本發(fā)明涉及電池，特別是涉及一種金屬氧化物前驅(qū)體及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
1、噴霧熱解是一個(gè)快速的多相反應(yīng)過程，熱解過程中溶劑的快速蒸發(fā)以及溶質(zhì)的結(jié)晶與熱裂解同時(shí)發(fā)生，導(dǎo)致生成的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)較為疏松，振實(shí)密度偏低。
2、傳統(tǒng)用于制備正極材料的前驅(qū)體產(chǎn)品粒度分布通常為粒徑均一的較窄單峰分布，或者為具有兩級粒度配比的雙峰分布。雖然兩級配比的顆粒與均一粒徑的顆粒相比，體積堆積率在一定程度上有所提高，但在堆積過程中仍然有較大的空隙，導(dǎo)致振實(shí)密度依然難以達(dá)到較高的要求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、基于此，有必要針對上述問題，提供一種金屬氧化物前驅(qū)體及其制備方法和應(yīng)用；所述金屬氧化物前驅(qū)體不僅具有多級配比的顆粒分布，而且滿足特定的體積堆積率，使其能夠達(dá)到1.3g/cm3至3.4g/cm3的高振實(shí)密度，用于制備電池正極材料可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的首放比容量和循環(huán)穩(wěn)定性，并降低了生產(chǎn)成本。
2、一種金屬氧化物前驅(qū)體，所述金屬氧化物前驅(qū)體為單晶結(jié)構(gòu)，所述金屬氧化物前驅(qū)體具有n組三級配比的顆粒分布，任意一組三級配比中按顆粒尺寸遞減排列依次包括一級顆粒、二級顆粒以及三級顆粒，所述金屬氧化物前驅(qū)體的體積堆積率η為：
3、
4、其中，在任意一組三級配比中，x1i、x2i、x3i分別為一級顆粒、二級顆粒、三級顆粒的粒徑，x1i、x2i、x3i的單位均為μm；
5、h為堆積體積的邊長，單位為μm；
6、n為堆積體積單邊容納的顆粒數(shù)量，且ni＝h/x1i；
7、a＝0.56812，b＝-1.777，c＝31.029，d＝-0.0289；
8、ε為誤差系數(shù)，且0.99≤ε≤1.01；
9、n為整數(shù)且n≥1；
10、η>54％。
11、在其中一個(gè)實(shí)施例中，1.2μm≤x1i≤24.2μm；
12、及/或，x2i＝0.414x1i；
13、及/或，x3i＝0.156x1i。
14、在其中一個(gè)實(shí)施例中，0.5μm≤x2i≤10μm；
15、及/或，0.19μm≤x3i≤3.7μm。
16、在其中一個(gè)實(shí)施例中，54.80％≤η≤57.17％。
17、在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述金屬氧化物前驅(qū)體中的一級顆粒、二級顆粒以及三級顆粒分別獨(dú)立地選自單晶一次顆?；蛘哂啥鄠€(gè)單晶一次顆粒聚集形成的二次顆粒。
18、在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述單晶一次顆粒的粒徑為0.1μm至1.5μm。
19、在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述金屬氧化物前驅(qū)體的粒度分布曲線為單峰正態(tài)分布，且k90為2至5。
20、在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述金屬氧化物前驅(qū)體的振實(shí)密度為1.3g/cm3至3.4g/cm3。
21、在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述金屬氧化物前驅(qū)體的d50為0.5μm至10μm；
22、及/或，所述金屬氧化物前驅(qū)體的dmin為0.18μm至3.8μm；
23、及/或，所述金屬氧化物前驅(qū)體的dmax為1.2μm至24.2μm。
24、在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述金屬氧化物前驅(qū)體的化學(xué)通式為mnam1-ao2，其中，m為ni、fe、cu、zn中的至少一種，0.1≤a≤0.9。
25、一種如上所述的金屬氧化物前驅(qū)體的制備方法，所述制備方法選自噴霧熱解法。
26、在其中一個(gè)實(shí)施例中，熱解溫度為410℃至990℃；
27、及/或，霧化壓力為0.4mpa至0.6mpa；
