[发明专利]锂铝合金的真空合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂铝合金的真空合成方法，属于有色金属冶金和电池领域。

背景技术

金属锂是一种银白色轻质金属，其质地轻、延展性好、导电性强，电化学性能优良，其理论容量高达3860Ah/kg，是最适合作二次电池负极材料的材料之一。因而在上世纪七八十年代就出现过以金属锂作为二次电池负极的报道。例如1972年，美国Exxon公司就推出了Li/TiS₂二次电池，20世纪80年代末加拿大Moli公司推出了Li/MoS₂二次电池。但由于金属锂电极在充放电过程中易产生枝晶，若枝晶从极板脱落，则脱落后与极板的电接触断开，不能用于充放电反应，导致电池容量下降；若锂枝晶逐渐生长，则会刺穿隔膜延伸至正极导致内部短路，引起火灾或爆炸。这些问题导致了金属锂二次电池商业化以失败而告终。后来出现了用碳/石墨材料作负极的锂离子电池，虽然其容量小，但改善了安全性，锂离子电池因此得到高速的发展。现在，随着锂电行业的不断发展，人们对高能量密度电池的需要越来越迫切，特别是针对新兴的电动车和储能电池，传统的碳/石墨材料作负极的锂离子电池已经远远不能满足要求，围绕金属锂而展开的各种高能量密度电池负极材料的研究重新获得重视，锂铝合金便是其中重要的方向之一。锂铝合金是金属锂和金属铝按一定的配比混合、反应而成的一种新型合金材料，金属铝的引入优化了材料的机械性能，并且有效提高了金属锂二次电池的安全性。锂铝合金目前主要应用于新型锂电池，如锂聚合物电池、锂硫电池、锂空气电池。

申请号为CN94104418的专利申请公开了一种用于电池负极材料的锂铝合金及其制造方法，其为一种β相LiAl合金，其制法是将原料置于熔炼设备中，抽真空充入氩气，加热继续抽真空，加热至400～450℃停止抽真空，充入0.05～0.5Pa氩，加热至710～800℃，保温1～5小时，冷至室温制成锂铝合金锭。其特征是，为β相LiAl合金，含锂18～24％(重量百分数，下同)，含铝82～76％，熔点688℃。但是，上述方法制得的锂铝合金含锂18～24％(重量百分数)，非锂的合金成分含量很高，增加了锂金属负极的电极反应电位，降低了锂负极的质量比能量。并且，在电池充放电过程中该负极材料会不可避免地产生相变，从而导致体积的巨大变化，导致材料快速粉化，大大降低循环寿命。合金材料的充放电机理已经不再是金属锂在负极上的溶解——沉积机理，而变成了锂离子在锂合金中的插入—脱出机理。

公开号为CN103290293A的专利申请，公开了一种锂铝合金的制备方法，将金属锂和铝按重量比24～1000:1均匀混合，然后在惰性气氛下于190～300℃熔炼，冷却，制得锂铝合金。利用该方法可以制备性能良好的低铝含量锂铝合金。

通常，锂铝合金用于二次电池负极时，首先要将锂铝合金锭压成很薄的锂铝合金带，才能用作负极材料。现代电池技术要求合金压带的厚度越薄越好。然而，将上述CN103290293A方法得到的锂铝合金进行压带制备合金带时，一次收率较低，尤其是在制备厚度为40μm及40μm以下的高端超薄合金带时，一次收率更是低至25％左右。较低的一次收率，使得将其运用于锂电池材料中困难重重。

因此，寻找一种可以从根本上改善锂铝合金的品质，提高高端超薄合金带压带一次收率，使其更适合工业化生产，是亟待解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种锂铝合金的真空合成方法。

本发明锂铝合金的真空合成方法，包括如下步骤：将铝和熔化的金属锂在真空环境下按重量比1:24～999混匀，然后于190～250℃熔炼，冷却，即得锂铝合金。

其中，铝可以为铝块、铝片、铝皮、铝丝等单质态金属铝，要求其含铝量不得低于99wt％，也可以是含铝量较高的铝锂系合金块，其中铝含量在4～99wt％。

进一步的，为了降低产品的氮含量、简化生产、削减成本，所述真空环境为真空度≤0.1Pa。

进一步的，上述熔化的金属锂方式是在露点低于-30℃的干燥室氛围下，通过电或热油加热的方式熔化，为了同时兼顾生产效率和生产安全，熔化时升温速率优选100～300℃/h。

其中，本发明锂铝合金的真空合成方法的熔炼时间优选为20～50min。

进一步的，根据生产需要，本发明锂铝合金的真空合成方法熔炼完毕后还降温至185～230℃，进行浇铸，浇铸完成后，冷却至室温，脱模，即得锂铝合金锭。

进一步的，本发明还公开了由上述方法制备得到的锂铝合金，以及锂铝合金在制备电池负极材料中的用途。