一种正极包覆材料及其制备方法和在全固态电池中的应用技术

本发明专利技术涉及电极材料技术领域，具体而言，本发明专利技术涉及一种正极包覆材料及其制备方法和在全固态电池中的应用。包覆材料为聚阴离子氧化物结构为LixMyPzOn，其中1≤x≤5;1≤y≤3;1≤z≤15；1<n/z<4。本发明专利技术包覆材料分布在所述正极材料本体外，该包覆正极材料通过包覆材料的修饰，一方面获得了更高的结构稳定性，抑制了正极材料与电解质材料之间的化学反应，另一方面整体电化学性能显著提高，适用于全固态电池正极材料的应用。池正极材料的应用。

【技术实现步骤摘要】
一种正极包覆材料及其制备方法和在全固态电池中的应用


[0001]本专利技术涉及电极材料
，具体而言，本专利技术涉及一种正极包覆材料及其制备方法和在全固态电池中的应用。

技术介绍

[0002]当前世界锂离子电池已广泛的应用于便携式电子产品领域以及电动汽车类动力电池领域和智能电网等储能领域，但由于液态电解质溶剂的易燃性且随着锂离子电池能量密度的发展接近极限，自燃等安全事故的发生层出不穷，人们的关注点转移到了锂离子电池的安全性上来。全固态电池不含任何易燃液体成分，固态电解质（SSE）替代了传统的有机电解质，起到离子传输和隔膜的作用，同时避免了因隔膜收缩或破裂及电解液泄露而引起的内短路。因而采用全固态无机电解质开发理论上不易燃的全固态电池将是从根本上解决这一问题的最佳途径。固态电池已经被公认为是发展下一代高安全、高比能量的锂（离子）电池的关键技术。
[0003]然而，复合正极各组分（包括活性材料、固体电解质和导电添加剂）之间固/固界面的高阻抗及稳定性仍然是阻碍当前固态电池发展的关键性问题之一。由于固态电解质普遍比较狭窄的电化学稳定窗口及其与阴极的不可忽视的化学反应活性，很难维持该界面的热力学稳定性，因此两者之间的界面稳定性的问题就显得尤为突出。其中在活性材料表面构建缓冲层是一种解决界面高阻抗和稳定性的有效方法。对于包覆材料的选择多种多样，包括氟化物、氯化物、氧氟化物、非聚阴离子氧化物以及聚阴离子氧化物等等，其中聚阴离子氧化物表现出高的氧化分解性能，但是否可以应用于高电压全固态电池不可预知。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在一定程度上解决复合正极内部以及阴极/电解质界面的稳定性问题。为此，本专利技术的目的在于提出正极包覆材料及其制备方法和在全固态电池中的应用。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用技术方案为：一种正极包覆材料，包覆材料为聚阴离子氧化物结构为LixMyPzOn，其中1≤x≤5;1≤y≤3;1≤z≤15；1<n/z<4。
[0006]所述包覆材料中Li源选自LiNO3、Li2CO3、LiOH、CH3COOLi、C2H5LiO中一种或几种；M源选自Ta、Al、W、Cr、La、Cs、Ti、Zr、Si中一种或几种的金属盐；P源选自磷酸、多聚磷酸、焦磷酸、三磷酸、多聚偏磷酸、磷酸氢氨或磷酸二氢铵中一种或几种。
[0007]所述包覆材料分布在正极材料本体表面形成包覆正极材料；包覆材料占正极材料的质量百分数为0.1 wt% ~ 5 wt%。
[0008]以本专利技术实施例记载的包覆材料计，包覆材料占正极材料的质量百分数为1.5wt% ~ 2 wt%。
[0009]所述正极材料本体选自氧化物。进一步的说，所述正极材料本体包括选自镍锰酸锂、钴酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、锰酸锂、钴锰酸锂、富锂锰基材料、镍锰尖晶石中的至
少之一。
[0010]一种利用所述正极包覆材料制备包覆正极材料的方法，按照化学计量比计，（1）向反应底液中加入正极材料本体、M前驱液、Li前驱液、P前驱液并进行反应，得到混合浆料；或向反应底液中加入正极材料本体、M前驱液、Li前驱液、P前驱液、络合剂并进行反应，得到混合浆料；（2）对所述混合浆料进行后处理，得到包覆正极材料前驱体；（3）将所述包覆正极材料前驱体进行煅烧，得到所述包覆正极材料。
[0011]所述反应底液为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇中的一种或几种；络合剂为氨水、柠檬酸、EDTA、三聚磷酸盐、焦磷酸盐、六偏磷酸盐一种或几种。
[0012]所述M前驱液、Li前驱液、P前驱液、络合剂可同时加入，也可以按顺序加入；加入时，每种溶液可以全部一起加入，也可以按一定速度慢慢加入。
[0013]上述步骤（1）中正极材料本体加入后所得混合浆料中正极材料本体占混合浆料的质量分数为1 wt% ~ 20 wt%。
[0014]所述Li前驱液为Li源经有机溶剂配置，且，前驱液中Li源的浓度为1*10
‑
