掺杂正极材料及其制备方法和应用.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111430702A(43)申请公布日2020.07.17(21)申请号202010161927.9H01M4/58(2010.01)(22)申请日2020.03.10H01M10/0525(2010.01)C01G53/00(2006.01)(71)申请人蜂巢能源科技有限公司地址213200江苏省常州市金坛区鑫城大道8899号(72)发明人李红朝拉杰什·麦加朱金鑫周龙捷普拉杰什·PP梁磊马忠龙(74)专利代理机构北京清亦华知识产权代理事务所(普通合伙)11201代理人肖阳(51)Int.Cl.H01M4/485(2010.01)H01M4/505(2010.01)H01M4/525(2010.01)权利要求书1页说明书9页附图3页(54)发明名称掺杂正极材料及其制备方法和应用(57)摘要本发明公开了掺杂正极材料及其制备方法和应用。该掺杂正极材料包括：正极材料本体和掺杂材料，所述掺杂材料分布在所述正极材料本体内，且在沿所述正极材料本体内部到表面的方向，所述掺杂材料的浓度逐渐降低。该掺杂正极材料通过掺杂材料的修饰，一方面整体电化学性能显著提高，另一方面通过采用掺杂材料浓度沿正极材料本体内部到表面的方向逐渐降低的梯度设计，获得了更高的结构稳定性，且与电解质接触时的副反应活性大大降低，适用于全固态电池正极材料的应用。此外，通过采用上述掺杂修饰，还能够显著改善正极材料与电解质之间的固-固相接触以及相界面的特点，提高电池的循环容量，改善大电流下的倍率性能。CN111430702ACN111430702A权利要求书1/1页1.一种掺杂正极材料，其特征在于，包括：正极材料本体；掺杂材料，所述掺杂材料分布在所述正极材料本体内，且在沿所述正极材料本体内部到表面的方向，所述掺杂材料的浓度逐渐降低。2.根据权利要求1所述的掺杂正极材料，其特征在于，所述正极材料本体包括选自氧化物、硫化物、硒化物中的至少之一。3.根据权利要求2所述的掺杂正极材料，其特征在于，所述正极材料本体包括选自镍锰酸锂、钴酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、锰酸锂、五氧化二钒、钴锰酸锂、硫化锂、硫化钒中的至少之一。4.根据权利要求1所述的掺杂正极材料，其特征在于，所述掺杂材料包括选自Ti、V、Nb、Ge、Mg、Al、Zr、Zn、Cr、La、Ce中的至少之一。5.根据权利要求1所述的掺杂正极材料，其特征在于，所述掺杂材料的浓度为500ppm～8000ppm。6.一种制备权利要求1～5任一项所述的掺杂正极材料的方法，其特征在于，包括：(1)向反应底液中加入金属盐溶液、掺杂元素前驱液、沉淀剂和络合剂并进行反应，得到混合浆料；(2)对所述混合浆料进行后处理，得到掺杂正极材料前驱体；(3)将所述掺杂正极材料前驱体与锂源混合并进行煅烧，得到所述掺杂正极材料；其中，向反应底液中加入所述掺杂元素前驱液的过程中，所述掺杂元素前驱液的单位时间加入量和反应进行时间满足递减线性函数关系或者递减指数函数关系。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，向反应底液中加入所述掺杂元素前驱液的过程中，所述掺杂元素前驱液的单位时间加入量和反应进行时间满足式(I)或者式(II)所示的函数关系：y＝mx+b(I)y＝nx(II)式(I)、式(II)中，y为杂元素前驱液的单位时间加入量，x为反应进行的时间，-10<m<0，-5≤b≤5，0<n<1。8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述掺杂元素前驱液的浓度为5～80g/L。9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述金属盐溶液的浓度为60～160g/L；任选地，所述沉淀剂为氢氧化钠水溶液；任选地，所述络合剂为氨水溶液。10.一种电池，其特征在于，包括：正极、负极和电解质，所述正极包括权利要求1～5任一项所述的掺杂正极材料；任选地，所述电解质包括Li7P3S11、Li9.54Si1.74P1.44S11.7Cl0.3、Li10SnP2S12、Li6PS5Cl、Li3PS4、Li2S–P2S5、75Li2S·25P2S5、90Li3PS4–10ZnO、9Li2S-3P2S5-1Ni3S2、60Li2S-25P2S5–10Li3N、78Li2S-22P2S5、80(0.7Li2S-0.3P2S5)-20LiI、99(70Li2S-30P2S5)-1Li2ZrO3、70Li2S-29P2S5-1Li3PO4、70Li2S-29P2S5-1P2S3、Li7P2.9S10.85Mo0.01、90(0.7Li2S-0.3P2S5)-10LiBr、75Li2S-23P2S5-2P2Se5、95(0.8Li2S-0.2P2S5)-5LiI、Li10.35[Sn0.27Si1.08]P1.65S12、Li10G