[发明专利]一种负极材料的包覆方法及电池

说明书

本发明属于电池技术领域，具体涉及一种负极材料的包覆方法，包括如下步骤：1）将负极材料粉体放入多孔容器中；2）对处于流化状态或者旋转状态的负极材料粉体表面进行氧化处理；3）采用原子层沉积法在氧化后的负极材料粉体表面形成均匀且致密的无机包覆层；4）采用分子层沉积法在包覆有无机包覆层的负极材料粉体的表面形成有机包覆层；5）在真空中炭化后，再热处理。本发明还提供一种电池，负极集流体表面上涂覆有负极材料层，负极材料层为采用上述的包覆方法制备的负极材料。本发明提供的负极材料的包覆方法先通过氧化处理在负极材料粉体表面制丰富的含氧活性官能团，再采用ALD和MLD包覆时，无机物和有机物可以均匀在负极材料粉体表面生长。

技术领域

本发明属于电池技术领域，具体涉及一种负极材料的包覆方法及电池。

背景技术

目前，锂电池负极材料主要使用是石墨；钠离子电池和钾离子电池负极主要使用硬碳，但是硬碳和石墨的表面官能团和缺陷多，造成和有机电解液副反应多。为了解决现有技术中存在的这一问题，提高负极材料的电化学性能，传统方法是采用包覆，减少硬碳和石墨的表面官能团和缺陷，但是包覆层难以控制，包覆太厚会阻碍锂离子传输，太薄则会导致包覆不均匀。通常采用的包覆方法有：1）采用原子层沉积法（ALD）包覆，但是ALD只能在缺陷处或者官能团处进行包覆，导致包覆不均匀，或者必须包覆较厚使得颗粒彼此接触才能形成均匀包覆，但又会阻碍锂离子传输；2）采用沥青或酚醛树脂包覆，但是这种包覆方法虽然使负极材料的电化学性能得到提高，但往往需要繁琐的后续处理，包覆后的负极材料粉体容易粘结并在以后的粉碎处理中容易造成包覆层的脱落破损，影响负极材料的整体性能。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种负极材料的包覆方法及电池，可以在负极材料粉体表面形成均匀包覆且包覆后的颗粒不会团聚。

为实现上述目的，本发明的技术方案为一种负极材料的包覆方法，该包覆方法包括如下步骤：

1）将负极材料粉体放入多孔容器中，多孔容器置于反应室内，对反应室抽真空并置换氮气；

2）对处于流化状态或者旋转状态的负极材料粉体表面进行氧化处理，在负极材料粉体表面形成含氧活性官能团；

3）采用原子层沉积法在氧化后的负极材料粉体表面形成无机包覆层；

4）采用分子层沉积法在包覆有无机包覆层的负极材料粉体的表面形成有机包覆层；

5）在真空中炭化后，再进行热处理，得到包覆后的负极材料。

进一步地，所述步骤2）具体为：在负极材料粉体处于流化状态或者旋转状态的过程中，通入强氧化气体，在负极材料粉体表面形成含氧活性官能团；强氧化气体包括NO₂、臭氧、双氧水、氧气等离子体中的任意一种。

进一步地，所述步骤3）中的无机包覆层的厚度为0.1nm～1nm。

进一步地，所述步骤3）具体为：

a）根据需要沉积的无机包覆层的种类，选择反应的前驱体，设置沉积工艺参数：沉积温度为25～400℃，沉积压力为0.01～500torr；

b）在氮气或氩气携带下将前驱体蒸汽引入到反应室中，保持时间为10～120秒；

c）用氮气或氩气吹扫反应室，在氮气或氩气携带下将氧源蒸汽引入到反应室中，保持时间为10～120秒；

d）用氮气或氩气吹扫反应室；

e）重复过程b）～d），直至沉积到所需无机包覆层厚度。

更进一步地，所述步骤b）中前驱体为金属卤化物、金属有机配合物中的至少一种，前驱体中的金属为铝、钛、镁、锆、硅、硼、铪、铌中的至少一种；步骤c）中氧源为水、双氧水、氧气、臭氧、原子氧中的任意一种。