正极材料及其制备方法、二次电池与流程

本申请涉及二次电池，尤其涉及正极材料及其制备方法、二次电池。

背景技术：

1、近年来，新能源领域需求得到快速的发展。其中锂离子电池具备能量密度高、无记忆效应以及循环寿命长等优点，在消费类产品、动力电池、储能等行业中应用广泛。常见的锂离子电池正极材料主要包括磷酸铁锂、三元材料和钴酸锂等。

2、磷酸铁锂自1997年提出后便引起了广泛关注，其以卓越的稳定性、高倍率充电、无毒、长循环寿命的特性在锂离子电池正极材料中占据一席之地，但磷酸铁锂同样具有明显缺陷例如振实密度和压实密度小、低电导率、离子扩散率等，使得磷酸铁锂在正极材料中的进一步广泛应用受到限制。

3、因此，如何能够制备高动力学性能、高容量和优良循环性能的磷酸铁锂材料是本领域的技术重点。

技术实现思路

1、本申请为了克服上述缺陷，提供一种正极材料及其制备方法、二次电池，能够提高正极材料的容量、倍率性能、循环性能和低温性能。

2、第一方面，本申请实施例提供一种正极材料，所述正极材料包括磷酸铁锂活性物质和包覆层，所述磷酸铁锂活性物质包括多个二次颗粒，至少部分所述二次颗粒之间分布有多个第一一次颗粒，所述包覆层包括覆设在所述二次颗粒表面的第一包覆层，所述第一包覆层以面包覆的状态包覆在所述二次颗粒的表面，且所述第一包覆层具有网状结构。

3、第二方面，本申请实施例提供一种正极材料的制备方法，包括如下步骤：

4、将铁源和微凝胶混合得到第一前驱体，所述第一前驱体包括微凝胶及分布在所述微凝胶内部和外部的铁源，所述微凝胶含有碳链聚合物；

5、将第一前驱体、磷源、锂源和碳源混合后进行热处理，得到正极材料。

6、第三方面，本申请实施例提供一种二次电池，所述二次电池包含第一方面所述的制备方法制备的正极材料或第二方面任一项所述的正极材料。

7、本技术方案与现有技术相比，至少具有以下技术效果：本申请的正极材料，二次颗粒表面的第一包覆层以面包覆的状态包覆在二次颗粒的表面，且第一包覆层具有网状结构，一方面，面包覆的的第一包覆层可以减少电解液进入正极材料内部，抑制电解液对于正极材料的侵蚀，减少电解液和正极材料活性物质之间副反应的发生，提升正极材料的首次效率和容量；另一方面，网状结构的第一包覆层能够避免传统包覆方式形成的包覆层过厚导致的离子传输受阻的问题，网状包覆层既有利于在二次颗粒之间形成导电网络，提升正极材料的导电性，减少颗粒间的接触电阻和电极极化，而且，网状包覆层分布在二次颗粒的表面，能够为正极材料在充放电过程中提供足够的离子传输通道，提升正极材料的脱/嵌锂能力，从而提升正极材料的倍率性能和循环性能。二次颗粒之间分布的多个第一一次颗粒能够提高正极材料的比表面积，缩短锂离子传输距离，提高正极材料的动力学性能。如图1所示，为本申请正极材料的结构示意图，由图1可知：本申请的正极材料包括多个二次颗粒以及在二次颗粒之间分布有多个第一一次颗粒，通过第一一次颗粒和二次颗粒的匹配能够提高正极材料的压实密度，提升正极材料的容量、倍率性能和循环性能。

技术特征：

1.一种正极材料，所述正极材料包括磷酸铁锂活性物质和包覆层，其特征在于，所述磷酸铁锂活性物质包括多个二次颗粒，至少部分所述二次颗粒之间分布有多个第一一次颗粒，所述包覆层包括覆设在所述二次颗粒表面的第一包覆层，所述第一包覆层以面包覆的状态包覆在所述二次颗粒的表面，且所述第一包覆层具有网状结构。

2.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述二次颗粒包括多个第二一次颗粒，所述第二一次颗粒的中值粒径小于所述第一一次颗粒的中值粒径。

3.根据权利要求2所述的正极材料，其特征在于，所述第一一次颗粒的中值粒径为100nm~800nm；和/或所述第二一次颗粒的中值粒径为50nm~700nm；和/或所述二次颗粒的中值粒径为400nm~2000nm。

4.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述包覆层还包括至少部分分布在所述第一一次颗粒表面的第二包覆层，所述第一包覆层的平均厚度大于所述第二包覆层的平均厚度。

5.根据权利要求4所述的正极材料，其特征在于，所述第一包覆层包括碳层，第二碳包覆层包括碳层，和/或所述第一包覆层的平均厚度为1nm~15nm；和/或所述第二包覆层的平均厚度为1nm~10nm。

6.根据权利要求4所述的正极材料，其特征在于，所述第一包覆层在所述正极材料中的质量占比为0.3wt%~2.5wt%；和/或所述第二包覆层在所述正极材料中的质量占比为0.1wt%~2.0wt%。

7.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料的比表面积为7m2/g~15m2/g；和/或所述正极材料的压实密度为2.3 g/cm3~2.9g/cm3；和/或所述正极材料的中值粒径为0.3μm~2.5μm；和/或所述二次颗粒和第一一次颗粒的质量比为1:50~20:1。

8.一种正极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法用于制备权利要求1~7任一项所述的正极材料，包括如下步骤：

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述微凝胶中交联单体的质量占比为0.1%~10%；和/或

10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述将第一前驱体、磷源、锂源和碳源混合后进行热处理包括：

11.一种二次电池，其特征在于，所述二次电池包括权要求1~7任一项所述的正极材料或权利要求8~10任一项所述的制备方法制备的正极材料。

技术总结
本申请提供一种正极材料及其制备方法、二次电池，所述正极材料包括磷酸铁锂活性物质和包覆层，其特征在于，所述磷酸铁锂活性物质包括多个二次颗粒，至少部分所述二次颗粒之间分布有多个第一一次颗粒，所述包覆层包括覆设在所述二次颗粒表面的第一包覆层，所述第一包覆层以面包覆的状态包覆在所述二次颗粒的表面，且所述第一包覆层具有网状结构。二次颗粒的表面具有面包覆且表面网状结构的包覆层，提升正极材料的容量、倍率性能和循环性能，本申请通过第一一次颗粒和二次颗粒的匹配提高正极材料的压实密度，减少正极材料颗粒的团聚，提升正极材料的容量和倍率性能。

技术研发人员：梁亚东,王坤波
受保护的技术使用者：晶科储能科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/21