CN113130859A - 一种锂离子电池正极材料表面包覆固态电解质的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池正极材料表面包覆固态电解质的方法，采用无机酸与正极材料表面的碱发生中和反应，制备表面包覆有高导锂离子固态电解质纳米层的正极材料。本发明提供可行的合成锂离子电池正极材料表面包覆固态电解质的方法，合成工艺简便，合成材料成本低廉。

Description

一种锂离子电池正极材料表面包覆固态电解质的方法
技术领域
本发明涉及电池制造技术领域，更具体地说，涉及一种锂离子电池正极材料表面包覆固态电解质的方法。
背景技术
随着能源问题日益突出，寻找新型储能装置成为人们开发和利用能源的研究重点。锂离子电池由于比能量高、循环寿命长、环境友好等优点已在电子设备、电动汽车等领域被广泛应用。正极材料作为锂离子电池重要核心之一，直接影响到锂离子电池能量密度和循环稳定性。然而，正极材料表面残碱量较高不仅导致正极低的容量，而且也直接导致循环性能降低。这类材料如镍钴锰酸锂(NCM)正极材料(LiNixCoyMn1-x-yO2，0＜x，y＜1)，镍钴铝酸锂(NCA)正极材料(LiNixCoyAl1-x-yO2，0＜x，y＜1)，富锂正极材料(xLi2MnO3·(1-x)LiMO2(0＜x＜1，M＝Ni，Co，Mn))和LiNi1.5Mn0.5O4等。同时这些特性直接影响到正极材料在未来固态电池中使用，为此需要对其表面进行改性。表面包覆是一种解决电池不可逆容量损失和循环恶化等问题的有效方法。包覆层可以有效地减少副反应，降低电极极化程度，抑制金属离子溶解，维持材料结构稳定，从而提高电极材料的电化学性能。
发明内容
针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种锂离子电池正极材料表面包覆固态电解质的方法，提供可行的合成锂离子电池正极材料表面包覆固态电解质的方法，合成工艺简便，合成材料成本低廉。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
根据本发明的一个方面，提供一种锂离子电池正极材料表面包覆固态电解质的方法：
采用无机酸与正极材料表面的碱发生中和反应，制备表面包覆有高导锂离子固态电解质纳米层的正极材料。
所述无机酸为氢氟酸、硼酸、偏硼酸、钛酸、磷酸、亚磷酸、偏磷酸、多聚磷酸、原磷酸、硅酸中的一种或几种。
所述无机酸的浓度为0.001M～0.5M。
所述正极材料的PH值为碱性。
所述正极材料为镍钴锰酸锂正极材料、镍钴铝酸锂正极材料、富锂正极材料或LiNi1.5Mn0.5O4正极材料。
所述中和反应的环境为冰水浴。
所述中和反应的条件为搅拌。
所述搅拌的反应时间为0.1小时～6小时。
所述高导锂离子固态电解质纳米层的厚度为5nm～2000nm。
根据本发明的另一个方面，提供一种锂离子电池正极材料，所述正极材料的表面按照上述方法进行固态电解质的表面包覆处理。
本发明所提供的一种锂离子电池正极材料表面包覆固态电解质的方法，通过该方法能够获取表面包覆高的固态电解质正极材料，还包括以下几点有益效果：
1)本发明方法能够精确地控制导锂离子固态电解质层的厚度，容易实现规模化生产；
2)本发明方法采用无机酸与正极材料表面的碱反应合成高的固态电解质包覆的锂电池正极材料，其中固态电解质可以有效的改善材料的表面特性，同时维持材料结构稳定，从而有效的降低阻抗和极化程度，实现改善锂电池电化学性能的目的；
3)本发明方法合成的固态电解质层可以有几种电解质组成，可以提高电极材料的锂离子导电性，从而提高锂电池储锂性能。
附图说明
图1是本发明方法实施例1获得的Li3PO4包覆的LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料的XRD图谱；
图2是本发明方法实施例2获得的Li3PO4/Li3BO3包覆的LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2正极材料的电化学性能图；
图3是本发明方法实施例6获得的Li3PO4/Li3BO3/LiF包覆的LiNi0.85Co0.1Al0.05O2正极材料的电化学性能图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
优选上述特征项一种锂离子电池正极材料表面包覆固态电解质的方法，其具体实施方案如下：
将100mg的LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2分散在0.01M磷酸溶液中，冰水浴搅拌2小时，过滤烘干得到Li3PO4包覆的LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料。
本实施例制备Li3PO4包覆的LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料的XRD图片如图1所示，图片显示导锂离子的Li3PO4包覆在LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2材料的表面后并未造成材料晶体结构改变。
实施例2
优选上述特征项一种锂离子电池正极材料表面包覆固态电解质的方法，其具体实施方案如下：
将100mg的LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2分散在0.005M磷酸和硼酸混合溶液中，冰水浴搅拌1小时，过滤烘干得到Li3PO4/Li3BO3包覆的LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2正极材料。
本实施例制备Li3PO4/Li3BO3包覆的LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2正极材料在0.2C电流密度下的电化学性能如图2所示，循环150次后容量仍保持在128mAh g-1。
实施例3
优选上述特征项一种锂离子电池正极材料表面包覆固态电解质的方法，其具体实施方案如下：
将100mg的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2分散在0.02M磷酸、硼酸和氢氟酸混合溶液中，冰水浴搅拌0.5小时，过滤烘干得到Li3PO4/Li3BO3/LiF包覆的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料。
实施例4
优选上述特征项一种锂离子电池正极材料表面包覆固态电解质的方法，其具体实施方案如下：
将100mg的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2分散在0.0025M磷酸和氢氟酸混合溶液中，冰水浴搅拌1小时，过滤烘干得到Li3PO4/LiF包覆的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料。
实施例5
优选上述特征项一种锂离子电池正极材料表面包覆固态电解质的方法，其具体实施方案如下：
将100mg的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2分散在0.001M硼酸和氢氟酸混合溶液中，冰水浴搅拌3小时，过滤烘干得到Li3BO3/LiF包覆的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料。
实施例6
优选上述特征项一种锂离子电池正极材料表面包覆固态电解质的方法，其具体实施方案如下：
将100mg的LiNi0.85Co0.1Al0.05O2分散在0.01M磷酸、硼酸和氢氟酸混合溶液中，冰水浴搅拌0.5小时，过滤烘干得到Li3PO4/Li3BO3/LiF包覆的LiNi0.85Co0.1Al0.05O2正极材料。
Li3PO4/Li3BO3/LiF包覆的LiNi0.85Co0.1Al0.05O2正极材料在0.5C电流密度下的电化学性能如图3所示，循环150次后容量仍保持在156mAh g-1，库伦效率均大于99.5％。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (10)

