CN107760921A - 一种铜‑铝‑硅纳米合金材料的振动时效处理方法及其应用 - Google Patents

一种铜‑铝‑硅纳米合金材料的振动时效处理方法及其应用 Download PDF

Info

Publication number
CN107760921A
CN107760921A CN201710922764.XA CN201710922764A CN107760921A CN 107760921 A CN107760921 A CN 107760921A CN 201710922764 A CN201710922764 A CN 201710922764A CN 107760921 A CN107760921 A CN 107760921A
Authority
CN
China
Prior art keywords
silicon
copper
aluminium
parts
nanoalloy
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
CN201710922764.XA
Other languages
English (en)
Inventor
王宥宏
刘忆恩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanxi Voight Alzheimer New Material Polytron Technologies Inc
Original Assignee
Shanxi Voight Alzheimer New Material Polytron Technologies Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanxi Voight Alzheimer New Material Polytron Technologies Inc filed Critical Shanxi Voight Alzheimer New Material Polytron Technologies Inc
Priority to CN201710922764.XA priority Critical patent/CN107760921A/zh
Publication of CN107760921A publication Critical patent/CN107760921A/zh
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C9/00—Alloys based on copper
    • C22C9/10—Alloys based on copper with silicon as the next major constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F3/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by special physical methods, e.g. treatment with neutrons
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/386—Silicon or alloys based on silicon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/624—Electric conductive fillers
    • H01M4/626—Metals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/021—Physical characteristics, e.g. porosity, surface area
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/027—Negative electrodes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

