CN104300146A - 一种锂离子电池负极材料——碳化硅及使用此材料的锂离子二次电池 - Google Patents

一种锂离子电池负极材料——碳化硅及使用此材料的锂离子二次电池 Download PDF

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刘雯雯
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Abstract

本发明涉及一种新型锂离子二次电池用负极材料—SiC。含有此活性物质的材料与锂片制成的锂离子二次电池的特征在于其充电电压平台和放电电压平台分别为0.6V和0.4V，理论比容量高达2680mAh/g，具有良好的充放电循环性能和环境友好无污染等特性。SiC是一种具有应用前景的高容量、高安全新型锂离子电池负极材料。

Description

一种锂离子电池负极材料——碳化硅及使用此材料的锂离子二次电池
技术领域
本发明涉及一种新型锂离子电池负极材料及其用此负极材料的锂离子二次电池，属于新能源材料领域。
背景技术
锂离子电池至20世纪90年代以来，被广泛应用于笔记本电脑、数码像机、移动电话等便携式电子设备。同时也被大规模应用于储能设备。随着锂离子电池的逐步商业化，负极材料作为锂离子电池的关键材料，在锂离子电池的能量、安全性、循环寿命等方面起着重要作用。
目前，广泛使用的锂离子电池负极材料有石墨类碳材料，锂钛氧化物、锡基材料、硅基材料和过渡金属氧化物等。但石墨理论比容量只有372mAh/g，且安全性能较差，限制了锂离子电池容量。锡基、硅基材料的比容量很高，单晶硅比容量可以高达4200mAh/g，但在充放电过程中其材料本身高的体积变化率使得循环稳定性能较差。针对上述几种负极材料的优缺点，需要一种新的原料来源丰富、对环境友好、安全性能好、比容量高、循环性能好的锂离子二次电池新型负极材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型锂离子二次电池用负极材料碳化硅及其使用此材料的锂离子二次电池。
   一种新型锂离子二次电池用负极材料，其化学式为SiC。
   使用此负极材料的锂离子二次电池，其特征在于：1.锂离子二次电池的负极活性物质为SiC。2.按照重量百分比负极活性物质：导电剂：粘结剂为(70~95):(2~10):(2~10)的比例，进行混合，混合均匀后涂布在集流体上，烘干压片成负极片。3.正极材料可以采用锂片、磷酸亚铁锂、锰酸锂、钴酸锂、镍酸锂、钴镍锰锂、氧化铜等锂离子电池正极材料中的至少一种。
   使用此负极材料的锂离子二次电池，所述的导电剂为导电炭黑、石墨、乙炔黑、活性炭纤维、碳纳米管、金属粉、碳纳米纤维、导电聚合物、石墨烯的至少一种。
   使用此负极材料的锂离子二次电池，所述的粘结剂为聚乙烯醇、聚四氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、SBR橡胶、羧甲基纤维素钠、聚偏氟乙烯、氟化橡胶、聚氨酯的至少一种。
    本发明与现有技术相比，具有如下的有益效果：1.本发明提供了一种新型的锂离子二次电池用负极材料——SiC，该材料理论嵌锂容量高达2680mAh/g，其充电平台和放电平台分别为0.6V和0.4V，具有良好的导电性，在锂离子二次电池负极材料中有广泛的应用前景。本发明所提供的SiC，相比传统的负极材料，有原料来源丰富、对环境友好污染、高容量、安全性能好和循环性能稳定等优点，有良好的应用前景。
附图说明
图1为本发明新型负极材料SiC的锂离子二次电池0.1C放电循环图。
具体实施方式
实施例1 将SiC、导电炭黑、PVDF按质量比80:10:10的比例混合，涂在集流体上120℃真空干燥12h制成锂电池正极。以金属锂片为负极，1M的LiPF6为电解液，聚丙烯微孔膜为隔膜组装成扣式电池。对该SiC负极材料的锂离子二次电池进行电化学性能测试，充放电电压设置范围为0.1V~2.0V。本实例产品的电化学性能见表1。
实施例2 将SiC、乙炔黑、聚乙烯醇按质量比90:5:5的比例混合，涂在集流体上120℃真空干燥12h制成锂电池负极。以磷酸亚铁锂为正极，1M的LiPF6为电解液、聚丙烯微孔膜为隔膜组装成扣式电池。对该SiC负极材料的锂离子二次电池进行电化学性能测试，充放电电压设置范围为0.1V~2.0V。本实例产品的电化学性能见表1。
实施例3 将SiC、活性炭纤维、聚乙烯按质量比85:10:5的比例混合，涂在集流体上120℃真空干燥12h制成锂电池负极。以锰酸锂为正极极，1M的LiPF6为电解液、聚丙烯微孔膜为隔膜组装成扣式电池。对该SiC负极材料的锂离子二次电池进行电化学性能测试，充放电电压设置范围为0.1V~2.0V。本实例产品的电化学性能见表1。
实施例4 将SiC、碳纳米管、聚丙烯按质量比90:5:5的比例混合，涂在集流体上120℃真空干燥12h制成锂电池负极。以钴酸锂为正极，1M的LiPF6为电解液、聚丙烯微孔膜为隔膜组装成扣式电池。对该SiC负极材料的锂离子二次电池进行电化学性能测试，充放电电压设置范围为0.1V~2.0V。本实例产品的电化学性能见表1。
实施例5 将SiC、碳纳米纤维、羧甲基纤维素钠按质量比90:2:8的比例混合，涂在集流体上120℃真空干燥12h制成锂电池负极。以镍酸锂为正极，1M的LiPF6为电解液、聚丙烯微孔膜为隔膜组装成扣式电池。对该SiC负极材料的锂离子二次电池进行电化学性能测试，充放电电压设置范围为0.1V~2.0V。本实例产品的电化学性能见表1。
实施例6 将SiC、石墨烯、聚氨酯按质量比88:10:2的比例混合，涂在集流体上120℃真空干燥12h制成锂电池负极。以钴镍锰锂三元材料为正极，1M的LiPF6为电解液、聚丙烯微孔膜为隔膜组装成扣式电池。对该SiC负极材料的锂离子二次电池进行电化学性能测试，充放电电压设置范围为0.1V~2.0V。本实例产品的电化学性能见表1。
实施例7 将SiC、镁粉、聚四氟乙烯按质量比84:8:8的比例混合，涂在集流体上120℃真空干燥12h制成锂电池负极。以磷酸钒锂材料为正极，1M的LiPF6为电解液、聚丙烯微孔膜为隔膜组装成扣式电池。对该SiC负极材料的锂离子二次电池进行电化学性能测试，充放电电压设置范围为0.1V~2.0V。本实例产品的电化学性能见表1。
实施例8 将SiC、石墨、SBR按质量比85:5:10的比例混合，涂在集流体上120℃真空干燥12h制成锂电池负极。以CuO为正极，1M的LiPF6为电解液、聚丙烯微孔膜为隔膜组装成扣式电池。对该SiC负极材料的锂离子二次电池进行电化学性能测试，充放电电压设置范围为0.1V~2.0V。本实例产品的电化学性能见表1。
实施例9 将SiC、石墨、SBR按质量比70:20:10的比例混合，涂在集流体上120℃真空干燥12h制成锂电池负极。以LiNiVO4为正极，1M的LiPF6为电解液、聚丙烯微孔膜为隔膜组装成扣式电池。对该SiC负极材料的锂离子二次电池进行电化学性能测试，充放电电压设置范围为0.1V~2.0V。本实例产品的电化学性能见表1。
实施例10 将SiC、石墨、SBR按质量比80:10:10的比例混合，涂在集流体上120℃真空干燥12h制成锂电池负极。以锂片为正极，1M的LiPF6为电解液、聚丙烯微孔膜为隔膜组装成扣式电池。对该SiC负极材料的锂离子二次电池进行电化学性能测试，充放电电压设置范围为0.1V~2.0V。本实例产品的电化学性能见表1。
 
