CN117117196A - 正极材料、正极极片及电池 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种正极材料、正极极片及电池，所述正极材料包括多个第一颗粒，所述第一颗粒包括内核及外壳，所述外壳包裹于所述内核的外周设置，所述内核包括磷酸铁锂，所述外壳包括磷酸铁锂及掺杂元素，所述掺杂元素选自过渡金属元素；在所述外壳中，自所述内核指向所述外壳的方向，所述过渡金属元素的质量分数逐渐增加。所述正极材料应用于正极极片且组装于电池时具有较高的容量发挥性能、能量效率及倍率性能。
Description
技术领域
本申请涉及电池技术领域，具体涉及一种正极材料、正极极片及电池。
背景技术
在目前的动力电池及储能电池领域，正极材料磷酸铁锂（LiFePO4，LFP）由于其高安全性、低成本以及循环性能较好的优势，广泛应用于移动电源、电动工具、电动自行车以及储能装置中等。但是，磷酸铁锂晶体中的氧原子以近似于六方紧密堆积方式排列，磷酸铁锂内的锂离子通道有限，使得磷酸铁锂材料的锂离子传输能力较差，限制了磷酸铁锂容量和倍率性能的发挥。
发明内容
鉴于此，本申请提供一种正极材料、正极极片及电池，所述正极材料应用于正极极片且组装于电池时具有较高的容量发挥性能、能量效率及倍率性能。
本申请提供了一种正极材料，所述正极材料包括多个第一颗粒，所述第一颗粒包括内核及外壳，所述外壳包裹于所述内核的外周设置，所述内核包括磷酸铁锂，所述外壳包括磷酸铁锂及掺杂元素，所述掺杂元素选自过渡金属元素；在所述外壳中，自所述内核指向所述外壳的方向，所述过渡金属元素的质量分数逐渐增加。
进一步地，所述第一颗粒的等效球半径为R，所述外壳的厚度为d，则d/R满足关系式：0.3≤d/R≤0.8。
进一步地，所述外壳的化学式为：LiFe1-xMxPO4，其中，M为掺杂元素，M选自钒、锰、钴、镍、锡、镁、钨、铬及钛中的一种或多种，x满足范围0＜x＜0.2。
进一步地，在所述外壳中，所述掺杂元素的质量分数w的变化范围为：0.05%≤w≤0.5%。
进一步地，所述正极材料还包括多个第二颗粒及多个第三颗粒，所述多个第二颗粒及所述多个第三颗粒均分散于所述多个第一颗粒中，其中，所述第一颗粒的粒径大于所述第二颗粒的粒径，所述第二颗粒的粒径大于所述第三颗粒的粒径。
进一步地，所述第一颗粒的粒径D1满足范围：1.5μm≤D1≤10μm，所述第二颗粒的粒径D2满足范围：800nm≤D2≤1500nm，所述第三颗粒的粒径D3满足范围：50nm≤D3≤800nm。
进一步地，在所述正极材料中，所述第一颗粒的数量含量A1满足范围：1%≤A1≤15%，所述第二颗粒的数量含量A2满足范围：10%≤A2≤30%，所述第三颗粒的数量含量A3满足范围：60%≤A3≤85%。
进一步地，所述外壳具有多条裂纹，所述多条裂纹间隔设置或相交。
进一步地，所述外壳的裂纹的数量为2条至15条。
进一步地，所述裂纹的最大宽度L的范围为：L≤15nm。
进一步地，当所述正极材料的中值粒径D50满足范围：800nm≤D50≤3000nm时，所述裂纹的数量为2条至6条；当所述正极材料的中值粒径D50满足范围：3μm≤D50≤5μm时，所述裂纹的数量为3条至8条；当所述正极材料的中值粒径D50满足范围：5μm≤D50≤10μm时，所述裂纹的数量为6条至12条。
本申请还提供了另一种正极材料，所述正极材料包括多个第一颗粒，所述第一颗粒包括内核及外壳，所述外壳包裹所述内核的外周设置，所述内核包括磷酸铁锂，所述外壳包括磷酸铁锂及掺杂元素，所述掺杂元素选自过渡金属元素，所述外壳具有多条裂纹，所述多条裂纹间隔设置或相交。
进一步地，所述外壳的裂纹的数量为2条至15条。
进一步地，所述裂纹的最大宽度L的范围为：L≤15nm。
进一步地，自所述内核指向所述外壳的方向，所述外壳中所述过渡金属元素的质量分数逐渐增加，在所述外壳中，所述掺杂元素的质量分数w的变化范围为：0.05%≤w≤0.5%。
本申请还提供了一种正极极片，所述正极极片包括正极集流体层及正极材料层，所述正极材料层设置于所述正极集流体层的表面，所述正极材料层包括本申请提供的正极材料。
本申请还提供了一种电池，所述电池包括：本申请提供的正极极片、隔膜、负极极片及电解液，所述隔膜设置于所述正极极片的一侧；所述负极极片设置于所述隔膜背离所述正极极片的一侧；所述电解液至少浸润部分所述正极极片及部分所述负极极片。
在本申请提供的正极材料中，所述外壳包括磷酸铁锂及掺杂元素，所述掺杂元素将引起磷酸铁锂产生晶格畸变，一方面，掺杂元素在铁位掺杂，使得增大了离子在磷酸铁锂中流通的通道，继而有利于提高离子在磷酸铁锂中传输的速度；另一方面，掺杂元素在铁位掺杂，有助于空位的产生，从而有利于提高电子在磷酸铁锂中传输的速度。总之，在所述外壳，通过掺杂元素对磷酸铁锂的掺杂，提升了所述外壳的离子导和电子导，加快了锂离子从正极材料中脱嵌的速度，继而有利于提高所述正极材料应用于正极极片时的导电性能及循环性能。进一步地，所述内核不包括掺杂元素，使得所述内核的脱锂速度较为缓慢，所述内核与所述外壳的锂离子浓度存在差异且磷酸铁锂的晶格变化强度存在差异，使得所述第一颗粒具有较大的内部应力差异，从而产生裂纹。