[發(fā)明專利]一種固態(tài)鋰離子電池用正極復(fù)合材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711482707.0
• 申請(qǐng)日: 2017-12-29
• 公開（公告）號(hào): CN109461894B
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王霄鵬;邵宗普;張學(xué)全;劉亞飛;陳彥彬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京當(dāng)升材料科技股份有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 北京潤(rùn)平知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11283
• 代理人: 王崇

本發(fā)明公開了一種固態(tài)鋰離子電池用正極復(fù)合材料，所述正極復(fù)合材料是M元素?fù)诫s的正極活性物基體以及包覆在所述基體表面并含有所述M元素的包覆層組成，其中所述包覆層化學(xué)式為L(zhǎng)i_1+xM_xTi_2?x(PO₄)₃，摻雜元素M為Ga、Sc、In、Y、Ce、Co、La、Cr、Mo、Mn、Fe、Hf、Zr、W、Nb、Sm、Al中的至少一種。本發(fā)明的正極復(fù)合材料在全固態(tài)鋰離子電池中呈現(xiàn)界面穩(wěn)定性良好、阻抗低、離子傳導(dǎo)能力強(qiáng)、電化學(xué)性能優(yōu)異的特點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種固態(tài)鋰離子電池用正極復(fù)合材料及其制備方法，屬于化學(xué)電池領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著電子科技、智能電網(wǎng)等行業(yè)的快速發(fā)展，高能量密度和高安全性鋰離子電池成為當(dāng)前市場(chǎng)的迫切需求。全固態(tài)鋰離子電池采用固態(tài)電解質(zhì)，不必?fù)?dān)心電解液泄露，保證了電池的安全性；同時(shí)，固態(tài)電解質(zhì)具有較高的硬度及強(qiáng)度，可以有效阻止鋰枝晶刺穿隔膜，使金屬鋰負(fù)極的使用成為可能，進(jìn)而利于電池能量密度的提高。

然而，正極材料與固態(tài)電解質(zhì)的界面穩(wěn)定性差、阻抗高，是導(dǎo)致固態(tài)鋰離子電池容量衰減、循環(huán)性差的重要因素之一；尤其是在硫化物固態(tài)電解質(zhì)體系中，氧化物正極與硫化物固態(tài)電解質(zhì)界面存在高的電阻層，即空間電荷層，且高溫時(shí)界面穩(wěn)定性差，大大降低界面處離子傳導(dǎo)能力，從而對(duì)電池性能產(chǎn)生不利影響。

發(fā)明專利CN106099050公開了將鈮酸鋰作為正極活性物涂層抑制高溫時(shí)正極材料與硫化物的固態(tài)電解質(zhì)反應(yīng)，然而鈮鹽價(jià)格昂貴、生產(chǎn)成本高，不利于商業(yè)推廣。發(fā)明專利CN103633329采用脈沖激光沉積的方法，在正極活性材料表面包覆鋰的金屬氧化物，得到包覆改性的正極材料；該專利改善了電極與無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)界面，有助于降低全固態(tài)鋰離子電池界面電阻，從而提高全固態(tài)電池的循環(huán)穩(wěn)定性和耐久性，但是該制備方法工藝復(fù)雜，設(shè)備要求高，不利于大規(guī)模生產(chǎn)。

因此，選擇廉價(jià)、高效的改性手段，改善正極材料與固態(tài)電解質(zhì)界面，對(duì)固態(tài)鋰離子電池電化學(xué)性能的提升至關(guān)重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種固態(tài)鋰離子電池用正極復(fù)合材料及其制備方法，本發(fā)明提供的正極復(fù)合材料與固態(tài)電解質(zhì)界面阻抗低、離子傳導(dǎo)能力強(qiáng)，具有優(yōu)異的電化學(xué)性能。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種固態(tài)鋰離子電池用正極復(fù)合材料，該正極復(fù)合材料包括M元素?fù)诫s正極活性物基體及所述基體表面含有相同摻雜元素M的包覆層，所述正極活性物基體為的鎳鈷錳酸鋰（化學(xué)式為L(zhǎng)iNi_1-a-b-cCo_aMn_bM_cO₂）、鎳鈷鋁酸鋰（化學(xué)式為L(zhǎng)iNi_1-d-e-fCo_dAl_eM_fO₂）、鈷酸鋰（化學(xué)式為L(zhǎng)iCo_1-hM_hO₂）中的任意一種，其中M為Ga、Sc、In、Y、Ce、Co、La、Cr、Mo、Mn、Fe、Hf、Zr、W、Nb、Sm、Al中至少一種元素；

所述包覆層的化學(xué)式為L(zhǎng)i_1+xM_xTi_2-x(PO₄)₃，其中0.01≤x≤0.5，M為Ga、Sc、In、Y、Ce、Co、La、Cr、Mo、Mn、Fe、Hf、Zr、W、Nb、Sm、Al中至少一種元素；包覆層厚度為0.1～500nm，包覆層重量占基體重量的0.01%～10%。

所述正極復(fù)合材料的平均粒徑D₅₀為2～30μm。

本發(fā)明還提供上述固態(tài)鋰離子電池用正極復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：