金属氧化物前驱体及其制备方法和应用与流程

本发明涉及电池，特别是涉及一种金属氧化物前驱体及其制备方法和应用。

背景技术：

1、采用共沉淀法合成的前驱体通常为多晶结构，由于多晶结构中存在着多个晶粒和晶界，晶粒之间不仅排列较为松散，而且存在较多的晶界和缺陷，一方面，导致烧结后的正极材料结晶度较低，晶粒尺寸不均匀，在压实过程中易被压碎，而且阳离子在插入和脱出过程中易破坏正极材料的结构，导致正极材料的结构稳定性差，从而影响电池的循环寿命和稳定性；另一方面，阳离子在晶格中的扩散路径较长，会影响阳离子的迁移速率和电池的放电速率。

2、而传统喷雾热解工艺制备的前驱体通常为正八面体结构，该结构虽然稳定性高，但是活性较低，在烧结正极时需要更高的能量，这对于生产工艺和能源消耗提出了较高的要求和挑战。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述问题，提供一种金属氧化物前驱体及其制备方法和应用；所述金属氧化物前驱体具有类八面体结构，用于制备正极材料能够提高结构稳定性和能量密度，使电池具有优异的循环稳定性。

2、一种金属氧化物前驱体，所述金属氧化物前驱体为单晶结构，且晶体呈未发育完整的类八面体结构，将所述未发育完整的类八面体结构模拟成发育完整的八面体结构作为参照，所述类八面体结构的晶体发育程度θ为33％-95％，θ＝l1/l2，其中，l1为类八面体结构中任一晶体发育棱的棱长，l2为相应晶体发育棱模拟至发育完整时的晶体棱的棱长。

3、在其中一个实施例中，l1为0.1μm-4.3μm。

4、在其中一个实施例中，所述金属氧化物前驱体的单晶颗粒生长率为35％-63％。

5、在其中一个实施例中，所述金属氧化物前驱体的单晶颗粒尺寸为0.43μm-6.43μm。

6、在其中一个实施例中，所述金属氧化物前驱体的晶体表面积占晶体发育程度为100％时金属氧化物前驱体的晶体表面积的88.72％-99.99％。

7、在其中一个实施例中，所述金属氧化物前驱体的晶体体积占晶体发育程度为100％时金属氧化物前驱体的晶体体积的95.23％-99.99％。

8、在其中一个实施例中，所述金属氧化物前驱体的晶体表面积与晶体体积的比值为1.62-26.03。

9、在其中一个实施例中，所述金属氧化物前驱体中包括第一晶体和/或第二晶体，满足以下条件中的至少一个：

10、(1)所述第一晶体的晶体发育程度为33％≤θ1≤65％，所述第二晶体的晶体发育程度为65％<θ2≤95％；

11、(2)所述第一晶体中发育棱的棱长为0.1μm-2.95μm，所述第二晶体中发育棱的棱长为0.2μm-4.3μm；

12、(3)所述第一晶体中晶体表面积与晶体体积的比值为1.63-26.03，所述第二晶体中晶体表面积与晶体体积的比值为1.62-24.48。

13、在其中一个实施例中，所述金属氧化物前驱体的化学通式表示为axmyo2，其中，0.9≤x≤1，0≤y≤0.1，a选自ni、fe、cu、mn中的至少一种，m选自mg、al、sn、ca、w、ti、zn、li、na中的至少一种。

14、一种如上所述的金属氧化物前驱体的制备方法，所述制备方法选自喷雾热解法。

15、在其中一个实施例中，所述喷雾热解法满足以下条件中的至少一种：

16、(1)热解温度为460℃-1110℃；

17、(2)热解时间为1min-30min。

18、一种由上所述的金属氧化物前驱体制得的正极材料。

19、一种正极片，包括正极集流体以及设置于所述正极集流体表面的正极材料层，所述正极材料层包括如上所述的正极材料。

20、一种二次电池，包括如上所述的正极片。

21、本发明采用类八面体结构中晶体发育棱的棱长与理论发育完整的八面体结构中晶体棱的棱长之比，来评价金属氧化物前驱体的发育程度，当金属氧化物前驱体的发育程度为33％-95％时，金属氧化物前驱体具有高度类似正八面体的整体结构，同时正八面体的六个棱角发育不完全，形成六个不饱和发育切面，从而使所述金属氧化物前驱体具有十四个面的类八面体结构，一方面，所述金属氧化物前驱体具有较高的对称性，并且晶格有序，结构稳定良好，在制备正极材料过程中能够保持良好的结晶性，有利于提高正极材料的结构稳定性和电池的循环稳定性；另一方面，阳离子在所述金属氧化物前驱体的类八面体结构中的扩散路径较短，有利于提高阳离子的迁移速率，从而提高储量，为正极材料提供较高的能量密度。