28、及/或，霧化液滴的粒徑為100μm至1000μm。
29、一種由如上所述的金屬氧化物前驅(qū)體制得的正極材料。
30、一種正極片，包括正極集流體以及設(shè)置于所述正極集流體表面的正極材料層，所述正極材料層包括如上所述的正極材料。
31、一種二次電池，包括如上所述的正極片。
32、本發(fā)明所述的金屬氧化物前驅(qū)體，不僅具有多種三級配比組合的顆粒分布，使粒度分布曲線呈較寬的單峰正態(tài)分布，而且在堆積時(shí)能達(dá)到密排效果，滿足特定的體積堆積率，使其能夠達(dá)到1.3g/cm3至3.4g/cm3的高振實(shí)密度，從而將所述金屬氧化物前驅(qū)體用于制備正極材料時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)較大的裝缽量，一方面，可以提高燒結(jié)正極材料的能量密度，進(jìn)而提高電化學(xué)性能；另一方面，可以減少能耗，進(jìn)而降低生產(chǎn)成本。
33、因此，將由本發(fā)明所述金屬氧化物前驅(qū)體制得的正極材料用于電池中，顯著提高了首放比容量和循環(huán)穩(wěn)定性，具有較大的市場應(yīng)用潛能。
1.一種金屬氧化物前驅(qū)體，其特征在于，所述金屬氧化物前驅(qū)體為單晶結(jié)構(gòu)，所述金屬氧化物前驅(qū)體具有n組三級配比的顆粒分布，任意一組三級配比中按顆粒尺寸遞減排列依次包括一級顆粒、二級顆粒以及三級顆粒，所述金屬氧化物前驅(qū)體的體積堆積率η為：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬氧化物前驅(qū)體，其特征在于，1.2μm≤x1i≤24.2μm；
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的金屬氧化物前驅(qū)體，其特征在于，0.5μm≤x2i≤10μm；
4.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求3任一項(xiàng)所述的金屬氧化物前驅(qū)體，其特征在于，54.80％≤η≤57.17％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬氧化物前驅(qū)體，其特征在于，所述金屬氧化物前驅(qū)體中的一級顆粒、二級顆粒以及三級顆粒分別獨(dú)立地選自單晶一次顆?；蛘哂啥鄠€(gè)單晶一次顆粒聚集形成的二次顆粒。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的金屬氧化物前驅(qū)體，其特征在于，所述單晶一次顆粒的粒徑為0.1μm至1.5μm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬氧化物前驅(qū)體，其特征在于，所述金屬氧化物前驅(qū)體的粒度分布曲線為單峰正態(tài)分布，且k90為2至5。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬氧化物前驅(qū)體，其特征在于，所述金屬氧化物前驅(qū)體的振實(shí)密度為1.3g/cm3至3.4g/cm3。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬氧化物前驅(qū)體，其特征在于，所述金屬氧化物前驅(qū)體的d50為0.5μm至10μm；
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬氧化物前驅(qū)體，其特征在于，所述金屬氧化物前驅(qū)體的化學(xué)通式為mnam1-ao2，其中，m為ni、fe、cu、zn中的至少一種，0.1≤a≤0.9。
11.一種如權(quán)利要求1至權(quán)利要求10任一項(xiàng)所述的金屬氧化物前驅(qū)體的制備方法，其特征在于，所述制備方法選自噴霧熱解法。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的金屬氧化物前驅(qū)體的制備方法，其特征在于，熱解溫度為410℃至990℃；
13.一種由如權(quán)利要求1至權(quán)利要求10任一項(xiàng)所述的金屬氧化物前驅(qū)體制得的正極材料。
14.一種正極片，其特征在于，包括正極集流體以及設(shè)置于所述正極集流體表面的正極材料層，所述正極材料層包括如權(quán)利要求13所述的正極材料。
15.一種二次電池，其特征在于，包括如權(quán)利要求14所述的正極片。