此外，在所述第一颗粒中，自所述内核指向所述外壳的方向，所述过渡金属元素的质量分数逐渐增加，则在所述外壳中的不同区域，过渡金属元素对磷酸铁锂的掺杂程度是不同的，则磷酸铁锂的畸变程度也不相同，锂离子从正极材料中脱嵌的速度也不相同，使得所述外壳的不同区域的锂离子浓度存在差异，则磷酸铁锂的晶格变化强度存在差异，继而使得所述外壳具有较大的内部应力差异，从而产生裂纹。更进一步的，当掺杂元素在铁位对磷酸铁锂进行掺杂时，可使金属氧键优先断裂，从而加速裂纹的形成。当将所述正极材料应用于正极极片且组装于电池时，电解液中的活性离子可通过外壳的裂纹充分浸润所述第一颗粒，以提高活性离子在正极极片中的迁移速度，充分利用所述第一颗粒的活性物质的容量，提高正极材料的容量发挥率，继而降低电压极化，充分发挥正极材料的能量，提高所述电池的容量发挥性能、能量效率及倍率性能。再者，自所述内核指向所述外壳的方向，所述过渡金属元素的质量分数逐渐增加，则所述第一颗粒的最外周的过渡金属元素的质量分数最大，则掺杂元素引起磷酸铁锂产生晶格畸变，则所述第一颗粒的最外周的空位较多、锂离子通道较多，有利于提高电子和/或离子在所述第一颗粒的传输速率，继而提高所述正极材料应用于正极极片的循环性能。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请一些实施方式，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为本申请一实施例的电池的结构示意图；
图2为本申请一实施例的正极极片的剖面图；
图3为本申请一实施例的正极材料层的剖面结构示意图；
图4为本申请一实施例的第一颗粒的结构示意图；
图5为本申请又一实施例的正极材料层的剖面结构示意图；
图6为具有低等级裂纹的正极材料的扫描电子显微镜谱图；
图7为具有中等级裂纹的正极材料的扫描电子显微镜谱图；
图8为具有高等级裂纹的正极材料的扫描电子显微镜谱图。
附图标记说明：
100-正极材料，110-第一颗粒，111-内核，112-外壳，113-裂纹，120-第二颗粒，130-第三颗粒，200-正极极片，210-正极集流体层，220-正极材料层，300-电池，310-隔膜，320-负极极片，330-电解液。
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付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。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
在本文中提及“实施例”或“实施方式”意味着，结合实施例或实施方式描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
在目前的动力电池及储能电池领域，正极材料磷酸铁锂由于其高安全性、低成本以及循环性能较好的优势，广泛应用于移动电源、电动工具、电动自行车以及储能装置中等。但是，磷酸铁锂晶体中的氧原子以近似于六方紧密堆积方式排列，磷酸铁锂内的锂离子通道有限，使得磷酸铁锂材料的锂离子传输能力较差，限制了磷酸铁锂容量和倍率性能的发挥。
常见的，为提高磷酸铁锂材料的锂离子传输能力，常采用粒径较小的磷酸铁锂作为正极材料，但是采用粒径较小的磷酸铁锂作为正极材料的正极极片的压实密度较低，继而影响了电池的能量密度。为进一步提高正极极片的压实密度，在粒径较小的磷酸铁锂中搭配大粒径的磷酸铁锂正极材料。但是相应的，锂离子在大粒径的磷酸铁锂中的传输路径变长，使得采用大粒径与小粒径搭配的磷酸铁锂作为正极材料的正极极片的内阻较大，容易造成电压极化，继而降低了电池的容量发挥性能、能量效率及倍率性能。
请参见图1，本申请还提供了一种电池300，所述电池300包括：本申请提供的正极极片200、隔膜310、负极极片320及电解液330，所述隔膜310设置于所述正极极片200的一侧；所述负极极片320设置于所述隔膜310背离所述正极极片200的一侧；所述电解液330至少浸润部分所述正极极片200及部分所述负极极片320。
可以理解地，所述隔膜310设置于所述正极极片200的一侧，所述负极极片320设置于所述隔膜310背离所述正极极片200的一侧，可以为，所述负极极片320、所述隔膜310及所述正极极片200依次设置。
在本实施例中，所述负极极片320、所述隔膜310及所述正极极片200先依次层叠设置后进行卷绕，所述电解液330至少浸润部分所述负极极片320及部分所述正极极片200，使得所述电解液330与负极极片320中的负极复合材料进行反应，提高电子和/或离子在所述负极极片320、电解液330及正极极片200之间传递的速度。所述负极极片320具备较高的能量密度、较好的循环性能及安全性能，继而提高所述电池300的能量密度、循环性能及安全性能。在本申请实施例中，所述正极极片200中的正极材料100具有较好的热稳定性，使得当所述电池300处于过充状态下时，所述正极极片200具有较好的热稳定性，提高了所述电池300的安全性能。
可以理解地，所述电池300为锂离子电池。
可选地，所述电池300可以为圆柱电池、方形电池及软包电池等中的一种。
可以理解地，在锂离子电池中，所述电解液330包括锂盐，所述电解液330与所述正极极片200、负极极片320发生反应，生成活性离子，即锂离子，所述锂离子可分别在所述正极极片200、负极极片320上嵌入或脱出。
