[发明专利]锂/纳米碳化硅电池及其制备工艺

权利要求书

1.一种锂/纳米碳化硅电池，包括正极片、负极片、隔膜和电解液，其特征在于：所述正极片采用纳米碳化硅材料制成，所述负极片采用锂铝合金和纳米碳化硅的复合材料制成，所述隔膜为Celguard，所述电解液为六氟磷锂或者固体电解质，所述负极片中锂元素与正极片中纳米碳化硅的质量比为0.7:1～0.9:1；所述负极片中锂元素的含量为0.7～0.9g，纳米碳化硅的含量为0.8～1g；所述正极片中纳米碳化硅的含量为1g，电池在循环过程的首次放电过程中，锂氧化为锂离子，从锂铝合金+纳米碳化硅的负极迁移到正极，插入正极的纳米碳化硅中，负极全部锂迁移到正极，锂插入纳米碳化硅完备后，电池放电完毕；循环过程中，由正极脱离的一部分锂原子嵌入到纳米碳化硅，一部分形成锂铝合金中的锂金属，这一过程反复发生，锂逐步增加迁移到纳米碳化硅中，迁移回到锂铝合金中的锂逐步减少，循环到20～50次时达到平衡，充电使锂嵌入到纳米碳化硅中，同时继续结晶成锂铝合金；在100次循环后，负极片中的锂铝合金中的锂逐渐减少到最小值，同时，负极片中的纳米碳化硅锂达到最大值。

2.根据权利要求1所述的锂/纳米碳化硅电池，其特征在于：所述负极片中锂元素的含量为0.7～0.9g，铝元素的含量为0.3～0.5g，纳米碳化硅的含量为0.9～1g。

3.一种锂/纳米碳化硅电池的制备工艺，其特征在于：包括如下步骤：

1)制备镀锂铝合金的纳米碳化硅压片，所述镀锂铝合金的纳米碳化硅压片中锂元素的含量为0.7～0.9g；

2)制备纳米碳化硅压片，所述纳米碳化硅压片的含量为1g；

3)电池组装：把纳米碳化硅压片作为正极片、镀锂铝合金的纳米碳化硅压片作为负极片，将纳米碳化硅正极片、隔膜Celguard、镀锂铝合金的纳米碳化硅负极片顺序放置，注入六氟磷锂的电解液，封装，成化72小时；

4)电池循环特性测试：将成化后的电池放入充放电电压窗口，在电压4.2～0V，电流密度1C的条件下，循环充电、放电10次时，充放电比容量达到2450mAh/g，制备完成；电池在循环过程的首次放电过程中，锂氧化为锂离子，从锂铝合金+纳米碳化硅的负极迁移到正极，插入正极的纳米碳化硅中，负极全部锂迁移到正极，锂插入纳米碳化硅完备后，电池放电完毕；

循环过程中，由正极脱离的一部分锂原子嵌入到纳米碳化硅，一部分形成锂铝合金中的锂金属，这一过程反复发生，锂逐步增加迁移到纳米碳化硅中，迁移回到锂铝合金中的锂逐步减少，循环到20～50次时达到平衡，充电使锂嵌入到纳米碳化硅中，同时继续结晶成锂铝合金；在100次循环后，负极片中的锂铝合金中的锂逐渐减少到最小值，同时，负极片中的纳米碳化硅锂达到最大值。

4.根据权利要求3所述的锂/纳米碳化硅电池的制备工艺，其特征在于：所述步骤1)的具体步骤包括：

1a1)将活性物质纳米碳化硅粉末放置于平底石墨舟中，铺成均匀薄层，把平底石墨舟至于磁控溅射机真空室的阳极基座上；

1a2)在磁控溅射机的两个靶座上分别放置高纯度锂块、高纯度铝块；

1a3)关闭真空室，依次打开机械泵和分子泵电源，抽真空直至真空度为5x10^-4Pa，并升温到500℃；注入氩气，使真空度达到20Pa；先启动溅射锂块，完成后再启动溅射铝块，在平底石墨舟中活性物质纳米碳化硅粉末的表面形成金属薄膜；

1a4)关闭溅射电源，将真空室温度升高至650℃，持续时间5～30分钟后，自然冷却至室温；

1a5)将表面形成金属薄膜的纳米碳化硅复合材料压制成圆片，使单片镀锂铝合金的纳米碳化硅压片中锂元素的含量为0.7g，纳米碳化硅的含量为0.1g。

5.根据权利要求3所述的锂/纳米碳化硅电池的制备工艺，其特征在于：所述步骤2)的具体步骤包括：

21)将活性物质纳米碳化硅粉末、导电剂、粘接剂以质量比为85:8:7的比例均匀混合，再加入nmp混匀成浆料；

22)将浆料涂敷到泡沫镍上，将涂敷有浆料的泡沫镍放入真空烘干箱中，抽真空后以110～180℃烘干24小时，自然冷却至室温；

23)将泡沫镍上的纳米碳化硅物质压制成圆片，使单片纳米碳化硅压片的含量为1g。