【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂电池，特别涉及一种正极材料及其制备方法、正极极片和电池。
技术介绍
1、锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长等特点，被认为是未来电动汽车和混合动力车领域重要的“绿色能源”。锂离子电池的能量密度尚不能满足纯电动汽车的使用需求，发展高克容量、高能量密度、高循环性能，同时低衰减的锂离子电池是发展的关键。
2、目前，富锂锰基正极材料因具有较高的比容量(大于200mah/g)而受到广泛关注。富锂锰基正极材料是由层状的li2mno3和limo2(m＝mn,ni,co)按不同比例形成的固溶体，其化学式可以写成xli2mno3·(1-x)limeo2或li[lix/3me1-xmn2x/3]o2。虽然富锂锰基正极材料具有较高的比容量，但是也存在一些问题，如首次充放电效率很低的问题，而其首次充放电效率低产生的原因是其首次充电至4.5v时，位于其层状结构中过渡金属层中的li以li2o从结构中净脱出，同时伴随o2的产生和结构的重排，而这部分净脱出的li2o无法再回到晶格中，产生了较大的不可逆容量及较低的首次充放电效率。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术中的富锂锰基正极材料首次充放电效率低的问题，提供一种正极材料及其制备方法、正极极片和电池。
2、本专利技术实施例的第一方面提供一种正极材料，包括内层材料及包覆于所述内层材料的外层材料；所述内层材料为磷酸铁锂材料，所述外层材料为富锂锰基材料，所述富锂锰基材料的化学式为lixniymnzo2，其中1.5
3、本专利技术实施例提供的正极材料中，将磷酸铁锂材料作为内层材料，富锂锰基材料作为外层材料，可以有效提高该正极材料的压实密度和克容量，进而提高该正极材料的能量密度、循环性能并降低循环过程中的电压衰减，使得磷酸铁锂材料兼具高性能，并且，在充放电过程中，富锂锰基材料作为富锂材料还可以作为补锂剂为磷酸铁锂材料提供锂离子，降低了磷酸铁锂材料前期的活性锂损失。
4、本专利技术提供的正极材料在锂离子的传输方向上是由外层的富锂锰基材料不断的供给内层的磷酸铁锂，而由于富锂锰基材料锂离子脱出后结构不稳定，在本专利技术中采用附着在磷酸铁锂的结构，可以支撑材料框架，提高锂离子传输稳定性，进而提高材料电化学性能。
5、而若采用富锂锰基在内层，磷酸铁锂在外层的结构，则会容易导致材料结构坍塌锂离子回不到材料结构中，材料的循环性能降低。
6、在一更佳的实施例中，所述正极材料还包括位于所述外层材料至少一部分表面的包覆物，所述包覆物中含有碳。
7、在本实施例中，含碳的包覆物可以有效提高正极材料的导电性。
8、在一更佳的实施例中，所述磷酸铁锂材料的化学式为lifepo4。
9、在一更佳的实施例中，所述正极材料中，所述磷酸铁锂材料的质量占比在60％以上且85％以下。
10、在一更佳的实施例中，所述正极材料中，所述富锂锰基材料的质量占比在15％以上且40％以下。
11、本专利技术实施例的第二方面提供一种正极材料的制备方法，包含如下步骤：
12、将磷酸铁锂材料、富锂锰基材料进行干法混合，得到混合料；
13、将所述混合料进行热处理，得到正极材料；
14、所述磷酸铁锂的d50在1μm以上2μm以下，所述富锂锰基材料的d50在0.1μm以上0.2μm以下；
15、所述富锂锰基材料的化学式为lixniymnzo2，其中1.5>x>1.2，0.3>y>0.1，0.8>z>0.2。
16、进行干法混合的磷酸铁锂材料、富锂锰基材料，在上述粒径条件下，其制得的材料电性能和物理性能是较佳的，粒径过大会导致材料电性能变差，过小会导致材料物理性能、压实振实等指标不达标等。
17、本专利技术采用的是干法混合，并且，所采用的富锂锰基材料的化学式为lixniymnzo2，其中1.5>x>1.2，0.3>y>0.1，0.8>z>0.2，其单个分子质量低于lifepo4的分子质量157，因此，本专利技术使用的两种材料，其单个分子质量较轻的富锂锰基材料更容易飘在外层，因此在干法搅拌转动过程中会往外层飘，随后由于分子间作用力和静电力共同作用使富锂锰基材料附着在磷酸铁锂材料表面，这是湿法合成所无法实现的。
18、此外，该实施例提供的制备方法为原位一步形成，工艺流程简单，容易实现产业化。
19、在一更佳的实施例中，所述磷酸铁锂材料的化学式为lifepo4。
20、在一更佳的实施例中，所述热处理的温度在300℃以上且500℃以下，所述热处理的时间在4h以上且7h以下。
21、在一更佳的实施例中，所述干法混合的方式为涡流搅拌混合。
22、值得注意的是，参考图2，本专利技术采用的干法混合造粒机可以实现涡流搅拌混合，其设备的造粒筒是进行旋转，而转子设置在位于造粒筒内的造粒盘上，转子为偏心安装，所述造粒盘上还设置有固定刮板可以将物料推向搅拌工具，实现其充分混合，造粒盘与转子共同旋转从而充分提高富锂锰基材料的包覆效果及包覆效率。自转最高转速为2500rpm，公转最高转速为500rpm，需要说明的是此处的自转指的是内部搅拌桨的转速，公转指的是外部容器转速；本专利技术优选采用偏心转子以及涡流搅拌相对于常规搅拌而言，具有以下优势：1、具有最佳的物料混合均匀性；2、具有最短的混合时间；3、具有更小的磨损；4、可以实现批次式或连续式运行模式。