本发明一种铜‑铝‑硅纳米合金材料的振动时效处理方法及其应用，属于锂电池负极材料制备技术领域，本发明克服现有技术的不足，提供一种采用振动时效处理方法处理铜‑铝‑硅合金纳米材料及其应用，采用的技术方案为：所述的振动时效处理方法是在配料、熔炼、制粉、分离和筛选步骤后进行真空干燥后进行的，将干燥后的铜‑铝‑硅纳米合金粉末进行振动时效处理，采用电磁振动时效仪，电磁振动频率3000～5000Hz，振动时间24‑150小时；所述的铜‑铝‑硅纳米合金的成分为按重量份计的：硅22～70份，铜20～70份，铝0.5～15份，杂质0～5份，粒径≤80μm；本发明可广泛应用到锂电池负极材料领中。

Description

一种铜-铝-硅纳米合金材料的振动时效处理方法及其应用
技术领域
本发明一种铜-铝-硅纳米合金材料的振动时效处理方法及其应用，属于锂电池负极材料制备技术领域。
背景技术
新材料和清洁能源都是国家层面的重点发展方向，锂离子电池是目前储能技术中应用最广泛的储能电芯，提高电芯能量存储密度是全世界追求的目标，电芯能量密度的提高主要依赖于其正、负极材料的发展进步，但也与锂离子电池的正负极集流体、正负极粘结剂、电解液和隔膜等材料的进步有关。
锂离子电池的核心部分是正、负极电极材料，它直接决定着电池的使用性能。能量密度、循环寿命、循环效率和安全性能都是电极材料的关键指标。目前，最常见的商业锂电池负极材料主要是碳类和硅碳类材料，它们具有较稳定的循环性能、较高的循环效率和安全无污染等优点，但碳类材料的容量己经接近其理论容量（372mAh/g)，比容量的开发潜力小；硅碳类材料是对碳类材料的革新，在碳类材料中加入3～15%的硅使负极材料的克容量达到420mAh上下，通过该方法继续提高克容量存在技术壁垒。纯硅的理论储锂比容量为4200mAh/g，在所有元素中它最高，它作为负极材料可以大幅度提高电池的能量密度，但其循环寿命和循环效率远比碳材料要差，在锂化和去锂化过程中体积变化巨大（>300%）是导致其循环寿命差的主要原因，硅的导电性差是其循环效率低的原因之一，硅的比表面积越大，其循环效率也会越低。如何有效解决硅负极材料的循环寿命短和循环效率低问题是两大世界难题，至今没有可行的技术方案。在纳米硅颗粒表面包覆碳、石墨烯、钛等技术都没有使问题得到根本解决，即使在实验室取得了较好的研究结果，也没有办法将其应用于实际生产。
目前现有技术锂电池负极材料为纳米级，基本无应力消除步骤和工艺，用硅作为负极材料使用时的主要问题：循环寿命短，首周效率低和充放电时间长。本发明合金成分设计与微观组织结构独特，雾化所得合金粉末的粒度分布合理，能满足锂离子电池涂布需求，同时进行后处理工艺，消除内应力的工艺方法，使得本发明做成的锂电池性能优越，具有循环寿命长，首周效率高和充放电时间短的特点。
发明内容
本发明克服现有技术的不足，提供一种采用振动时效处理方法处理铜-铝-硅合金纳米材料及其应用。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：所述的振动时效处理方法是在配料、熔炼、制粉、分离和筛选步骤后进行真空干燥后进行的，将干燥后的铜-铝-硅纳米合金粉末进行振动时效处理，采用电磁振动时效仪，电磁振动频率3000～5000Hz，振动时间24-150小时；所述的铜-铝-硅纳米合金的成分为按重量份计的：硅22～70份，铜20～70份，铝0.5～15份，杂质0～5份，粒径≤80μm。
进一步的，所述的铜-铝-硅纳米合金的成分为按重量份计的：硅22～27.5份，铜60～70份，铝0.5～10份，杂质0～5份。
进一步的，所述的铜-铝-硅纳米合金的成分为按重量份计的：硅27.5～32份，铜58～63份，铝1～11份，杂质0～5份。
进一步的，所述的铜-铝-硅纳米合金的成分为按重量份计的：硅32～39份，铜54～59份，铝1～8份，杂质0～5份。
进一步的，所述的铜-铝-硅纳米合金的成分为按重量份计的：硅37～42份，铜55～62份，铝4～15份，杂质0～3份。
进一步的，所述的铜-铝-硅纳米合金的成分为按重量份计的：硅42～46份，铜50～58份，铝5～15份，杂质0～3份。
进一步的，所述的铜-铝-硅纳米合金的成分为按重量份计的：硅50～70份，铜20～40份，铝0.5～10份，杂质0～5份。
一种利用铜-铝-硅纳米合金的振动时效处理方法在制备锂离子电池负极材料的应用。
