CN120878817A - 正极材料及其制备方法、正极极片、电池及储能装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种正极材料及其制备方法、正极极片、电池及储能装置，正极材料包括第一磷酸铁锂颗粒和磷酸铁锂‑磷化铁复合颗粒，基于第一磷酸铁锂颗粒和磷酸铁锂‑磷化铁复合颗粒的总数量，磷酸铁锂‑磷化铁复合颗粒的数量百分比为a，3％≤a≤30％；磷化铁融合于磷酸铁锂‑磷化铁复合颗粒的内部，磷酸铁锂‑磷化铁复合颗粒的横截面中，磷化铁的面积在横截面的总面积中的占比为K，10％≤K≤60％。

Description

正极材料及其制备方法、正极极片、电池及储能装置

技术领域

本申请涉及储能技术领域，尤其涉及一种正极材料及其制备方法、正极极片、电池及储能装置。

背景技术

二次电池(例如锂离子电池)具有比能量大、工作电压高、自放电率低、体积小、重量轻等特点，广泛应用于电能储存、便携式电子设备和电动汽车等各个领域。

虽然基于磷酸铁锂正极材料的锂离子电池具有安全稳定性高的优点，但是在高压实密度条件下，例如，压实密度大于2.45g/cm³时，二次电池的能量效率和容量仍有待改善。

发明内容

为了解决上述技术问题，本申请公开了一种正极材料及其制备方法、正极极片、电池及储能装置，以改善二次电池的能量效率和容量。

第一个方面，本申请提供了一种正极材料，包括第一磷酸铁锂颗粒和磷酸铁锂-磷化铁复合颗粒，基于所述第一磷酸铁锂颗粒和所述磷酸铁锂-磷化铁复合颗粒的总数量，所述磷酸铁锂-磷化铁复合颗粒的数量百分比为a，3％≤a≤30％；所述磷化铁融合于所述磷酸铁锂-磷化铁复合颗粒的内部，所述磷酸铁锂-磷化铁复合颗粒的横截面中，所述磷化铁的面积在所述横截面的总面积中的占比为K，10％≤K≤60％。

在本申请的一些实施方案中，所述正极材料还包括第二磷酸铁锂颗粒和第三磷酸铁锂颗粒，所述第一磷酸铁锂颗粒和所述磷酸铁锂-磷化铁复合颗粒的平均尺寸为Φ₁，所述第二磷酸铁锂颗粒的平均尺寸为Φ₂，所述第三磷酸铁锂颗粒的平均尺寸为Φ₃，Φ₁＞Φ₂＞Φ₃。

在本申请的一些实施方案中，所述正极材料满足以下特征中的至少一者：

a)所述第二磷酸铁锂颗粒和所述第三磷酸铁锂颗粒的铁磷比为b₁，0.95≤b₁≤0.985；

b)所述第一磷酸铁锂颗粒的铁磷比为b₂，0.9≤b₂≤0.965；

c)所述磷酸铁锂-磷化铁复合颗粒中具有磷酸铁锂区域和磷化铁区域，所述磷酸铁锂区域的铁磷比为b₃，0.82≤b₃≤0.94。

在本申请的一些实施方案中，所述正极材料满足以下特征中的至少一者：

d)Φ₁≥1μm；

e)250nm≤Φ₂＜1μm；

f)Φ₃＜250nm。

在本申请的一些实施方案中，所述正极材料的电阻率为ρ，2Ω·cm≤ρ≤20Ω·cm。

在本申请的一些实施方案中，所述正极材料还包括掺杂元素，所述掺杂元素选自钛、镁、铌、钒、钠、钪和铈中的至少一种。

第二个方面，本申请提供一种如第一个方面所述的正极材料的制备方法，包括以下步骤：

将锂源、铁源、磷源和碳源混合，制得正极材料前驱体，所述铁源包括纳米三氧化二铁；

对所述正极材料前驱体进行烧结处理，烧结温度为800℃～820℃，制得所述正极材料。

在本申请的一些实施方案中，所述纳米三氧化二铁在所述铁源中的质量百分含量为c，0.2％≤c≤2％。

在本申请的一些实施方案中，所述制备方法满足以下特征中的至少一者：

g)所述锂源包括Li₂CO₃、Li₃PO₄、LiOH和LiH₂PO₄中的至少一种；

h)所述铁源还包括FePO₄、Fe₃(PO₄)₂、Fe和FeC₂O₄中的至少一种；

i)所述磷源包括H₃PO₄、NH₄H₂PO₄和(NH₄)₂HPO₄中的至少一种；

j)所述碳源包括葡萄糖、聚乙二醇、蔗糖和果糖中的至少一种；

k)所述正极前驱体还包括掺杂元素，所述掺杂元素的氧化物包括TiO₂、MgO、Nb₂O₅、V₂O₅、Na₂O、Sc₂O₃和CeO₂中的至少一种；

l)所述纳米三氧化二铁的Dv50为D₁，200nm≤D₁≤600nm。

第三个方面，本申请提供了一种正极极片，包括正极集流体，所述正极集流体的至少一面具有正极材料层，所述正极材料层包括第一方面所述的正极材料，或者，所述正极材料层包括第二方面所述的制备方法制得的正极材料。

在本申请的一些实施方案中，所述正极极片的膜片电阻率为R，0.1Ω≤R≤0.35Ω。

在本申请的一些实施方案中，所述正极极片满足以下特征中的至少一者：

m)所述正极材料层中的碳含量为d，1％≤d≤3％；

n)所述正极材料极片的厚度为H，140μm≤H≤300μm；

o)所述正极极片的压实密度为PD，2.45g/cm³≤PD≤2.7g/cm³。

第四个方面，本申请提供一种电池，包括第三方面所述的正极极片。

第五个方面，本申请提供一种储能装置，包括箱体和至少一个第四方面所述的电池，所述电池收容于所述箱体中。

第六个方面，本申请提供一种用电设备，包括第五方面所述的储能装置，所述储能装置为所述用电设备进行供电。

与现有技术相比，本申请至少具有如下有益效果：

本申请提供了一种正极材料及其制备方法、正极极片、电池及储能装置，其中正极材料包括第一磷酸铁锂颗粒和磷酸铁锂-磷化铁复合颗粒，基于第一磷酸铁锂颗粒和磷酸铁锂-磷化铁复合颗粒的总数量，磷酸铁锂-磷化铁复合颗粒的数量百分比为a，3％≤a≤30％；磷化铁融合于磷酸铁锂-磷化铁复合颗粒的内部，磷酸铁锂-磷化铁复合颗粒的横截面中，磷化铁的面积在横截面的总面积中的占比为K，10％≤K≤60％。通过协同调控a和K的值在本申请范围内，能够改善高压密条件下正极材料的比容量，从而提高二次电池的容量，并能够改善二次电池的能量效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一种实施方案的储能系统的结构示意图；

