一种电池正极材料及其应用制造技术

本申请提供了一种电池正极材料，该电池正极材料包括磷酸锰铁锂颗粒和分散在磷酸锰铁锂颗粒间隙中的活性颗粒；活性颗粒包括镍钴锰酸锂颗粒、镍钴铝酸锂颗粒、富锂锰基材料颗粒、钴酸锂颗粒、尖晶石锰酸锂LiMn2O4颗粒和层状锰酸锂LiMnO2颗粒中的一种或多种；磷酸锰铁锂与活性颗粒的中位粒径之比为3～8；电池正极材料中，磷酸锰铁锂的质量百分含量为70％～90％，活性颗粒的质量百分含量为10％～30％。该电池正极材料具有较高的质量能量密度和体积能量密度，采用该电池正极材料的电池能够具有较高的能量密度和安全性能并且还具有良好的低温性能。本申请还提供了上述电池正极材料的应用。的应用。的应用。

【技术实现步骤摘要】
一种电池正极材料及其应用


[0001]本申请涉及二次电池领域，具体涉及一种电池正极材料及其应用。

技术介绍

[0002]磷酸盐类材料LiMPO4(M＝Fe、Mn、Ni、Co)用作二次电池正极材料时具有结构稳定、与电解液反应活性小、安全性高、电池循环性好等诸多优点，然而现有的磷酸盐体系的电池压实密度和能量密度较低，不利于电池的应用。因此，有必要提供一种电池正极材料，以使极片具有较高压实密度，使电池可以兼顾高能量密度、高循环稳定性和安全性。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本申请提供了一种电池正极材料，该电池正极材料通过对不同组分进行颗粒级搭配使材料具有较高的质量能量密度和体积能量密度，采用该电池正极材料的电池能够具有较高能量密度和安全性能并且还具有良好的低温性能。
[0004]本申请第一方面提供了一种电池正极材料，所述电池正极材料包括磷酸锰铁锂颗粒和填充在所述磷酸锰铁锂颗粒间隙中的活性颗粒；所述活性颗粒包括镍钴锰酸锂颗粒、镍钴铝酸锂颗粒、富锂锰基材料颗粒、钴酸锂颗粒、尖晶石锰酸锂LiMn2O4颗粒和层状锰酸锂LiMnO2颗粒中的一种或多种；所述磷酸锰铁锂与所述活性颗粒的中位粒径之比为3～8；所述电池正极材料中，所述磷酸锰铁锂的质量百分含量为70％～90％，所述活性颗粒的质量百分含量为10％～30％。
[0005]本申请的电池正极材料中，磷酸锰铁锂颗粒具有较大的粒径，较小粒径的活性颗粒可填充在磷酸锰铁锂颗粒的间隙中，活性颗粒相比于磷酸锰铁锂颗粒具有更高的压实密度，从而在不改变材料整体体积的前提下显著地提高材料整体的压实密度，使电池正极材料具有较高的体积能量密度；并且活性颗粒的质量比容量和电压也高于磷酸锰铁锂颗粒，从而使电池正极材料也具有较高的质量能量密度，除此之外，活性颗粒具有良好的低温性能，有利于提高电池正极材料的低温性能。
[0006]可选地，所述磷酸锰铁锂颗粒的中位粒径为2μm
‑
15μm。
[0007]可选地，所述活性颗粒的中位粒径为0.5μm
‑
5μm。
[0008]可选地，所述活性颗粒包括一级活性颗粒和二级活性颗粒，所述一级活性颗粒的中位粒径为0.5μm
‑
5μm，所述二级活性颗粒的中位粒径为0.1μm
‑
2μm。
[0009]可选地，所述磷酸锰铁锂颗粒与所述活性颗粒的质量比为1:(0.2～0.35)。
[0010]可选地，所述磷酸锰铁锂颗粒包括LiMn
x
Fe1‑
x
PO4，其中，0.5≤x≤0.9。
[0011]可选地，所述磷酸锰铁锂颗粒还包括掺杂元素，所述掺杂元素包括Ti、V、Co、Ni、Cu、Zn、Mg、Ca、Al、Nb、Mo中的一种或多种。
[0012]可选地，所述磷酸锰铁锂颗粒包括碳，所述碳占所述磷酸锰铁锂颗粒的质量百分含量为1％～3％。
[0013]可选地，所述镍钴锰酸锂颗粒包括LiNi
a
Co
b
Mn1‑
a
‑
b
O2，其中，0＜a＜1，0＜b＜1，0＜
1
‑
a
‑
b＜1。
[0014]可选地，所述镍钴锰酸锂颗粒还包括掺杂元素，所述掺杂元素包括Ti、V、Fe、Cu、Zn、Mg、Ca、Al、Nb、Mo中的一种或多种。
[0015]可选地，所述镍钴铝酸锂颗粒包括LiNi
m
Co
n
Al1‑
m
‑
n
O2，其中，0＜m＜1，0＜n＜1，0＜1
‑
m
‑
n＜1。
