一种锂离子电池负极用超薄型锂银合金带及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种锂离子电池负极用超薄型锂银合金带及其制备方法，包括：在第一预定环境中，将锂加热至预定温度，使锂完全融化为液态锂；在第一预定环境中与预定温度下，按预定质量比在液态锂中加入银，搅拌预定时间，银液化，与液态锂完全混合均匀形成锂银固溶体；停止加热，锂银固溶体在第一预定环境中冷却至室温，得到呈固态的锂银固溶体块；在第二预定环境中，将锂银固溶体块放入辊压机中进行辊压至预定厚度，得到预定厚度的锂银合金带，其中，预定温度大于180℃，第二预定环境为相对湿度低于10％的环境。本发明专利技术制备得到的锂银合金带的厚度为4μm～200μm，且厚度均匀、连续性好，还具有优异的延展性。

A Ultra-thin Lithium-Silver Alloy Strip for Negative Electrode of Lithium Ion Batteries and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池负极用超薄型锂银合金带及其制备方法
本专利技术属于锂离子二次电池领域，具体涉及一种锂离子电池负极用超薄型锂银合金带及其制备方法。
技术介绍
锂二次电池作为提供动力的核心部件，因具有工作电压高、自放电低、比容量大、环境友好、循环寿命长以及便于携带等优点而广泛应用于手表、手机、笔记本电脑等各种便携式电子设备和航天航空等领域。面对越来越严峻的能源、环境问题，对其持航能力的要求也越来越高，因此，开发高比能、高性能和低成本的锂离子电池尤为重要。锂电池能量密度取决于正极材料和负极材料的容量以及放电电压区间。为了进一步提高正极的容量，三元材料以及富锂、富锰这一类高容量高电压的正极材料近几年得到极大的发展。而负极材料目前主要仍集中在石墨，虽然石墨已被证明是迄今为止用于制作负极的最可靠材料，但它容纳的离子数量有限，且经过多年的发展，石墨负极已接近理论值，仍远远达不到社会发展的需求。而锂金属作为最有潜能的负极材料，其理论比容量高达3860mAh/g，是石墨负极的十倍。此外锂金属还具有最负的电位(-3.040Vvs.标准氢电极)，因此与其组成的电池具有高的比容量和高输出电压，是下一代高能量密度可充放金属锂电池的关键负极材料。理论上，5μm厚的纯锂带的容量密度为1mAhcm-2，因此目前市场广泛售卖的锂金属负极(>50μm)即使和已知所有的正极材料匹配组成电池，其负极容量仍然是远远过量。过量的锂不仅带来能源的浪费，还因锂极其活泼的化学性质容易起火发生爆炸。因此减薄锂带的厚度，可以减小无效锂的用量，提高电池的能量密度和安全问题。然而，现在市售的锂带厚度基本都在50μm以上，国内只有极少数厂家可以定制厚度为30μm左右的锂带。锂带越薄价格越高昂，原因是锂金属极其活泼且质地十分柔软，在加工过程中常出现严重的粘附现象，生产前需要对加工的辊压机和卷绕机进行喷涂处理，避免锂粘附在设备上。加工完成后，还需要洗去锂带表面粘附的润滑剂、油渍等。清洗完毕后，还需要将锂带进行冷、热风干燥，这对生产设备和成本提出了极大的要求。因此，锂带生产前后需要极其繁琐、复杂的处理工序。此外，由于锂金属强度低，过度减薄拉伸会造成锂表面生成裂纹甚至断裂。而随着对锂离子、锂金属电池能量密度的要求不断提高，如何制备超薄的锂带变得十分重要。但是目前的报道的方法中存在粘连、破坏锂表面的保护层、超薄出现裂纹等问题，因此难以实现几微米、小于三十微米超薄锂带的制备。在现有技术中，锂带制备工艺一般采用挤压成型，如专利CN204564801U、CN101497088B，最薄可以做到几十微米的厚度。如，天津中能锂业可生产30μm-80μm的锂带；无锡新锋锂业的超薄型锂带为50μm-100μm。然而，目前还没有采用传统工艺生产出厚度小于30μm锂带的报道。此外，虽然电化学沉积、电镀等方法可以制备10μm左右的锂箔，然而这些方法生产过程复杂，成本高昂。更重要的是电化学沉积、电镀还会产生大量的对人体、环境有危害的有机溶液，根本没法大规模生产。
技术实现思路
本专利技术是为了解决现有金属锂带生产方法中出现的粘连、难以制备超薄锂带的问题而进行的，目的在于提供一种锂离子电池负极用超薄型锂银合金带及其制备方法。本专利技术提供了一种锂离子电池负极用超薄型锂银合金带的制备方法，具有这样的特征，包括以下步骤：步骤一，在第一预定环境中，将锂加热至预定温度，使锂完全融化为液态锂；步骤二，在第一预定环境中与预定温度下，按预定质量比在液态锂中加入银，搅拌预定时间，银液化，与液态锂完全混合均匀形成锂银固溶体；步骤三，停止加热，锂银固溶体在第一预定环境中冷却至室温，得到呈固态的锂银固溶体块；步骤四，在第二预定环境中，将锂银固溶体块放入辊压机中进行辊压至预定厚度，得到预定厚度的锂银合金带，其中，步骤一与步骤二中的预定温度大于180℃，步骤四中的第二预定环境为相对湿度低于10％的环境。在本专利技术提供的锂离子电池负极用超薄型锂银合金带的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，预定厚度为4μm～200μm。在本专利技术提供的锂离子电池负极用超薄型锂银合金带的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，第一预定环境为无氧无水环境。在本专利技术提供的锂离子电池负极用超薄型锂银合金带的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，无氧无水环境为高纯惰性气体环境。