【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电池正极制备，具体涉及一种固态锂离子电池高镍层状氧化物正极的表面包覆策略及其方法。
技术介绍
1、目前，锂离子电池已广泛应用于新能源汽车、大规模储能等领域。以高镍层状氧化物为正极、锂金属为负极的电池体系，普遍被认为是下一代高比能锂离子电池的发展方向。然而，在液态电解液中，锂金属负极的锂枝晶问题非常突出，而且液态电解液易燃易泄露，严重影响电池安全。因此，以固态电解质替换液态电解液的固态锂离子电池应运而生，比如氧化物固态电解质、硫化物固态电解质、聚合物固态电解质等。但是，在与高镍层状氧化物正极匹配时，正极/固态电解质界面的稳定性往往表现较差，影响固态电池的电化学性能。一方面，高镍层状氧化物正极材料的体积在循环过程中会发生收缩/膨胀，易导致界面的固固接触发生机械降解或形成空洞，影响界面机械稳定性；另一方面，由于高镍层状氧化物材料的表面氧化态较高，尤其是在高充电电位下，固态电解质易与正极材料发生化学、电化学的界面副反应，影响界面化学、电化学稳定性。
2、目前，研究人员主要采用对正极材料进行表面包覆的手段来改善正极/固态电解质界面的稳定性，主要包覆材料有latp、lagp、li3po4、litao3、linbo3、lizro3、li4ti5o12、li2sio3、al2o3等。这种表面包覆钝化层本身具有较高的化学、电化学稳定性，可以避免高镍层状氧化物正极与固态电解质的直接接触，起到阻挡电子、传导锂离子的作用，通过在界面处产生陡峭的电势梯度来抑制界面副反应。
3、目前现有技术存在的缺点：
4
5、(2)表面包覆层的电子电导率普遍较低，会抑制正极颗粒间的电子渗透路径。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种固态锂离子电池高镍层状氧化物正极的表面包覆策略及其方法，解决固态锂离子电池中高镍层状氧化物正极/固态电解质界面的机械、化学、电化学稳定性差的技术问题。
2、为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种固态锂离子电池高镍层状氧化物正极的表面包覆策略，为“无机有机结合、点面包覆结合、锚定螯合效应结合”策略，先在高镍层状氧化物正极颗粒表面进行纳米无机快离子导体点包覆，再进行超薄有机导电聚合物面包覆。
4、本专利技术的技术原理：
5、无机快离子导体中的金属元素通过金属-氧键“锚定”表面晶格氧，外延生长，构建稳定快速的锂离子扩散通道，提升正极/固态电解质界面的锂离子传输速率；有机导电聚合物中的有机官能团通过配位效应“螯合”表面镍原子，在正极颗粒间构建三维导电网络，促进正极颗粒间的电子渗透。
6、有机导电聚合物具有柔性、延展性，在正极颗粒体积收缩/膨胀过程中不会产生机械降解或形成空洞，从而阻隔高镍层状氧化物正极与固态电解质的直接接触，有效提升界面的机械稳定性；无机快离子导体与有机导电聚合物都具有高的抗氧化性，不与高镍层状氧化物正极、固态电解质发生化学、电化学反应，从而抑制界面副反应，有效提升界面的化学、电化学稳定性。
7、进一步地，所述的无机快离子导体为纳米级粒径，以点状均匀分布在正极颗粒表面，形成点包覆；有机导电聚合物在正极颗粒表面均匀成膜，厚度不超过纳米无机快离子导体的粒径，以免影响锂离子扩散通路，形成面包覆。
8、进一步地，所述的无机快离子导体包括latp、lagp、li3po4、litao3、linbo3、lizro3、li4ti5o12、li2sio3、al2o3中的一种或多种。
9、进一步地，所述的无机快离子导体的纳米级粒径为1-100nm。