1.一种锂离子电池正极材料表面包覆固态电解质的方法，其特征在于：
采用无机酸与正极材料表面的碱发生中和反应，制备表面包覆有高导锂离子固态电解质纳米层的正极材料。
2.如权利要求1所述的锂离子电池正极材料表面包覆固态电解质的方法，其特征在于：所述无机酸为氢氟酸、硼酸、偏硼酸、钛酸、磷酸、亚磷酸、偏磷酸、多聚磷酸、原磷酸、硅酸中的一种或几种。
3.如权利要求2所述的锂离子电池正极材料表面包覆固态电解质的方法，其特征在于：所述无机酸的浓度为0.001M～0.5M。
4.如权利要求1所述的锂离子电池正极材料表面包覆固态电解质的方法，其特征在于：所述正极材料的PH值为碱性。
5.如权利要求4所述的锂离子电池正极材料表面包覆固态电解质的方法，其特征在于：所述正极材料为镍钴锰酸锂正极材料、镍钴铝酸锂正极材料、富锂正极材料或LiNi1.5Mn0.5O4正极材料。
6.如权利要求1所述的锂离子电池正极材料表面包覆固态电解质的方法，其特征在于：所述中和反应的环境为冰水浴。
7.如权利要求1所述的锂离子电池正极材料表面包覆固态电解质的方法，其特征在于：所述中和反应的条件为搅拌。
8.如权利要求7所述的锂离子电池正极材料表面包覆固态电解质的方法，其特征在于：所述搅拌的反应时间为0.1小时～6小时。
9.如权利要求1所述的锂离子电池正极材料表面包覆固态电解质的方法，其特征在于：所述高导锂离子固态电解质纳米层的厚度为5nm～2000nm。
10.一种锂离子电池正极材料，其特征在于，所述正极材料的表面按照如权利要求1-9之一所述的方法进行固态电解质的表面包覆处理。
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