一种正极材料及其制备方法、二次电池和涉电设备

本技术涉及新能源，尤其涉及一种正极材料及其制备方法、二次电池和涉电设备。

背景技术：

1、锂离子电池因具有能量密度高、服役时间长、环境友好等优点，在新能源车、储能系统等诸多领域得到了广泛的应用。随着新能源车的爆发式发展，消费者对于进一步提升电池续航里程的需求日益增加，提高锂离子电池的能量密度和安全性能成为当下关注的焦点。

2、高镍正极材料由于具有高比容量，已成为新能源车电池首选的高能量密度型锂离子电池正极材料。对于高镍多晶正极材料，在电化学反应过程中，由于局部应力应变和微裂纹产生，导致电解液渗入材料颗粒内部并诱发副反应等原因，导致电池循环性能的下降。因此，减少高镍多晶材料局部应力应变和微裂纹产生、优化颗粒内部的离子通路，减少颗粒开裂对于提升高镍正极材料的电性能是至关重要的。

技术实现思路

1、本技术的目的在于提供一种正极材料及其制备方法、二次电池和涉电设备，以解决上述问题。

2、为实现以上目的，本技术采用以下技术方案：

3、本技术首先提供一种正极材料，该正极材料包括小角度晶界占比为10％～30％的二次颗粒，二次颗粒包括多个一次颗粒。本技术中，小角度晶界为二次颗粒中相邻晶粒的位相差在2-15°之间的晶界。

4、其中，二次颗粒中的小角度晶界占比例如可以为10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％或30％，或10％～30％之间的任一值。

5、其中，小角度晶界占比为二次颗粒中相邻晶粒的位相差在2-15°之间的晶界占所有晶界的比例。

6、可选地，正极材料由多个二次颗粒组成，正极材料中的二次颗粒的小角度晶界占比的平均值为10％～30％。可以任取5个二次颗粒，测试每个二次颗粒的小角度晶界占比，再计算小角度晶界占比的算术平均值，得到正极材料中的二次颗粒的小角度晶界占比的平均值。

7、通过调控正极材料二次颗粒的小角度晶界占比在合适范围内，优化晶粒排布，减少由于各向异性体积变化造成的晶粒间应力应变和裂纹蔓延，解决多晶材料开裂问题，提升相应电池的循环性能。

8、可选地，正极材料包括小角度晶界占比为12％～25％的二次颗粒。正极材料中的二次颗粒的小角度晶界占比的平均值为12％～25％。

9、可选地，二次颗粒包括内层和包覆内层的外层，正极材料满足以下a～b中的至少一个条件：

10、a.外层的一次颗粒的排布方式不同于内层的一次颗粒的排布方式，例如外层的一次颗粒呈无序排布，内层的一次颗粒呈放射状排布；或外层的一次颗粒垂直于内层的一次颗粒方向排布，内层的一次颗粒呈放射状排布；

11、在一个可选的实施方式中，内层一次颗粒呈放射状排布，外层一次颗粒呈无序排布。内层一次颗粒呈放射状排布可缩短锂离子传输通道，提高倍率性能；外层一次颗粒无序排布，可提高二次颗粒的机械稳定性，抑制循环过程中的二次颗粒开裂，减少与电解液之间的副反应，提升相应电池的循环稳定性和安全性。

12、b.内层孔隙率为2-10％，例如可以为2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％，或2-10％之间的任一值；外层孔隙率为0.3％-2％，例如可以为0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1.0％或2.0％，或0.3％-2％之间的任一值。内外层孔隙率在前述范围内，且外层孔隙率更低，可提升正极材料稳定性。

13、为了评价孔隙率的特点，本技术使用图像解析软件(avizo)直接求出各个区域孔隙面积和截面积，由(孔隙率＝各区域孔隙面积/各区域截面积×100％)，计算得出不同区域的孔隙率。

14、可选地，二次颗粒的内层的半径占二次颗粒的半径的50％-85％，例如可以为50％、51％、52％、53％、55％、56％、58％、60％、61％、62％、63％、64％、65％、66％、67％、68％、69％、70％、71％、72％、73％、74％、75％、76％、77％、78％、79％、80％、81％、82％、83％、84％或85％，或50％-85％之间的任一值；二次颗粒的外层的厚度占二次颗粒的半径的15％-50％，例如可以为15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％、30％、31％、32％、33％、34％、35％、36％、37％、38％、39％、40％、41％、43％、45％、46％、48％、49％或50％，或15％-50％之间的任一值，其中内层的半径加上外层的厚度即为二次颗粒的半径；内层的半径与外层的厚度占二次颗粒的半径的比例在上述范围内，可进一步提高正极材料的稳定性。