图2为本申请另一种实施方案的储能系统的结构示意图；

图3为本申请再一种实施方案的储能系统的结构示意图；

图4为本申请一种实施方案的标记有磷酸铁锂面积区域和磷化铁面积区域的SEM背散射照片；

图5为本申请实施例1的正极极片的SEM背散射照片；

图6为对比例2的正极极片的SEM背散射照片。

附图标记说明：200-电池，400-储能系统，410-第一电能转换装置，420-第一用户负载，430-第二用户负载，440-储能装置，450-高压电缆，460-第二电能转换装置，470-汽车，480-光储充充电站。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”等主要是用于区分不同的装置、元件或组成部分(具体的种类和构造可能相同也可能不同)，并非用于表明或暗示所指示装置、元件或组成部分的相对重要性和数量。除非另有说明，“多个”的含义为两个或两个以上。

需要说明的是，在本申请内容中，以锂离子电池作为二次电池的例子来解释本申请，但是本申请的二次电池并不仅限于锂离子电池。

发明人研究发现，随着正极材料中颗粒尺寸的增大，虽然能够提高正极极片的压实密度，但是会导致锂离子和电子的迁移路径变长，进而导致锂离子电池的能量效率下降，还会导致正极材料的比容量下降，尤其是在压实密度大于等于2.45g/cm³后，该问题更加突出。

有鉴于此，本申请提供了一种正极材料，该正极材料包括第一磷酸铁锂颗粒和磷酸铁锂-磷化铁复合颗粒，基于第一磷酸铁锂颗粒和磷酸铁锂-磷化铁复合颗粒的总数量，磷酸铁锂-磷化铁复合颗粒的数量百分比为a，3％≤a≤30％；例如，a为3％、5％、8％、10％、15％、18％、20％、25％、28％或30％；磷化铁融合于磷酸铁锂-磷化铁复合颗粒的内部，磷酸铁锂-磷化铁复合颗粒的横截面中，磷化铁的面积在横截面的总面积中的占比为K，10％≤K≤60％。例如，K为10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％或60％。

本申请的正极材料中含有第一磷酸铁锂颗粒和磷酸铁锂-磷化铁复合颗粒，其中，第一磷酸铁锂颗粒主要用于为锂离子电池提供容量，而磷酸铁锂-磷化铁复合颗粒除了提供容量外，还用于提高锂离子电池的能量效率。这是由于，磷化铁(Fe₂P)融合于磷酸铁锂-磷化铁复合颗粒的内部，能够使锂离子和电子只需在磷酸铁锂-磷化铁复合颗粒的外围进行脱嵌，从而减少在磷酸铁锂-磷化铁复合颗粒内部的脱嵌，降低锂离子和电子迁移的能垒，从而提高能量效率。发明人进一步研究发现，a和K的值不宜过小或过大，当a的值过小时(例如小于3％)，磷酸铁锂-磷化铁复合颗粒的数量占比过少，导致磷酸铁锂-磷化铁复合颗粒对能量效率的贡献作用下降；当a的值过大时(例如大于30％)，第一磷酸铁锂颗粒的数量占比过少，导致第一磷酸铁锂颗粒对容量的贡献作用下降；当K的值过小时(例如小于10％)，磷酸铁锂-磷化铁复合颗粒中Fe₂P的面积占比过小，也会导致磷酸铁锂-磷化铁复合颗粒对能量效率的提高作用下降；当K的值过大时(例如大于60％)，磷酸铁锂-磷化铁复合颗粒中磷酸铁锂的面积占比过小，导致磷酸铁锂-磷化铁复合颗粒对容量的贡献作用下降。基于此，本申请通过协同调控a和K的值在上述范围内，能够改善高压密条件下正极材料的比容量，从而提高锂离子电池的容量，并能够改善锂离子电池的能量效率。

在一种可选的实施方式中，正极材料还包括第二磷酸铁锂颗粒和第三磷酸铁锂颗粒，第一磷酸铁锂颗粒和磷酸铁锂-磷化铁复合颗粒的平均尺寸为Φ₁，第二磷酸铁锂颗粒的平均尺寸为Φ₂，第三磷酸铁锂颗粒的平均尺寸为Φ₃，Φ₁＞Φ₂＞Φ₃，如此，有利于得到本申请的粒径级配的正极材料，改善高压密条件下正极材料的比容量以及锂离子电池的能量效率。

本申请中，第一磷酸铁锂颗粒和磷酸铁锂-磷化铁复合颗粒的平均尺寸是指通过SEM所测量的颗粒的最长距离的平均值；第二磷酸铁锂颗粒的平均尺寸是指通过SEM所测量的颗粒的最长距离的平均值；第三磷酸铁锂颗粒的平均尺寸指通过SEM所测量的颗粒的最长距离的平均值。

在一种可选的实施方式中，第二磷酸铁锂颗粒和第三磷酸铁锂颗粒的铁磷比为b₁，0.95≤b₁≤0.985。例如，b₁为0.95、0.96、0.97、0.98或0.985。

在一种可选的实施方式中，第一磷酸铁锂颗粒的铁磷比为b₂，0.9≤b₂≤0.965。例如，b₂为0.9、0.92、0.95、0.96或0.965。

在一种可选的实施方式中，参考图5，磷酸铁锂-磷化铁复合颗粒中具有磷酸铁锂区域和磷化铁区域，磷酸铁锂区域的铁磷比为b₃，0.82≤b₃≤0.94。例如，铁磷比为0.82、0.85、0.9、0.92或0.94。

本申请中，铁磷比是指：铁元素和磷元素的摩尔比，即，铁元素和磷元素的原子数比。

正极材料颗粒的尺寸通常随正极材料中铁磷比的增加而减小，基于此，通过调控第二磷酸铁锂颗粒、第三磷酸铁锂颗粒、第一磷酸铁锂颗粒、磷酸铁锂-磷化铁复合颗粒的铁磷比在上述范围内，有利于得到本申请的粒径级配的正极材料，改善高压密条件下正极材料的比容量以及锂离子电池的能量效率。

在一种可选的实施方式中，Φ₁≥1μm。例如，Φ₁为1μm、2μm或3μm。如此，有利于提高正极材料的压实密度，从而提高锂离子电池的体积能量密度。

在一种可选的实施方式中，250nm≤Φ₂＜1μm。例如，Φ₂为250nm、500nm、800nm或900nm。如此，有利于得到本申请的粒径级配的正极材料，改善高压密条件下正极材料的比容量以及锂离子电池的能量效率。

在一种可选的实施方式中，Φ₃＜250nm。例如，Φ₃为50nm、100nm或240nm。如此，有利于得到本申请的粒径级配的正极材料，改善高压密条件下正极材料的比容量以及锂离子电池的能量效率。

在一种可选的实施方式中，正极材料的电阻率为ρ，2Ω·cm≤ρ≤20Ω·cm。例如，ρ为2Ω·cm、5Ω·cm、8Ω·cm、10Ω·cm、12Ω·cm、15Ω·cm、18Ω·cm或20Ω·cm。如此，有利于降低正极极片的膜片电阻率，从而进一步改善高压密条件下正极材料的比容量以及锂离子电池的能量效率。

