[發明專利]一種正極材料及其制備方法和固態電池

有效

• 申請號: 202310610324.6
• 申請日: 2023-05-29
• 公開（公告）號: CN116332250B
• 公開（公告）日: 2023-09-08
• 發明（設計）人: 譚鐵寧;朱高龍;華劍鋒;李立國;戴鋒
• 申請（專利權）人: 四川新能源汽車創新中心有限公司
• 主分類號: H01M4/525
• 分類號: H01M4/525;H01M4/505;H01M10/0525;C01G53/00;C01D15/02
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 劉鋒

本申請提供一種正極材料及其制備方法和固態電池，涉及鋰電池技術領域。該正極材料的制備方法包括：將前驅體、摻雜前驅物、鋰鹽混合，得到混合物；對所述混合物進行燒結，得到所述正極材料；所述燒結包括：在常壓下進行第一燒結，在負壓下進行第二燒結；所述第二燒結的溫度等于或低于所述第一燒結的溫度。本申請的正極材料，采用上述制備方法制備而成。通過在燒結過程中采用減壓燒結，實現了正極材料表面包覆有氧化鋰，且包覆層中還不含有氫氧化鋰和碳酸鋰，制得的正極材料應用于硫化物全固態電池中時，具有優異的循環性能。

技術領域

本申請涉及鋰電池技術領域，尤其涉及一種正極材料及其制備方法和固態電池。

背景技術

固態電池兼具高比能量和高安全性，是下一代動力電池的最佳選擇。目前的固態電池體系主要包括氧化物固態電池、聚合物固態電池和硫化物固態電池三類。考慮到固態電解質的離子導率、加工性能、以及其與正負極的界面問題，硫化物固態電池被認為是最有前途的體系。因此，目前全球范圍內研究固態電池的眾多企業中，絕大多數都專注于硫化物固態電池路線。

然而，在硫化物固態電池中，正極活性材料與硫化物固態電解質之間存在著嚴重的化學和電化學副反應，使得界面處持續產生惰性層，阻抗不斷增大，循環性能較差。目前，行業內技術人員普遍認為解決界面問題的最佳方式為正極活性材料的表面包覆。而為了保證界面處的穩定性以及離子和電子導電性，通常要求對正極材料表面進行均勻且足夠薄（一般需要10nm）的包覆。現階段能實現這種包覆的主要手段包括：溶液法、化學氣相沉積法、原子層沉積法等，然而這些方法的成本高且難以實現規模化生產。此外，為保證正極材料與固態電解質的良好接觸，全固態電池在裝配過程中還需要外加很大的壓力，這就使得正極材料顆粒極易產生大量的裂紋，而裂紋的存在又大大限制了鋰離子的傳輸過程，從而使得固態電池的容量倍率性能較差。

因此，開發一種低成本的均勻包覆技術，同時提升正極材料的顆粒強度，這對硫化物全固態電池的開發具有重要意義。

發明內容

本申請的目的在于提供一種正極材料及其制備方法和固態電池。通過簡單可規模化的制備方法，實現了正極材料表面包覆有氧化鋰，且包覆層中還不含有氫氧化鋰和碳酸鋰，制備的正極材料應用于硫化物全固態電池中時具有優異的循環性能。

為實現以上目的，本申請的技術方案如下：

本申請提供一種正極材料的制備方法，包括：

將前驅體、摻雜前驅物、鋰鹽混合，得到混合物；

對所述混合物進行燒結，得到所述正極材料；

所述燒結包括：在常壓下進行第一燒結，在負壓下進行第二燒結；

所述第二燒結的溫度等于或低于所述第一燒結的溫度。

優選地，所述制備方法滿足以下條件a-d中的至少一個：

a.所述前驅體的化學式為Ni_xCo_yMn_zAl_1-x-y-z(OH)₂，其中0.5≤x＜1，0＜y≤0.2，0≤z≤0.3；

b.所述摻雜前驅物為含有M元素的化合物，所述M元素包括Mg、Ce、Ti、Zr、W、Mo、Ta、Nb中的至少一種；

c.所述摻雜前驅物包括氧化鎂、硝酸鎂、二氧化鈰、硝酸鈰、二氧化鈦、二氧化鋯、硝酸鋯、三氧化鎢、鎢酸銨、三氧化鉬、五氧化二鉭、五氧化二鈮中的至少一種；

d.所述鋰鹽包括氫氧化鋰、碳酸鋰、硝酸鋰、醋酸鋰、氯化鋰中的至少一種。

優選地，所述混合物中，鋰元素與過渡金屬的摩爾比為（1.02-1.1）：1，所述過渡金屬指代的是所述混合物中的所有過渡金屬元素。