[发明专利]一种具有阴离子浓度梯度包覆层的正极材料及其制备方法和应用

说明书

一种具有阴离子浓度梯度包覆层的正极材料及其制备方法和应用，属于全固态电池技术领域，具体方案如下：所述制备方法包括如下步骤：分别称量锂源、金属源，并将上述原料溶于或分散于有机溶剂中，搅拌均匀得到混合液A；将正极材料加入混合液A中，搅拌混合均匀得到混合液B；将混合液B加热，搅拌至溶剂完全挥发；将所得混合粉体在惰性气氛中热处理一段时间后，再在含硫化氢载气中热处理，即得具有表面阴离子梯度包覆层的正极材料；利用该方法制备的硫化物固态电池正极材料，可以有效提升了界面处的双向兼容性，进一步降低了界面的反应能，形成稳定的正极/电解质界面，全面提升材料的电化学性能。

技术领域

本发明属于全固态电池技术领域，尤其涉及一种具有阴离子浓度梯度包覆层的正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，众多专家学者预测固态电池是未来锂电池技术发展的必然趋势。全固态锂电池采用固体电解质，不存在漏液问题，具有耐高温、不可燃、不挥发、无腐蚀等优势，因而具有高的安全性和更长的循环寿命，而且固态电解质可以与高电压、高容量正极材料及锂金属负极匹配使用，从而有望获得能量密度的大幅度提高，符合未来新能源储能技术的发展方向。

随着对固体电解质的深入研究，硫化物固体电解质的离子电导率几乎可以和有机液态电解液相媲美，但全固态硫化物电池的稳定性依然不够理想，主要受限于固态电池中的正极/电解质和负极/电解质等界面问题。其中，传统氧化物正极材料与硫化物电解质界面存在物理接触失效、空间电荷层效应及化学/电化学副反应等正极界面。对于界面副反应，由于常规氧化物正极材料与硫化物电解质之间界面反应能较高，容易发生界面化学反应，产生不利于锂离子传输的副产物；因此锂离子的界面扩散受到严重的阻碍，导致正极界面阻抗大，倍率性能差等问题。因此，对正极材料进行表面设计，降低氧化物正极/硫化物电解质之间的界面反应能显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是为了解决硫化物固态电池正极/电解质界面问题，提供一种具有阴离子浓度梯度包覆层的正极材料及其制备方法和在全固态电池中的应用，该方法制备的具有阴离子浓度梯度包覆层的正极材料与硫化物电解质能够形成稳定界面，全面提升固态电池的电化学性能。

为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种具有阴离子浓度梯度包覆层的正极材料，包括正极材料和包覆层，所述包覆层平均组成为：Li_xM_yO_nS_m，1x5,1y5,1n12,1m12，M为Ti,Nb,Al,Zr中的一种或多种的组合，所述包覆层由外向内，S^2-含量逐渐减小，O^2-含量逐渐增大。

进一步的，所述正极材料为氧化物正极材料。

进一步的，所述氧化物正极材料包括钴酸锂、锰酸锂、单晶三元材料、多晶三元材料中的一种或多种的组合，所述三元材料包括LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂，LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂，LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂、LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂中的一种或多种的组合。

一种上述的正极材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、取锂源和金属M源做为原料，将其溶于或均匀分散于有机溶剂中得到混合液A；所述金属M为Ti,Nb,Al,Zr中的一种或多种的组合；

步骤二、将正极材料与混合液A混匀得到混合液B；