一种利用铜-铝-硅纳米合金的振动时效处理方法在制备锂离子电池上的应用。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明的方法包括：所述的振动时效处理方法是在配料、熔炼、制粉、分离和筛选步骤后进行真空干燥后进行的，将干燥后的铜-铝-硅纳米合金粉末进行振动时效处理，采用电磁振动时效仪，电磁振动频率3000～5000Hz，振动时间24-150小时；所述的铜-铝-硅纳米合金的成分为按重量份计的：硅22～70份，铜20～70份，铝0.5～15份，杂质0～5份，粒径≤80μm。所述的合金纳米材料整体包含：气孔、缩孔、缩松、位错、空位和空穴的多缺陷组织结构，其雾化后得到粒径≤80μm可达到90%以上。进行振动时效处理后的合金纳米材料内应力基本消除，产品各项性能一致性较好。
本发明所用的合金成分独特，通常在硅青铜中硅含量小于5%，而本发明中Cu-Al-Si合金的硅含量范围约在50～77%之间，通常硅青铜使用制作铸件轧制板材、棒材，如此含硅量高的合金至今未见报道。初步检索表明，至今未发现Cu-Al-Si合金粉末的研究与生产，故本发明使用水/气/超声等方法雾化制作Cu-Al-Si合金粉末为原创性研究成果。雾化所得粉末的微观组织结构独特，富铜相为立体网孔结构，富硅相凝固时，依附在铜壁两侧形核和生长，富硅相的生长形貌由铜壁的结构形态所决定，通常会生长成不规则的层片状结构，单侧富硅层片的厚度在300nm左右。该合金存在大量气孔、缩孔、缩松、位错、空位和空穴的多缺陷组织结构，在富铜网格中心留下了大量的收缩空洞，空的网孔和大量的收缩缺陷，它们可部分抵消硅在充放电过程中的体积膨胀，富铜立体网格是控制硅在充放电过程中的体积缩胀的主要结构，同时，铜网格还具有良好的导电性，有利于纳米硅层片脱嵌锂过程的进行。铝主要分布于微米颗粒表面，它既可有效地防止富铜相的氧化，又可有效地减小颗粒的比表面积，铝可少量固溶于富铜相中，从而提高富铜网格的力学强度与弹性变形能力。另一部分铝和硅之间可以形成铝硅共晶，有利于富硅相的纳米化，故在微观组织中也可以观察到粒状纳米富硅相，铝也可以作为负极材料来使用，它的理论克容量为2234mAh/g，故对提高克容量也会有一定贡献。该粉末具有高克容量、高首周效率、高稳定循环效率和较好的快充效果。此外，该粉末合金化时，使用了铜和铝，在锂离子电池中，铜箔被用作负极集流体，铝箔被用作正极集流体，实际使用证明，铜箔和铝箔没有产生不良副反应，故合金化过程中，使用铜和铝作为合金元素也不会有副反应发生。
通常热处理的应用对象为金属结构件，对各种金属粉末进行热处理很少见。由于该粉末是由水雾化快速凝固所形成，其内部存在着较大的淬火应力，该应力会导致锂离子电池循环稳定性变差，故需要采用适当的时效手段加以处理，以提高粉末结构的稳定性，这也是本发明的独特之处。
本发明合金成分设计与微观组织结构独特，雾化所得合金粉末的粒度分布合理，能满足锂离子电池涂布需求；振实密度与石墨负极材料接近；比表面积只有石墨负极材料的一半左右；克容量是石墨负极材料的1.5～2.8倍；本发明铜铝硅合金粉末的首周效率与石墨的相近。石墨负极材料的循环效率与循环保持率在98%上下，本发明铜-铝-硅合金粉末的循环效率和循环保持率与石墨的相近。
附图说明
图1是本发明实施例1的做成纳米合金材料微观组织SEM图像。
图2是本发明实施例1做成负极级片的微观组织SEM图像。
图3是本发明实施例1做成锂电池的首周充放电曲线。
图4是本发明实施例1做成锂电池的稳定循环充放电曲线。
图5是本发明实施例1做成锂电池的循环克容量与效率曲线。
图6是本发明实施例2的做成纳米合金材料微观组织SEM图像。
图7是本发明实施例2做成负极级片的微观组织SEM图像。
图8是本发明实施例2做成锂电池的首周充放电曲线。
图9是本发明实施例2做成锂电池的稳定循环充放电曲线。
图10是本发明实施例2做成锂电池的循环克容量与效率曲线。
图11是本发明实施例3的做成纳米合金材料微观组织SEM图像。
图12是本发明实施例3做成负极级片的微观组织SEM图像。
图13是本发明实施例3做成锂电池的首周充放电曲线。
图14是本发明实施例3做成锂电池的稳定循环充放电曲线。
图15是本发明实施例3做成锂电池的循环克容量与效率曲线。
图16是本发明实施例3另一种配方的做成纳米合金材料微观组织SEM图像。
图17是本发明实施例3另一种配方做成负极级片的微观组织SEM图像。
图18是本发明实施例3另一种配方做成锂电池的首周充放电曲线。
图19是本发明实施例3另一种配方做成锂电池的稳定循环充放电曲线。
图20是本发明实施例3另一种配方做成锂电池的循环克容量与效率曲线。
图21是本发明实施例4的做成纳米合金材料微观组织SEM图像。
图22是本发明实施例4做成负极级片的微观组织SEM图像。
图23是本发明实施例4做成锂电池的首周充放电曲线。
图24是本发明实施例4做成锂电池的稳定循环充放电曲线。