在一种可选的实施方式中，正极材料还包括掺杂元素，掺杂元素选自钛、镁、铌、钒、钠、钪和铈中的至少一种。如此，能够进一步提升锂离子和电子的迁移速率，有利于锂离子电池能量效率的提高。

在一种可选的实施方式中，基于第一磷酸铁锂颗粒和磷酸铁锂-磷化铁复合颗粒的总数量，第一磷酸铁锂颗粒的数量百分比为e，70％≤e≤97％；例如，e为70％、72％、75％、80％、82％、85％、90％、92％、95％或97％。

本申请对正极材料中第一磷酸铁锂颗粒、磷酸铁锂-磷化铁复合颗粒、第二磷酸铁锂颗粒和第三磷酸铁锂颗粒的数量占比没有特别限制，只要能实现本申请目的即可。例如，基于正极材料中颗粒的总数量，第一磷酸铁锂颗粒的数量百分比为2.01％～14％，磷酸铁锂-磷化铁复合颗粒的数量百分比为0.09％～6％，第二磷酸铁锂颗粒的数量百分比为50％～92％，第三磷酸铁锂颗粒的数量百分比为5％～30％，如此，有利于得到本申请的粒径级配的正极材料。

本申请还提供了一种上述任一实施方案所述的正极材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤A、将锂源、铁源、磷源和碳源混合，制得正极材料前驱体，铁源包括纳米三氧化二铁；

步骤B、对正极材料前驱体进行烧结处理，烧结温度为800℃～820℃，制得正极材料。

在步骤A中，可以将锂源、铁源、磷源和碳源按照设计的正极材料的化学计量比混合，然后进行研磨以进一步使原料分散均匀，再经喷雾干燥处理，制得正极材料前驱体。

在步骤B中，通过在铁源中添加纳米Fe₂O₃，并通过调控烧结温度在上述范围内，由于纳米Fe₂O₃具有更高的活性，能够在烧结过程中形成反应起点，纳米Fe₂O₃周围的磷酸铁锂会围绕着纳米Fe₂O₃生长，形成Fe₂P，从而形成内部熔融凝固有Fe₂P的磷酸铁锂-磷化铁复合颗粒。并且，在烧结处理过后，还形成了具有不同尺寸范围的磷酸铁锂颗粒，具体地，包括第一磷酸铁锂颗粒、第二磷酸铁锂颗粒和第三磷酸铁锂颗粒。

在一种可选的实施方式中，纳米三氧化二铁在铁源中的质量百分含量为c，0.2％≤c≤2％。例如，c为0.2％、0.5％、0.8％、1％、1.2％、1.5％、1.8％或2％。有利于在烧结过程中形成反应起点，促使形成内部熔融后凝固有Fe₂P的磷酸铁锂-磷化铁复合颗粒。

在一种可选的实施方式中，锂源包括碳酸锂(Li₂CO₃)、磷酸锂(Li₃PO₄)、氢氧化锂(LiOH)和磷酸二氢锂(LiH₂PO₄)中的至少一种。

在一种可选的实施方式中，铁源还包括磷酸铁(FePO₄)、磷酸亚铁(Fe₃(PO₄)₂)、铁单质(Fe)和草酸亚铁(FeC₂O₄)中的至少一种。

当铁源中包含磷酸铁时，磷酸铁可以选自具有不同铁磷比的磷酸铁原料，例如，可以选自铁磷比为0.968的第一磷酸铁原料和铁磷比为0.962的第二磷酸铁原料中的至少一种。

在一种可选的实施方式中，磷源包括磷酸(H₃PO₄)、磷酸二氢铵(NH₄H₂PO₄)和磷酸氢二铵((NH₄)₂HPO₄)中的至少一种。

在一种可选的实施方式中，碳源包括葡萄糖、聚乙二醇(PEG)、蔗糖和果糖中的至少一种。

在一种可选的实施方式中，正极前驱体还包括掺杂元素，掺杂元素的氧化物包括TiO₂、MgO、Nb₂O₅、V₂O₅、Na₂O、Sc₂O₃和CeO₂中的至少一种，能够进一步提升锂离子和电子的迁移速率。

在一种可选的实施方式中，纳米三氧化二铁的Dv50为D₁，200nm≤D₁≤600nm。例如，D₁为200nm、300nm、400nm、500nm或600nm。有利于在烧结过程中形成反应起点，促使形成内部熔融凝固有Fe₂P的磷酸铁锂-磷化铁复合颗粒。

本申请中，Dv50表示颗粒在体积基准的粒度分布中，从小粒径侧起，达到体积累积50％的粒径。

本申请提供的正极材料的制备方法，通过在铁源中添加纳米Fe₂O₃，并通过协同调控烧结温度在本申请范围内，从而制得具有磷酸铁锂-磷化铁复合颗粒的正极材料，该正极材料应用于正极极片时，能够改善高压密条件下正极材料的比容量，从而提高锂离子电池的容量，并能够改善锂离子电池的能量效率。

本申请还提供了一种正极极片，包括正极集流体，正极集流体的至少一面具有正极材料层，正极材料层包括上述任一实施方案所述的正极材料，或者，正极材料层包括上述任一实施方案所述的制备方法制得的正极材料。

在一种可选的实施方式中，正极极片的膜片电阻为R，0.1Ω·cm≤R≤0.35Ω·cm。例如，R为0.1Ω·cm、0.15Ω·cm、0.2Ω·cm、0.25Ω·cm、0.3Ω·cm或0.35Ω·cm。如此，有利于改善锂离子电池的容量和能量效率。

在一种可选的实施方式中，正极材料层中的碳含量为d，1％≤d≤3％。本申请正极材料层中的碳可以来自于碳源、导电剂、粘结剂等。例如，d为1％、1.5％、2％、2.5％或3％。通过调控d在上述范围内，能够使锂离子电池具有较高的容量、能量效率和循环稳定性。上述导电剂包括但不限于导电炭黑(Super-P)、碳纳米管等；上述粘结剂包括但不限于聚偏二氟乙烯(PVDF)等。

在一种可选的实施方式中，正极材料极片的厚度为H，140μm≤H≤300μm。例如，H为140μm、150μm、200μm、250μm或300μm。通过调控H在上述范围内，能够实现较高的锂离子电池的体积能量密度和能量效率。

在一种可选的实施方式中，正极极片的压实密度为PD，2.45g/cm³≤PD≤2.7g/cm³。例如，PD为2.45g/cm³、2.5g/cm³、2.55g/cm³、2.6g/cm³、2.65g/cm³或2.7g/cm³。通过调控PD在上述范围内，有利于锂离子电池容量性能的提高。

