[发明专利]一种高倍率高镍复合正极片的制备方法及其应用

说明书

本发明涉及锂离子电池技术领域，针对现有技术中电子在正极内部传输能力有限的问题，公开了一种高倍率高镍复合正极片的制备方法及其应用，包括以下制备步骤：制备空心纳米碳导电剂HNC；制备二次粒径≤10μm的纳米Li₂ZrO₃包覆高镍正极材料；将纳米Li₂ZrO₃包覆高镍正极材料和石榴石型锆酸镧锂LLZO固体电解质颗粒进行振动球磨，加入空心纳米碳导电剂HNC，球磨混合，模压压制得到高镍复合正极片。本发明通过添加空心纳米碳导电剂HNC，优化高镍活性材料和固体电解质材料的比例，并减小表面包覆的高镍活性材料二次粒径，提高高镍复合正极片的电子电导率和离子电导率，降低电池内阻，显著提高了全固体电池的倍率放电性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其是涉及一种高倍率高镍复合正极片的制备方法及其应用。

背景技术

锂离子电池具有工作电压高、质量比容量高和比能量大等特点。在过去25年内传统液体锂离子二次电池的能量密度提高了4倍，但目前已经接近极限，对于电动汽车等大型储能系统，需要更加可靠安全的电池系统，固态电池(SSB)被认为是最有前途的下一代动力电池技术。然而，在全固态电池中，具有特定微观结构和晶粒分布的固体电解质可能不会与所有活性材料接触，为了充分利用活性材料，改善固体电池性能，必须有足够的离子渗滤路径使离子在电极之间穿梭，同时必须有良好的电子渗滤将电子传输到集流体。申请号为CN202010132215.4的专利公开了一种可充放固体电池用多功能复合正极片、制备方法及二次电池，在正极层和固体电解质层之间增加离子导通电子绝缘层，改善固体电池的电化学性能。

其不足之处在于，现有技术方案仅仅在正极层与固体电解质层之间增加离子导通电子绝缘层，电子在正极内部传输仍有限，且极片内部锂离子传输路径也需要进一步优化，具有一定的技术局限性。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中电子在正极内部传输能力有限的问题，提供一种高倍率高镍复合正极片的制备方法及其应用，本发明通过添加空心纳米碳导电剂HNC，优化高镍活性材料和固体电解质材料的比例，并减小表面包覆的高镍活性材料二次粒径，同时提高高镍复合正极片的电子电导率和离子电导率，降低电池内阻，显著提高了全固体电池的倍率放电性能。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种高倍率高镍复合正极片的制备方法，包括以下制备步骤：

a.制备空心纳米碳导电剂HNC：将Fe₃O₄纳米粉置于密闭容器中，持续通入氢气，同时升温并保持一段时间，将通氢气改为通入二氧化碳，继续保温，结束后冷却得到粉末，将所得粉末加入浓酸中搅拌，过滤，洗涤，并在氩气氛中高温烧结，得到空心纳米碳导电剂HNC；

b.制备纳米Li₂ZrO₃包覆高镍正极材料：采用溶胶-凝胶柠檬酸盐法制备得Li₂ZrO₃纳米颗粒，将Li₂ZrO₃纳米颗粒和高镍正极颗粒振动球磨，所得粉末进行烧结，制得纳米Li₂ZrO₃包覆高镍正极材料；

c.制备高镍复合正极片：将步骤b制得的纳米Li₂ZrO₃包覆高镍正极材料和石榴石型锆酸镧锂LLZO固体电解质颗粒进行振动球磨，继续加入步骤a制得的空心纳米碳导电剂HNC，继续球磨混合，模压压制得到高镍复合正极片。

本发明中，空心纳米碳作为导电剂，可以为非直接接触的高镍活性材料颗粒之间提供有效的电子传输途径，提高极片内部的电子电导率。纳米Li₂ZrO₃包覆能够显著改善高镍材料本体的锂离子传输性能，同时极片中添加适量的LLZO固体电解质，有效增加高镍活性颗粒之间的锂离子传输通道，提高了极片内部的锂离子传输性能。