一种正极材料及其制备方法和应用与流程

本发明属于锂离子电池，具体涉及一种正极材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、为了提升锂离子电池的能量密度，通常同时从掺混大颗粒与小颗粒、提高极片的压实密度至3.6g/cm3以上这两方面来提升能量密度。其中，压实密度的提升通常需要对颗粒施加较大的机械外力来实现，但大颗粒与小颗粒在承受机械外力时容易产生应力，导致颗粒出现裂纹甚至裂开，电解液沿着裂纹进入颗粒内部，增加界面副反应，降低循环性能，因此，如何改善颗粒的裂纹缺陷对循环性能的提升尤为重要。

技术实现思路

1、本发明提供一种正极材料，通过限定压实密度以及正极材料的δd、δbet满足的关系式，确保在实现高压实密度的同时尽可能地减少裂纹缺陷，将该正极材料应用于电池中，能够有效地提升了电池的循环性能、容量。

2、本发明还提供一种正极材料的制备方法，能够制得上述性能优异的正极材料，将该正极材料应用于电池中，有利于提升电池的循环性能和容量。

3、本发明还提供一种正极片，由于包括上述正极材料，将该正极片应用于电池中，有利于提升电池的循环性能和容量。

4、本发明还提供一种电池，由于包括上述正极片，该电池兼具优异的循环性能和高容量。

5、本发明的第一方面，提供一种正极材料，在2～4t压力下保压30～80s前后，所述正极材料的dv50变化差值为δd、比表面积差值为δbet；

6、δd、δbet满足x＝δd×δbet，且x为-0.04～0；

7、所述正极材料在2～4t压力下的压实密度为3.6～3.8g/cm3。

8、如上所述的正极材料，其中，所述正极材料至少包括多晶颗粒和单晶颗粒；所述多晶颗粒在2～4t压力下保压30～80s前后的粒径变化率为β1、比表面积差值为δbet1；

9、所述单晶颗粒在2～4t压力下保压30～80s前后的粒径变化率为β2、比表面积差值为δbet2，比表面积差值的单位为m2/g；

10、β1、δbet1满足t1＝β1×δbet1，且t1为-0.01～0；

11、β2、δbet2满足t2＝β2×δbet2，且t2为-0.04～0；

12、其中，β1为所述多晶颗粒的dv50变化差值与所述多晶颗粒的平均粒径的比值，β2为所述单晶颗粒的dv50变化差值与所述单晶颗粒的平均粒径的比值。

13、如上所述的正极材料，其中，所述多晶颗粒的dv50变化差值为-0.90～-0.05μm；

14、所述单晶颗粒的dv50差值为-0.15～0μm。

15、如上所述的正极材料，其中，所述多晶颗粒的比表面积差值为0～0.3m2/g；

16、所述单晶颗粒的比表面积差值为0～0.2m2/g。

17、如上所述的正极材料，其中，经xrd射线衍射测试，所述正极材料中单晶颗粒的d104为88～105nm，所述多晶颗粒的d104为30～65nm，其中，d104是指经xrd射线衍射测试得到的104晶面的晶粒尺寸。

18、如上所述的正极材料，其中，所述多晶颗粒与所述单晶颗粒的质量比(1～7)：1；

19、所述单晶颗粒的化学式为linixm(1-x)o2，其中，0.7≤x＜1，m选自co、mn、b、mg、al、zr、sr、mo、ti中的至少两种；和/或，

20、所述多晶颗粒的化学式为liniyn(1-y)o2，其中，0.7≤y＜1，n选自co、mn、b、mg、al、zr、sr、mo、ti中的至少两种。

21、如上所述的正极材料，其中，所述正极材料在3.5t压力下的压实密度为3.6～3.8g/cm3；和/或，

22、所述正极材料的比表面积为0.45～0.90m2/g。

23、如上所述的正极材料，其中，所述正极材料在0.2c、2.5～4.25v)的条件下，克容量为200～230mah/g。

24、本发明的第二方面，提供一种第一方面所述的正极材料的制备方法，包括以下步骤：

25、将第一前驱体、第一锂盐和第一掺杂剂混合，得到第一物料；对所述第一物料依次进行第一预烧处理、第一烧结处理，得到多晶颗粒；

26、将第二前驱体、第二锂盐和第二掺杂剂混合，得到第二物料；对所述第二物料依次进行第二预烧处理、第二烧结处理，得到单晶颗粒；

27、将所述多晶颗粒和所述单晶颗粒混合，得到所述正极材料；

28、其中，所述第一预烧处理在含氧气氛下进行，第一预烧处理包括第一段预烧和第二段预烧，第一段预烧的温度为200～400℃，时间为0.5～3h，第二段预烧的温度为500～600℃，时间为3～10h；

