WSe2改性的固态电池正极材料及其制备方法与流程

本发明属于固态电池领域，具体涉及wse2改性的固态电池正极材料及其制备方法。

背景技术：

1、随着对新能源汽车续航里程要求的不断提高，高容量、高电压的正极材料如高镍三元、富锂锰基等越来越受到青睐。然而，此类正极材料在充放电过程中会发生h2→h3的相变，出现阳离子混排、颗粒开裂等问题，这会导致容量的衰减和过电位的增加；此外，高氧化性的正极材料还会和电解质发生副反应，进一步致使界面电阻增加和容量下降。

2、为此需要对正极材料进行改性，国内外一般的改性思路有以下几种：1、表面涂层2、元素掺杂3、浓度梯度设计。其中，浓度梯度设计被认为未来最有前景，但是，其设计本身较为复杂，在工业化实现方面有很大挑战；元素掺杂也是较为常见的设计思路，通过引入掺杂元素来改良正极材料的某方面的性质，但是其本身很难兼顾全局，往往只能针对一种问题来给出较好的答案，此外，某些掺杂元素价格较为昂贵。因此，兼具易于工业化扩大和对各种问题兼顾周全的表面涂层策略被认为是最有产业价值的选择。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种wse2改性的固态电池正极材料。

2、本发明所提供的wse2改性的固态电池正极材料，包括固态电池正极材料和包覆在所述固态电池正极材料表面的wse2功能涂层；

3、其中，所述固态电池正极材料具体可为高镍三元材料或富锂锰基材料，

4、所述高镍三元材料的分子式可为linixcoym1-x-yo2，其中m为mn、al、w、zr、mg、b、nb、ta、mo、la和ti中至少一种，x≥0.80，0≤y≤0.20；

5、所述富锂锰基材料的分子式可为xli2mno3·(1-x)limo2(m为过渡金属，具体可为mn、ni、co之一或任意组合；0≤x≤1)，

6、所述富锂锰基材料具体可为nmc811；

7、所述wse2改性的固态电池正极材料中，wse2功能涂层的厚度为1-100nm，wse2功能涂层的质量占总重量的0.1-10％，具体可为1-10％，更具体可为10％。

8、上述wse2改性的固态电池正极材料通过包括如下步骤的方法制备得到：

9、1)制备wse2纳米片；

10、2)将所得wse2纳米片引入固态电池正极材料表面，得到wse2改性的固态电池正极材料。

11、上述方法步骤1)的操作为：将w箔和se分别引入预热至600-1200℃(具体可为900℃)和500-800℃(具体可为650℃)的炉中，在惰性气流中形成wse2沉积在w箔表面，在有机溶剂中将w箔表面形成的块状wse2剥离成纳米片；

12、其中，所述w箔的纯度为99.999％；

13、所述se的纯度为99.999％；

14、所述w箔在反应前先在稀hcl中蚀刻，并在异丙醇中超声处理以去除w箔表面原有的氧化物，所述稀盐酸的浓度可为0.01m；

15、所述有机溶剂具体可为异丙醇；

16、上述方法步骤2)的操作为：将wse2纳米片超声分散在异丙醇中得到wse2纳米片分散液，将正极材料和圆柱形氧化锆球(滚子)放入分散液中，滚筒混合使得wse2纳米片与正极材料混合，将所得混合物干燥，再将干燥的粉末材料进一步混合，取出，热处理得到wse2改性的固态电池正极材料；