请参见图2，本申请实施例还提供了一种正极极片200，所述正极极片200包括正极集流体层210及正极材料层220，所述正极材料层220设置于所述正极集流体层210的表面，所述正极材料层220包括本申请提供的正极材料100。
可以理解地，所述正极材料层220设置于所述正极集流体层210的表面，可以为，所述正极材料层220设置于所述正极集流体层210的一个表面上，还可以为，所述正极材料层220设置于所述正极集流体层210的相背的两个表面上。
在本实施例中，所述正极集流体层210可将所述正极材料层220中的正极材料100产生的电流汇集起来，以产生更大的输出电流。所述正极材料100具有良好的热稳定性，使得当所述正极材料100应用于正极极片200时，所述正极极片200具有良好的热稳定性。
可选地，所述正极材料层220还包括粘结剂及导电剂。在所述正极材料层220中，所述粘结剂用于粘结正极材料100及导电剂，提高正极材料层220中各物质的粘结程度，提升正极材料层220的整体性能。此外，导电剂使得正极极片200具有良好的充放电性能，有利于降低电子在正极极片200内移动的阻力，提高电子在正极材料层220内的移动速率。
具体地，所述导电剂包括乙炔黑、导电炭黑、碳纳米管、碳纤维、石墨烯等中的一种或多种。
具体地，所述粘结剂包括聚偏氟乙烯（PVDF）、丁苯橡胶（SBR）、羧甲基纤维素（CMC）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）及聚丙烯酸（PAA）等中的一种或多种。
可选地，在所述正极材料层220中，所述正极材料100的质量含量w1满足范围：95%≤w1≤98%。具体地，所述正极材料100的质量含量w1的值可以为但不限于为95%、95.2%、95.4%、95.5%、95.7%、95.8%、95.9%、96%、96.2%、96.4%、96.6%、96.8%、96.9%、97%、97.2%、97.3%、97.5%、97.8%、97.9%及98%等。
可以理解地，所述正极材料100的质量含量w1的值为在所述正极材料层220中，所述正极材料100的质量与所述正极材料层220的质量的比值。
在本实施例提供的正极极片200中，所述正极材料层220中的所述正极材料100的质量含量w1满足范围95%≤w1≤98%，则所述正极材料100的质量含量在合理的范围内，使得所述正极材料层220具有较多的活性物质，继而使得所述正极极片200兼具较高的能量密度及较好的导电性能。当所述正极材料100的质量含量w1的值大于98%时，所述正极材料100的质量含量过大，则相应的，所述导电剂的质量含量与所述粘结剂的质量含量较低，使得所述正极材料层220的导电性能及粘结性能较差，继而降低了所述正极极片200的整体性能。当所述正极材料100的质量含量w1的值小于95%时，所述正极材料100的质量含量过小，则在所述正极材料100中的活性物质较少，降低了所述正极极片200应用于电池300时的能量密度。
可选地，在所述正极材料层220中，所述导电剂的质量含量w2满足范围：0＜w2≤3%。具体地，所述导电剂的质量含量w2的值可以为但不限于为0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、0.9%、1%、1.1%、1.3%、1.4%、1.5%、1.6%、1.8%、1.9%、2.0%、2.1%、2.2%、2.4%、2.6%、2.7%、2.8%、2.9%及3%等。
在本实施例中，当所述导电剂的质量含量w2的值满足范围0＜w2≤3%时，所述正极材料层220中导电剂的质量含量在合理的范围内，使得所述导电剂能有效提升所述正极材料层220的导电性能，降低离子和/或电子在所述正极材料100中传输的电阻，从而有利于提高所述正极材料100的容量发挥率，继而提升所述正极极片200的容量发挥率。
可选地，在所述正极材料层220中，所述粘结剂的质量含量w3的值满足范围：1%≤w3≤3%。具体地，所述粘结剂的质量含量w3的值可以为但不限于为1%、1.1%、1.3%、1.4%、1.5%、1.6%、1.8%、1.9%、2.0%、2.1%、2.2%、2.4%、2.6%、2.7%、2.8%、2.9%及3%等。
在本实施例中，当所述粘结剂的质量含量w3的值满足范围1%≤w3≤3%时，粘结剂的质量含量w3在合理的范围内，使得所述粘结剂能充分粘结所述正极材料100及导电剂，提高正极材料层220中各物质的粘结程度，提升正极材料层220的整体性能。
可选地，所述正极极片200的压实密度ρ的范围为：2.4g/cm3≤ρ≤2.7g/cm3。具体地，所述正极极片200的压实密度ρ的值可以为但不限于为2.4g/cm3、2.42g/cm3、2.43g/cm3、2.44g/cm3、2.45g/cm3、2.47g/cm3、2.48g/cm3、2.5g/cm3、2.51g/cm3、2.53g/cm3、2.55g/cm3、2.56g/cm3、2.58g/cm3、2.6g/cm3、2.62g/cm3、2.64g/cm3、2.66g/cm3、2.68g/cm3及2.7g/cm3等。
