CN112259726B - 一种AlCuCo准晶材料的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种AlCuCo准晶材料的应用，将AlCuCo准晶材料作为锂离子电池负极材料应用于锂离子电池中。所述AlCuCo准晶材料中，按质量比计，其组成为：Al 65wt％，Cu 20wt％，Co15wt％，所述AlCuCo准晶材料的制备方法为：按设计比例配取纯Al、纯Cu和纯Co，然后于熔炼炉中反复熔炼、获得AlCuCo准晶铸锭，AlCuCo准晶铸锭冷却、清洁、研磨，即得AlCuCo准晶材料。将AlCuCo准晶材料作为锂离子电池负极材料应用于锂离子电池中，表现出优异的充放电性能及良好的循环特性，为探索准晶材料在锂离子电池上的应用提出了可能性，扩宽了准晶材料的应用。

Description

一种AlCuCo准晶材料的应用
技术领域
本发明属于锂离子电池负极材料领域，具体涉及一种AlCuCo准晶材料的应用。
背景技术
作为新一代储能电池，锂离子电池由于具有吸引人的特性，包括高能效，循环寿命长，高能量密度和高功率密度等优点，广泛应用于各种电子设备中，受到广泛关注。这些优势使它们比其他传统的可充电电池(如铅酸电池，镍镉电池和镍金属氢化物电池)更小，更轻。而锂离子电池性能的好坏与所使用的正负极材料息息相关，其中负极材料在电池整体容量贡献和循环寿命方面起着重要的作用。传统的商业化负极材料是石墨，该材料存在比能量低、安全性差等问题，抑制了锂离子电池的发展，因而发展更有价值的储能材料是目前急需解决的问题。
当D.Shechtman等在1984年底宣布，他们在急冷凝固的Al-Mn合金中发现具有五重旋转对称但并无平移周期性的合金相后，就在晶体学及其有关的学术界产生很大震动。稍后，这种无平移周期性但有位置序的晶体就称为准周期晶体，简称准晶。它具有较高的硬度、低摩擦系数、不粘性、耐蚀、耐腐等，主要用于表面改性材料和结构材料增强相。由于准晶的本质脆性限制其在结构材料方面的应用，工业界和学术界都很期待准晶材料会产生突破性重大实际应用。
AlCuCo准晶是一种典型的二维十次准晶。二维空间的结构是由内角为36度、144度和72度、108度的两种菱形组成，能够无缝隙无交叠地排满二维平面。其没有平移对称性，但是具有长程的有序结构，并且具有五次旋转对称性。目前，人们对于准晶相形成的成分范围、机制、生长形貌及微观结构等方面的研究已较全面。发现AlCuCo准晶材料密度低、脆性大且结构疏松，难以制成大块的准晶态材料，因此更是限制它的实际应用。
发明内容
针对现在技术的不足，本发明的目的在于提供一种AlCuCo准晶材料的应用。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明一种AlCuCo准晶材料的应用，将AlCuCo准晶材料作为锂离子电池负极材料应用于锂离子电池中。
本发明一种AlCuCo准晶材料的应用，将AlCuCo准晶材料作为锂离子电池负极材料，测试恒流充放电性能，在0.2A/g电流密度下，循环150次，容量保持率100％。
发明人意外的发现，由于AlCuCo准晶材料准晶具有二维周期性结构，可以在周期性层间进行储锂，将其作为锂离子电池负极材料应用于锂离子电池中，表现出高容量、优异的循环性能，尤其是，在循环过程中比容量在初始循环过程中20圈内略有降低，随后反而逐步上升，表现出扩容能力。
本发明一种AlCuCo准晶材料的应用，所述AlCuCo准晶材料中，按质量百分比计，其组成为：Al 65wt％，Cu 20wt％，Co 15wt％。
当AlCuCo准晶材料采用上述组成时，最终应用于锂离子电池中，体现出最优异的电化学性能。
本发明一种AlCuCo准晶材料的应用，所述AlCuCo准晶材料的粒径小于400目。
发明人发现，虽然AlCuCo准晶材料密度低、脆性大且结构疏松，难以制成大块的准晶态材料，但量正是由于其脆性，却易于研磨，适用制备锂离子电池负极材料。
本发明一种AlCuCo准晶材料的应用，所述AlCuCo准晶材料的制备方法为：按设计比例配取纯Al、纯Cu和纯Co，然后于熔炼炉中反复熔炼、获得AlCuCo准晶铸锭，冷却、清洁铸锭表面、研磨，即得AlCuCo准晶材料。
优选的方案，所述冷却的方式为空冷。
优选的方案，所述研磨后过400目筛，取筛下物。
本发明一种AlCuCo准晶材料的应用，应用过程为：
将AlCuCo准晶材料与导电剂和粘结剂按质量比8:1:1的比例混合得到混合粉料，然后加入分散剂研磨成浆料；将上述电极浆料用刮涂器将浆料均匀涂在干净铜箔上，在120℃条件下真空干燥12h除去水分，制得锂离子电池负极电极片，
