[發明專利]硫元素表面修飾的正極材料及其制備方法和固態鋰電池

在審

• 申請號: 202211118873.3
• 申請日: 2022-09-13
• 公開（公告）號: CN115377388A
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發明（設計）人: 林迎曦;劉鶴;劉偉星
• 申請（專利權）人: 惠州鋰威新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/58;H01M10/052
• 代理公司: 廣東信誠國昊知識產權代理有限公司 44925
• 代理人: 丁光華

本發明揭示一種硫元素表面修飾的正極材料及其制備方法和固態鋰電池，涉及鋰電池技術領域。該硫元素表面修飾的正極材料為LiMO₂?xS_x或LiM₂O₄?2xS_2x，其中M為Co、Ni、Mn中的一種或多種，0.05x0.3；該硫元素表面修飾的正極材料的制備方法包括以下步驟：將100份正極基材加入到900～1200份的硫化劑溶液，得到分散液；將分散液加入到反應釜中進行反應，得到中間產物；對中間產物進行清洗及烘干，得到硫元素表面修飾的正極材料。該硫元素表面修飾的正極材料的制備方法通過硫化劑的離子交換反應，在正極材料的表面形成富硫層摻雜修飾，以提高正極材料與硫化物固態電解質的界面兼容性，并降低界面接觸電阻，具有更快的電荷轉移能力，從而提高硫化物固態鋰電池的性能。

技術領域

本發明涉及鋰電池技術領域，具體地，涉及一種硫元素表面修飾的正極材料及其制備方法和固態鋰電池。

背景技術

鋰電池目前已經在數碼產品、動力及儲能等領域得到廣泛應用，現有的商業化鋰電池主要采用液態電解液，存在易揮發易腐蝕、易燃易爆和熱穩定性差等問題，在使用過程中容易存在熱失控，從而導致安全問題。而固態鋰電池是采用固體電解質替代液態電解液，能從根本上解決鋰電池安全問題。

固態鋰電池所采用的固態電解質中，硫化物類固態電解質具有最優的離子電導率、較適宜的加工性能，被認為是應用于固態鋰電池有力候選材料。然而，硫化物類固態電解質的穩定性較差、電化學窗口窄，與高電壓氧化物正極材料接觸時會產生一系列的副反應，降低硫化物的離子電導率，導致電池的性能下降。

因此，有必要對正極材料表面進行改性，使正極材料表面能與硫化物相兼容，降低界面電阻，減少界面上的副反應，保持正極的電化學穩定性。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種硫元素表面修飾的正極材料及其制備方法和固態鋰電池。

本發明公開的一種硫元素表面修飾的正極材料，硫元素表面修飾的正極材料為LiMO₂-xS_x或LiM₂O₄-2xS_2x，其中M為Co、Ni、Mn中的一種或多種，0.05x0.3。

本發明公開的一種根據上述的硫元素表面修飾的正極材料的制備方法，包括以下步驟：

S1.將100份正極基材加入到900～1200份的硫化劑溶液，得到分散液；

S2.將分散液加入到反應釜中進行反應，得到中間產物；

S3.對中間產物進行清洗及烘干，得到硫元素表面修飾的正極材料。

根據本發明的一實施方式，正極基材為層狀氧化物、尖晶石氧化物中的一種或多種。

根據本發明的一實施方式，正極基材為鈷酸鋰、鎳酸鋰、三元材料、錳酸鋰、鎳錳酸鋰中的一種或多種。

根據本發明的一實施方式，硫化劑溶液包括硫化劑和溶劑，其中硫化劑的含量為0.5～10份。

根據本發明的一實施方式，硫化劑為硫化鈉、硫脲中的一種或多種。

根據本發明的一實施方式，溶劑為水、乙醇、甲醇、丙酮、NMP、THF、DMF中一種或多種。

根據本發明的一實施方式，S2步驟中，反應溫度為140～210℃，攪拌速率為300～800rpm，反應時間為4～12h。

根據本發明的一實施方式，S3步驟中，中間產物的清洗采用去離子水，中間產物的烘干為60～80℃的真空烘干。

本發明公開的一種固態鋰電池，其特征在于，固態鋰電池包括如上述的硫元素表面修飾的正極材料。