正极材料、正极片和电池的制作方法

本申请涉及电池，尤其涉及正极材料、正极片和电池。

背景技术：

1、钴酸锂（licoo2）凭借其高振实密度、优异的体积能量密度以及成熟稳定的制备工艺，长期以来稳居消费电子类锂离子电池正极材料的主导地位。

2、目前商业化应用的钴酸锂普遍采用r-3m空间群的层状结构，但在4.5v及以上的高电压工况下，该本征结构面临严峻挑战：一方面，容量提升幅度已难以满足日益增长的能量密度需求，且正极颗粒本身的物理形态及化学性质也限制其压实密度进一步突破；另一方面，层状框架极易向尖晶石或岩盐相发生不可逆转变，导致循环性能急剧恶化。为缓解这一矛盾，业界常采用表面包覆或体相掺杂等改性策略，通过构建物理屏障或引入异价离子来抑制界面副反应与晶格畸变。然而，这一策略本质上仅从表面或局部修饰入手，并未触及钴酸锂本征结构的天花板，其局限性在高电压场景下尤为凸显：首先，包覆层通常离子电导率较低，过量添加反而增大界面阻抗，牺牲倍率性能；其次，常规掺杂难以在维持层状结构稳定性的同时兼顾高锂含量，导致可逆容量大幅折损；再者，单一改性手段缺乏对“应力-化学”耦合失效机制的协同调控，高压循环中晶格内部的各向异性形变无法有效释放，进一步加速结构崩塌。可见，单纯依赖传统的表面或体相改性无法调和“高比容量”与“高压循环稳定性”之间的根本矛盾，同时对于压实密度的改善十分有限。

3、因此，亟需开发一种新型正极材料，从而同步实现高容量、高压实密度与长循环寿命的协同提升。

技术实现思路

1、为解决或部分解决相关技术中存在的问题，本申请提供一种正极材料、正极片和电池，该正极材料能够使正极片具有高压实密度，同时能够有效提升电池的容量和循环稳定性。

2、本申请第一方面提供一种正极材料，其中，所述正极材料包括第一锂钴氧化物、第二锂钴氧化物和第三锂钴氧化物；

3、所述第一锂钴氧化物和第二锂钴氧化物具有r-3m晶体结构；

4、所述第三锂钴氧化物具有p63mc晶体结构；

5、所述正极材料满足以下关系式：

6、a＞c＞b；

7、其中，所述第一锂钴氧化物的粒径d50为a μm；所述第二锂钴氧化物的粒径d50为bμm；所述第三锂钴氧化物的粒径d50为c μm；

8、所述第一锂钴氧化物的化学式为lico1-fmfo2，其中，m包括w、nb、al、mg、ti、la、y、zr、sr中的至少两种，0.004＜f＜0.05；

9、所述第二锂钴氧化物的化学式为lico1-hnho2，其中，n包括b、y、al、w、ti、mg、mn、ni、la、zr、nb、sr中的至少两种，0.005＜h＜0.06；

10、所述第三锂钴氧化物经ni、mn、al中的至少一种元素改性，且改性元素的含量为0.005mol%~5mol%；

11、所述第一锂钴氧化物、第二锂钴氧化物、第三锂钴氧化物的质量比为（5~9.3）∶（0.5~3）∶（0.2~2）。

12、如第一方面所述的正极材料，其中，15≤a≤22；

13、和/或，3≤b≤7；

14、和/或，6≤c≤10。

15、如第一方面所述的正极材料，其中，所述正极材料满足以下关系式：

16、1.0≤a1≤1.8；

17、和/或，1.0≤a2≤1.9；

18、和/或，1.0≤a3≤4.2；

19、其中，所述第一锂钴氧化物颗粒的长径比为a1；所述第二锂钴氧化物颗粒的长径比为a2；所述第三锂钴氧化物颗粒的长径比为a3。

20、如第一方面所述的正极材料，其中，0.55≤a2/a1≤1.95；

21、和/或，0.25≤a2/a3≤2.98。

22、如第一方面所述的正极材料，其中，所述第一锂钴氧化物的粒度分布d50/(d10+d90)为2.05~2.85；

23、和/或，所述第二锂钴氧化物的粒度分布d50/(d10+d90)为2.20~2.95；

24、和/或，所述第三锂钴氧化物的粒度分布d50/(d10+d90)为0.9~3.6。

25、如第一方面所述的正极材料，其中，所述第三锂钴氧化物的化学式为lico1-x-y-znixmnyalzo2，其中，0.002≤x≤0.03，0.003≤y≤0.02，0.002≤z≤0.03。

26、如第一方面所述的正极材料，其中，所述正极材料的x射线衍射图谱中，在2θ为19.0°±0.2°和18.7°±0.2°处分别具有特征衍射峰；

27、和/或，所述正极材料的压实密度为4.1g/cm3~5.0g/cm3；

28、和/或，包括所述正极材料的正极片的极片压实密度为4.2g/cm3~5.1g/cm3。

29、本申请第二方面提供一种正极片，其中，包括如第一方面所述的正极材料。

30、本申请第三方面提供一种电池，其中，包括如第二方面所述的正极片。

31、本申请提供的技术方案可以包括以下有益效果：本申请构建了“骨架支撑相-间隙填充相-多功能活性相”三级功能分置协同结构，通过将三种专属功能颗粒之间形成的深度结构互补与性能协同，从而有效破解了电池在容量、压实密度、能量密度及循环稳定性之间难以兼顾的技术矛盾。在这一协同体系中，三种颗粒在物理空间与电化学功能上实现了高度耦合：在物理空间层面，大粒径的r-3m相骨架颗粒、小粒径的r-3m相填充颗粒以及中等粒径的p63mc相活性颗粒，通过粒径级配，在极片内部构建了极致的三级紧密堆积结构。这种物理上的协同不仅显著提升了颗粒堆积的密实度和极片的压实密度，还通过优化颗粒接触网络，大幅降低了界面阻抗，为电荷传输提供了高效通路。在电化学性能层面，r-3m相颗粒构建的稳固力学骨架，有效保障了极片的结构稳定性与抗辊压开裂能力；而嵌入其中的p63mc相颗粒，则凭借其本征的宽锂离子传输通道与优异的高压晶体结构稳定性，在承担高容量增益的同时，有效抑制了高电压工况下的结构坍塌与相变畸变。三种颗粒各司其职又紧密配合，在物理堆积与电化学功能上形成了协同效应，最终在保障极片力学稳定与高压实密度的同时，实现了高电压下电池容量与循环稳定性的有效提升。

32、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

1.一种正极材料，其特征在于，所述正极材料包括第一锂钴氧化物、第二锂钴氧化物和第三锂钴氧化物；

2.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，15≤a≤22；

3.根据权利要求1或2所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料满足以下关系式：

4.根据权利要求3所述的正极材料，其特征在于，0.55≤a2/a1≤1.95；

5.根据权利要求1或2所述的正极材料，其特征在于，所述第一锂钴氧化物的粒度分布d50/(d10+d90)为2.05~2.85；

6.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述第三锂钴氧化物的化学式为lico1-x-y-znixmnyalzo2，其中，0.002≤x≤0.03，0.003≤y≤0.02，0.002≤z≤0.03。

7.根据权利要求3所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料的x射线衍射图谱中，在2θ为19.0°±0.2°和18.7°±0.2°处分别具有特征衍射峰；

8.一种正极片，其特征在于，所述正极片包括权利要求1至7任一项所述的正极材料。

9.一种电池，其特征在于，包括权利要求8所述的正极片。