[发明专利]硫化物固态锂电池用双包覆层三元正极材料及其制备方法

说明书

本发明属于固态锂电池技术领域，公开了一种硫化物固态锂电池用双包覆层三元正极材料及其制备方法，硫化物固态锂电池用双包覆层三元正极材料，刚性的铌酸锂包覆层是一种离子电导率高和电子绝缘的锂离子导体，通过阻碍电子向三元正极材料与硫化物电解质的界面处传导，抑制界面两侧Li+化学势差的扩大，阻止界面处空间电荷层的产生，降低界面阻抗。本发明的硫化物固态锂电池用双包覆层三元正极材料，柔性的聚吡咯包覆层具有柔软的结构，位于三元正极材料与硫化物电解质之间，不但可将硬的固固界面转化为软的界面，缓解三元正极材料与硫化物固态电解质之间的应力应变，降低界面阻抗；而且还可阻止界面副反应。

技术领域

本发明属于固态锂电池技术领域，尤其涉及一种硫化物固态锂电池用双包覆层三元正极材料及其制备方法。

背景技术

新能源汽车发展迎来新机遇，动力电池也备受关注，但常用的液态锂离子电池的性能已接近理论极限，且体系中含有的有机电解液存在泄露和燃烧的安全隐患，导致里程和安全焦虑。在众多储能体系中，硫化物固态锂电池在理论上具有高的安全性和能量密度，引发了学术界和工业界广泛的研究，被认为是未来新能源汽车的理想电源之一。

采用硫化物固态电解质与氧化物正极(如钴酸锂、高压镍锰酸锂、三元材料等)构成固态电池体系时，两者之间存在严重的界面问题。一方面，硫化物固态电解质与氧化物正极的锂离子化学势相差较大，两者界面处会产生空间电荷层效应,导致两者之间产生非常大的界面阻抗。另一方面，电极材料充放电过程的体积变化会在硫化物固态电解质与氧化物正极的固-固界面处产生巨大的应力/应变，导致两者之间的物理接触劣化或裂纹形成。随着固态电池循环次数增加,这些界面问题共同作用导致两者界面进一步劣化和电池性能的衰退，严重阻碍了硫化物固态锂电池的实用化进展。

为了解决硫化物固态电解质与氧化物正极之间存在的界面问题,对硫化物固态电解质与氧化物正极进行界面修饰,以消除空间电荷层、抑制界面副反应以及吸收界面应力稳定界面机械结构，对于维持固态电池的循环稳定性十分关键。由于硫化物固态电解质对空气不稳定,其表面修饰改性受到很大限制。目前,界面修饰工作主要集中在对氧化物正极材料进行包覆改性研究，如LiNbO₃、 Li₃PO₄、ZrO₂和Al₂O₃等均被应用于正极材料表面包覆。虽然这些无机材料包覆层可以有效的消除界面的空间电荷层效应，但是对于缓解电极材料在充放电过程的体积变化导致的界面应力/应变却十分有限。因此，亟需开发一种新颖的包覆层解决众多的界面问题，实现硫化物固态锂电池的循环稳定性。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)硫化物固态电解质与氧化物正极的锂离子化学势相差较大，两者界面处会产生空间电荷层效应,导致两者之间产生非常大的界面阻抗。

(2)电极材料充放电过程的体积变化会在硫化物固态电解质与氧化物正极的固-固界面处产生巨大的应力/应变，导致两者之间的物理接触劣化或裂纹形成。随着固态电池循环次数增加,这些界面问题共同作用导致两者界面进一步劣化和电池性能的衰退，严重阻碍了硫化物固态锂电池的实用化进展。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种硫化物固态锂电池用双包覆层三元正极材料及其制备方法。

本发明是这样实现的，一种硫化物固态锂电池用双包覆层三元正极材料及其制备方法包括：

所述双包覆层由刚性氧化物层和柔性聚合物层组成。

进一步，所述刚性氧化物为铌酸锂(LiNbO₃)，所述的柔性聚合物为聚吡咯 (PPy)。