一种锂硅合金负极的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种锂硅合金负极的制备方法，把分析纯的硅粉和锂粉按摩尔比(8～5)∶(2～5)混合，在惰性气氛环境下球磨4小时，成为砂状，然后按一定的填充密度填充入发泡镍中，压片，再加热到160～170℃保持1小时，然后降温到室温，取出，得到锂硅合金负极。本发明专利技术的锂硅合金极化小、容量高、循环寿命长，而且制作工艺简单、易于操作和控制、能耗小。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术公开了一种锂硅合金负极的制备方法，属于化学电源储能

技术介绍
可充锂锰电池是一种重要的记忆电源，其正极采用3V锰酸锂，负极通常采用锂铝合金负极。而锂硅合金负极在单位体积的容量明显优于锂铝合金的性能。目前锂硅合金的制备方法主要有两种：一种是通过加压的方式制备，将锂粉和硅粉按一定比例混合，在0.1MPa下加压保持一定的时间；另一种是将锂粉和硅粉混合均匀后置于一个密闭的容器中，高温烧结。这两种方法均不适合大规模生产，而且成本高。锂硅合金作为负极使用时，在充放电过程中体积严重膨胀/收缩，最终导致活性物质之间导电性很差而寿命终止。本专利技术提供了一种锂硅合金负极的制备方法，可以克服锂硅合金在使用中的严重膨胀，从而延长电池的循环寿命。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种锂硅合金负极的制备方法，该方法具有工艺简单循环寿命长的优点。本专利技术是通过以下技术方案实现的，一种锂硅合金负极的制备方法，其制备步骤是：把分析纯的硅粉和锂粉按摩尔比(8～5)∶(2～5)混合，在惰性气氛环境下球磨4小时，成为砂状，然后按一定的填充密度填充入发泡镍中，压片，再加热到160～170℃保持1小时，然后降温到室温，取出，得到锂硅合金负极。这个负极，可以按需要冲片成任意尺寸。所述的硅粉颗粒尺寸在150～320目，纯度大于99.9％，所述的锂粉颗粒尺寸在150～320目，纯度大于99.9％，所述的惰性气氛是氩气，纯度大于99.999％，所述的发泡镍面密度在150～300g/m2，厚度2～3mm，所述的填充密度在800～900g/m2，所述的压片压力是在5～10MPa。本专利技术的优点是工艺简单，易于操作和控制，能耗小，合成的锂硅合金适合作为二次锂电池负极。本专利技术的锂硅合金是混合相，即包括金属锂相、金属硅相和锂硅合金相，再加上使用了发泡镍作为骨架和集流体，不仅保留了锂的大电流输出特性，而且抑制了负极使用过程中的体积伸缩变化，使锂硅合金负极具有很好的循环寿命，三者结合满足了二次锂电池负极对锂硅合金的要求。使用锂硅合金材料做负极的二次锂电池使用中要先放电，本专利技术的锂硅合金中金属锂相可以提供更强的锂离子供应能力，减小电池极化，提高放电平台，避免了传统方法制备的锂硅合金材料首次放电时锂离子脱出困难，极化大的问题。在随后的电池充电过程中，从正极迁移来的锂离子在电势差的作用下优先和金属硅相进行合金化，且本专利技术所使用的硅为颗粒状，增加了和锂离子反应的面积，降低了极化，加之锂硅比例选择适当，不会再产生锂金属的沉积，从而提高负极的循环寿命，改善二次锂电池的安全性。附图说明图1是本专利技术锂硅合金负极和市售电池级锂硅合金负极制备二次锂二氧化锰电池首次放电对比1.使用本专利技术锂硅合金负极的二次锂/二氧化锰电池首次放电曲线2.使用市售电池级锂硅合金负极的二次锂/二氧化锰电池首次放电曲线具体实施方式下面结合实施例，对本专利技术进一步说明，下述实施例是说明性的，不是限定性的，不能以下述实施例来限定本专利技术的保护范围。