[发明专利]一种锂离子电池正极材料及其制备方法、锂离子电池正极和全固态锂电池

说明书

本发明公开了一种锂离子电池正极材料，该正极材料为核壳结构，包括核层和包覆在核层表面的壳层，核层是Nb改性的钴酸锂，在充放电过程中可有效解决颗粒破碎问题，并且可提高锂离子在钴酸锂内部扩散速率；壳层是含Nb的金属氧化物，具有立方相结构，有较高的锂离子电导率，可改善正极材料与固态电解质之间的界面接触内阻大的问题，从而提高正极材料的电化学性能；本发明还公开了该锂离子电池正极材料的制备方法、包含该锂离子电池正极材料的锂离子电池正极和全固态锂电池。

技术领域

本发明涉及全固态锂电池领域，具体地，涉及一种正极材料及其制备方法、锂离子电池正极和全固态锂电池。

背景技术

能源枯竭以及环保意识的增强，促使新能源领域飞速发展。锂离子电池自1990年商业化以来已经历了近30年。但是，随着人们对于能量密度以及安全性能的要求不断提高，目前商业化的锂离子电池存在短路易着火以及能量密度已经达到瓶颈等问题。

首先，全固态电池因其使用固态电解质，可从根本上解决安全问题。其次，全固态电池以锂代替石墨作为负极，可大大提高电池的能量密度。

由于电解质是固体，与正极材料接触存在空间电荷层的问题，因此需要对正极材料表面进行包覆，用以缓解正极材料与固态电解质之间阻抗随着重放电过程的进行而增加。目前研究的包覆材料主要包括铌酸锂(LiNbO₃)、钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)、钒酸锂(LiVO₃)等以及固态电解质锂镧锆氧(Li₇La₃Zr₂O₁₂)、锂镧锆钽氧(Li_6.5La₃Zr_1.5Ta_0.5O₁₂)等。固态电池正极材料的包覆工艺主要有液相包覆法、固相球磨包覆法、流化床喷雾裂解法、等离子溅射法等。

目前，全固态电池已成为当前的研究热门，并最有望成为下一代的电池体系。因此，研究一种与固态电解质之间界面接触内阻小的正极材料以及易产业化的制备工艺成为当前急需攻克的一个难题。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种锂离子电池正极材料及其制备方法，该正极材料具有壳层包覆均匀、锂离子脱出与嵌入速度高、与固态电解质之间界面接触内阻小等特点，该制备方法通过原位包覆法包覆均匀、设备成本低、容易产业化等特点。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

根据本发明的一个方面，提供一种锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括以下步骤：

S1选择钴盐和含Nb的添加剂1，采用化学共沉淀法，制备出前驱体1；

S2将前驱体1煅烧，破碎，制备出前驱体2；

S3将前驱体2与锂盐混合后煅烧，破碎，制备出前驱体3；

S4将锂盐、镧盐、铌盐、添加剂2和水配置成溶液A，将柠檬酸溶液加入溶液A中形成湿凝胶，将湿凝胶烘干，破碎，制备出前驱体4；

S5将前驱体3和前驱体4进行球磨混合包覆，再经煅烧，破碎，制备出正极材料。

根据本发明一实施例，钴盐包含硫酸钴、硝酸钴、氯化钴和溴化钴中的至少一种。

根据本发明一实施例，含Nb的添加剂1为草酸铌铵。

根据本发明一实施例，含Nb的添加剂1中Nb的含量为前驱体2的100ppm～10000ppm。

根据本发明一实施例，化学共沉淀法中使用的沉淀剂包含碳酸氢铵、碳酸钠和碳酸氢钠中的至少一种。