【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂离子电池，尤其涉及一种固态电解质包覆的正极材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、为了缓解环境和能源压力，锂二次电池由于具有高能量密度、工作温度范围宽、环境友好等优点而被广泛应用3c数码、汽车、储能等领域。随着二次电池的应用越来越广，电子装置如电脑、手机等对低温性能要求越来越高，但目前锂二次电池在低温条件下，直流内阻急剧增加，放电较为困难，甚至无法放出电；低温下充电时，极化增加，导致恒流容量比下降，无法满充；低温下大倍率充电也易出现析锂现象，因此在解决容量问题同时，提升锂二次电池低温性能尤为重要。
2、针对容量问题，研究者们一直试图开发高能量密度的锂离子电池正极材料，如ncm811等，但是随着正极材料镍含量的提高，高镍正极材料在脱锂态下，结构不稳定，正极材料表面与电解液之间存在界面副反应，从而使得正极材料出现循环性能变差、极化、内阻增加等问题。
3、针对低温性能差问题，nasicon型固态电解质具有很高的离子传输速率，不仅可以作为固态电解质，还可以作为正极包覆材料使用，将其作为正极包覆材料，不仅可以避免电解液与正极材料的直接接触，提高循环稳定性，还可以提高材料表面锂离子扩散速率，从而进一步提升倍率和低温性能。当正极极片的正极材料层中包括磷酸钛铝锂时，可以显著改善低温下电解液的凝固点，避免低温下电解液粘度的急剧增加，改善了低温下离子电导率；同时，磷酸钛铝锂在低温下自身也具有较高的离子电导率，由于磷酸钛铝锂本身作为导锂离子剂，导锂离子效果较好，经过充分分散后，磷酸钛铝锂可充当离子传输的通道，进
4、公开号为cn113451569a的专利技术专利公开了一种latp包覆的高压尖晶石lini0.5mn1.5o4正极材料及其制备方法，通过两步固相法对lini0.5mn1.5o4正极材料进行latp包覆，使其表面形成一层latp保护膜，以达到增强材料的比容量、倍率性能、循环性能的目的：①将li2co3，nio，mno加入到玛瑙球磨罐中，添加无水乙醇使其混合均匀，形成悬浊液，经过球磨后得到浆料；②浆料经过烘干后进行预烧得到lini0.5mn1.5o4正极材料前驱体粉末，再将其与磷酸钛铝锂(latp)前驱体粉混合，经加热搅拌混合均匀后，进行第二次高温烧结，得到正极材料。该专利技术虽然实现了固体电解质latp对正极材料的包覆，但采用直接高温烧结方式，元素之间易发生相互扩散，导致latp结构发生破坏，生成新杂相，降低包覆层离子电导率，增加界面阻抗，影响包覆效果，也产生大量能耗。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种固态电解质包覆的正极材料及其制备方法和应用，用以解决现有latp包覆的正极材料存在包覆效果不理想，材料性能不佳等问题。
2、根据本专利技术的第一方面，本专利技术提供一种固态电解质包覆的正极材料，包括正极基体和依次设置于所述正极基体表面的多层固态电解质包覆层，所述多层固态电解质包覆层中的li含量由内至外依次降低。
3、上述方案中，本专利技术的正极材料通过设计多层固态电解质包覆层，且限定固态电解质li组分由内到外依次降低，将不同li组分固态电解质均匀包覆在正极基体表面。这样设计的正极材料不但可以避免电解液与正极材料的直接接触，提高循环稳定性，还可以显著改善低温下电解液的凝固点，避免低温下电解液粘度的急剧增加，改善了低温下离子电导率，能充分发挥固态电解质包覆作用，既能提升正极材料表面离子扩散速率，又能降低与环境副反应产生，进而提升倍率性能与低温性能。
4、进一步地，所述多层固态电解质包覆层为三层或三层以上氧化物电解质包覆层；优选的，所述氧化物固态电解质包覆层的氧化物电解质为磷酸钛铝锂，化学式为li1+xalxti2-x(po4)3，其中，0≤x≤1。
5、可选地，所述多层固态电解质包覆层可以为三层、四层、五层等。
6、上述方案中，多层固态电解质包覆层为三层或三层以上氧化物固态电解质包覆层，设计的内层包覆层为高li组分latp电解质，可提供大量的li+传输通道，极大地提高了材料表面锂离子扩散速率，从而进一步提升倍率性能；中间包覆层为中li组分latp，起过渡作用；外层包覆层为低li组分latp，可防止高li组分电解质中li+过多溶出，一方面造成材料碱性过高，导致电极制浆过程中粘结剂pvdf在碱性条件下发生交联反应，形成凝胶问题，影响正极极片制备浆料涂覆性能；另一方面过多的li+易与环境中及电解液残余的h2o、co2反应，生成lioh，li2co3等锂化物，降低材料表面稳定性，且副产物li2co3易在高压下进一步分解产生co2气体，加剧电芯产气，引发安全问题。
