正极材料及其制备方法与应用与流程

本申请涉及锂离子电池，尤其涉及正极材料及其制备方法与应用。

背景技术：

1、正极材料包括过渡金属锂氧化物、聚阴离子类正极材料等等，其中，聚阴离子类正极材料中的磷酸盐系正极材料已经广泛商用，其中最成熟的是磷酸铁锂。磷酸铁锂由于其橄榄石型晶体结构，正交晶系pnmb空间群，晶体结构包括feo6八面体、lio6八面体和po4四面体三部分，p处于o的中心形成po4四面体。由于p-o共价键具有很高的键能，所以循环寿命以及安全性能都要优于三元正极材(ncm)，且兼具生产过程环保，成本低等优点，在动力电池领域，其市占率已经超过6成，已经成为主流的正极材料。

2、但是由于磷酸铁锂材料本身的低电子电导率，大约为10-8s·cm-1，离子扩散系数在1.42×10-15cm2·s-1～2.72×10-10cm2·s-1之间，导致其倍率性能较差。一般来说，正极材料颗粒的粒径越小，一方面，锂离子迁移的路径越短，另一方面有利于电解液浸润正极材料。因此减小颗粒粒径有利于提高锂离子扩散系数，但是纳米化则始终停留于实验室阶段，往往通过壳层包覆抑制生长，控制前驱体粒径等方式，难以在工业中批量生产，且效果不佳，且一次颗粒容易团聚为粒径较大的二次颗粒，进一步抑制了锂离子扩散。以上问题不仅仅存在于磷酸铁锂材料中，也存在于其他正极材料中。因此，亟需一种适用于工业批量生产的方法，可以简便有效地降低正极材料的粒径，且不易团聚为大颗粒。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种正极材料及其制备方法与应用，旨在解决现有工业量产中制得的正极材料粒径较大，且容易团聚为大颗粒的问题。

2、为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：

3、第一方面，本申请提供一种正极材料的制备方法，包括如下步骤：

4、于保护气氛中，将正极材料的前驱体进行预烧处理，得到预烧产物；

5、于保护气氛中，将预烧产物进行烧结处理，得到正极材料；

6、其中，还包括将经预烧处理前的前驱体和/或经烧结处理前的预烧产物进行压制处理的步骤。

7、本申请通过将前驱体进行预烧处理和烧结处理制得正极材料，且对前驱体和/或预烧产物进行压制处理，使得前驱体或者预烧产物所含成分之间的距离高度接近而且其接触面积增大，间隙减小，所含成分在晶体生长的过程中相互抑制，抑制了正极材料一次颗粒的粒径长大，使制得正极材料的一次颗粒的粒径降低到纳米级，且不易团聚为大颗粒。相比现有技术复杂的工艺步骤，本申请制备方法只需要在工业量产的步骤中增加压制处理的步骤，即可制得正极材料，所以简便有效，适用于工业批量生产。制备方法工艺可控，制得的正极材料结构和物化性质稳定，颗粒的形貌规整，均一性好，不易团聚。

8、第二方面，本申请提供一种正极材料，由包括本申请制备方法制得，正极材料的dv50粒径为80～100nm。

9、本申请正极材料由包括本申请制备方法制得，因此一次颗粒粒径小，且不易团聚为大颗粒，相比于现有技术制得一次颗粒的粒径为微米级的正极材料，本申请正极材料的一次颗粒的粒径可以降低至纳米级，且不易团聚为大颗粒。并且制备电池时，由于小颗粒之间的间隙较小，且颗粒形貌规整，均一性好，不易团聚，所以电解液可以充分浸润；小间隙且小粒径的颗粒可以极大程度地缩短锂离子扩散距离，增加锂离子的扩散通道，从而提高锂离子扩散速率，增大充放电比容量。

10、第三方面，本申请提供一种正极，包括集流体和结合在集流体上的正极活性层，正极活性层含有本申请正极材料。

11、正极活性层中含有上文本申请正极材料，所以本申请正极的锂离子扩散速率高，且正极材料可以被电解液充分浸润，因此正极的充放电比容量高。

12、第四方面，本申请提供一种二次电池，二次电池包括本申请正极。

13、本申请二次电池包括正极、负极、隔膜和电解质等必要的部件，当然还包括其他必要或辅助的部件。其中，正极为上述本申请正极，也即是正极所含的正极活性层中含有上文本申请正极材料。因此，本申请二次电池具有较高的充放电比容量。

技术特征：

1.一种正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述压制处理包括冷压处理，其中，所述冷压处理的条件包括(1)至(2)中的至少一种：

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：将所述前驱体进行所述压制处理，且未经所述压制处理的所述前驱体的质量与所述压制处理的压强比为(0.2～0.4)g：(1～4)mpa。

4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：将所述预烧产物进行所述压制处理，且未经所述压制处理的所述预烧产物的质量与所述压制处理的压强比为(0.2～0.4)g：(1～4)mpa。

5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述正极材料包括life1-xmxpo4，m包括锰、钠、镁、钛、钒、铬、锌、铌中的至少一种，0≤x≤0.8。

6.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述预烧处理的条件包括如下(1)至(4)中的至少一种：

7.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述烧结处理的条件包括如下(1)至(4)中的至少一种：

8.一种正极材料，其特征在于：由包括权利要求1～7任一项所述制备方法制得，所述正极材料的dv50粒径为80～100nm。

9.一种正极，其特征在于：包括集流体和结合在集流体上的正极活性层，所述正极活性层含有权利要求8所述的正极材料。

10.一种二次电池，其特征在于：所述二次电池包括权利要求9所述的正极。

技术总结本申请涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及正极材料及其制备方法与应用，正极材料的制备方法包括如下步骤：于保护气氛中，将正极材料的前驱体进行预烧处理，得到预烧产物；于保护气氛中，将预烧产物进行烧结处理；其中，还包括将经预烧处理前的前驱体和/或经烧结处理前的预烧产物进行压制处理的步骤。压制处理使得前驱体或者预烧产物所含成分之间的距离高度接近而且其接触面积增大，间隙减小，所含成分在晶体生长的过程中相互抑制，抑制了正极材料一次颗粒的粒径长大，可降低到纳米级，制得正极材料，且不易团聚为大颗粒。制备方法工艺可控，制得的正极材料结构和物化性质稳定，颗粒的形貌规整，均一性好。技术研发人员：廖茜茜,符林总,孔令涌,万远鑫,李意能,薛山,冯泽受保护的技术使用者：深圳市德方纳米科技股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/5