本技術涉及一種正極活性材料及其制備方法、電池單體和用電裝置。

背景技術：

1、近年來，電池被廣泛應用于儲能電站，例如對電網(wǎng)峰谷調(diào)節(jié)的需求日益增多。由此，對儲能用電池循環(huán)壽命的要求也越來越高。然而，如何使電池具有更長的循環(huán)壽命，仍是當前電池開發(fā)的難點。

技術實現(xiàn)思路

1、本技術提供一種正極活性材料及其制備方法、電池單體和用電裝置，其能提升電池的循環(huán)性能。

2、本技術第一方面提供一種正極活性材料，所述正極活性材料包括含鋰磷酸鹽，所述正極活性材料在25℃下的充電克容量記為c1，所述正極活性材料在60℃下的充電克容量記為c2，單位均為mah/g，且c2/c1≥1.020。

3、本技術提供的正極活性材料在25℃下的充電克容量較低，而在60℃下的充電克容量較高，由此說明，正極活性材料自身具有較高的初始容量，但是部分初始容量在電池初始充電時并不會發(fā)揮出來，而是會在電池循環(huán)過程中逐漸釋放出來。因此，本技術提供的正極活性材料可以起到容量緩釋劑的效果，從而可以使采用其的電池具有長循環(huán)壽命。

4、在任意實施例中，1.025≤c2/c1≤1.115，可選地，1.031≤c2/c1≤1.061。由此可以進一步提升電池的循環(huán)壽命，還可以使電池具有高初始容量。

5、在任意實施例中，所述含鋰磷酸鹽的至少一部分表面上具有碳包覆層。

6、在任意實施例中，所述碳包覆層包括第一碳包覆層和第二碳包覆層，所述第一碳包覆層位于所述含鋰磷酸鹽和所述第二碳包覆層之間。

7、在任意實施例中，所述第一碳包覆層的重量含量記為w1％，基于所述正極活性材料的總重量計，0.5≤w1≤2.0，可選地，1.06≤w1≤1.38。第一碳包覆層的重量含量在上述范圍內(nèi)時，一方面可以改善含鋰磷酸鹽的電子導電性，另一方面可以降低正極活性材料的比表面積，改善正極漿料和正極極片的加工性能。

8、在任意實施例中，所述第二碳包覆層的重量含量記為w2％，基于所述正極活性材料的總重量計，w2＞0，可選地，0.04≤w2≤0.40，更可選地，0.07≤w2≤0.19。第二碳包覆層的重量含量在上述范圍內(nèi)時，一方面可以隱藏正極活性材料的部分初始容量，另一方面還可以使正極活性材料具有高初始容量和良好的動力學性能。

9、在任意實施例中，所述第一碳包覆層的重量含量記為w1％，所述第二碳包覆層的重量含量記為w2％，均基于所述正極活性材料的總重量計，1.14≤w1+w2≤1.55，可選地，1.20≤w1+w2≤1.48。第一碳包覆層的重量含量w1％和第二碳包覆層的重量含量w2％之和在上述范圍內(nèi)時，可以改善含鋰磷酸鹽的電子導電性，還有利于隱藏正極活性材料的部分初始容量，從而有利于正極活性材料起到容量緩釋劑的效果，進而可以使采用其的電池具有更長的循環(huán)壽命；同時，第一碳包覆層的重量含量w1％和第二碳包覆層的重量含量w2％之和在上述范圍內(nèi)時，還可以使正極活性材料具有良好的動力學性能，從而有利于降低電池內(nèi)阻，提升電池的功率性能和能量轉(zhuǎn)化效率。

10、在任意實施例中，所述第一碳包覆層的重量含量記為w1％，所述第二碳包覆層的重量含量記為w2％，均基于所述正極活性材料的總重量計，0.030≤w2/w1≤0.240，可選地，0.072≤w2/w1≤0.152。第一碳包覆層的重量含量w1％和第二碳包覆層的重量含量w2％的比值w2/w1在上述范圍內(nèi)時，可以改善含鋰磷酸鹽的電子導電性，還有利于隱藏正極活性材料的部分初始容量，從而有利于正極活性材料起到容量緩釋劑的效果，進而可以使采用其的電池具有更長的循環(huán)壽命；同時，第一碳包覆層的重量含量w1％和第二碳包覆層的重量含量w2％的比值w2/w1在上述范圍內(nèi)時，還可以使正極活性材料具有良好的動力學性能，從而有利于降低電池內(nèi)阻，提升電池的功率性能和能量轉(zhuǎn)化效率。

11、在任意實施例中，所述第一碳包覆層包括通過熱解法形成的熱解碳，所述第二碳包覆層包括通過化學氣相沉積法形成的化學氣相沉積碳。

12、在任意實施例中，所述第一碳包覆層的石墨化度小于所述第二碳包覆層的石墨化度。由此可以改善含鋰磷酸鹽的電子導電性，還可以使正極活性材料的部分初始容量被隱藏起來，使正極活性材料可以起到容量緩釋劑的效果，進而可以使采用其的電池具有長循環(huán)壽命、良好的功率性能和高能量轉(zhuǎn)化效率。

13、在任意實施例中，所述正極活性材料為單晶結(jié)構(gòu)或類單晶結(jié)構(gòu)。

14、在任意實施例中，所述正極活性材料的體積分布粒徑dv50為0.5μm-2.5μm，可選為1.3μm-1.9μm。

15、在任意實施例中，145mah/g≤c1≤162mah/g，可選地，152.5mah/g≤c1≤156.7mah/g。

16、在任意實施例中，158mah/g≤c2≤167mah/g，可選地，160.0mah/g≤c2≤162.8mah/g。

17、正極活性材料在25℃下的充電克容量c1和/或正極活性材料在60℃下的充電克容量c2在上述范圍內(nèi)時，可以使電池具有長循環(huán)壽命，還可以使電池具有較高的能量密度。

