一种锂离子电池负极材料——碳化硅及使用此材料的锂离子二次电池的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种新型锂离子二次电池用负极材料—SiC。含有此活性物质的材料与锂片制成的锂离子二次电池的特征在于其充电电压平台和放电电压平台分别为0.6V和0.4V，理论比容量高达2680mAh/g，具有良好的充放电循环性能和环境友好无污染等特性。SiC是一种具有应用前景的高容量、高安全新型锂离子电池负极材料。
【专利说明】一种锂离子电池负极材料--碳化硅及使用此材料的锂离 子二次电池
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种新型锂离子电池负极材料及其用此负极材料的锂离子二次电池， 属于新能源材料领域。
【背景技术】
[0002]裡离子电池至2〇世纪90年代以来，被广泛应用于笔记本电脑、数码像机、移动电 话等便携式电子g备。同时也被大规模应用于储能设备。随着锂离子电池的逐步商业化， 负极材料作为锂禺子电池的关键材料,在锂离子电池的能量、安全性、循环寿命等方面起着 重要作用。
[0003]目前，广泛使用的锂离子电池负极材料有石墨类碳材料，锂钛氧化物、锡基材料、 硅，材料和过渡金属氧化物等。但石墨理论比容量只有372mAh/g，且安全性能较差，限制了 锂离子电池容量。锡基、硅基材料的比容量很高，单晶硅比容量可以高达 4200mAh/g，但在充 放电过程中其材料本身高的体积变化率使得循环稳定性能较差。针对上述几种负极材料的 优缺点，需要一种新的原料来源丰富、对环境友好、安全性能好、比容量高、循环性能好的锂 离子二次电池新型负极材料。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种新型锂离子二次电池用负极材料碳化硅及其使用此 材料的锂离子二次电池。
[0005] -种新型锂离子二次电池用负极材料，其化学式为SiC。
[000幻使用此负极材料的锂离子二次电池，其特征在于：1.锂离子二次电池的负极活性 物质为SiC^2·按照重量百分比负极活性物质：导电剂：粘结剂为（70?95) : (2?10) : (2?10) 的比例，^行混合，混合均匀后涂布在集流体上，烘千压片成负极片。3.正极材料可以采用 裡片、磷酸亚铁锂、锰酸锂、钴酸锂、镍酸锂、钴镍锰锂、氧化铜等锂离子电池正极材料中的 至少一种。
[0007]使用此负极材料的锂离子二次电池，所述的导电剂为导电炭黑、石墨、乙炔黑、活 性炭纤维、碳纳米管、金属粉、碳纳米纤维、导电聚合物、石墨烯的至少一种。
[°008^] ^吏用此负极材料的锂离子二次电池，所述的粘结剂为聚乙烯醇、聚四氟乙烯、聚丙 '靡、聚乙烯、SBR橡胶、羧甲基纤维素钠、聚偏氟乙烯、氟化橡胶、聚氨酯的至少一种。
[0009]本发明与现有技术相比，具有如下的有益效果：L本发明提供了一种新型的锂离 次电池用负极材料_一一SiC，该材料理论嵌锂容量高达2680mAh/g，其充电平台和放电 分别为〇· 6V和〇. 4V，具有良好的导电性，在锂离子二次电池负极材料中有广泛的应用 ^景^ Φ发明所提供的Sic，相比传统的负极材料，有原料来源丰富、对环境友好污染、高容 量、安全性能好糊定等优点，有良細应用前景。
【专利附图】
【附图说明】 _〇]图1为本发明新型负极材料Sic的锂离子二次电池〇. 1C放电循环图。
【具体实施方式】
[001。1]实施例1将SiC、导电炭黑、PVDF按质量比8〇:1〇:1〇的比例混合，涂在集流体上 120JC真空干燥12h制成锂电池正极。以金属锂片为负极，川的LiPF6为电解液，聚丙烯微 孔膜为隔膜组装成扣式电池。对该SiC负极材料的锂离子二次电池进行电化学性能测试， 充放电电压设置范围为0· IV?2. 0V。本实例产品的电化学性能见表1(>
