[发明专利]一种铜‑铝‑硅纳米合金材料的振动时效处理方法及其应用

说明书

技术领域

本发明一种铜-铝-硅纳米合金材料的振动时效处理方法及其应用，属于锂电池负极材料制备技术领域。

背景技术

新材料和清洁能源都是国家层面的重点发展方向，锂离子电池是目前储能技术中应用最广泛的储能电芯，提高电芯能量存储密度是全世界追求的目标，电芯能量密度的提高主要依赖于其正、负极材料的发展进步，但也与锂离子电池的正负极集流体、正负极粘结剂、电解液和隔膜等材料的进步有关。

锂离子电池的核心部分是正、负极电极材料，它直接决定着电池的使用性能。能量密度、循环寿命、循环效率和安全性能都是电极材料的关键指标。目前，最常见的商业锂电池负极材料主要是碳类和硅碳类材料，它们具有较稳定的循环性能、较高的循环效率和安全无污染等优点，但碳类材料的容量己经接近其理论容量（372mAh/g)，比容量的开发潜力小；硅碳类材料是对碳类材料的革新，在碳类材料中加入3～15%的硅使负极材料的克容量达到420mAh上下，通过该方法继续提高克容量存在技术壁垒。纯硅的理论储锂比容量为4200mAh/g，在所有元素中它最高，它作为负极材料可以大幅度提高电池的能量密度，但其循环寿命和循环效率远比碳材料要差，在锂化和去锂化过程中体积变化巨大（>300%）是导致其循环寿命差的主要原因，硅的导电性差是其循环效率低的原因之一，硅的比表面积越大，其循环效率也会越低。如何有效解决硅负极材料的循环寿命短和循环效率低问题是两大世界难题，至今没有可行的技术方案。在纳米硅颗粒表面包覆碳、石墨烯、钛等技术都没有使问题得到根本解决，即使在实验室取得了较好的研究结果，也没有办法将其应用于实际生产。

目前现有技术锂电池负极材料为纳米级，基本无应力消除步骤和工艺，用硅作为负极材料使用时的主要问题：循环寿命短，首周效率低和充放电时间长。本发明合金成分设计与微观组织结构独特，雾化所得合金粉末的粒度分布合理，能满足锂离子电池涂布需求，同时进行后处理工艺，消除内应力的工艺方法，使得本发明做成的锂电池性能优越，具有循环寿命长，首周效率高和充放电时间短的特点。

发明内容

本发明克服现有技术的不足，提供一种采用振动时效处理方法处理铜-铝-硅合金纳米材料及其应用。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：所述的振动时效处理方法是在配料、熔炼、制粉、分离和筛选步骤后进行真空干燥后进行的，将干燥后的铜-铝-硅纳米合金粉末进行振动时效处理，采用电磁振动时效仪，电磁振动频率3000～5000Hz，振动时间24-150小时；所述的铜-铝-硅纳米合金的成分为按重量份计的：硅22～70份，铜20～70份，铝0.5～15份，杂质0～5份，粒径≤80μm。

进一步的，所述的铜-铝-硅纳米合金的成分为按重量份计的：硅22～27.5份，铜60～70份，铝0.5～10份，杂质0～5份。

进一步的，所述的铜-铝-硅纳米合金的成分为按重量份计的：硅27.5～32份，铜58～63份，铝1～11份，杂质0～5份。

进一步的，所述的铜-铝-硅纳米合金的成分为按重量份计的：硅32～39份，铜54～59份，铝1～8份，杂质0～5份。

进一步的，所述的铜-铝-硅纳米合金的成分为按重量份计的：硅37～42份，铜55～62份，铝4～15份，杂质0～3份。

进一步的，所述的铜-铝-硅纳米合金的成分为按重量份计的：硅42～46份，铜50～58份，铝5～15份，杂质0～3份。

进一步的，所述的铜-铝-硅纳米合金的成分为按重量份计的：硅50～70份，铜20～40份，铝0.5～10份，杂质0～5份。

一种利用铜-铝-硅纳米合金的振动时效处理方法在制备锂离子电池负极材料的应用。

一种利用铜-铝-硅纳米合金的振动时效处理方法在制备锂离子电池上的应用。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

本发明的方法包括：所述的振动时效处理方法是在配料、熔炼、制粉、分离和筛选步骤后进行真空干燥后进行的，将干燥后的铜-铝-硅纳米合金粉末进行振动时效处理，采用电磁振动时效仪，电磁振动频率3000～5000Hz，振动时间24-150小时；所述的铜-铝-硅纳米合金的成分为按重量份计的：硅22～70份，铜20～70份，铝0.5～15份，杂质0～5份，粒径≤80μm。所述的合金纳米材料整体包含：气孔、缩孔、缩松、位错、空位和空穴的多缺陷组织结构，其雾化后得到粒径≤80μm可达到90%以上。进行振动时效处理后的合金纳米材料内应力基本消除，产品各项性能一致性较好。