[0016]可选地，所述镍钴铝酸锂颗粒还包括掺杂元素，所述掺杂元素包括Ti、V、Mn、Fe、Cu、Zn、Mg、Ca、Nb、Mo中的一种或多种。
[0017]可选地，所述富锂锰基材料颗粒包括yLi2MnO3·
(1
‑
y)LiMO2，其中，0＜y＜1，所述M包括Mn、Ni或Co中至少一种。
[0018]可选地，所述富锂锰基材料颗粒还包括掺杂元素，所述掺杂元素包括Ti、V、Fe、Co、Cu、Zn、Mg、Ca、Nb、Mo中的一种或多种。
[0019]可选地，所述电池正极材料的压实密度为2.4g/cm3～3.2g/cm3。
[0020]第二方面，本申请提供了一种正极极片，包括集流体和设置在所述集流体上的正极材料层，所述正极材料层包括如第一方面所述的电池正极材料。
[0021]第三方面，本申请提供了一种二次电池，包括正极、负极、隔膜和电解液，所述正极包括如第二方面所述的正极极片。
附图说明
[0022]图1为本申请一实施例提供的电池正极材料结构示意图；
[0023]图2为本申请提供的一种正极材料的结构示意图；
[0024]图3为本申请一实施例提供的电池正极材料的结构示意图；
[0025]图4为本申请实施例1提供的电池正极材料的扫描电镜图。
[0026]需指出的是，电池正极材料结构示意图展示的是二维方向上的颗粒分布，而实际上应是三维上的立体图。
具体实施方式
[0027]下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0028]以磷酸铁锂为代表的磷酸盐正极材料具有循环寿命长，安全性高，环境友好，成本低等优点，在锂离子电池正极材料体系中占有重要地位。相较于磷酸铁锂，磷酸锰铁锂具有更高的理论能量密度，然而磷酸锰铁锂的电子和离子传输速率较低，限制其容量的发挥，为提高磷酸锰铁锂正极材料的电导率需要对磷酸锰铁锂进行碳包覆，然而碳的引入会降低材料的压实密度。为提高正极材料的压实密度，本申请提供了一种电池正极材料，请参阅图1，图1为本申请一实施例提供的电池正极材料结构示意图。本申请的电池正极材料10包括磷酸锰铁锂颗粒11和分散在磷酸锰铁锂颗粒间隙中的活性颗粒12。本申请中，活性颗粒与磷酸锰铁锂颗粒为物理共混的体系，较小粒径的活性颗粒填充在磷酸锰铁锂颗粒的间隙中，需要注意的是，本申请的电池正极材料中，颗粒之间无团聚的作用，小粒径的颗粒并不以包
覆形式附着在大粒径的颗粒表面，而是以单一的分散态与大颗粒进行堆积形成物理共混的体系。
[0029]本申请中，磷酸锰铁锂包括LiMn
x
Fe1‑
x
PO4，其中，0.5≤x≤0.9，本申请一些实施方式中，可对磷酸锰铁锂进行元素掺杂以提高磷酸锰铁锂的导电性，掺杂元素例如可以是Ti、V、Co、Ni、Cu、Zn、Mg、Ca、Al、Nb、Mo中的一种或多种。掺杂元素占磷酸锰铁锂中全部过渡金属元素的质量百分含量为0.2％...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电池正极材料，其特征在于，所述电池正极材料包括磷酸锰铁锂颗粒和分散在所述磷酸锰铁锂颗粒间隙中的活性颗粒；所述活性颗粒包括镍钴锰酸锂颗粒、镍钴铝酸锂颗粒、富锂锰基材料颗粒、钴酸锂颗粒、尖晶石锰酸锂LiMn2O4颗粒和层状锰酸锂LiMnO2颗粒中的一种或多种；所述磷酸锰铁锂与所述活性颗粒的中位粒径之比为3～8；所述电池正极材料中，所述磷酸锰铁锂的质量百分含量为70％～90％，所述活性颗粒的质量百分含量为10％～30％。2.如权利要求1所述的电池正极材料，其特征在于，所述磷酸锰铁锂颗粒的中位粒径为2μm
‑
15μm。3.如权利要求1或2所述的电池正极材料，其特征在于，所述活性颗粒的中位粒径为0.5μm
‑
5μm。4.如权利要求1
‑
3任一项所述的电池正极材料，其特征在于，所述活性颗粒包括一级活性颗粒和二级活性颗粒，所述一级活性颗粒的中位粒径为0.5μm
‑
5μm，所述二级活性颗粒的中位粒径为0.1μm
‑
2μm。5.如权利要求1
‑
4任一项所述的电池正极...

【专利技术属性】
技术研发人员：程斌，潘仪，庄明昊，邓若燚，吴鹏宇，
申请(专利权)人：比亚迪股份有限公司，
类型：发明
国别省市：