本技術(shù)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(shù)：

1、近年來，電池被廣泛應(yīng)用于儲(chǔ)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(chǔ)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(dāng)前電池開發(fā)的難點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本技術(shù)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(shù)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，并且所述正極活性材料在滿充電狀態(tài)下測試的x射線衍射圖譜滿足：在35°-36°范圍內(nèi)具有(311)晶面峰，在20°-21°范圍內(nèi)具有(011)晶面峰，并且(311)晶面峰的峰強(qiáng)度i311與(011)晶面峰的峰強(qiáng)度i011的比值滿足i311/i011≥0.008。

3、本技術(shù)提供的正極活性材料在初始滿充電狀態(tài)下有部分含鋰磷酸鹽未脫鋰，該部分未脫鋰的含鋰磷酸鹽在電池循環(huán)過程中可以逐漸活化，并使活性鋰逐漸脫出。因此，本技術(shù)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(shí)施例中，0.009≤i311/i011≤0.037，可選地，0.012≤i311/i011≤0.024。由此可以使電池兼具長循環(huán)壽命、高能量密度和良好的動(dòng)力學(xué)性能。

5、在任意實(shí)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(shí)施例中，所述碳包覆層的重量含量記為m，基于所述正極活性材料的總重量計(jì)，所述正極活性材料的比表面積記為a，單位為m2/g，5.0≤a/(100×m)≤9.0，可選地，6.4≤a/(100×m)≤8.2。由此可以使電池更好地兼具長循環(huán)壽命、高能量密度和良好的動(dòng)力學(xué)性能。

7、在任意實(shí)施例中，1.0％≤m≤3.4％，可選地，1.2％≤m≤2.0％。碳包覆層的重量含量m在上述范圍內(nèi)時(shí)，可以更好地包覆含鋰磷酸鹽本體，起到過度包覆含鋰磷酸鹽本體的作用，由此可以使正極活性材料的部分初始容量被隱藏起來，進(jìn)而可以使正極活性材料起到容量緩釋劑的效果。

8、在任意實(shí)施例中，a≤18.5m2/g，可選地，a≤13.5m2/g。正極活性材料的比表面積在上述范圍內(nèi)時(shí)，還可以改善正極漿料和正極極片的加工性能，減少漿料超粘、涂層開裂的問題。

9、在任意實(shí)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)。

10、在任意實(shí)施例中，所述正極活性材料的體積分布粒徑dv50為0.6μm-2.5μm，可選為0.7μm-2.3μm。正極活性材料的體積分布粒徑dv50在上述范圍內(nèi)時(shí)，可以使正極活性材料具有良好的離子傳輸性能，從而可以使電池具有良好的功率性能，還可以改善正極漿料和正極極片的加工性能，例如可以減少漿料超粘、涂層開裂的問題。

11、在任意實(shí)施例中，所述正極活性材料25℃下的粉末電阻率記為δ，δ≤20ω.cm，可選地，δ≤12.1ω.cm。正極活性材料的粉末電阻率在上述范圍內(nèi)時(shí)，可以改善含鋰磷酸鹽的電子導(dǎo)電性，還可以降低含鋰磷酸鹽的親水性，減少水分的吸附，從而可以進(jìn)一步改善電池的循環(huán)性能。

12、在任意實(shí)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?？蛇x地，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。

13、本技術(shù)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)體與碳源進(jìn)行研磨；將研磨后的物料在保護(hù)氣體氣氛下以第一速率升溫至第一溫度t1并在第一溫度t1下保溫第一時(shí)間t1，然后以第二速率升溫至第二溫度t2并在第二溫度t2下保溫第二時(shí)間t2，得到正極活性材料，其中，所述正極活性材料包括含鋰磷酸鹽，并且所述正極活性材料在滿充電狀態(tài)下測試的x射線衍射圖譜滿足：在35°-36°范圍內(nèi)具有(311)晶面峰，在20°-21°范圍內(nèi)具有(011)晶面峰，并且(311)晶面峰的峰強(qiáng)度i311與(011)晶面峰的峰強(qiáng)度i011的比值滿足i311/i011≥0.008。

