一种锡银铜铝四元合金的制备方法及在二次电池负极中的应用

本发明属于二次电池，具体涉及一种锡银铜铝四元合金的制备方法及在二次电池中的应用。

背景技术：

1、二次电池也称为可充电电池，是一种可重复充放电、使用多次的电池。相比于不可重复使用的一次电池，二次电池具有使用成本低、对环境污染小的优点。目前主要的二次电池技术有铅酸电池、镍铬电池、镍氢电池、锂离子电池、钠离子电池。其中尤其以锂离子电池应用最为广泛。而作为潜在取代锂离子电池的储能技术，钠离子电池在近几年也日益受到关注。锂离子电池和钠离子电池的核心组成部件包含正极、负极和电解液，它通过发生在正极、负极与电解液界面上的离子传输与电子传输相分离的反应来实现电能存储与释放。充电时，负极发生的反应是锂/钠离子从电解液中嵌入负极活性材料，正极发生的反应是锂/钠离子从正极活性材料脱出到电解液中或者是阴离子插层在正极活性材料中；放电时，锂/钠离子从负极活性材料脱出返回电解液，电解液中的锂/钠离子嵌入正极活性物质或者阴离子从正极活性材料脱出返回电解液。

2、锂离子电池和钠离子电池是以氧化物、聚阴离子类化合物、有机化合物等为正极活性材料，以碳材料、合金类材料、氧化物、硫化物、磷化物、有机化合物等为负极活性材料。但是目前基于锂离子电池和钠离子电池开发出的正负极材料种类非常有限，且新型正负极材料的研究基本只限于对锂片或钠片的电池，基于已开发的新型正负极材料的锂离子电池和钠离子电池的电化学性能不是很理想，而且制备工艺也较为复杂。钠离子电池负极材料制备的研究(专利公开号：cn109817960a，cn103647068a，cn103633310a，cn103553129a)，这类发明都提供了一种钠离子电池高容量负极材料的制备方法，但是这些高容量负极材料在充放电的过程中都存在着循环性能较差的问题。

3、锂离子电池和钠离子电池被认为是大规模储能的强有力的方式。而负极材料的性能是锂离子电池和钠离子电池的一个非常重要的性能指标。以钠离子电池为例，目前钠离子电池的负极材料是以硬碳和合金材料负极为主。如报道ionics,2020,26:5535-5542、electrochimica acta,2020,361:137041、journal of industrial and engineeringchemistry,2020,91:317-329是采用硬碳材料作负极；另外的报道如small methods,2020,4:2000218、chemical engineering journal,2020,388:124299、journal of alloys andcompounds,2020,834:154304是采用合金材料作负极。但是这些材料除制备条件比较苛刻外(尤其是合金类材料)，在用于钠离子负极极片时，此两种材料各有一大缺点：对于硬碳，其电压平台接近金属钠的沉积电位，在大电流充电情况下极易产生钠金属枝晶，造成严重的安全问题。对于合金材料负极，由于其剧烈的体积形变，造成金属合金表面的固态电解质界面膜在充放电过程中持续破碎-生成，故其库伦效率较低，大大限制了全电池的循环寿命。

4、从公开的文献报道和公开的专利来看，尚无发现使用磁控溅射制备锡银铜铝四元合金在二次电池负极中的应用。

技术实现思路

1、针对上述背景技术中提出的问题，本发明的目的在于克服现有技术的不足，旨在解决现有的二次电池的材料有限、成本高、制备工艺复杂，合金类负极电化学性能不理想的问题，本发明提供了一种锡银铜铝四元合金的制备方法及在二次电池负极中的应用。

2、本发明使用磁控溅射方法，以锡、银、铜、铝靶材为原料制备四元合金，制备工艺较为简单，因此成本大大降低，本发明解决了现有的锂离子电池锂资源储量有限、成本高的缺点，且本发明比现有的钠离子电池工艺简单、安全可靠、能量密度较高。

