正极活性材料、正极极片、电池及管理方法和应用与流程

本申请涉及电池，尤其涉及一种正极活性材料、正极极片、电池、电池的管理方法，以及用电装置。

背景技术：

1、三元材料因具有较高的克容量而作为正极活性材料广泛地应用于锂离子电池中。在传统的电池研究中，通常会聚焦于对三元材料的化学组成进行探究，进而进一步提高三元材料的克容量。但是，将三元材料作为正极活性材料使用时，会存在容量衰减较快的问题，这样可能会降低电池的循环性能。因此，如何使正极活性材料兼顾较高的克容量和较低的容量衰减，对于进一步改善电池的整体性能具有重要意义。

技术实现思路

1、本申请提供一种正极活性材料，包括化学式为nli2mno3·(1-n)limo2的富锂锰基材料和化学式为liniamn(1-a-b)m’bo2的三元材料，以占所述正极活性材料的质量百分数计，所述富锂锰基材料的质量百分数≥50％；其中，0＜n＜1，m包括na、mg、ca、ba、ti、zr、hf、v、nb、ta、cr、mo、w、mn、fe、co、ni、zn以及al中的一种或多种；0＜a＜1，0＜b≤0.5，a+b＜1，m’包括na、mg、ca、ba、ti、zr、hf、v、nb、ta、cr、mo、w、fe、co、zn以及al中的一种或多种。

2、在上述正极活性材料中，通过选择相应化学式的富锂锰基材料和三元材料进行配比，并控制富锂锰基材料占正极活性材料的质量百分数，可以使正极活性材料有效兼顾较高的克容量和较低的容量衰减，进而可以改善电池的循环性能。

3、在一些实施方式中，所述富锂锰基材料的颗粒包括富锂锰基二次颗粒。富锂锰基二次颗粒有利于锂离子的扩散和电化学反应的发生，可以改善电池的倍率性能。

4、在一些实施方式中，所述富锂锰基二次颗粒的dv50为6μm～9μm。富锂锰基二次颗粒的dv50在该范围内，可以缩小锂离子的传输路径，进一步改善电池的倍率性能。

5、在一些实施方式中，所述富锂锰基二次颗粒的比表面积为0.7m2/g～1.1m2/g。富锂锰基二次颗粒的比表面积在该范围内，可以提供更多的反应活性位点，利于倍率性能发挥。

6、在一些实施方式中，所述富锂锰基二次颗粒的形貌为球形或类球形。球形或类球形的富锂锰基二次颗粒可以更加充分地与电解液接触，有利于改善电池的性能。

7、在一些实施方式中，以占所述正极活性材料的质量百分数计，所述富锂锰基材料的质量百分数≥60％。可选地，所述富锂锰基材料的质量百分数≥70％。进一步可选地，所述富锂锰基材料的质量百分数≤80％。富锂锰基材料的质量百分数在该范围内，可以较好地平衡较高的克容量和较低的容量衰减，进一步改善电池的循环性能。

8、在一些实施方式中，0.1≤n≤0.3。当n在0.1～0.3范围内，可以使富锂锰基材料具有较大的克容量，使正极活性材料更好地兼顾较高的克容量和较低的容量衰减。

9、在一些实施方式中，所述富锂锰基材料的化学式为nli2mno3·(1-n)linixmn(1-x-y)m”yo2，其中，0＜x＜1，0＜y≤0.5，x+y＜1，m”包括na、mg、ca、ba、ti、zr、hf、v、nb、ta、cr、mo、w、fe、co、zn以及al中的一种或多种。该类富锂锰基材料具有更优的性能优势，能够更好地改善电池的循环性能。

10、在一些实施方式中，0＜y≤0.1。y在该范围内时，m”具有合适的含量，能够在保持富锂锰基材料克容量的基础上改善富锂锰基材料的性能，有利于提高正极材料和电池的循环性能。

11、在一些实施方式中，m”包括co。通过co在富锂锰基材料中掺杂，可以更好地保持富锂锰基材料的本征性能，同时使正极活性材料有效兼顾较高的克容量和较低的容量衰减。

12、在一些实施方式中，以占所述正极活性材料的质量百分数计，所述三元材料的质量百分数≤50％。三元材料的质量百分数过大可能会使得正极活性材料容量衰减较大，不利于容量的保持。

