[發明專利]一種正極材料及包括該材料的正極片和電池

在審

• 申請號: 202210082272.5
• 申請日: 2022-01-24
• 公開（公告）號: CN114447321A
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發明（設計）人: 曾家江;李素麗
• 申請（專利權）人: 珠海冠宇電池股份有限公司
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/36;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 北京知元同創知識產權代理事務所(普通合伙) 11535
• 代理人: 劉元霞;謝怡婷

本發明提供一種正極材料及包括該材料的正極片和電池。所述正極材料中的正極活性材料為二次球形顆粒，所述二次球形顆粒包括內核區域和外殼區域，所述外殼區域位于所述內核區域的外層；所述外殼區域具有團聚密實結構；所述內核區域具有團聚疏松結構；采用該正極材料制作為正極片并應用于電池時，電池的首效、庫倫效率、低溫放電能力、高倍率性能和安全性能得到顯著提升，解決現有技術中電芯低溫放電性能和倍率放電性能較差的問題。

技術領域

本發明屬于電池技術領域，涉及一種正極材料及包括該材料的正極片和電池，具體涉及一種磷酸錳鋰復合材料及其制備方法、包括該復合材料的正極片和包括該正極片的電池。

背景技術

電池在便攜式電器和動力儲能系統等方面得到應用推廣，實現了手機、筆記本電腦、數碼相機的無線革命，是當今社會所需便攜式電器和電信設備的關鍵組件。

橄欖石型結構磷酸錳鋰能量密度高、成本低廉、循環性能優異，倍受科研者們的關注，開發具備電化學性能優異的磷酸錳鋰正極材料具備非凡意義。然而，特殊的橄欖石型磷酸錳鋰晶胞結構導致了其低的電子電導率和鋰離子擴散系數，高電流密度下放電比容量偏低且循環性能較差，優異的電化學性能不易于發揮。

同時大多數高性能磷酸錳鋰的合成涉及復雜的工藝，這些缺陷都限制了其規模化生產，簡化這種合成是目前科學研究的熱門課題。

常規的磷酸錳鋰為燒結得到的致密度較高型單晶狀物質，該類材料具備較高的壓實密度和振實密度，但高致密度無法緩解電池在充放電時顆粒膨脹和收縮所產生的應力負載，造成一次顆粒破碎，影響電池性能。

發明內容

研究發現，中空結構可以為鋰離子的擴散提供多種路徑，解決了現有技術正極材料的鋰擴散速度低、極化等問題。同時也使得包括該材料的正極片和包括該正極片的電池具有良好的倍率性能和動力學性能，尤其具有良好的低溫放電性能。

為了改善現有技術的不足，本發明提供一種正極材料及包括該材料的正極片和電池，所述正極材料中的正極活性物質為磷酸錳鋰，所述正極材料的中值粒徑選擇在一定范圍，可以獲得具備較優的動力學性能、低溫放電性能和高安全性能的電池；進一步的，本發明的正極活性物質具有核殼結構且內核的團聚程度與外殼不同，采用該正極材料制備得到的正極片和應用該正極片組裝的電池具備明顯更優的動力學性能、低溫放電性能和高安全性能。

本發明提出的技術方案如下：

一種正極材料，所述正極材料包括正極活性材料和復合在所述正極活性材料表面的包覆材料；所述正極材料的中值粒徑D50為2μm～5μm；

所述正極活性材料為磷酸錳鋰。

根據本發明的實施方式，所述正極活性材料為二次球形顆粒，所述二次球形顆粒包括內核區域和外殼區域，所述外殼區域位于所述內核區域的外層；所述外殼區域具有團聚密實結構；所述內核區域具有團聚疏松結構。

根據本發明的實施方式，所述正極活性材料的化學式為LiMnPO₄。

根據本發明的實施方案，所述外殼區域具有孔隙。示例性地，所述外殼區域的孔隙率為10％～35％，例如為10％、12％、15％、18％、20％、22％、25％、28％、30％、32％、35％或上述兩兩端點組成的范圍中的任意點值。

根據本發明的實施方案，所述內核區域的孔隙率大于外殼區域的孔隙率。示例性地，所述內核區域的孔隙率為60％～90％，例如為60％、62％、65％、68％、70％、72％、75％、78％、80％、82％、85％、88％、90％或上述兩兩端點組成的范圍中的任意點值。

本發明對孔隙率不做具體限定，可采用本技術領域已知的方法測得。

根據本發明的實施方案，所述內核區域的中心位置具有團聚疏松結構，進一步的，所述內核區域的中心位置為中空的。示例性的，所述正極材料具有圖8所示結構。