10、进一步地，所述的有机导电聚合物包括聚苯胺、聚丙烯腈、聚吡咯、聚乙烯二氧噻吩及其衍生物中的一种或多种。
11、本专利技术还提供一种固态锂离子电池高镍层状氧化物正极的表面包覆的方法，所述的纳米无机快离子导体点包覆的方法为非原位包覆法：水热法或高温固相法制备无机快离子导体粉末，砂磨破碎，分散入去离子水中，静置制成纳米无机快离子导体的溶胶分散液；将高镍层状氧化物正极材料与上述溶胶分散液充分混合，蒸干溶剂后进行高温固相煅烧，得到纳米无机快离子导体点包覆的高镍层状氧化物正极材料。
12、本专利技术还提供一种固态锂离子电池高镍层状氧化物正极的表面包覆的方法，所述的纳米无机快离子导体点包覆的方法为原位包覆法：制备无机快离子导体原料的醇溶液，将高镍层状氧化物正极前驱体与上述醇溶液充分混合，蒸干溶剂后与锂盐混合，进行高温固相煅烧，得到纳米无机快离子导体点包覆的高镍层状氧化物正极材料。
13、本专利技术还提供一种固态锂离子电池高镍层状氧化物正极的表面包覆的方法，所述的纳米无机快离子导体点包覆的方法为原位包覆法：制备无机快离子导体原料的醇溶液，将高镍层状氧化物正极与上述醇溶液充分混合，蒸干溶剂后，进行高温固相煅烧，得到纳米无机快离子导体点包覆的高镍层状氧化物正极材料。
14、本专利技术还提供一种固态锂离子电池高镍层状氧化物正极的表面包覆的方法，其特征在于：所述的超薄有机导电聚合物面包覆的方法，包括以下步骤：
15、将有机导电聚合物溶于有机溶剂(如dmf、nmp等)，将上述制备的纳米无机快离子导体点包覆的高镍层状氧化物正极材料与上述有机溶液充分混合，真空烘干有机溶剂，进行低温热处理，得到最终的纳米无机快离子导体点包覆、超薄有机导电聚合物面包覆的高镍层状氧化物正极材料。
16、进一步地，所述的有机溶剂包括dmf、nmp中的一种或多种。
17、与现有技术相比，本专利技术具有如下技术优势：
18、(1)机械稳定性高：有机导电聚合物具有柔性、延展性，在正极颗粒体积收缩/膨胀过程中不会产生机械降解或形成空洞，从而阻隔高镍层状氧化物正极与固态电解质的直接接触，有效提升界面的机械稳定性；
19、(2)化学/电化学稳定性高：无机快离子导体与有机导电聚合物都具有高的抗氧化性，不与高镍层状氧化物正极、固态电解质发生化学、电化学反应，从而抑制界面副反应，有效提升界面的化学、电化学稳定性；
20、(3)锂离子扩散速率高：无机快离子导体中的金属元素通过金属-氧键“锚定”表面晶格氧，外延生长，构建稳定快速的锂离子扩散通道，提升正极/固态电解质界面的锂离子传输速率；
21、(4)电子传输速率高：有机导电聚合物中的有机官能团通过配位效应“螯合”表面镍原子，在正极颗粒间构建三维导电网络，促进正极颗粒间的电子渗透。
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1.一种固态锂离子电池高镍层状氧化物正极的表面包覆策略，其特征在于，为“无机有机结合、点面包覆结合、锚定螯合效应结合”策略，先在高镍层状氧化物正极颗粒表面进行纳米无机快离子导体点包覆，再进行超薄有机导电聚合物面包覆。
2.根据权利要求1所述的固态锂离子电池高镍层状氧化物正极的表面包覆策略，其特征在于，所述的无机快离子导体为纳米级粒径，以点状均匀分布在正极颗粒表面，形成点包覆；有机导电聚合物在正极颗粒表面均匀成膜，厚度不超过纳米无机快离子导体的粒径，以免影响锂离子扩散通路，形成面包覆。
3.根据权利要求1所述的固态锂离子电池高镍层状氧化物正极的表面包覆策略，其特征在于，所述的无机快离子导体包括LATP、LAGP、Li3PO4、LiTaO3、LiNbO3、LiZrO3、Li4Ti5O12、Li2SiO3、Al2O3中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的固态锂离子电池高镍层状氧化物正极的表面包覆策略，其特征在于，所述的无机快离子导体的纳米级粒径为1-100nm。
