[发明专利]一种高比容量锂离子电池负极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池负极材料的制备技术领域，具体地，本发明涉及一种采用化学汽相沉积碳包覆制备高比容量锂离子电池负极材料的方法。 

背景技术

负极活性材料是决定锂离子电池性能优劣的关键因素，作为锂离子电池的负极活性材料，必须满足高的重量比容量及体积比容量，高的锂离子嵌/脱速率，良好的循环性能，对电解质液有好的兼容性因而首次循环效率高，高低温性能优良，成本低且对环境友好。当前，锂离子电池的负极活性材料主流为石墨化碳素材料，如人造石墨及天然石墨。 

在制备人造石墨粉体时，由于块状石墨在粉碎过程中颗粒度的变小，碳内部气孔的外露，缺陷及裂缝的产生，使比表面积大大增加，不但首次循环效率不高降低了电池的容量，而且裂缝引起的溶剂分子插入石墨层间，引起碳层剥落使负极材料循环变差。块状石墨在机械破碎的过程中，经受了冲击、碰撞、剪切及摩擦，断裂或解理，使石墨粉外形呈不规则,颗粒呈尖棱条、弯曲、平板，粉体松装及振实密度不高，这将直接影响制浆及电极膜的制造。天然石墨作为负极材料通常采用鳞片天然石墨经球化处理，球化处理降低了材料的比表面积，但仍无法得到良好的循环，因为溶剂化分子插入鳞片石墨层间，引起碳层剥落的问题仍存在。采用软碳及硬碳对石墨微粉（球）表面进行包覆形成核壳（核为石墨微粉，壳为包覆碳层）结构可有效圆滑粉体表面，填充气孔，掩盖修复缺陷，对后续的电池极片制浆工艺带来方便，可有效提高极片压实密度，对电解质液的兼容性也得到改善。 

对石墨微粉表面进行包覆，比较多的方法是利用石油沥青、煤沥青、焦油、树酯如酚醛树脂、环氧树脂、糠醛树脂等聚合物材料，经与石墨粉混合调匀-压制-烧结-破碎-分级处理得到最终粉料。以上一些方法中需用到可燃溶剂，存在安全、成本及环境问题；另外由于颗粒外貌形状的不规则，在用石油沥青、煤沥青、焦油、树酯如酚醛树脂、环氧树脂、糠醛树脂等聚合物材料进行浸积过程中，石墨粉颗粒表面覆盖的聚合物量很不均匀，以至形成包覆的碳层也不均匀；由于浸积聚合物材料如石油沥青、煤沥青、焦油、酚醛树脂、环氧树脂、糠醛树脂等在碳化热分解过程中除了碳的形成，还有占总重75-90%（WT）的低分子副产物如水、氢、二氧化碳、脂肪烃、对环境极为有害的苯、多环芳烃及焦油产生；聚合物材料如石油沥青、煤沥青、焦油、酚醛树脂、环氧树脂、糠醛树脂等在碳化热分解过程中由于低分子副产物的挥发，会在包覆的碳层形成很多大的气孔，造成碳包覆层功能的的失败。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种化学汽相沉积碳包覆制备高比容量锂离子电池负极材料的方法，该方法采用化学汽相沉积生长法，其有利于气体分子扩散入碳颗粒的气孔、缺陷及裂缝，形成有效的填埋包覆碳，填充气孔，掩盖修复缺陷，提高首次循环效率；并且是一种工艺简单安全、成本低廉的的制备方法。 

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种高比容量锂离子电池负极材料的制备方法，使烃类气体裂解生成热解炭并沉积在石墨材料的表面及孔隙中，制备得到高比容量锂离子负极材料。 

进一步的技术方案，使所述石墨材料在烃类气体与辅气的混合气体中、加热器温度为600℃-1500℃的流化床反应器内部，进行汽相包覆，制备得到高比容量锂离子负极材料；其中所述混合气体的工作压力为100Pa~5.0×10⁵Pa。 

进一步的技术方案，所述被包覆的石墨材料为球化天然石墨粉或人造石墨粉，并且所述球化天然石墨粉或人造石墨粉形状最好为球化或表面尽量光滑的类球化粉体颗粒，优选的，粒度d₅₀为4～50μm，碳层间距d₍₀₀₂₎ 为0.33548～0.337nm。 

进一步的技术方案，所述烃类气体为烷烃、烯烃或炔烃中的至少一种，所述辅气为氮气或氩气。烷烃气体包括甲烷、乙烷、丙烷、丁烷；烯烃气体包括乙烯、丙烯、丁烯；炔烃气体包括乙炔、丙炔，同时还包括可通过适当加热可气化的其它碳氢化合物，例芳香烃。原料烃气/辅气氮或氩气的质量比例1/1~1/100，通过质量流量计调节。 

进一步的技术方案，所述流化床反应器的加热器温度为800℃-1200℃。