【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电池，具体涉及一种复合正极活性材料、电极极片、制备方法及电池。
技术介绍
1、锂离子电池，作为一种高效的能源存储与转换装置，已在小动力、3c电子产品及动力电池等多个领域得到广泛应用。然而，随着电动汽车、智能电网等高新技术的迅猛发展，对电池能量密度和安全性能的需求也日益增长。特别是在动力电池领域，现有常用的磷酸铁锂、镍钴锰酸锂电池能量密度已逐渐接近其技术极限，难以满足未来市场对更高能量密度电池的需求。
2、针对这一挑战，行业内正积极寻求新型高能量密度的正极材料。其中，高镍三元、富锂锰基和硫等材料因它们的高理论能量密度而受到广泛关注。特别是硫正极材料，其理论克容量极高，被视为下一代高能量电池的理想选择。
3、然而，硫正极在全固态电池中的应用仍面临诸多挑战。全固态电池，作为一种使用固体电解质替代传统液体电解质的电池，具有热稳定性高、安全性能好等优势。但由于硫正极在充放电过程中存在较大的体积膨胀，导致其与固态电解质之间的界面接触不稳定，易产生界面电阻，进而阻碍锂离子的传输，严重影响电池的能量转换性能。此外，硫正极材料的导电性差也是制约其在固态电池中大规模应用的关键因素。
4、为了解决上述问题，行业内正不断开展硫正极材料在结构和界面反应稳定性方面的研究工作。如cn104766957a中公开的一种锂硫电池正极材料及其制备方法、锂硫电池，该正极材料由内核和包覆于该内核外的外壳构成，内核为多孔碳和含硫物质的复合物，含硫物质为单质硫和/或多硫化物，多孔碳的孔径为2～100nm，含硫物质填充于多孔碳
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种复合正极活性材料、电极极片、制备方法及电池，以同时解决硫正极的体积膨胀问题和导电性差的问题。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
3、一种复合正极活性材料，包括管状结构的钛酸锂，所述钛酸锂的管壁包覆有导电材料，所述钛酸锂的管内负载有硫源，所述硫源表面包覆有固态电解质。
4、根据上述技术手段，通过在管状结构的钛酸锂的管壁上包覆导电材料，不仅为管内负载的硫源提供了电子通路，也为复合正极活性材料制成的正极极片提供了电子通路，有效保证了电池的电子导电性，且导电材料的包覆能进一步提升管状钛酸锂的结构稳定性；在钛酸锂的管内负载硫源并在硫源表面包覆固态电解质，使得充放电过程中，硫正极的体积膨胀只发生在钛酸锂的管内，且充放电过程中由于钛酸锂的“体积零应变”，从而有效提升了硫正极与固态电解质直接的界面接触稳定性，同时，包覆在硫源表面的固态电解质能有效抑制多硫化物的溶解和穿梭效应，从而能进一步提升离子导电性能、电池的能量效率和硫源的利用率；通过电子和离子相互协同的高导电通道，显著提升了电池的导电性；导电材料和固态电解质均具有较高的化学稳定性和热稳定性，两者相互协同作用，能进一步提高电池的安全性；结合钛酸锂的高稳定性和硫源的高容量特性，使得本专利技术的复合正极活性材料实现了更高的能量密度，满足了高能量密度电池的需求，且钛酸锂和导电材料为环境友好材料，不含重金属等有害物质，符合绿色化学和可持续发展的要求。同时解决了现有硫正极的体积膨胀问题和导电性差的问题。
5、其中，钛酸锂的化学式为li4ti5o12。
6、优选的，所述导电材料选自氮化钛、碳化钛和碳中的至少一种。
7、优选的，所述钛酸锂的管内壁和管外壁均原位包覆有导电材料，在所述钛酸锂管内的所述硫源是负载在所述导电材料表面的。
8、通过在钛酸锂的管内壁和管外壁均原位包覆导电材料，显著提升了钛酸锂的电子导电性、倍率性能和结构稳定性。
9、优选的，所述硫源表面原位包覆有固态电解质。
10、通过在硫源表面原位包覆固态电解质，有效保证了包覆的均匀性，从而完全有效抑制多硫化物的溶解和穿梭效应。
11、优选的，所述硫源选自单质硫、硫化锂和多硫化锂中的至少一种。
12、优选的，所述固态电解质选自硫化物固态电解质。
13、优选的，所述导电材料的包覆量为0.5wt%~5wt%。
14、优选的，所述固态电解质的包覆量为0.5wt%~5wt%。
15、优选的，所述硫源占包覆有导电材料的钛酸锂的体积的10%~60%。
16、通过精确控制硫源的占比，以充分适应硫正极在充放电过程中的体积膨胀。
17、优选的，所述包覆有导电材料的钛酸锂的比表面积为100m2/g~700m2/g。
