CN104617305B - 将AlCuFe准晶合金用于锂离子电池负极材料的方法 - Google Patents

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Abstract

一种将AlCuFe准晶合金用于锂离子电池负极材料的方法，所述AlCuFe准晶合金由Al、Cu和Fe组成，各元素的质量百分比含量为：Cu 25‑45%、Fe12‑20%、Al为余量，AlCuFe准晶合金作为锂离子电池负极材料用于制备离子电池电极片，步骤如下：将AlCuFe准晶合金粉料与导电剂、粘结剂、分散剂混合得到混合粉料，然后将混合粉料加入溶剂中并混合均匀，得到电极浆料；将电极浆料均匀涂覆在集流体表面，烘干后制得离子电池电极片。本发明的优点是：该方法将AlCuFe准晶合金用作锂离子电池负极材料，可拓展铝基合金用作锂离子电池材料的使用范围，在一定程度上满足人们对高容量小体积锂离子电池的需要。

Description

将AlCuFe准晶合金用于锂离子电池负极材料的方法
技术领域
本发明涉及准晶AlCuFe准晶合金材料的应用，特别是一种将AlCuFe准晶合金用于锂离子电池负极材料的方法。
背景技术
开发高容量、高循环型的负极材料是提高锂离子电池性能的重要途径。目前常用的锂离子负极材料有石墨、Si、钛酸锂、金属负极材料等。其中商用的负极材料是石墨，其循环性能好，但是理论容量低，仅有400mAh/g。因此开发高容量负极材料是开发高容量锂离子电池的重要内容。Si具有高的理论容量，可以达到4000mAh/g，放电电压平台接近纯锂，但是其循环寿命非常低。钛酸锂具有高的循环寿命，但是其理论容量低，放电平台电压高。金属负极材料是一些可以与锂组成合金系统的金属或类金属都可作为锂离子电池负极材料。这些负极材料统称为合金负极材料。与传统的石墨材料相比，合金负极材料有理论贮锂容量高，储锂电位低的优点。目前用作锂离子电池负极材料的合金材料大多是锡基合金、铝基合金、硅基合金、锑基合金、镁基合金。
合金负极材料的研究大多集中在如何减小材料的不可逆容量和提高材料的循­环性能方面。目前广泛采用A-M"式金属间化合物的形式来缓冲合金负极材料的体积效应，其中A是Al、Sn、Si和Sb等活性贮锂元素，M"是不能与锂形成合金的元素。该体系的显著特点是可以利用惰性组分可缓冲锂嵌脱反应时引起的体积变形，在一定程度上提高了合金负极材料的循­环性能。Al的理论储锂容量可以达到2233mAh/g，远高于目前商用的石墨的372mAh/g的理论容量。因此金属Al在锂离子电池负极中有潜在的应用前景。
准晶是具有非晶体学旋转对称性的固态有序相。准晶材料同时具有长程准周期平移序和非晶体学旋转对称性的固态有序相，具有五次、八次、十次等旋转对称轴。由于对称性的限制，准晶材料的结构是一种比较疏松的结构。比如二十面体准晶，由于其结构决定其中具有大量四面体配位结构，这些位置可以储存大量氢原子，可以作为储氢材料使用，参见：TiZrNi准晶电化学储氢性能研究，姜训勇 张磊 张瑞 刘庆锁,稀有金属，2012，No.2，P249-253。准晶材料还具有许多的优良性能，如低热导率、低表面能、低摩擦系数、抗腐蚀、耐磨损等。
一般准晶都是亚稳态，在热处理过程中准晶不能稳定存在。Al-Cu-Fe准晶材料是目前为数不多的在室温热力学稳定的二十面体准晶相。这种准晶中含有大量的锂化物形成元素Al。以典型的Al63Cu25Fe12准晶为例，其理论储锂容量达到1200mAh/g以上。因此准晶在锂离子电池负极材料方面有很好的应用前景。
目前，准晶合金材料已经应用于电化学储氢领域中，如TiZrNi准晶，参见：TiZrNi准晶电化学储氢性能研究，姜训勇 张磊 张瑞 刘庆锁,稀有金属，2012，No.2，P249-253。 实验结果表明准晶材料有较好的储氢性能。
本发明提出将AlCuFe准晶合金应用于锂离子电池负极材料，充分利用准晶材料的特殊原子排列方式，合金具有良好的循环特性和高的储锂容量。
发明内容
本发明的目的是针对上述技术分析，提供一种将AlCuFe准晶合金用于锂离子电池负极材料的方法。AlCuFe准晶合金具有一定的理论容量，该方法将AlCuFe准晶合金用作锂离子电池负极材料，可拓展铝基合金用作锂离子电池材料的使用范围，在一定程度上满足人们对高容量小体积锂离子电池的需要。
本发明的技术方案：
一种将AlCuFe准晶合金用于锂离子电池负极材料的方法，所述AlCuFe准晶合金由Al、Cu和Fe组成，各元素的质量百分比含量为：Cu 25-45%、Fe12-20%、Al为余量，所述AlCuFe准晶合金作为锂离子电池负极材料用于制备离子电池电极片，步骤如下：
1）将粒径不大于60um的AlCuFe准晶合金粉料与导电剂、粘结剂、分散剂混合得到混合粉料，然后将混合粉料加入溶剂中并混合均匀，得到电极浆料，AlCuFe准晶合金材料与导电剂、粘结剂、分散剂的质量比为；70-90：2-15：1-3：1-3，混合粉料与溶剂的质量比为1：0.5-3，电极浆料的粘度为2000-10000cp；
2）将上述电极浆料均匀涂覆在集流体表面，烘干后制得离子电池电极片。
所述导电剂为比表面积为10-3000m2/g的导电炭黑，粘结剂为丁苯橡胶，分散剂为羟甲基纤维素，溶剂为去离子水。
所述集流体为铜箔或泡沫镍，电极浆料在集流体表面的涂覆量为1-10mg/cm2。
本发明的优点是：
该方法将AlCuFe准晶合金用作锂离子电池负极材料，可拓展铝基合金用作锂离子电池材料的使用范围，在一定程度上满足人们对高容量小体积锂离子电池的需要。
【具体实施方式】
以下通过实施例讲述本发明的详细过程，提供实施例是为了理解的方便，绝不是限制本发明。
实施例：
一种将AlCuFe准晶合金用于锂离子电池负极材料的方法，所述AlCuFe准晶合金由Al、Cu和Fe组成，各元素的质量百分比含量为：Cu 25%、Fe12%、Al为余量，所述AlCuFe准晶合金作为锂离子电池负极材料用于制备离子电池电极片，步骤如下：
1）AlCuFe准晶合金粉料的制备
以纯Al、纯Fe、纯Cu为原料，按各合金成分质量配比在真空感应熔炼制得AlCuFe准晶合金铸锭，熔炼温度为1200℃；将上述AlCuFe准晶合金铸锭利用球磨机进行机械粉碎，得到50um的合金粉末；将上述合金粉末在870℃保温处理12h，制得AlCuFe准晶合金粉末；
2）将85g上述合金粉料与10g比表面积为250m2/g的导电炭黑导电剂、2g苯橡胶粘结剂、3g羟甲基纤维素分散剂和100g去离子水用磁力搅拌棒搅拌混合均匀，制得电极浆料，电极浆料的粘度为4000cp；
3)将上述电极浆料均匀涂覆在集流体铜箔表面，电极浆料在集流体表面的涂覆量为3mg/cm2，烘干后制得离子电池电极片。

