[发明专利]一种锂离子全固态电池用硼掺杂＆偏磷酸盐包覆镍基正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种锂离子全固态电池用硼掺杂偏磷酸盐包覆镍基正极材料及其制备方法。利用硼化合物熔点低、沸点高的特点，促进包覆元素在高镍正极材料表面均匀分布，形成连续完整的包覆层，即锂离子导体偏磷酸盐层（LLP），同时硼经过高温扩散进入材料体相掺杂起到稳定材料结构的作用。本发明的正极材料表面形成的偏磷酸盐包覆层能够有效的改善高镍正极材料和硫合物固态电解质之间的界面兼容性，避免了两者之间由于空间电荷层效应而导致的界面阻抗急剧增大，推进了高镍正极在锂离子硫基电解质全固态电池中的应用。

技术领域：

本发明涉及全固态锂离子电池材料及其制备技术领域，尤其是一种硫基固态电解质锂离子电池用硼掺杂偏磷酸盐包覆共修饰高镍正极材料及其制备和应用。

背景技术：

锂离子电池作为储能装置广泛的应用在移动电子产品领域之中，同时逐渐的拓展到电动汽车等交通工具领域；然而，由于电动汽车市场需求量的极速上涨，对动力电池的能量密度、循环寿命和安全性也提出了更高的要求，其中正负极材料、电解质等成为研究的热点。传统的锂离子电池以液态有机离子导电溶剂作为电解液，高温下的稳定性极差，也是锂离子电池在工作过程中发生热失控的最薄弱环节，无法满足动力汽车电池兼顾高能量密度和高安全性的发展目标。

采用固态电解质取代传统的有机液态电解质是下一点电池技术的关键。在众多的锂离子导体固态电解质中，硫基固态电解质具有非常高的锂离子电导率。但是，硫基固态电解质和现有的主流锂离子电池层状嵌锂氧化物正极材料(LiNi_xN_1-xO₂，0.6≤x1)之间的界面兼容性非常差，存在着严重的空间电荷层效应，从而导致正极材料和硫基固态电解质界面之间的离子电阻大，限制了锂离子在两种材料界面间的迁移，不利于大电流充放电。

为了解决硫基固态电解质和层状嵌锂氧化物正极材料之间的界面兼容性问题，需要在两者的界面引入对硫化物和正极材料都具有良好兼容性的缓冲层。

偏磷酸盐化合物(LiLa_1-yM_y(PO₃)₄，0≤y≤0.4，简称LLP)由于其本身电子电导较低，在传统的以液态的有机电解质为组成部分的锂离子电池中没有得到过多的关注。但是，偏磷酸盐化合物LiLa_1-yM_y(PO₃)₄作为聚阴离子化合物同时与硫基固态电解质和氧化物正极材料都有着良好的界面兼容性，通过在层状嵌锂氧化物正极材料表面包覆LiLa_1-yM_y(PO₃)₄，避免硫基固态电解质和氧化物正极材料直接接触所导致的离子电导急剧下降，能够解决硫化物固态电解质和氧化物正极材料之间的界面问题。同时偏磷酸盐化合物LiLa_1-yM_y(PO₃)₄还具有优异的化学稳定性、电化学稳定性和高锂离子电导，在解决材料界面稳定性问题的同时能够保障材料的稳定安全。

综上所述在层状嵌锂氧化物正极材料表面包覆LiLa_1-yM_y(PO₃)₄有助于提高界面的稳定性和锂离子迁移能力，为高能量、高安全、高倍率的硫化物固态电池的应用提供了新的技术路线。

发明内容：

本发明的目的：提供一种锂离子全固态电池用硼掺杂偏磷酸盐包覆镍基正极材料及其制备方法和应用，以解决锂离子电池高镍氧化物正极材料和硫基固态电解质之间的界面兼容性问题，使得两者能够更好的应用于固态锂离子电池当中。

一种锂离子全固态电池用硼掺杂偏磷酸盐包覆镍基正极材料，由硼掺杂的锂离子电池镍基正极材料和材料表面的偏磷酸盐包覆层组成。硼掺杂的锂离子电池正极材料粒径为1-100μm，包覆层厚度为0.5-500nm。