一种NASICON型固态电解质、正极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种NASICON型固态电解质、正极材料及其制备方法和应用，所述NASICON型固态电解质的化学结构式为：Li

【技术实现步骤摘要】
一种NASICON型固态电解质、正极材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种NASICON型固态电解质、正极材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]正极片是锂离子电池中重要的组成部分，通过在正极材料的表面包覆固态电解质材料能有效改善正极材料的热稳定性、提高比容量和锂离子电导率。目前磷酸盐聚阴离子(NASICON型)固态电解质具有较高的锂离子电导率(＞10
‑4S/cm)、较高的电化学窗口(＞4.3V)等优点，被广泛应用于对正极材料表面进行包覆。例如专利文献CN115513437A、CN111600014B、CN115425202A均公开了在高镍三元正极材料表面包覆NASICON型固态电解质。虽然在一定程度上可以促进锂离子的传输过程，但是在实际的电池体系中，正极片中不仅需要构建锂离子传输网络，而且还需要建立良好的电子传输网络。由于NASICON型固态电解质本身的电子绝缘性(电子电导率通常＜10
‑8S/cm)，作为包覆层在三元正极材料表面会严重阻碍电子的传输，产生较大的电荷传递电阻，增大了正极材料的粉末阻抗，导致电子传输网络构建受限，正极片的界面阻抗增大，正极材料难以有效发挥其理论容量，增加电池的极化和内阻，制约了容量发挥和电池的电化学性能。
[0003]现阶段，大多通过掺入元素来提高NASICON型固态电解质的电子电导率，例如Neelakshi Sharma等在《Vanadium substituted Li
+
‑
NASICON systems:Tailoring electronic conductivity for electrode applications》，(Journal of Alloys and Compounds)公开了将LiTi2(PO4)3(LTP)以及Li
1.3
Al
0.3
Ti
1.7
(PO4)3(LATP)材料的Nasicon结构中的部分VO
43
‑
替代部分的PO
43
‑
，分别获得LiTi2(PO4)3‑
x
(VO4)
x
和Li
1.3
Al
0.3
Ti
1.7
(PO4)3‑
x
(VO4)
x
(x＝0.1～0.4)，但是上述方法对NASICON型固态电解质的电子电导率的改善程度远远无法达到需求。因此，如何得到高电子电导率的NASICON型固态电解质是本领域长期致力研究的课题。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种NASICON型固态电解质，通过引入过渡金属元素并限定过渡金属元素的比例，最大限度地提高固态电解质的电子电导率，使该固态电解质具备锂离子传导、电子传导的双重传导性质。
[0005]本专利技术还提供一种NASICON型固态电解质的制备方法，能够制得上述NASICON型固态电解质，该NASICON型固态电解质兼具高电子电导率和高锂离子电导率。
[0006]本专利技术还提供一种正极材料，由于包覆上述NASICON型固态电解质，有利于构建锂离子
‑
电子双重传输网络，提升离子/电子交换的反应动力学，有利于在确保电池比容量的同时提升倍率性能和循环性能。
[0007]本专利技术还提供一种正极材料的制备方法，能够制得上述正极材料，将该正极材料应用于电池中，有利于提高电池的比容量、倍率性能和循环性能。
[0008]本专利技术还提供一种正极片，由于包括上述正极材料，将该正极片应用于电池中，有利于提高电池的比容量、倍率性能和循环性能。
[0009]本专利技术还提供一种电池，由于包括上述正极片，该电池兼具高比容量、优异的倍率性能和循环性能。
[0010]本专利技术的第一方面，提供一种NASICON型固态电解质，所述NASICON型固态电解质的化学结构式为：Li
1+x
M
1x
Ti2‑
x
(PO4)
y
(M2O4)
z
，其中0≤x≤0.6，1.5≤z≤4.5，50％≤z/(y+z)≤100％；
