本發明屬于電池,涉及一種正極材料,尤其涉及一種固態電池復合正極材料及其制備方法與應用。
背景技術:
1、鋰離子電池因其工作電壓高、能量密度高、循環時間長等優點,在手機、個人電腦等電子設備中被用作電源。近年來,隨著電子技術的發展,人們對于電力儲存設備的要求越來越高,目前被廣泛使用的液態鋰離子電池的安全性能以及現有能量密度均難以進一步滿足更大規模商業化應用需求。因此研究人員提出采用具有不可燃特性的固態電解質代替液態電解液的方案策略,有利于提高電池的安全性。
2、ncm三元正極材料具備能量密度高、成本低以及環境友好的優點,目前已經被證明具有很大的實際應用和商業化價值。同時,硫化物固態電解質擁有較高的離子電導率和較柔軟的機械性能,也具備較高的推廣應用價值。但ncm三元正極材料與硫化物固態電解質之間的界面不穩定性限制了其組成的全固態鋰電池的進一步發展。因此,研究人員致力于尋找穩定的界面結構構件方法,以此來提升ncm三元正極材料與硫化物電解質組成的全固態鋰電池界面穩定性與電池整體性能。此外,ncm三元正極與硫化物電解質之間還存在著化學和電化學副反應所帶來的一系列問題。
3、因此,研究ncm正極材料與硫化物固態電解質的界面問題并找到合適的解決方案,是提升全固態鋰電池性能的關鍵。
技術實現思路
1、針對現有技術存在的不足,本發明的目的在于提供一種固態電池復合正極材料及其制備方法與應用,所述制備方法改善了三元正極材料與硫化物固態電解質的界面狀態,降低了界面阻抗,提高了固態鋰離子電池的充放電容量。
2、為達到此發明目的,本發明采用以下技術方案:
3、第一方面,本發明提供了一種固態電池復合正極材料的制備方法,所述制備方法包括如下步驟:
4、(1)混合三元正極材料與石墨烯,得到石墨烯包覆正極材料;
5、(2)球磨混合硫化物電解質與步驟(1)所述石墨烯包覆正極材料,得到所述固態電池復合正極材料。
6、本發明提供的制備方法首先在三元正極材料表面包覆石墨烯,再進行固態電解質的包覆,改善了三元正極材料與硫化物固態電解質的界面狀態;而且,通過球磨混合的方式實現硫化物電解質與三元正極材料包覆的過程中,通過反復擠壓、變形、斷裂與焊合,增大了三元正極材料與硫化物電解質的固-固接觸面積,進而改善了界面,降低了界面阻抗,提高了固態鋰離子電池的充放電容量。
7、優選地,步驟(1)所述三元正極材料為ncm正極材料。
8、優選地,步驟(1)所述三元正極材料與石墨烯的質量比為380:1-420:1。
9、優選地,步驟(2)所述硫化物電解質包括li2s、li3ps4、li6ps5cl或li7ge3ps12中的任意一種或至少兩種的組合。
10、優選地,步驟(2)所述硫化物電解質與步驟(1)所述三元正極材料的質量比為1.4:1-1.6:1。
11、優選地,步驟(2)所述球磨混合的轉速為100r/min-500r/min。
12、優選地,步驟(2)所述球磨混合的時間為4h-20h。
13、優選地,步驟(1)所述混合的方法包括超聲攪拌。
14、優選地,所述超聲攪拌的時間為1h-3h。
15、第二方面,本發明提供了一種固態電池復合正極材料,所述固態電池復合正極材料由第一方面所述制備方法制備得到。
16、第三方面,本發明提供了一種固態鋰離子電池,所述固態鋰離子電池包括第二方面所述的固態電池復合正極材料。
17、本發明所述的數值范圍不僅包括上述例舉的點值,還包括沒有例舉出的上述數值范圍之間的任意的點值,限于篇幅及出于簡明的考慮,本發明不再窮盡列舉所述范圍包括的具體點值。
18、相對于現有技術,本發明具有以下有益效果:
19、本發明提供的制備方法首先在三元正極材料表面包覆石墨烯,再進行固態電解質的包覆,改善了三元正極材料與硫化物固態電解質的界面狀態,降低了界面阻抗,提高了固態鋰離子電池的充放電容量。
1.一種固態電池復合正極材料的制備方法,其特征在于,所述制備方法包括如下步驟:
2.根據權利要求1所述的制備方法,其特征在于,步驟(1)所述三元正極材料為ncm正極材料。
3.根據權利要求1所述的制備方法,其特征在于,步驟(1)所述三元正極材料與石墨烯的質量比為380:1-420:1。
4.根據權利要求1所述的制備方法,其特征在于,步驟(2)所述硫化物電解質包括li2s、li3ps4、li6ps5cl或li7ge3ps12中的任意一種或至少兩種的組合。
5.根據權利要求1所述的制備方法,其特征在于,步驟(2)所述硫化物電解質與步驟(1)所述三元正極材料的質量比為1.4:1-1.6:1。
6.根據權利要求1所述的制備方法,其特征在于,步驟(2)所述球磨混合的轉速為100r/min-500r/min;
7.根據權利要求1所述的制備方法,其特征在于,步驟(1)所述混合的方法包括超聲攪拌。
8.根據權利要求7所述的制備方法,其特征在于,所述超聲攪拌的時間為1h-3h。
9.一種固態電池復合正極材料,其特征在于,所述固態電池復合正極材料由權利要求1-8任一項所述制備方法制備得到。
10.一種固態鋰離子電池,其特征在于,所述固態鋰離子電池包括權利要求9所述的固態電池復合正極材料。