[发明专利]一种应用核壳结构高镍正极材料的全固态锂电池及其制备方法

权利要求书

1.一种应用核壳结构高镍正极材料的全固态锂离子电池，其特征在于：其正极采用核壳结构高镍正极材料与硫化物电解质的混合物，其中硫化物电解质在混合物中的质量分数为5-30%；其电解质采用硫化物电解质；

所述的核壳结构高镍正极材料的化学表达式为zLi(Ni_xCo_yMn_1-x-y)O₂·(1-z)LiCoO₂，其中0.7≤x＜1.0，0.7≤z＜1.0，0≤y≤0.3，其中，Li(Ni_xCo_yMn_1-x-y)O₂作为核材料，LiCoO₂作为壳材料；

负极采用锂合金，分子通式为Li_xM，M选自In、B、Al、Ga、Sn、Si、Ge、Zn中的一种；

所述的硫化物电解质选自分子式为Li₃PS₄、Li₇P₃S₁₁、Li₈P₂S₉、Li₁₀GeP₂S₁₂中的一种。

2.制备权利要求1所述的应用核壳结构高镍正极材料的全固态锂离子电池的方法，其特征在于，核壳结构高镍正极材料的制备方法，包括步骤：

第一步，核壳结构高镍正极材料前驱体的制备：

a、溶液的配制：按摩尔比Ni:Co:Mn=x:y:（1.0-x-y）配制镍盐、钴盐、锰盐的核材料的混合盐溶液A；另用钴盐配制壳材料盐溶液B，使A、B两种溶液中金属离子的总浓度相同，A、B两种溶液的体积比为z：（1.0-z）；配制混合溶液C，具体是将10 mol/L的碱溶液与浓度为25%的络合剂溶液按体积比7:3混合均匀，其中，0.7≤x＜1.0，0.7≤z＜1.0，0≤y≤0.3；

b、反应底液的配制：在反应容器中注入去离子水,并调节溶液的pH值至9-10,保持反应容器内的温度为40-60℃,整个反应过程通入惰性气体保护防止氧化；

c、前驱体反应：向反应容器内打入核材料盐溶液A和混合溶液C，控制进料速为80-100mL/h，控制反应容器内的pH值为9-12，反应容器内温度为40-60℃，搅拌速率为400-700 r/min；核材料盐溶液A进料结束后，用壳材料盐溶液B代替核材料盐溶液继续进行反应；

d、陈化过程：在核材料盐溶液A和壳材料盐溶液B进料结束后，停止混合溶液C的加入，继续保持加热，搅拌，通气，使反应容器内的反应充分进行，陈化时间持续10-24h；

e、固液分离：将步骤d中反应容器内溶液用容器接出，静置、固液分离后，将上层溶液去除，用去离子水洗涤固液分离所得的前驱体沉淀，直至溶液pH值呈中性，过滤后，将溶液干燥后即可得到所需的前驱体D，化学式为z(Ni_xCo_yMn_1-x-y)·(1-z)Co(OH)₂；

第二步，核壳结构高镍正极材料的制备：

f、将步骤一得到的前驱体D过350-400目筛子后，将锂源物质、前驱体D按照1.05:1的比例进行混合，控制烧结温度为750-860 ℃,烧结时间为24-30 h，烧结过程通入氧气，将烧结后的物料过350-400目筛子后，得到核壳结构高镍正极材料E。

3.制备如权利要求1所述的全固态锂离子电池的方法，其特征在于：将权利要求2制得的核壳结构高镍正极材料与硫化物电解质研磨混合均匀后作为全固态锂电池正极，其中硫化物电解质在混合物中的质量分数为5-30%，硫化物作为电解质压成片，负极采用Li_xM合金；按照正极材料-电解质-负极材料的顺序组装电池，呈一种“三明治”结构。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于：所述碱溶液为氢氧化钠、氢氧化钾和氢氧化锂中的一种或几种的混合溶液。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述络合剂为氨水、碳酸氢铵、硫酸铵、碳酸铵、和乙二胺四乙酸二钠中的一种或几种的混合溶液。