[发明专利]固体电解质界面膜包覆负极材料的复合材料、其制备方法及用途

说明书

本发明涉及一种固体电解质界面膜(SEI膜)包覆负极材料的复合材料、其制备及使用该复合材料的锂离子电池。本发明所述固体电解质界面膜为致密且均匀的Al₂O₃陶瓷膜，本发明通过固相成膜法、液相成膜法或化学成膜法在负极材料表面制备一层致密均匀包覆的SEI膜，这种SEI膜包覆的负极材料有较高结构稳定性和热稳定性，以此材料作负极的锂离子电池表现出优异的循环稳定性能，装配的NCM523三元软包锂离子电池针刺实验不起火、不爆炸的通过率到达100％，有效的抑制了锂离子电池的热失控，提高了锂离子电池在受到穿刺、外力挤压等极端情况造成电池短路时的安全性能。另外，本发明制备方法简单、环保、成本低廉，适合大规模生产。

技术领域

本发明属于锂离子电池负极材料领域，涉及一种固体电解质界面膜包覆负极材料的复合材料、其制备方法及用途，尤其涉及一种固体电解质界面膜包覆负极材料的复合材料、其制备方法及使用该复合材料的锂离子电池。

背景技术

锂离子电池由于具有循环寿命长，工作电压高，自放电小，无记忆效应，环境污染小等优点，被广泛应用于便携式电子设备和动力汽车中。当前，为了进一步提高以石墨为负极的锂离子电池的能量密度、循环性能、倍率性能等电化学性能，主要采用包覆改性的方法，常用的包覆材料有硬碳，软炭等。这些包覆手段较好的解决了上述问题，但是均不能有效的解决锂离子电池热失控的问题。据文献报道，电化学反应过程中SEI膜的降解温度较低并且降解会产生一定的热量，往往SEI膜的降解会引发电池内一系列副反应的发生，从而导致锂离子电池的热失控，影响锂离子电池的安全性能，进而危及人身、财产安全。因此，有必要提供一种对石墨进行包覆改性的方法，人为的为负极材料制备一层结构稳定的SEI膜，从而制备出具有较高结构稳定性和热稳定性以及安全性能的固体电解质界面膜包覆的石墨负极材料。

CN106450102A公开了一种用于锂硫电池的石墨改性隔膜的制备方法。该发明中石墨改性隔膜主要由隔膜基体材料和涂覆在隔膜基体上的石墨改性涂层构成。使用该石墨改性隔膜的锂硫电池在首次放电后在石墨改性隔膜表面形成稳定的SEI膜，抑制了电解液的进一步分解及石墨的剥离，显著提高了锂硫电池的循环性能和倍率性能。但是，此专利中是通过在涂覆的方法制备出一种电池隔膜，然后在电池首次放电中在隔膜上形成SEI膜，从而达到抑制电解液分解和石墨剥离的作用，进而到达提高对应锂硫电池的循环性能和倍率性能的目的。而本发明是直接在负极表面直接制备一层固体电解质界面膜，起到保护石墨结构、提高电池循环性能和安全性能的目的。另外，本发明所用制备方法和制备SEI膜的材料不同于对比专利。

CN 104485440 A公布了一种氧化铝包覆钴酸锂的制备方法。其技术要点在于氧化铝在高温、真空条件下被炭粉还原成气态氧化亚铝，然后导入到钴酸锂反应中，冷凝后通入空气氧化，最终在钴酸锂表面生成氧化铝包覆。通过该发明制备的氧化铝包覆钴酸锂正极材料结构性好、稳定性强，提高了电池的工作电压(4.5V)，进而达到提高锂离子电池克容量、能量密度的目的。但是，此专利中的制备方法操作条件比较苛刻、成本高、不利于规模化生产。专利CN 104577128A、专利CN104201323A和专利CN 106025214A公布的氧化铝包覆正极材料的制备方法的最终目的是提高锂离子电池的充放电容量和循环性能。而关于氧化铝作为固体电解质界面膜包覆负极材料的方法以及对相应锂离子电池高安全性能的提升的案例尚未见报道。

因此，有必要提供一种固体电解质界面膜包覆的负极材料，以改善锂离子电池的循环稳定性和热失控问题，提高了其安全性能。

发明内容

针对目前以石墨为负极的锂离子电池热稳定性差，安全性能有待提高的问题，本发明的目的在于提供一种固体电解质界面膜包覆负极材料的复合材料、其制备方法及使用该复合材料的锂离子电池。本发明通过在负极材料表面包覆一层氧化铝陶瓷固体电解质界面膜的方法，克服了现有锂离子电池在使用中热稳定性差，安全性能差的问题。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：