^^ ο本發(fā)明提供的一種亞穩(wěn)相LiC6合金的制備方法，其特征在于，包括以下步驟(1)在干燥箱中對石墨粉進(jìn)行干燥處理，保溫溫度為100-200°C，保溫時間為 5-10h，將Li片和石墨粉按照LiC6的化學(xué)計(jì)量比進(jìn)行質(zhì)量配比，在氧含量低于IOppm的氬氣手套箱內(nèi)進(jìn)行下料操作在石墨模具內(nèi)先放入石墨粉，再按照石墨粉-Li片-石墨粉的順序逐層放置，下料完成后將模具內(nèi)的Li片和石墨粉混合物進(jìn)行冷壓預(yù)成型；(2)將預(yù)壓成型的Li片和石墨粉混合物送入放電等離子燒結(jié)設(shè)備中進(jìn)行燒結(jié)致密化，具體工藝參數(shù)如下終態(tài)燒結(jié)溫度為200-300°C，升溫速率為50-100°C /min，燒結(jié)壓力為10-30MPa，達(dá)到終態(tài)燒結(jié)溫度后保溫5-lOmin再冷卻至室溫，制備得到單相LiC6合金塊體材料。步驟(1)中，首先對石墨粉進(jìn)行干燥處理是為了消除粉末表面可能吸附的水分或其它雜質(zhì)，因?yàn)長i很易與水發(fā)生反應(yīng)，石墨粉表面即便有微量水分也會導(dǎo)致Li的反應(yīng)氧化從而在產(chǎn)物中引入雜相；選用Li片和在下料過程中使石墨粉和Li片逐層排布放置是為了Li片和石墨粉有更大的接觸面積從而有利于反應(yīng)快速和充分地進(jìn)行；冷壓預(yù)成型是為了進(jìn)一步增大Li片和石墨粉的接觸面積，同時增加混合粉末的松裝密度，利于后續(xù)燒結(jié)完成后LiC6合金塊體具有高的致密度。步驟O)中，終態(tài)燒結(jié)溫度定為200-300°C，是因?yàn)長iC6化合物的分解溫度為 330°C，燒結(jié)合成溫度要低于其分解溫度，但燒結(jié)溫度過低會造成合金塊體的致密度下降； 升溫速率的確定是要在原料混合物能夠充分?jǐn)U散反應(yīng)的條件下實(shí)現(xiàn)合金塊體的快速制備； 燒結(jié)過程中施加的壓力，一方面是為了增加合金塊體的致密度，隨壓力增加致密度增大；另一方面，還要保證燒結(jié)加熱過程中熔化的Li液不因壓力過大而被壓滲出模具。本發(fā)明的目的在于解決亞穩(wěn)相LiC6合金塊體的制備技術(shù)難題，而提供的一種物相純凈、高致密度、工藝路線簡單易行、合成周期短的制備技術(shù)。本發(fā)明具有如下特點(diǎn)和優(yōu)勢(1)選用Li片和烘干后的石墨粉，并在氬氣保護(hù)的手套箱內(nèi)進(jìn)行逐層排布的下料操作，既可以最大程度地避免氧化獲得高的純度，又可以保證反應(yīng)充分進(jìn)行而獲得單一物相的LiC6合金。(2)利用放電等離子燒結(jié)技術(shù)，采用優(yōu)化的工藝參數(shù)進(jìn)行加壓、快速、短時保溫的燒結(jié)，可得到致密、成分均勻的純凈單相亞穩(wěn)相LiC6合金塊體。目前，通過化學(xué)合成、機(jī)械合金化、熔煉鑄造等方法，均難以制備出致密、純凈單相的亞穩(wěn)相LiC6合金塊體。


圖1實(shí)施例1中制備出的亞穩(wěn)相LiC6合金塊體的實(shí)物照片；圖2實(shí)施例1中制備出的亞穩(wěn)相LiC6合金塊體的物相分析(X射線衍射)圖譜。
具體實(shí)施例方式所有實(shí)施例中原料Li片購自天津中能鋰業(yè)有限公司，純度為99.9%，尺寸為 Φ 18. 5 X 1.05mm;石墨粉購自北京化學(xué)試劑廠，純度為98%，粒度為300目。實(shí)施例1(1)在干燥箱中對石墨粉進(jìn)行干燥處理，保溫溫度為200°C，保溫時間為證，將Li 片和石墨粉按照LiC6的化學(xué)計(jì)量比進(jìn)行質(zhì)量配比，在氧含量低于IOppm的氬氣手套箱內(nèi)進(jìn)行下料操作在石墨模具內(nèi)先放入石墨粉，再按照石墨粉-Li片-石墨粉的順序逐層放置， 下料完成后將模具內(nèi)的Li片和石墨粉混合物進(jìn)行冷壓預(yù)成型；(2)將預(yù)壓成型的Li片和石墨粉混合物送入放電等離子燒結(jié)設(shè)備中進(jìn)行燒結(jié)致密化，具體工藝參數(shù)如下終態(tài)燒結(jié)溫度為200°C，升溫速率為50°C /min，燒結(jié)壓力為 30MPa,達(dá)到終態(tài)燒結(jié)溫度后保溫IOmin再冷卻至室溫，制備得到單相LiC6合金塊體材料。