一种用于全固态电池的正极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及全固态电池技术领域，具体而言，涉及一种用于全固态电池的正极材料及其制备方法和应用。所述的用于全固态电池的正极材料包括金属氟化物以及包覆在所述金属氟化物外表面的碳包覆层；其中，所述金属氟化物包括FeF2、FeF3、CoF2、CuF2和NiF2中的至少一种。本发明专利技术通过在金属氟化物的表面上包覆碳包覆层，能够有效提高金属氟化物正极材料的导电性，进而可实现氟化物正极材料在全固态电池中的应用。可实现氟化物正极材料在全固态电池中的应用。可实现氟化物正极材料在全固态电池中的应用。

【技术实现步骤摘要】
一种用于全固态电池的正极材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及全固态电池
，具体而言，涉及一种用于全固态电池的正极材料及其制备方法和应用；更具体地，涉及一种用于全固态电池的正极材料及其制备方法、正极极片和全固态电池。

技术介绍

[0002]随着新能源动力汽车飞速发展，对锂离子电池安全性能以及能量密度等提出了更高的要求。开发全固态电池代替现有的液态电池也是趋势所向。全固态锂离子电池能量密度受限于正负极材料，而目前成熟的负极材料比容量要高于所使用的正极材料，因此，提高电池的能量密度很大程度上取决于其正极材料。目前，全固态电池正极材料普遍使用高镍三元材料，然而，其理论容量(200mAh/g)限制了全固态电池能量密度的提升，且钴元素地壳含量少，成本高。
[0003]铁基氟化物是一种具有潜力的正极候选材料，其具有高于目前所广泛使用的正极材料的理论比容量，其中FeF2理论比容量571mAh/g，且地壳铁含量较为丰富，可大幅度减少电池的生产成本，有助于开发低成本、高能量密度的全固态锂离子电池。
[0004]但是，FeF2正极材料存在电子电导率低、电压滞后严重以及倍率性能差等问题。现有技术中制得的FeF2正极材料只能用于液态电池，若将其直接用于全固态锂离子电池极化度很大，会导致电子电导性差，从而导致容量无法释放。
[0005]例如，专利CN114530593A公开了一种氟化亚铁正极材料，但是，其制得的氟化亚铁正极材料电子电导性差，无法用于全固态电池。并且，该专利所制备的正极活性物质载量非常低，仅有0.4mg/cm2，无法做到高的活性物质载量。
[0006]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0007]本专利技术的第一目的在于提供一种用于全固态电池的正极材料，通过在金属氟化物的外表面包覆一层碳包覆层，提高了氟化物正极材料的电子电导性，将其制得正极极片后能够有效提高导电性，进而实现了将氟化物正极材料用于全固态电池中。解决了现有技术中存在的常规制得的FeF2正极材料用于全固态锂离子电池极化度很大的问题。
[0008]本专利技术的第二目的在于提供一种用于全固态电池的正极材料的制备方法。
[0009]本专利技术的第三目的在于提供一种正极极片。
[0010]本专利技术的第四目的在于提供一种全固态电池。
[0011]为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：
[0012]本专利技术提供了一种用于全固态电池的正极材料，所述正极材料包括金属氟化物以及包覆在所述金属氟化物外表面的碳包覆层；
[0013]其中，所述金属氟化物包括FeF2、FeF3、CoF2、CuF2和NiF2中的至少一种。
[0014]优选地，所述碳包覆层的厚度为2～5nm。
[0015]本专利技术还提供了如上所述的用于全固态电池的正极材料的制备方法，包括如下步骤：
[0016]将金属氟化物和碳源混合并进行高温碳化，使碳沉积在所述金属氟化物的外表面，形成碳包覆层，得到所述正极材料。
[0017]优选地，所述碳源包括气态有机化合物和/或非气态有机化合物；更优选为气态有机化合物；
[0018]优选地，所述气态有机化合物包括乙炔、甲烷、戊烷和甲醛中的至少一种；
[0019]优选地，所述非气态有机化合物包括PAN、PVDF、PVP、PMMA和PVA中的至少一种。
[0020]优选地，所述高温碳化的温度为700～1000℃；所述高温碳化的时间为2～10h。
[0021]优选地，所述金属氟化物的制备方法包括如下步骤：
[0022]将金属和氟硅酸溶液混合并反应，待所述反应完成后固液分离，得到液体物料；所述液体物料经干燥除水后进行烧结，得到所述金属氟化物；
[0023]其中，所述金属包括金属铁、金属钴、金属铜和金属镍中的至少一种；
[0024]优选地，所述金属和所述氟硅酸溶液中的H2SiF6的摩尔比为1～3：1；
[0025]优选地，所述烧结的温度为200～300℃；所述烧结的时间为4～20h。
