[发明专利]锂离子电池正极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及锂离子电池正极材料及其制备方法。根据一实施例，一种锂离子电池正极材料可包括：正极材料颗粒；以及包覆在所述正极材料颗粒的外表面上的固体电解质膜，所述固体电解质膜是厚度在1‑50nm的范围内的连续膜，所述固体电解质膜包括共存的非晶相和晶相，晶粒尺寸在1‑40nm的范围内，并且在所述固体电解质膜与所述正极材料颗粒之间没有形成新的相。本发明的锂离子电池正极材料能够提高电化学稳定性，同时能够抑制正极颗粒体积膨胀和过渡金属溶出的问题，因此具有电化学稳定性高、循环性能良好、结构稳定性强、高压性能好和安全性高等优点。

技术领域

本发明总体上涉及新能源领域，更特别地，涉及一种表面包覆纳米固体电解质膜的锂离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

在现代社会的发展过程中能源扮演着一个重要的角色，而传统的化石燃料逐渐不能满足全球经济迅速发展的需要，并且化石燃料还会带来环境污染和温室效应，所以急需开发新的清洁能源，例如：太阳能、风能、潮汐能和地热能。然而，这些能源在时间和空间上是不稳定的，需要转换才能利用和储存。因此，对稳定的清洁能源的开发尤为迫切。

锂离子电池具有高能量密度、低自放电率、宽使用温度范围、长循环寿命、环境友好、无记忆效应以及可以大电流充放电等优点，成为目前最有效的能源存储设备，在传统消费电子、电动工具、电动交通以及储能电站等诸多领域展现出非常广阔的应用前景。

随着人们对高能量密度锂离子电池的需求不断提升，提高锂离子电池在高电压下的电化学稳定性，成为行业研究的重要课题。而正极材料作为锂离子电池的核心材料，对电池的最终性能起着至关重要的作用，锂离子电池的性能优化往往依托于正极材料的技术突破。目前常规的锂离子电池正极材料在高电压下普遍存在结构破坏、电化学稳定性降低以及过渡金属溶出的问题，所以提高锂离子电池正极材料在高电压下的结构和电化学稳定性就显得尤为重要，比较普遍的做法是在正极材料表面包覆一层电解质。在之前的研究中，所采用的操作是将电解质材料的前驱体或者将成相之后的电解质材料包覆在正极颗粒表面，再经过高温煅烧。然而实验发现，这样制备的正极材料在一定程度上降低了传统正极材料的性能，而且在提高结构稳定性方面效果有限。

因此，仍期望能够提供一种锂离子电池正极材料及其制备方法，其能够在正极材料的性能和/或稳定性方面有进一步的改善。

发明内容

本申请的一个方面在于提供一种锂离子电池正极材料及其制备方法，其能够进一步改善正极材料的性能和/或稳定性。

根据一示例性实施例，提供一种锂离子电池正极材料，包括：正极材料颗粒；以及包覆在所述正极材料颗粒的外表面上的固体电解质膜，所述固体电解质膜是厚度在1-50nm的范围内的连续膜，所述固体电解质膜包括共存的非晶相和晶相，晶粒尺寸在1-40nm的范围内，并且在所述固体电解质膜与所述正极材料颗粒之间没有形成新的相。

在一些示例中，所述正极材料颗粒包括钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂、三元层状氧化物、富锂和镍锰酸锂中的至少一种，并且所述固体电解质膜包括Li_1+xAl_xM_2-x(PO₄)₃，其中M为Ti或Ge，0≤x<0.7。

在一些示例中，所述正极材料颗粒的D50粒度在1-25μm的范围内，并且所述固体电解质膜的质量百分比在0.01％至10％的范围内。

根据另一示例性实施例，提供一种锂离子电池正极材料的制备方法，包括：准备正极材料颗粒；在正极材料颗粒的表面上包覆固体电解质膜，所述固体电解质膜包括电解质材料的前驱体或者成相后的电解质材料；以及对包覆有固体电解质膜的正极材料颗粒进行加热，加热温度在50-500℃的范围内。

在一些示例中，所述加热在空气或含氧气氛中进行。