[发明专利]一种硫系固态电解质复合氧化物正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于锂离子电池技术领域，涉及一种硫系固态电解质复合氧化物正极材料及其制备方法和应用。本发明所述的正极材料包括氧化物正极颗粒、包覆在氧化物正极颗粒外侧的第一包覆层、和包覆在第一包覆层外侧的第二包覆层，其中，第一包覆层为导电氧化物材料，第二包覆层为硫系固态电解质材料。本发明通过在氧化物正极颗粒和硫系固态电解质材料之间构建一层由导电氧化物材料组成的屏障，能够有效防止晶格氧从氧化物正极颗粒脱出后与硫系固态电解质发生反应，有效避免硫系固态电解质的氧化分解，并能进一步增强界面结构的稳定性；同时形成良好的电子输运通道，有利于电子和离子的输运。所述正极材料具有优异的电学性能，具有广阔的市场应用前景。

技术领域

本发明涉及一种硫系固态电解质复合氧化物正极材料及其制备方法和应用，属于锂离子电池技术领域。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长以及环境友好等优点，被大量应用在手机、笔记本电脑等便携式电子产品和新能源汽车上。高能量密度的电池应用在产品中能够使得产品拥有更长的工作时间，在市场上具有更大的竞争优势。但过于追求电池的能量密度而产生的一系列安全事故，却让锂离子电池的安全性面临严重挑战。

目前，使用固态电解质代替有机液态电解液的全固态电池，能够使锂离子电池兼顾高容量和高安全性，被认为是当前解决安全问题的最好方法。而在全固态电池中，电池性能主要由正极材料和固态电解质决定。在各类正极材料中，高压高容量的LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂(x0.5，x+y＜1)氧化物正极活性材料成为该领域当前研究的热点，其中，层状氧化物正极活性材料因具有更好的循环稳定性，且可通过充电至高压实现高能量密度，更为引起关注。而在各类固态电解质中，硫系固态电解质因其在室温下离子电导率高、成本低和对金属锂稳定的优点，成为匹配各类正极材料的首选。

目前，氧化物正极材料在匹配硫系固态电解质时常采用机械混合并压制成型的方案，如CN 113948764 A，但会发现层状氧化物正极材料与硫系固态电解质直接接触后，尤其是高压下层状氧化物正极材料中的晶格氧在电池充放电过程中脱出释放形成活性氧致使硫系固态电解质发生严重的氧化分解，大幅降低了该系列固态电池在高倍率、大电流充放电时的电化学性能。因此，如何降低或消除这种氧化分解反应以延长固态电解质的循环寿命是固态电池发展中的关键科学问题之一。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术问题，提供一种硫系固态电解质复合氧化物正极材料及其制备方法和应用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明的目的之一是提供一种硫系固态电解质复合氧化物正极材料，所述的正极材料包括氧化物正极颗粒、包覆在氧化物正极颗粒外侧的第一包覆层、和包覆在第一包覆层外侧的第二包覆层，其中，氧化物正极颗粒为氧化物正极材料，第一包覆层为导电氧化物材料，第二包覆层为硫系固态电解质材料。

通过采用上述技术方案，本发明的硫系固态电解质复合氧化物正极材料整体为核壳结构，在氧化物正极颗粒和硫系固态电解质材料之间构建一层由导电氧化物材料组成的屏障，能够有效防止晶格氧从氧化物正极颗粒脱出后与硫系固态电解质发生反应，有效避免硫系固态电解质的氧化分解，并能进一步增强界面结构的稳定性；同时，选择导电氧化物材料作为屏障的组成物质，可以作为良好的电子导体，形成了良好的电子输运通道，有利于降低锂离子电池的阻抗，并能够提升锂离子电池的倍率性能；并且导电氧化物材料与氧化物正极颗粒的材料同属氧化物体系，具有更好的晶界兼容性，更有利于电子和离子的输运；本发明上述技术方案的硫系固态电解质复合氧化物正极材料还具有优异的界面化学稳定性，有利于提升锂离子电池的循环性能。