【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电池材料领域，尤其涉及一种类单晶富锂锰基正极材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、目前主流的富锂锰基正极材料，其形貌是由几百纳米的一次颗粒团聚而成的微米二次球形颗粒，这种二次球形颗粒形貌的材料，其结构机械强度低、牢固性差，在较高压实情况下，这些二次球形颗粒很容易被挤压破碎，导致材料内部颗粒裸露、副反应增加和金属离子溶出等现象加剧，电化学性能下降。同时其一次颗粒粒径过于细小且结构缺陷多，在高电压充放电下易发生结构坍塌，且二次颗粒难以将这些过于细小的颗粒包覆在内，故高电压充放电过程中界面副反应难以抑制，造成材料结构破坏，此外二次球形颗粒也容易导致胀气等安全问题。相对于传统二次球形颗粒，单晶富锂锰基正极因具更高的压实和振实密度，有效避免了在极片辊压过程中出现的颗粒破碎等现象，并降低电解液和材料之间的副反应，提升单体电池的循环性能和高倍率条件下的表现。
2、但是，目前单晶富锂锰基正极材料产业化进展并不顺利，因为富锂锰基正极材料在电化学过程中存在阴离子氧化还原，其动力学较为缓慢，单晶化之后，将使动力学问题更加突出，进而造成容量、首效、功率等性能严重下降。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种类单晶富锂锰基正极材料，该正极材料稳定性优异，同时由于其一次粒子尺寸较小，有助于改善其动力学行为。
2、本专利技术还提供一种上述类单晶富锂锰基正极材料的制备方法，该制备方法能够制备得到上述类单晶富锂锰基正极材料，且工艺简单，避免了使用熔盐法、球磨等复杂合成体系带来的
3、本专利技术还提供一种正极极片，该正极极片包括上述类单晶富锂锰基正极材料，因此，该极片有助于电池更好发挥容量、首效、功率等性能。
4、专利技术还提供一种电池，该电池包括上述正极极片，因此，该电池具有优异的电化学性能。
5、第一方面，本专利技术提供一种类单晶富锂锰基正极材料，包含由平均粒径为400nm～700nm的一次粒子形成的类单晶粒子，所述类单晶粒子满足式1至式4；
6、5个≤k＜15个 式1；
7、0.8m2/g≤α≤2.0m2/g 式2，
8、1.5μm≤d50<4.0μm 式3，
9、0.4μm≤dmin<0.8μm 式4，
10、其中，k为所述类单晶粒子包含一次粒子的个数，α为所述类单晶粒子的比表面积，d50为所述类单晶粒子的中值粒径，dmin为所述类单晶粒子的最小粒径。
11、进一步，所述类单晶富锂锰基正极材料的化学通式为liαm2-αo2-βfβ·nγ；
12、其中，m代表nixcoymnzm’t，1.10≤α≤1.16，0≤β≤0.05，x+y+z+t＝1.0，0≤γ≤0.02，0.3≤x≤0.37，0≤y≤0.10，0≤t≤0.02，m’为分散元素、细化元素和稳定元素中的至少一种，所述分散元素为ta和/或nb，所述细化元素为w和/或mo，所述稳定元素为y、sn、ti、p中一种或多种；所述n为alf3、srf2、zrf4、laf3中的一种或多种。
13、进一步，所述分散元素、细化元素和稳定元素的摩尔比为1～6:2～8:2～40。
14、第二方面，本专利技术提供一种上述类单晶富锂锰基正极材料的制备方法，包括以下步骤：
15、(1)50～70℃下，向ph为10.8～11.2的反应底液中通入金属源溶液、沉淀剂溶液，进行转速为600～800rpm的搅拌处理，待出现颗粒后，调整体系的ph至10.4～10.79并加入络合剂，直至颗粒的中值粒径达到1.2～1.8μm，停止反应，得到正极材料前驱体；
16、(2)将所述正极材料前驱体与包含锂源的原料体系混合，以5～10℃/min升温速率进行升温，升温至400～500℃，保温2～4h，进行一段烧结，升温至550～700℃/min，保温2～3h，进行二段烧结，升温至750～850℃/min，保温2～4h，进行三段烧结，升温至940～990℃/min，保温12～16h，进行四段烧结，获得所述类单晶富锂锰基正极材料；
17、步骤(1)的反应体系中，络合剂的浓度为0.02～0.2g/l，金属离子的总浓度为1.0～2.0mol/l。
18、进一步，在上述制备方法中，还包括向所述反应底液中通入氟源，再进行转速为600～800rpm的搅拌处理。
19、所述包含锂源的原料体系中包括有m’源。
20、所述四段烧结之后还包括以下步骤：降温后，在体系中引入n源，以2～5℃/min的升温速率，升温至280～580℃，保温5～10h。
21、待出现颗粒的二次粒子的d50为0.6～1.0μm，再调整体系的ph至10.4～10.79。
22、第三方面，本专利技术提供一种正极极片，包括上述类单晶富锂锰基正极材料或上述的制备方法制得的类单晶富锂锰基正极材料。
23、第四方面，本专利技术提供一种电池，包括上述的正极极片。
24、本专利技术提供的类单晶富锂锰基正极材料的一次粒子尺寸在400-700nm范围内，用于电池不仅具有良好的循环性能，其容量、首效、功率等性能较传统单晶富锂锰基正极材料组装的电池均有明显提升。
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1.一种类单晶富锂锰基正极材料，其特征在于，包含由平均粒径为400nm～700nm的一次粒子形成的类单晶粒子，所述类单晶粒子满足式1至式4；
2.根据权利要求1所述的类单晶富锂锰基正极材料，其特征在于，所述类单晶富锂锰基正极材料的化学通式为LiαM2-αO2-βFβ·Nγ；
3.根据权利要求2所述的类单晶富锂锰基正极材料，其特征在于，所述分散元素、细化元素和稳定元素的摩尔比为1～6:2～8:2～40。
4.一种如权利要求1～3任一所述的类单晶富锂锰基正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，还包括向所述反应底液中通入氟源，再进行转速为600～800rpm的搅拌处理。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述包含锂源的原料体系中还包括有M’源。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述四段烧结之后还包括以下步骤：降温后，在体系中引入N源，以2～5℃/min的升温速率，升温至280～580℃，保温5～10h。
8.根据权利要求4所
9.一种正极极片，其特征在于，包括权利要求1～3任一所述的类单晶富锂锰基正极材料或权利要求4～8任一所述的制备方法制得的类单晶富锂锰基正极材料。
10.一种电池，其特征在于，包括权利要求9所述的正极极片。
...【技术特征摘要】
1.一种类单晶富锂锰基正极材料，其特征在于，包含由平均粒径为400nm～700nm的一次粒子形成的类单晶粒子，所述类单晶粒子满足式1至式4；
2.根据权利要求1所述的类单晶富锂锰基正极材料，其特征在于，所述类单晶富锂锰基正极材料的化学通式为liαm2-αo2-βfβ·nγ；
3.根据权利要求2所述的类单晶富锂锰基正极材料，其特征在于，所述分散元素、细化元素和稳定元素的摩尔比为1～6:2～8:2～40。
4.一种如权利要求1～3任一所述的类单晶富锂锰基正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，还包括向所述反应底液中通入氟源，再进行转速为600～800rpm的搅拌处理...
【专利技术属性】
技术研发人员：董亮辰，张闻煦，刘磊磊，任夏晖，陈逸翀，陈宇，冯道言，刘瑞，严旭丰，李琮熙，刘相烈，
申请(专利权)人：宁波容百新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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