22、此外，本发明所述的所述金属氧化物前驱体在提高结构稳定性的同时，还克服了传统正八面体结构前驱体活性低、制备正极难度高、成本高等缺陷，具有较高的市场应用潜能。

技术特征：

1.一种金属氧化物前驱体，其特征在于，所述金属氧化物前驱体为单晶结构，且晶体呈未发育完整的类八面体结构，将所述未发育完整的类八面体结构模拟成发育完整的八面体结构作为参照，所述类八面体结构的晶体发育程度θ为33％-95％，θ＝l1/l2，其中，l1为类八面体结构中任一晶体发育棱的棱长，l2为相应晶体发育棱模拟至发育完整时的晶体棱的棱长。

2.根据权利要求1所述的金属氧化物前驱体，其特征在于，l1为0.1μm-4.3μm。

3.根据权利要求1所述的金属氧化物前驱体，其特征在于，所述金属氧化物前驱体的单晶颗粒尺寸为0.43μm-6.43μm。

4.根据权利要求1任一项所述的金属氧化物前驱体，其特征在于，所述金属氧化物前驱体的单晶颗粒生长率为35％-63％。

5.根据权利要求1所述的金属氧化物前驱体，其特征在于，所述金属氧化物前驱体的晶体表面积占晶体发育程度为100％时金属氧化物前驱体的晶体表面积的88.72％-99.99％。

6.根据权利要求1所述的金属氧化物前驱体，其特征在于，所述金属氧化物前驱体的晶体体积占晶体发育程度为100％时金属氧化物前驱体的晶体体积的95.23％-99.99％。

7.根据权利要求1所述的金属氧化物前驱体，其特征在于，所述金属氧化物前驱体的晶体表面积与晶体体积的比值为1.62-26.03。

8.根据权利要求1-7任一项所述的金属氧化物前驱体，其特征在于，所述金属氧化物前驱体中包括第一晶体和/或第二晶体，满足以下条件中的至少一个：

9.根据权利要求1所述的金属氧化物前驱体，其特征在于，所述金属氧化物前驱体的化学通式表示为axmyo2，其中，0.9≤x≤1，0≤y≤0.1，a选自ni、fe、cu、mn中的至少一种，m选自mg、al、sn、ca、w、ti、zn、li、na中的至少一种。

10.一种如权利要求1-9任一项所述的金属氧化物前驱体的制备方法，其特征在于，所述制备方法选自喷雾热解法。

11.根据权利要求10所述的金属氧化物前驱体的制备方法，其特征在于，所述喷雾热解法满足以下条件中的至少一种：

12.一种由如权利要求1-9任一项所述的金属氧化物前驱体制得的正极材料。

13.一种正极片，其特征在于，包括正极集流体以及设置于所述正极集流体表面的正极材料层，所述正极材料层包括如权利要求12所述的正极材料。

14.一种二次电池，其特征在于，包括如权利要求13所述的正极片。

技术总结
本发明涉及一种金属氧化物前驱体及其制备方法和应用。所述金属氧化物前驱体为单晶结构，且晶体呈未发育完整的类八面体结构，将所述未发育完整的类八面体结构模拟成发育完整的八面体结构作为参照，所述类八面体结构的晶体发育程度θ为33％‑95％，θ＝L<subgt;1</subgt;/L<subgt;2</subgt;，其中，L<subgt;1</subgt;为类八面体结构中任一晶体发育棱的棱长，L<subgt;2</subgt;为相应晶体发育棱模拟至发育完整时的晶体棱的棱长。本发明所述的金属氧化物前驱体具有类八面体结构，用于制备正极材料能够提高结构稳定性和能量密度，使电池具有优异的循环稳定性。

技术研发人员：赵海瀛,徐伟,请求不公布姓名,沈震雷,邱天
受保护的技术使用者：华友新能源科技（衢州）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/9