[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

本發明提供了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，采用含有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，且所述有機物含有N元素并具有環狀結構，在合適的催化劑及熱力學條件下，在陽極材料粉末表面裂解生成一層以延展性碳材料為殼包覆的鋰電池陽極材料。所得鋰電池陽極材料具有無機可延展包覆層、包覆的碳含量在0.5%?10%之間、包覆后材料粒度在D₅₀為4.5?11.5μm，比表面積為8?18 m²/g。本發明解決了活性物質表面包覆層的延展性難題，提升了陽極材料的循環性能。

技術領域

本發明涉及鋰電池陽極材料及其制備方法，尤其涉及一種以延展性碳材料包覆的鋰離子電池陽極材料及其制備方法。

背景技術

由于現有材料體系的限制，商業化搖椅式鋰離子電池以及電池組的能量密度已經達到瓶頸。為了提升商業化的鋰離子電池及其電池組的能量密度，滿足市場及應用的要求，高容量陽極材料是未來鋰離子電池陽極材料的重要發展方向之一。然而高容量的鋰離子電池陽極材料諸如硅，錫及其合金或氧化物，及一些金屬氧化物，都存在因體積膨脹過大而導致SEI膜界面不穩定而反復生成的問題造成電化學性能的快速衰減。目前的主流處理方法是在高容量的陽離子材料表面進行一次包覆處理，甚至為空殼預留膨脹空間的方式改善。但依然存在較多的問題。

如CN103531760，其所制備的多孔碳空心雞蛋殼-核結構雖然能夠為內核活性材料的膨脹預留空間。但該材料在實際加工過程中結構極易被破壞，且工藝復雜，酸用量大，且包覆層為多孔碳很難完好的隔絕電解液。因此從實用性，以及性能的實際提升上來看，尚有缺陷。

基于此，本專利獨創性的制備了一種核殼結構的無機可延展碳材料包覆的鋰離子電池陽極材料，該材料可以通過以含有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（其中至少一種有機物含有N元素）（該種有機物還需本身具有一定的環狀結構可以為配位環，吡啶環，苯環等）為碳源，給予合適的催化劑及熱力學條件可以在鋰離子電池陽極材料的粉末表面裂解生成一層以蜷曲及可延展碳材料為殼包覆的鋰離子電池陽極材料。

發明內容

本發明是為了克服現有技術的不足，提供一種以無機可延展碳材料為殼包覆的核殼結構鋰離子電池陽極材料及其制備方法。

本發明是通過以下技術方案予以實現的：

一種以延展性碳材料包覆的鋰電池陽極材料的制備方法，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。

進一步的，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。

優選的，所述碳源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。

進一步的，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。

優選的，所述用來制作鋰離子電池陽極的粉末核包括但不限于第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。