[發明專利]一種以延展性碳材料包覆的鋰電池陽極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201811642724.0
• 申請日: 2018-12-29
• 公開（公告）號: CN109755519A
• 公開（公告）日: 2019-05-14
• 發明（設計）人: 石珉滈;王志勇;皮濤;石磊;黃越華;邵浩明;余夢澤
• 申請（專利權）人: 湖南中科星城石墨有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/485;H01M4/587;H01M10/0525
• 代理公司: 長沙中科啟明知識產權代理事務所(普通合伙) 43226
• 代理人: 匡治兵

1.一種以延展性碳材料包覆的鋰電池陽極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

A1、將碳源、用來制作鋰離子電池陽極的粉末核、催化劑置入反應器，再通入惰性氣體置換空氣氣氛，并將氣壓控制在1atm-5atm；

A2、待氣壓穩定且氧含量低于200ppm后，將反應器升溫至500-1200℃的溫度區間內，進行催化裂解1-8h；

A3、待催化裂解完成后，再將反應器溫度控制在700-1200℃的溫度區間內，進行熱處理1-8h；

A4、然后冷卻至65℃以下，泄壓并去惰性除保護氣氛，得到以延展性碳材料包覆的具有核殼結構的鋰離子電池陽極材料。

2.根據權利要求1所述的一種以延展性碳材料包覆的鋰電池陽極材料的制備方法，其特征在于：在步驟A1中，所述碳源為含有C、H、O、N中兩種或兩種以上元素的一種或多種小分子有機物，所述小分子有機物含有N元素且分子結構具有環狀結構，包括但不限于雜環化合物、吡啶類、嘧啶類、含苯環與氮的絡合物、苯的衍物、酰胺衍生物、雜環芳香烴。

3.根據權利要求1所述的一種以延展性碳材料包覆的鋰電池陽極材料的制備方法，其特征在于：在步驟A1中，所述用來制作鋰離子電池陽極的粉末核是在搖椅式鋰離子電池體系內通過脫嵌鋰進行充放電過程中帶有體積膨脹的活性物質顆粒，包括但不限于第Ⅳ主族元素的單質及其衍生物，過渡金屬元素的單質及其衍生物，優選的為Si，Sn，C單質或其氧化物，以及以納米硅為功能增強相，硬碳或軟碳為基體制備的微米復合顆粒。

4.根據權利要求1所述的一種以延展性碳材料包覆的鋰電池陽極材料的制備方法，其特征在于：在步驟A1中，所述碳源和催化劑以固相或液相的形式置入反應器，或者將碳源和催化劑氣化，并混合惰性氣體通入反應器內進行裂解沉積。

5.根據權利要求1所述的一種以延展性碳材料包覆的鋰電池陽極材料的制備方法，其特征在于：在步驟A2中，所述升溫為勻速升溫或非勻速升溫，或者在升溫過程中設置中間保溫環節，但平均升溫速率應控制在0.2℃每分鐘至20℃每分鐘之間。

6.根據權利要求1所述的一種以延展性碳材料包覆的鋰電池陽極材料的制備方法，其特征在于：所述惰性氣體包括氮氣、氬氣、或其混合氣體，所述惰性氣體的每分鐘通氣量不大于反應器總體積的20%，優選為0.1%-10%。

7.根據權利要求1所述的一種以延展性碳材料包覆的鋰電池陽極材料的制備方法，其特征在于：所述氣壓為恒壓或脈沖式氣壓，當采用脈沖式氣壓時，所述氣壓的壓力取中值氣壓，極限壓力與中值氣壓的壓差不大于中值氣壓的±30%。

8.根據權利要求1所述的一種以延展性碳材料包覆的鋰電池陽極材料的制備方法，其特征在于：所述催化劑為鉬、銅、鎳、鐵、鈷、鉻、鉑、鈦、銻、錳、鋁、硅中的一種單質或多種單質的合金、共價化合物、配合物、絡合物或茂合物；所述催化劑的質量分數不大于10%，優選為0.05%-5.5%。

9.一種以延展性碳材料包覆的鋰電池陽極材料，其特征在于：所述鋰電池陽極材料是根據權利要求1所述的一種以延展性碳材料包覆的鋰電池陽極材料的制備方法制備得到的；所述鋰電池陽極材料具有核殼結構；其中，殼結構為延展性碳材料包覆層，所述延展性碳材料包覆層由數層N摻雜的類石墨碳層構成；核結構為在搖椅式鋰離子電池體系內通過脫嵌鋰進行充放電過程中帶有體積膨脹的活性物質顆粒。