[发明专利]一种用固态电解质直接包覆的正极材料及其工艺方法

说明书

本发明提供了一种用固态电解质材料直接对正极材料进行包覆改性的工艺方法，以及由此得到的正极材料。为了提高正极材料的电子导电性特性以及提升固态电解质材料对正极材料包覆改性的综合性能，本发明采用碳材料以及固态电解质材料对正极材料进行复合包覆改性。首先将正极材料、碳材料和固态电解质材料按一定的比例投入高速混料机混合均匀，然后将其投入机械融合包覆机进行融合包覆。经过包覆改性后的正极材料，其倍率特性、循环特性得到大幅改进。

发明领域

本发明涉及一种锂电池的正极材料及其工艺方法。具体的涉及一种用固态电解质直接包覆的正极材料及其工艺方法。

背景技术

目前二次锂电池行业常用的正极材料有LiCoO₂、LiMnO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄、LiFePO₄、三元正极NCM、NCA等。这些材料各有特点：LiCoO₂主要用于3C行业，应用场景要求其在高电压下表现出良好的循环特性和安全性能，但是，当电压提高到4.5V时，LiCoO₂颗粒表面出现粉化现象，导致循环特性急剧下降。LiMn₂O₄在高温下(大于55℃)进行充放电，比容量会急剧衰减。LiFePO₄目前主要用于动力锂电的正极材料，具有结构稳定性好、安全无污染、性价比高等优点，但是，在高倍率下的充放电表现不佳，限制了动力锂电的快速充电的发展。三元正极材料NCM、NCA综合了多种层状结构材料LiCoO₂、LiMnO₂、LiNiO₂的优点，具有更好的结构稳定性和更高的理论比容量。三元材料是目前最具发展潜力的可用于动力锂电的正极材料，其主要面临的挑战为：现有比容量离理论值仍有距离，且高倍率下充放电循环，容量保持率不够好。

综上所述，限制正极材料应用的主要缺陷包括：结构不稳定、倍率性能不够好，循环特性不够好。因此，包覆改性技术被广泛应用到各类正极材料中。对各类正极材料都广泛适用的包覆材料有碳、氧化物(如Al₂O₃)等。碳的包覆主要是提高正极材料的电子导电性和放电倍率特性，而氧化物的包覆通常用来提高正极材料的循环特性。上述包覆方法对各类正极材料的表现起到了提升作用。但是，单一的包覆材料对正极材料的性能提升不够综合。另外，上述包覆方法通常采用的是湿法包覆，将需要改性的正极材料投入含有包覆源的溶液中，例如Al(NO₃)₃的尿素溶液。这种方法需要后续的烘干、二次烧结工艺，工艺效率低。而且采用Al₂O₃等氧化物对正极材料进行包覆改性，使得正极材料与电解质间的界面复杂化。

发明内容

针对上述包覆后的正极材料与电解质之间的界面复杂化问题，本发明提出用固态电解质材料直接对正极材料进行表面包覆改性。由于包覆材料中本身含有固态电解质材料，因此包覆层可以看成是正极材料与固态电解质之间过渡层，被包覆的正极材料更易与电解质之间形成良好的结合界面。

用于包覆的固态电解质材料包括三代磷酸盐(如AlPO₄、Co₃(PO4)₂、Mn₃(PO4)₂等)、NASICON型无机电解质材料、高分子基固态电解质材料等。NASICON型无机电解质材料具有锂离子电导率高、热稳定性好、成本低等优点，利用其包覆正极材料，不会妨害正极材料原有的比容量，并且能提升正极材料的高温循环特性。高分子基固态电解质材料具有电导率高、工艺成本低、熔点较无机固态电解质低，利用其包覆正极材料，表面包覆均匀致密，能够显著提升正极材料的循环寿命。

针对上述包覆材料单一，对正极材料性能提升不够综合的问题，本发明提出用固态电解质材料和碳材料对正极材料进行混合包覆。

将正极材料和包覆材料按比例加入高速混料机，干法混料；