一種電氣設(shè)備負(fù)極材料及電氣設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電氣材料，尤其涉及一種電氣設(shè)備負(fù)極材料。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，我國(guó)每年生產(chǎn)5億只小型密封鉛酸電池用于電動(dòng)自行車的動(dòng)力電源，隨著電動(dòng)汽車和儲(chǔ)能需求，為了保護(hù)環(huán)境，應(yīng)對(duì)大氣污染，需要通過(guò)引入電動(dòng)汽車或者混合汽車來(lái)降低二氧化碳的排放量，因此，發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)用的二次電池等電氣設(shè)備是電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。
[0003]以石墨材料為負(fù)極、以1^&)02等過(guò)渡金屬氧化物為正極材料的鋰離子電池已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。許多高新電子產(chǎn)品，如筆記本電腦、MP3、MP4等，都離不開鋰離子電池。然而，鋰離子電池的應(yīng)用也局限在這些小型、便攜型電子產(chǎn)品之中。開發(fā)新一代具有更高容量的鋰離子電池已經(jīng)成為當(dāng)前鋰離子電池領(lǐng)域研宄的熱點(diǎn)。如果我們看一下目前商業(yè)化的鋰離子電池負(fù)極材料一主要為石墨材料，可以發(fā)現(xiàn)，它的理論容量只有372mA/g，或者818mA/L (石墨材料的密度為2.29/cm)。在商品化的鋰離子電池中石墨的容量為320mA/g左右，它的利用率己經(jīng)達(dá)到了它的極限。如果要開發(fā)具有更高容量的電池材料，勢(shì)必尋找新的材料以代替石墨。
[0004]在元素周期表中，有很多元素組成的物質(zhì)，如硅、鋁、錫、銻等，可以在電池環(huán)境下與鋰發(fā)生反應(yīng)，并且具有比石墨高的多的理論容量，而且金屬和合金材料有另一個(gè)優(yōu)越性，即它們的充放電電位適中，沒有安全隱患。然而，金屬的單質(zhì)卻不能直接用來(lái)做鋰離子電池的負(fù)極材料，主要的原因是它們?cè)谂c鋰離子發(fā)生反應(yīng)生成鋰-金屬合金的過(guò)程中存在很大的體積膨脹和收縮，這將導(dǎo)致材料在受內(nèi)部應(yīng)力的作用而龜裂，從而失去活性。最終導(dǎo)致材料的循環(huán)性能下降。提高金屬和合金材料的循環(huán)性能成為開發(fā)合金鋰離子電池材料的關(guān)鍵冋題。
[0005]而鋰離子電池具有高容量、快速充放電、高循環(huán)性能而備受人們關(guān)注，構(gòu)成鋰離子電池的負(fù)極材料至關(guān)重要，如何提高負(fù)極材料對(duì)鋰離子的嵌入和脫出是提高鋰離子電池容量的主要途徑，負(fù)極備受關(guān)注。
[0006]因此，為了解決上述問題，特提供一種新的技術(shù)方案滿足需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種電氣設(shè)備負(fù)極材料，該材料的具有良好的循環(huán)性能、高容量、高穩(wěn)定性等優(yōu)異性能。
[0008]為了達(dá)到上述技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案具體為，一種電氣設(shè)備負(fù)極材料，其特征在于:具有合金LiAlSi，其中元素配比:鋰為10% -90%，鋁為10% -45%，硅為10% -50%。
[0009]進(jìn)一步地，還包括聚苯胺，其中合金LiAlSi均勻分散于聚苯胺中。
[0010]進(jìn)一步地，還包括碳，構(gòu)成LiAlSi/C復(fù)合材料
[0011]進(jìn)一步地，所述元素配比:鋰為30% -90%，鋁為10% -30%，硅為20% -50%。
[0012]進(jìn)一步地，所述元素配比:鋰為40% -90%，鋁為20% -30%，硅為30% -50%。
[0013]一種電氣設(shè)備，具有以上所述的負(fù)極材料。
