一种正极材料的包覆前驱体、包覆型正极材料以及制备方法和应用与流程

本发明属于电池，具体涉及一种正极材料的包覆前驱体、包覆型正极材料以及制备方法和应用。

背景技术：

1、随着全球对新能源的需求日益增长，电池作为一种高效、清洁的能源储存和转换装置，其应用越来越广泛。其中，全固态电池因其高能量密度、高安全性和长循环寿命等优点，被视为下一代电池的重要发展方向。然而，全固态电池的关键技术挑战之一是如何解决高镍三元正极与硫化物电解质之间的界面问题。这是因为高镍三元正极的反应活性极高，会导致硫化物电解质的分解劣化，从而影响电池的性能。

2、为了解决这个问题，现有技术通常采用在三元正极表面包覆的方法，以降低活性物质与电解质之间的界面反应。这种方法通常使用氧化铝或二氧化钛等惰性物质进行包覆。然而，这种方法存在一些问题，例如，包覆层所使用的氧化物不具备离子导电能力，这会影响正极活性物质与电解质之间的离子传输，从而影响电池的倍率性能和容量发挥。此外，包覆层的均匀性也是一个问题，因为即使使用的是纳米级的氧化铝、氧化钛颗粒，他们在包覆过程中也会不可避免地存在团聚，形成点状包覆，而不是均匀的面状包覆。

3、综上所述，现有的三元正极表面包覆方法存在几个主要问题。首先，包覆层所使用的氧化物不具备离子导电能力，这会影响正极活性物质与电解质之间的离子传输，从而影响电池的倍率性能和容量发挥。其次，包覆层的均匀性是一个问题，因为即使使用的是纳米级的氧化铝、氧化钛颗粒，他们在包覆过程中也会不可避免地存在团聚，形成点状包覆，而不是均匀的面状包覆。最后，现有的包覆方法通常是在高温下进行的，这可能会导致三元正极的结构破坏，从而影响电池的性能。

4、因此，提供一种能在低温条件下制备、包覆均匀且具有离子导电能力的包覆层的三元正极材料是需待解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种正极材料的包覆前驱体、包覆型正极材料以及制备方法和应用，本发明提供的包覆型正极材料包覆层可以在较低的温度条件下制备，包覆层包覆均匀且具有离子导电能力。

2、本发明提供了一种正极材料的包覆前驱体，所述包覆前驱体为lialcl2o。

3、优选的，所述包覆前驱体的制备方法包括以下步骤：

4、将licl、alcl3以及al2o3混合，在保护气氛条件下进行加热反应，得到lialcl2o。

5、优选的，所述保护气氛条件为氩气、氮气或真空气氛。

6、优选的，所述加热反应的温度为450～550℃。

7、本发明还提供了一种包覆型正极材料，包括正极活性物质以及包覆于所述正极活性物质表面的包覆层，所述包覆层由上述包覆前驱体制备而成。

8、优选的，所述包覆层包括licl、alcl3以及al2o3。

9、本发明还提供了一种上述包覆型正极材料的制备方法，包括以下步骤：

10、将包覆前驱体与正极活性物质混合，得到混合物，将所述混合物在保护气氛条件下进行加热，得到前驱体包覆的正极材料；

11、将所述前驱体包覆的正极材料进行充电，得到包覆型正极材料。

12、优选的，所述包覆前驱体占所述混合物的0.1wt％～5wt％；

13、所述保护气氛条件为氩气、氮气或真空气氛，所述加热的温度为150～200℃，所述加热的时间为30～180min。

14、优选的，所述充电的条件为：

15、设置充电倍率在0.01c～0.05c；当正极电位升高至3.5～3.8v之间时，在该电位下静置60～180min；接着，继续充电至3.8～3.9v，并该电位下静置30～180min。

16、本发明还提供了一种全固态电池，包括上述包覆型正极材料。

17、与现有技术相比，本发明提供了一种正极材料的包覆前驱体，所述包覆前驱体为lialcl2o。本发明以lialcl2o为包覆层的前驱体，制备包覆型正极材料，通过简单的熔融加热获得lialcl2o包覆的正极材料，然后通过特定的充电方式，前驱体原位分解产生licl、lialcl4以及al2o3，形成包覆层，形成的包覆层更加均匀，并且具有离子导电能力。本发明提供的包覆层具有面状均匀包覆的特性，相比于现有技术中的点状包覆，更能有效隔离正极活性物质与电解质的直接接触，从而减少界面反应，提高电池的稳定性和寿命。本发明的包覆层是由分子层级均匀混合的耐氧化性物质与具有离子导电性的物质组成的，这样既可以起到隔离正极活性物质与电解质的直接接触，又可以在包覆层之中构建离子通道，使包覆层对电池倍率的影响降至最低。本发明中的包覆层是在充电过程中原位形成的，相比于现有技术中的高温包覆方法，本发明的包覆过程更加温和，不会导致三元正极的结构破坏，从而保证了电池的性能。本发明的包覆剂前驱体具有在电压为3.5v之上分解的特性，这种特性使得包覆剂的前驱体能够在电池首周充电过程中发生分解，形成包覆产物，为一种全新的包覆方法，得到的3种包覆物具备分子级别混合的特征，在正极颗粒表面分布均匀，且呈现均匀的面状包覆。

技术特征：

1.一种正极材料的包覆前驱体，其特征在于，所述包覆前驱体为lialcl2o。

2.一种如权利要求1所述的包覆前驱体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述保护气氛条件为氩气、氮气或真空气氛。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述加热反应的温度为450～550℃。

5.一种包覆型正极材料，其特征在于，包括正极活性物质以及包覆于所述正极活性物质表面的包覆层，所述包覆层由权利要求1所述的包覆前驱体制备而成。

6.根据权利要求5所述的包覆型正极材料，其特征在于，所述包覆层包括licl、alcl3以及al2o3。

7.一种如权利要求5或6所述的包覆型正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述包覆前驱体占所述混合物的0.1wt％～5wt％；

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述充电的条件为：

10.一种全固态电池，其特征在于，包括权利要求5或6所述的包覆型正极材料。

技术总结本发明提供了一种正极材料的包覆前驱体，所述包覆前驱体为LiAlCl2O。本发明以LiAlCl2O为包覆层的前驱体，制备包覆型正极材料，通过简单的熔融加热获得LiAlCl2O包覆的正极材料，然后通过特定的充电方式，前驱体原位分解产生LiCl、LiAlCl4以及Al2O3，形成包覆层，形成的包覆层更加均匀，并且具有离子导电能力。技术研发人员：周龙捷,李瑞杰,唐海琳,戴鑫,陈兴龙,李立飞受保护的技术使用者：蓝固（常州）新能源有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/14