一种正极活性材料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及一种正极活性材料，尤其涉及一种正极活性材料及其制备方法和应用，属于锂离子电池领域。

背景技术：

1、锂离子电池具有高能量密度、高电压和长循环性能，被认为是最适合便携式电子设备和大功率应用的能源。然而，当前社会的电池应用快速发展，锂离子电池要求能够储存和释放更高的能量。因此对于电池材料的能量密度提出了更高的要求。

2、在众多正极活性材料中，橄榄石结构的磷酸锰铁锂材料由于具有较高的电势平台(4.1v vs li/li+)，导致其具有较高的能量密度，因此具有安全性能突出、价格低廉等优点，成为一种最具有发展潜力的高压正极电池材料。

3、然而，磷酸锰铁锂中具有锰元素，导致其电阻率升高，劣化磷酸锰铁锂的比容量和首次库伦效率，同时由于mn元素相对于fe元素对于电解质的反应更加灵敏，从而导致mn元素发生不可逆的溶出现象，使其循环寿命降低。

4、因此，开发一种能够呈现低电阻率、高比容量、高首次库伦效率和优异的循环性能的正极活性材料，是本领域亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种正极活性材料，该正极活性材料具有低电阻率，并且具有高比容量、高首次库伦效率和优异的循环性能。

2、本发明提供一种正极活性材料的制备方法，该方法能够降低正极活性材料的电阻率，并且提高了正极活性材料的比容量、首次库伦效率和循环性能。

3、本发明提供一种正极片，该正极片包括上述正极活性材料，将其应用于电池中，能够使电池呈现高比容量、高首次库伦效率和优异的循环性能。

4、本发明还提供一种电池，该电池包括上述正极活性材料或正极片，具有高比容量、高首次库伦效率和优异的循环性能。

5、本发明提供一种正极活性材料，其中，所述正极活性材料的化学式为limn0.7-xinxfe0.3po4@c，0＜x≤0.03；

6、所述正极活性材料的电阻率不高于50ω·cm，所述正极活性材料的首次库伦效率不低于94％。

7、如上所述的正极活性材料，其中，所述正极活性材料在0.1c的放电率下的比容量不低于146mah/g，所述正极活性材料在1c的放电率下的比容量不低于142mah/g。

8、如上所述的正极活性材料，其中，所述正极活性材料的d50为5-6μm。

9、如上所述的正极活性材料，其中，碳层在所述正极活性材料中的质量百分比为3-10％。

10、如上所述的正极活性材料，其中，磷酸锰铁铟锂内核的d50为4-5μm，碳层的厚度为0.1-2μm。

11、本发明还提供一种正极活性材料的制备方法，其中，包括以下步骤：

12、1)将锂源、锰源、铁源、磷源、碳源和掺杂剂混合后，加水得到固含量为30-35％的混合物，将所述混合物进行研磨处理，直至所述混合物中固体颗粒的d50为0.5-0.8μm，得到前驱体浆料；

13、其中，掺杂剂包括氧化铟和硝酸铟，所述氧化铟和硝酸铟的摩尔比为1：1；

14、2)将所述前驱体浆料进行喷雾干燥后，在惰性气氛下进行煅烧处理，得到所述正极活性材料；

15、其中，所述煅烧处理分为两段，第一段煅烧的温度为650-680℃，煅烧时间为3-3.5h；第二段煅烧的温度为730-750℃，煅烧时间为5-7h。

16、如上所述的正极活性材料的制备方法，其中，步骤1)中，采用球磨进行研磨处理，研磨球为粒径1.5mm的氧化锆球，所述混合物与研磨球的质量比为1：4。

17、如上所述的正极活性材料的制备方法，其中，步骤2)中，所述喷雾干燥在喷雾塔中进行，所述喷雾塔的进口温度为200-250℃，出风温度为80-110℃，压缩空气压力为0.4mpa。

18、本发明还提供一种正极片，其中，包括如上所述的正极活性材料或采用如上所述的正极活性材料的制备方法制得的正极活性材料。

19、本发明还提供一种电池，其中，包括如上所述的正极活性材料或者如上所述的正极片。

20、本发明的正极活性材料以磷酸锰铁铟锂为内核，在其表面包覆碳层形成特定的包覆结构，并且正极活性材料的电阻率和首次库伦效率分别达到上述范围，电池的阻抗低，同时减少锂离子的脱嵌过程中死锂的产生，从而使电池呈现优异的比容量和循环性能。

21、本发明提供的正极活性材料的制备方法，采用两步法，并采用特定比例的氧化铟和硝酸铟作为掺杂剂，同时控制分段煅烧的煅烧温度和煅烧时间，从而实现了正极活性材料的特定包覆结构，使得正极活性材料呈现低电阻率，并且电池具有优异的首次库伦效率、比容量和循环性能，并且该方法工艺简单、易于操作。

22、本发明提供的正极片是基于如上所述的正极活性材料制备而成，提升了电池的首次库伦效率、比容量和循环性能。

23、本发明提供的锂离子电池是基于如上所述正极活性材料或正极片制备而成，具有优异的首次库伦效率、比容量和循环性能。

技术特征：

1.一种正极活性材料，其特征在于，所述正极活性材料的化学式为limn0.7-xinxfe0.3po4@c，0＜x≤0.03；

2.根据权利要求1所述的正极活性材料，其特征在于，所述正极活性材料在0.1c的放电率下的比容量不低于146mah/g，所述正极活性材料在1c的放电率下的比容量不低于142mah/g。

3.根据权利要求1或2所述的正极活性材料，其特征在于，所述正极活性材料的d50为5-6μm。

4.根据权利要求1-3任一项所述的正极活性材料，其特征在于，碳层在所述正极活性材料中的质量百分比为3-10％。

5.根据权利要求1-4任一项所述的正极活性材料，其特征在于，磷酸锰铁铟锂内核的d50为4-5μm，碳层的厚度为0.1-2μm。

6.一种权利要求1-5任一项所述的正极活性材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的正极活性材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中，采用球磨进行研磨处理，研磨球为粒径1.5mm的氧化锆球，所述混合物与研磨球的质量比为1：4。

8.根据权利要求6或7所述的正极活性材料的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述喷雾干燥在喷雾塔中进行，所述喷雾塔的进口温度为200-250℃，出风温度为80-110℃，压缩空气压力为0.4mpa。

9.一种正极片，其特征在于，包括权利要求1-5任一项所述的正极活性材料或采用权利要求6-8任一项所述的正极活性材料的制备方法制得的正极活性材料。

10.一种电池，其特征在于，包括权利要求1-5任一项所述的正极活性材料或者权利要求9所述的正极片。

技术总结
本发明提供一种正极活性材料及其制备方法和应用，该正极活性材料的化学式为LiMn<subgt;0.7‑</subgt;<subgt;x</subgt;In<subgt;x</subgt;Fe<subgt;0.3</subgt;PO<subgt;4</subgt;@C，0＜x≤0.03；所述正极活性材料的电阻率不高于50Ω·cm，所述正极活性材料在0.1C，1C/2.5V‑4.3V下的首次库伦效率不低于94％。本发明提供的正极活性材料具有低电阻率，并且能够呈现高首次库伦效率、高比容量和优异的循环性能。

技术研发人员：姚烨波,肖化臻,殷志辉,孔德香,苑永,李积刚
受保护的技术使用者：天津容百斯科兰德科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10