正极材料及其制备方法、正极极片、电池以及用电装置与流程

本申请涉及电池，尤其是涉及一种正极材料及其制备方法、正极极片、电池以及用电装置。

背景技术：

1、磷酸铁锂材料具有较好的安全性和循环性能，但是其克容量较低，将其作为正极材料应用于电池时，电池的能量密度较低。为了提高电池的能量密度，在磷酸铁锂材料中引入过渡金属元素是一种较为有效的方法。比如，在磷酸铁锂材料中引入锰元素得到的磷酸锰铁锂可以表现出比磷酸铁锂更高的克容量，进而可以提高电池的能量密度。然而，在磷酸铁锂材料中引入过渡金属元素之后，材料的循环性能偏低，使得电池的循环性能降低。

技术实现思路

1、基于此，有必要提供一种基于磷酸铁锂的正极材料及其制备方法，以及包括所述正极材料的正极极片、电池和用电装置。所述正极材料能够兼顾较高的克容量和较好的循环性能，进而可以使电池具有较高的能量密度和较好的循环性能。

2、一种正极材料，包括正极活性材料和位于所述正极活性材料至少一部分表面的包覆层，所述正极活性材料包括化学式为liafe1-bmbpo4的材料和c材料，所述包覆层包括化学式为limfe1-nm’npo4-cn的材料，其中，0.95≤a≤1.1，0.4≤b≤0.9，0.95≤m≤1.1，0.4≤n≤0.9，m和m’独立地包括除fe以外的其他过渡金属元素。

3、上述正极材料中，通过对包括化学式为liafe1-bmbpo4的正极活性材料进行包覆，可以减少正极活性材料中过渡金属元素m的溶出，延长正极材料的使用寿命，进而延长正极活性材料的循环性能。同时，在上述正极材料中，过渡金属元素的引入能够提高正极材料的克容量。因此，上述正极材料具有较高的克容量和较好的循环性能。将该正极材料应用于电池中，可以使电池兼顾较高的能量密度和较好的循环性能。

4、在一些实施方式中，所述包覆层包括片状包覆物和颗粒状包覆物，所述片状包覆物包括化学式为limfe1-nm’npo4-cn的材料，所述颗粒状包覆物包括所述c材料。

5、在一些实施方式中，所述片状包覆物和所述颗粒状包覆物间隔分布于所述正极活性材料的表面。

6、在一些实施方式中，所述颗粒状包覆物分布于所述正极活性材料的表面，部分所述片状包覆物连接于所述颗粒状包覆物的表面，部分所述片状包覆物连接于所述正极活性材料的表面。

7、在一些实施方式中，所述片状包覆物的厚度为2nm~5nm。

8、在一些实施方式中，所述片状包覆物的长度≥100nm。

9、在一些实施方式中，所述颗粒状包覆物的粒径为10nm~100nm。

10、在一些实施方式中，所述正极材料中，n元素占所述正极材料的质量百分数为0.005%~0.5%。

11、在一些实施方式中，所述正极材料中，c元素占所述正极材料的质量百分数为1%~2%。

12、在一些实施方式中，m和m’独立地包括mg、al、ca、ti、mn、co、ni、cu、zn、zr、nb以及mo中的至少一种。

13、一种所述正极材料的制备方法，包括如下步骤：

14、将所述正极活性材料、碳源、锂源、m’源、磷源以及普鲁士蓝材料在溶剂中混合，得到浆料，所述普鲁士蓝材料包括化学式为m’xfe4-x[fe(cn)6]3的材料，其中，0≤x≤4；