[001。2]头施例2将SiC、乙炔黑、聚乙烯醇按质量比％:5:5的比例混合，涂在集流体上 120°C^空干燥12h制成锂电池负极。、以磷酸亚铁锂为正极，m的LipF6为电解液、聚丙烯 微孔膜为隔膜组装成扣式电池。对该SiC负极材料的锂离子二次电池进行电化学性能测 试，充放电电压设置范围为0· IV?2. 0V。本实例产品的电化学性能见表κ [0013]。实施例3将sic、活性炭纤维、聚乙稀按质量比85:1〇:5的比例、混合，涂在集流体 上120JC真空干燥12h制成裡电池负极。以猛酸裡为正极极， m的LipF6为电解液、聚丙烯 微孔膜为隔膜组装成扣式电池。对该SiC负极材料的锂离子二次电池进行电化学性能测 试，充放电电压设置范围为0· IV?2_ 0V。本实例产品的电化学性能见表L [0014]实施例4 s SiC、碳纳米管、聚酬按质量比9〇:5:5的比例混合，涂在集流体上 12〇τ^?干燥 12h制成裡电池负极。關酸裡为正极，1M的LiPFe力电解液、聚丙稀微孔 膜为1?臟装獅。对该SiG倾材料脑离子二次幢浙桃学性能测试，充 放电电压设置范围为0. IV?2. 0V。本实例产品的电化学性能见表L
[0015] Φ施例5将SiC、麵米纤维、羧甲基纤维素钠按质量比9〇: 2:8的比例混合，涂在 集?体上1^20 C一真士干媒12h制成锂电池负极。以線酸锂为正极，1M的LipF6为电解液、聚 丙烯微孔膜为隔膜组装成扣式电池。对该 Sic负极材料的锂离子二次电池进行电化学性能 测试，充放电电压设置范围为〇· 1\T2_ 0V。本实例产品的电化学性能见表丄。 _] f施。例6 * SiC、石墨稀、聚氨酷按质量比88:1〇:2的比例、混合，涂在集流体上 12〇 C真i干燥12h制成锂电池负极。以钴?猛裡三元材料为正极，謂的LipF6为电解液、 麵稀微孔膜为隔膜组装成扣式电池。对该 Sic负极材料离 电池电 能测试，充^电电压设置范围为〇. 1V?2_ 0V。本实例产品的电化学性能见表丄。
[00H施7将SiC、续粉、聚四氟乙稀按质量比84:8:8的比例混合，涂在麵体上 =^^=^^1^触池负极。、以纖贿材料为謎，_1^6为电解液、麵 隔膜口式电池。对该 Sic负极材料的裡离子二次电池进行电化学性能测 试，充放电电压设難围为0· ιν?2· ον。本实例产^的电化学性能见表1() = if f石墨、SBR按质量比85:5:1Q的比例混合，涂在集流体上 120°0真 由!成，电池人极。" CU0力正极，1M的LiPF6为电解液、聚丙烯微孔膜为隔膜组 3= - :对该T负极材料的锂离子二次电池进行电化学性能测试，充放电电压设 置柩围为0_1V 2.0V。本实例产品的电化学性能见表10 实石墨、删按质量比川:20:10的比麵合，涂在集流体上120? ? 极.? ^_4为―，1Μ的LiPF6为电解液、聚丙稀微孔膜为 Prafei衣成扣式电池。对该SlC负极材料的锂离子二次电池进行电化学性能测试，充放电 电压设置范围为0· IV 2. ον。本实例产品的电化学性能见表u
[0020] 实施例10将SiC、石墨、8职按质量比80:10:10的比例混合，涂在集流体上 120?c f空干燥1?制成锂电池负极。以锂片为正极，1M的LipF6为电解液、聚丙烯微孔膜为隔膜 式电池。对该SiC负极材料的锂离子二次电池进行电化学性能测试，充放电电压 议置氾围为〇· IV?2. 0V。本实例产品的电化学性能见表i。
[0021] 表1
【权利要求】
1. 一种新型锂离子二次电池用负极材料碳化硅，其化学式为Sic。
2. 如权利要求1所述，使用此负极材料的锂离子二次电池，按照重量百分比负极活性 物质：导电剂：粘结剂为（7(Γ95) : (2~10) : (2~10)的比例进行混合，混合均匀后涂布在集流 体上，烘干压片成负极片。
3. 如权利要求2所述，使用此负极材料的锂离子二次电池，正极材料可以采用磷酸亚 铁锂、锰酸锂、钴酸锂、镍酸锂、钴镍锰锂、氧化铜等锂离子电池正极材料中的至少一种。
4. 如权利要求2所述，使用此负极材料的锂离子二次电池，所述的导电剂为导电炭黑、 石墨、乙炔黑、活性炭纤维、碳纳米管、金属粉、碳纳米纤维、导电聚合物、石墨烯的至少一 种。
5. 如权利要求2所述，使用此负极材料的锂离子二次电池，所述的粘结剂为聚乙烯醇、 聚四氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、SBR橡胶、羧甲基纤维素钠、聚偏氟乙烯、氟化橡胶、聚氨酯的 至少一种。
【文档编号】H01M4/58GK104300146SQ201310299172
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2013年7月17日 优先权日:2013年7月17日
【发明者】李荐, 刘雯雯, 周宏明 申请人:湖南省正源储能材料与器件研究所, 中南大学