在本实施例中，所述正极极片200的压实密度ρ的值满足范围2.4g/cm3≤ρ≤2.7g/cm3，则所述正极极片200的压实密度在合理的范围内，使得当所述正极极片200应用于电池300时，所述电池300具有较高的能量密度。当所述正极极片200的压实密度ρ的值大于2.7g/cm3时，所述正极极片200的压实密度的值过大，使得当所述正极极片200应用于电池300时，电解液330难以浸润所述正极极片200，降低了活性离子在正极极片200上的迁移速度，使得降低了所述正极极片200的容量发挥率，继而降低了所述电池300的容量发挥率。当所述正极极片200的压实密度ρ的值小于2.4g/cm3时，所述正极极片200的压实密度的值过小，使得当所述正极极片200应用于电池300时，电池300的能量密度较低。
可选地，所述正极极片200的孔隙率P的范围为：20%≤P≤45%。具体地，所述正极极片200的孔隙率P的值可以为但不限于为20%、21%、23%、24%、25%、27%、29%、30%、31%、32%、33%、34%、35%、36%、37%、38%、39%、40%、41%、42%、43%、44%及45%等。
在本实施例中，当所述正极极片200的孔隙率P满足范围20%≤P≤45%时，所述正极极片200的孔隙率在合理的范围内，所述电解液330能充分浸润所述正极极片200，提高了活性离子在正极极片200上的迁移速度，使得提高了所述正极极片200的容量发挥率，继而提升所述电池300的容量发挥率。当所述正极极片200的孔隙率P的值大于45%时，所述正极极片200的孔隙率过大，所述正极极片200的孔隙过多，则所述正极极片200的压实密度较小，降低了所述正极极片200应用于电池300时的能量密度。当所述正极极片200的孔隙率P的值小于20%时，所述正极极片200的孔隙率过小，使得电解液330难以浸润所述正极极片200，降低了活性离子在正极极片200上的迁移速度，使得降低了所述正极极片200的容量发挥率，继而降低了所述电池300的容量发挥率。
可选地，所述正极极片200的面密度S的范围为：300g/m2≤S≤480g/m2。具体地，所述正极极片200的面密度S的值可以为但不限于为300g/m2、305g/m2、315g/m2、320g/m2、330g/m2、340g/m2、350g/m2、360g/m2、370g/m2、380g/m2、390g/m2、400g/m2、410g/m2、420g/m2、430g/m2、440g/m2、450g/m2、460g/m2、470g/m2及480g/m2等。
在本实施例中，当所述正极极片200的面密度S满足范围300g/m2≤S≤480g/m2时，所述正极极片200的面密度在合理的范围内，使得所述正极极片200中正极材料100的分布密度在合理的范围内，有利于提高正极极片200的容量发挥率，继而提高电池300的容量发挥率。
请参见图3及图4，本申请提供了一种正极材料100，所述正极材料100包括多个第一颗粒110，所述第一颗粒110包括内核111及外壳112，所述外壳112包裹于所述内核111的外周设置，所述内核111包括磷酸铁锂，所述外壳112包括磷酸铁锂及掺杂元素，所述掺杂元素选自过渡金属元素；在所述外壳112中，自所述内核111指向所述外壳112的方向，所述过渡金属元素的质量分数逐渐增加。
可以理解地，所述外壳112包裹于所述内核111的外周设置，可以为，所述内核111设置于所述外壳112的内部。
可以理解地，所述外壳112包括磷酸铁锂及掺杂元素，可以为，所述外壳112为掺杂区，所述掺杂区在磷酸铁锂中掺杂了过渡金属元素。
可以理解地，在所述外壳112中，自所述内核111指向所述外壳112的方向，所述过渡金属元素的质量分数逐渐增加，可以为，自所述内核111指向所述外壳112的方向，所述过渡金属元素的质量分数呈梯度变化，且逐渐增加；还可以为，在所述第一颗粒110中，所述外壳112远离所述内核111的部分的过渡金属元素的质量分数大于所述外壳112靠近所述内核111的部分的过渡金属元素的质量分数。
可以理解地，所述外壳112包括磷酸铁锂及掺杂元素，当向所述磷酸铁锂中加入掺杂元素时，所述掺杂元素将引起磷酸铁锂产生晶格畸变，一方面，掺杂元素在铁位掺杂，使得增大了离子在磷酸铁锂中流通的通道，继而有利于提高离子在磷酸铁锂中流通的速度；另一方面，掺杂元素在铁位掺杂，有助于空位的产生，从而有利于提高电子在磷酸铁锂中传输的速度，继而有利于提高所述正极材料100应用于正极极片200时的导电性能及循环性能。
在本实施例提供的正极材料100中，所述外壳112包括磷酸铁锂及掺杂元素，所述掺杂元素将引起磷酸铁锂产生晶格畸变，一方面，掺杂元素在铁位掺杂，使得增大了离子在磷酸铁锂中流通的通道，继而有利于提高离子在磷酸铁锂中传输的速度；另一方面，掺杂元素在铁位掺杂，有助于空位的产生，从而有利于提高电子在磷酸铁锂中传输的速度。总之，在所述外壳112，通过掺杂元素对磷酸铁锂的掺杂，提升了所述外壳112的离子导和电子导，加快了锂离子从正极材料100中脱嵌的速度，继而有利于提高所述正极材料100应用于正极极片200时的导电性能及循环性能。进一步地，所述内核111不包括掺杂元素，使得所述内核111的脱锂速度较为缓慢，所述内核111与所述外壳112的锂离子浓度存在差异且磷酸铁锂的晶格变化强度存在差异，使得所述第一颗粒110具有较大的内部应力差异，从而产生裂纹113。此外，在所述第一颗粒110中，自所述内核111指向所述外壳112的方向，所述过渡金属元素的质量分数逐渐增加，则在所述外壳112中的不同区域，过渡金属元素对磷酸铁锂的掺杂程度是不同的，则磷酸铁锂的畸变程度也不相同，锂离子从正极材料100中脱嵌的速度也不相同，使得所述外壳112的不同区域的锂离子浓度存在差异，则磷酸铁锂的晶格变化强度存在差异，继而使得所述外壳112具有较大的内部应力差异，从而产生裂纹113。