一種鋰離子電池負(fù)極材料——碳化硅及使用此材料的鋰離子二次電池的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種新型鋰離子二次電池用負(fù)極材料—SiC。含有此活性物質(zhì)的材料與鋰片制成的鋰離子二次電池的特征在于其充電電壓平臺(tái)和放電電壓平臺(tái)分別為0.6V和0.4V，理論比容量高達(dá)2680mAh/g，具有良好的充放電循環(huán)性能和環(huán)境友好無污染等特性。SiC是一種具有應(yīng)用前景的高容量、高安全新型鋰離子電池負(fù)極材料。
【專利說明】一種鋰離子電池負(fù)極材料--碳化硅及使用此材料的鋰離 子二次電池

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種新型鋰離子電池負(fù)極材料及其用此負(fù)極材料的鋰離子二次電池， 屬于新能源材料領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]裡離子電池至2〇世紀(jì)90年代以來，被廣泛應(yīng)用于筆記本電腦、數(shù)碼像機(jī)、移動(dòng)電 話等便攜式電子g備。同時(shí)也被大規(guī)模應(yīng)用于儲(chǔ)能設(shè)備。隨著鋰離子電池的逐步商業(yè)化， 負(fù)極材料作為鋰禺子電池的關(guān)鍵材料,在鋰離子電池的能量、安全性、循環(huán)壽命等方面起著 重要作用。
[0003]目前，廣泛使用的鋰離子電池負(fù)極材料有石墨類碳材料，鋰鈦氧化物、錫基材料、 硅，材料和過渡金屬氧化物等。但石墨理論比容量只有372mAh/g，且安全性能較差，限制了 鋰離子電池容量。錫基、硅基材料的比容量很高，單晶硅比容量可以高達(dá) 4200mAh/g，但在充 放電過程中其材料本身高的體積變化率使得循環(huán)穩(wěn)定性能較差。針對(duì)上述幾種負(fù)極材料的 優(yōu)缺點(diǎn)，需要一種新的原料來源豐富、對(duì)環(huán)境友好、安全性能好、比容量高、循環(huán)性能好的鋰 離子二次電池新型負(fù)極材料。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種新型鋰離子二次電池用負(fù)極材料碳化硅及其使用此 材料的鋰離子二次電池。
[0005] -種新型鋰離子二次電池用負(fù)極材料，其化學(xué)式為SiC。
[000幻使用此負(fù)極材料的鋰離子二次電池，其特征在于：1.鋰離子二次電池的負(fù)極活性 物質(zhì)為SiC^2·按照重量百分比負(fù)極活性物質(zhì)：導(dǎo)電劑：粘結(jié)劑為（70?95) : (2?10) : (2?10) 的比例，^行混合，混合均勻后涂布在集流體上，烘千壓片成負(fù)極片。3.正極材料可以采用 裡片、磷酸亞鐵鋰、錳酸鋰、鈷酸鋰、鎳酸鋰、鈷鎳錳鋰、氧化銅等鋰離子電池正極材料中的 至少一種。
[0007]使用此負(fù)極材料的鋰離子二次電池，所述的導(dǎo)電劑為導(dǎo)電炭黑、石墨、乙炔黑、活 性炭纖維、碳納米管、金屬粉、碳納米纖維、導(dǎo)電聚合物、石墨烯的至少一種。
[°008^] ^吏用此負(fù)極材料的鋰離子二次電池，所述的粘結(jié)劑為聚乙烯醇、聚四氟乙烯、聚丙 '靡、聚乙烯、SBR橡膠、羧甲基纖維素鈉、聚偏氟乙烯、氟化橡膠、聚氨酯的至少一種。
[0009]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的有益效果：L本發(fā)明提供了一種新型的鋰離 次電池用負(fù)極材料_一一SiC，該材料理論嵌鋰容量高達(dá)2680mAh/g，其充電平臺(tái)和放電 分別為〇· 6V和〇. 4V，具有良好的導(dǎo)電性，在鋰離子二次電池負(fù)極材料中有廣泛的應(yīng)用 ^景^ Φ發(fā)明所提供的Sic，相比傳統(tǒng)的負(fù)極材料，有原料來源豐富、對(duì)環(huán)境友好污染、高容 量、安全性能好糊定等優(yōu)點(diǎn)，有良細(xì)應(yīng)用前景。

