[发明专利]锂铝合金及其生产方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及锂铝合金及其生产方法和用途，属于二次电池负极材料技术领域。

背景技术

锂是一种银白色的金属，质地很轻，延展性好，导电性强，电化学性质相当活泼，还原性极强，其电化学当量很小，为0.259g/Ah，锂电极的理论比容量达3860Ah/kg，远远超过了锌的820Ah/kg和铅的260Ah/kg以及镉的481Ah/kg。同时，锂电极的交换电流密度较大，在电极反应中仅有很小的极化产生。

可是金属锂电极作为二次锂电池的负极使用，会有很大的缺陷，主要缺陷如下：利用金属锂负极与普通有机电解液组成的金属锂电池存在着循环效率低、安全性不良等问题，尤其是安全性问题，电池在短路、过热、过充电或过放电的情况下，均可能发生体系的热失控，甚至导致爆炸。这为锂金属电池的商品化带来了许多难以克服的问题。但从根本上来说，金属锂作为二次电池负极使用，主要的问题在于:（1）复杂的界面反应所导致的较低的充放电循环效率和界面阻抗的不断增加；（2）“枝晶”和“死锂”的产生，所带来的安全性问题和电极活性物质损失。

为了抑制锂枝晶的形成，人们进行了用锂合金代替锂金属负极的许多研究工作。如专利JP-A-60-167280公开了一种可充电的电化学装置，它使用锂与其它金属的合金来抑制锂枝晶的形成。与纯金属锂相比，锂合金与电解质的界面比较稳定。所以用锂合金代替锂作负极使电池的安全性能得到了提高。其中以锂合金取代金属锂是一项研究热点，如锂铝合金、锂锡合金等。已有的实验研究证明:合金成分的加入可以使金属锂在电解液中具有明显优越的稳定性，很大程度上减少了和电解液之间的非法拉第反应，同时使SEI膜更为均匀，提高了金属锂电极的稳定性。

又如：申请号为CN94104418的专利申请公开了一种用于电池负极材料的锂铝合金及其制造方法，其为一种β相LiAl合金，其制法是将原料置于熔炼设备中，抽真空充入氩气，加热继续抽真空，加热至400－450℃停止抽真空，充入0.05－0.5Pa氩，加热至710－800℃，保温1-5小时，冷至室温制成锂铝合金锭。其特征是，为β相LiAl合金，含锂18－24％（重量百分数，下同），含铝82－76％，熔点688℃。但是，上述方法制得的锂铝合金含锂18－24％（重量百分数），非锂的合金成分含量很高，增加了锂金属负极的电极反应电位，降低了锂负极的质量比能量。并且，在电池充放电过程中该负极材料会不可避免地产生相变，从而导致体积的巨大变化，导致材料快速粉化，大大降低循环寿命。合金材料的充放电机理已经不再是金属锂在负极上的溶解一沉积机理，而变成了锂离子在锂合金中的插入一脱出机理。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种充放电循环寿命更高的锂铝合金。

本发明锂铝合金由如下重量百分比的组分组成：铝0.1～4.0wt%，余量为锂和不可避免的杂质。

进一步的，作为优选的技术方案，本发明锂铝合金由如下重量百分比的组分组成：铝0.1～1wt%，余量为锂和不可避免的杂质。

进一步的，本发明还提供了一种生产锂铝合金的方法。

本发明生产锂铝合金的方法包括如下步骤：将金属锂和铝按重量比24～1000:1混匀，然后在惰性气氛下于190～300℃熔炼，冷却，制得锂铝合金。本发明方法采用190～300℃的低温熔炼生产锂铝合金，不仅使能耗降低，还使产品合格率大大提高。

其中，上述方法中的惰性气氛的作用是防止锂、铝被氧化或氮化，所述的惰性气氛优选为氦、氖、氩或氪气氛，气氛中的氧、氮总量优选≤15ppm。进一步的，所述的惰性气氛最优选为氩气氛。

其中，升温速度过高易产生安全问题，升温速度过低则生产效率下降，为了保证生产过程安全，同时将生产效率维持在可接受范围内，上述方法熔炼的升温速度优选控制为200～300℃/h。

其中，上述方法中，一般熔炼的时间控制为1～8h即可熔炼完毕。

进一步的，根据具体需要，上述方法中，熔炼完毕后还降温至190～230℃，进行浇铸，浇铸完成后，冷却至室温，脱模，制得锂铝合金。

本发明还提供了上述锂铝合金在制备电池负极材料中的用途。

本发明锂铝合金，通过加入特定含量的铝，对纯金属锂的性能作了修饰，既保持了锂容量优点，又改善了枝晶抑制效果，其充放电中为单一相，不会发生相变，提高了锂铝合金的充放电循环寿命。

具体实施方式

本发明锂铝合金由如下重量百分比的组分组成：铝0.1～4.0wt%，余量为锂和不可避免的杂质。