正极活性材料及其制备方法、自支撑电极膜及其制备方法、正极、电池以及用电装置与流程

本申请涉及正极材料，特别是涉及一种正极活性材料及其制备方法、自支撑电极膜及其制备方法、正极、电池以及用电装置。

背景技术：

1、随着新能源汽车与规模化储能产业的持续发展，对锂离子电池的能量密度、循环寿命以及产业化成本提出了更高的技术需求。磷酸铁锂（lfp）因安全性能高、循环寿命长、成本低廉以及环境友好等优势，成为锂离子电池正极材料中极具前景的候选材料之一。

2、目前，lfp电极的制备仍以湿法工艺为主，即将活性材料、导电剂与粘结剂分散于n-甲基吡咯烷酮（nmp）等有机溶剂中制成浆料，经涂布、干燥、辊压以及裁切后获得电极片。然而，传统湿法工艺存在以下缺陷：（1）需使用nmp等有毒有机溶剂，环保成本高且存在安全隐患；（2）高温干燥过程中易引发粘结剂迁移和粉体团聚，导致电极孔隙分布不均、界面阻抗增加。

3、传统干法电极技术虽摒弃了有机溶剂，但现有干法工艺与lfp材料的适配性仍存在不足：传统lfp颗粒机械强度偏低、流动性差，在干法高剪切过程中易破碎产生细粉，影响电极一致性；同时，常用ptfe粘结剂与lfp颗粒结合力不足，长期循环中易出现脱膜现象；此外，单次高压辊压易导致膜片脆裂及孔隙率分布不均，电极一致性较差，容易导致电化学性能变差。

技术实现思路

1、基于此，本申请提供一种具有良好流动性以及电化学性能的正极活性材料及其制备方法、自支撑电极膜及其制备方法、正极、电池以及用电装置。

2、本申请提供了一种正极活性材料的制备方法，包括以下步骤：

3、提供前驱体溶液，所述前驱体溶液包含铝盐和锆盐；

4、将磷酸铁锂与所述前驱体溶液混合，干燥，制备预处理材料，其中，所述前驱体溶液中铝元素以及锆元素的总质量占所述磷酸铁锂质量的0.6%~1.8%；

5、将所述预处理材料与球形改性剂混合，经研磨以及烧结，制备正极活性材料。

6、在其中一个实施例中，满足以下一个或多个条件：

7、（1）所述前驱体溶液中铝元素与锆元素的摩尔比为(1.5~2.5):1；

8、（2）所述球形改性剂包括聚乙二醇、聚丙二醇以及聚乙烯蜡中的一种或多种；

9、（3）所述球形改性剂的质量为所述磷酸铁锂质量的1%~5%；

10、（4）研磨的转速为2000 r/min~3000 r/min；

11、（5）研磨的时间为2 h~6 h；

12、（6）烧结的温度为600 ℃~700 ℃；

13、（7）烧结的时间为4 h~8 h；

14、（8）所述铝盐包括硝酸铝、氯化铝、硫酸铝以及醋酸铝中的一种或多种；

15、（9）所述锆盐包括硝酸锆、氯化锆、氧氯化锆以及醋酸锆中的一种或多种。

16、本申请还提供一种正极活性材料，按照上述的制备方法制得的。

17、进一步地，本申请还提供一种自支撑电极膜的制备方法，包括以下步骤：

18、混合如上述的正极活性材料、聚氨酯粘结剂以及导电剂，制备干粉混合物；

19、所述干粉混合物经剪切以及至少两次压制处理，制备所述自支撑电极膜；

20、其中，所述聚氨酯粘结剂为多元醇与脂肪族多异氰酸酯三聚体的交联产物。

21、在其中一个实施例中，满足以下一个或多个条件：

22、（1）所述活性材料、所述聚氨酯粘结剂以及所述导电剂的质量比为(92~96):(1~3):(2~5)；

23、（2）所述导电剂包括石墨烯以及super p中的一种或两种；

24、（3）剪切的温度为50 ℃~90 ℃；

25、（4）剪切的时间为8 min~12 min；

26、（5）剪切的转速为600 r/min~1800 r/min；

27、（6）第一次压制的压力为80 mpa~120 mpa；

28、（7）第一次压制的温度为20 ℃~30 ℃；

29、（8）第二次压制的压力为150 mpa~180 mpa；

30、（9）第二次压制的温度为80 ℃~100 ℃；

31、（10）所述多元醇包括聚醚型多元醇以及聚酯型多元醇中的一种或两种；

32、（11）所述脂肪族多异氰酸酯三聚体包括六亚甲基二异氰酸酯三聚体以及异佛尔酮二异氰酸酯三聚体中的一种或两种；

33、（12）混合所述多元醇与所述脂肪族多异氰酸酯三聚体加热至70 ℃~90 ℃制备所述聚氨酯粘结剂；

34、（13）所述多元醇与所述脂肪族多异氰酸酯三聚体的质量比为（85~92）:（8~15）。

35、进一步地，本申请还提供一种自支撑电极膜，按照上述自支撑电极膜的制备方法制得的。

36、在其中一个实施例中，所述自支撑电极膜满足以下一个或多个条件：

37、（1）厚度为60 μm~180 μm；

38、（2）孔隙率为35%~45%；

39、（3）压实密度为3.7~4.0 g/cm3。

40、本申请还提供一种正极，包括集流体以及设置于所述集流体一侧或两侧表面的如上述的自支撑电极膜。

41、本申请还提供一种电池，包括如上述的正极。

42、本申请还提供一种用电装置，包括上述的电池。

43、本申请利用氧化锆以及氧化铝的复合包覆对磷酸铁锂颗粒进行表面改性，复合包覆层有效增强了磷酸铁锂颗粒的机械强度以及结构稳定性，同时采用球形改性剂对磷酸铁锂颗粒进行球形化改性，显著提高了颗粒的球形度以及流动性，减少了干法工艺高剪切过程中细粉的产生，使改性后的活性材料能够良好地适配干法电极的成膜工艺。此外，本申请采用复合包覆以及球形化改性相结合的策略对磷酸铁锂颗粒进行协同改性，复合包覆层与球形化结构协同作用，保障了电极结构的均匀性以及一致性，提升了电池的循环稳定性以及倍率性能。

1.一种正极活性材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述正极活性材料的制备方法，其特征在于，满足以下一个或多个条件：

3.一种正极活性材料，其特征在于，按照权利要求1或2所述的正极活性材料的制备方法制得的。

4.一种自支撑电极膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.如权利要求4所述自支撑电极膜的制备方法，其特征在于，满足以下一个或多个条件：

6.一种自支撑电极膜，其特征在于，按照权利要求4或5所述自支撑电极膜的制备方法制得的。

7.如权利要求6所述的自支撑电极膜，其特征在于，所述自支撑电极膜满足以下一个或多个条件：

8.一种正极，其特征在于，包括集流体以及设置于所述集流体一侧或两侧表面的如权利要求6或7所述的自支撑电极膜。

9.一种电池，其特征在于，包括如权利要求8所述的正极。

10.一种用电装置，其特征在于，包括权利要求9所述的电池。