15、将所述浆料进行喷雾干燥，得到前驱体；

16、在保护气体氛围下，对所述前驱体进行煅烧处理。

17、在一些实施方式中，所述普鲁士蓝材料中的fe占所述浆料中的li的摩尔百分数为0.3%~5%。

18、在一些实施方式中，所述碳源包括葡萄糖、蔗糖、柠檬酸、淀粉以及聚乙二醇中的至少一种。

19、在一些实施方式中，所述锂源包括碳酸锂、氢氧化锂、磷酸二氢锂、磷酸三锂以及草酸锂中的至少一种。

20、在一些实施方式中，所述m’源包括m’的氧化物。

21、在一些实施方式中，所述磷源包括磷酸、磷酸二氢铵、磷酸三锂以及磷酸二氢锂中的至少一种。

22、在一些实施方式中，所述喷雾干燥控制的出风温度为90℃~110℃；所述煅烧处理的温度为600℃~750℃；所述煅烧处理的时间为6h~20h。

23、一种正极极片，包括正极集流体和位于所述正极集流体至少一个表面之上的正极活性层，所述正极活性层含有所述正极材料或者所述制备方法制备的正极材料。

24、一种电池，包括所述正极极片。

25、在一些实施方式中，所述电池中fe和所述其他过渡金属元素的总溶出量为25ppm~55ppm。

26、一种用电装置，包括所述电池。

技术特征：

1.一种正极材料，其特征在于，包括正极活性材料和位于所述正极活性材料至少一部分表面的包覆层，所述正极活性材料包括化学式为liafe1-bmbpo4的材料，所述包覆层包括化学式为limfe1-nm’npo4-cn的材料和c材料，其中，0.95≤a≤1.1，0.4≤b≤0.9，0.95≤m≤1.1，0.4≤n≤0.9，m和m’独立地包括除fe以外的其他过渡金属元素。

2.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述包覆层包括片状包覆物和颗粒状包覆物，所述片状包覆物包括化学式为limfe1-nm’npo4-cn的材料，所述颗粒状包覆物包括所述c材料。

3.根据权利要求2所述的正极材料，其特征在于，所述片状包覆物和所述颗粒状包覆物间隔分布于所述正极活性材料的表面。

4.根据权利要求2所述的正极材料，其特征在于，所述颗粒状包覆物分布于所述正极活性材料的表面，部分所述片状包覆物连接于所述颗粒状包覆物的表面，部分所述片状包覆物连接于所述正极活性材料的表面。

5.根据权利要求2所述的正极材料，其特征在于，所述包覆层满足以下特征中的至少一个：

6.根据权利要求1至权利要求5中任一项所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料满足以下特征中的至少一个：

7.一种权利要求1至权利要求6中任一项所述的正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

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，所述普鲁士蓝材料中的fe占所述浆料中的li的摩尔百分数为0.3%~5%。

9.根据权利要求7至权利要求8中任一项所述的正极材料的制备方法，其特征在于，所述碳源包括葡萄糖、蔗糖、柠檬酸、淀粉以及聚乙二醇中的至少一种；和/或，

10.根据权利要求7至权利要求8中任一项所述的正极材料的制备方法，其特征在于，所述喷雾干燥控制的出风温度为90℃~110℃；所述煅烧处理的温度为600℃~750℃；所述煅烧处理的时间为6h~20h。

11.一种正极极片，其特征在于，包括正极集流体和位于所述正极集流体至少一个表面之上的正极活性层，所述正极活性层含有权利要求1至权利要求6中任一项所述的正极材料或者权利要求7至权利要求10中任一项所述的制备方法制备的正极材料。

12.一种电池，其特征在于，包括权利要求11所述的正极极片。

13.根据权利要求12所述的电池，其特征在于，所述电池中fe和所述其他过渡金属元素的总溶出量为25ppm~55ppm。

14.一种用电装置，其特征在于，包括权利要求12至权利要求13中任一项所述的电池。

技术总结本申请涉及一种正极材料及其制备方法、正极极片、电池以及用电装置。正极材料包括正极活性材料和位于所述正极活性材料至少一部分表面的包覆层，所述正极活性材料包括化学式为Li<subgt;a</subgt;Fe<subgt;1‑b</subgt;M<subgt;b</subgt;PO<subgt;4</subgt;的材料和C材料，所述包覆层包括化学式为Li<subgt;m</subgt;Fe<subgt;1‑n</subgt;M’<subgt;n</subgt;PO<subgt;4</subgt;‑CN的材料，其中，0.95≤a≤1.1，0.4≤b≤0.9，0.95≤m≤1.1，0.4≤n≤0.9，M和M’独立地包括除Fe以外的其他过渡金属元素。该正极材料具有较高的克容量和较好的循环性能。将该正极材料应用于电池中，可以使电池兼顾较高的能量密度和较好的循环性能。技术研发人员：王雪莹,林树源,成育龙,严旭丰,任健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：2024/11/18