7、为了更好地提高材料表面锂离子扩散速率，降低与环境副反应产生，进而提升倍率性能、低温性能和循环稳定性等整体性能，进一步地，所述多层氧化物固态电解质包覆层中的li含量由内至外以10％-35％(可以为10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％、20.5％、21％、21.5％、22％、22.5％、23％、23.5％、24％、24.5％或25％等，当然也可以是上述范围内的其他值，在此不做限定)的比例降低。多层氧化物固态电解质包覆层中的li含量在由内至外降低的过程中各层之间的降低比例可以相同也可以不同。
8、优选的，所述多层固态电解质包覆层中的li含量由内至外以20％-25％的比例逐渐降低。
9、进一步地，每层所述固态电解质包覆层的厚度的厚度为100-200nm。
10、可选地，每层所述固态电解质包覆层的厚度的厚度可以为100nm、110nm、120nm、130nm、140nm、150nm、160nm、170nm、180nm、190nm或200nm等，当然也可以是上述范围内的其他值，在此不做限定。
11、上述方案中，通过将各层的厚度限定在合理的范围值内，能使得各层之间发挥更好的协同作用，进一步提升正极材料的整体性能。
12、根据本专利技术的第二方面，本专利技术还提供上述的固态电解质包覆的正极材料的制备方法，包括如下步骤：
13、步骤(1)：将不同li组分的固态电解质原粉，分别与第一溶剂混合均匀形成具有一定固含量的混合液，砂磨细化，得到多个具有不同li含量的固态电解质纳米浆料；
14、步骤(2)：按照li含量沿着正极基体表面由内至外依次降低的规律，将具有不同li含量的固态电解质纳米浆料分别采用低温烧结方式依次均匀包覆在正极基体表面。
15、上述方案中，本专利技术的制备方法先采用合适的溶剂进行固态电解质原粉砂磨细化得到稳定的多个具有不同li含量的固态电解质纳米浆料，然后通过低温烧结方式，将多层固态电解质均匀包覆在正极基体材料表面。本专利技术的包覆方法采用分步，低温，层层包覆方式，不仅能够有序的包覆上不同组分的固态电解质，不易脱落，分布均匀，还能防止出现烧结温度过高，元素之间相互扩散，导致电解质本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种固态电解质包覆的正极材料，其特征在于，包括正极基体和依次设置于所述正极基体表面的多层固态电解质包覆层，所述多层固态电解质包覆层中的Li含量由内至外依次降低。
2.根据权利要求1所述的固态电解质包覆的正极材料，其特征在于，所述多层固态电解质包覆层为三层或三层以上氧化物固态电解质包覆层；
3.根据权利要求1或2所述的固态电解质包覆的正极材料，其特征在于，所述多层固态电解质包覆层中的Li含量由内至外以10％-35％的比例降低；
4.根据权利要求1所述的固态电解质包覆的正极材料，其特征在于，每层所述固态电解质包覆层的厚度为100-200nm。
5.权利要求1-4任一项所述的固态电解质包覆的正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述低温烧结的温度为150-250℃，时间为1-2h。
7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)具体包括如下步骤：
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(21)
9.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述固态电解质纳米浆料的D50在50-150nm之间；
10.权利要求1-4任一项所述的固态电解质包覆的正极材料在锂离子电池中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种固态电解质包覆的正极材料，其特征在于，包括正极基体和依次设置于所述正极基体表面的多层固态电解质包覆层，所述多层固态电解质包覆层中的li含量由内至外依次降低。
2.根据权利要求1所述的固态电解质包覆的正极材料，其特征在于，所述多层固态电解质包覆层为三层或三层以上氧化物固态电解质包覆层；
3.根据权利要求1或2所述的固态电解质包覆的正极材料，其特征在于，所述多层固态电解质包覆层中的li含量由内至外以10％-35％的比例降低；
4.根据权利要求1所述的固态电解质包覆的正极材料，其特征在于，每层所述固态电解质包覆层的厚度为100-200nm。
5.权利要求1-4任一项所述的固态电解质包覆的正极材...
【专利技术属性】
技术研发人员：顾静和，圣茂华，黄晓，张秩华，周剑光，
申请(专利权)人：中汽创智科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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