[发明专利]一种以延展性碳材料包覆的锂电池阳极材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种以延展性碳材料包覆的锂电池阳极材料及其制备方法，采用含有C、H、O、N中两种或两种以上元素的一种或多种小分子有机物，且所述有机物含有N元素并具有环状结构，在合适的催化剂及热力学条件下，在阳极材料粉末表面裂解生成一层以延展性碳材料为壳包覆的锂电池阳极材料。所得锂电池阳极材料具有无机可延展包覆层、包覆的碳含量在0.5%‑10%之间、包覆后材料粒度在D₅₀为4.5‑11.5μm，比表面积为8‑18 m²/g。本发明解决了活性物质表面包覆层的延展性难题，提升了阳极材料的循环性能。

技术领域

本发明涉及锂电池阳极材料及其制备方法，尤其涉及一种以延展性碳材料包覆的锂离子电池阳极材料及其制备方法。

背景技术

由于现有材料体系的限制，商业化摇椅式锂离子电池以及电池组的能量密度已经达到瓶颈。为了提升商业化的锂离子电池及其电池组的能量密度，满足市场及应用的要求，高容量阳极材料是未来锂离子电池阳极材料的重要发展方向之一。然而高容量的锂离子电池阳极材料诸如硅，锡及其合金或氧化物，及一些金属氧化物，都存在因体积膨胀过大而导致SEI膜界面不稳定而反复生成的问题造成电化学性能的快速衰减。目前的主流处理方法是在高容量的阳离子材料表面进行一次包覆处理，甚至为空壳预留膨胀空间的方式改善。但依然存在较多的问题。

如CN103531760，其所制备的多孔碳空心鸡蛋壳-核结构虽然能够为内核活性材料的膨胀预留空间。但该材料在实际加工过程中结构极易被破坏，且工艺复杂，酸用量大，且包覆层为多孔碳很难完好的隔绝电解液。因此从实用性，以及性能的实际提升上来看，尚有缺陷。

基于此，本专利独创性的制备了一种核壳结构的无机可延展碳材料包覆的锂离子电池阳极材料，该材料可以通过以含有C、H、O、N中两种或两种以上元素的一种或多种小分子有机物（其中至少一种有机物含有N元素）（该种有机物还需本身具有一定的环状结构可以为配位环，吡啶环，苯环等）为碳源，给予合适的催化剂及热力学条件可以在锂离子电池阳极材料的粉末表面裂解生成一层以蜷曲及可延展碳材料为壳包覆的锂离子电池阳极材料。

发明内容

本发明是为了克服现有技术的不足，提供一种以无机可延展碳材料为壳包覆的核壳结构锂离子电池阳极材料及其制备方法。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：

一种以延展性碳材料包覆的锂电池阳极材料的制备方法，包括以下步骤：

A1、将碳源、用来制作锂离子电池阳极的粉末核、催化剂置入反应器，再通入惰性气体置换空气气氛，并将气压控制在1atm-5atm。

A2、待气压稳定且氧含量低于200ppm后，将反应器升温至500-1200℃的温度区间内，进行催化裂解1-8h。

A3、待催化裂解完成后，再将反应器温度控制在700-1200℃的温度区间内，进行热处理1-8h。

A4、然后冷却至65℃以下，泄压并去惰性除保护气氛，得到以延展性碳材料包覆的具有核壳结构的锂离子电池阳极材料。

进一步的，在步骤A1中，所述碳源为含有C、H、O、N中两种或两种以上元素的一种或多种小分子有机物，所述小分子有机物含有N元素且分子结构具有环状结构。

优选的，所述碳源包括但不限于杂环化合物、吡啶类、嘧啶类、含苯环与氮的络合物、苯的衍物、酰胺衍生物、杂环芳香烃。

进一步的，在步骤A1中，所述用来制作锂离子电池阳极的粉末核是在摇椅式锂离子电池体系内通过脱嵌锂进行充放电过程中带有体积膨胀的活性物质颗粒。

优选的，所述用来制作锂离子电池阳极的粉末核包括但不限于第Ⅳ主族元素的单质及其衍生物，过渡金属元素的单质及其衍生物。