本申请对调控磷酸铁锂-磷化铁复合颗粒的数量百分比a的方式没有特别限制，只要能实现本申请目的即可。示例性地，a的值通常随第一磷酸铁锂颗粒的铁磷比b₂和/或纳米Fe₂O₃的质量百分含量的增大而增大，基于此，可以在制备正极材料的过程中，通过调整第一磷酸铁锂颗粒的铁磷比b₂和/或纳米Fe₂O₃的质量百分含量来调控a的值。

本申请对调控磷化铁的面积在横截面的总面积中的占比K的方式没有特别限制，只要能实现本申请目的即可。示例性地，K的值通常随第一磷酸铁锂颗粒的铁磷比b₂和/或烧结温度的增大而增大，基于此，可以在制备正极材料的过程中，通过调整第一磷酸铁锂颗粒的铁磷比b₂和/或烧结温度来调控K的值。

本申请对调控铁磷比b₁、b₂、b₃的方式没有特别限制，只要能实现本申请目的即可。示例性地，可以在制备正极材料的过程中，按照设计的磷酸铁锂的铁磷比，选择不同种类的铁源和磷源，并通过调整铁源和磷源的化学计量比，使所制备的正极材料中的磷酸铁锂颗粒的铁磷比发生变化。

本申请中，可以通过选择影响b₁、b₂的两种不同铁磷比的磷酸铁锂的前驱体(例如FePO₄、Fe₃(PO₄)₂，可以作为铁源之一)，使锂源、上述前驱体、纳米Fe₂O₃和磷源(例如H₃PO₄)按照一定的比例混合，通过高温烧结可以得到具有b₁、b₂、b₃不同铁磷比的磷酸铁锂颗粒。其中，b₁、b₂受其前驱体的铁磷比影响，而b₃是由于部分第一磷酸铁锂颗粒的前驱体与Fe₂O₃反应，导致磷酸铁锂-磷化铁复合颗粒中部分区域是高铁含量的Fe₂P，部分区域是低铁含量的磷酸铁锂(铁磷比为b₃)。基于此，通过一次烧结便可以得到包含不同铁磷比磷酸铁锂颗粒的正极材料。

本申请还提供了一种电池，包括上述任一实施方案所述的正极极片。

在本申请中，正极材料层可以设置于正极集流体厚度方向上的一个表面上，也可以设置于正极集流体厚度方向上的两个表面上。本申请中正极材料层设置在正极集流体的表面，即正极材料层可以设置在正极集流体一个表面的部分区域，也可以设置在正极集流体一个表面的全部区域。在本申请中，正极集流体没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可，例如可以包括但不限于铝箔、铝合金箔或复合集流体等。本申请中，对正极集流体的厚度没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可，例如厚度为4μm～15μm。本申请的正极材料层的单面厚度可以为60μm～140μm。

本申请的锂离子电池还包括负极极片。本申请对负极极片没有特别限制，只要能实现本申请的目的即可，例如负极极片通常包括负极集流体和负极材料层。负极材料层可以设置在沿负极集流体厚度方向的一个表面或两个表面上。本申请中负极材料层设置在负极集流体的表面，即负极材料层可以设置在负极集流体一个表面的部分区域，也可以设置在负极集流体一个表面的全部区域。本申请对负极集流体没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可，例如，可以包括但不限于铜箔、铜合金箔、镍箔或复合集流体等。在本申请中，对负极集流体的厚度没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可，例如厚度为4μm～12μm。本申请的负极材料层的单面厚度可以为70μm～200μm。

本申请中，负极材料层包括负极材料，其中，负极材料没有特别限制，只要能实现本申请的目的即可，例如，可以包括人造石墨、天然石墨、中间相碳微球、软碳、硬碳、硅、硅碳中的至少一种。

在本申请中，负极材料层中还可以包括负极粘结剂。本申请对负极粘结剂没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可，例如可以包括但不限于丙烯酸酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚偏氟乙烯、丁苯橡胶、海藻酸钠、聚乙烯醇、聚四氟乙烯、聚丙烯腈、羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素钾的至少一种。

本申请的锂离子电池还包括隔膜。本申请对隔膜没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要选择，只要能够实现本申请目的即可。例如，隔膜可包括基材层和表面处理层。基材层为具有多孔结构的无纺布、膜或复合膜，基材层的材料选自聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚酰亚胺中的至少一种。具体的，可选用聚丙烯多孔膜、聚乙烯多孔膜、聚丙烯无纺布、聚乙烯无纺布或聚丙烯-聚乙烯-聚丙烯多孔复合膜。

本申请的电池还包括电解液。本申请对电解液没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要选择，只要能够实现本申请目的即可。例如，将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC)、丙酸乙酯(EP)、丙酸丙酯(PP)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸亚乙烯酯(VC)、碳酸乙烯亚乙酯(VEC)或氟代碳酸乙烯酯(FEC)等中的至少一种按照一定质量比例或体积比例混合得到非水有机溶剂后，加入锂盐溶解并混合均匀即可。本申请对锂盐的种类没有限制，只要能够实现本申请目的即可。例如，锂盐可以包括LiPF₆、LiBF₄、LiAsF₆、LiClO₄、LiB(C₆H₅)₄、LiCH₃SO₃、LiCF₃SO₃、LiN(SO₂CF₃)₂、LiC(SO₂CF₃)₃、LiSiF₆、双氟磺酰亚胺锂盐(LIFSI)、二草酸硼酸锂(LiBOB)或二氟硼酸锂中的至少一种。

本申请对锂盐在电解液中的浓度没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可。例如，锂盐的浓度为1.0mol/L～2.0mol/L。

本申请的电池还包括壳体，本申请对壳体没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要选择，只要能够实现本申请目的即可。例如，壳体可以包括铝塑膜。

本申请对电池的制备方法没有特别限制，可以选用本领域公知的制备方法，只要能够实现本申请目的即可。例如，电池的制备方法包括但不限于如下步骤：将正极极片、隔膜和负极极片按顺序堆叠，并根据需要将其卷绕、折叠等操作得到卷绕结构的裸电芯，将裸电芯放入包装袋内，将电解液注入包装袋并封口，得到电池。

本申请还提供了一种储能装置，包括箱体和至少一个上述任一实施方案中的电池，电池收容于箱体中。具有该电池的储能装置的性能优异，有利于储能装置的使用。通过将电池收容于箱体中可以增加对电池的固定和保护作用，提高储能装置的使用寿命。可以理解的，储能装置中可以具有一个或多个电池，当储能装置含有多个电池时，多个电池可以通过并联和串联中的至少一种方式连接。

本申请还提供了一种用电设备，包括上述实施方案中的储能装置，有利于提升用电设备的产品竞争力和使用性能。在一种可选的实施方案中，用电设备包括用电设备本体，储能装置用于为用电设备本体供电。在一种可选的实施方案中，用电设备本体包括设备正极及设备负极，储能装置中电池的正极极片用于电连接用电设备本体的设备正极，储能装置中电池的负极极片用于电连接用电设备本体的设备负极，以对用电设备供电。

