一种电解质包覆改性正极材料及固态电池的制作方法

本发明涉及电池材料，具体为一种电解质包覆改性正极材料及固态电池。

背景技术：

1、全固态电池是用固体电解质代替液体电解液的电池系统。由于全固态电池采用具有高导电性和阻燃性的材料，因而能够实现电池的高能量和高输出密度，且由于锂离子是在不易燃烧的固体电解质中移动的，因此，固态电池相较于常规使用电解液的电池来说，安全性更高，且蓄电量、输出功率也更大，固态电池采用固态电解质代替传统锂电池中的隔膜和电解液，显著降低了电池的自燃和爆炸风险，高温时不会出现明显分解，安全性高、工作温度范围宽，并且固态电解质较难泄露、挥发，长期循环时电解质不会发生干涸问题，循环寿命长、电池寿命长，其具有较高的能量密度和出色的安全性能，被普遍认为是未来锂电池的发展方向，但固态电池的发展依然面临着不小的阻力，包括不良的固-固接触、界面副反应及空间电荷层引起的大界面电阻，造成的固态电池首效较低、倍率性能差、容量快速衰减等问题。

2、随着电动汽车、智能手机等电子设备的普及，对锂离子电池的性能要求日益增高，然而，传统的液态电解质电池存在易泄漏、易燃易爆等安全隐患，且其离子传输速度有限，难以满足高能量密度、高功率密度电池的需求，因此，研发新型固态电解质包覆改性正极材料成为当前锂离子电池领域的热点之一。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种电解质包覆改性正极材料及固态电池，解决了上述背景技术中所提到的问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种电解质包覆改性正极材料，由正极材料基体和包覆在其表面的固态电解质层组成；

3、所述固态电解质层采用锂离子导电玻璃li2o-b2o3-m体系，其中m选自硫酸锂、二氧化硅、氧化铝中的至少一种，或它们的组合。

4、优选的，所述固态电解质层通过化学气相沉积法或溶胶-凝胶法等技术在正极材料基体表面均匀包覆。

5、优选的，所述硫酸锂、二氧化硅和氧化铝的质量比为3:2:1。

6、优选的，所述正极材料基体包括三元材料、磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂或富锂正极材料中的任意一种或至少两种的组合。

7、优选的，所述固态电解质层的厚度为10-50μm。

8、另一方面，本发明提供一种上述电解质包覆改性正极材料的制备方法，包括以下步骤：

9、s1、固态电解质前驱体的制备：将锂源、硼源和m源按照预设比例混合，并加入有机溶剂中，通过搅拌和加热使原料充分溶解和反应，得到均匀的固态电解质前驱体溶胶，溶胶的稳定性和粘度通过滴加稳定剂进行调节，以确保其在正极材料表面的均匀包覆；

10、s2、正极材料基体的制备：采用常规的固相反应法制备所需的正极材料基体，原料选用钴酸锂或磷酸铁锂，在制备过程中，需严格控制原料的纯度、反应温度和时间等参数，以确保基体材料具有良好的电化学性能和结构稳定性；

11、s3、固态电解质包覆：将正极材料基体加入固态电解质前驱体溶胶中，通过搅拌、超声等方式使溶胶均匀包覆在正极材料基体表面，然后，将包覆后的材料转移到聚四氟乙烯反应釜内衬中，在适当的温度150-220℃和时间2-4小时下进行溶剂热法处理，在此过程中，固态电解质前驱体转化为固态电解质层，并紧密附着在正极材料基体表面；

12、s4、煅烧处理：将包覆有固态电解质层的正极材料前驱体进行煅烧处理，煅烧温度控制在600-800℃之间，时间为4-8小时，去除有机溶剂和未反应的杂质，使固态电解质层更加致密、均匀；