[0014]本發(fā)明的有益效果:電氣設(shè)備負(fù)極材料克服了鋰負(fù)極材料高活潑性引起的安全性差和循環(huán)性差的缺點(diǎn)，具有高穩(wěn)定性，合金材料分散于聚苯胺中穩(wěn)定性增強(qiáng)，同時(shí)具有良好的導(dǎo)電性，具有實(shí)用化的效果。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面將結(jié)合本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)一步闡釋本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。所述方法如無(wú)特別說(shuō)明均為常規(guī)方法。
[0016]實(shí)施例1
[0017]一種電氣設(shè)備負(fù)極材料，具有合金LiAlSiJf LixAl合金和AlySi合金或Si粉按照化學(xué)計(jì)量比，其中元素配比:鋰為80%，鋁為10%，硅為10%，和一定量的鋼球(球料比4:1)放入高能球磨機(jī)中，在氬氣的氣氛下，400r/s的速度，球磨12小時(shí)。然后將球磨后的金屬粉末壓成片，放入管式爐中，在氬氣氣氛下，以400°C煅燒12h，升溫速度為10°C /min。得到灰色塊狀物，將其粉碎，并經(jīng)過(guò)400目篩，得到最終產(chǎn)物，即LiAlSi合金粉體，即為電氣設(shè)備負(fù)極材料。
[0018]實(shí)施例2
[0019]一種電氣設(shè)備負(fù)極材料，具有合金LiAlSiJf LixAl合金和AlySi合金或Si粉按照化學(xué)計(jì)量比，其中元素配比:鋰為80%，鋁為10%，硅為10%，和一定量的鋼球(球料比4:1)放入高能球磨機(jī)中，在氬氣的氣氛下，400r/s的速度，球磨12小時(shí)。然后將球磨后的金屬粉末壓成片，放入管式爐中，在氬氣氣氛下，以400°C煅燒12h，升溫速度為10°C /min。得到灰色塊狀物，將其粉碎，并經(jīng)過(guò)400目篩，S卩LiAlSi合金粉體，分散于聚苯胺中，通過(guò)研磨，烘干，粉碎，將小顆粒的合金材料嵌入一個(gè)穩(wěn)定的支撐體中，可以提高材料的穩(wěn)定性，制備出與聚苯胺復(fù)合的合金LiAlSi粉體，即為電氣設(shè)備負(fù)極材料。
[0020]實(shí)施例3
[0021]一種電氣設(shè)備負(fù)極材料，具有合金LiAlSiJf LixAl合金和AlySi合金或Si粉按照化學(xué)計(jì)量比分散與聚苯胺中，其中元素配比:鋰為50%，鋁為40%，硅為10%，和一定量的鋼球(球料比4:1)放入高能球磨機(jī)中，在氬氣的氣氛下，400r/s的速度，球磨12小時(shí)。然后將球磨后的金屬粉末壓成片，放入管式爐中，在氬氣氣氛下，以400°C煅燒12h，升溫速度為10°C/min。得到灰黑色塊狀物，將其粉碎，并經(jīng)過(guò)400目篩，即LiAlSi/C合金粉體，即為電氣設(shè)備負(fù)極材料。
[0022]實(shí)施例4
[0023]—種電氣設(shè)備負(fù)極材料，具有合金LiAlSiJf LixAl合金和AlySi合金或Si粉按照化學(xué)計(jì)量比，其中元素配比:鋰為50%，鋁為20%，硅為30%，和一定量的鋼球(球料比4:1)放入高能球磨機(jī)中，在氬氣的氣氛下，400r/s的速度，球磨12小時(shí)。然后將球磨后的金屬粉末壓成片，放入管式爐中，在氬氣氣氛下，以400°C煅燒12h，升溫速度為10°C /min。得到灰色塊狀物，將其粉碎，并經(jīng)過(guò)400目篩，得到最終產(chǎn)物，即LiAlSi合金粉體，即為電氣設(shè)備負(fù)極材料。
[0024]實(shí)施例5
[0025]—種電氣設(shè)備，將實(shí)施例1至實(shí)施例4所制備電氣設(shè)備負(fù)極材料，與電解液、正極材料組合制成鋰離子電池，作為二次電池應(yīng)用于電氣設(shè)備。
[0026]為了研宄測(cè)試，具體過(guò)程是首先將扣式Li/合金電池以0.05mA/cm2 (?10mA/g)充放電到指定電位，然后在手套相中將電池打開，取出電極片。將電極片在有機(jī)溶劑DMC中清洗，待溶劑揮發(fā)之后，在電極片上灑少量石墨作為衍射峰的標(biāo)定用，然后用薄膜塑料袋將電極片封裝進(jìn)行結(jié)構(gòu)測(cè)試。