17、其中，wse2纳米片与正极材料的质量比可为0.1-10g：9.9g，具体可为0.1g：9.9g；

18、所述超声处理的条件可为80khz下超声处理8小时；

19、wse2纳米片与异丙醇的配比可为0.1g：10ml；

20、所述正极材料与滚子的质量比可为1:8；

21、所述滚筒混合的条件为以500rpm的速度混合2小时；

22、所述干燥为将所得混合物在80℃的空气烘箱中蒸发至干燥；

23、所述进一步混合的操作为在同一滚筒混合器中以500rpm的速度再进行15分钟的干相混合；

24、所述热处理在惰性气氛中进行，所述热处理的温度可为80-200℃，具体可为130℃，所述热处理的时间可为2-10h，具体可为2h。

25、热处理是为了使wse2涂层与正极颗粒更好地结合，如不进行热处理在后续的电化学工程中可能会导致wse2涂层脱落。

26、上述wse2改性的固态电池正极材料在固态电池中的应用也属于本发明的保护范围。

27、本发明还提供一种固态电池，所述固态电池含有上述wse2改性的固态电池正极材料。

28、本发明具有以下有益效果：

29、(1)在1c下循环400圈，无涂层的正极材料(ncm811)容量保持率仅37％，而wse2@nmc811的容量保持率为98％。

30、(2)在高倍率(3c)下循环400圈，无涂层正极材料(ncm811)容量保持率仅24％，而wse2@nmc811的容量保持率为96％。

31、本申请通过引入wse2涂层，既缓解了循环过程中h2→h3的相变，又减缓了正极颗粒和电解质表面的副反应的进程，从而大大增加了循环性。其本身设计较为简单，有工业化大规模应用的前景，也能兼顾高镍正极面临的多重问题，达到不错的综合效果。

技术特征：

1.一种wse2改性的固态电池正极材料，包括固态电池正极材料和包覆在所述固态电池正极材料表面的wse2功能涂层。

2.根据权利要求1所述的wse2改性的固态电池正极材料，其特征在于：所述固态电池正极材料为高镍三元材料或富锂锰基材料。

3.根据权利要求2所述的wse2改性的固态电池正极材料，其特征在于：所述高镍三元材料的分子式为linixcoym1-x-yo2，其中m为mn、al、w、zr、mg、b、nb、ta、mo、la和ti中至少一种，x≥0.80，0≤y≤0.20。

4.根据权利要求2所述的wse2改性的固态电池正极材料，其特征在于：所述富锂锰基材料的分子式为xli2mno3·(1-x)limo2，m为过渡金属，0≤x≤1。

5.根据权利要求1所述的wse2改性的固态电池正极材料，其特征在于：所述wse2改性的固态电池正极材料中，wse2功能涂层的厚度为1-100nm，wse2功能涂层的质量占总重量的0.1-10％。

6.制备权利要求1-5中任一项所述wse2改性的固态电池正极材料的方法，包括如下步骤：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：步骤1)的操作为：将w箔和se分别引入预热至600-1200℃和500-800℃的炉中，在惰性气流中形成wse2沉积在w箔表面，在有机溶剂中将w箔表面形成的块状wse2剥离成纳米片。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：步骤2)的操作为：将wse2纳米片超声分散在异丙醇中得到wse2纳米片分散液，将正极材料和圆柱形氧化锆球放入分散液中，滚筒混合使得wse2纳米片与正极材料混合，将所得混合物干燥，再将干燥的粉末材料进一步混合，取出，热处理得到wse2改性的固态电池正极材料。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：wse2纳米片与正极材料的质量比为0.1-1g：9.9g；

10.一种固态电池，所述固态电池含有权利要求1-5中任一项所述的wse2改性的固态电池正极材料。

技术总结
本发明公开了WSe<subgt;2</subgt;改性的固态电池正极材料及其制备方法。包括固态电池正极材料和包覆在所述固态电池正极材料表面的WSe<subgt;2</subgt;功能涂层。通过引入WSe<subgt;2</subgt;涂层，既缓解了循环过程中H2→H3的相变，又减缓了正极颗粒和电解质表面的副反应的进程，从而大大增加了循环性。其本身设计较为简单，有工业化大规模应用的前景，也能兼顾高镍正极面临的多重问题，达到不错的综合效果。

技术研发人员：王伯杨,周悦,朱星宝,张颖
受保护的技术使用者：合肥国轩高科动力能源有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15