[发明专利]一种利用涂层提高锂电池负极循环性能的方法

说明书

本发明涉及锂电池技术领域，具体涉及一种利用涂层提高锂电池负极循环性能的方法，通过将有机硅氟树脂与锂基化合物混合后进行排布，使锂基化合物纳米粉末和钛酸锂纳米线均匀分布在有机硅氟树脂内部形成导电通道，之后均匀涂覆在负极活性材料表面。通过硅氟树脂的憎油基团降低有机质在负极活性材料锂离子脱嵌过程中的共嵌入，可以有效减少电解液对负极材料的腐蚀，锂离子通过纳米导电通道进行迁移。而且硅氟树脂具有良好的延展性，可以抑制负极材料在循环过程中的体积形变，从而提高了锂电池负极的循环性能。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，具体涉及一种利用涂层提高锂电池负极循环性能的方法。

背景技术

锂电池由于其具有较高的能量和功率密度，较长的使用寿命，无记忆效应及环保等优点，成为了能量储存领域最具潜力和发展前景的器件。目前商业化的阳极和阴极材料主要是由石墨和锂金属氧化物或磷酸锂铁构成，由于石墨电极具有较低的理论容量(372mAh/g)而大大限制了锂电池在实际应用中的发展。尽管许多新兴的负极材料相比于传统石墨电极表现出了一些优势，但仍然有许多严峻的挑战亟待解决，例如结构破坏，低循环效率以及不可逆容量损失等等。产生这些不良因素的主要原因是在嵌锂和脱锂过程中巨大的体积改变(超过300％)。制备具有大比表面积及短扩散路径的中空纳米结构负极活性材料成为克服上述问题的有效方法。通过利用中空结构的内部空腔能够缓解结构张力并缓冲脱/嵌锂过程中产生的体积变化，明显减少电极的结构破坏从而增强其循环稳定性。具有较大的表面积的多孔壳层将有利于增大电极-电解液之间的接触面积，使更多的Li+流过界面，提供更多的反应位点，同时纳米尺寸及可透过的壳层材料能够缩短电子/粒子的扩散路径使得锂电池具有更高的比容量。此外，研究者们还开发了一系列的金属氧化物作为负极活性材料，例如Archer研究组利用奥斯瓦尔德熟化法制备中空的SnO2纳米球，这种多晶的壳层材料具有很高的孔隙率，BET 表面积可达到110m2/g，具有较大的初始容量(约1149mAh/g)和很好的循环表现(循环40圈后的理论容量值仍远大于传统石墨电极)。

高性能电极的开发是锂离子电池性能提升的关键，也是当前研究的热点和难点。负极材料在锂电池的性能中起关键作用，特别是在容量和寿命方面。硅、锗、锡、过渡金属氧化物、金属氮化物等新型负极材料都表现出较高的负极容量和良好的电化学性能。但是这些材料普遍存在稳定性不佳的问题，严重制约了其产业化进程。而在实际电池应用中，随着循环次数的增加，电极表面的SEI膜会因为不断地膨胀、收缩而被破坏，并不断暴露出新的电极活性物质与电解液发生反应，生成新的SEI层，从而导致电极的电化学性能衰退。因此，减少和消除负极材料表面不必要的界面反应是提高新型负极材料性能的关键。

传统的锂电池负极由于使用的电解液大多为碳酸酯类，在充放电过程中有机质对于负极类石墨材料的共嵌入会极大的影响电池的循环效率和使用寿命，为了降低电解液对负极的腐蚀，现阶段采用的方法为使用羧酸酯类进行共混，但对负极活性材料的腐蚀依然比较大。因此针对负极活性材料的保护可以有效提高锂电池的循环性能和使用寿命，对商业化应用具有重要的实际意义。

发明内容

针对目前电解液对负极活性材料具有腐蚀性，影响锂电池的循环寿命的缺点，本发明提供一种利用涂层提高锂电池负极循环性能的方法。通过将有机硅氟树脂与锂基化合物混合后进行排布，使纳米导电粉末均匀分布在有机硅氟树脂内部形成导电通道，之后均匀涂覆在负极活性材料表面。通过硅氟树脂的憎油基团降低有机质在负极活性材料锂离子脱嵌过程中的共嵌入，可以有效减少电解液对负极材料的腐蚀，锂离子通过纳米导电通道进行迁移。而且硅氟树脂具有良好的延展性，可以抑制负极材料在循环过程中的体积形变。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种利用涂层提高锂电池负极循环性能的方法，具体方法为：