更进一步的，当掺杂元素在铁位对磷酸铁锂进行掺杂时，可使金属氧键优先断裂，从而加速裂纹113的形成。当将所述正极材料100应用于正极极片200且组装于电池300时，电解液330中的活性离子可通过外壳112的裂纹113充分浸润所述第一颗粒110，以提高活性离子在正极极片200中的迁移速度，充分利用所述第一颗粒110的活性物质的容量，提高正极材料100的容量发挥率，继而降低电压极化，充分发挥正极材料100的能量，提高所述电池300的容量发挥性能、能量效率及倍率性能。再者，自所述内核111指向所述外壳112的方向，所述过渡金属元素的质量分数逐渐增加，则所述第一颗粒110的最外周的过渡金属元素的质量分数最大，则掺杂元素引起磷酸铁锂产生晶格畸变，则所述第一颗粒110的最外周的空位较多、锂离子通道较多，有利于提高电子和/或离子在所述第一颗粒110的传输速率，继而提高所述正极材料100应用于正极极片200的循环性能。
在一些实施例中，所述第一颗粒110的等效球半径为R，所述外壳112的厚度为d，则d/R满足关系式：0.3≤d/R≤0.8。具体地，d/R的值可以为但不限于为0.3、0.32、0.35、0.38、0.4、0.42、0.45、0.47、0.48、0.5、0.52、0.54、0.56、0.6、0.62、0.65、0.68、0.7、0.72、0.74、0.76、0.78、0.79及0.8等。
在本实施例中，当d/R的值满足关系式：0.3≤d/R≤0.8时，所述外壳112的厚度与所述第一颗粒110的等效球半径的比值在合理的范围内，换言之，所述外壳112的厚度与所述内核111的厚度在合理的范围内，则在所述第一颗粒110中，磷酸铁锂掺杂有掺杂元素的掺杂区的深度在合理的范围内，使得所述内核111与所述外壳112的磷酸铁锂具有较大的晶格差异，且所述外壳112的厚度足够大，所述外壳112各区域的晶格存在差异，有利于在所述第一颗粒110内部产生较大的内应力，继而在所述第一颗粒110上产生裂纹113。当所述正极材料100应用于正极极片200且组装于电池300时，电解液330中的活性离子通过外壳112的裂纹113浸润所述第一颗粒110，继而加快了活性离子在正极极片200的迁移速度，有利于提高正极材料100的容量发挥率，最终提高所述电池300的容量发挥性能、能量效率及倍率性能。当d/R的值大于0.8时，在所述第一颗粒110的等效球半径的值处于合理的范围的情况下，所述外壳112的厚度过大，换言之，所述内核111的深度过小，则在所述第一颗粒110中，磷酸铁锂掺杂有掺杂元素的掺杂区过大，使得所述内核111与所述外壳112的磷酸铁锂的内部应力差异不大，继而难以使所述第一颗粒110形成裂纹113，当将所述正极材料100应用于正极极片200且组装于电池300时，电解液330中的活性离子难以通过外壳112的裂纹113浸润所述第一颗粒110，继而降低了活性离子在正极极片200的迁移速度，降低了正极材料100的容量发挥率，也降低了所述电池300的容量发挥性能、能量效率及倍率性能。当d/R的值小于0.3时，在所述第一颗粒110的等效球半径的值处于合理的范围的情况下，所述外壳112的厚度过小，换言之，在所述第一颗粒110中，磷酸铁锂掺杂有掺杂元素的掺杂区过小，使得所述内核111与所述外壳112的磷酸铁锂的晶格变化强度差异不大，且在所述外壳112的不同区域的锂离子浓度差异较小，继而使得所述第一颗粒110的内部应力较小，难以在所述第一颗粒110产生裂纹113。当将所述正极材料100应用于正极极片200且组装于电池300时，电解液330中的活性离子难以通过外壳112的裂纹113浸润所述第一颗粒110，继而降低了活性离子在正极极片200的迁移速度，降低了正极材料100的容量发挥率，也降低了所述电池300的容量发挥性能、能量效率及倍率性能。
在本申请图4实施例中，所述第一颗粒110的形状为球状，不应理解为对所述第一颗粒110的形状的限制。可选地，所述第一颗粒110的形状可以为椭球状、异性状等。
在一些实施例中，所述第一颗粒110的粒径D1满足范围：1.5μm≤D1≤10μm。具体地，所述第一颗粒110的粒径D1的值可以为但不限于为1.5μm、1.8μm、2μm、2.2μm、2.5μm、2.8μm、3μm、3.2μm、3.5μm、3.7μm、4μm、4.5μm、4.8μm、5μm、5.5μm、5.9μm、6.5μm、6.8μm、7μm、7.2μm、7.5μm、7.8μm、8μm、8.2μm、8.6μm、8.9μm、9.2μm、9.6μm、9.9μm及10μm等。
在本实施例中，当所述第一颗粒110的粒径D1的值满足范围1.5μm≤D1≤10μm时，所述第一颗粒110的粒径在合理的范围内，使得当所述正极材料100应用于正极极片200且组装于电池300时，有利于提升所述正极极片200的压实密度，继而提升所述电池300的能量密度。此外，所述第一颗粒110为核壳结构，且外壳112包括磷酸铁锂及掺杂元素，掺杂元素引起磷酸铁锂的晶格变化，使得第一颗粒110具有较大的内部应力差异，继而产生裂纹113。当所述正极材料100应用于正极极片200且组装于电池300时，电解液330中的活性离子壳通过外壳112的裂纹113充分浸润所述第一颗粒110，使得所述正极极片200在具有较高的压实密度的情况下兼具较高的容量发挥率，继而提升所述电池300的能量密度、容量发挥性能、容量效率以及倍率性能。
