[發明專利]一種適用于聚合物基固態電解質的核-殼結構的高電壓正極材料的制備方法及其應用

有效

• 申請號: 201810860878.0
• 申請日: 2018-07-30
• 公開（公告）號: CN109004201B
• 公開（公告）日: 2022-01-04
• 發明（設計）人: 李崢;馮玉川;何泓材;李帥鵬;楊帆;南策文
• 申請（專利權）人: 蘇州清陶新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62;H01M10/052
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本發明公開了一種適用于聚合物基固態電解質的核?殼結構的高電壓正極材料的制備方法，其特征在于：分別將0.5?5質量份的殼材料和100質量份的具有高電壓的核材料加入機械包覆機的腔體中，然后在腔體中通入保護氣氮氣或氬氣等惰性氣體，啟動機械包覆機，機器在高速運行過程中，物料受到擠壓、摩擦作用以及利用自身產生熱量，使得顆粒表面產生機械化學效應，30?60min后，殼材料包覆在核材料的表面，通過掃描電鏡觀察材料進一步球形化且殼材料鑲嵌在核材料表面后，通過投射電鏡觀察包覆層，使得殼材料的厚度達到20?60nm，即可得到高電壓正極材料。優點是：有傳輸鋰離子能力的耐高電壓材料對高電壓正極材料的包覆，操作便捷，可以大規模批量生產。

技術領域

本發明涉及新能源技術領域，尤其涉及了一種適用于聚合物基固態電解質的核-殼結構的高電壓正極材料的制備方法，還涉及一種核-殼結構的正極材料在高電壓聚合物固態鋰電池中的應用。

背景技術

由于固態鋰電池沒有游離態的電解液，大大降低了電池的可燃性，提高了電池的安全性。相比于液態鋰離子電池，固態鋰電池具有更高能量密度、更好的循環壽命等性能。固態鋰電池可以分為聚合物固態鋰電池和無機固態鋰電池。其中聚合物固態鋰電池具有卷對卷生產、柔性加工特性，可制成薄膜電池和柔性電池，可應用于智能穿戴、超微超薄智能設備領域，因此被寄予了厚望。

在聚合物固態鋰離子電池中，聚合物固態電解質作為核心材料，具有質量輕、易成薄膜,安全性高，對鋰穩定等優點，常見的聚合物基質包括聚醚、聚酯和聚胺及其與聚硅烷或聚磷化物等的聚合物。但是這些聚合物往往具有較低的室溫離子電導率和較窄的電化學窗口，使得聚合物固態電解質固態電解質在高電壓正極材料體系中的應用受到限制。201710951551.X專利公開了一種聚合物-陶瓷-聚合物多層結構的復合固態電解質，201710040922.9專利公開了聚合物、鋰鹽、有機物摻雜的復合固態電解質，201710829019.0專利公開了一種紫外光固化的半互穿聚合物固態電解質，201510258846.X專利公開了一種聚合物、硼籠型陰離子鋰鹽、摻雜劑復合固態電解質，這些聚合物基固態電解質均具有較高的離子電導率和較寬電化學窗口，但是在實際應用中，這些聚合物材料不可避免地與高電壓的正極材料接觸，使得聚合物分解成小分子物質，電池性能變差。

發明內容

本發明的目的是：針對上述不足，提供一種適用于聚合物基固態電解質的核-殼結構的高電壓正極材料的制備方法及其應用。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種適用于聚合物基固態電解質的核-殼結構的高電壓正極材料的制備方法，分別將0.5-5質量份的殼材料和100質量份的具有高電壓的核材料加入機械包覆機的腔體中，然后在腔體中通入保護氣氮氣或氬氣等惰性氣體，啟動機械包覆機，機器在高速運行過程中，物料受到擠壓、摩擦作用以及利用自身產生熱量，使得顆粒表面產生機械化學效應，30-60min后，殼材料包覆在核材料的表面，通過掃描電鏡觀察材料進一步球形化且殼材料鑲嵌在核材料表面后，通過投射電鏡觀察包覆層，使得殼材料的厚度達到20-60nm，即可得到高電壓正極材料。

所述高電壓正極材料的核-殼結構，殼結構為一層結構或多層結構。

所述殼結構為Li_1+xAl_xTi_2-x(PO₄)₃(LATP)，Li_7-xLa₃Zr_2-xM_xO₁₂(M＝Ta,Nb)(0﹤x﹤2)(LLZMO)，LixLa_2/3-xTiO₃(LLTO)，LiAlO₂(LAO)，Li₂ZrO₃(LZO)，Li₄Ti₅O₁₂(LTO)。