本发明属于锂电池，具体是一种正极材料及其制备方法、电池、应用。
背景技术：
1、磷酸铁锂（lifepo4）正极材料是一种用于锂离子电池的高性能材料，因其高安全性、高循环稳定性和较低成本而受到青睐，但同时也存在能量密度相对较低和低温性能较差的缺点。
2、尽管通过向磷酸铁锂正极材料中引入金属元素（例如锰、钴、镍、铝、钛）或非金属元素（如氮、硫、氟）进行掺杂，能够在一定程度上提升其电导率和锂离子的扩散速率，从而增强电池的快速充放电能力，但这种方法在实际应用中仍面临诸多挑战。磷酸铁锂的固有结构限制了掺杂带来的性能提升效果，导致其改进后的电池性能仍未能达到预期的目标。
技术实现思路
1、本发明克服上述技术问题本发明提供一种正极材料及其制备方法、电池、应用。本发明的正极材料能量密度、功率性能、循环稳定性等至少一个方面具有良好的性能。
2、本发明通过以下技术方案解决上述技术问题。
3、一种正极材料，包括内核和包覆层；
4、所述内核为磷酸铁锂；
5、所述包覆层的制备原料包括氨基酸螯合钛和乙酰丙酮二异丁基铝配合物（cas号：24772-51-8）；
6、所述氨基酸螯合钛的制备原料包括以下摩尔份数的制备原料：10份氨基酸、20~50份氢氧化季铵盐、3~8份四烷基钛酸酯和30~60份乙醇。
7、本发明的正极材料包覆层，通过使用氨基酸螯合钛和乙酰丙酮二异丁基铝配合物作为原料，实现了碳、氮、钛和铝的共掺杂。这种掺杂策略不仅显著提升了材料的循环稳定性，而且有效防止了在电化学过程中可能发生的结构转变和晶格氧的损失。ti和al共掺杂进一步减少了薄膜中的残余应力，优化了材料的结构，这有助于维持材料在充放电过程中的结构完整性。al和ti与氧形成的强化学键，不仅稳定了材料的结构，还缓解了锂离子(li+)的无序，从而促进了快速离子传导。碳和氮的掺杂进一步增强了材料的导电性。氮作为电子供体，通过在材料中引入局部张力和结构缺陷，不仅提高了导电性，还增加了表面活性位点，这对于提升电池的充放电性能至关重要。此外，氮掺杂还有助于固定金属离子，这不仅优化了材料的微观结构和表面特性，还降低了内阻，进一步提高了充放电速率。
8、本发明中，所述氨基酸为l-谷氨酸（cas号：56-86-0）或l-精氨酸（cas号：74-79-3）。
9、本发明中，所述氢氧化季铵盐为四丁基氢氧化铵（cas号：2052-49-5）、四乙基氢氧化铵（cas号：77-98-5）和二甲基二乙基氢氧化铵（cas号：95500-19-9）中的至少一种。
10、本发明中，所述四烷基钛酸酯为钛酸四丁酯（cas号：5593-70-4）或钛酸四异丙酯（cas号：546-68-9）。
11、本发明中，所述氨基酸螯合钛和磷酸铁锂的摩尔比为1：6.5~7.5，较佳的为1：6.8~7.1。
12、本发明中，所述四烷基钛酸酯和所述乙酰丙酮二异丁基铝配合物的摩尔比为1：3~5，较佳的为1：3.5~4.5。
13、本发明中，所述正极材料的粉末电阻率为6.5~15 ω·cm，优选为6.8~8.71ω·cm，例如6.80ω·cm、7.77ω·cm、8.16ω·cm、8.59ω·cm或8.71ω·cm。
14、本发明中，所述正极材料的比表面积为8.5~15.5 m2/g，优选为11.35~15.09 m2/g，例如11.35 m2/g、11.98 m2/g、12.03 m2/g、13.64 m2/g或15.09 m2/g。
15、本发明中，所述正极材料的压实密度为2.40~2.85 g/cm3，优选为2.65~2.73 g/cm3，例如2.65 g/cm3、2.67 g/cm3、2.70 g/cm3、2.71 g/cm3或2.73 g/cm3。
16、本发明提供一种前述正极材料的制备方法，包括以下步骤：
17、s1.将氨基酸、氢氧化季铵盐在水中混合，得到第一溶液；
18、s2.将四烷基钛酸酯在乙醇中混合，得到第二溶液；
19、s3.将第一溶液滴加至第二溶液中，混合后得到前驱体溶液；
20、s4.将前驱体溶液烘干、烧结结晶、粉碎后得到氨基酸螯合钛；
21、s5.将氨基酸螯合钛、乙酰丙酮二异丁基铝配合物与磷酸铁锂混合、煅烧、退火得到正极材料。