18、在任意實施例中，所述含鋰磷酸鹽包括磷酸鐵鋰及其摻雜改性化合物中的一種或多種。

19、在任意實施例中，所述含鋰磷酸鹽包括分子式為limaxfe1-ybyp1-zczo4-ndn的材料，a包括zn、al、na、k、mg中的一種或多種元素；b包括cu、mn、cr、zn、pb、ca、co、ni、sr、nb和ti中的一種或多種元素；c包括b、s、si和n中的一種或多種元素；d包括s、f、cl和br中的一種或多種元素；m選自0.5至1.15的范圍，可選為選自0.95至1.05的范圍；x選自0至0.1的范圍，可選為選自0.001至0.005的范圍；y選自0至0.5的范圍，可選為選自0.001至0.1的范圍；z選自0至0.5的范圍，可選為選自0.001至0.1的范圍；n選自0至0.5的范圍，可選為選自0.001至0.1的范圍。

20、本技術第二方面提供一種正極活性材料的制備方法，包括以下步驟：提供含鋰磷酸鹽前驅(qū)體；將所述含鋰磷酸鹽前驅(qū)體與第一碳源研磨，將研磨后的物料在保護氣體氣氛下升溫至第一溫度t1并在第一溫度t1下保溫第一時間t1，得到第一碳包覆層包覆的含鋰磷酸鹽；將所得到的第一碳包覆層包覆的含鋰磷酸鹽置于化學氣相沉積設備中，在保護氣體氣氛下升溫至第二溫度t2，通入沉積氣體，然后在第二溫度t2下保溫第二時間t2以使沉積氣體沉積形成第二碳包覆層，獲得正極活性材料，其中，所述正極活性材料包括含鋰磷酸鹽，所述正極活性材料在25℃下的充電克容量記為c1，所述正極活性材料在60℃下的充電克容量記為c2，單位均為mah/g，且c2/c1≥1.020。

21、在任意實施例中，在將所述含鋰磷酸鹽前驅(qū)體與第一碳源研磨的步驟中，研磨后物料的體積分布粒徑dv50為350nm-500nm，可選為350nm-450nm。研磨后物料的體積分布粒徑dv50在上述范圍內(nèi)時，可以使正極活性材料顆粒具有合適的一次顆粒(此處的一次顆粒為類單晶顆粒的一次顆粒)尺寸，從而既可以使正極活性材料具有良好的動力學性能，又可以使正極活性材料的部分初始容量被隱藏起來，使正極活性材料起到容量緩釋劑的效果，進而可以改善電池的循環(huán)性能和功率性能。

22、在任意實施例中，所述第一溫度t1為760℃-850℃，可選為780℃-820℃。第一溫度t1在上述范圍內(nèi)時，可以使正極活性材料顆粒具有合適的一次顆粒(此處的一次顆粒為類單晶顆粒的一次顆粒)尺寸，從而既可以使正極活性材料具有良好的動力學性能，又可以使正極活性材料的部分初始容量被隱藏起來，使正極活性材料起到容量緩釋劑的效果，進而可以改善電池的循環(huán)性能和功率性能。

23、在任意實施例中，所述第一時間t1為8h-15h，可選為10h-14h。第一時間t1在上述范圍內(nèi)時，可以使正極活性材料顆粒具有合適的一次顆粒(此處的一次顆粒為類單晶顆粒的一次顆粒)尺寸，從而既可以使正極活性材料具有良好的動力學性能，又可以使正極活性材料的部分初始容量被隱藏起來，使正極活性材料起到容量緩釋劑的效果，進而可以改善電池的循環(huán)性能和功率性能。

24、在任意實施例中，所述第二溫度t2為600℃-800℃，可選為700℃-800℃。第二溫度t2在上述范圍內(nèi)時，可以使正極活性材料具有良好的動力學性能，還可以使正極活性材料更好地起到容量緩釋劑的效果，進而可以更好地改善電池的循環(huán)性能和功率性能。

25、在任意實施例中，所述沉積氣體的流量記為v，單位為l/分鐘；所述化學氣相沉積設備中的所述第一碳包覆層包覆的含鋰磷酸鹽的質(zhì)量記為m，單位為kg；則(v×t2)/m＞0，所述第二時間t2的單位為分鐘；可選地，(v×t2)/m為0.375-3.750，更可選為0.750-1.500。通過調(diào)節(jié)沉積氣體的流量、第二時間t2以及使用的第一碳包覆層包覆的含鋰磷酸鹽的質(zhì)量m滿足上述關系式，可以調(diào)節(jié)第二碳包覆層的含量在合適范圍內(nèi)。

26、在任意實施例中，所述第一碳源包括葡萄糖、蔗糖、乳糖、麥芽糖、淀粉、纖維素、瀝青、聚乙二醇、炭黑中的一種或多種。

27、在任意實施例中，所述沉積氣體包括乙炔、甲烷、乙烯、丙烯、苯、甲苯中的一種或多種。

28、在任意實施例中，所述保護氣體包括氮氣、氬氣、氦氣中的一種或多種。

29、本技術第三方面提供一種電池單體，包括正極極片，所述正極極片包括正極集流體以及設置在所述正極集流體至少一個表面上的正極膜層，所述正極膜層包括本技術第一方面的正極活性材料或通過本技術第二方面的制備方法制備得到的正極活性材料。

30、本技術第四方面提供一種用電裝置，其包括本技術第三方面的電池單體。

31、本技術的用電裝置包括本技術提供的電池單體，因而至少具有與其相同的優(yōu)勢。