实施例1在相对湿度低于0.5％的干燥空气中，将纯度99.9％、150目的硅粉(天津市化学试剂供销公司)22.50g和纯度99.99％、150目的锂粉(天津中能锂业有限公司)1.39g装入250ml陶瓷研磨罐，加入10个直径5mm的刚玉球，充入99.999％的氩气密封，装在球磨机上，以30转/分钟的速度球磨4小时，成为砂状取出，按900g/m2填充密度填入面密度150g/m2、厚度2mm的发泡镍(山东菏泽天宇科技有限公司)中，在5MPa压力下加热到160℃保持1小时，然后降温到室温，取出，得到锂硅合金负极。冲下直径8.5mm的圆片，厚度0.4mm，待用。在相对湿度低于0.5％的干燥空气中，将市售电池级锂硅合金粉末(天津中能锂业有限公司)取50mg混合物倒入内径为8.5mm的模具中，在油压机上以5MPa压力对粉料施压，然后取下模具，取出饼状物，其厚度为0.4mm，直径为8.5mm。将复合二氧化锰粉末(天津赫维科技有限公司，规格1#)50g和Super-P(TIMCALBelgiumS.A.)2.5g，KS-15(TIMCALBelgiumS.A.)1.2g均匀混合，再加入质量百分比浓度为60％的聚四氟乙烯乳液5g，然后加入30g无水乙醇，用玻璃棒搅拌成为膏体，在对辊机上轧成厚度为1mm薄膜。用模具切下2个直径为9mm的圆片，放入真空烘箱进行180℃，-0.1MPa烘干，10小时。在相对湿度低于0.5％的干燥空气中，将2个二氧化锰正极片分别放入CR1220正极盖中，将上述的2个负极片(自制锂硅合金及市售锂硅合金)分别放入CR1220负极壳中，滴入0.5ml1MLiClO4在1∶3(质量比)PC和DME的电解液，负极上面放一层直径为10mm，厚度为50μm的聚丙烯隔膜，然后把正极盖、负极壳扣在一起，在油压机上封口，得到2个二次锂/二氧化锰电池。对这2个电池进行2.7kΩ恒阻放电，以容量为横坐标，电压为纵坐标进行绘图，在图1中，电池1放电容量和平台都高于电池2。实施例2在相对湿度低于0.5％的干燥空气中，将纯度99.9％、320目的硅粉14.05g和纯度99.99％、320目的锂粉3.47g装入250ml陶瓷研磨罐，加入10个直径5mm的刚玉球，充入99.999％的氩气密封，装在球磨机上，以30转/分钟的速度球磨4小时，成为砂状取出，按800g/m2填充密度填入面密度300g/m2、厚度3mm的发泡镍中，在10MPa压力下加热到170℃保持1小时，然后降温到室温，取出，得到锂硅合金负极。冲下直径8.5mm的圆片，厚度0.4mm，待用。二氧化锰正极片制作同实施例1。CR1220电池装配同实施例1。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂硅合金负极的制备方法，其特征在于：把分析纯的硅粉和锂粉按摩尔比(8～5)∶(2～5)混合，在惰性气氛环境下球磨4小时，成为砂状，然后按一定的填充密度填充入发泡镍中，压片，再加热到160～170℃保持1小时，然后降温到室温，取出，得到锂硅合金负极。

【技术特征摘要】
1.一种锂硅合金负极的制备方法，其特征在于：把分析纯的硅粉和锂粉按摩尔比(8～5)∶(2～5)混合，在惰性气氛环境下球磨4小时，成为砂状，然后按一定的填充密度填充入发泡镍中，压片，再加热到160～170℃保持1小时，然后降温到室温，取出，得到锂硅合金负极。2.根据权利要求1，一种锂硅合金负极的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝德利，叶丽光，
申请(专利权)人：天津赫维科技有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12