[发明专利]锂/纳米碳化硅电池及其制备工艺

说明书

本发明公开了一种锂/纳米碳化硅电池及其制备工艺，所述电池包括正极片、负极片、隔膜和电解液，正极片采用纳米碳化硅材料制成，负极片采用锂铝合金和纳米碳化硅的复合材料制成，隔膜为Celguard，电解液为六氟磷锂或者固体电解质，负极片中锂元素与正极片中纳米碳化硅的质量比不大于0.7:1。本发明通过精确控制锂铝合金和纳米碳化硅负极片中的锂含量与正极中的纳米碳化硅的比容量的配比关系，从而形成强度高和安全性能高的电极，可以大大减少锂的用量，且能够把锂导致的电路短路接触引起的爆炸减少到最低。

技术领域

本发明涉及锂二次电池技术领域，具体地指一种锂/纳米碳化硅电池及其制备工艺。

背景技术

金属锂片可以用于锂二次电池，但由于锂片用于电池对电极时有三个缺点，一是易于使锂过量，浪费锂金属，二是金属锂片强度低，锂/纳米碳化硅电池长期循环锂片可能出现崩溃，三是电池中可能提供锂的浓度很高，导致锂过剩，在电池长期发生电化学循环过程中，从锂片中脱出进入溶液中的锂离子插入正极材料的晶体中，充电过程中从正极上脱出迁移到负极的锂原子易于在其上生长锂枝晶，电池存在潜在的短路风险。尤其在发生电池组短路会产生重大风险。通过分散锂金属颗粒分布，与其它金属颗粒制备为合金，且加入活性纳米碳化硅一起构成复合材料电极，使其电极强度增大，锂合金和纳米碳化硅复合材料电极不会碎裂，且通过充放电过程把锂原子转移到复合电极的纳米碳化硅中，不易产生锂枝晶是一条解决途径，消除短路风险，使燃爆风险不易发生。此外，锂金属资源总量低，价格昂贵，为降低电池成本，有必要制备准确地用锂量、强度高和安全性好的电极对于锂二次电池有实用价值。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种锂/纳米碳化硅电池及其制备方法，精确控制锂铝合金和纳米碳化硅负极片中的锂含量与正极中的纳米碳化硅的比容量的配比关系，从而形成强度高和安全性能高的电极。

为达到上述目的，本发明提及的锂/纳米碳化硅电池，包括正极片、负极片、隔膜和电解液，其特殊之处在于，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不大于0.7:1～0.9:1。锂位于这个0.7～0.9的比例范围是考虑首次循环放电，一部分锂在正极的纳米碳化硅表面将形成固体电解质界面膜(Solid electrolyte interface,简称为SEI)，消耗一定量的锂离子，这部分锂离子在充电正常情况下，将不返回负极。考虑同样的电化学过程发生在首次充电过程中，负极纳米碳化硅相应减量。

进一步地，所述负极片中锂元素的含量为0.7g～0.9g，所述正极片中纳米碳化硅的含量为1g。

更进一步地，所述负极片中纳米碳化硅的含量为0.8～1g。

更进一步地，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。

本发明还提出一种锂/纳米碳化硅电池的制备工艺，其特殊之处在于，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0.7g～0.9g；

2)制备纳米碳化硅压片，所述纳米碳化硅电极压片的含量为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。

优选地，所述步骤1)的具体步骤包括：