本申请的用电设备可以包括但不限于：集装箱、电瓶车、电动汽车、轮船、航天器、电动玩具和电动工具等等，其中，航天器例如是飞机、火箭、航天飞机和宇宙飞船等等，电动玩具例如包括固定式或移动式的电动玩具，具体例如，电动汽车玩具、电动轮船玩具和电动飞机玩具等等，电动工具例如包括金属切削电动工具、研磨电动工具、装配电动工具和铁道用电动工具，具体例如，电钻、电动砂轮机、电动扳手、电动螺丝刀、电锤、冲击电钻、混凝土振动器和电刨。

由于人们所需要的能源都具有很强的时间性和空间性，为了合理利用能源并提高能量的利用率，需要通过一种介质或者设备，把一种能量形式用同一种或者转换成另外一种能量形式存储起来，基于未来应用需要再以特定能量形式释放出来。目前绿色电能的产生主要途径是发展光伏、风电等绿色能源来替代化石能源，

目前绿色电能的产生普遍依赖于光伏、风电、水势等，而风能和太阳能等普遍存在间歇性强、波动性大的问题，会造成电网不稳定，用电高峰电不够，用电低谷电太多，不稳定的电压还会对电力造成损害，因此可能因为用电需求不足或电网接纳能力不足，引发“弃风弃光”问题，要解决这些问题须依赖储能。即将电能通过物理或者化学的手段转化为其他形式的能量存储起来，在需要的时候将能量转化为电能释放出来，简单来说，储能就类似一个大型“充电宝”，在光伏、风能充足时，将电能储存起来，在需要时释放储能的电力。

以电化学储能为例，本方案提供一种储能装置440，应用于储能系统400，该储能装置440内设有一组化学电池，主要是利用电池内的化学元素做储能介质，充放电过程伴随储能介质的化学反应或者变化，简单说就是把风能和太阳能产生的电能存在化学电池中，在外部电能的使用达到高峰时再将存储的电量释放出来使用，或者转移给电量紧缺的地方再使用。

目前的储能(即能量存储)应用场景较为广泛，包括发电侧储能、电网侧储能以及用电侧储能等方面，对应的储能装置440的种类包括有：

(1)应用在风电、光伏电站侧的大型储能电站(由多个储能预制舱构成)，其可以协助可再生能源发电满足并网要求，同时提高可再生能源利用率；储能电站作为电源侧中优质的有功/无功调节电源，实现电能在时间和空间上的负荷匹配，增强可再生能源消纳能力，减少瞬时功率变化，减少对电网的冲击，改善新能源发电消纳问题并在电网系统备用、缓解高峰负荷供电压力和调峰调频方面意义重大；

(2)应用在电网侧的储能预制舱，功能主要为调峰、调频、缓解电网阻塞调峰方面，可实现对用电负荷的削峰填谷，即在用电负荷低谷时对储能电池充电，在用电负荷高峰时段将存储的电量释放，从而实现电力生产和消纳之间的平衡；

(3)应用于用电侧的小型储能柜，功能主要为电力自发自用、峰谷价差套利、容量费用管理以及提高供电可靠性。根据应用场景的不同，用电侧储能可以分为工商业储能柜、户用储能装置、储能充电桩等，其一般与分布式光伏配套使用。工商业用户可利用储能进行谷峰价差套利和容量费用管理。在实施峰谷电价的电力市场中，通过低电价时给储能系统充电，高电价时储能系统放电，实现峰谷电价差套利，降低用电成本。此外，适用两部制电价的工业企业，可以利用储能系统在用电低谷时储能，在高峰负荷时放电，从而降低尖峰功率及申报的最大需求量，达到降低容量电费的目的。户用光伏配储可以提高电力自发自用水平。因高昂电价以及较差的供电稳定性，从而拉动户用光伏装机需求。考虑到光伏在白天发电，而用户一般在夜间负荷较高，通过配置储能可以更好地利用光伏电力，提高自发自用水平，同时降低用电成本。另外，通信基站、数据中心等领域需要配置储能，用于备用电源。

在一些实施例中，请参见图1，图1为本申请一实施例的储能系统400的结构示意图一，本申请图1实施例以用户侧储能中的家用储能场景为例进行说明，本申请储能装置440并不限定于家用储能场景。

本申请提供一种储能系统400，该储能系统400包括第一电能转换装置410(光伏板)、第一用户负载420(家用灯具)、第二用户负载430(例如空调等家用电器)等以及储能装置440，所述储能装置440为小型储能箱，可通过壁挂方式安装于室外墙壁，本申请储能装置440不限定于壁挂方式，还可以通过其他方式放置于用户住所。具体的，光伏板可以在电价低谷时期将太阳能转换为电能，所述储能装置440用于储存该电能并在电价高峰时供给灯具和家用电器进行使用，或者在电网断电/停电时进行供电。

在一些实施例中，请参见图2，图2为本申请一实施例的储能系统400的结构示意图二，且本申请图2实施例以发/配电侧共享储能场景为例进行说明，本申请储能装置440并不限定于其发/配电侧储能场景。

本申请提供了一种储能系统400，所述储能系统400包括：高压电缆450、第一电能转换装置410、第二电能转换装置460及本申请提供的储能装置440，在发电侧场景的一些实施例中，第二电能转换装置460可以为风力电能转换装置，由于风力电能转换产生电能存在波动性、随机性以及间歇性，可以通过并网将风力电能转换装置输出的不稳定电能先存储至储能装置440，储能装置440与高压电缆连接并输出平滑的电能供给配网用电侧使用，实现调峰调频，电网稳定运行；或者，风力电能转换装置始终与高压电缆连接，普通发电情况下通过高压电缆将风力电能转换装置输出的电能供给配网用电侧使用，并在当前用电负荷较低，风力电能转换装置发电过剩时，将多发的电量先储存至储能装置440，减少弃风、弃光率，改善新能源发电消纳问题；以及在用电负荷高位时，电网下达指令，将储能装置440储存的电量协同高压电缆450采用并网模式共同传输电能供给用电侧使用，为电网运行提供调峰、调频、备用等多种服务，充分发挥电网调峰的作用，促进电网削峰填谷，缓解电网供电压力。

在配网侧的一些实施例中，第一电能转换装置410可以为光伏板，储能装置440与高压电缆450连接并安装于高压电缆450的下游与用户负荷之间，光伏电能转换装置输出的电能储存在储能装置440中，在电网/配网出现故障时及时响应充当备用电源；或者，在高压电缆450输电线路出现线路阻塞缓解线路阻塞、以及电网规划扩建时提供供电支持以延缓电网/配电扩容产生的经济压力。

在一些实施例中，请参见图3，图3为本申请一实施例的储能系统400的结构示意图三，且本申请图3实施例以工商侧储能场景为例进行说明，本申请储能装置440并不限定于工商侧储能场景。