在本专利技术提供的锂离子电池负极用超薄型锂银合金带的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤二中预定质量比为1:9～9:1。在本专利技术提供的锂离子电池负极用超薄型锂银合金带的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，银的纯度大于等于90％。在本专利技术提供的锂离子电池负极用超薄型锂银合金带的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤一中加热锂所用的容器为不锈钢材质容器。本专利技术还提供了一种锂离子电池负极用超薄型锂银合金带，其特征在于，由锂离子电池负极用超薄锂银合金带的制备方法制备得到。专利技术的作用与效果根据本专利技术所涉及的锂离子电池负极用超薄型锂银合金带的制备方法，因为银的加入锂银合金的强度增加，延展性更加优良，所以在过度减薄拉伸的过程中，锂银合金带不会断裂，表面不会出现裂纹，因此，能够制备出厚度均匀，厚度大幅降低的锂银合金带，同时通过调整辊压机的辊距能够得到不同厚度的锂银合金带。另外，由于掺入了一定质量的银，和金属锂相比，锂银合金的粘度下降，所以将锂银固溶体块放入辊压机中进行辊压时，银锂合金不会黏连在加工设备上，加工中不需要使用润滑剂，加工后不必清洗设备和锂带，因此对生产设备的要求不高，普通的辊压机即可，同时极大的减少了生产中的坏损率，降低了生产成本。此外，通过调节锂银的质量比，能够得到锂含量不同的锂银合金带。另外，本专利技术制备得到的锂银合金带具有优异的性能，作为电池的负极使用，可以极大地提高电池的体积能量密度、质量能量密度。另外，因为锂银易形成固溶体，锂的存在可大大降低银的融化温度，所以加热温度大于180℃即可，而不必要加热到银的融化温度即962℃，因此生产时既安全又节能。同时，通过观察固溶体的形成过程很容易判断加入的固态银是否完全液化，方便直观，无需复杂的监测手段。另外，由于辊压环境的相对湿度低于10％，所以制备得到的锂银合金带杂质少，质量优异。附图说明图1是本专利技术的实施例1中的电池循环结果示意图；图2是本专利技术的实施例2中的电池循环结果示意图；图3是本专利技术的实施例3中的电池循环结果示意图；图4是本专利技术的实施例4中的电池循环结果示意图；图5是本专利技术的实施例4中的预锂化硅负极的XRD测试结果图；图6是本专利技术的实施例5中的电池循环结果示意图；图7是本专利技术的实施例6中的电池循环结果示意图；图8是本专利技术的实施例7中的电池循环结果示意图；图9是本专利技术的实施例8中的电池循环结果示意图；图10是本专利技术的实施例8中的锂银合金带拔锂的结果示意图；图11是本专利技术的实施例8中的软包电池测试的容量和体积能量密度的结果图；图12是本专利技术的实施例4中的锂银合金带的实物图；以及图13是本专利技术的实施例4中的锂银合金带预锂化后的实物图。具体实施方式为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本专利技术一种锂离子电池负极用超薄锂银合金带及其制备方法作具体阐述。在本专利技术的实施例中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池负极用超薄型锂银合金带的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，在第一预定环境中，将锂加热至预定温度，使所述锂完全融化为液态锂；步骤二，在所述第一预定环境中与所述预定温度下，按预定质量比在所述液态锂中加入银，搅拌预定时间，所述银液化，与所述液态锂完全混合均匀形成锂银固溶体；步骤三，停止加热，所述锂银固溶体在所述第一预定环境中冷却至室温，得到呈固态的锂银固溶体块；步骤四，在第二预定环境中，将所述锂银固溶体块放入辊压机中进行辊压至预定厚度，得到所述预定厚度的锂银合金带，其中，步骤一与步骤二中的所述预定温度大于180℃，步骤四中的所述第二预定环境为相对湿度低于10％的环境。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池负极用超薄型锂银合金带的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，在第一预定环境中，将锂加热至预定温度，使所述锂完全融化为液态锂；步骤二，在所述第一预定环境中与所述预定温度下，按预定质量比在所述液态锂中加入银，搅拌预定时间，所述银液化，与所述液态锂完全混合均匀形成锂银固溶体；步骤三，停止加热，所述锂银固溶体在所述第一预定环境中冷却至室温，得到呈固态的锂银固溶体块；步骤四，在第二预定环境中，将所述锂银固溶体块放入辊压机中进行辊压至预定厚度，得到所述预定厚度的锂银合金带，其中，步骤一与步骤二中的所述预定温度大于180℃，步骤四中的所述第二预定环境为相对湿度低于10％的环境。2.根据权利要求1所述的锂离子电池负极用超薄型锂银合金带的制备方法，其特征在于：其中，所述预定厚度为4μm～200μm。3.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：胥会，李洒，黄云辉，余跃，谢勇，张灿，陈鑫龙，刘文健，李伟，汤卓群，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海,31