在一些实施例中，所述外壳112的化学式为：LiFe1-xMxPO4，其中，M为掺杂元素，M选自钒、锰、钴、镍、锡、镁、钨、铬及钛中的一种或多种，x满足范围0＜x＜0.2。具体地，x的值可以为但不限于为0.01、0.03、0.04、0.05、0.08、0.09、0.1、0.12、0.13、0.14、0.15、0.16、0.17、0.18、0.19及0.2等。
在本实施例中，所述掺杂元素的种类选自钒（V）、锰（Mn）、钴（Co）、镍（Ni）、锡（Sn）、镁（Mg）、钨（W）、铬（Cr）及钛（Ti）中的一种或多种，以对磷酸铁锂进行掺杂。在所述外壳112中，当向磷酸铁锂中加入掺杂元素时，掺杂元素在铁位上掺杂，以使磷酸铁锂产生晶格畸变，通过产生空位提高电子在磷酸铁锂中传输的速度，通过晶格变化增大离子通道，以提高离子在磷酸铁锂中传输的速度，继而提高离子导，使得外壳112的离子导和电子导均得到提升，加快了锂离子从正极材料100中脱嵌的速度，继而有利于提高所述正极材料100应用于正极极片200时的导电性能及循环性能。此外，x的值满足范围0＜x＜0.2，则所述外壳112中的掺杂元素的量在合理的范围内，有利于使所述外壳112与所述内核111的磷酸铁锂形成较大的晶格差异，使所述内核111与所述外壳112的锂离子浓度存在差异且磷酸铁锂的晶格变化强度存在差异，使得所述第一颗粒110具有较大的内部应力差异，从而有利于裂纹113的产生。当所述正极材料100应用于正极极片200且组装于电池300时，电解液330中的活性离子可通过外壳112的裂纹113充分浸润所述第一颗粒110，以提高活性离子在正极极片200中的迁移速度，充分利用所述第一颗粒110的活性物质的容量，提高正极材料100的容量发挥率，继而降低电压极化，充分发挥正极材料100的能量，提高所述电池300的容量发挥性能、能量效率及倍率性能。
在一些实施例中，在所述外壳112中，所述掺杂元素的质量分数w的变化范围为：0.05%≤w≤0.5%。具体地，w的值可以为但不限于为0.05%、0.08%、0.1%、0.12%、0.14%、0.18%、0.2%、0.22%、0.24%、0.26%、0.28%、0.3%、0.32%、0.35%、0.36%、0.4%、0.42%、0.46%、0.48%及0.5%等。
可以理解地，所述掺杂元素的质量分数w，可以为，在所述外壳112中，所述掺杂元素的质量与所述外壳112的质量的比值；还可以为，在所述外壳112中，所述掺杂元素的质量与所述外壳112中所有元素的质量的比值。
在本实施例中，在所述外壳112中，当所述掺杂元素的质量分数w的值满足范围0.05%≤w≤0.5%时，所述掺杂元素的质量分数w的变化范围在合理的范围内，则在所述外壳112中，所述掺杂元素的质量含量在合理的范围内，有利于使所述外壳112与所述内核111的磷酸铁锂形成较大的晶格差异，使所述内核111与所述外壳112的锂离子浓度存在差异且磷酸铁锂的晶格变化强度存在差异，使得所述第一颗粒110具有较大的内部应力差异，从而有利于裂纹113的产生。当所述正极材料100应用于正极极片200且组装于电池300时，电解液330中的活性离子可通过外壳112的裂纹113充分浸润所述第一颗粒110，以提高活性离子在正极极片200中的迁移速度，充分利用所述第一颗粒110的活性物质的容量，提高正极材料100的容量发挥率，继而降低电压极化，充分发挥正极材料100的能量，提高所述电池300的容量发挥性能、能量效率及倍率性能。在所述外壳112中，当所述掺杂元素的质量分数w的值大于0.5%时，所述掺杂元素的质量分数w过大，则在所述外壳112中，其它元素的质量占比较少，而所述掺杂元素为非活性元素，无法存储锂离子，使得所述外壳112中活性物质的量变小，不利于提高所述正极材料100应用于正极极片200的容量发挥率。当所述掺杂元素的质量分数w的值小于0.05%时，所述掺杂元素的质量分数w过小，则在所述外壳112中，所述掺杂元素的质量含量较低，使得掺杂元素引起磷酸铁锂的晶格畸变的程度较小，继而减小了所述内核111与所述外壳112的磷酸铁锂的晶格差异，使得所述内核111与所述外壳112的锂离子浓度及晶格变化强度的差异较小，所述第一颗粒110各部分区域的内部应力差异较小，不利于裂纹113的产生。当所述正极材料100应用于正极极片200且组装于电池300时，电解液330中的活性离子难以通过外壳112的裂纹113充分浸润所述第一颗粒110，降低了活性离子在正极极片200中的迁移速度，不利于正极材料100的容量发挥。
请参见图5，在一些实施例中，所述正极材料100还包括多个第二颗粒120及多个第三颗粒130，所述多个第二颗粒120及所述多个第三颗粒130均分散于所述多个第一颗粒110中，其中，所述第一颗粒110的粒径大于所述第二颗粒120的粒径，所述第二颗粒120的粒径大于所述第三颗粒130的粒径。
可以理解地，在所述正极材料100中，所述第一颗粒110为大粒径颗粒，所述第二颗粒120为中粒径颗粒，所述第三颗粒130为小粒径颗粒。