本申请提供了一种储能系统400，所述储能系统400包括：储能装置440、高压电缆450、设有第一电能转换装置410的工厂以及光储充充电站480以及汽车470；在工商侧场景的一些实施例中，第一电能转换装置410可为光伏板，将太阳能转换为电能存储在工厂的储能装置440中，在电网断电故障时通过储能装置440进行供电保证工厂安全稳定不停产运行；或者工厂用电负荷高位时，电网下达指令，将储能装置440储存的电量协同高压电缆450采用并网模式共同传输电能供给工厂使用，为电网运行提供调峰/调频、备用等多种服务；另外第一电能转换装置410也可将太阳能转换为电能存储在光储充充电站480的储能装置440中，直接通过光储充充电站480为汽车470直接充电，快速便捷。

可选地，第一电能转换装置410可包括但不限定于光伏板，第二电能转换装置460可包括但不限定于风力电能转换装置，所述第一电能转换装置410及所述第二电能转换装置460可将太阳能、光能、风能、热能、潮汐能、生物质能及机械能等中的至少一种转换为电能。

可选地，储能装置440可包括但不限定用于储能电站、水力/火力/风力发电系统、太阳能发电系统、移动电力系统、智能家居系统或者临时供电系统等储能应用场景，还应用于数据中心、军事装备、航空航天、充电桩、电动交通工具等多个领域。

可选地，储能装置440可包括但不限于单体电池、或由单体电池构成的电池模组、电池包、电池簇、移动电源、储能柜/储能预制舱等电池集成系统。本申请实施例提供的储能装置440的实际应用形态可以为但不限于为所列举产品，还可以是其他应用形态，本申请实施例不对储能装置440的应用形态做严格限制。

可选地，单体电池可以为但不限定于圆柱电池、方形电池、棱柱电池或者其他形状电池中的至少一种。

可选地，单体电池可以为二次电池，二次电池是指在单体电池放电后可通过充电的方式使活性材料激活而继续使用的单体电池。单体电池可以为锂离子电池、钠离子电池、钠锂离子电池、锂金属电池、钠金属电池、锂硫电池、镁离子电池、镍氢电池、镍镉电池、铅蓄电池等，本申请对此不做具体限定。

实施例

以下，举出制备例、实施例及对比例来对本申请的实施方式进行更具体地说明。各种的试验及评价按照下述的方法进行。

实施例1

<正极极片的制备>

<正极材料的制备>

将锂源Li₂CO₃、铁源纳米Fe₂O₃(Dv50为420nm，添加量为铁源总质量的0.4wt％)和磷酸铁(FePO₄，添加量为铁源总质量的99.6wt％)、磷源H₃PO₄按照化学计量比104∶100∶0.1混合后得到混合物A，其中磷酸铁由两种不同铁磷比的磷酸铁原料组成，分别为铁磷比0.968的第一磷酸铁原料和铁磷比0.962的第二磷酸铁原料，第一磷酸铁原料和第二磷酸铁原料的质量比为7∶3；将混合物A添加到反应釜中，然后添加碳源葡萄糖和TiO₂，得到混合物B；其中，葡萄糖的添加量为上述混合物A总质量的10wt％，TiO₂的添加量为上述混合物A总质量的2wt％；对混合物B进行研磨，再进行喷雾干燥，制得正极材料前驱体，其中，喷雾干燥的雾化器频率为400Hz，干燥塔压力为-0.8Mpa，干燥温度为220℃；对正极材料前驱体进行烧结处理，烧结温度为810℃，制得正极材料，经破碎后待用。

<正极材料层的制备>

将制得的正极材料、导电炭黑(Super-P)、粘结剂PVDF按质量比94∶3∶3混合，然后加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)作为溶剂，调配成为固含量为60wt％的正极浆料，并搅拌均匀，然后将正极浆料均匀涂覆在厚度为15μm的正极集流体铝箔的一个表面上，然后经过烘干、冷压、分条、裁片后，得到正极极片。正极材料层的单面厚度为100μm，压实密度为2.55g/cm³。

<负极极片的制备>

将负极材料人造石墨、增稠剂羧甲基纤维素钠(CMC)、导电炭黑(Super-P)和粘结剂丁苯橡胶乳液(SBR)按照质量比96︰2︰1︰1混合，加入去离子水，调配成为固含量为50wt％的负极浆料，并搅拌均匀。将负极浆料均匀涂覆在厚度为6μm的负极集流体铜箔的一个表面上，经过烘干、冷压、分条、裁片后，得到负极极片。负极材料层的单面厚度为70μm。

<电解液的制备>

在水分含量≤1ppm的氩气气氛手套箱中，将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)按照质量比1∶1∶1进行混合，之后将干燥的溶质溶解到溶剂中，搅拌至溶质完全溶解均匀以获得电解液。其中，电解液中的溶质为六氟磷酸锂，六氟磷酸锂的摩尔浓度为1.2mol/L。

<隔膜的制备>

以厚度为16μm的聚乙烯(PE)多孔聚合物薄膜作为隔膜。

<锂离子电池的组装>

将上述正极极片、隔膜、负极极片按照顺序叠好，使隔膜处于正极极片和负极极片之间起到隔离的作用，然后卷绕成裸电芯；焊接极耳后，将裸电池置于外包装壳中，干燥后注入上述电解液，经真空封装、静置、化成、整形等，制备得到锂离子电池。

实施例2～实施例4

除了在<正极材料的制备>中，按照表1调控纳米Fe₂O₃在铁源中的质量百分含量，从而调控磷酸铁锂-磷化铁复合颗粒的数量百分比a以外，其余与实施例1相同。

实施例5～实施例7

除了在<正极材料的制备>中，按照表1调控纳米Fe₂O₃在铁源中的质量百分含量，并按照表1调控烧结温度，从而调控磷化铁的面积在横截面的总面积中的占比K以外，其余与实施例1相同。

实施例8

除了在<正极材料的制备>中，将锂源Li₂CO₃、铁源(纳米Fe₂O₃和磷酸铁(FePO₄)，质量比为0.4∶99.6)、磷源H₃PO₄按照化学计量比104∶100∶0.15混合后得到混合物A，其中磷酸铁由两种不同铁磷比的磷酸铁原料组成，分别为铁磷比0.962的第一磷酸铁原料和铁磷比0.960的第二磷酸铁原料，第一磷酸铁原料和第二磷酸铁原料的质量比为7∶3，制备得到的正极材料的b₁、b₂、b₃等参数如表2所示随之变化以外，其余与实施例1相同。

实施例9

除了在<正极材料的制备>中，将锂源Li₂CO₃、铁源(纳米Fe₂O₃和磷酸铁(FePO₄)，质量比为0.4∶99.6)、磷源H₃PO₄按照化学计量比104∶100∶0.05混合后得到混合物A，其中磷酸铁由两种不同铁磷比的磷酸铁原料组成，分别为铁磷比0.972的第一磷酸铁原料和铁磷比0.965的第二磷酸铁原料，第一磷酸铁原料和第二磷酸铁原料的质量比为7∶3，制备得到的正极材料的b₁、b₂、b₃等参数如表2所示随之变化以外，其余与实施例1相同。

