本發(fā)明公開了一種鋰硅合金負(fù)極的制備方法，屬于化學(xué)電源儲能技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
可充鋰錳電池是一種重要的記憶電源，其正極采用3V錳酸鋰，負(fù)極通常采用鋰鋁合金負(fù)極。而鋰硅合金負(fù)極在單位體積的容量明顯優(yōu)于鋰鋁合金的性能。
目前鋰硅合金的制備方法主要有兩種：一種是通過加壓的方式制備，將鋰粉和硅粉按一定比例混合，在0.1MPa下加壓保持一定的時間；另一種是將鋰粉和硅粉混合均勻后置于一個密閉的容器中，高溫?zé)Y(jié)。這兩種方法均不適合大規(guī)模生產(chǎn)，而且成本高。
鋰硅合金作為負(fù)極使用時，在充放電過程中體積嚴(yán)重膨脹/收縮，最終導(dǎo)致活性物質(zhì)之間導(dǎo)電性很差而壽命終止。
本發(fā)明提供了一種鋰硅合金負(fù)極的制備方法，可以克服鋰硅合金在使用中的嚴(yán)重膨脹，從而延長電池的循環(huán)壽命。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種鋰硅合金負(fù)極的制備方法，該方法具有工藝簡單循環(huán)壽命長的優(yōu)點。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，一種鋰硅合金負(fù)極的制備方法，其制備步驟是：把分析純的硅粉和鋰粉按摩爾比(8～5)∶(2～5)混合，在惰性氣氛環(huán)境下球磨4小時，成為砂狀，然后按一定的填充密度填充入發(fā)泡鎳中，壓片，再加熱到160～170℃保持1小時，然后降溫到室溫，取出，得到鋰硅合金負(fù)極。這個負(fù)極，可以按需要沖片成任意尺寸。
所述的硅粉顆粒尺寸在150～320目，純度大于99.9％，所述的鋰粉顆粒尺寸在150～320目，純度大于99.9％，所述的惰性氣氛是氬氣，純度大于99.999％，所述的發(fā)泡鎳面密度在150～300g/m2，厚度2～3mm，所述的填充密度在800～900g/m2，所述的壓片壓力是在5～10MPa。
本發(fā)明的優(yōu)點是工藝簡單，易于操作和控制，能耗小，合成的鋰硅合金適合作為二次鋰電池負(fù)極。本發(fā)明的鋰硅合金是混合相，即包括金屬鋰相、金屬硅相和鋰硅合金相，再加上使用了發(fā)泡鎳作為骨架和集流體，不僅保留了鋰的大電流輸出特性，而且抑制了負(fù)極使用過程中的體積伸縮變化，使鋰硅合金負(fù)極具有很好的循環(huán)壽命，三者結(jié)合滿足了二次鋰電池負(fù)極對鋰硅合金的要求。使用鋰硅合金材料做負(fù)極的二次鋰電池使用中要先放電，本發(fā)明的鋰硅合金中金屬鋰相可以提供更強的鋰離子供應(yīng)能力，減小電池極化，提高放電平臺，避免了傳統(tǒng)方法制備的鋰硅合金材料首次放電時鋰離子脫出困難，極化大的問題。在隨后的電池充電過程中，從正極遷移來的鋰離子在電勢差的作用下優(yōu)先和金屬硅相進(jìn)行合金化，且本發(fā)明所使用的硅為顆粒狀，增加了和鋰離子反應(yīng)的面積，降低了極化，加之鋰硅比例選擇適當(dāng)，不會再產(chǎn)生鋰金屬的沉積，從而提高負(fù)極的循環(huán)壽命，改善二次鋰電池的安全性。
附圖說明
圖1是本發(fā)明鋰硅合金負(fù)極和市售電池級鋰硅合金負(fù)極制備二次鋰二氧化錳電池首次放電對比
1.使用本發(fā)明鋰硅合金負(fù)極的二次鋰/二氧化錳電池首次放電曲線
2.使用市售電池級鋰硅合金負(fù)極的二次鋰/二氧化錳電池首次放電曲線
具體實施方式
下面結(jié)合實施例，對本發(fā)明進(jìn)一步說明，下述實施例是說明性的，不是限定性的，不能以下述實施例來限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
實施例1
在相對濕度低于0.5％的干燥空氣中，將純度99.9％、150目的硅粉(天津市化學(xué)試劑供銷公司)22.50g和純度99.99％、150目的鋰粉(天津中能鋰業(yè)有限公司)1.39g裝入250ml陶瓷研磨罐，加入10個直徑5mm的剛玉球，充入99.999％的氬氣密封，裝在球磨機上，以30轉(zhuǎn)/分鐘的速度球磨4小時，成為砂狀取出，按900g/m2填充密度填入面密度150g/m2、厚度2mm的發(fā)泡鎳(山東菏澤天宇科技有限公司)中，在5MPa壓力下加熱到160℃保持1小時，然后降溫到室溫，取出，得到鋰硅合金負(fù)極。沖下直徑8.5mm的圓片，厚度0.4mm，待用。
在相對濕度低于0.5％的干燥空氣中，將市售電池級鋰硅合金粉末(天津中能鋰業(yè)有限公司)取50mg混合物倒入內(nèi)徑為8.5mm的模具中，在油壓機上以5MPa壓力對粉料施壓，然后取下模具，取出餅狀物，其厚度為0.4mm，直徑為8.5mm。
將復(fù)合二氧化錳粉末(天津赫維科技有限公司，規(guī)格1#)50g和Super-P(TIMCAL Belgium S.A.)2.5g，KS-15(TIMCAL Belgium S.A.)1.2g均勻混合，再加入質(zhì)量百分比濃度為60％的聚四氟乙烯乳液5g，然后加入30g無水乙醇，用玻璃棒攪拌成為膏體，在對輥機上軋成厚度為1mm薄膜。用模具切下2個直徑為9mm的圓片，放入真空烘箱進(jìn)行180℃，-0.1MPa烘干，10小時。
在相對濕度低于0.5％的干燥空氣中，將2個二氧化錳正極片分別放入CR1220正極蓋中，將上述的2個負(fù)極片(自制鋰硅合金及市售鋰硅合金)分別放入CR1220負(fù)極殼中，滴入0.5ml 1M LiClO4在1∶3(質(zhì)量比)PC和DME的電解液，負(fù)極上面放一層直徑為10mm，厚度為50μm的聚丙烯隔膜，然后把正極蓋、負(fù)極殼扣在一起，在油壓機上封口，得到2個二次鋰/二氧化錳電池。
對這2個電池進(jìn)行2.7kΩ恒阻放電，以容量為橫坐標(biāo)，電壓為縱坐標(biāo)進(jìn)行繪圖，在圖1中，電池1放電容量和平臺都高于電池2。
實施例2
在相對濕度低于0.5％的干燥空氣中，將純度99.9％、320目的硅粉14.05g和純度99.99％、320目的鋰粉3.47g裝入250ml陶瓷研磨罐，加入10個直徑5mm的剛玉球，充入99.999％的氬氣密封，裝在球磨機上，以30轉(zhuǎn)/分鐘的速度球磨4小時，成為砂狀取出，按800g/m2填充密度填入面密度300g/m2、厚度3mm的發(fā)泡鎳中，在10MPa壓力下加熱到170℃保持1小時，然后降溫到室溫，取出，得到鋰硅合金負(fù)極。沖下直徑8.5mm的圓片，厚度0.4mm，待用。
二氧化錳正極片制作同實施例1。
CR1220電池裝配同實施例1。