[发明专利]一种复合正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种复合正极材料及其制备方法和应用。所述复合正极材料包括正极材料以及位于其表面的卤化物固态电解质包覆层；所述方法包括以下步骤：首先将氯化铵、过渡金属盐、锂盐和溶剂进行混合，得到前驱体溶液；而后在步骤(1)中得到的前驱体溶液中加入正极材料进行混合，除去溶剂后将其进行煅烧，得到所述复合正极材料。本发明通过液相法在正极材料表面均匀包覆一层卤化物电解质层，而后通过球磨混合的工艺实现电解质、电极材料以及导电剂三者充分纳米化以及均匀混合的目的，从而有效增大界面的接触面积，进而提升全固态电池的电性能。

技术领域

本发明属于正极材料技术领域，具体涉及一种复合正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，由于对能源需求不断与日俱增，电化学储能成为应用最广泛的储能技术。其中，锂离子电池因其具有能量密度高和循环寿命长的特点成为研究的焦点之一。然而，目前商用化的锂离子电池仍采用传统的有机液态电解质，具有易燃、易爆和易泄露的缺点，容易生成锂枝晶导致刺穿隔膜引发电池短路，进而导致电池存在较大的安全隐患。而固态电解质具有无挥发、不易燃烧以及不会漏液的优势，能够提高电池的安全性能。因此，固态电池在下一代锂电池方向有着广阔的发展前景。

现有的固态电池技术中，半固态电池与全固态电池均难以完全解决电芯的安全问题，只有全固态电池具备完全解决锂离子电池的安全问题的潜力。但是，目前的全固态电池的电化学性能严重不足。由于全固态电池中缺乏可自由流动的液体，其电极内部的锂离子传输受阻，电极/电解质界面处锂离子的传输速度更低，这导致了极大的界面阻抗与界面不稳定性。

在正极界面方面，目前主要的改善方法为在正极极片中添加一定量的固态电解质作为离子导体，进而改善电极内部的离子传输，一般采用球磨混合的方式来实现。但是，正极材料与固态电解质通过球磨混合难以形成紧密的接触，导致电极内部不同颗粒之间的离子传输困难。而且，随着正极材料的体积膨胀变化，初期构建的良好的物理接触会被破坏。因此，研究人员在正极材料表面通过湿法工艺构建了一层氧化物电解质，该电解质层可以有效抑制正极材料的体积膨胀以及晶体结构变化。对于硫化物电解质或卤化物电解质，氧化物材料包覆正极材料往往会导致电极材料/电解质之间出现双电层，进而阻碍锂离子的传输，因此需要对现有的工艺进行改进。

因此，在本领域中，亟需开发一种正极材料，不仅能够增强正极材料界面的接触并降低电阻，加快锂离子传输，同时制备得到的锂离子电池具备良好的电化学性能。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种复合正极材料及其制备方法和应用。本发明通过液相法在正极材料表面均匀包覆一层卤化物电解质层得到复合正极材料，而后通过球磨混合的工艺实现电解质、电极材料以及导电剂三者充分纳米化以及均匀混合的目的，并制备得到正极片，从而有效增大电极材料和固态电解质之间的界面的接触面积，进而提升全固态电池的电性能。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种制备复合正极材料的方法，所述复合正极材料包括正极材料以及位于其表面的卤化物固态电解质包覆层；

所述方法包括以下步骤：

(1)将氯化铵、过渡金属盐、锂盐和溶剂进行混合，得到前驱体溶液；

(2)在步骤(1)中得到的前驱体溶液中加入正极材料进行混合，除去溶剂后将其进行煅烧，得到所述复合正极材料。

本发明通过液相法在正极材料表面均匀包覆一层卤化物电解质层，采用氯化铵避免水解，过渡金属盐能够提高卤化物电解质的稳定性，利用了卤化物电解质的延展性优异的特点，包覆后的正极材料与固态电解质层之间的界面相容性大幅提升，并且避免了空间电荷层的产生，并抑制了正极材料的体积膨胀，加快了锂离子传输。