13、s5、后处理：对煅烧后的材料进行破碎、筛分等后处理步骤，去除多余的颗粒和杂质，最终得到粒度均匀、性能优异的固态电解质包覆改性正极材料。

14、优选的，所述s1中，锂源包括碳酸锂、硝酸锂、镍酸锂、氢氧化锂、一水合氢氧化锂、氢化锂、氟化锂、氯化锂、溴化锂、乙酸锂、氧化锂、硫酸锂、柠檬酸锂中的至少一种。

15、再一方面，本发明还提供一种固态电池，包括上述电解质包覆改性正极材料或上述制备方法得到的电解质包覆改性正极材料。

16、有益效果

17、本发明提供了一种电解质包覆改性正极材料及固态电池。与现有技术相比具备以下有益效果：该电解质包覆改性正极材料及固态电池，通过优化固态电解质层的组成和制备工艺，该层能够有效隔离正极材料与电解液，防止电解液对正极材料的腐蚀和剥离，同时提供高效的离子传输通道，显著提高电池的循环稳定性、倍率性能和安全性，正极材料具有优异的循环稳定性，通过固态电解质层的隔离和保护作用，有效抑制了电解液对正极材料的腐蚀和剥离，显著延长了电池的使用寿命，显著提升了电池的倍率性能，固态电解质层提供了高效的离子传输通道，降低了离子传输的阻力，使电池能够在高倍率下快速充放电，提高了电池的安全性，固态电解质层有效隔离了正负极材料，避免了液态电解质可能引发的泄漏和燃烧等安全隐患，显著提高了电池的安全性能，制备方法简单、成本低廉，易于实现大规模工业化生产，通过优化制备工艺和参数，可以进一步提高正极材料的性能和稳定性。

技术特征：

1.一种电解质包覆改性正极材料，其特征在于：由正极材料基体和包覆在其表面的固态电解质层组成；

2.根据权利要求1所述的一种电解质包覆改性正极材料，其特征在于：所述固态电解质层通过化学气相沉积法或溶胶-凝胶法等技术在正极材料基体表面均匀包覆。

3.根据权利要求1所述的一种电解质包覆改性正极材料，其特征在于：所述硫酸锂、二氧化硅和氧化铝的质量比为3:2:1。

4.根据权利要求1所述的一种电解质包覆改性正极材料，其特征在于：所述正极材料基体包括三元材料、磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂或富锂正极材料中的任意一种或至少两种的组合。

5.根据权利要求1所述的一种电解质包覆改性正极材料，其特征在于：所述固态电解质层的厚度为10-50μm。

6.一种权利要求1-5任一项的电解质包覆改性正极材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述s1中，锂源包括碳酸锂、硝酸锂、镍酸锂、氢氧化锂、一水合氢氧化锂、氢化锂、氟化锂、氯化锂、溴化锂、乙酸锂、氧化锂、硫酸锂、柠檬酸锂中的至少一种。

8.一种固态电池，其特征在于：包括权利要求1-5任一项所述的电解质包覆改性正极材料或权利要求6-7任一项所述的制备方法得到的电解质包覆改性正极材料。

技术总结本发明公开了一种电解质包覆改性正极材料，正极材料基体和包覆在其表面的固态电解质层组成；固态电解质层采用锂离子导电玻璃Li<subgt;2</subgt;O‑B<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;‑M体系，其中M选自硫酸锂、二氧化硅、氧化铝中的至少一种，或它们的组合，本发明涉及电池材料技术领域。该电解质包覆改性正极材料及固态电池，通过优化固态电解质层的组成和制备工艺，该层能够有效隔离正极材料与电解液，防止电解液对正极材料的腐蚀和剥离，同时提供高效的离子传输通道，显著提高电池的循环稳定性、倍率性能和安全性，正极材料具有优异的循环稳定性，通过固态电解质层的隔离和保护作用，有效抑制了电解液对正极材料的腐蚀和剥离，显著延长了电池的使用寿命，显著提升了电池的倍率性能。技术研发人员：刘浩博,王宾受保护的技术使用者：中科融能（盐城）科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/9