图25是本发明实施例4做成锂电池的循环克容量与效率曲线。
图26是本发明实施例5的做成纳米合金材料微观组织SEM图像。
图27是本发明实施例5做成负极级片的微观组织SEM图像。
图28是本发明实施例5做成锂电池的首周充放电曲线。
图29是本发明实施例5做成锂电池的稳定循环充放电曲线。
图30是本发明实施例5做成锂电池的循环克容量与效率曲线。
图31是本发明实施例6的做成纳米合金材料微观组织SEM图像。
图32是本发明实施例6做成负极级片的微观组织SEM图像。
图33是本发明实施例6做成锂电池的首周充放电曲线。
图34是本发明实施例6做成锂电池的稳定循环充放电曲线。
图35是本发明实施例6做成锂电池的循环克容量与效率曲线。
具体实施方式
本发明的振动时效处理方法是在配料、熔炼、制粉、分离和筛选步骤后进行真空干燥后进行的，将干燥后的铜-铝-硅纳米合金粉末进行振动时效处理，采用电磁振动时效仪，电磁振动频率3000～5000Hz，振动时间24-150小时；所述的铜-铝-硅纳米合金的成分为按重量份计的：硅22～70份，铜20～70份，铝0.5～15份，杂质0～5份，粒径≤80μm；所述的合金纳米材料整体包含：气孔、缩孔、缩松、位错、空位和空穴的多缺陷组织结构，其雾化后得到粒径≤80μm可达到90%以上。进行振动时效处理后的合金纳米材料内应力基本消除，产品各项性能一致性较好。
实施例1：
（1）Cu-Al-Si合金的配料，
将纯铜切成φ50mm×100mm棒材，使用前用酸洗加真空烘干预处理，烘干温度控制在110±5℃；将纯铝切成50mm×50mm×30mm小铝板，使用前用酸洗加真空烘干预处理，烘干温度控制在200±5℃；金属硅的块度控制在5～30mm，使用前酸洗去除表面杂质，然后进行真空烘干，烘干温度控制在180±5℃。配料总重量20Kg，其中按重量份计的：硅22～27.5份，铜60～70份，铝0.5～10份，杂质0～5份，杂质包括：钛，钴，镍，锰，铁，硼，磷，碳等，先加部分硅，再将铜和铝加入，再把剩余硅加入，开始加热。
（2）Cu-Al-Si合金的冶炼：
按照表1中选择中频炉技术参数，逐渐加大熔化功率，熔炼时间控制在20～40min，使得炉料成熔融态，具有较好的流动性即可，出炉温度控制在1350±50℃、使用氩气或氮气作为惰性保护气体，在熔炼过程中需连续通保护性气体，除了在加料、扒渣和浇注时，应尽量使炉膛处于密封状态；另外，为了提高生产效率和降低成本，也可不用通保护性气体，全过程不用气氛保护和密封炉膛。
表1中频炉的技术要求如下：
额定功率(KW) 进线电压(V) 进线电流(A) 配套变压器(KVA) 直流电流(A) 直流电压(V) 中频电压(V) 中频频率(KHZ) 熔化时间（min）
1500～5000 380～660 2400～4560 1800～7500 3000～5700 500～880 750～1300 0.3～4 30～80
（3）Cu-Al-Si合金的雾化制粉：
水雾化制粉：当液态金属的温度达到1350±50℃时，且合金具有较好的流动性时，可以开始水雾化过程。在开始水雾化过程之前，需进行以下准备工作：应开启中间包系统，使中间包温度达到600℃。中间包漏嘴内径选用φ6-14mm均可，水雾化压力300—450Mpa，当以上指标满足要求时，开始向中间包中浇入液体金属，进行雾化制粉。
可以用气雾化制备铜-铝-硅合金粉末的方法，按照如下步骤进行：第一步：开启雾化装置的中间包系统，中间包漏嘴内径选用φ6～14mm；第二步，调节熔融态铜-铝-硅合金的出炉温度为1300～1700℃；第三步，向中间包中浇入液态金属，气雾化压力10～50MPa，进行气雾化制粉；所述的气雾化的气源或为洁净空气，或为氩气，或为氮气。
还可以利用超声气雾化制备铜-铝-硅合金粉末的方法，按照如下步骤进行：第一步：开
启雾化装置的中间包系统，中间包漏嘴内径选用φ6～14mm；第二步，调节熔融态铜-铝-硅合金的出炉温度为1300～1700℃；第三步，向中间包中浇入液态金属，调节超音速气流的流速为2～2.5马赫，超音速气流的脉冲频率为80～100KHz，气流压力为10～50Mpa，进行超声气雾化制粉；所述的超声气雾化的气源或为洁净空气，或为氩气，或为氮气；
上述3种方法使用的中间包，其温度可为室温至1200℃，可根据实际工艺灵活调节。
（4）合金粉末的固液分离：
雾化后需静置2～3h，将雾化罐中清水排出，取出收集罐，开启压滤系统，使用6Mpa压力的压缩空气，进行压滤固液分离，压滤时间不低于20min。
（5）合金粉末的筛分：
