[发明专利]一种包覆型电极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种包覆型电极材料的制备方法。

背景技术

目前，商业化的锂离子电池负极材料采用的是石墨类碳材料，但其理论比容量只有372mAh／g，因而限制了锂离子电池比能量的进一步提高，不能满足日益发展的高能量电源的需求。并且碳材料存在充放电容量低，高倍率充放电性能差，在电解质中稳定性较差等问题。

随着现代社会的快速发展，能源短缺和环境污染问题日益严重，锂离子电池在电动汽车、储能等领域具有广阔的应用前景，因此，急需开发一种具有大功率和高能量密度的锂离子电池。

硅作为锂离子电池负极材料具有理论容量高(4200 mAh g^-1)、脱/嵌锂电位低、安全性能好、原料来源丰富、成本低、无毒性等优势，被认为是最有可能替代商用石墨的锂电池负极材料之一。但另一方面，硅负极材料也存在一些缺点，比如电子电导率低、脱嵌锂过程中体积膨胀严重（大约300%)，因而影响材料的循环寿命。现有技术中，通常采用的对硅负极材料改性的手段主要有将硅制备成纳米级的硅、制备多孔硅材料、引入其它元素形成复合材料或者表面包覆等。纳米级或多孔结构的硅材料在一定程度上会降低材料的振实密度，从而降低材料的体积能量密度。而且，制备纳米硅或多孔硅材料的工艺比较复杂，产率较低，不利于工业化生产。

通常，对硅材料或者其它负极材料进行表面包覆多采用碳材料、金属化合物材料等。比如中国专利申请201310639148.5共开了一种碳、钛酸锂双层包覆的硅负极材料的制备方法，以螯合剂为碳源、可溶性Ti化合物为钛源、纳米硅源以及各种锂化合物为锂源，采用双螯合剂溶胶凝胶法合成碳、钛酸锂双层包覆的硅基负极材料。该发明将钛酸锂和硅材料的优点相结合，制备的锂离子电池具有高比容量和优异的循环稳定性。中国专利申请201310737790.7公开了一种采用球磨方法制备硅基复合锂离子电池负极材料的方法，该复合负极材料是单质硅被金属硅化物和硅氧化物混合包覆形成的复合材料。

采用液相法对硅负极材料进行包覆需要使用大量的溶剂，在工业生产中会面临成本增加、废液处理等问题。而采用球磨方法进行包覆，反应不容易控制，产物中可能会存在多种杂相，从而影响产物的电化学性能。

发明内容

本发明提供了一种包覆型电极材料的制备方法，特别地，本发明的电极材料是采用气相包覆的方法制备而成。

根据本发明的目的，提供了一种包覆型电极材料的制备方法，包括：1)提供一种电极材料和包覆试剂；2)在加热条件下将电极材料和包覆试剂的气化物接触进行反应。

根据本发明的一种实施方式，上述包覆型电极材料的制备方法包括：1)提供一种电极材料和包覆试剂；2)将电极材料和包覆试剂加入反应容器中，所述电极材料和包覆试剂的气化物接触，但和包覆试剂不直接接触，加热进行反应。

根据本发明的另一种实施方式，上述包覆型电极材料的制备方法包括：1)提供一种电极材料和包覆试剂；2)将电极材料加入反应炉（比如管式炉）中，通入包覆试剂的气化物，加热进行反应。

本发明中的电极材料可以选自正极材料或负极材料。根据本发明的一种实施方式，上述电极材料优选为负极材料，所述负极材料可以选自石墨、硬碳、软碳、石墨烯、碳纳米管、钛酸锂和硅基材料等中的至少一种。优选负极材料为碳负极材料和硅基材料。

根据本发明的实施方式，本发明的方法不但可以实现对电极材料的包覆，同样可以用于隔膜的涂覆。比如通过上述方法在隔膜表面形成一层含硅化合物的涂层。

本发明中的包覆试剂选自含有烷氧基的硅化合物，可以选自硅酸酯或烷氧基硅烷中的至少一种。通常，所述含有烷氧基的硅化合物可以选自正硅酸四乙酯（沸点为165.5℃)、正硅酸甲酯、正硅酸丙酯、正硅酸异丙酯、甲基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、二乙基二乙氧基硅烷、三乙氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、正-己基三甲氧基硅烷、烯丙基三甲氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷、N-(beta-氨乙基)-gama-氨丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷、氰基己基三甲氧基硅烷、巯丙基三甲氧基硅烷和三甲氧基(2-苯乙基)硅烷等中的至少一种。

优选地，所述含有烷氧基的硅化合物选自正硅酸四乙酯、正硅酸甲酯、正硅酸丙酯和正硅酸异丙酯中的至少一种。