14、在任意實(shí)施例中，所述第一速率小于等于4℃/min，可選為1℃/min-4℃/min。由此不僅可以使正極活性材料起到容量緩釋劑的效果，還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，從而還可以使正極活性材料具有良好的動(dòng)力學(xué)性能，進(jìn)而可以使采用該正極活性材料的電池兼具長循環(huán)壽命、良好的動(dòng)力學(xué)性能和高能量轉(zhuǎn)化效率。

15、在任意實(shí)施例中，所述第一溫度t1大于等于400℃，可選為400℃-600℃，更可選為450℃-550℃。通過調(diào)節(jié)第一溫度t1在上述范圍內(nèi)，既可以使碳源充分分解形成碳，又可以使正極活性材料顆粒具有均勻的一次顆粒(此處的一次顆粒為類單晶顆粒的一次顆粒)尺寸，從而可以使正極活性材料更好地起到容量緩釋劑的效果，進(jìn)而可以使采用該正極活性材料的電池具有長循環(huán)壽命。

16、在任意實(shí)施例中，所述第一時(shí)間t1大于等于1h，可選為1h-7h，更可選為3h-5h。由此不僅可以使正極活性材料起到容量緩釋劑的效果，還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，從而還可以使正極活性材料具有良好的動(dòng)力學(xué)性能，進(jìn)而可以使采用該正極活性材料的電池兼具長循環(huán)壽命、良好的動(dòng)力學(xué)性能和高能量轉(zhuǎn)化效率。

17、在任意實(shí)施例中，所述第二溫度t2大于等于720℃，可選為720℃-850℃，更可選為750℃-810℃。由此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，既可以使正極活性材料具有良好的動(dòng)力學(xué)性能，又可以使正極活性材料起到容量緩釋劑的效果，進(jìn)而可以使采用該正極活性材料的電池兼具長循環(huán)壽命、良好的動(dòng)力學(xué)性能和高能量轉(zhuǎn)化效率。

18、在任意實(shí)施例中，所述第二速率為1℃/min-10℃/min，可選為5℃/min-9℃/min。由此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，既可以使正極活性材料具有良好的動(dòng)力學(xué)性能，又可以使正極活性材料起到容量緩釋劑的效果。

19、在任意實(shí)施例中，所述第二時(shí)間t2為5h-20h，可選為8h-15h。由此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，既可以使正極活性材料具有良好的動(dòng)力學(xué)性能，又可以使正極活性材料起到容量緩釋劑的效果。

20、在任意實(shí)施例中，所述碳源包括第一碳源，所述第一碳源包括水溶性聚合物。第一碳源包括水溶性聚合物時(shí)，水溶性聚合物可以充分包裹含鋰磷酸鹽前驅(qū)體，由此可以使形成的碳包覆層更均勻致密，從而有助于隱藏正極活性材料的部分初始容量，使正極活性材料可以起到容量緩釋劑的效果。

21、在任意實(shí)施例中，所述第一碳源的重量含量≥50％，可選為50％-70％，基于所述碳源的總重量計(jì)。由此有利于電池兼具長循環(huán)壽命、高能量密度和良好的動(dòng)力學(xué)性能。

22、在任意實(shí)施例中，所述水溶性聚合物包括聚乙二醇、聚苯胺、及其各自的衍生物中的一種或多種。水溶性聚合物在上述范圍內(nèi)時(shí)，可以提高含鋰磷酸鹽的電子電導(dǎo)性，還可以降低制備的正極活性材料的比表面積，從而可以使形成的碳包覆層更均勻致密，進(jìn)而有助于隱藏正極活性材料的部分初始容量，使正極活性材料可以起到容量緩釋劑的效果。

23、在任意實(shí)施例中，所述碳源還包括第二碳源，所述第二碳源包括葡萄糖、蔗糖、乳糖、麥芽糖中的一種或多種。

24、在任意實(shí)施例中，所述第二碳源的重量含量≤50％，可選為30％-50％，基于所述碳源的總重量計(jì)。由此有利于電池兼具長循環(huán)壽命、高能量密度和良好的動(dòng)力學(xué)性能，還有利于降低電池的原料成本。

25、本技術(shù)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(shè)置在所述正極集流體至少一個(gè)表面上的正極膜層，所述正極膜層包括本技術(shù)第一方面的正極活性材料或通過本技術(shù)第二方面的制備方法制備得到的正極活性材料。

26、本技術(shù)第四方面提供一種用電裝置，其包括本技術(shù)第三方面的電池單體。

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