[发明专利]一种外层具有包覆层的全固态锂离子电池正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种外层具有包覆层的全固态锂离子电池正极材料，所述全固态锂离子电池正极材料包括电极材料主体，以及包裹在所述电极材料主体外层的包覆层，所述包覆层的材料为Li_1.175Nb_0.645Ti_0.4O₃，基于所述全固态锂离子电池正极材料总重量，外层的所述包覆层在干燥的凝胶中的质量为0.5‑1wt％，所述包覆层的厚度为5‑10nm。本发明还公开了所述全固态锂离子电池正极材料的制备方法，本发明具有操作简便，可操作性强，包覆性能好，且与现有的硫化物基固态电解质具有较高的匹配度等诸多优点。另外，包覆层有效地抑制了氧化物正极与硫化物全固态电解质的界面副反应，有利于提升了全固态锂离子电池的循环寿命。

技术领域

本发明属于锂电池正极材料技术领域，具体涉及一种外层具有包覆层的全固态锂离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

随着时代的飞速发展，新能源汽车和各种工业生产设备日益增长的能量密度的需求，传统的储能设备已经不能满足现如今人们对于储能技术的期待，新一代的储能设备亟待被开发和利用。锂离子电池相较于以往的储能体系，凭借其较高的能量密度和较长的循环寿命，同时产生的污染较少而备受关注。但是传统的锂离子电池由于其有机电解液具有易燃、易产气的特性而容易产生较多的安全性问题，全固态锂离子电池相较于传统的液态锂离子电池在具有较高的能量密度的同时，同时具有较高的安全性，有望成为下一代的新型储能设备。

其中，制约全固态锂离子电池的能量密度的主要因素为锂离子电池的正极材料，目前商业化的正极材料有钴酸锂、磷酸铁锂、三元高镍正极材料等，其中三元高镍正极材料由于其成本低廉，容易制备，并且具有较高的放电比容量(约200mAh/g)等诸多优点，成为目前主流的锂离子电池正极材料，但是目前商业的氧化物三元高镍正极材料与目前高离子电导率硫化物基全固态电解质电位不匹配、副反应、空间电荷层效应等问题制约了全固态锂离子电池的发展。为了改善全固态锂离子电池正极与电解质界面不匹配问题并改善高镍三元正极材料在全固态锂离子电池中的表现，拟采取界面氧化物包覆的策略，并显著提升全固态锂离子电池的性能。

为了解决以上问题，提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种实用的全固态锂离子电池正极材料包覆层的设计合成方法，以满足目前对于全固态锂离子电池生产的需求。

为实现上述目的，本发明拟采取的技术方案如下：

本发明第一方面提供一种外层具有包覆层的全固态锂离子电池正极材料，所述全固态锂离子电池正极材料包括电极材料主体，以及包裹在所述电极材料主体外层的包覆层，所述包覆层的材料为Li_1.175Nb_0.645Ti_0.4O₃，基于所述全固态锂离子电池正极材料总重量，外层的所述包覆层在干燥的凝胶中的质量为0.5-1wt％，所述包覆层的厚度为5-10nm。

优选地，所述锂离子电池正极材料为高镍正极材料，分子式为LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂,其中0.6≤1-x-y≤1，且0≤x≤0.4，0≤y≤0.4。

本发明第二方面提供一种本发明第一方面所述的全固态锂离子电池正极材料的制备方法，即一种全固态锂离子电池正极材料包覆方法，包括以下步骤：

(1)按计量比在手套箱中将锂金属、乙醇铌、钛酸异丙酯加入有机醇溶液中溶解，连续搅拌，并加入锂离子电池正极材料后，继续搅拌，直至形成溶胶；

(2)将步骤(1)中所得的溶胶在恒温真空下搅拌蒸发溶剂，干燥后形成凝胶；

(3)将步骤(2)中所得的凝胶在管式炉氧气流氛围下，恒温煅烧(加热退火)，随炉冷却后得到外层具有包覆层的全固态锂离子电池正极材料。