[發明專利]一種固態鋰電池用表面改性正極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201810412171.3
• 申請日: 2018-05-03
• 公開（公告）號: CN109473636A
• 公開（公告）日: 2019-03-15
• 發明（設計）人: 王霄鵬;劉亞飛;陳彥彬;李晶晶;邵宗普
• 申請（專利權）人: 北京當升材料科技股份有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/58;H01M10/0525
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本發明公開了一種固態鋰電池用表面改性正極材料及其制備方法，所述改性正極材料由正極活性物基體Li_aNi_xCo_yMn_1?x?y?zM_zO₂以及表面包覆層Li_4?αM'_αTi_5?β?γM_βM'_γO_12?δG_δ組成。該包覆層可以有效避免正極活性物基體對聚合物固態電解質的催化腐蝕，同時具備良好的鋰離子、電子傳導能力，提高正極材料界面穩定性、降低界面阻抗。采用本發明正極材料制備的固態鋰電池具有出色的電性能。

技術領域

本發明涉及一種固態鋰電池用表面改性正極材料及其制備方法，屬于鋰電池領域。

背景技術

固態鋰電池使用固態電解質替代傳統液態電解質，大為簡化電池結構，具有高安全、高能量密度的特點，已成為先進鋰電池發展的重要方向。

聚合物基固體電解質高溫工作性能較好，且易成膜、易加工，可制備薄膜電池和大容量電池，因而聚合物基固態鋰電池率先實現小規模商業化生產。目前Bolloré公司采用磷酸鐵鋰（LiFePO₄）正極制備的聚合物基固態鋰電池已服務于法國的共享汽車和小型電動巴士。

相比LiFePO₄，正極采用高容量、高電壓三元鎳鈷錳酸鋰（LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂，簡稱NCM）可進一步提高固態電池能量密度。然而，該類材料中鎳、鈷易催化分解聚合物固態電解質，導致電池性能衰減。如何提高三元正極材料與聚合物固態電解質兼容性成為開發高比能聚合物基固態鋰電池的關鍵問題之一。

利用鋰離子導體做包覆層可避免正極與固態電解質直接接觸，是解決正極材料在固態電池體系兼容性的有效手段。其中，包覆材料的選擇、包覆層厚度的控制、被覆率的調節決定改性正極材料在固態電池體系中的性能發揮。專利CN106099050A將鋰離子導體LiNbO₃作為包覆層有效阻斷了硫化物固體電解質對正極材料的腐蝕，提高正極材料兼容性并促進電池性能。

然而，針對NCM在聚合物基固態電池體系（尤其是高工作電壓條件下）的改性研究還處于初始階段。Li₄Ti₅O₁₂具有良好的鋰離子傳導能力，與聚合物固態電解質有良好的兼容性（參考文獻：電源技術, 2013, 37(1): 74-77），但電子電導偏低。改性的Li₄Ti₅O₁₂兼具優異離子、電子傳導能力，可作為正極材料包覆層，提高NCM在聚合物基固態電池的電性能。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的之一是提供一種固態鋰電池用表面改性正極材料。通過設計正極活性物基體Li_aNi_xCo_yMn_1-x-y-zM_zO₂、表面活性包覆層Li_4-αM'_αTi_5-β-γM_βM'_γO_12-δG_δ的組成和結構，調控包覆層厚度，制備了表面具有高離子、電子傳導能力的改性正極材料。所述正極材料利用表面活性包覆層實現活性物基體與聚合物固態電解質間的離子傳輸，可以有效避免活性物基體對聚合物固態電解質的催化腐蝕，提高兼容性。本發明提供的改性正極材料在聚合物基固態鋰電池中呈現出優異的電性能，材料制備方法簡單，成本低廉。

本發明提供的固態鋰電池用表面改性正極材料，包括正極活性物基體和基體表面的活性包覆層，平均粒徑D₅₀為2～30μm；