13、在一些实施方式中，所述三元材料的质量百分数为20％～40％。三元材料的质量百分数过小可能会使得正极活性材料的能量密度较小，不利于高能量密度电池的设计。

14、在一些实施方式中，所述三元材料的颗粒包括三元二次颗粒。三元二次颗粒有利于锂离子的扩散和电化学反应的发生，可以改善电池的倍率性能。

15、在一些实施方式中，所述三元二次颗粒的dv50为5μm～7μm。三元二次颗粒的粒径在该范围内，可以缩小锂离子的传输路径，进一步改善电池的倍率性能。

16、在一些实施方式中，所述三元二次颗粒的比表面积为0.6m2/g～0.8m2/g。三元二次颗粒的比表面积在该范围内，可以提供更多的反应活性位点，利于倍率性能发挥。

17、在一些实施方式中，所述三元二次颗粒的形貌为球形或类球形。球形或类球形的三元二次颗粒可以更加充分地与电解液接触，有利于改善电池的性能。

18、本申请还提供一种正极极片，包括正极集流体和位于所述正极集流体的至少一个表面之上的正极膜层，所述正极膜层包括所述正极活性材料。将上述正极活性材料应用到正积极片中，可以使正积极片有效兼顾较高的克容量和较低的容量衰减，进而可以改善电池的循环性能。

19、本申请还提供一种电池，包括所述正极极片。该电池具有良好的循环容量保持性能。

20、本申请还提供一种所述电池的管理方法，包括如下步骤：采用≤4.4v的电压对所述电池进行充电。在该电压范围内，电池可以表现出更高的首次库伦效率、更低的容量衰减，并且安全性能更佳。

21、在一些实施方式中，所述电压为4.35v～4.4v。充电电压在该范围能够使电池在保持良好性能的基础上，提高电池的充电速度。

22、本申请还提供一种用电装置，包括所述电池。通过所述电池的引入，可以是用电装置具备良好的电学性能。

技术特征：

1.一种正极活性材料，其特征在于，包括化学式为nli2mno3·(1-n)limo2的富锂锰基材料和化学式为liniamn(1-a-b)m’bo2的三元材料，以占所述正极活性材料的质量百分数计，所述富锂锰基材料的质量百分数≥50％；

2.根据权利要求1所述的正极活性材料，其特征在于，所述富锂锰基材料的颗粒包括富锂锰基二次颗粒；

3.根据权利要求1或2所述的正极活性材料，其特征在于，以占所述正极活性材料的质量百分数计，所述富锂锰基材料的质量百分数≥60％，

4.根据权利要求1～3中任一项所述的正极活性材料，其特征在于，0.1≤n≤0.3。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的正极活性材料，其特征在于，所述富锂锰基材料的化学式为nli2mno3·(1-n)linixmn(1-x-y)m”yo2，其中，0＜x＜1，0＜y≤0.5，x+y＜1，m”包括na、mg、ca、ba、ti、zr、hf、v、nb、ta、cr、mo、w、fe、co、zn以及al中的一种或多种；

6.根据权利要求1～5中任一项所述的正极活性材料，其特征在于，以占所述正极活性材料的质量百分数计，所述三元材料的质量百分数≤50％，

7.根据权利要求1～6中任一项所述的正极活性材料，其特征在于，所述三元材料的颗粒包括三元二次颗粒；

8.一种正极极片，其特征在于，包括正极集流体和位于所述正极集流体的至少一个表面之上的正极膜层，所述正极膜层包括权利要求1～7中任一项所述的正极活性材料。

9.一种电池，其特征在于，包括权利要求8所述的正极极片。

10.一种权利要求9所述的电池的管理方法，其特征在于，包括如下步骤：

11.一种用电装置，其特征在于，包括权利要求9所述的电池。

技术总结
本申请提供了一种正极活性材料、正极极片、电池、电池的管理方法，以及用电装置。正极活性材料包括化学式为nLi<subgt;2</subgt;MnO<subgt;3</subgt;·(1‑n)LiMO<subgt;2</subgt;的富锂锰基材料和化学式为LiNi<subgt;a</subgt;Mn<subgt;(1‑a‑b)</subgt;M’<subgt;b</subgt;O<subgt;2</subgt;的三元材料，以占正极活性材料的质量百分数计，富锂锰基材料的质量百分数≥50％。在正极活性材料中，通过选择相应化学式的富锂锰基材料和三元材料进行配比，并控制富锂锰基材料占正极活性材料的质量百分数，可以使正极活性材料有效兼顾较高的克容量和较低的容量衰减，进而可以改善电池的循环性能。

技术研发人员：宋育倩,魏冠杰,孟阵,古力
受保护的技术使用者：宁德时代新能源科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23