一种正极材料及其制备方法、正极极片与流程

本发明涉及电池材料领域，尤其涉及一种正极材料及其制备方法、正极极片。

背景技术：

1、在低温合成的部分无序态的锂化尖晶石成分镍锰酸锂lt-limn0.5ni0.5o2，和锂占据8a位点的尖晶石型lini0.5mn1.5o4相比，这种正极材料呈无序的结构，其li和过渡金属均无序地占据16c和16d位点，受益于无序相的存在，镍和氧可参与到高电压的氧化还原，因此，这种正极材料的工作电压和比容量均得到提升显著。

2、虽然，无序正极材料中的无序相越多，正极材料容量也越高，但由于无序相需要在低温下形成，温度过高则无法形成无序相，而过低的温度会导致正极材料的合成不完全，产生表面残锂等一系列问题，目前大部分低温合成的无序尖晶石正极材料为了得到较多的无序相，导致很难兼顾容量和循环性能，尤其是循环稳定性较差，这使得无序尖晶石正极材料虽然有着较高的容量和极高的性价比，却很难实际应用，因此，亟需提供一种高稳定性的无序尖晶石型正极材料。

技术实现思路

1、本发明提供一种正极材料，该正极材料通过合理的设计相关结构参数，兼具高容量及高稳定性。

2、本发明还提供一种上述正极材料的制备方法，该制备方法能够制备得到上述正极材料，且工艺简单。

3、本发明还提供一种正极极片，由于该极片包括上述正极材料，因此，该极片用于电池，有助于电池的容量发挥和长期稳定性。

4、第一方面，本发明提供一种正极材料，包括无序型尖晶石相，且满足以下式1：

5、5≤h·d0.5/b2·α≤50   式1，

6、式1中，h为正极材料的一次晶须的厚度，单位：nm，d为正极材料的dv50，单位：μm，b为正极材料的比表面积，单位m2/g，0.9≤α≤1.1。

7、进一步地，所述正极材料中，无序型尖晶石相的质量占比高于30wt％；

8、和/或，所述正极材料的物相还包括无序型层状相。

9、进一步地，0.1≤d≤20；

10、和/或，h≥50；

11、和/或，b≤5。

12、更进一步地，3≤d≤10；

13、和/或，50≤h≤300；

14、和/或，b≤5。

15、更进一步地，α＝1。

16、进一步地，所述正极材料的化学组成为li1+anibmncmdo2+e，其中，-0.2≤a≤0.2，0.1≤b≤0.3，0.7≤c≤0.9，0≤d≤0.1，-0.2≤e≤0.2，b+c+d＝1；m包括mg、al、ca、sc、ti、v、cr、fe、co、cu、zn、ga、sr、y、zr、nb、mo、ru、ta、w、b、si、ge、sb、te、s、f中的至少一种。

17、第二方面，本发明提供一种上述正极材料的制备方法，包括以下步骤：

18、包括前驱体和li源的混合原料体系，在400-500℃下，进行焙烧处理，获得所述正极材料；其中，所述前驱体的化学组成为nixmny(oh)2，其中，0.1≤x≤0.3，0.7≤y≤0.9，x+y＝1，且所述前驱体满足以下式2：

19、3≤h·d2/b·β≤30    式2；

20、式2中，h为前驱体的一次晶须的厚度，单位：nm，d为前驱体的dv50，单位：μm，b为前驱体的比表面积，单位：m2/g，0.9≤β≤1.1。

21、进一步地，0.1≤d≤20；

22、和/或，h≥30；

23、和/或，b<40。

24、进一步地，3≤d≤10；

25、和/或，50≤h≤300；

26、和/或，15≤b≤30。

27、更进一步地，β＝1。

28、进一步地，所述的li源为包括氢氧化锂和无机锂盐的混合物，其中，氢氧化锂所述正极材料提供的锂离子的摩尔浓度大于等于80％。

29、第三方面，本发明提供一种正极极片，包括正极活性层和集流体；所述正极活性层包括上述的正极材料。

30、本发明提供的正极材料通过合理设计正极材料的相关参数，可以提高锂离子嵌入/脱嵌的有效反应位点，进而提高正极材料的比容量，同时保证正极材料内部的锂离子传输路径不会过长且结构稳定，使电池可以兼具长循环寿命。

技术特征：

1.一种正极材料，其特征在于，所述正极材料的物相包括无序型尖晶石相，且满足以下式1：

2.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料中，无序型尖晶石相的质量占比高于30wt％；

3.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，0.1≤d≤20；

4.根据权利要求3所述的正极材料，其特征在于，3≤d≤10；

5.根据权利要求1-4任一所述的正极材料，其特征在于，α＝1。

6.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料的化学组成为li1+anibmncmdo2+e，其中，-0.2≤a≤0.2，0.1≤b≤0.3，0.7≤c≤0.9，0≤d≤0.1，-0.2≤e≤0.2，b+c+d＝1；m包括mg、al、ca、sc、ti、v、cr、fe、co、cu、zn、ga、sr、y、zr、nb、mo、ru、ta、w、b、si、ge、sb、te、s、f中的至少一种。

7.一种如权利要求1-6任一所述的正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，0.1≤d≤20；

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，3≤d≤10；

10.根据权利要求7-9任一所述的制备方法，其特征在于，β＝1。

11.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述的li源为包括氢氧化锂和无机锂盐的混合物，其中，氢氧化锂为所述正极材料提供的锂离子的摩尔浓度大于等于80％。

12.一种正极极片，其特征在于，包括正极活性层和集流体；所述正极活性层包括权利要求1-6任一所述的正极材料。

技术总结本发明提供一种正极材料及其制备方法、正极极片，该正极材料，的物相包括无序型尖晶石相，且满足以下式1：5≤H·D<supgt;0.5</supgt;/B<supgt;2</supgt;·α≤50式1，式1中，H为正极材料的一次晶须的厚度，单位：nm，D为正极材料的Dv50，单位：μm，B为正极材料的比表面积，单位m<supgt;2</supgt;/g，0.9≤α≤1.1。本发明提供的正极材料通过合理设计正极材料的相关参数，可以提高锂离子嵌入/脱嵌的有效反应位点，进而提高正极材料的比容量，同时保证正极材料内部的锂离子传输路径不会过长且结构稳定，从而进而使电池可以兼具较好的循环寿命。技术研发人员：张宇,张雨晴,宋伟,黄涛,董亮辰,冯道言,刘瑞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：2024/9/2