29、所述第二预烧处理在含氧气氛下进行，第二预烧处理包括第三段预烧和第四段预烧，第三段预烧的温度为200～400℃，时间为0.5～3h，第四段预烧的温度为500～600℃，时间为3～10h；

30、所述第二段预烧的温度与所述第一段预烧的温度差值不超过320℃，所述第四段预烧的温度与所述第三段预烧的温度差值不超过350℃。

31、如上所述的制备方法，其中，在第一烧结处理之后，得到第一烧结产物，还包括对所述第一烧结产物进行第一包覆处理，得到多晶颗粒；

32、在第二烧结处理之后，得到第二烧结产物，还包括对所述第二烧结产物进行第二包覆处理，得到单晶颗粒；和/或，

33、第一前驱体、第一锂盐和第一掺杂剂的摩尔比为1：(0.98～1.08)：(0.003～0.02)；

34、第二前驱体、第二锂盐和第二掺杂剂的摩尔比为1：(0.98～1.08)：(0.003～0.02)。

35、本发明的第三方面，提供一种正极片，包括第一方面所述的正极材料或者采用第二方面所述的制备方法制得的正极材料。

36、本发明的第四方面，提供一种电池，包括第三方面所述的正极片。

37、本发明的实施，至少具有以下有益效果：

38、本发明提供的正极材料，通过限定压实密度以及正极材料的δd、δbet满足的关系式，保证正极材料的粒径变化和比表面积相互匹配，保证正极材料颗粒的形貌特征，在提升压实密度的同时，最大限度地减少裂纹缺陷，避免由于施加压力较大而导致的颗粒出现裂纹甚至裂开，减少副反应的发生，将该正极材料应用于电池中，能够有效地提升了电池的循环性能和容量。

39、本发明提供的正极材料的制备方法，通过引入掺杂剂、并在烧结处理之前增加预烧处理，能够实现锂盐和掺杂剂进入前驱体的表面和内部结构中，并使嵌锂反应温度提前，有利于增强正极材料颗粒的力学强度，能够制备得到满足关系式x＝δd×δbet，且x为-0.04～0的正极材料，将该正极材料应用于锂离子电池，该锂离子电池兼具优异的克容量和循环性能。

技术特征：

1.一种正极材料，其特征在于，在2～4t压力下保压30～80s前后，所述正极材料的dv50变化差值为δd、比表面积差值为δbet；

2.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料至少包括多晶颗粒和单晶颗粒；所述多晶颗粒在2～4t压力下保压30～80s前后的粒径变化率为β1、比表面积差值为δbet1；

3.根据权利要求2所述的正极材料，其特征在于，所述多晶颗粒的dv50变化差值为-0.90～-0.05μm；

4.根据权利要求2所述的正极材料，其特征在于，所述多晶颗粒的比表面积差值为0～0.3m2/g；

5.根据权利要求2所述的正极材料，其特征在于，经xrd射线衍射测试，所述正极材料中单晶颗粒的d104为88～105nm，所述多晶颗粒的d104为30～65nm，其中，d104是指经xrd射线衍射测试得到的104晶面的晶粒尺寸。

6.根据权利要求1-5任一项所述的正极材料，其特征在于，所述多晶颗粒与所述单晶颗粒的质量比(1～7)：1；

7.根据权利要求6所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料在3.5t压力下的压实密度为3.6～3.8g/cm3；和/或，

8.根据权利要求7所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料在0.2c、2.5～4.25v的条件下，克容量为200～230mah/g。

9.一种权利要求1-8任一项所述的正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，在第一烧结处理之后，得到第一烧结产物，还包括对所述第一烧结产物进行第一包覆处理，得到多晶颗粒；

11.一种正极片，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的正极材料或者采用权利要求9或10所述的制备方法制得的正极材料。

12.一种电池，其特征在于，包括权利要求11所述的正极片。

技术总结
本发明提供一种正极材料及其制备方法和应用，所述正极材料在2～4T压力下保压30～80s前后，Dv50变化差值为ΔD、比表面积差值为ΔBET；ΔD、ΔBET满足X＝ΔD×ΔBET，且X为‑0.04～0；所述正极材料在2～4T压力下的压实密度为3.6～3.8g/cm<supgt;3</supgt;。通过限定压实密度以及正极材料的ΔD、ΔBET满足的关系式，确保在实现高压实密度的同时尽可能地减少裂纹缺陷，将该正极材料应用于电池中，能够有效地提升了电池的循环性能、容量。

技术研发人员：屈振昊,谢士礼,刘博宇,郭小花,王裕生,刘志远,袁徐俊
受保护的技术使用者：宁波容百新能源科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/5