22、其中，醇解后的四烷基钛酸酯在氢氧化季铵盐作用下可与氨基酸反应形成氨基酸螯合钛，氨基酸螯合钛结构为，其中r为氢或烷基，l为氨基酸。
23、s1中，所述氨基酸和所述水的摩尔比为1：15~50。
24、s2中，所述混合的温度为40~50℃。
25、s2中，所述混合的时间为2~5h。
26、s4中，所述烘干的温度为100~170℃。
27、s4中，所述烘干的时间为2~8h。
28、s4中，所述烧结结晶的温度为300~400℃。
29、s4中，所述烧结结晶的时间为5~8h。
30、s4中，所述粉碎的粒径为d50=0.7~0.85μm，较佳的为0.75~0.79μm。
31、s5中，所述煅烧的时间为2~5h。
32、s5中，所述煅烧的温度为700~900℃。
33、s5中，所述退火的温度为500~600℃，较佳的为500~530℃，例如500℃。
34、s5中，在所述退火温度下保温1~2.5h。
35、本发明提供一种电池，包括正极、隔离膜、负极和电解液，所述正极极片包括前述的正极材料。
36、本发明中，所述电池在5.0c倍率下循环200次的容量保持率为85.6~93.8%，较佳的为86.5~88.3%。
37、本发明中，所述电池在0.1c倍率下放电比容量为159.8~162.9 mah/g。
38、本发明中，所述电池在1.0c倍率下放电比容量为151.9~153.7 mah/g。
39、本发明中，所述电池在5.0c倍率下放电比容量为132.5~134.2 mah/g。
40、前述正极材料的制备方法制得的正极材料、前述正极材料、前述电池在家用电器、电动自行车、电动汽车、电动列车、船舶、卫星或电网储能系统中的应用。
41、在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
42、与现有技术相比，本发明的有益效果是：
43、1.本发明的正极材料包覆层采用氨基酸螯合钛和乙酰丙酮二异丁基铝配合物进行碳、氮、钛和铝的共掺杂。这种掺杂技术显著提高了材料的循环稳定性，防止了电化学过程中的结构变化和晶格氧损失。al和ti与氧的强化学键稳定了磷酸铁锂结构，促进了锂离子传导，形成快离子传导通道。碳和氮掺杂提高了导电性，氮作为电子供体增加了结构缺陷和表面活性位点。这种掺杂降低了内阻，提升了充放电速率。
44、2.本发明的正极材料具备能量密度高、电池充放电效率高和电化学反应优良的特点。其中，正极材料的粉末电阻率为6.5~15 ω·cm，在一些优选方案中为6.8~8.71ω·cm；正极材料的比表面积为8.5~15.5 m2/g，在一些优选方案中为11.35~15.09 g/cm3；正极材料的压实密度为2.4~2.85 g/cm3，在一些优选方案中为2.65~2.73 g/cm3。
45、3.本发明制备的正极材料具有高容量保持率、良好的倍率性能和高能量密度。由该正极材料制备的扣式半电池在5.0c倍率下循环200次的容量保持率为86.5~88.3%。
1.一种正极材料，其特征在于，包括内核和包覆层；
2.如权利要求1所述的正极材料，其特征在于，满足以下条件（1）~（2）中的至少一种：
3.如权利要求1所述的正极材料，其特征在于，满足以下条件（1）~（3）中的至少一种：
4.一种如权利要求1~3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：
5.如权利要求4所述的正极材料的制备方法，其特征在于所述s2满足以下条件（1）~（2）中的至少一种：
6.如权利要求4所述的正极材料的制备方法，其特征在于所述s4满足以下条件（1）~（5）中的至少一种：
7.如权利要求4所述的正极材料的制备方法，其特征在于所述s5满足以下条件（1）~（4）中的至少一种：
8.一种电池，包括正极、隔离膜、负极和电解液，其特征在于，所述正极极片包括权利要求1~3所述的正极材料。
9.如权利要求1~3所述的正极材料、如权利要求4~7所述的正极材料的制备方法制得的正极材料，如权利要求9所述的电池在家用电器、电动自行车、电动汽车、电动列车、船舶、卫星或电网储能系统中的应用。
