本申請(qǐng)涉及電池領(lǐng)域，具體地，涉及正極活性材料及其制備方法、正極極片、電池、用電設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、富鋰錳基正極材料以其高比容量、高能量密度等特點(diǎn)，成為鋰離子電池正極領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。富鋰錳基正極材料中含有ni、co、mn元素，其比容量超過(guò)240mah/g，平均電壓高于3.5v，能量密度高于層狀limo2和尖晶石型limn2o4和橄欖石型lifepo4。因此，富鋰錳基正極活性材料被視為下一代鋰離子電池正極活性材料的優(yōu)選材料。但是，相關(guān)技術(shù)中的正極活性材料無(wú)法兼顧其循環(huán)性能和體積能量密度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請(qǐng)旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問(wèn)題之一。

2、本申請(qǐng)第一方面提供了一種正極活性材料，所述正極活性材料是由一次顆粒團(tuán)聚形成的二次顆粒，所述二次顆粒具有孔隙，所述正極活性材料在酸性溶液中浸泡后的bet比表面積為1.75m2/g-4m2/g，所述正極活性材料在所述酸性溶液中浸泡后的孔隙率為2.6％-6.5％，所述正極活性材料和所述酸性溶液的重量比為1:10，所述酸性溶液的ph為5.5，浸泡時(shí)間為2h。由此，本申請(qǐng)?zhí)岢龅恼龢O活性材料在酸性溶液中浸泡后，可使正極活性材料在維持較低的孔隙率的前提下，具有較大的比表面積，從而提高電池的能量密度和循環(huán)性能。

3、根據(jù)本申請(qǐng)的一些實(shí)施例，所述正極活性材料二次顆粒在酸性溶液中浸泡后所述孔隙的平均孔徑為9nm-25nm。由此，使正極活性材料保持較低的孔隙率即可具有較大的比表面積，從而提高正極活性材料的壓實(shí)密度。

4、根據(jù)本申請(qǐng)的一些實(shí)施例，孔徑小于或等于10nm的孔隙占比為50％-80％。由此，提高正極活性材料的比表面積，提高電池的循環(huán)性能。

5、根據(jù)本申請(qǐng)的一些實(shí)施例，所述正極活性材料的壓實(shí)密度為2.7g/cm3-3.2g/cm3。由此，提高電池的能量密度。

6、根據(jù)本申請(qǐng)的一些實(shí)施例，所述正極活性材料滿足：η＝fwhm(104)/fwhm(003)，1.8≤η≤2.8，可選地，1.85≤η≤2.1，其中，fwhm(104)為x射線衍射譜圖的衍射峰(104)的半峰寬，衍射峰(104)對(duì)應(yīng)的2θ值為43.5°-45.5°，fwhm(003)為x射線衍射譜圖的衍射峰(003)的半峰寬，衍射峰(003)對(duì)應(yīng)的2θ值為17.5°-19.5°。由此，提高正極活性材料晶格的完整性，提高正極活性材料的循環(huán)穩(wěn)定性。

7、根據(jù)本申請(qǐng)的一些實(shí)施例，所述正極活性材料包括式ι所示的化合物：

8、li1+δ(nix(1-a)coy(1-a)li(1-2x-y)(1-a)/3mn(2-x-y)(1-a)/3m1a?m2b)o(2+δ/2)nn式i，

9、其中，0.02≤δ≤0.08，0.25≤x≤0.45，0≤y≤0.1，0≤a≤0.035，0≤b≤0.04，0≤n≤0.04，m1包括al、zr、y、mg、ti、w、si、yb、nb、sc、ca、la、sr、y中的至少一種，m2包括b、mg、al、ti、v、sr、y、zr、nb、mo、sc、cr、la、sr、w中的至少一種，n包括f、s、p、o中的至少一種。

10、根據(jù)本申請(qǐng)的一些實(shí)施例，所述正極活性材料滿足以下條件的至少之一：0.03≤δ≤0.06；0.001≤a≤0.02；0.001≤b≤0.02；0≤n≤0.02。

