[发明专利]一种包覆锂离子二次电池负极活性物质的方法

说明书

技术领域

本发明是关于一种表面改性电池负极活性物质的方法，尤其是关于一种包覆锂离子电池负极活性物质的方法。

背景技术

锂离子二次电池指分别用两个能可逆地嵌入与脱嵌锂离子的化合物作为正负极构成的离子电池。因其比能量高、工作电压高、工作温度范围宽、自放电率低、循环寿命长、无污染、重量轻、安全性能好等优点，因而应用领域广泛。

锂离子二次电池通常包括电池壳体和密封在该电池壳体内的电极组和电解液；所述电极组包括正极、负极、以及位于正极和负极之间的隔膜；所述负极包括负极集电体及涂覆其上的负极材料；所述负极材料包括负极活性物质和粘合剂。

碳材料是锂离子二次电池的负极活性物质，适合锂离子的脱出/嵌入。其中石墨导电性好，结晶度高，具有良好的层状结构，可逆充放电容量能达到300毫安时/克(mAh/g)以上，接近锂在碳材料中形成的LiC₆的理论比容量372mAh/g，锂在石墨中的脱/嵌反应或脱/嵌容量主要发生在0伏-0.25伏左右(对应Li⁺/Li)，具有良好的充放电平台。

但是作为负极活性物质的碳材料，尤其是石墨与电解液的相容性差，首次充放电会在碳材料表面形成钝化膜，多次充放电过程中出现剥落、塌陷，从而导致电极循环性能急剧衰减。目前一般采用对作为负极活性物质的碳材料表面包覆的方法来防止上述问题，所述方法通常包括将负极活性物质与包覆剂混合，使负极活性物质与包覆剂发生热缩聚反应，对反应产物炭化或石墨化处理。包覆后高温炭化或石墨化的碳材料用作锂离子二次电池负极的循环性能明显改善。

例如，CN 1547278A中公开了一种制备锂离子二次电池的核壳型炭负极材料的方法，该方法包括将石墨的粉碎为粒径5-50微米的微粉，将所得石墨微粉按重量比0.01-1∶1与乙烯焦油、煤焦油、石油系沥青和煤系的中温沥青中的至少一种混合，在300-500℃进行热缩聚反应0.5-10小时，所得反应产物用洗油、吡啶或甲苯洗涤，包覆后石墨微粉的炭化处理。所得核壳型炭负极材料制成锂离子二次电池后，首次充放电效率高、循环性能好。

现有技术包覆锂离子二次电池负极活性物质的方法都是先完成包覆剂与负极活性物质的物理混合，然后再使包覆剂和负极活性物质发生热聚合反应，使包覆剂在负极活性物质表面形成包覆层，最后对该包覆层进行炭化或石墨化；但是热聚合反应条件很容易使包覆后的负极活性物质结块，一般通过粉碎后再炭化或石墨化的方法使包覆后的负极活性物质达到粒径要求，在粉碎热聚合反应产物过程中负极活性物质表面的包覆层很容易因机械破碎而脱落，引起包覆层不均匀、不完整，继而使电池循环性能得不到充分地提高。

综上，现有技术的方法包覆锂离子二次电池负极活性物质的方法，存在包覆层不均匀不完整的问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有包覆锂离子二次电池负极活性物质的方法所得负极活性物质的包覆层不均匀、不完整的缺点，提供一种包覆锂离子二次电池负极活性物质的方法，该方法所得负极活性物质的包覆层均匀完整。

本发明的发明人注意到，现有技术包覆锂离子二次电池负极活性物质的方法都是先完成包覆剂与负极活性物质的物理吸附，然后再使包覆剂和负极活性物质发生热聚合反应，使包覆剂在负极活性物质表面形成包覆层，最后对该包覆层进行炭化或石墨化；但是热聚合反应条件很容易使包覆后的负极活性物质结块，一般通过粉碎后再炭化或石墨化的方法使包覆后的负极活性物质达到粒径要求，在粉碎热聚合反应产物过程中负极活性物质表面的包覆层很容易因机械破碎而脱落，引起包覆不均匀、不完整，继而使电池循环性能得不到充分地提高。本发明的发明人意外地发现，不通过完成包覆剂与负极活性物质的物理混合后再进行热聚合反应，而是在二者混合过程中加入引发剂在温和条件下，同时完成混合和接枝反应，也能使包覆剂在负极活性物质表面形成包覆层，并且不会发生结块现象，因此无需破碎直接炭化或石墨化后就能得包覆层均匀完整的负极活性物质。负极活性物质包覆层越完整，负极活性物质的可逆比容量以及首次充放电效率越高，由该负极活性物质制备的电池的循环性能越好。

本发明提供了一种包覆锂离子二次电池负极活性物质的方法，该方法包括在惰性气体气氛下加热含有负极活性物质和包覆剂的混合物，其中，所述混合物中还包括将引发剂，所述引发剂为只含有C、H、O的有机过氧化物。