还原性气体处理的锂离子正极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于锂离子电池领域，公开了一种还原性气体处理的锂离子正极材料及制备方法和应用。该方法的创造点在于使用不同还原性气体处理正极材料从而形成包覆层，很好的解决了固态电池正极材料和电解质之间严重的界面反应，由此方法改性过后的正极材料在以硫化物电解质为基础的全固态锂离子电池中表现出卓越的长循环性能和优异的倍率性能。此外，本发明专利技术技术具有普适性，可以克服不同硫化物电解质的界面问题，可以解决不同正极材料对硫化物电解质的界面问题，此外不同还原性气体也可以成为解决界面问题的替代来源。决界面问题的替代来源。

【技术实现步骤摘要】
还原性气体处理的锂离子正极材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于锂离子电池领域，特别涉及一种还原性气体处理的锂离子正极材料及制备方法和应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池(LIBs)自商业化以来，在人们的生活中发挥着不可或缺的作用，从3C电子产品到电动汽车再到大规模储能设备等领域，应用范围极为广泛。然而，目前的锂离子电池(LIBs)由于使用有机液体电解质，面临着许多难以克服的挑战，如电解质泄漏、电极腐蚀和热失控等问题，短时间内难以解决，于此同时，使用非易燃固态电解质(SSEs)的全固态锂离子电池(ASSLIBs)可以很好地跨越上述问题，实现更高的能量密度，因而受到越来越多的专业人士的青睐。目前，全球范围内约有50多家制造企业、初创公司和高校科研院所致力于固态电池技术。根据IDTechEx的一份报告，到2030年，固态电池的市场规模预计将超过60亿美元。
[0003]全固态锂离子电池(ASSLIBs)在实际应用上仍然受到严重的副副反应、空间电荷层和界面接触等问题的限制，这些问题导致高界面电阻和容量显著下降。为了解决这些问题，对正极材料表面进行包覆的策略显著有效。目前，LiNbO3、LiAlO2、Li2SiO3、Li2CO3、Li2SiO3等许多涂层已经在以往的研究中得到了验证，在解决界面问题方面具有巨大的潜力。然而，几乎所有的工作引入外部材料来在正极表面进行改性都较为复杂，成文本较高。

