正极材料及其制备方法和应用与流程

本申请涉及电池，特别涉及一种正极材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、锂离子电池是新一代的绿色高能电池，在各个领域日益显示出重要作用。锂离子电池的正极材料是锂离子电池的重要组成部分，正极材料决定了锂离子电池的能量密度、寿命和安全性等指标，正极材料在锂离子电池中占据核心地位。随着人们对电动汽车续航里程的要求越来越高，从而对正极材料各项性能的要求也越来越高。然而，现有的正极材料充放电过程中的循环性能较差，限制了锂离子电池性能的提升。

技术实现思路

1、本申请提供一种正极材料及其制备方法和应用。

2、第一方面，本申请提供一种正极材料，所述正极材料的化学通式为liafebmncmx(po4)d，其中，m包括ti、v、mg、zr、co、in、ni、nb中的至少一种元素，0.990≤a≤1.1，0.9≤b+c≤1.1，0.95≤d≤1.1，0.001≤x≤0.03，0.9≤b+c+x≤1.1。所述正极材料的晶体能够沿着ac晶面择优生长。所述正极材料沿a向的尺寸与所述正极材料沿b向的尺寸的比值为0.4542～0.4756；所述正极材料沿c向的尺寸与所述正极材料沿b向的尺寸的比值为0.5869～0.6172。

3、本申请实施例中，通过在正极材料中引入m元素，使得正极材料可以在指定的ac晶面上择优生长，以缩短正极材料晶体沿b方向的尺寸。由于ac面与锂离子迁移方向垂直，bc面及b方向平行于锂离子传输通道。另外，通过控制0.001≤x≤0.03，使得m元素适量掺杂，在保证正极材料具有较高的电化学性能的前提下，提高正极材料的循环性能。本申请实施例中，通过对正极材料进行改性，且控制掺杂元素与阴离子配位程度，使得正极材料可以沿ac面择优生长，缩短了锂离子扩散距离，有利于锂离子迁移，从而提高了正极材料的离子传输速率和电子传输速率，正极材料的循环性能得以有效提升。

4、在一种可能的实施方式中，所述正极材料的(020)晶面衍射峰面积与(200)晶面衍射峰面积的比值为3.011～3.500，其中，(020)晶面对应所述ac晶面。正极材料的(020)晶面衍射峰面积与(200)晶面衍射峰面积的比值越大，正极材料的循环能力越好。本申请通过对正极材料的结构进行设计，将正极材料的(020)晶面衍射峰面积与(200)晶面衍射峰面积的比值调控在适宜的范围内，使得正极材料的晶体结构沿特定ac晶面生长，明显提升了正极材料的循环性能。

5、在一种可能的实施方式中，所述m包括ti、v、mg、zr、co、in、ni、nb中的至少两种元素。m选自多种金属，有助于综合提高正极材料的性能。

6、在一种可能的实施方式中，所述至少两种元素包括ti和nb中的至少一种元素。在正极材料中掺杂ti元素有助于提高电池的充放电性能。在正极材料中掺杂nb元素则有利于提高正极材料的结构稳定性。本申请实施例中，m包括ti和nb中的至少一种元素，可以更好地提升正极材料的性能。

7、在一种可能的实施方式中，所述ti和/或nb元素与所述m的摩尔比为(0.5～1)∶1。本申请实施例中，m元素中的ti元素和/或nb元素的占比较高，更有利于提高正极材料的充放电性能、结构稳定性，正极材料具有更加优异的性能。

8、在一种可能的实施方式中，所述正极材料通过在磷酸锰铁锂的mn位掺杂m元素而得。本申请中，m元素选择在mn位掺杂，有利于正极材料可以更好地沿ac面择优生长，使得锂离子扩散距离缩短，以提高正极材料的循环性能。另外，在mn位掺杂m元素，可以增大正极材料中fe元素和mn元素的摩尔比，使正极材料具有更高的循环稳定性。

9、第二方面，本申请提供一种正极材料的制备方法，所述正极材料的制备方法包括：

10、将锂源、铁源、锰源溶于溶剂中，获得第一浆料；

11、将磷源与掺杂剂溶于溶剂中，获得第二浆料；

12、混合所述第二浆料和所述第一浆料，获得混合浆料；

13、加热所述混合浆料，获得前驱体；

14、烧结所述前驱体，研磨后获得所述正极材料。

15、在一种可能的实施方式中，所述混合所述第二浆料和所述第一浆料，包括：

16、将所述第二浆料分成n份，n份所述第二浆料依次间隔加入所述第一浆料；其中，n为正整数且大于或等于2。

17、本申请提供的正极材料的制备方法，有利于制备晶面择优生长的liafebmncmx(po4)d的正极材料，从而提高正极材料的循环性能。

18、第三方面，本申请提供一种正极极片，所述正极极片包括如上所述的正极材料，或包括如上所述的正极材料的制备方法制备得到的正极材料。

19、第四方面，本申请提供一种二次电池，所述二次电池包括负极极片、隔膜和如上所述的正极极片。

技术特征：

1.一种正极材料，其特征在于，所述正极材料的化学通式为liafebmncmx(po4)d，其中，m包括ti、v、mg、zr、co、in、ni、nb中的至少一种元素，0.990≤a≤1.1，0.9≤b+c≤1.1，0.95≤d≤1.1，0.001≤x≤0.03，0.9≤b+c+x≤1.1；

2.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料的(020)晶面衍射峰面积与(200)晶面衍射峰面积的比值为3.011～3.500，其中，(020)晶面对应所述ac晶面。

3.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述m包括ti、v、mg、zr、co、in、ni、nb中的至少两种元素。

4.根据权利要求3所述的正极材料，其特征在于，所述至少两种元素包括ti和nb中的至少一种元素。

5.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述ti和/或nb元素与所述m的摩尔比为(0.5～1)∶1。

6.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料通过在磷酸锰铁锂的mn位掺杂m元素而得。

7.一种正极材料的制备方法，其特征在于，所述正极材料的制备方法包括：

8.根据权利要求7所述的正极材料的制备方法，其特征在于，所述混合所述第二浆料和所述第一浆料，包括：

9.一种正极极片，其特征在于，所述正极极片包括如权利要求1-6任一项所述的正极材料，或包括如权利要求7或8所述的正极材料的制备方法制备得到的正极材料。

10.一种二次电池，其特征在于，所述二次电池包括负极极片、隔膜和如权利要求9所述的正极极片。

技术总结
一种正极材料及其制备方法和应用，正极材料的化学通式为Li<subgt;a</subgt;Fe<subgt;b</subgt;Mn<subgt;c</subgt;M<subgt;x</subgt;(PO<subgt;4</subgt;)<subgt;d</subgt;，其中，0.990≤a≤1.1，0.9≤b+c≤1.1，0.95≤d≤1.1，0.001≤x≤0.03，0.9≤b+c+x≤1.1；正极材料的晶体能够沿着ac晶面择优生长，正极材料沿a向的尺寸与正极材料沿b向的尺寸的比值为0.4542～0.4756；正极材料沿c向的尺寸与正极材料沿b向的尺寸的比值为0.5869～0.6172。正极材料晶体沿b方向的尺寸较小，由于ac面与锂离子迁移方向垂直，正极材料沿ac面择优生长，缩短了锂离子扩散距离，提高了正极材料的循环性能。

技术研发人员：唐杰,徐荣益,孔令涌,王鹏,冯泽,李意能
受保护的技术使用者：曲靖市德方纳米科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8