压滤结束以后，将收集罐内的压力排放±0Mpa，开启收集罐，将粉体取出，将粉体转入双锥真空烘干炉，开启真空泵，使真空炉真空负压达到0.1Mpa，烘干炉开始以60r/min旋转，开启加热系统进行加热，使加热温度达到180℃。烘干时间为6h，停止加热，继续旋转，冷却3h，当粉体温度降至80±10℃，充入氮气至常压，可以开罐放料。在大气中将料冷却至常温。
选用超声波旋振筛对粉末进行筛分处理，使用30目＋300目得到粒径小于48μm的合金负极粉末。
（6）合金粉末的后处理：
合金粉末的后处理还可选用电磁振动时效方法对粉末进行时效处理，振动频率在3000～5000Hz范围内变化，振动时间需要24-150小时。
表2为按照上述方法制备的铜-铝-硅合金纳米负极粉末的物理参数如下：
图1是本发明实施例1的微观组织SEM图像，图2是本发明实施例1做成负极级片的微观组织SEM图像，图3是本发明实施例1做成锂电池的首周充放电曲线，图4是本发明实施例1做成锂电池的稳定循环充放电曲线，图5是本发明实施例1做成锂电池的循环克容量与效率曲线。
从上图1-5可以看到所述的合金纳米负极材料整体包含：气孔、缩孔、缩松、位错、空位和空穴的多缺陷组织结构，粒径≤80μm，富铜相为立体网孔结构，富硅相凝固时，依附在铜壁两侧形核和生长，富硅相的生长形貌由铜壁的结构形态所决定，通常会生长成不规则的层片状结构，单侧富硅层片的厚度在300nm左右。该合金存在大量气孔、缩孔、缩松、位错、空位和空穴的多缺陷组织结构，做成负极级片后，在富铜网格中心留下了大量的收缩空洞，空的网孔和大量的收缩缺陷，它们可部分抵消硅在充放电过程中的体积膨胀，富铜立体网格是控制硅在充放电过程中的体积缩胀的主要结构，同时，铜网格还具有良好的导电性，有利于纳米硅层片脱嵌锂过程的进行。铝主要分布于微米颗粒表面，它既可有效地防止富铜相的氧化，又可有效地减小颗粒的比表面积，铝可少量固溶于富铜相中，从而提高富铜网格的力学强度与弹性变形能力。另一部分铝和硅之间可以形成铝硅共晶，有利于富硅相的纳米化，故在微观组织中也可以观察到粒状纳米富硅相，铝也可以作为负极材料来使用，它的理论克容量为2234mAh/g，故对提高克容量也会有一定贡献。该粉末具有高克容量、高首周效率、高稳定循环效率和较好的快充效果。此外，该粉末合金化时，使用了铜和铝，在锂离子电池中，铜箔被用作负极集流体，铝箔被用作正极集流体，实际使用证明，铜箔和铝箔没有产生不良副反应，故合金化过程中，使用铜和铝作为合金元素也不会有副反应发生。
雾化所得合金粉末的粒度分布合理，能满足锂离子电池涂布需求，然后振动时效处理，使得纳米合金内应力基本消除，材料性能一致性好；做成锂离子电池负极材料和锂离子电池，其振实密度与石墨负极材料接近；比表面积只有石墨负极材料的一半左右；克容量是石墨负极材料的1.5～2.8倍；本发明铜铝硅合金粉末的首周效率与石墨的相近。石墨负极材料的循环效率与循环保持率在98%上下，本发明铜-铝-硅合金粉末的循环效率和循环保持率与石墨的相近。
实施例2，所述的铜-铝-硅合金的成分为按重量份计的：硅27.5～32份，铜58～63份，铝1～11份，其它杂质0～5份，熔融态铜-铝-硅合金的出炉温度为1550±50℃，其他步骤和方法与实施例1基本相似，，图6-10所示的，本实施例与实施例1其最终产品的性能也基本相同。
实施例3，所述的铜-铝-硅合金的成分为按重量份计的：硅32～39份，铜54～59份，铝1～8份，杂质0～5份，熔融态铜-铝-硅合金的出炉温度为1650±50℃，其他步骤和方法与实施例1基本相似，，图11-20所示的，本实施例与实施例1其最终产品的性能也基本相同。
实施例4，所述的铜-铝-硅合金的成分为按重量份计的：硅37～42份，铜55～62份，铝4～15份，杂质0～3份，熔融态铜-铝-硅合金的出炉温度为1360±50℃，其他步骤和方法与实施例1基本相似，图21-25所示的，本实施例与实施例1其最终产品的性能也基本相同。
实施例5，所述的铜-铝-硅合金的成分为按重量份计的：硅42～46份，铜50～58份，铝5～15份，杂质0～3份，熔融态铜-铝-硅合金的出炉温度为1600±50℃，其他步骤和方法与实施例1基本相似，图25-30所示的，本实施例与实施例1其最终产品的性能也基本相同。
实施例6，所述的铜-铝-硅合金的成分为按重量份计的：硅50～70份，铜20～40份，铝0.5～10份，杂质0～5份，熔融态铜-铝-硅合金的出炉温度为1350±50℃，其他步骤和方法与实施例1基本相似，图31-35所示的，本实施例与实施例1其最终产品的性能也基本相同。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (9)