3、一种锡银铜铝四元合金的制备方法，具体是按以下步骤完成的：

4、一、以锡、银、铜、铝靶材为原料，设置氩气流速；

5、二、分别设置锡靶、银靶、铜靶、铝靶的磁控溅射功率参数；

6、三、设置磁控溅射的时间和基底转速，打开磁控溅射的电源，在集流体上开始溅射，溅射结束，得到锡银铜铝四元合金。

7、一种锡银铜铝四元合金作为二次电池的负极活性材料使用。

8、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

9、1、本发明以锡、银、铜、铝为原料使用磁控溅射法制备四元合金，采用制备得到的锡银铜铝四元合金作为二次电池的负极材料，在每一次充放电的过程中的容量衰减较小，因此使用本发明所制备的锡银铜铝四元合金作为二次电池负极使用制备的二次电池具有较好的循环稳定性，电池使用寿命在一定程度上得到增加；

10、2、本发明制备的新型二次电池负极，与硬碳负极相比，比容量和能量密度更大；与其它合金材料负极相比，循环稳定性更强；

11、3、本发明的二次电池负极的制备使用磁控溅射方法，以锡、银、铜、铝为原料制备四元合金，制备工艺较为简单，因此成本大大降低；

12、4、本发明与现有钠离子电池相比，其电极材料简单、易得、环保、安全，致使电池的生产工艺简单，成本低，且电池的电化学性能较为优异。

技术特征：

1.一种锡银铜铝四元合金的制备方法，其特征在于所述制备方法具体是按以下步骤完成的：

2.根据权利要求1所述的一种锡银铜铝四元合金的制备方法，其特征在于步骤一中所述的氩气流速为100ml/min～300ml/min。

3.根据权利要求1所述的一种锡银铜铝四元合金的制备方法，其特征在于步骤二中设置锡靶的磁控溅射功率参数为120w～180w，设置银靶的磁控溅射功率参数为15w～40w，设置铜靶的磁控溅射功率参数为20w～50w，设置铝靶的磁控溅射功率参数为20w～100w。

4.根据权利要求3所述的一种锡银铜铝四元合金的制备方法，其特征在于步骤二中设置锡靶的磁控溅射功率参数为150w，设置银靶的磁控溅射功率参数为25w，设置铜靶的磁控溅射功率参数为30w，设置铝靶的磁控溅射功率参数为45w。

5.根据权利要求1所述的一种锡银铜铝四元合金的制备方法，其特征在于步骤三中设置磁控溅射的时间为1800s～9000s；步骤三中设置基底转速为0r/min～60r/min；步骤三中所述的集流体为金属导电材料，所述金属导电材料为铝、铜、锡、锌、铅、锑、镉、金、铋和锗中的一种、其中任意一种金属的复合物或其中任意一种的合金。

6.如权利要求1所述的制备方法制备的一种锡银铜铝四元合金的应用，其特征在于一种锡银铜铝四元合金作为二次电池的负极使用。

7.根据权利要求6所述的一种锡银铜铝四元合金的应用，其特征在于所述的二次电池包括正极、负极、介于所述正极与负极之间的隔膜以及电解液；所述的正极包括正极活性材料和正极集流体。

8.根据权利要求7所述的一种锡银铜铝四元合金的应用，其特征在于所述的正极活性材料为镍钴锰酸锂、磷酸铁锂、钴酸锂、磷酸钒钠、普鲁士蓝或层状氧化物；所述的正极集流体为涂炭铝箔、涂炭铜箔、涂炭铁箔、涂炭锡箔、涂碳锌箔、涂炭镍箔、涂炭钛箔、涂炭锰箔中的一种、其中任意一种金属的复合物或其中任意一种的合金。

9.根据权利要求7所述的一种锡银铜铝四元合金的应用，其特征在于所述的隔膜为多孔聚合物薄膜或无机多孔薄膜；所述的多孔聚合物薄膜为多孔聚丙烯薄膜、多孔聚乙烯薄膜或多孔聚丙烯与多孔聚乙烯的复合薄膜；所述的无机多孔薄膜为玻璃纤维纸或多孔陶瓷隔膜；所述的电解液包括电解质和溶剂，所述电解质为锂盐或钠盐电解质，所述溶剂选自酯类、砜类、醚类、腈类和离子液体有机溶剂的一种或几种；所述的电解液的浓度为0.1mol/l～10mol/l。

