[发明专利]一种抑制锂枝晶生长钴酸锂电解质的制备方法

说明书

本发明涉及一种抑制锂枝晶生长钴酸锂电解质的制备方法，所述方法简单易操作，成本低，耗时短，所述方法在正极材料中掺杂Nb离子，对正极材料晶格中的Co离子位点进行同晶取代，改变晶格参数，获得电化学性能优良的无机电解质；本发明中以轻质碳氮聚合物作为填充剂，与电解质均匀混合，形成固态电解质，可用于抑制锂金属电池中枝晶的生长。

所属技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，具体涉及一种抑制锂枝晶生长钴酸锂电解质的制备方法。

背景技术

LiCoO₂是目前商业化锂离子电池的主要正极材料，但是它存在价格昂贵、不利于环保，比容量低等缺点。LiNbO₂掺杂Co元素的正极材料同时具有了LiNbO₂材料较高的放电比容量，又稳定了材料的层状结构，增强了材料的循环稳定性，但是这种材料也存在耐过充能力差、热稳定性较差、首次放电不可逆容量较高等缺陷。

此外，安全问题锂电池商业化的最重要因素，其主要症结是循环过程中硫锂离子极易形成锂枝晶。当枝晶的生长不可控时，极易刺穿隔膜，发生电池内部短路，继而引起爆炸。采用固体电解质替代有机电解液，可以解决锂电池的安全隐患。

为提高锂离子电池的安全效能，使用更加可靠的全固态电解质替代液体电解质已成为解决这一问题的重要选择。相比于添加剂加强的电解液，固态或者准固态电解质具有更好的机械强度，被期望对锂枝晶有着更好的抑制作用。然而全固态电解质通常导电率不够，差的界面接触问题也难以解决。准固态电解质具有与电解液类似的电导率，以及良好的界面湿润能力，被认为是新型锂金属电池电解质的最佳候选之一。准固态电解质常常是将非水系电解液或锂盐加入聚合物骨架(如聚氧化乙烯)或者无机纳米颗粒(如纳米二氧化硅)填充物固化而成。电解质的准固态化不但不会导致电导率的显著降低，在有些情况下，由于空间电荷效应，反而可能增大其电导率。然而，传统的基于聚氧化乙烯的聚合物膜的机械强度较弱，不能有效抑制锂枝晶，常常需要添加硬质无机纳米颗粒加以改善。

发明内容

本发明提供一种抑制锂枝晶生长钴酸锂电解质的制备方法，所述方法简单易操作，成本低，耗时短，所述方法在正极材料中掺杂Nb离子，对正极材料晶格中的Co离子位点进行同晶取代，改变晶格参数，获得电化学性能优良的无机电解质；本发明中以轻质碳氮聚合物作为填充剂，与电解质均匀混合，形成固态电解质，可用于抑制锂金属电池中枝晶的生长。

为了实现上述目的，本发明提供一种抑制锂枝晶生长钴酸锂电解质的制备方法，该方法包括如下步骤：

（1）制备铌改性钴酸锂

该铌改性钴酸锂的化学式为LiCo_1-x-yFe_xNb_yO₂，其中：x=0.12-0.15，y=0.02-0.03，按照上述化学式中的Li、Fe、Nb、Co的摩尔量称取碳酸锂、乙酸铁、氧化铌和氧化钴，以适量的水和乙醇为分散介质，对称取的原料进行湿法球磨混料，得到混合好的浆料；将混合好的浆料进行喷雾干燥，得到钴酸锂前驱体粉；

对前驱体粉在还原性气氛下施以等离子电弧，使反应粉料熔融，等离子电弧电压20-40kV，等离子电弧电流500-1000A；

将熔融反应粉料用还原性气体喷射入冷却装置内，冷却后对颗粒粉碎筛分，筛分得到的颗粒大小为5-10微米的铌改性钴酸锂材料；其中所述用于喷射的喷嘴直径2-5mm；

（2）制备轻质碳氮聚合物填料