[发明专利]包覆改性的锂离子电池阳极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种包覆改性的锂离子电池阳极材料及其制备方法。

背景技术

目前锂离子电池一般包括阴极片、阳极片、隔离膜和电解液，其中电解液一般使用的是易燃的有机溶剂，如碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯和碳酸二甲酯等，因此人们对电池的安全性要求很高，以避免爆炸、燃烧等风险。因此，一般的电池生产厂家在电池出产前，都需要抽样检测电池的安全性，电池若能通过短路实验、穿钉实验、过充实验、高温实验等一系列安全测试，才能算安全性能达标。

研究表明，当阴极集流体(一般为铝箔)与阳极膜片之间发生短路时，电池的温度会快速上升，开始冒烟，产生明火。这是因为，阳极膜片的电阻明显小于阴极膜片，当阴极集流体与阳极膜片发生短路时，通过阳极膜片的电流量较大，从而导致大量的热量产生，形成热失控，从而很容易引起燃烧，使得电池无法通过安全测试，不能使用。

为了解决这一问题，CN101055925A提供了一种在阳极片的表面覆盖金属氧化物的技术方案，该方案虽然能够在一定程度上提高阳极片表面内阻并降低阳极片热传导率，但是三氧化二铝等氧化物仍然具有较高的导热性，不能很好地解决电池的热失控和燃烧问题，而且，由于金属氧化物本身并不具备较好的机械性能而且金属氧化物仅涂覆在阳极片的表面，因此，当阳极活性物质(尤其是硅材料)在循环过程中发生膨胀时，其不能起到很好的抑制作用。

CN103633303A公开了一种包覆改性的锂离子电池阳极材料，包括核层和包覆在核层外的壳层，核层为石墨或硅材料，壳层为分解温度大于180℃的热固性树脂，并且壳层的质量占阳极材料总质量的1～10％。该锂离子电池阳极材料虽然能够提高阳极材料的电阻，但是在使用过程中由于电子的传输受限，会对电池的电化学性能造成大的影响。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种包覆改性的锂离子电池阳极材料及其制备方法，所述锂离子电池阳极材料通过在核层材料(CuS复合还原石墨烯)的表面包覆热固性树脂，不仅能够提高阳极材料的电子传输能力，而且在阴极集流体与阳极膜片之间发生短路时，可以减小电流量，减小热量，并且其本身具有一定的阻燃效果和较低的热传导率，可以进行热隔绝，从而很好的解决电池的热失控问题，提高电池的安全性能。而且热固性树脂本身具有可容锂离子通过的孔隙，因此不会对电池的电化学性能造成大的影响。而且，由于壳层本身具有较大的机械强度，因此，能够抑制核层材料的体积膨胀，延长锂离子电池的寿命。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

包覆改性的锂离子电池阳极材料，包括核层和包覆在所述核层外的壳层，所述核层为CuS复合还原石墨烯，所述壳层为分解温度大于180℃的热固性树脂。

CuS具有较好的电子导电率(10^-3S/m)和较高的理论容量(560mAh/g)，且在循环时具有平稳的放电曲线。石墨烯的加入可以减少CuS材料在充放电过程中体积膨胀收缩减弱，使得内应力减小，增强材料的循环稳定性。CuSrGO具有很高的首次放电容量、可逆容量和库伦效率，并且具有良好的循环性能。

由于金属锂的燃烧温度为180℃，当阳极片上有金属锂析出，并且析出的金属锂发生燃烧时，热固性树脂能够起到一定的热隔绝的屏蔽作用，防止热量散出；而且热固性树脂的热传导率很低，从而也能减少热量的散出。壳层的质量含量不能太高，因为热固性树脂本身并不发挥嵌锂作用、不具有导电性，因此太多的壳层会降低电池的能量密度，而且会导致阳极片的电阻过大，增加锂离子的传输阻力，不利于电池性能的发挥，因此，需要严格控制壳层的质量含量；壳层的质量含量也不能太低，否则壳层太薄，起不到改善作用。

所述纳米CuS颗粒的直径为20nm～50nm，如22nm、25nm、28nm、30nm、32nm、35nm、38nm、40nm、42nm、45nm或48nm等，所述CuS复合还原石墨烯的粒径为100-500μm，如120μm、150μm、200μm、250μm、300μm、350μm、400μm、450μm或480μm等。

所述CuS复合还原石墨烯的具体制备方法为：