[发明专利]一种应用核壳结构高镍正极材料的全固态锂电池及其制备方法

说明书

本发明涉及一种应用核壳结构高镍正极材料的全固态锂电池及其制备方法。核壳结构高镍正极材料，其特征在于：化学表达式为zLi(Ni_xCo_yMn_1‑x‑y)O₂·(1‑z)LiCoO₂，其中0.7≤x＜1.0，0.7≤z＜1.0，0≤y≤0.3，其中，Li(Ni_xCo_yMn_1‑x‑y)O₂作为核材料，LiCoO₂作为壳材料。全固态锂电池的正极是由核壳结构高镍正极材料与硫化物电解质的混合物，其中硫化物电解质在混合物中的质量分数为5‑30%；其电解质采用硫化物电解质；负极采用锂合金。本发明在提高了全固态锂离子电池的电化学性能的同时,提高了电池的安全性能和高温性能。

技术领域

本发明涉及一种应用核壳结构高镍正极材料的全固态锂电池及其制备方法。背景技术

目前，全球范围内出现了传统化石能源日益匮乏的能源危机，为降低传统汽车和工业对化石能源的依赖，锂离子电池具有能量密度高、输出电压高、使用寿命长、对环境友好等特点，是一种优良储能设备。主要应用在动力电源和微型集成电子器件中。

传统商业锂离子电池采用液态有机电解液，其中含有醚类等易燃物质，存在严重安全隐患，而全固态电池采用固态电解质能从根本上解决电池的安全隐患问题。

NCM三元正极材料具备了LiCoO₂的循环稳定性、LiNiO₂高容量和LiMnO₂安全性的优点，且成本低和环境污染小等优点，但是由于高镍材料中的Ni²⁺在高温情况下难以氧化成Ni³⁺，从而出现阳离子混排现象，导致材料会出现热稳定性差以及首次充放电效率低等缺陷。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种锂离子正极材料、全固态锂离子电池以及它们的制备方法，至少达到克服材料热稳定性差以及电池首次充放电效率低等缺陷。

为解决以上技术问题，根据本发明的一个方面，提供一种核壳结构的高镍正极材料，其化学表达式为zLi(Ni_xCo_yMn_1-x-y)O₂·(1-z)LiCoO₂，其中0.7≤x＜1.0，0.7≤z＜1.0，0≤y≤0.3，其中，Li(Ni_xCo_yMn_1-x-y)O₂作为核材料，LiCoO₂作为壳材料。

根据本发明的另一方面，提供一种全固态锂离子电池，其正极为上述的核壳结构高镍正极材料与硫化物电解质的混合物，其中硫化物电解质在混合物中的质量分数为5-30%；其电解质采用硫化物电解质；负极采用锂合金，分子通式为Li_xM，M选自In、B、Al、Ga、Sn、Si、Ge、Zn中的一种。

进一步地，所述的硫化物电解质选自分子式为Li₃PS₄、Li₇P₃S₁₁、Li₈P₂S₉、Li₁₀GeP₂S₁₂中的一种。

根据本发明的另一方面，提供一种制备如上所述的核壳结构高镍正极材料的方法，包括步骤：

第一步，核壳结构高镍正极材料前驱体的制备：