表1
实施例序号 0.1C首次放电容量/mAh·g-1 30次循环容量保持率/%
实施例1 468 85.8%
实施例2 496 88.4%
实施例3 500 87.6%
实施例4 475 89.7%
实施例5 454 81.3%
实施例6 436 82.5%
实施例7 470 89.3%
实施例8 498 90.0%
实施例9 443 84.8%
实施例10 460 83.1%

Claims (5)

1.一种新型锂离子二次电池用负极材料碳化硅，其化学式为SiC。
2.如权利要求1所述，使用此负极材料的锂离子二次电池，按照重   量百分比负极活性物质：导电剂：粘结剂为(70~95):(2~10):(2~10)   的比例进行混合，混合均匀后涂布在集流体上，烘干压片成负极片。
3.如权利要求2所述，使用此负极材料的锂离子二次电池，正极材料可以采用磷酸亚铁锂、锰酸锂、钴酸锂、镍酸锂、钴镍锰锂、氧化铜等锂离子电池正极材料中的至少一种。
4.如权利要求2所述，使用此负极材料的锂离子二次电池，所述的导电剂为导电炭黑、石墨、乙炔黑、活性炭纤维、碳纳米管、金属粉、碳纳米纤维、导电聚合物、石墨烯的至少一种。
5.如权利要求2所述，使用此负极材料的锂离子二次电池，所述的粘结剂为聚乙烯醇、聚四氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、SBR橡胶、羧甲基纤维素钠、聚偏氟乙烯、氟化橡胶、聚氨酯的至少一种。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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