15、可选地，正极材料的化学通式为linixcoym1-x-yo2，其中m选自al、mn中的一种或两种，0.7≤x<1，0<y<1，0<x+y<1；

16、可选地，正极材料的x射线衍射图谱中，li层(003)晶面的满电态和初始态的2θ衍射角对应的峰位之差a满足：0＜a＜0.65°，a例如可以为0.05°、0.1°、0.15°、0.2°、0.25°、0.3°、0.35°、0.4°、0.45°、0.5°、0.55°或0.6°，或大于0小于0.65°之间的任一值。峰位差a在该范围内说明六方层状相结构稳定性好，正极材料抵抗副反应相变的能力更强。

17、可选地，正极材料满足以下a-c中的至少一个条件：

18、a.正极材料的d50为10～20μm，例如可以为10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm、16μm、17μm、18μm、19μm或20μm，或10～20μm之间的任一值；

19、b.二次颗粒的机械强度为≥90mpa；

20、c.二次颗粒球形度为90％-100％，例如可以为90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、99％或100％，或90％-100％之间的任一值。二次颗粒球形度较好，能有效提高正极中活性物质的填充性，从而提高相应电池的能量密度。

21、本技术还提供一种如上述的正极材料的制备方法，包括：

22、将金属n源和锂源在内的原料混合、烧结，冷却后得到正极材料；

23、烧结包括第一烧结和第二烧结，第一烧结的温度为500-550℃，例如可以为500℃、510℃、520℃、530℃、540℃或550℃，或500-550℃之间的任一值，第一烧结的时间为2-6h，例如可以为2h、3h、4h、5h或6h，或2-6h之间的任一值；第二烧结的温度为700-750℃，例如可以为为700℃、710℃、720℃、730℃、740℃或750℃，或700-750℃之间的任一值，第二烧结的时间为12-18h，例如可以为12h、13h、14h、15h、16h、17h或18h，或12-18h之间的任一值；烧结过程中的升温速率为2-5℃/min，例如可以为2℃/min、3℃/min、4℃/min或5℃/min，或2-5℃/min之间的任一值，冷却过程中的降温速率为2-5℃/min，例如可以为2℃/min、3℃/min、4℃/min或5℃/min，或2-5℃/min之间的任一值。

24、可选地，金属n源包括共沉淀前驱体，共沉淀前驱体包括nco3、n(oh)2或nc2o4，其中，n为ni、co、al中的一种或多种。

25、可选地，制备方法满足以下(1)-(4)中的至少一个条件：

26、(1)金属n源包括共沉淀前驱体，共沉淀前驱体包括nco3、n(oh)2或nc2o4，其中，n为ni、co、al中的一种或多种；

27、(2)金属n源包括掺杂剂，掺杂剂包括含al、mn的化合物中的一种或两种；

28、(3)共沉淀前驱体包括内层和包覆内层的外层，内层的一次颗粒呈放射状排布，外层的一次颗粒的排布方式不同于内层的一次颗粒的排布方式，例如外层的一次颗粒可以为无序排布，也可以为垂直于内层的一次颗粒方向排布；

29、(4)共沉淀前驱体的d50为10～20μm，例如可以为10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm、16μm、17μm、18μm、19μm或20μm，或10～20μm之间的任一值。

30、本技术还提供一种二次电池，包括正极极片，正极极片包括上述的正极材料。

31、本技术还提供一种涉电设备，包括上述的二次电池。

32、本技术提供的正极材料包括小角度晶界占比为10％～30％的二次颗粒，本技术从正极材料晶畴调控的角度，优化晶粒排布和晶界取向，减少由于各向异性体积变化造成的晶粒间应力应变和裂纹蔓延，解决多晶材料开裂问题，提升相应电池的循环性能，进而使正极材料制备的相应电池兼顾高容量和循环稳定性。

33、本技术提供的正极材料的制备方法通过控制烧结温度、烧结时间、升温速率等控制正极材料小角度晶界占比，从而使正极材料制备的相应的电池兼顾高容量和循环稳定性。