[发明专利]一种适用于聚合物基固态电解质的核-壳结构的高电压正极材料的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种适用于聚合物基固态电解质的核‑壳结构的高电压正极材料的制备方法，其特征在于：分别将0.5‑5质量份的壳材料和100质量份的具有高电压的核材料加入机械包覆机的腔体中，然后在腔体中通入保护气氮气或氩气等惰性气体，启动机械包覆机，机器在高速运行过程中，物料受到挤压、摩擦作用以及利用自身产生热量，使得颗粒表面产生机械化学效应，30‑60min后，壳材料包覆在核材料的表面，通过扫描电镜观察材料进一步球形化且壳材料镶嵌在核材料表面后，通过投射电镜观察包覆层，使得壳材料的厚度达到20‑60nm，即可得到高电压正极材料。优点是：有传输锂离子能力的耐高电压材料对高电压正极材料的包覆，操作便捷，可以大规模批量生产。

技术领域

本发明涉及新能源技术领域，尤其涉及了一种适用于聚合物基固态电解质的核-壳结构的高电压正极材料的制备方法，还涉及一种核-壳结构的正极材料在高电压聚合物固态锂电池中的应用。

背景技术

由于固态锂电池没有游离态的电解液，大大降低了电池的可燃性，提高了电池的安全性。相比于液态锂离子电池，固态锂电池具有更高能量密度、更好的循环寿命等性能。固态锂电池可以分为聚合物固态锂电池和无机固态锂电池。其中聚合物固态锂电池具有卷对卷生产、柔性加工特性，可制成薄膜电池和柔性电池，可应用于智能穿戴、超微超薄智能设备领域，因此被寄予了厚望。

在聚合物固态锂离子电池中，聚合物固态电解质作为核心材料，具有质量轻、易成薄膜,安全性高，对锂稳定等优点，常见的聚合物基质包括聚醚、聚酯和聚胺及其与聚硅烷或聚磷化物等的聚合物。但是这些聚合物往往具有较低的室温离子电导率和较窄的电化学窗口，使得聚合物固态电解质固态电解质在高电压正极材料体系中的应用受到限制。201710951551.X专利公开了一种聚合物-陶瓷-聚合物多层结构的复合固态电解质，201710040922.9专利公开了聚合物、锂盐、有机物掺杂的复合固态电解质，201710829019.0专利公开了一种紫外光固化的半互穿聚合物固态电解质，201510258846.X专利公开了一种聚合物、硼笼型阴离子锂盐、掺杂剂复合固态电解质，这些聚合物基固态电解质均具有较高的离子电导率和较宽电化学窗口，但是在实际应用中，这些聚合物材料不可避免地与高电压的正极材料接触，使得聚合物分解成小分子物质，电池性能变差。

发明内容

本发明的目的是：针对上述不足，提供一种适用于聚合物基固态电解质的核-壳结构的高电压正极材料的制备方法及其应用。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种适用于聚合物基固态电解质的核-壳结构的高电压正极材料的制备方法，分别将0.5-5质量份的壳材料和100质量份的具有高电压的核材料加入机械包覆机的腔体中，然后在腔体中通入保护气氮气或氩气等惰性气体，启动机械包覆机，机器在高速运行过程中，物料受到挤压、摩擦作用以及利用自身产生热量，使得颗粒表面产生机械化学效应，30-60min后，壳材料包覆在核材料的表面，通过扫描电镜观察材料进一步球形化且壳材料镶嵌在核材料表面后，通过投射电镜观察包覆层，使得壳材料的厚度达到20-60nm，即可得到高电压正极材料。

所述高电压正极材料的核-壳结构，壳结构为一层结构或多层结构。

所述壳结构为Li_1+xAl_xTi_2-x(PO₄)₃(LATP)，Li_7-xLa₃Zr_2-xM_xO₁₂(M＝Ta,Nb)(0﹤x﹤2)(LLZMO)，LixLa_2/3-xTiO₃(LLTO)，LiAlO₂(LAO)，Li₂ZrO₃(LZO)，Li₄Ti₅O₁₂(LTO)。