所述导电剂为乙炔黑，粘结剂为聚偏氟乙烯(PVDF)，分散剂为N-甲基吡咯烷酮(NMP)。
有益效果
本发明首创的将AlCuCo准晶材料作为锂离子电池负极材料应用于锂离子电池中，表现出优异的充放电性能及良好的循环特性，为探索准晶材料在锂离子电池上的应用提出了可能性，扩宽了准晶材料的应用，同时也是提供了一种锂离子电池负极材料的选择，为开发高容量、高循环型的负极材料从而提高锂离子电池性能提供了重要途径。
附图说明
图1 Al65Cu20Co15准晶循环性能曲线。
图2 Al65Cu20Co15准晶充放电曲线。
图3 Al65Cu20Co15准晶倍率性能曲线。
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1
一种将AlCuCo准晶材料用于锂离子电池负极材料的方法，所述AlCuCo准晶是由Al、Cu和Co组成，将纯Al、纯Cu和纯Co按合金成分比例65:20:15称量原料并放入熔炉中反复熔炼得到Al65Cu20Co15准晶材料，所述AlCuCo准晶材料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)AlCuCo准晶粉料的制备
以纯Al、纯Cu、纯Co为原料，将纯Al、纯Cu和纯Co按合金成分比例65:20:15称量原料。在高纯度保护气下，采用真空电弧熔炼法，先熔Ti锭，以除去容器内氧气，然后将原料反复三次进行熔炼以获取成分均匀的A165Cu20Co15合金锭。选取合适的合金锭，放入清洁的玛瑙研钵中用玛瑙棒磨碎，400目筛分出准晶粉末样品；
2)将上述AlCuCo准晶粉末样品与导电剂乙炔黑和粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)按质量比8:1:1的比例混合得到混合粉料，然后加入分散剂N-甲基吡咯烷酮(NMP)研磨成浆料；
3)将上述电极浆料用刮涂器将浆料均匀涂在干净铜箔上，在120℃条件下真空干燥12h除去水分，制得锂离子电池负极电极片。
图1为在0.2A/g电流密度下的循环性能，可以看到循环20次后，其比容量稳定在104mAhg-1且库伦效率接近100％；随后比容量，不降反升，表面出扩容能力，即使循环150次后仍保持在121.7mAhg-1，容量保持率高达100％，因此AlCuCo材料具有良好的Li存储性能。图3是AlCuCo电极材料的倍率性能图，可以看出在电流密度为0.2、0.5、1、1.5和2A/g时，AlCuCo材料的放电比容量分别为116.8、88.1、70、61.2、58.3mAhg-1，即使在2A/g的高电流密度，AlCuCo材料仍能保持58.3mAhg-1的可逆比容量，说明能在几分钟内快速充/放电，满足高能量密度和功率密度的需求。此外，在高倍率电流密度的充放电循环测试完成后，电流密度降回到0.2A/g时，电极仍保持有110mAhg-1的比容量，且在随后的循环测试中不衰减，这表明AlCuCo电极材料具有非常良好的结构完整性。这些结果表明AlCuCo材料由于其特殊的五次对称性，具有有前景的储锂性能。
本发明未尽事宜为公知技术。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种AlCuCo准晶材料的应用，其特征在于：将AlCuCo准晶材料作为锂离子电池负极材料应用于锂离子电池中；测试恒流充放电性能，在0.2A/g电流密度下，循环150次，容量保持率100％；
所述AlCuCo准晶材料中，按质量百分比计，其组成为：Al 65wt％，Cu 20wt％，Co15wt％；
所述AlCuCo准晶材料的粒径小于400目。
2.根据权利要求1所述的一种AlCuCo准晶材料的应用，其特征在于：所述AlCuCo准晶材料的制备方法为：按设计比例配取纯Al、纯Cu和纯Co，然后于真空熔炼炉中熔炼、获得AlCuCo准晶铸锭，冷却，清洁铸锭表面、研磨，即得AlCuCo准晶材料。
3.根据权利要求2所述的一种AlCuCo准晶材料的应用，其特征在于：所述冷却的方式为空冷。
4.根据权利要求2所述的一种AlCuCo准晶材料的应用，其特征在于：所述研磨后过400目筛，取筛下物。
5.根据权利要求1所述的一种AlCuCo准晶材料的应用，其特征在于：应用过程为，将AlCuCo准晶材料与导电剂和粘结剂按质量比8:1:1的比例混合得到混合粉料，然后加入分散剂研磨成浆料；将上述电极浆料用刮涂器将浆料均匀涂在干净铜箔上，在120℃条件下真空干燥12h除去水分，制得锂离子电池负极电极片，所述导电剂为乙炔黑，粘结剂为聚偏氟乙烯，分散剂为N-甲基吡咯烷酮。
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