[發明專利]包覆改性的鋰離子電池陽極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201510548701.3
• 申請日: 2015-08-31
• 公開（公告）號: CN105244499A
• 公開（公告）日: 2016-01-13
• 發明（設計）人: 徐德生
• 申請（專利權）人: 無錫市嘉邦電力管道廠
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/587;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 潘登

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，尤其涉及一種包覆改性的鋰離子電池陽極材料及其制備方法。

背景技術

目前鋰離子電池一般包括陰極片、陽極片、隔離膜和電解液，其中電解液一般使用的是易燃的有機溶劑，如碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯和碳酸二甲酯等，因此人們對電池的安全性要求很高，以避免爆炸、燃燒等風險。因此，一般的電池生產廠家在電池出產前，都需要抽樣檢測電池的安全性，電池若能通過短路實驗、穿釘實驗、過充實驗、高溫實驗等一系列安全測試，才能算安全性能達標。

研究表明，當陰極集流體(一般為鋁箔)與陽極膜片之間發生短路時，電池的溫度會快速上升，開始冒煙，產生明火。這是因為，陽極膜片的電阻明顯小于陰極膜片，當陰極集流體與陽極膜片發生短路時，通過陽極膜片的電流量較大，從而導致大量的熱量產生，形成熱失控，從而很容易引起燃燒，使得電池無法通過安全測試，不能使用。

為了解決這一問題，CN101055925A提供了一種在陽極片的表面覆蓋金屬氧化物的技術方案，該方案雖然能夠在一定程度上提高陽極片表面內阻并降低陽極片熱傳導率，但是三氧化二鋁等氧化物仍然具有較高的導熱性，不能很好地解決電池的熱失控和燃燒問題，而且，由于金屬氧化物本身并不具備較好的機械性能而且金屬氧化物僅涂覆在陽極片的表面，因此，當陽極活性物質(尤其是硅材料)在循環過程中發生膨脹時，其不能起到很好的抑制作用。

CN103633303A公開了一種包覆改性的鋰離子電池陽極材料，包括核層和包覆在核層外的殼層，核層為石墨或硅材料，殼層為分解溫度大于180℃的熱固性樹脂，并且殼層的質量占陽極材料總質量的1～10％。該鋰離子電池陽極材料雖然能夠提高陽極材料的電阻，但是在使用過程中由于電子的傳輸受限，會對電池的電化學性能造成大的影響。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種包覆改性的鋰離子電池陽極材料及其制備方法，所述鋰離子電池陽極材料通過在核層材料(CuS復合還原石墨烯)的表面包覆熱固性樹脂，不僅能夠提高陽極材料的電子傳輸能力，而且在陰極集流體與陽極膜片之間發生短路時，可以減小電流量，減小熱量，并且其本身具有一定的阻燃效果和較低的熱傳導率，可以進行熱隔絕，從而很好的解決電池的熱失控問題，提高電池的安全性能。而且熱固性樹脂本身具有可容鋰離子通過的孔隙，因此不會對電池的電化學性能造成大的影響。而且，由于殼層本身具有較大的機械強度，因此，能夠抑制核層材料的體積膨脹，延長鋰離子電池的壽命。

為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

包覆改性的鋰離子電池陽極材料，包括核層和包覆在所述核層外的殼層，所述核層為CuS復合還原石墨烯，所述殼層為分解溫度大于180℃的熱固性樹脂。

CuS具有較好的電子導電率(10^-3S/m)和較高的理論容量(560mAh/g)，且在循環時具有平穩的放電曲線。石墨烯的加入可以減少CuS材料在充放電過程中體積膨脹收縮減弱，使得內應力減小，增強材料的循環穩定性。CuSrGO具有很高的首次放電容量、可逆容量和庫倫效率，并且具有良好的循環性能。

由于金屬鋰的燃燒溫度為180℃，當陽極片上有金屬鋰析出，并且析出的金屬鋰發生燃燒時，熱固性樹脂能夠起到一定的熱隔絕的屏蔽作用，防止熱量散出；而且熱固性樹脂的熱傳導率很低，從而也能減少熱量的散出。殼層的質量含量不能太高，因為熱固性樹脂本身并不發揮嵌鋰作用、不具有導電性，因此太多的殼層會降低電池的能量密度，而且會導致陽極片的電阻過大，增加鋰離子的傳輸阻力，不利于電池性能的發揮，因此，需要嚴格控制殼層的質量含量；殼層的質量含量也不能太低，否則殼層太薄，起不到改善作用。

所述納米CuS顆粒的直徑為20nm～50nm，如22nm、25nm、28nm、30nm、32nm、35nm、38nm、40nm、42nm、45nm或48nm等，所述CuS復合還原石墨烯的粒徑為100-500μm，如120μm、150μm、200μm、250μm、300μm、350μm、400μm、450μm或480μm等。

所述CuS復合還原石墨烯的具體制備方法為：