[发明专利]一种普鲁士蓝类似物包覆的固态电池正极材料及其制备方法

说明书

本说明书公开了一种普鲁士蓝类似物包覆的固态电池正极材料及其制备方法，所述固态电池正极材料包括正极活性物质和包覆层；所述正极活性物质为含Li氧化物；所述包覆层为具有立方体形框架晶体结构的普鲁士蓝类似物；所述普鲁士蓝类似物包覆层的分子结构式为Asubgt;x/subgt;Msubgt;1/subgt;[Msubgt;2/subgt;(CN)subgt;6/subgt;]subgt;y/subgt;；其中，所述A为碱金属元素；在立方体形框架晶体结构中，金属原子Msubgt;1/subgt;和Msubgt;2/subgt;交替占据立方体的8个顶点；金属原子Msubgt;1/subgt;和Msubgt;2/subgt;之间由C原子和N原子所形成的CN三键所连接，CN三键位于立方体的12条棱上；A离子位于立方体的体心位置。本发明根本上解决了固态电池极化效应大，锂离子扩散速率慢，倍率性能差，循环寿命短等多种问题。

技术领域

本说明书一个或多个实施例涉及固态技术领域，尤其涉及一种普鲁士蓝类似物包覆的固态电池正极材料及其制备方法。

背景技术

由于能量密度高、循环寿命长等优点，锂离子电池目前被广泛应用于人们日常生活中的各个方面，如便携消费类电子产品，新能源汽车，电网储能等。但是由于锂离子电池在充放电过程中易发生热失控现象。在超过一定温度后，电池内部易燃有机电解液起火燃烧最终导致锂离子电池出现极大的安全风险。为了解决上述安全问题，人们提出采用固态电解质取代锂离子电池中的有机液体电解液形成固态电池。固态电解质的熔点，沸点，分解温度均远远高于有机液体电解液，从而可以在极大程度上解决电池安全性能问题。目前在固态电池技术上以固态电解质化学成分分类主要有硫化物，氧化物和聚合物三种。其中，硫化物具有最高的室温离子导电率，可以为固态电池提供良好的锂离子导通性能；此外硫化物固态电解质也具有易加工等特点，被公认为最具规模化放大前景的固态电池技术路线。

在硫化物固态电池中，正极部分主要包括氧化物正极活性物质，硫化物固态电解质，粘结剂，导电助剂等。氧化物正极活性物质与硫化物固态电解质物质以“固体-固体”界面分隔，如图1所示。由于氧化物和硫化物对锂离子的化学势相差较大，氧化物正极材料中的氧对锂离子Li+的吸引大于硫化物电解质中的硫，使得大量的Li+向正极活性物质迁移，造成在固固界面靠近硫化物固态电解质一侧贫锂，靠近氧化物正极材料一侧富锂，形成“空间电荷层”，最终导致正极材料与硫化物固态电解质之间形成非常大的界面阻抗，如图2所示。由空间电荷层所造成的界面阻抗通常被认为是导致固态电池倍率性能差，循环寿命短等缺陷的主要原因。为解决此问题，人们曾用介电质纳米BaTiO₃材料作为固固界面缓冲层消除了LiCoO₂正极材料和Li₆PS₅Cl固态电解质之间的空间电荷层(In-situ visualizationofthe space-charge-layer effect on interfacial lithium-ion transport in all-solid-state batteries,Nature Communication 11,5889(2020))。

中国专利申请CN103633329A提供了了一种全固态锂离子电池复合型正极材料，该全固态锂离子电池复合型正极材料包括正极活性材料和设置在正极活性材料表面的包覆层，所述正极活性材料为钴酸锂，镍酸锂，锰酸锂，磷酸铁锂，镍钴锰酸锂，五氧化二钒，三氧化钼和二硫化钛中的一种或多种，包覆层的材料为一种或多种含锂过渡金属氧化物，包覆层能有效抑制空间电荷层的形成，改善电极/无机固态电解质界面，有助于降低全固态锂离子电池界面电阻，从而提高全固态电池的循环稳定性和耐久性。