[0027]將粉末活性材料、乙炔黑和PVDF溶液按8:1:1的比例(質(zhì)量比)混合均勻，加適量N —甲基毗咯烷酮(NMP)，在攪拌器上攪拌30分鐘，用自動(dòng)涂膜機(jī)均勻的涂覆在銅箔上，涂覆密度約為5mg/cm2。待干燥后，在棍壓機(jī)上棍壓，再制成直徑為12mm的電極片，放入真空干燥箱中80°C烘12h。在充滿氫氣氛圍的手套箱內(nèi)組裝電池，以合金膜為正極工作電極，以純金屬鏗片為對(duì)電極，使用隔膜和吸液膜，電解液使用IM LIPF6-DMC:DEC:EC(1:1: lv/v,LB303)。在手套箱內(nèi)完成組裝后，轉(zhuǎn)移出來(lái)在扣式電池封裝機(jī)上封口，制備成CR2016扣式電池。電池的測(cè)試是在武漢蘭電電子有限公司Land自動(dòng)充放電儀上進(jìn)行。測(cè)試條件:電流密度0.25mA/cm2，電壓0.005-2.0v，采用恒流充放機(jī)制，實(shí)驗(yàn)結(jié)果為三個(gè)電池的平均結(jié)果。定義鋰離子嵌入到合金過(guò)程為放電過(guò)程，庫(kù)侖效率為第一次充電容量比放電容量。
[0028]實(shí)施例1的首次放電容量為455mAh/g，庫(kù)侖效率為59%;實(shí)施例2的首次放電容量為432AmAh/g，庫(kù)侖效率為58% ;實(shí)施例3的首次放電容量為468mAh/g，庫(kù)侖效率為62% ；實(shí)施例4的首次放電容量為440mAh/g，庫(kù)侖效率為52%。
[0029]本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想，本說(shuō)明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種電氣設(shè)備負(fù)極材料，其特征在于:具有合金LiAlSi，其中元素配比:鋰為10% -90%，鋁為 10% -45%，硅為 10% -50%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電氣設(shè)備負(fù)極材料，其特征在于，還包括聚苯胺，其中合金LiAlSi均勻分散于聚苯胺中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電氣設(shè)備負(fù)極材料，其特征在于，還包括碳，構(gòu)成LiAlSi/C復(fù)合材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種電氣設(shè)備負(fù)極材料，其特征在于，所述元素配比:鋰為 30% -90%，鋁為 10% -30%，硅為 20% -50%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種電氣設(shè)備負(fù)極材料，其特征在于，所述元素配比:鋰為 40% -90%，鋁為 20% -30%，硅為 30% -50%。
6.一種電氣設(shè)備，其特征在于，具有權(quán)利要求1或2所述的負(fù)極材料。
【專利摘要】本發(fā)明涉及電氣材料，尤其涉及一種電氣設(shè)備用負(fù)極材料，其特征在于：具有合金LiAlSi，其中元素配比：鋰為10％-90％，鋁為10％-45％，硅為10％-50％。克服了鋰負(fù)極材料高活潑性引起的安全性差和循環(huán)性差的缺點(diǎn)，具有高穩(wěn)定性，合金材料分散于聚苯胺中穩(wěn)定性增強(qiáng)，同時(shí)具有良好的導(dǎo)電性，具有實(shí)用化的效果，作為鋰離子電池負(fù)極材料，可廣泛應(yīng)用于電氣設(shè)備、電子設(shè)備，具有廣泛的應(yīng)用前景。
【IPC分類】H01M4-38, H01M10-0525
【公開號(hào)】CN104810511
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510166729
【發(fā)明人】錢玉珠
【申請(qǐng)人】蘇州靖羽新材料有限公司
【公開日】2015年7月29日
【申請(qǐng)日】2015年4月10日