1.一种铜-铝-硅纳米合金材料的振动时效处理方法，其特征在于： 所述的振动时效处理方法是在配料、熔炼、制粉、分离和筛选步骤后进行真空干燥后进行的，将干燥后的铜-铝-硅纳米合金粉末进行振动时效处理，采用电磁振动时效仪，电磁振动频率3000～5000Hz，振动时间24-150小时；
所述的铜-铝-硅纳米合金的成分为按重量份计的：硅22～70份，铜20～70份，铝0.5～15份，杂质0～5份，粒径≤80μm。
2.根据权利要求1所述的一种铜-铝-硅纳米合金材料的振动时效处理方法，其特征在于所述的铜-铝-硅纳米合金的成分为按重量份计的：硅22～27.5份，铜60～70份，铝0.5～10份，杂质0～5份。
3.根据权利要求1所述的一种铜-铝-硅纳米合金材料的振动时效处理方法，其特征在于所述的铜-铝-硅纳米合金的成分为按重量份计的：硅27.5～32份，铜58～63份，铝1～11份，杂质0～5份。
4.根据权利要求1所述的一种铜-铝-硅纳米合金材料的振动时效处理方法，其特征在于所述的铜-铝-硅纳米合金的成分为按重量份计的：硅32～39份，铜54～59份，铝1～8份，杂质0～5份。
5.根据权利要求1所述的一种铜-铝-硅纳米合金材料的振动时效处理方法，其特征在于所述的铜-铝-硅纳米合金的成分为按重量份计的：硅37～42份，铜55～62份，铝4～15份，杂质0～3份。
6.根据权利要求1所述的一种铜-铝-硅纳米合金材料的振动时效处理方法，其特征在于所述的铜-铝-硅纳米合金的成分为按重量份计的：硅42～46份，铜50～58份，铝5～15份，杂质0～3份。
7.根据权利要求1所述的一种铜-铝-硅纳米合金材料的振动时效处理方法，其特征在于所述的铜-铝-硅纳米合金的成分为按重量份计的：硅50～70份，铜20～40份，铝0.5～10份，杂质0～5份。
8.一种采用权利要求1-7任意一项利用铜-铝-硅纳米合金材料的振动时效处理方法在制备锂离子电池负极材料的应用。
9.一种采用权利要求1-7任意一项利用铜-铝-硅纳米合金材料的振动时效处理方法在制备锂离子电池上的应用。
CN201710922764.XA 2017-09-30 2017-09-30 一种铜‑铝‑硅纳米合金材料的振动时效处理方法及其应用 Withdrawn CN107760921A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710922764.XA CN107760921A (zh) 2017-09-30 2017-09-30 一种铜‑铝‑硅纳米合金材料的振动时效处理方法及其应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710922764.XA CN107760921A (zh) 2017-09-30 2017-09-30 一种铜‑铝‑硅纳米合金材料的振动时效处理方法及其应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107760921A true CN107760921A (zh) 2018-03-06

Family

ID=61266419

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710922764.XA Withdrawn CN107760921A (zh) 2017-09-30 2017-09-30 一种铜‑铝‑硅纳米合金材料的振动时效处理方法及其应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107760921A (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101233633A (zh) * 2005-07-25 2008-07-30 3M创新有限公司 用于锂离子电池的合金组合物
CN102569757A (zh) * 2011-12-23 2012-07-11 西安交通大学 一种铜硅铝纳米多孔锂离子电池负极材料的制备方法
CN107031105A (zh) * 2017-03-07 2017-08-11 中国科学院声学研究所东海研究站 一种适用于消除粉末压制体应力的超声振动时效装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101233633A (zh) * 2005-07-25 2008-07-30 3M创新有限公司 用于锂离子电池的合金组合物