[0026]本专利技术还提供了一种正极极片，主要由如上所述的用于全固态电池的正极材料制成；
[0027]优选地，所述正极极片中的正极材料的面载量为10～20mg/cm2。
[0028]本专利技术还提供了一种全固态电池，包括如上所述的正极极片。
[0029]优选地，所述全固态电池还包括负极极片、硫化物固态电解质和复合聚合物膜；
[0030]其中，所述硫化物固态电解质设置在所述正极极片和所述负极极片之间，所述复合聚合物膜设置在所述负极极片和所述硫化物固态电解质之间。
[0031]优选地，所述复合聚合物膜主要由聚合物、锂盐和基底制成；
[0032]优选地，所述聚合物包括聚氧化乙烯、聚偏二氟乙烯
‑
六氟丙烯、聚乙烯醇、聚碳酸酯、聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇和聚甲基丙烯酸甲酯中的至少一种；
[0033]优选地，所述锂盐包括双三氟甲基磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、双草酸硼酸锂、六氟砷酸锂和四氟硼酸锂中的至少一种；
[0034]优选地，所述基底包括无纺布、聚乙烯、聚氯乙烯、聚甲醛和聚酰亚胺中的至少一种；
[0035]优选地，所述负极极片包括金属锂极片；
[0036]优选地，所述硫化物固态电解质包括LPSCL、Li6PS5Cl、Li6PS5Br、Li7P2S8I、Li4PS4I、Li6PS5Cl
x
Br1‑
x
和Li6PS5Cl
y
I1‑
y
中的至少一种。
[0037]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0038](1)本专利技术通过在金属氟化物的表面上包覆碳包覆层，能够有效提高金属氟化物正极材料的导电性，进而可实现氟化物正极材料在全固态电池中的应用。
[0039](2)本专利技术提供的用于全固态电池的正极材料导电性好，倍率性能优异。
[0040](3)本专利技术提供的用于全固态电池的正极材料的制备方法，简单易行，通过高温碳化形成碳包覆层，不仅提升了正极材料的电子电导率，而且碳包覆层还能够避免硫化物固态电解质与金属氟化物直接接触而发生反应。
[0041](4)本专利技术提供的全固态电池，通过引入复合聚合物膜修饰负极和硫化物固态电解质之间的界面，解决了硫化物固态电解质与负极之间的反应，缓解了负极与硫化物之间的不稳定性，提高了全固态电池的电化学性能。
附图说明
[0042]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0043]图1为本专利技术实施例1提供的FeF2的XRD图。
具体实施方式
[0044]下面将结合附图和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于全固态电池的正极材料，其特征在于，所述正极材料包括金属氟化物以及包覆在所述金属氟化物外表面的碳包覆层；其中，所述金属氟化物包括FeF2、FeF3、CoF2、CuF2和NiF2中的至少一种。2.根据权利要求1所述的用于全固态电池的正极材料，其特征在于，所述碳包覆层的厚度为2～5nm。3.如权利要求1或2所述的用于全固态电池的正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将金属氟化物和碳源混合并进行高温碳化，使碳沉积在所述金属氟化物的外表面，形成碳包覆层，得到所述正极材料。4.根据权利要求3所述的用于全固态电池的正极材料的制备方法，其特征在于，所述碳源包括气态有机化合物和/或非气态有机化合物；优选为气态有机化合物；优选地，所述气态有机化合物包括乙炔、甲烷、戊烷和甲醛中的至少一种；优选地，所述非气态有机化合物包括PAN、PVDF、PVP、PMMA和PVA中的至少一种。5.根据权利要求3所述的用于全固态电池的正极材料的制备方法，其特征在于，所述高温碳化的温度为700～1000℃；所述高温碳化的时间为2～10h。6.根据权利要求3所述的用于全固态电池的正极材料的制备方法，其特征在于，所述金属氟化物的制备方法包括如下步骤：将金属和氟硅酸溶液混合并反应，待所述反应完成后固液分离，得到液体物料；所述液体物料经干燥除水后进行烧结，得到所述金属氟化物；其中，所述金属包括金属铁、金属钴、金属铜和金属镍中的至少一种；优选地，所述金属和所述氟硅酸溶液中的H2SiF6的摩尔比为1～3：1；优选地，所述烧结的温...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈少杰，郑传佐，曹晓菊，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技无锡有限公司，
类型：发明
国别省市：