在本实施例中，所述正极材料100包括多个第一颗粒110、多个第二颗粒120及多个第三颗粒130，且所述多个第二颗粒120及所述多个第三颗粒130均分散于所述多个第一颗粒110中，换言之，所述第一颗粒110、所述第二颗粒120及所述第三颗粒130混合分布于所述正极材料100中。此外，所述第一颗粒110的粒径、所述第二颗粒120的粒径及所述第三颗粒130的粒径依次减小，通过将三种不同粒径的颗粒分散于正极材料100中，使得粒径较小的第二颗粒120及第三颗粒130能充分填充多个所述第一颗粒110之间的空隙，粒径更小的第三颗粒130能充分填充多个所述第二颗粒120之间的粒径，通过所述第一颗粒110、所述第二颗粒120及所述第三颗粒130的相互配合，使得当所述正极材料100应用于正极极片200且组装于电池300时，所述正极极片200具有较高的压实密度，继而提升所述电池300的能量密度。再者，所述第一颗粒110的外壳112掺杂有掺杂元素，使得所述第一颗粒110有裂纹113，在提升正极材料100的能量密度的同时也能使电解液330充分浸润所述第一颗粒110，使得所述电池300兼具高能量密度、高容量发挥性能、高能量效率及高倍率性能等优异性能。
可选地，所述第二颗粒120包括磷酸铁锂，所述第三颗粒130包括磷酸铁锂。
在本实施例中，所述第二颗粒120及所述第三颗粒130包括磷酸铁锂，使得当所述正极材料100包括第一颗粒110、第二颗粒120及所述第三颗粒130时，所述正极材料100中具有较多的活性物质，有利于提升所述正极材料100应用于正极极片200的能量密度。
在一些实施例中，所述第一颗粒110的粒径D1满足范围：1.5μm≤D1≤10μm，所述第二颗粒120的粒径D2满足范围：800nm≤D2≤1500nm，所述第三颗粒130的粒径D3满足范围：50nm≤D3≤800nm。
在本实施例中，所述第一颗粒110的粒径D1满足范围1.5μm≤D1≤10μm，所述第一颗粒110的粒径D1在合理的范围内，所述第一颗粒110的粒径足够大，使得当所述正极材料100应用于正极极片200且组装于电池300时，有利于提升所述电池300的能量密度。所述第二颗粒120的粒径D2满足范围：800nm≤D2≤1500nm，所述第二颗粒120的粒径在合理的范围内，使得在所述正极材料100中，所述第二颗粒120能填充多个所述第一颗粒110之间的间隙，以提高所述正极材料100应用于正极极片200的压实密度，进一步提升正极极片200组装于电池300时的能量密度。所述第三颗粒130的粒径D3满足范围：50nm≤D3≤800nm，所述第三颗粒130的粒径在合理的范围内，所述第三颗粒130可填充多个所述第一颗粒110之间的间隙，或填充多个所述第二颗粒120之间的间隙，以提高所述正极材料100应用于正极极片200的压实密度，进一步提升正极极片200组装于电池300时的能量密度。本申请实施例通过对所述第一颗粒110的粒径、所述第二颗粒120的粒径及所述第三颗粒130的粒径的范围的调控，使得当所述第一颗粒110、所述第二颗粒120及所述第三颗粒130分散于所述正极材料100时，粒径大小不同的多种颗粒相互空隙，提高了正极材料100应用于正极极片200的压实密度，进一步提升正极极片200组装于电池300时的能量密度。
具体地，所述第一颗粒110的粒径D1的值可以为但不限于为1.5μm、1.8μm、2μm、2.2μm、2.5μm、2.8μm、3μm、3.2μm、3.5μm、3.7μm、4μm、4.5μm、4.8μm、5μm、5.5μm、5.9μm、6.5μm、6.8μm、7μm、7.2μm、7.5μm、7.8μm、8μm、8.2μm、8.6μm、8.9μm、9.2μm、9.6μm、9.9μm及10μm等。
具体地，所述第二颗粒120的粒径D2的值可以为但不限于为800nm、850nm、888nm、900nm、925nm、950nm、1000nm、1050nm、1080nm、1099nm、1100nm、1120nm、1145nm、1160nm、1180nm、1200nm、1220nm、1250nm、1280nm、1300nm、1320nm、1350nm、1370nm、1380nm、1400nm、1420nm、1450nm、1480nm、1490nm及1500nm等。
具体地，所述第三颗粒130的粒径D3的值可以为但不限于为50nm、80nm、100nm、120nm、150nm、180nm、200nm、220nm、250nm、280nm、300nm、350nm、380nm、400nm、450nm、480nm、500nm、520nm、580nm、600nm、620nm、650nm、700nm、750nm及800nm等。
在一些实施例中，在所述正极材料100中，所述第一颗粒110的数量含量A1满足范围：1%≤A1≤15%，所述第二颗粒120的数量含量A2满足范围：10%≤A2≤30%，所述第三颗粒130的数量含量A3满足范围：60%≤A3≤85%。
可以理解地，所述第一颗粒110的数量含量A1为在所述正极材料100中，所述第一颗粒110的数量与所述正极材料100中所有颗粒的数量的总和的比值。所述第二颗粒120的数量含量A2为在所述正极材料100中，所述第二颗粒120的数量与所述正极材料100中所有颗粒的数量的总和的比值。所述第三颗粒130的数量含量A3为在所述正极材料100中，所述第三颗粒130的数量与所述正极材料100中所有颗粒的数量的总和的比值。