实施例10～实施例11

除了在<正极材料的制备>中，按照表2调整正极极片的压实密度以外，其余与实施例1相同。

对比例1

除了<正极材料的制备>与实施例1不同以外，其余与实施例1相同。

<正极材料的制备>

将锂源Li₂CO₃、铁源磷酸铁(FePO₄)、磷源H₃PO₄按照化学计量比104∶100∶0.1混合后得到混合物A，其中磷酸铁由两种不同铁磷比的磷酸铁原料组成，分别为铁磷比0.968的第一磷酸铁原料和铁磷比0.962的第二磷酸铁原料，第一磷酸铁原料和第二磷酸铁原料的质量比为7∶3；将混合物A添加到反应釜中，然后添加碳源葡萄糖和TiO₂，得到混合物B；其中，葡萄糖的添加量为上述混合物A总质量的10wt％，TiO₂的添加量为上述混合物A总质量的2wt％；对混合物B进行研磨，再进行喷雾干燥，制得正极材料前驱体，其中，喷雾干燥的雾化器频率400Hz，干燥塔压力-0.8Mpa，干燥温度为220℃；对正极材料前驱体进行烧结处理，烧结温度为760℃，制得正极材料，经破碎后待用。

对比例2

除了<正极材料的制备>与实施例1不同以外，其余与实施例1相同。

<第一正极材料的制备>

将对比例1制得的正极材料作为第一正极材料。

<第二正极材料的制备>

将锂源Li₂CO₃、铁源磷酸铁(FePO₄)、磷源H₃PO₄按照化学计量比104∶100∶0.1混合后得到混合物A，其中磷酸铁由两种不同铁磷比的磷酸铁原料组成，分别为铁磷比0.968的第一磷酸铁原料和铁磷比0.962的第二磷酸铁原料，第一磷酸铁原料和第二磷酸铁原料的质量比为7∶3；将混合物A添加到反应釜中，然后添加碳源葡萄糖和TiO₂，得到混合物B；其中，葡萄糖的添加量为上述混合物A总质量的10wt％，TiO₂的添加量为上述混合物A总质量的2wt％；对混合物B进行研磨，再进行喷雾干燥，制得正极材料前驱体，其中，喷雾干燥的雾化器频率400Hz，干燥塔压力-0.8Mpa，干燥温度为220℃；对正极材料前驱体进行烧结处理，烧结温度为810℃，制得第二正极材料，经破碎后待用，第二正极材料中含有纯Fe₂P颗粒，是高温生成的副产物。

然后，将第一正极材料和第二正极材料按照质量比7∶3混合，得到含有纯Fe₂P颗粒的正极材料。

对比例3～对比例4

除了在<正极材料的制备>中，通过调控纳米Fe₂O₃的添加量从而按照表1调控磷酸铁锂-磷化铁复合颗粒的数量百分比a以外，其余与实施例1相同。

对比例5～对比例6

除了在<正极材料的制备>中，通过调控烧结温度从而按照表1调控磷化铁的面积在横截面的总面积中的占比K以外，其余与实施例1相同。

表1：实施例1～实施例7与对比例1～对比例6的制备参数

表2：实施例1、实施例8～实施例11的制备参数

测试方法和设备：

纯Fe₂P颗粒、磷酸铁锂-磷化铁复合颗粒、纯磷酸铁锂颗粒的观测：

将制备的正极材料放置在扫描电子显微镜(SEM)下，采用背散射(HDBSD)模式，观测正极材料中是否具有纯Fe₂P颗粒、磷酸铁锂-磷化铁复合颗粒或纯磷酸铁锂颗粒，并统计上述各颗粒的数量。

磷酸铁锂-磷化铁复合颗粒的数量百分比a测试：

将制备的正极材料放置在SEM下，选取任意一个26μm×38μm的矩形区域，统计该区域中尺寸大于等于1μm的第一磷酸铁锂颗粒的数量，记为N₁，以及磷酸铁锂-磷化铁复合颗粒的数量，记为N₂，则a＝N₂/(N₁+N₂)×100％，第一磷酸铁锂颗粒的数量百分比为：b＝100％-a。

磷化铁的面积在横截面的总面积中的占比K测试：

将正极极片放上样品台，打开加热器开关，将正极极片裁剪成为1.1cm×0.8cm的长方形极片样品，通过粘棒将极片样品与样品台粘一起；然后用镊子将样品台从加热器上夹下来，关闭加热器，在粘胶还未冷却粘牢时，通过镊子移动样品台，使极片样品在一端凸出于样品台1mm～2mm，利用离子切割机的氩气溅射打磨凸出的极片样品的正极材料层截面，制得截面样品，然后将截面样品放置在SEM下进行拍照，将照片导入到ImageJ软件，参考图4，标记出横截面中磷酸铁锂的面积区域，记为S₁，并标记出横截面中磷化铁的面积区域，记为S₂，则K＝[S₂/(S₁+S₂)]×100％。

正极材料中各颗粒尺寸的测试：

将制备的正极材料放置在SEM下进行拍照，将照片导入到ImageJ软件，通过软件分析纯磷酸铁锂颗粒、磷酸铁锂-磷化铁复合颗粒的尺寸。

纳米三氧化二铁Dv50测试：

利用激光粒度分析仪测试纳米三氧化二铁的Dv50。

正极材料的电阻率测试：

利用的粉末电阻测试仪(元能科技，型号：PRCD3100)测试正极材料粉末在8Mpa的粉末电阻率。

正极极片的膜片电阻测试：

利用极片电阻仪(元能科技，型号：BER2500)测试正极极片在0.4T(吨)压力下的电阻值。

正极材料压实密度测试：

利用电子压力试验机(力试，型号：LD43.305)测试正极材料粉末在3T下泄压后的压实密度。

锂离子电池能量效率、首次放电比容量测试：

将锂离子电池在充放电仪上进行恒流充放电循环测试，测试温度为25℃，充放电倍率为0.5C，充放电电压窗口为2.5V～3.65V(即锂离子电池的充电截止电压为3.65V，锂离子电池的放电截止电压为2.5V，通常认为当充电截止电压≥3.65V时，锂离子电池的充电截止电压较高)，计算循环后的能量效率：

能量效率计算公式为：(第2次循环后的放电能量/第2次循环后的充电能量)×100％。其中，通常把进行一次完整的充放电称作一次充放电循环，也就是电池先从2.5V充电至3.65V，再从3.65V放电至2.5V，由此形成一次充放电循环。循环n次即重复进行n次上述过程。