18、优选的，所述包覆有导电材料的钛酸锂的振实密度为0.3g/cm3~1.2g/cm3。
19、优选的，所述钛酸锂为多层纳米管状结构。
20、本专利技术还提供一种如本专利技术所述的复合正极活性材料的制备方法，包括以下步骤：
21、s1、将管状结构的导电材料前驱体与锂源混合，在第一温度条件下通入有氧气氛进行高温固相反应第一时间，然后升温至第二温度，并通入含有氨气或者一氧化碳的惰性气氛进行高温固相反应第二时间，得到管壁包覆有导电材料的钛酸锂；
22、s2、将管壁包覆有导电材料的钛酸锂与硫源混合，在第三温度条件下进行高温固相反应第三时间，得到管内负载有硫源的钛酸锂；
23、s3、将管内负载有硫源的钛酸锂和磷源混合，在第四温度条件下进行高温固相反应第四时间，得到复合正极活性材料。
24、本专利技术的制备方法，首先，采用管状结构的导电材料前驱体和锂源为原料，在有氧气氛中进行一次高温固相反应，再进一步升温，并更换气氛为含有氨气或者一氧化碳的惰性气氛中进行二次高温固相反应，以成功制备包覆有导电材料的钛酸锂；其次，采用包覆有导电材料的钛酸锂与硫源混合，在惰性气氛中进行高温固相反应，以成功制得管内负载有硫源的钛酸锂；再将负载有硫源的钛酸锂与磷源混合，并进行高温固相反应，即可成功制得复合正极活性材料。
25、其中，当导电材料为氮化钛时，管本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种复合正极活性材料，其特征在于，包括管状结构的钛酸锂，所述钛酸锂的管壁包覆有导电材料，所述钛酸锂的管内负载有硫源，所述硫源表面包覆有固态电解质。
2.根据权利要求1所述的复合正极活性材料，其特征在于，所述导电材料选自氮化钛、碳化钛和碳中的至少一种；
3.根据权利要求1或权利要求2所述的复合正极活性材料，其特征在于，所述硫源占包覆有导电材料的钛酸锂的体积的10%~60%；
4.一种如权利要求1至权利要求3任一项所述的复合正极活性材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4中所述的复合正极活性材料的制备方法，其特征在于，所述S2中，还包括：在进行高温固相反应后，采用乙醇对产物淋洗，以去除钛酸锂管外壁上的硫源。
6.根据权利要求4所述的复合正极活性材料的制备方法，其特征在于，所述S1中，导电材料前驱体选自氧化钛、钛、碳、葡萄糖和蔗糖中的至少一种；
7.根据权利要求4所述的复合正极活性材料的制备方法，其特征在于，所述S1中，含有氨气的惰性气氛中氨气的体积浓度为5%~50%；
8.根
9.根据权利要求4所述的复合正极活性材料的制备方法，其特征在于，所述S3中，还包括加入锂源与管内负载有硫源的钛酸锂和磷源一起混合，再进行高温固相反应；
10.一种正极极片，其特征在于，所述正极极片包括如权利要求1至权利要求3任一项所述的复合正极活性材料。
11.根据权利要求10所述的正极极片，其特征在于，所述正极极片由所述复合正极活性材料、粘接剂和集流体组成。
12.一种电池，其特征在于，所述电池的正极极片选自如权利要求10或者权利要求11所述的正极极片。
...【技术特征摘要】
1.一种复合正极活性材料，其特征在于，包括管状结构的钛酸锂，所述钛酸锂的管壁包覆有导电材料，所述钛酸锂的管内负载有硫源，所述硫源表面包覆有固态电解质。
2.根据权利要求1所述的复合正极活性材料，其特征在于，所述导电材料选自氮化钛、碳化钛和碳中的至少一种；
3.根据权利要求1或权利要求2所述的复合正极活性材料，其特征在于，所述硫源占包覆有导电材料的钛酸锂的体积的10%~60%；
4.一种如权利要求1至权利要求3任一项所述的复合正极活性材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4中所述的复合正极活性材料的制备方法，其特征在于，所述s2中，还包括：在进行高温固相反应后，采用乙醇对产物淋洗，以去除钛酸锂管外壁上的硫源。
6.根据权利要求4所述的复合正极活性材料的制备方法，其特征在于，所述s1中，导电材料前驱体选自氧化钛、钛、碳、葡萄糖和蔗...
【专利技术属性】
技术研发人员：张忠诚，汪齐，彭俊仁，范天驰，吴振豪，
申请(专利权)人：深蓝汽车科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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