11、根據(jù)本申請(qǐng)的一些實(shí)施例，所述二次顆粒的至少部分表面具有包覆層；優(yōu)選地，所述包覆層包括所述m2元素。由此，降低電解液對(duì)正極活性材料的過(guò)渡侵蝕，提高電池的循環(huán)性能。

12、本申請(qǐng)第二方面提供了一種制備正極活性材料的方法，所述方法包括：將ni源、co源、mn源、絡(luò)合劑、沉淀劑混合以形成第一混合液，對(duì)所述第一混合液進(jìn)行攪拌，經(jīng)共沉淀，干燥，獲得富鋰錳基前驅(qū)體，其中，所述第一混合液的ph為9-11.5，所述攪拌的轉(zhuǎn)速為500rpm-900rpm；將所述富鋰錳基前驅(qū)體、鋰源、m1源混合進(jìn)行第一次燒結(jié)，以獲得第一過(guò)程品；將所述第一過(guò)程品、m2源、溶劑混合以形成第二混合液，所述第一過(guò)程品與所述溶劑的固液比為0.5g/ml-3g/ml，固液分離，對(duì)固相物質(zhì)進(jìn)行干燥，以獲得第二過(guò)程品；對(duì)所述第二過(guò)程品進(jìn)行第二次燒結(jié)，所述第二次燒結(jié)的溫度小于或等于所述第一次燒結(jié)的溫度，以獲得所述正極活性材料。

13、由此，通過(guò)使第一混合液的ph和攪拌的轉(zhuǎn)速在上述范圍，從而使正極活性材料的一次顆粒也具有良好的多向性，通過(guò)控制形成第二混合液過(guò)程中的固液比，可以將一次顆粒與一次顆粒之間的微小孔隙內(nèi)的可溶性殘余物質(zhì)排出到二次顆粒外部，使二次顆粒內(nèi)部形成更多的微孔，同時(shí)不破壞晶格結(jié)構(gòu)，從而獲得兼具優(yōu)異的循環(huán)性能和較高的體積能量密度的正極活性材料。

14、根據(jù)本申請(qǐng)的一些實(shí)施例，所述第一過(guò)程品與所述溶劑的固液比為1.0g/ml-3g/ml。

15、根據(jù)本申請(qǐng)的一些實(shí)施例，所述方法滿足以下條件的至少之一：所述第二混合液的溫度為5℃-35℃；所述第一過(guò)程品、所述m2源、所述溶劑的混合時(shí)間為30s-1200s，可選為60s-600s。由此，能夠有效的獲得微孔同時(shí)不破壞正極活性材料的晶格結(jié)構(gòu)。

16、根據(jù)本申請(qǐng)的一些實(shí)施例，1.12≤n(li)/(n(ni)+n(co)+n(mn)+n(m1))≤1.49。由此，提高正極活性材料晶格的完整性，提高正極活性材料的循環(huán)穩(wěn)定性。

17、根據(jù)本申請(qǐng)的一些實(shí)施例，0≤n(m2)/(n(ni)+n(co)+n(mn)+n(m1))≤0.04，可選地，0.001≤n(m2)/(n(ni)+n(co)+n(mn)+n(m1))≤0.02。由此，在正極活性材料表面進(jìn)行適量地包覆，不僅能夠降低電解液對(duì)正極活性材料的腐蝕，提高循環(huán)性能，還可以提高二次顆粒的導(dǎo)電率，提升正極活性材料的容量。

18、根據(jù)本申請(qǐng)的一些實(shí)施例，所述方法滿足以下條件的至少之一：所述第一次燒結(jié)的溫度為t1，且滿足800℃≤t1≤980℃；所述第一次燒結(jié)的時(shí)間為t1，滿足5h≤t1≤15h；所述第一次燒結(jié)的升溫速率為v1，且滿足1.3℃/min≤v1≤10℃/min。由此，能夠獲得較好的晶體結(jié)構(gòu)。

19、根據(jù)本申請(qǐng)的一些實(shí)施例，所述方法滿足以下條件的至少之一：所述第二次燒結(jié)的溫度為t2，且滿足300℃≤t2≤800℃；所述第二次燒結(jié)的時(shí)間為t2，且滿足6h≤t2≤20h。由此，獲得較好的晶體結(jié)構(gòu)。

