[发明专利]一种全固态锂电池正极的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于锂电池材料领域，主要涉及一种高性能全固态锂电池正极的制备方法。

背景技术

目前商品化的锂离子电池的电解质材料以有机液态电解液为主，这种液态有机电解液存在气胀，漏液以及金属锂负极枝晶刺透隔膜导致电池起火爆炸等问题，这些问题成为了锂离子电池发展过程中巨大障碍。而全固态锂电池由固态电解质，固态正极和金属锂负极构成，由于电池中不含易燃、易挥发成分，不存在气胀、漏液等问题，因此这种全固态电池具有高安全性，有望彻底解决目前锂离子电池存在的问题。而固态正极在全固态电池中有着至关重要的地位，目前大部分全固态锂电池正极材料是采用球磨正极材料与电解质材料来制备固态正极，然而这种方法制备出的正极材料存在电解质与正极材料混合不均匀，机械性能较差，正极材料与电解质的接触阻抗过大，锂离子在正极中的电导率很低等问题，严重阻碍了全固态锂电池的发展，如何进一步提升全固态锂电池正极成为一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明的技术特征在于以传统正极材料为原料，采用磁控溅射的方式结合流化床工艺将固态电解质溅射到正极材料颗粒的局部表面制备得到全固态锂电池正极材料，本发明与传统制备方法相比，制备出的正极材料和电解质的结合更加紧密，电解质分布更加均匀，有效地降低了正极材料和电解质界面间的阻抗，提高了正极材料中锂离子的电导率，并用有望实现固态锂电池正极的大规模生产，用本发明制备的正极材料组装全固态锂电池具有更加优异的电化学性能，该发明方法有利于实现全固态锂电池正极材料的大规模生产和应用，有利于推动全固态锂电池的进一步发展。

为实现上述目的，本发明公开了如下的技术内容：

一种高性能全固态锂电池正极的制备方法，其特征在于：采用磁控溅射的方式将固态电解质溅射到正极材料的局部表面来制备高性能全固态锂电池正极，溅射镀膜时靶材与载有正极材料的流化床之间的距离为 10-20cm， 溅射镀膜时靶材与基台的角度为25°-40°，溅射镀膜时真空腔室内氩气压力为0.4-3Pa， 溅射镀膜时射频电源功率为 40W-250W，溅射时间为4-36h，电解质层的厚度在0.2--10微米之间；所述的正极材料是：LiCoO₂钴氧化物材料，LiNiO₂锂镍氧化物材料，LiMnO₂锂锰氧化物材料以及硫碳材料，正极材料中的离子电导率在。

本发明所述的，溅射到正极材料上的电解质材质为：NASICON 型锂离子导体 Li_1+xTi_2-x M_x (PO₄)₃、Li_1+x M_xGe_2-x (PO₄)₃ ；其中0.1＜x＜0.7，M＝Al，Ga，In，Sc、钙钛矿型锂离子导体Li_3xLa _(2/3)-xTiO₃（其中0＜x＜0.16）、LISICON 型锂离子导体 Li₁₄ZnGe₄O₁₆或石榴石型锂离子导体Li₅La₃Zr₂O₁₂或玻璃态非晶固体电解质；Li₂O、SiO₂、B₂O₃、P₂O构成的氧基固态电解质或Li₂S、P₂S₅、SiS₂、GeS₂构成的硫基固态电解质。

本发明进一步公开了采用此方法制备的全固态锂电池在提升锂电池容量改善循环性能方面的应用；以及锂电池正极材料离子电导率方面的应用。实验结果显示：本发明制备出的锂电池比容量达到100mAh/g至700mAh/g。本发明的方法有效地降低了正极材料和电解质界面间的阻抗，提高了锂电池中正极材料的电导率，电导率可以达到1*10^-3 S/cm。采用本发明制备的正极材料组装制成态锂电池具有特别优异的电化学性能，采用本发明方法的有利于实现全固态锂电池正极材料的大规工业化生产和应用，有利于推动全固态锂电池的进一步发展。

附图说明

图1是本发明的实施例1采用的硫/多孔碳碳材料溅射10wt%电解质后的SEM照片；