【專利附圖】

【附圖說明】 _〇]圖1為本發(fā)明新型負(fù)極材料Sic的鋰離子二次電池〇. 1C放電循環(huán)圖。

【具體實(shí)施方式】
[001。1]實(shí)施例1將SiC、導(dǎo)電炭黑、PVDF按質(zhì)量比8〇:1〇:1〇的比例混合，涂在集流體上 120JC真空干燥12h制成鋰電池正極。以金屬鋰片為負(fù)極，川的LiPF6為電解液，聚丙烯微 孔膜為隔膜組裝成扣式電池。對(duì)該SiC負(fù)極材料的鋰離子二次電池進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試， 充放電電壓設(shè)置范圍為0· IV?2. 0V。本實(shí)例產(chǎn)品的電化學(xué)性能見表1(>
[001。2]頭施例2將SiC、乙炔黑、聚乙烯醇按質(zhì)量比％:5:5的比例混合，涂在集流體上 120°C^空干燥12h制成鋰電池負(fù)極。、以磷酸亞鐵鋰為正極，m的LipF6為電解液、聚丙烯 微孔膜為隔膜組裝成扣式電池。對(duì)該SiC負(fù)極材料的鋰離子二次電池進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè) 試，充放電電壓設(shè)置范圍為0· IV?2. 0V。本實(shí)例產(chǎn)品的電化學(xué)性能見表κ [0013]。實(shí)施例3將sic、活性炭纖維、聚乙稀按質(zhì)量比85:1〇:5的比例、混合，涂在集流體 上120JC真空干燥12h制成裡電池負(fù)極。以猛酸裡為正極極， m的LipF6為電解液、聚丙烯 微孔膜為隔膜組裝成扣式電池。對(duì)該SiC負(fù)極材料的鋰離子二次電池進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè) 試，充放電電壓設(shè)置范圍為0· IV?2_ 0V。本實(shí)例產(chǎn)品的電化學(xué)性能見表L [0014]實(shí)施例4 s SiC、碳納米管、聚酬按質(zhì)量比9〇:5:5的比例混合，涂在集流體上 12〇τ^?干燥 12h制成裡電池負(fù)極。關(guān)酸裡為正極，1M的LiPFe力電解液、聚丙稀微孔 膜為1?臟裝獅。對(duì)該SiG傾材料腦離子二次幢浙桃學(xué)性能測(cè)試，充 放電電壓設(shè)置范圍為0. IV?2. 0V。本實(shí)例產(chǎn)品的電化學(xué)性能見表L
[0015] Φ施例5將SiC、麵米纖維、羧甲基纖維素鈉按質(zhì)量比9〇: 2:8的比例混合，涂在 集?體上1^20 C一真士干媒12h制成鋰電池負(fù)極。以線酸鋰為正極，1M的LipF6為電解液、聚 丙烯微孔膜為隔膜組裝成扣式電池。對(duì)該 Sic負(fù)極材料的鋰離子二次電池進(jìn)行電化學(xué)性能 測(cè)試，充放電電壓設(shè)置范圍為〇· 1\T2_ 0V。本實(shí)例產(chǎn)品的電化學(xué)性能見表丄。 _] f施。例6 * SiC、石墨稀、聚氨酷按質(zhì)量比88:1〇:2的比例、混合，涂在集流體上 12〇 C真i干燥12h制成鋰電池負(fù)極。以鈷?猛裡三元材料為正極，謂的LipF6為電解液、 麵稀微孔膜為隔膜組裝成扣式電池。對(duì)該 Sic負(fù)極材料離 電池電 能測(cè)試，充^電電壓設(shè)置范圍為〇. 1V?2_ 0V。本實(shí)例產(chǎn)品的電化學(xué)性能見表丄。
[00H施7將SiC、續(xù)粉、聚四氟乙稀按質(zhì)量比84:8:8的比例混合，涂在麵體上 =^^=^^1^觸池負(fù)極。、以纖賄材料為謎，_1^6為電解液、麵 隔膜口式電池。對(duì)該 Sic負(fù)極材料的裡離子二次電池進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè) 試，充放電電壓設(shè)難圍為0· ιν?2· ον。本實(shí)例產(chǎn)^的電化學(xué)性能見表1() = if f石墨、SBR按質(zhì)量比85:5:1Q的比例混合，涂在集流體上 120°0真 由!成，電池人極。" CU0力正極，1M的LiPF6為電解液、聚丙烯微孔膜為隔膜組 3= - :對(duì)該T負(fù)極材料的鋰離子二次電池進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試，充放電電壓設(shè) 置柩圍為0_1V 2.0V。本實(shí)例產(chǎn)品的電化學(xué)性能見表10 實(shí)石墨、刪按質(zhì)量比川:20:10的比麵合，涂在集流體上120? ? 極.? ^_4為―，1Μ的LiPF6為電解液、聚丙稀微孔膜為 Prafei衣成扣式電池。對(duì)該SlC負(fù)極材料的鋰離子二次電池進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試，充放電 電壓設(shè)置范圍為0· IV 2. ον。本實(shí)例產(chǎn)品的電化學(xué)性能見表u
[0020] 實(shí)施例10將SiC、石墨、8職按質(zhì)量比80:10:10的比例混合，涂在集流體上 120?c f空干燥1?制成鋰電池負(fù)極。以鋰片為正極，1M的LipF6為電解液、聚丙烯微孔膜為隔膜 式電池。對(duì)該SiC負(fù)極材料的鋰離子二次電池進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試，充放電電壓 議置氾圍為〇· IV?2. 0V。本實(shí)例產(chǎn)品的電化學(xué)性能見表i。
[0021] 表1