20、本申請(qǐng)第三方面提供了一種正極極片，包括本申請(qǐng)第一方面提供的正極活性材料或本申請(qǐng)第二方面提供的方法制備的正極活性材料。

21、本申請(qǐng)第四方面提供了一種電池，包括本申請(qǐng)第三方面提供的正極極片。

22、本申請(qǐng)第五方面提供了一種用電設(shè)備，包括本申請(qǐng)第四方面提供的電池。

技術(shù)特征：

1.一種正極活性材料，其特征在于，所述正極活性材料是由一次顆粒團(tuán)聚形成的二次顆粒，所述二次顆粒具有孔隙，所述正極活性材料在酸性溶液中浸泡后的bet比表面積為1.75m2/g-4m2/g，所述正極活性材料在所述酸性溶液中浸泡后的孔隙率為2.6％-6.5％，所述正極活性材料和所述酸性溶液的重量比為1:10，所述酸性溶液的ph為5.5，浸泡時(shí)間為2h。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正極活性材料，其特征在于，所述正極活性材料二次顆粒在酸性溶液中浸泡后所述孔隙的平均孔徑為9nm-25nm。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的正極活性材料，其特征在于，孔徑小于或等于10nm的孔隙占比為50％-80％。

4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的正極活性材料，其特征在于，所述正極活性材料的壓實(shí)密度為2.7g/cm3-3.2g/cm3。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的正極活性材料，其特征在于，所述正極活性材料滿足：η＝fwhm(104)/fwhm(003)，1.8≤η≤2.8，可選地，1.85≤η≤2.1，其中，fwhm(104)為x射線衍射譜圖的衍射峰(104)的半峰寬，衍射峰(104)對(duì)應(yīng)的2θ值為43.5°-45.5°，fwhm(003)為x射線衍射譜圖的衍射峰(003)的半峰寬，衍射峰(003)對(duì)應(yīng)的2θ值為17.5°-19.5°。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正極活性材料，其特征在于，所述正極活性材料包括式ι所示的化合物：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的正極活性材料，其特征在于，滿足以下條件的至少之一：

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的正極活性材料，其特征在于，所述二次顆粒的至少部分表面具有包覆層；優(yōu)選地，所述包覆層包括所述m2元素。

9.一種制備正極活性材料的方法，其特征在于，包括：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述第一過(guò)程品與所述溶劑的固液比為1.0g/ml-3g/ml。

11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，滿足以下條件的至少之一：

12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，1.12≤n(li)/(n(ni)+n(co)+n(mn)+n(m1))≤1.49。

13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，0≤n(m2)/(n(ni)+n(co)+n(mn)+n(m1))≤0.04，可選地，0.001≤n(m2)/(n(ni)+n(co)+n(mn)+n(m1))≤0.02。

14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，滿足以下條件的至少之一：

15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，滿足以下條件的至少之一：

16.一種正極極片，其特征在于，包括權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的正極活性材料或權(quán)利要求9-15任一項(xiàng)所述的方法制備的正極活性材料。

17.一種電池，其特征在于，包括權(quán)利要求16所述的正極極片。

18.一種用電設(shè)備，其特征在于，包括權(quán)利要求17所述的電池。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)公開(kāi)了正極活性材料及其制備方法、正極極片、電池、用電設(shè)備，所述正極活性材料在酸性溶液中浸泡后的BET比表面積為1.75m<supgt;2</supgt;/g?4m<supgt;2</supgt;/g，所述正極活性材料在所述酸性溶液中浸泡后的孔隙率為2.6％?6.5％，所述正極活性材料和所述酸性溶液的重量比為1:10，所述酸性溶液的pH為5.5，浸泡時(shí)間為2h。由此，本申請(qǐng)?zhí)岢龅恼龢O活性材料兼具較高的壓實(shí)密度和優(yōu)異的循環(huán)性能。

技術(shù)研發(fā)人員：茹敏朝,王俊,趙宵朗,劉亞飛,陳彥彬
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京當(dāng)升材料科技股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9