3 ～ 6*10
‑
3 mol/L；所述M前驱液为M源经有机溶剂配置，且，前驱液中M源的浓度为1*10
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3 ～ 3*10
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2 mol/L；所述P前驱液为P源经有机溶剂配置，且，前驱液中P源的浓度为1*10
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3 ～ 6*10
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2 mol/L；所述络合剂经有机溶剂配置成溶液，且，溶液中络合剂的浓度为1*10
‑
3 ～ 6*10
‑
2 mol/L。
[0015]上述配置各溶液时采用的有机溶剂为无水乙醇。
[0016]所述的包覆材料前驱体的煅烧过程中，采用的氛围为空气或含氧氛围；煅烧温度为200 ℃ ~ 800 ℃，煅烧时间为1 h ~ 10 h。
[0017]一种所述正极包覆材料的应用，所述正极包覆材料在全固态电池中的应用。
[0018]一种全固态电池，正极、负极和电解质，所述正极经所述包覆材料进行包覆获得包覆正极材料。
[0019]本专利技术所具有的优点为：本专利技术包覆正极材料通过包覆材料的修饰，具体采用具有离子电导而电子绝缘的材料对正极材料本体进行表面包覆，使其与电解质接触时的副反应活性大大降低，进而使得一方面获得了更高的界面结构稳定性，抑制了正极材料与电解质材料之间的化学反应，另一方面包覆材料所呈现出的更高的氧化分解电压使得高电压全固态电池整体电化学性能显著提高，适用于高电压全固态电池正极材料的应用。
附图说明
[0020]图1是实施例2中制备得到的包覆正极材料的SEM形貌及其元素分析；图2是利用实施例2包覆正极材料组装全固态电池在0.1C倍率下的首次充放电曲线；图3是利用实施例2包覆正极材料组装全固态电池循环50周的放电比容量变化曲
线；图4是利用实施例6包覆正极材料组装全固态电池在中0.1C倍率下相应材料全固态电池的首次充放电曲线；图5是利用实施例6包覆正极材料组装全固态电池循环50周的放电比容量变化曲线；图6是利用实施例7包覆正极材料组装全固态电池在中0.1C倍率下相应材料全固态电池的首次充放电曲线；图7是利用实施例7包覆正极材料组装全固态电池循环50周的放电比容量变化曲线；图8是利用实施例8包覆正极材料组装全固态电池在中0.1C倍率下相应材料全固态电池的首次充放电曲线；图9是利用实施例8包覆正极材料组装全固态电池循环50周的放电比容量变化曲线。
具体实施方式
[0021]下面详细描述本专利技术的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
[0022]下面进一步对根据本专利技术实施例的包覆正极材料进行详细描述：根据本专利技术的一个具体示例，该包覆正极材料中的包覆元素浓度分布如图1所示。
[0023]本专利技术正本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正极包覆材料，其特征在于，包覆材料为聚阴离子氧化物结构为LixMyPzOn，其中1≤x≤5；1≤y≤3；1≤z≤15；1<n/z<4。2.按权利要求1所述的正极包覆材料，其特征在于，所述包覆材料中Li源选自LiNO3、Li2CO3、LiOH、CH3COOLi、C2H5LiO中一种或几种；M源选自Ta、Al、W、Cr、La、Cs、Ti、Zr、Si中一种或几种的金属盐；P源选自磷酸、多聚磷酸、焦磷酸、三磷酸、多聚偏磷酸、磷酸氢氨或磷酸二氢铵中一种或几种。3.按权利要求1或2所述正极包覆材料，其特征在于，所述包覆材料分布在正极材料本体表面形成包覆正极材料；包覆材料占正极材料的质量百分数为0.1 wt% ~ 5 wt%。4.一种利用权利要求1所述正极包覆材料制备包覆正极材料的方法，其特征在于，按照化学计量比计，（1）向反应底液中加入正极材料本体、M前驱液、Li前驱液、P前驱液并进行反应，得到混合浆料；或向反应底液中加入正极材料本体、M前驱液、Li前驱液、P前驱液、络合剂并进行反应，得到混合浆料；（2）对所述混合浆料进行后处理，得到包覆正极材料前驱体；（3）将所述包覆正极材料前驱体进行煅烧，得到所述包覆正极材料。5.按权利要求4 所述的制备方法，其特征在于：所述反应底液为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇中的一种或几...

【专利技术属性】
技术研发人员：董甜甜，孙宗旭，崔浩然，
申请(专利权)人：青岛中科赛锂达新能源技术合伙企业有限合伙，
类型：发明
国别省市：