10.根据权利要求9所述的一种锡银铜铝四元合金的应用，其特征在于所述的电解质包括六氟磷酸锂、氯化锂、氟化锂、硫酸锂、碳酸锂、磷酸锂、硝酸锂、二氟草酸硼酸锂、焦磷酸锂、十二烷基苯磺酸锂、十二烷基硫酸锂、柠檬酸三锂、偏硼酸锂、硼酸锂、钼酸锂、钨酸锂、溴化锂、亚硝酸锂、碘酸锂、碘化锂、硅酸锂、木质素磺酸锂、草酸锂、铝酸锂、甲基磺酸锂、醋酸锂、重铬酸锂、六氟砷酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂、三氟甲烷磺酰亚胺锂、三氟甲基磺酸锂、双三氟甲磺酰亚胺锂、六氟磷酸钠、氯化钠、氟化钠、硫酸钠、碳酸钠、磷酸钠、硝酸钠、二氟草酸硼酸钠、焦磷酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、柠檬酸三钠、偏硼酸钠、硼酸钠、钼酸钠、钨酸钠、溴化钠、亚硝酸钠、碘酸钠、碘化钠、硅酸钠、木质素磺酸钠、草酸钠、铝酸钠、甲基磺酸钠、醋酸钠、重铬酸钠、六氟砷酸钠、四氟硼酸钠、高氯酸钠、三氟甲烷磺酰亚胺钠、三氟甲基磺酸钠和双三氟甲磺酰亚胺钠中的一种或几种；所述的溶剂包括碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、甲酸甲酯、乙酸甲酯、n,n-二甲基乙酰胺、氟代碳酸乙烯酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、乙酸乙酯、γ-丁内酯、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、1,3-二氧环戊烷、4-甲基-1,3-二氧环戊烷、二甲氧甲烷、1,2-二甲氧丙烷、三乙二醇二甲醚、二甲基砜、二甲醚、亚硫酸乙烯酯、亚硫酸丙烯脂、亚硫酸二甲脂、亚硫酸二乙脂、冠醚(12-冠-4)、1-乙基-3-甲基咪唑-六氟磷酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑-四氟硼酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑-双三氟甲基磺酰亚胺盐、1-丙基-3-甲基咪唑-六氟磷酸盐、1-丙基-3-甲基咪唑-四氟硼酸盐、1-丙基-3-甲基咪唑-双三氟甲基磺酰亚胺盐、1-丁基-1-甲基咪唑-六氟磷酸盐、1-丁基-1-甲基咪唑-四氟硼酸盐、1-丁基-1-甲基咪唑-双三氟甲基磺酰亚胺盐、n-丁基-n-甲基吡咯烷-双三氟甲基磺酰亚胺盐、1-丁基-1-甲基吡咯烷-双三氟甲基磺酰亚胺盐、n-甲基-n-丙基吡咯烷-双三氟甲基磺酰亚胺盐、n-甲,丙基哌啶-双三氟甲基磺酰亚胺盐和n-丁基-n-甲基哌啶双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐中的一种或几种。

技术总结一种锡银铜铝四元合金的制备方法及在二次电池负极中的应用，它属于二次电池技术领域。本发明旨在解决现有的二次电池的材料有限、成本高、制备工艺复杂，合金类负极电化学性能不理想的问题。方法：一、以锡、银、铜、铝靶材为原料，设置氩气流速；二、分别设置锡靶、银靶、铜靶、铝靶的磁控溅射功率参数；三、设置磁控溅射的时间和基底转速，打开磁控溅射的电源，在集流体上开始溅射，溅射结束，得到锡银铜铝四元合金。一种锡银铜铝四元合金作为二次电池的负极活性材料使用。本发明制备工艺较为简单，因此成本大大降低，本发明解决了现有的锂离子电池锂资源储量有限、成本高的缺点，且本发明比现有的钠离子电池工艺简单、安全可靠、能量密度较高。技术研发人员：姜思达,徐为治,王琛,杜艳,李小峰,王先杰,宋波受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学技术研发日：技术公布日：2024/12/2