[发明专利]一种锂电池核壳正极材料、含锂电池核壳正极材料的锂电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种锂电池核壳正极材料、含锂电池核壳正极材料的锂电池及其制备方法。所述正极材料的核心为锂离子电池正极材料，壳层为由固态电解质与(或)导电碳和锂盐组成的复合导电网络。制备方式是利用锂盐的低温溶解性，通过球磨锂盐溶液与固态电解质融合后，溶剂蒸发再结晶固化的方式在正极材料的表面形成稳固均匀的包覆层。本发明的制备方法具有低温环保的优势，在保证低碳低能耗的前提下，通过在锂电池正极材料的表面稳定形成高离子与电子导电的均匀包覆层，实现了对界面电阻的降低及副反应的弱化，最终大幅度提高了正极材料的稳定性及电化学性能。

技术领域

本发明属于锂电材料领域，特别地涉及了一种高性能核壳结构正极材料、含锂电池核壳正极材料的锂电池及其制备方法。

背景技术

近年来，能源消耗和环境污染成为当今世界各国亟待解决的问题，环保可再生能源系统的开发成为各国关注的焦点。锂离子电池是克服全球能源需求和环境问题的储能系统的重大发现，同时随着市场对电器设备的要求不断提高，国内外对于高比能量密度，高工作电压，长循环寿命，高安全性和无记忆效应的锂离子电池的需求更加迫切。

正极材料是锂离子电池的关键材料，差异化程度高，成本占比高，对性能至关重要。传统的锂离子电池，例如层状的三元镍钴锰酸锂电池，钴酸锂，镍锰酸锂和磷酸铁锂均在电压，能量密度和寿命等方面存在各自的短板，已经不能满足市场的需求。高电压和高能量密度的锂离子电池是现在研究的重点。

然而，上述的各种锂离子电池在应用中存在很多问题，特别是在液态电解质体系中电池能量的衰减成为限制电池发展的主要障碍。而电极材料与电解质界面副反应的发生，微裂纹造成的结构坍塌是造成电池容量迅速下降和库伦效率低的主要因素。目前，主要通过正极材料表面包覆和导电材料掺杂、高价阳离子掺杂、减小尺寸颗粒纳米化这几种手段进行改性。在制备碳包覆的复合纳米正极材料对于缓解容量的衰减是一种比较有效的方法，但是此类改性方法的制备过程复杂，且往往需要较高的温度才能合成(通常超过400℃)，不仅会对环境造成较大的影响，还会导致锂离子的流失。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种工艺简单，易操作，可重复性强的低温制备高性能核壳正极材料的方法，并基于该制备方法制备的正极材料和锂电池。本发明提供的制备方法，不仅能够保证环保低能耗，而且所制备的正极材料具有高的电子和离子传导性，界面电阻小，副反应少，循环性能良好，倍率性能优异，电化学性能优异。

本发明使用具有较高的离子电导率固态电池电解质作为主要成分，包覆在材料的表面能够提高锂离子的扩散效率；利用导电碳具有无定形多孔结构，本身具有较高的电子电导的特性，提高材料的电导性能。包覆层可以减小正极材料与电解液之间的接触，提高正极材料的导电性和电化学性能。同时锂盐具有较高的离子电导率，降低颗粒间的界面电阻，稳固包覆层，进一步提高材料的结构稳定性和导电性能。

本发明利用锂盐的低温溶解性，通过球磨锂盐溶液与固态电解质融合后，溶剂蒸发再结晶固化的方式在正极材料的表面形成稳固均匀的包覆层。

为了实现上述目的，本发明采取的方案如下：

本发明第一方面提供一种锂电池核壳正极材料的制备方法，包括以下步骤：

S1.将锂盐与锂电池正极材料基体溶解于溶剂中，混合均匀得到锂盐包覆的三元溶液；；

S2.将固态电解质和/或导电碳粉末球磨成超细粉末；