【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电池，涉及一种锂铝合金负极及其制备方法与应用。
技术介绍
1、锂离子电池是电化学储能的主要方式之一，市场对于锂离子电池提出了更高的使用要求，其中，降低电池重量，提高能量密度以及提升循环性能是主要方向。目前，商业负极材料主要是石墨负极材料，但是其比容量低，而合金化型负极材料如硅、铝、锡等虽然具有较高的理论比容量，但脱锂/嵌锂过程中体积变化大，结构稳定性差，使电解液被污染，导致负极在循环充放电过程中快速失效。
2、即，合金化型负极在合金化/去合金化过程中(源于晶型之间转变)引起的体积效应明显，充放电过程中往往面临着严重的体积膨胀，如si的体积膨胀在300％左右，al的膨胀在97％左右，sn的膨胀在260％左右，导致电池循环稳定性不佳。现有技术中，针对合金化负极体积膨胀主要采用合金纳米化、表面包覆、合金三维导电框架、合金纳米颗粒核壳结构和梯度合金化负极等解决策略。
3、虽然现有技术方案对体积效应虽然有一定的缓解作用，但电极材料本身的体积效应并没有得到根本性改善，如在充放电循环过程中，已经结合的电极材料和粘接剂在嵌锂/脱锂过程中发生的体积变化，会在粘结剂、活性颗粒内部产生应力累积，并引发颗粒破碎，在反复的循环过程中，活性颗粒不断地破碎粉化，导致了电极结构坍塌，电池失效。并且传统极片需要将集流体与电极材料进行粘结，经过涂布、烘烤、辊压等工序后才能进行裁切、组装电芯。
4、基于以上研究，需要提供一种锂铝合金负极，所述锂铝合金负极能够降低在充放电过程中合金相转变产生的体积效应，提高负极的电化学
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种锂铝合金负极及其制备方法与应用，所述制备方法能够在铝表面形成β-lial合金层，提前形成固定晶型的锂铝合金并在充放电过程中通过电压范围的调控实现β-lial在富锂状态和贫锂状态的转变，而不涉及相之间的转化，从而提高了电池的循环稳定性，解决了锂铝合金在充放电过程中体积变化较大的问题。
2、为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供了一种锂铝合金负极的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
4、在保护气中进行，采用铝箔、锂片、隔膜和电解液进行制备电芯，其中，铝箔为正极，锂片为负极；
5、然后对电芯进行放电，所述放电的电压范围为0.03-0.4v，使铝箔的至少一侧表面生成β-lial合金层，放电结束后将电芯拆解，拆解得到的表面负载有β-lial合金层的铝箔为所述锂铝合金负极。
6、优选地，所述β-lial合金层的厚度为1-80μm，优选为10-60μm。
7、优选地，所述放电的容量为1-80mah，优选为8-60mah。
8、优选地，在0.01-0.5mv/s的扫描速率下进行所述放电。
9、优选地，在0.3-0.4v电压范围内进行所述放电。
10、优选地，所述负载有β-lial合金层的铝箔中，铝箔的厚度为10-30μm，优选为10-20μm。
11、优选地，所述制备电芯时，在h2o含量＜1ppm，o2含量＜1ppm的保护气中进行。
12、第二方面，本专利技术提供了一种锂铝合金负极，所述锂铝合金负极采用如第一方面所述的制备方法制备得到；
13、所述锂铝合金负极包括铝箔以及铝箔至少一侧表面的β-lial合金层。
14、第三方面，本专利技术提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池包括如第二方面所述的锂铝合金负极。
15、优选地，所述锂离子电池在0.5v-1.35v电压范围内充放电，β-lial合金在贫锂态β-liaal合金和富锂态β-libal合金间互相转变，其中，0.916≤a＜1，1＜b≤1.16。
16、相对于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：
17、本专利技术通过电化学方法，先采用铝箔作为正极，锂片作为负极制备电芯，然后进行放电，使铝箔表面生成β-lial合金层，然后将电芯拆解后，拆解得到的负载有β-lial合金层的铝箔再作为负极极片，一方面，一步直接制备得到了负极极片，相对于传统工艺步骤(混料、涂布、烘烤)，能够简化负极的制备步骤，并且还无需添加导电剂和粘结剂，另一方面，提前形成固定晶型的β-lial合金层，能够使锂铝合金负极在充放电过程中，实现β-lial合金富锂状态和贫锂状态的转变，而不涉及β-lial合金与α-al之间的相变，极大的缓解了锂铝合金作为负极时由于相变引起的体积效应，从而提高了锂铝合金负极的循环稳定性。
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1.一种锂铝合金负极的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述β-LiAl合金层的厚度为1-80μm，优选为10-60μm。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述放电的容量为1-80mAh，优选为8-60mAh。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在0.01-0.5mV/s的扫描速率下进行所述放电。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在0.3-0.4V电压范围内进行所述放电。
6.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述负载有β-LiAl合金层的铝箔中，铝箔的厚度为10-30μm，优选为10-20μm。
7.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述制备电芯时，在H2O含量＜1ppm，O2含量＜1ppm的保护气中进行。
8.一种锂铝合金负极，其特征在于，所述锂铝合金负极采用如权利要求1-7任一项所述的制备方法制备得到；
9.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包
10.根据权利要求9所述的锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池在0.5V-1.35V电压范围内充放电，β-LiAl合金在贫锂态β-LiaAl合金和富锂态β-LibAl合金间互相转变，其中，0.916≤a＜1，1＜b≤1.16。
...【技术特征摘要】
1.一种锂铝合金负极的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述β-lial合金层的厚度为1-80μm，优选为10-60μm。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述放电的容量为1-80mah，优选为8-60mah。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在0.01-0.5mv/s的扫描速率下进行所述放电。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在0.3-0.4v电压范围内进行所述放电。
6.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述负载有β-lial合金层的铝箔中，铝箔的...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘桐，孙欣森，张伟思，武俊，
申请(专利权)人：安迈特科技北京有限公司，
类型：发明
国别省市：
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