[0011]M1包括Al、Y、Fe、Cr、Nb、Zr中的至少一种；M2包括V、Mo、W、Nb中的至少一种。
[0012]如上所述的NASICON型固态电解质，其中，所述NASICON型固态电解质的电子电导率＞10
‑5S/cm；和/或，
[0013]所述NASICON型固态电解质的锂离子电导率＞10
‑4S/cm；和/或，
[0014]所述NASICON型固态电解质的禁带宽度不大于0.7eV。
[0015]本专利技术的第二方面，提供一种第一方面所述NASICON型固态电解质的制备方法，包括以下步骤：将锂源、钛源、磷源、提供M1的化合物、提供M2的化合物混合，经烧结处理后，得到NASICON型固态电解质。
[0016]如上所述的制备方法，所述烧结处理为一段式烧结，所述一段式烧结的温度为650～1050℃，时间2～10h；或者，
[0017]所述烧结处理为两段式烧结，所述两段式烧结包括第一烧结处理和第二烧结处理，所述第一烧结处理的温度为450～550℃，所述第二烧结处理的温度为800～1000℃。
[0018]本专利技术的第三方面，提供一种正极材料，包括正极材料基体及包覆于所述正极材料基体表面的包覆层，所述包覆层的材料包括第一方面所述NASICON型固态电解质或者采用第二方面所述制备方法制得的NASICON型固态电解质。
[0019]如上所述的正极材料，其中，NASICON型固态电解质占正极材料基体的质量百分比为0.01～5wt％。
[0020]本专利技术的第四方面，提供一种第三方面所述正极材料的制备方法，包括以下步骤：对NASICON型固态电解质进行粉碎处理，得到纳米颗粒状粉体；将纳米颗粒状粉体或者由纳米颗粒状粉体形成的浆料与正极材料基体混合后，进行退火处理，得到正极材料。
[0021]如上所述的制备方法，其中，退火处理在含氧气氛下进行，退火处理的温度为250～800℃，时间为2～15h；和/或，
[0022]纳米颗粒状粉体的D50小于500nm。
[0023]本专利技术的第五方面，提供一种正极片，所述正极片包括第三方面所述的正极材料或采用第四方面所述的制备方法制得的正极材料。
[0024]本专利技术的第六方面，提供一种锂离子电池，所述锂离子电池包括第五方面所述的正极片。
[0025]本专利技术的实施，至少具有以下有益效果：
[0026]本专利技术提供的NASICON型固态电解质，通过引入过渡金属元素并限定过渡金属元素的比例，最大限度地提高固态电解质的电子电导率，使该固态电解质具备锂离子传导、电子传导的双重传导性质；将该固态电解质包覆于正极材料表面，有利于构建锂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种NASICON型固态电解质，其特征在于，所述NASICON型固态电解质的化学结构式为：Li
1+x
M
1x
Ti2‑
x
(PO4)
y
(M2O4)
z
，其中0≤x≤0.6，1.5≤z≤4.5，50％≤z/(y+z)≤100％；M1包括Al、Y、Fe、Cr、Nb、Zr中的至少一种；M2包括V、Mo、W、Nb中的至少一种。2.根据权利要求1所述的NASICON型固态电解质，其特征在于，所述NASICON型固态电解质的电子电导率＞10
‑5S/cm；和/或，所述NASICON型固态电解质的锂离子电导率＞10
‑4S/cm；和/或，所述NASICON型固态电解质的禁带宽度不大于0.7eV。3.一种权利要求1或2所述的NASICON型固态电解质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将锂源、钛源、磷源、提供M1的化合物、提供M2的化合物混合，经烧结处理后，得到NASICON型固态电解质。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述烧结处理为一段式烧结，所述一段式烧结的温度为650～1050℃，时间2～10h；或者，所述烧结处理为两段式烧结，...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷裕鑫，刘继康，李林燕，李慧皓，孔霞，赵晨，王晓明，冯道言，严旭丰，刘瑞，李琮熙，
申请(专利权)人：宁波容百新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：