计算循环首次放电比容量，计算公式为：

循环首次放电比容量＝(首次循环后的放电容量/正极材料的质量)×100％。

表3：各实施例和对比例的性能数据

从实施例1～实施例7与对比例1～对比例6可以看出，当a的值为0％、K的值为0％时(例如对比例1)，虽然比容量未明显降低，但是能量效率偏低，这可能是由于对比例1在制备正极材料时未引入纳米Fe₂O₃，难以形成本申请的正极材料；当a的值为0％、纯Fe₂P的数量占比为15％时(例如对比例2)，比容量和能量效率均偏低，这可能是由于对比例2在制备正极材料时未引入纳米Fe₂O₃且烧结温度过高，生成了副产物Fe₂P颗粒；当a的值过小时(例如对比例3)，虽然比容量未明显降低，但是能量效率偏低；当a的值过大时(例如对比例4)，虽然能量效率未明显降低，但是比容量偏低；当K的值过小时(例如对比例5)，虽然比容量未明显降低，但是能量效率偏低；当K的值过大时(例如对比例6，虽然能量效率未明显降低，但是比容量偏低；而本申请的锂离子电池具有较高比容量的同时还具有较高的能量效率，表明同时调控a和K的值在本申请范围内，能够平衡锂离子电池的容量和能量效率。

铁磷比b₁、b₂、b₃、正极材料的压实密度等参数通常也会对锂离子电池的性能产生影响。从实施例1、实施例8～实施例11还可以看出，在锂离子电池的正极极片中具有本申请正极材料的基础上，通过调控上述参数在本申请范围内，有利于得到具有良好容量性能和能量效率的锂离子电池。

图5为实施例1的正极极片的SEM背散射照片，从图5可以看出，其中存在磷酸铁锂-磷化铁复合颗粒(如图中圆形虚线框所示)，该复合颗粒的横截面的白色区域是磷化铁区域，表明磷化铁融合于磷酸铁锂-磷化铁复合颗粒的内部，复合颗粒的横截面中除磷化铁区域以外的区域为磷酸铁锂区域；此外，其中还存在尺寸较大的纯磷酸铁锂颗粒(如图中矩形虚线框所示)，以及尺寸较小的纯磷酸铁锂颗粒，以及尺寸更小的纯磷酸铁锂颗粒。

图6为对比例2的正极极片的SEM背散射照片，从图6可以看出，纯磷化铁颗粒单独存在于正极材料层中(如图中圆形虚线框所示)，并未与磷酸铁锂颗粒相融合；此外，其中还存在尺寸较大的纯磷酸铁锂颗粒(如图中矩形虚线框所示)。

以上对本申请公开的一种正极材料及其制备方法、正极极片、电池及储能装置进行了详细的介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请实施例的技术方案及核心发明点；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (15)

1.一种正极材料，其特征在于，包括第一磷酸铁锂颗粒和磷酸铁锂-磷化铁复合颗粒，基于所述第一磷酸铁锂颗粒和所述磷酸铁锂-磷化铁复合颗粒的总数量，所述磷酸铁锂-磷化铁复合颗粒的数量百分比为a，3％≤a≤30％；

所述磷化铁融合于所述磷酸铁锂-磷化铁复合颗粒的内部，所述磷酸铁锂-磷化铁复合颗粒的横截面中，所述磷化铁的面积在所述横截面的总面积中的占比为K，10％≤K≤60％。

2.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料还包括第二磷酸铁锂颗粒和第三磷酸铁锂颗粒，所述第一磷酸铁锂颗粒和所述磷酸铁锂-磷化铁复合颗粒的平均尺寸为Φ₁，所述第二磷酸铁锂颗粒的平均尺寸为Φ₂，所述第三磷酸铁锂颗粒的平均尺寸为Φ₃，Φ₁＞Φ₂＞Φ₃。

3.根据权利要求2所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料满足以下特征中的至少一者：

a)所述第二磷酸铁锂颗粒和所述第三磷酸铁锂颗粒的铁磷比为b₁，0.95≤b₁≤0.985；

b)所述第一磷酸铁锂颗粒的铁磷比为b₂，0.9≤b₂≤0.965；

c)所述磷酸铁锂-磷化铁复合颗粒中具有磷酸铁锂区域和磷化铁区域，所述磷酸铁锂区域的铁磷比为b₃，0.82≤b₃≤0.94。

4.根据权利要求2所述的正极材料，其特征在于，其特征在于，所述正极材料满足以下特征中的至少一者：

d)Φ₁≥1μm；

e)250nm≤Φ₂＜1μm；

f)Φ₃＜250nm。

5.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料的电阻率为ρ，2Ω·cm≤ρ≤20Ω·cm。

6.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料还包括掺杂元素，所述掺杂元素选自钛、镁、铌、钒、钠、钪和铈中的至少一种。

7.一种如权利要求1～6任一项所述的正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将锂源、铁源、磷源和碳源混合，制得正极材料前驱体，所述铁源包括纳米三氧化二铁；

对所述正极材料前驱体进行烧结处理，烧结温度为800℃～820℃，制得所述正极材料。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述纳米三氧化二铁在所述铁源中的质量百分含量为c，0.2％≤c≤2％。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法满足以下特征中的至少一者：

g)所述锂源包括Li₂CO₃、Li₃PO₄、LiOH和LiH₂PO₄中的至少一种；

h)所述铁源还包括FePO₄、Fe₃(PO₄)₂、Fe和FeC₂O₄中的至少一种；

i)所述磷源包括H₃PO₄、NH₄H₂PO₄和(NH₄)₂HPO₄中的至少一种；

j)所述碳源包括葡萄糖、聚乙二醇、蔗糖和果糖中的至少一种；

k)所述正极前驱体还包括掺杂元素，所述掺杂元素的氧化物包括TiO₂、MgO、Nb₂O₅、V₂O₅、Na₂O、Sc₂O₃和CeO₂中的至少一种；

l)所述纳米三氧化二铁的Dv50为D₁，200nm≤D₁≤600nm。

10.一种正极极片，其特征在于，包括正极集流体，所述正极集流体的至少一面具有正极材料层，所述正极材料层包括权利要求1～6任一项所述的正极材料，或者，所述正极材料层包括权利要求7～9任一项所述的制备方法制得的正极材料。

11.根据权利要求10所述的正极极片，其特征在于，所述正极极片的膜片电阻为R，0.1Ω≤R≤0.35Ω。

12.根据权利要求10所述的正极极片，其特征在于，所述正极极片满足以下特征中的至少一者：

m)所述正极材料层中的碳含量为d，1％≤d≤3％；

n)所述正极材料极片的厚度为H，140μm≤H≤300μm；

o)所述正极极片的压实密度为PD，2.45g/cm³≤PD≤2.7g/cm³。

13.一种电池，其特征在于，包括权利要求10～12任一项所述的正极极片。

14.一种储能装置，其特征在于，包括箱体和至少一个权利要求13所述的电池，所述电池收容于所述箱体中。

15.一种用电设备，其特征在于，包括权利要求14所述的储能装置，所述储能装置为所述用电设备进行供电。