實(shí)施例1中制備的亞穩(wěn)相LiC6合金塊體的實(shí)物照片見圖1，其X射線衍射譜表征的物相分析見圖2，測定得到的亞穩(wěn)相LiC6的晶格參數(shù)見表1。實(shí)施例2(1)在干燥箱中對石墨粉進(jìn)行干燥處理，保溫溫度為100°C，保溫時間為IOhJfLi 片和石墨粉按照LiC6的化學(xué)計(jì)量比進(jìn)行質(zhì)量配比，在氧含量低于IOppm的氬氣手套箱內(nèi)進(jìn)行下料操作在石墨模具內(nèi)先放入石墨粉，再按照石墨粉-Li片-石墨粉的順序逐層放置，下料完成后將模具內(nèi)的Li片和石墨粉混合物進(jìn)行冷壓預(yù)成型；(2)將預(yù)壓成型的Li片和石墨粉混合物送入放電等離子燒結(jié)設(shè)備中進(jìn)行燒結(jié)致密化，具體工藝參數(shù)如下終態(tài)燒結(jié)溫度為300°C，升溫速率為100°C /min，燒結(jié)壓力為 IOMPa,達(dá)到終態(tài)燒結(jié)溫度后保溫5min再冷卻至室溫，制備得到單相LiC6合金塊體材料。實(shí)施例3(1)在干燥箱中對石墨粉進(jìn)行干燥處理，保溫溫度為150°C，保溫時間為他，將Li 片和石墨粉按照LiC6的化學(xué)計(jì)量比進(jìn)行質(zhì)量配比，在氧含量低于IOppm的氬氣手套箱內(nèi)進(jìn)行下料操作在石墨模具內(nèi)先放入石墨粉，再按照石墨粉-Li片-石墨粉的順序逐層放置， 下料完成后將模具內(nèi)的Li片和石墨粉混合物進(jìn)行冷壓預(yù)成型；(2)將預(yù)壓成型的Li片和石墨粉混合物送入放電等離子燒結(jié)設(shè)備中進(jìn)行燒結(jié)致密化，具體工藝參數(shù)如下終態(tài)燒結(jié)溫度為270°C，升溫速率為90°C /min，燒結(jié)壓力為 20MPa,達(dá)到終態(tài)燒結(jié)溫度后保溫Smin再冷卻至室溫，制備得到單相LiC6合金塊體材料。表1實(shí)施例1中制備出的亞穩(wěn)相LiC6合金的晶體結(jié)構(gòu)測定數(shù)據(jù)晶格參數(shù)(空間群 P6/mmm)
權(quán)利要求
1. 一種亞穩(wěn)相LiC6合金的制備方法，其特征在于，包括以下步驟(1)在干燥箱中對石墨粉進(jìn)行干燥處理，保溫溫度為100-200°C，保溫時間為5-10h，將 Li片和石墨粉按照LiC6的化學(xué)計(jì)量比進(jìn)行質(zhì)量配比，在氧含量低于IOppm的氬氣手套箱內(nèi)進(jìn)行下料操作在石墨模具內(nèi)先放入石墨粉，再按照石墨粉-Li片-石墨粉的順序逐層放置，下料完成后將模具內(nèi)的Li片和石墨粉混合物進(jìn)行冷壓預(yù)成型；(2)將預(yù)壓成型的Li片和石墨粉混合物送入放電等離子燒結(jié)設(shè)備中進(jìn)行燒結(jié)致密化， 具體工藝參數(shù)如下終態(tài)燒結(jié)溫度為200-300°C，升溫速率為50-100°C /min，燒結(jié)壓力為 10-30MPa,達(dá)到終態(tài)燒結(jié)溫度后保溫5-lOmin再冷卻至室溫，制備得到單相LiC6合金塊體材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種亞穩(wěn)相LiC6合金的制備方法，屬于新型功能材料領(lǐng)域。首先將金屬Li片和石墨粉按照LiC6的化學(xué)計(jì)量比進(jìn)行質(zhì)量配比，然后在氬氣氣氛保護(hù)的手套箱內(nèi)將Li片和石墨粉按照石墨粉-Li片-石墨粉裝入石墨模具，預(yù)壓成型，之后利用放電等離子燒結(jié)技術(shù)，制備得到亞穩(wěn)相的LiC6合金。本發(fā)明方法所得LiC6合金物相純凈、高致密度、工藝路線簡單易行、合成周期短的制備技術(shù)。
文檔編號C22C1/05GK102324509SQ20111028045
公開日2012年1月18日 申請日期2011年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月20日
發(fā)明者宋曉艷, 張哲旭, 徐文武, 賀將韜 申請人:北京工業(yè)大學(xué)