【權(quán)利要求】
1. 一種新型鋰離子二次電池用負(fù)極材料碳化硅，其化學(xué)式為Sic。
2. 如權(quán)利要求1所述，使用此負(fù)極材料的鋰離子二次電池，按照重量百分比負(fù)極活性 物質(zhì)：導(dǎo)電劑：粘結(jié)劑為（7(Γ95) : (2~10) : (2~10)的比例進(jìn)行混合，混合均勻后涂布在集流 體上，烘干壓片成負(fù)極片。
3. 如權(quán)利要求2所述，使用此負(fù)極材料的鋰離子二次電池，正極材料可以采用磷酸亞 鐵鋰、錳酸鋰、鈷酸鋰、鎳酸鋰、鈷鎳錳鋰、氧化銅等鋰離子電池正極材料中的至少一種。
4. 如權(quán)利要求2所述，使用此負(fù)極材料的鋰離子二次電池，所述的導(dǎo)電劑為導(dǎo)電炭黑、 石墨、乙炔黑、活性炭纖維、碳納米管、金屬粉、碳納米纖維、導(dǎo)電聚合物、石墨烯的至少一 種。
5. 如權(quán)利要求2所述，使用此負(fù)極材料的鋰離子二次電池，所述的粘結(jié)劑為聚乙烯醇、 聚四氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、SBR橡膠、羧甲基纖維素鈉、聚偏氟乙烯、氟化橡膠、聚氨酯的 至少一種。
【文檔編號(hào)】H01M4/58GK104300146SQ201310299172
【公開日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2013年7月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月17日
【發(fā)明者】李薦, 劉雯雯, 周宏明 申請(qǐng)人:湖南省正源儲(chǔ)能材料與器件研究所, 中南大學(xué)