CN102569757A (zh) * 2011-12-23 2012-07-11 西安交通大学 一种铜硅铝纳米多孔锂离子电池负极材料的制备方法
CN107031105A (zh) * 2017-03-07 2017-08-11 中国科学院声学研究所东海研究站 一种适用于消除粉末压制体应力的超声振动时效装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Liu et al. Nanoporous germanium as high-capacity lithium-ion battery anode
Liu et al. TiO2 particles wrapped onto macroporous germanium skeleton as high performance anode for lithium-ion batteries
CN107887588B (zh) 一种纳米硫颗粒/二维层状碳化钛复合材料的制备方法和应用
WO2002021616A1 (fr) Electrode negative pour accumulateur au lithium et procede de production
CN100457954C (zh) 一种高容量Mg2Ni型贮氢合金非晶带材及其制备方法
CN106252651B (zh) 一种锂离子电池多孔复合负极材料及其制备方法
WO2018170976A1 (zh) 锂离子电池多孔结构Si/Cu复合电极及其制造方法
CN109509877A (zh) 碳包覆多孔金属涂层集流体、制备方法及锂电池
CN108075105A (zh) 一种锂离子电池用硅基负极的制备方法
Jia et al. Dealloyed Fe3O4 octahedra as anode material for lithium-ion batteries with stable and high electrochemical performance
CN111187948A (zh) 一种物相组分可控的锂铝合金负极材料、制备方法及应用
CN110224122A (zh) 具有多孔结构的预锂化合金的制备方法
CN107732196A (zh) 一种锂电池的铜‑铝‑硅合金纳米负极材料及其制备方法
CN107790712A (zh) 一种锂电池的铜‑铝‑硅合金纳米负极材料及其制备方法
Gong et al. Light-assisted synthesis of copper/cuprous oxide reinforced nanoporous silicon microspheres with boosted anode performance for lithium-ion batteries
CN107123811A (zh) 双尺度多孔铜铝锰形状记忆合金复合材料及其制备方法与应用
CN107706386A (zh) 一种锂电池的铜‑铝‑硅合金纳米负极材料及其制备方法
CN106784705A (zh) 一种储氢合金粉及其表面处理方法
CN107732197A (zh) 一种锂电池的铜‑铝‑硅合金纳米负极材料及其制备方法
CN107779661A (zh) 一种锂电池的铜‑铝‑硅合金纳米负极材料及其制备方法
CN107732190A (zh) 一种利用水雾化制备铜‑铝‑硅合金粉末的方法及其应用
CN107723506A (zh) 一种锂电池的铜‑铝‑硅合金纳米负极材料及其制备方法
CN104532037A (zh) 一种铝-空气电池用八元铝合金阳极的制备方法
CN107732191A (zh) 一种铜‑铝‑硅合金材料及其应用
KR20210079191A (ko) 코팅제, 실리콘-카본 재료 및 제조 공정

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WW01 Invention patent application withdrawn after publication
WW01 Invention patent application withdrawn after publication

Application publication date: 20180306