技术实现思路

[0004]为了克服现有固态电池中存在的缺点与不足，本专利技术的首要目的在于提供一种还原性气体处理的锂离子正极材料的制备方法；该方法是一种电极材料的原位改性方法，可以低成本、大批量的处理正极材料。
[0005]本专利技术的另一目的在于提供一种上述制备方法制备得到的锂离子正极材料。
[0006]本专利技术的再一目的在于提供一种上述还原性气体处理的锂离子正极材料的应用。
[0007]本专利技术的目的通过下述技术方案实现：
[0008]一种还原性气体处理的锂离子正极材料的制备方法，包括以下操作步骤：
[0009](1)称取锂离子正极材料置于管式炉中；
[0010](2)向管式炉中持续通入惰性气体，同时升温至目标温度100～1600℃；
[0011](3)达到目标温度后，停止通入惰性气体，开始持续通入还原性气体，对锂离子正极材料进行包覆；
[0012](4)包覆完成之后，停止通入还原性气体，开始持续通入惰性气体，同时降温至常温状态，最终得到还原性气体处理的锂离子正极材料。
[0013]步骤(1)中所述的锂离子正极材料为钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、镍锰酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂和富锂锰基固溶体中的一种或多种混合物。
[0014]步骤(2)～(4)中所述的惰性气体为氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)、氡
(Rn，放射性)、氮气(N2)中的一种或多种。
[0015]步骤(2)中所述的惰性气体通入管式炉中的流量条件为0.1～120mL/min；
[0016]步骤(3)中所述的还原性气体通入管式炉中的流量条件为0.1～120mL/min；
[0017]步骤(4)中所述的惰性气体通入管式炉中的流量条件为0.1～120mL/min。
[0018]步骤(3)中所述的还原性气体为H2、C
X
H
Y
O
Z
、CO、NH3、NH2、H2S、SO2、SO、HCl、Si
X
H
Y
、NO2、NO、P
X
H
Y
、中的一种或多种混合物。
[0019]所述C
X
H
Y
O
Z
为CH4、C2H2、C3H6、C4H8或HCHO；
[0020]所述Si
X
H
Y
为Si6H2、Si1H4、Si2H6、Si3H6或Si3H8；
[0021]所述P
X
H
Y
为P1H3、P2H4。
[0022]步骤(3)中所述的持续通入还原性气体的时间为0.1～100h。
[0023]一种由上述的制备方法制备得到的还原性气体处理的锂离子正极材料。
[0024]上述的还原性气体处理的锂离子正极材料在固态锂离子电池中的应用。
[0025]本专利技术相对于现有技术具有如下的优点及有益效果：
[0026](1)不需要外来引入，使用不同还原性气体处理正极材料原位生成包覆层，很好的解决了固态电池正极材料和电解质之间严重的界面反应，由此方法改性过后的正极材料在以硫化物电解质为基础的全固态锂离子电池中表现出卓越的长循环性能和优异的倍率性能。
[0027](2)本专利技术技术具有普适性，可以克服不同硫化物电解质的界面问题，可以解决不同正极材料对硫化物电解质的界面问题，此外不同还原性气体也可以成为解决界面问题的替代来源，可以被应用在多个领域。
[0028](3)工艺简单，绿色安全，无污染，便于大规模成体系的操作。
[0029](4)反应充分，有利于稳定产出。
附图说明
[0030]图1为本专利技术实施例1中所制备的氢气还原钴酸锂电极的XRD图。
[0031]图2为本专利技术实施例1中所制备的氢气还原钴酸锂电极的HR
‑
TEM图。
[0032]图3为本专利技术实施例1中所制备的氢气还原钴酸锂电极的同步辐射数据。
[0033]图4为本专利技术实施例1中所制备的氢气还原钴酸锂电极在0.2C下的基于LPSCL电解质的全固态锂离子电池的长循环图。
[0034]图5为本专利技术实施例1中所制备的氢气还原钴酸锂电极在0.5C下的基于LPSCL电解质的全固态锂离子电池的长循环图。
[0035]图6为本专利技术实施例1中所制备的氢气还原钴酸锂电极在0.1C下的基于LPS电解质的全固态锂离子电池的长循环图。
[0036]图7为本专利技术实施例1中所制备的氢气还原钴酸锂电极在0.1C下的基于LiGePS电解质的全固态锂离子电池的长循环图。
[0037]图8为本专利技术实施例2中所制备的一氧化碳还原钴酸锂电极在0.5C下的长循环图。
[0038]图9为本专利技术实施例3中所制备的甲烷还原钴酸锂电极在0.5C下的充长循环图。
[0039]图10为本专利技术实施例4中所制备的硫化氢还原钴酸锂电极在0.5C下的长循环图。
[0040]图11为本专利技术实施例5中所制备的氢气还原NCM811电极在0.1C下的长循环图。
具体实施方式
[0041]下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。
[0042]实施例1：氢气还原原始钴酸锂(P
‑
LCO)的制备过程及其全固态电池的组装：
[0043](1)使用天平称原始钴酸锂(P
‑
LC本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种还原性气体处理的锂离子正极材料的制备方法，其特征在于包括以下操作步骤：(1)称取锂离子正极材料置于管式炉中；(2)向管式炉中持续通入惰性气体，同时升温至目标温度100～1600℃；(3)达到目标温度后，停止通入惰性气体，开始持续通入还原性气体，对锂离子正极材料进行包覆；(4)包覆完成之后，停止通入还原性气体，开始持续通入惰性气体，同时降温至常温状态，最终得到还原性气体处理的锂离子正极材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的锂离子正极材料为钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、镍锰酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂和富锂锰基固溶体中的一种或多种混合物。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)～(4)中所述的惰性气体为氦、氖、氩、氪、氙、氡、氮气中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述的惰性气体通入管式炉中的流量条件为0.1～120mL/min；步骤(3)中所述的还原性气体通入管式炉中的流量条件为0.1～120mL/min；步骤(4)中所述的惰性气体通入管式炉中的流量条件为0.1～120mL/min。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：林展，贺志伟，张丙凯，张少坚，陈朝鑫，郑士良，肖登海，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：