[发明专利]正极、电解质与无机锂盐共烧结方法

说明书

本发明公开了一种正极、电解质与无机锂盐共烧结方法，所述方法通过将镍三元材料（NCM）、石榴石型固态电解质（LLZO）粉末、无机锂盐（Li₃PO₄）共烧结在固态电解质片表面，使复合正极层与固态电解质片紧密结合，从而促进锂离子传输，降低界面阻抗，提高全固态锂电池的充放电容量及循环性能。与正极界面处理工艺相比，本发明的制备方法简单，成本低廉，能有效降低界面电阻，提高全固态锂电池的容量及循环性能。本发明制备的全固态锂电池在2.7~4.5V的充放电范围内表现出优异的循环性能，电场的比容量大大提升。

技术领域

本发明属于全固态锂电池领域，涉及一种正极、电解质与无机锂盐共烧结方法，具体涉及一种镍三元材料、石榴石型固态电解质与磷酸锂共烧结方法。

背景技术

锂离子电池相对于其他种类的二次电池，具有高放电电压、长循环寿命、高比能量等优点。目前锂离子商业化的锂离子电池使用了易燃易爆的有机电解液，因此存在较大的安全性问题。全固态锂离子电池使用固态电解质来替代有机电解液，从根本上解决了安全性问题。固态电解质作为其核心部分被广泛研究，目前研究较多的固态电解质有NASICON型、LISICON 型、钙钛矿型（Li_3xLa_(2/3)-xTiO₃,LLTO）、石榴石型(Li₇La₃Zr₂O₁₂,LLZO)等。其中，石榴石型电解质LLZO具有高离子电导率、高对Li稳定性、高能量密度、宽的电化学窗口等优点，是一种能够满足高性能固态电池需求具有应用前景的固体电解质材料。然而，固态电解质与电极之间差的界面润湿性能、高阻抗界面相以及界面结构应力使得以石榴石型电解质组装的全固态电池具有放电比容量低、倍率性能差、循环寿命短等缺点，成为制约其应用的瓶颈。

发明内容

本发明针对于全固态锂电池中正极与固态电解质界面电阻高的问题，提供了一种正极、电解质与无机锂盐共烧结方法。该方法通过将镍三元材料（NCM）、石榴石型固态电解质（LLZO）粉末、无机锂盐（Li₃PO₄）共烧结在固态电解质片表面，使复合正极层与固态电解质片紧密结合，从而促进锂离子传输，降低界面阻抗，提高全固态锂电池的充放电容量及循环性能。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种正极、电解质与无机锂盐共烧结方法，包括如下步骤：

步骤一：按照LLZO的化学计量比添加原料至球磨罐中，添加异丙醇作为助磨剂，其中物料、球料和溶剂体积比例为0.5~2:1:1~4，以400~600rpm的转速球磨15~30h，然后在60~80℃下干燥3~6h；

步骤二、将步骤一干燥后的粉末在刚玉瓷舟中压实，之后以2~5℃/min的升温速率进行升温，在850~950℃下焙烧6~12h，制备出LLZO前驱体粉末；

步骤三、取适量无机锂盐高能球磨，转速为600~2500 rpm/min，时间为2~6 h；

步骤四、将步骤二制备的LLZO前驱体粉末和NCM活性物质按质量比范围为2:8~6:4的比例混合均匀，加入步骤三中制备的无机锂盐粉末和聚乙烯醇缩丁醛树脂（PVB），再加入适量松油醇后搅拌6~12 h至黏膏状，得到正极活性物质浆料，其中：Li₃PO₄粉末的加入量为LLZO前驱体粉末和NCM活性物质总质量的1~10wt%，聚乙烯醇缩丁醛树脂（PVB）的加入量为LLZO前驱体粉末和NCM活性物质总质量的5~10 wt%；

步骤五、将步骤四中得到的正极活性物质浆料以丝网印刷法均匀涂覆在LLZO电解质片表面，丝网丝线直径为50~200 nm，在60~80℃下烘干30min，以5~20 MPa对表面加压5~10 min，再在60~80℃下烘干24h，得到涂覆复合正极层的LLZO电解质片，备用；