CN101533911A - 铝基三元合金作为锂离子电池负极材料的应用 - Google Patents

铝基三元合金作为锂离子电池负极材料的应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了铝基三元合金作为锂离子电池负极材料的应用，包括含金、银、铜、镁、锌五个元素中的任两个的三元铝基合金作为锂离子电池负极材料的应用及一种锂离子电池，其负极材料是金、银、铜、镁、锌五个元素中的任两个元素与铝组成的三元铝基合金。本发明将传统的机械工程材料铝基三元合金应用于电池电极材料领域中尚属首次，该合金应用在电池电极材料领域中呈现出了充放锂功能，且性能良好，充放电容量约为通常石墨电极的2倍，充放电循环性能明显优于纯金属和金属间化合物，是一种性能很好的锂离子电池负极材料。

Description

铝基三元合金作为锂离子电池负极材料的应用
技术领域
本发明涉及一种电池电极材料领域，特别涉及铝基三元合金锂离子电池负极材料的应用。
现有技术
锂离子电池是公认最好的可充电电池。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。
铝和铜、金、银、锌、镁组成的铝基三元合金具有良好的力学性能、可加工性能和相对低的密度，通过熔炼铸造可直接制备成机械零部件或经过深加工制备成棒、线、板等铝材，制造成轻质机械零件和构件，广泛应用于航空航天、燃油发动机、电力电子、建筑装饰等领域，属于通用型机械工程材料范畴。但是，从未涉及电池电极材料领域中，锂离子电池中更没有使用过上述三元合金。国内外也未曾出现相关报道。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术不足，将传统的机械工程材料铝基合金通过熔炼和熔体快淬后制备成亚稳态过饱和固溶体，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。
本发明的技术方案是这样实现的：
含金、银、铜、镁、锌五个元素中的任两个的三元铝基合金作为锂离子电池负极材料的应用。
一种锂离子电池，锂离子电池负极材料是金、银、铜、镁、锌五个元素中的任两个元素与铝组成的三元铝基合金。
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)粉末按重量比84：8：8充分混合并溶于N甲基吡咯烷酮(NMP)中配制成均匀的浆料，并将其涂于集流体上，真空干燥后压制备成锂离子电池负极极片，与含锂的正极片、有机隔膜、电解液放入电池壳内，组装成锂离子可充电电池。
本发明将传统的机械工程材料铝基三元合金应用于电池电极材料领域中尚属首次，该合金应用在电池电极材料领域中呈现出了充放锂功能，且性能良好，上述合金通过熔体快淬工艺可得到非平衡态的铝基过饱和固溶体，充放电容量约为通常石墨电极的2倍，充放电循环性能明显优于纯金属和金属间化合物，是一种性能很好的锂离子电池负极材料。
具体实施方式
实施例一：
所述的铝基合金由重量比为72％的铝、25％的金和3％的铜或3％银或3％锌或3％的镁组成。
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，并将其涂于铜箔集流体上，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。
实施例二：
所述的铝基合金由重量比为72％的铝、12％的银和6％的铜或6％镁或6％锌或6％的金组成。
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，并将其涂于铜箔集流体上，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。
实施例三：
所述的铝基合金由重量比为80％的铝、15％的镁和5％的金或5％银或5％铜或5％的锌组成。
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，并将其涂于铜箔集流体上，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。
实施例四：
所述的铝基合金由重量比为86％的铝、10％的铜和4％的金或4％银或4％镁或4％的锌组成。
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，并将其涂于铜箔集流体上，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。
实施例五：
所述的铝基合金由重量比为82％的铝、8％的锌和8％的铜或8％镁或8％银或8％的金组成。
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，并将其涂于铜箔集流体上，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。
由重量比为Al72Ag12Cu6组成的合金，利用熔体快淬法可制备薄带或粗粉，得到亚稳态过饱和固溶体，制备成锂离子电池负极后，可得到超过700mAh/g的放电容量，为石墨实际容量的2倍以上，在100次充放电循环内，充放电容量保持率大于90％，充放电循环性能得到明显改善。

Claims (2)

1、铝基三元合金作为锂离子电池负极材料的应用，其特征在于，含金、银、铜、镁、锌五个元素中的任两个的三元铝基合金作为锂离子电池负极材料的应用。
2、一种锂离子电池，其特征在于，锂离子电池负极材料是金、银、铜、镁、锌五个元素中的任两个元素与铝组成的三元铝基合金。
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CN108699636A (zh) * 2016-01-22 2018-10-23 本田技研工业株式会社 铝基合金
CN114976037A (zh) * 2022-06-23 2022-08-30 华星先进科学技术应用研究(天津)有限公司 一种锂离子电池用铝基负极极片及锂离子二次电池

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