5.根据权利要求1所述的固态锂离子电池高镍层状氧化物正极的表面包覆策略，
6.一种根据权利要求1-5任一项所述的固态锂离子电池高镍层状氧化物正极的表面包覆的方法，其特征在于：所述的纳米无机快离子导体点包覆的方法为非原位包覆法：水热法或高温固相法制备无机快离子导体粉末，砂磨破碎，分散入去离子水中，静置制成纳米无机快离子导体的溶胶分散液；将高镍层状氧化物正极材料与上述溶胶分散液充分混合，蒸干溶剂后进行高温固相煅烧，得到纳米无机快离子导体点包覆的高镍层状氧化物正极材料。
7.一种根据权利要求1-5任一项所述的固态锂离子电池高镍层状氧化物正极的表面包覆的方法，其特征在于：所述的纳米无机快离子导体点包覆的方法为原位包覆法：制备无机快离子导体原料的醇溶液，将高镍层状氧化物正极前驱体与上述醇溶液充分混合，蒸干溶剂后与锂盐混合，进行高温固相煅烧，得到纳米无机快离子导体点包覆的高镍层状氧化物正极材料。
8.一种根据权利要求1-5任一项所述的固态锂离子电池高镍层状氧化物正极的表面包覆的方法，其特征在于：所述的纳米无机快离子导体点包覆的方法为原位包覆法：制备无机快离子导体原料的醇溶液，将高镍层状氧化物正极与上述醇溶液充分混合，蒸干溶剂后，进行高温固相煅烧，得到纳米无机快离子导体点包覆的高镍层状氧化物正极材料。
9.一种根据权利要求1-5任一项所述的固态锂离子电池高镍层状氧化物正极的表面包覆的方法，其特征在于：所述的超薄有机导电聚合物面包覆的方法，包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的固态锂离子电池高镍层状氧化物正极的表面包覆的方法，其特征在于：所述的有机溶剂包括DMF、NMP中的一种或多种。
...【技术特征摘要】
1.一种固态锂离子电池高镍层状氧化物正极的表面包覆策略，其特征在于，为“无机有机结合、点面包覆结合、锚定螯合效应结合”策略，先在高镍层状氧化物正极颗粒表面进行纳米无机快离子导体点包覆，再进行超薄有机导电聚合物面包覆。
2.根据权利要求1所述的固态锂离子电池高镍层状氧化物正极的表面包覆策略，其特征在于，所述的无机快离子导体为纳米级粒径，以点状均匀分布在正极颗粒表面，形成点包覆；有机导电聚合物在正极颗粒表面均匀成膜，厚度不超过纳米无机快离子导体的粒径，以免影响锂离子扩散通路，形成面包覆。
3.根据权利要求1所述的固态锂离子电池高镍层状氧化物正极的表面包覆策略，其特征在于，所述的无机快离子导体包括latp、lagp、li3po4、litao3、linbo3、lizro3、li4ti5o12、li2sio3、al2o3中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的固态锂离子电池高镍层状氧化物正极的表面包覆策略，其特征在于，所述的无机快离子导体的纳米级粒径为1-100nm。
5.根据权利要求1所述的固态锂离子电池高镍层状氧化物正极的表面包覆策略，其特征在于，所述的有机导电聚合物包括聚苯胺、聚丙烯腈、聚吡咯、聚乙烯二氧噻吩及其衍生物中的一种或多种。
6.一种根据权利要求1-5任一项所述的固态锂离子电池高镍层状氧化物正极的表面包覆的方法，其特征在于：所述的纳米无机快离子导体点包覆...
【专利技术属性】
技术研发人员：李际洋，赖浩然，葛震，张熙贵，徐自强，吴孟强，
申请(专利权)人：电子科技大学长三角研究院湖州，
类型：发明
国别省市：
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