[发明专利]石榴石型固体电解质改性的高镍层状正极材料及制备方法

说明书

本发明提供了一种石榴石型固体电解质改性的高镍层状正极材料及制备方法，包括以下步骤：将采用固相法制备出的石榴石型固体电解质粉加入球磨罐中，添加适量助磨剂，将石榴石型固体电解质粉与高镍层状正极材料充分球磨均匀混合，干燥后获得石榴石型固体电解质改性后的高镍层状正极材料。本发明通过石榴石型固体电解质的引入，在高镍材料的内部形成了良好的导电网络，在降低电池内阻、提升材料的超大倍率充放电性能和循环性能的同时，充分发挥出了高镍层状正极材料的高容量特性，改善了电池的综合电化学性能。

技术领域

本发明属于电池领域，具体涉及一种具有高电导、低内阻、高倍率、长循环的锂离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

镍元素存在Ni²⁺-Ni³⁺-Ni⁴⁺的多价态变化，因而高镍层状正极材料中充放电过程中表现出高的充放电比容量和比能量，且层状电池正极材料能够为锂离子的脱嵌提供良好的扩散通道，具有大的锂离子扩散系数，具有好的倍率性能。然而镍元素的引入在提升材料比容量的同时，使得材料产生了一定程度上的缺陷：电解液易被高价镍氧化、镍多价态带来的材料结构相变、材料表面易形成高阻抗相Li₂CO₃，导致电池差的循环稳定性、热稳定性和倍率性能。

表面改性在正极材料表面上附着一层物质，如：导电碳、碳纳米线、类石墨烯碳、MgO、Al₂O₃、ZrO₂、Cr₂O₃、Li₂TiO₃、LiAlO₂等，有效地避免材料与电解液的直接接触，减轻电解液对正极材料的腐蚀和高价镍对电解液的氧化，保持材料和电解液在循环过程中结构的完整与稳定，改善电池的使用寿命，并能够在一定程度上改善正极材料的导电性能。但改性过程中普遍存在改性工艺复杂、改性物质难以分散、电导率提升有限等系列问题，有待进一步优化。

发明内容

针对含镍层状正极材料存在的上述问题，本发明提供了一种石榴石型固体电解质改性的高镍层状正极材料及其制备方法，通过石榴石型固体电解质的引入，在高镍材料的内部形成了良好的导电网络，在降低电池内阻、提升材料的超大倍率充放电性能和循环性能的同时，充分发挥出了高镍层状正极材料的高容量特性，改善电池的综合电化学性能。

石榴石型固体电解质改性的高镍层状正极材料及其制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）将固相法制备出的固体电解质粉加入到球磨罐中，并加入助磨剂，球磨2-6h；

（2）加高镍层状正极材料至球磨罐中，球磨5-12h，充分球磨混合均匀；

（3）混合均匀的浆料在60-100℃下干燥后，获得干燥后的改性高镍层状正极材料。

2、根据权力1要求，步骤1中的固体电解质粉为：Li_6+xLa_5-y-z-zZr_yTa_zM_zO₁₂，0<x≤1，0<y+z+z’≤4.5，其中M可独立选自Nb、W、Ti、Hf、Ru、Mo、Nd、Ba、Ga、In、Ge、Sn、Sb、Se的一种或几种。

3、根据权力1要求，步骤1中的助磨剂为：十二烷基苯磺酸钠、柠檬酸钠、三乙醇胺、伯胺、甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、N-甲基吡咯烷酮。

4、根据权力1要求，步骤2中的高镍层状正极材料为：LiNi_0.55+xCo_yM_0.45-x-yO₂，0≤x<0.45，0≤y≤0.45，其中M可独立选自Mn、Al、Fe、Zn、Zr、Cr、Mo、Y、Nd、Ga、Ge的一种或几种。