Claims (3)

1.一种将AlCuFe准晶合金用于锂离子电池负极材料的方法，其特征在于：所述AlCuFe准晶合金由Al、Cu和Fe组成，各元素的质量百分比含量为：Cu 25-45％、Fe12-20％、Al为余量，所述AlCuFe准晶合金作为锂离子电池负极材料用于制备锂离子电池电极片，步骤如下：
1)将粒径不大于60μm的AlCuFe准晶合金粉料与导电剂、粘结剂、分散剂混合得到混合粉料，然后将混合粉料加入溶剂中并混合均匀，得到电极浆料，AlCuFe准晶合金材料与导电剂、粘结剂、分散剂的质量比为70-90：2-15：1-3：1-3，混合粉料与溶剂的质量比为1：0.5-3，电极浆料的粘度为2000-10000cp；
2)将上述电极浆料均匀涂覆在集流体表面，烘干后制得锂离子电池电极片。
2.根据权利要求1所述将AlCuFe准晶合金用于锂离子电池负极材料的方法，其特征在于：所述导电剂为比表面积为10-3000m2/g的导电炭黑，粘结剂为丁苯橡胶，分散剂为羟甲基纤维素，溶剂为去离子水。
3.根据权利要求1所述将AlCuFe准晶合金用于锂离子电池负极材料的方法，其特征在于：所述集流体为铜箔或泡沫镍，电极浆料在集流体表面的涂覆量为1-10mg/cm2。
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