23、在一更佳的实施例中，所述制备方法还包括：添加碳源使在所述正极材料的表面形成含碳包覆物；较佳的，所述碳源占所述正极材料的质量百分比在10％以下。
24、在本专利技术的优选实施例提供的制备方法中，通过将磷酸铁锂、富锂锰基材料与碳源物理混合，在混合过程中产生摩擦与碰撞，使得富锂锰基材料均匀分散并吸附在磷酸铁锂表面形成包覆层，混合过程会产生涡流，由于磷酸铁锂材料、富锂锰基材料和碳源的粒径不同，而碳源由于其质量较轻，在产生涡流的情况下会飘在外层，而由于富锂锰基材料的粒径较小，因而吸附在磷酸铁锂表面，使形成磷酸铁锂为内层、富锂锰基材料为外层的结构。
25、在一更佳的实施例中，所述碳源为有机碳源，较佳的，所述有机碳源可以是葡萄糖、蔗糖、peg等。
26、需要说明的是，专利技术人通过研究发现，在本专利技术提供的正极材料进行碳包覆时，采用有机碳源可以在包覆烧结过程中会有更好的包覆效果，而无机碳源的附着力较弱，可能会从正极材料表面脱落，导电性能降低。
27、本专利技术实施例的第三方面提供一种正极极片，其特征在于，其使用如上所述的正极材料或者如上所述的制备方法制得的正极材料作为正极活性物质。
28、本专利技术实施例的第四方面提供一种电池，其特征在于：所述电池包含如上的正极极片。本专利技术的其它特征和有益效果将在本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种正极材料，其特征在于：包括内层材料及包覆于所述内层材料的外层材料；所述内层材料为磷酸铁锂材料，所述外层材料为富锂锰基材料，所述富锂锰基材料的化学式为LixNiyMnzO2，其中1.5>x>1.2，0.3>y>0.1，0.8>z>0.2。
2.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于：所述正极材料还包括位于所述外层材料至少一部分表面的包覆物，所述包覆物中含有碳。
3.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于：所述正极材料中，所述磷酸铁锂材料的质量占比在60％以上且85％以下。
4.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于：所述正极材料中，所述富锂锰基材料的质量占比在15％以上且40％以下。
5.一种正极材料的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：
6.根据权利要求5所述的正极材料的制备方法，其特征在于：所述热处理的温度在300℃以上且500℃以下，所述热处理的时间在4h以上且7h以下。
7.根据权利要求5所述的正极材料的制备方法，其特征在于：所述干法混合的方式为涡流搅拌
8.根据权利要求5所述的正极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：添加碳源使在所述正极材料的表面形成含碳包覆物。
9.根据权利要求5所述的正极材料的制备方法，其特征在于：所述碳源为有机碳源。
10.一种正极极片，其特征在于，其使用如权利要求1-4任一项所述的正极材料或者如权利要求5-9任一项所述的制备方法制得的正极材料作为正极活性物质。
11.一种电池，其特征在于：所述电池包含如权利要求10所述的正极极片。
...【技术特征摘要】
1.一种正极材料，其特征在于：包括内层材料及包覆于所述内层材料的外层材料；所述内层材料为磷酸铁锂材料，所述外层材料为富锂锰基材料，所述富锂锰基材料的化学式为lixniymnzo2，其中1.5>x>1.2，0.3>y>0.1，0.8>z>0.2。
2.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于：所述正极材料还包括位于所述外层材料至少一部分表面的包覆物，所述包覆物中含有碳。
3.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于：所述正极材料中，所述磷酸铁锂材料的质量占比在60％以上且85％以下。
4.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于：所述正极材料中，所述富锂锰基材料的质量占比在15％以上且40％以下。
5.一种正极材料的制备方法，其特征在于，包含如下...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙光斌，
申请(专利权)人：湖北金泉新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：
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