在本实施例的正极材料100中，当A1满足范围1%≤A1≤15%，A2满足范围10%≤A2≤30%，A3满足范围60%≤A3≤85%时，在所述正极材料100中，所述第一颗粒110的数量、所述第二颗粒120的数量与所述第三颗粒130的数量均在合理的范围内，使得所述第一颗粒110能充分发挥大粒径颗粒的优势，提高所述正极材料100的压实密度，且所述第一颗粒110的外壳112掺杂有掺杂元素，使得所述第一颗粒110有裂纹113，也能使电解液330充分浸润所述第一颗粒110。所述第二颗粒120能充分发挥中粒径颗粒的优势，填充多个所述第一颗粒110之间的空隙，且电解液330中的离子在所述第二颗粒120中传输路径在合理的范围内，有利于发挥正极材料100的容量。所述第三颗粒130能充分发挥小粒径颗粒的优势，一方面能填充多个所述第一颗粒110和/或多个所述第二颗粒120之间的孔隙，以进一步提高所述正极材料100的压实密度；另一方面，所述第三颗粒130的粒径较小，电解液330中的离子在所述第三颗粒130中传输路径较短，有利于提升所述正极材料100应用于正极极片200且组装于电池300时的循环性能及倍率性能。在本实施例中，通过对所述第一颗粒110的数量、所述第二颗粒120的数量与所述第三颗粒130的数量的合理调控，使得所述第一颗粒110、所述第二颗粒120及所述第三颗粒130均能发挥各自的优势，使得当所述正极材料100应用于正极极片200且组装于电池300时，所述正极材料100具有较高的容量发挥率，所述正极极片200具有较大的压实密度及容量发挥率，最终提高所述电池300的能量密度、容量发挥性能、能量效率及倍率性能。
具体地，所述第一颗粒110的数量含量A1的值可以为但不限于为1%、1.5%、2%、2.5%、3%、4%、5%、5.5%、6%、7%、8%、9%、10%、11%、12%、13%、13.5%、14%、14.5%及15%等。
具体地，所述第二颗粒120的数量含量A2的值可以为但不限于为10%、12%、14%、15%、17%、18%、19%、20%、21%、22%、24%、26%、27%、28%、29%及30%等。
具体地，所述第三颗粒130的数量含量A3的值可以为但不限于为60%、62%、63%、65%、67%、68%、69%、70%、72%、74%、75%、76%、78%、79%、80%、81%、82%、83%、84%及85%等。
在一些实施例中，所述外壳112具有多条裂纹113，所述多条裂纹113间隔设置或相交。
在本实施例中，所述外壳112具有多条间隔设置或相交的裂纹113，使得当所述正极材料100应用于正极极片200且组装于电池300时，电解液330中的活性离子可通过外壳112的裂纹113充分浸润所述第一颗粒110，以提高活性离子在正极极片200中的迁移速度，充分利用所述第一颗粒110的活性物质的容量，提高正极材料100的容量发挥率，继而降低电压极化，充分发挥正极材料100的能量，提高所述电池300的容量发挥性能、能量效率及倍率性能。
在一些实施例中，所述外壳112的裂纹113的数量为2条至15条。具体地，所述外壳112的裂纹113的数量可以为2条、3条、4条、5条、6条、7条、8条、9条、10条、11条、12条、13条、14条及15条中的一个。
在本实施例中，当所述外壳112的裂纹113的数量为2条至15条时，所述外壳112的裂纹113的数量在合理的范围内，使得当所述正极材料100应用于正极极片200且组装于电池300时，电解液330中的活性离子可通过外壳112的裂纹113充分浸润所述第一颗粒110，以提高活性离子在正极极片200中的迁移速度，充分利用所述第一颗粒110的活性物质的容量，提高正极材料100的容量发挥率，继而降低电压极化，充分发挥正极材料100的能量，提高所述电池300的容量发挥性能、能量效率及倍率性能。当所述外壳112的裂纹113的数量大于15条时，所述外壳112的裂纹113的数量过多，增大了所述内核111直接暴露在电解液330中的概率，使得所述内核111的磷酸铁锂与所述电解液330反应，加速了电解液330的消耗，降低了电解液330的利用率；另一方面，在所述外壳112设置有所述裂纹113的区域，所述外壳112的导电性能较差，所述外壳112的裂纹113的数量过多，则大大降低了所述外壳112的导电性能，使得降低了所述正极材料100应用于正极极片200的存储锂的能力，继而降低了所述正极材料100应用于正极极片200的容量发挥率。当所述外壳112的裂纹113的数量小于2条时，所述外壳112的裂纹113的数量过少，而所述第一颗粒110的粒径较大，使得电解液330中的活性离子难以通过外壳112的所述裂纹113充分浸润所述第一颗粒110，从而难以提升所述活性离子在正极极片200中的迁移速度，继而难以提高正极材料100的容量发挥率，所述正极材料100的能量难以得到充分发挥，降低了所述电池300的容量发挥性能、能量效率及倍率性能。
在一些实施例中，所述裂纹113的最大宽度L的范围为：L≤15nm。具体地，所述裂纹113的最大宽度L的值可以为但不限于为3nm、4nm、4.5nm、5nm、6nm、7nm、8nm、8.5nm、9nm、10nm、10.5nm、11nm、11.5nm、12nm、12.5nm、13nm、13.5nm、14nm、14.5nm及15nm等。
在本实施例中，当所述裂纹113的最大宽度L的值满足范围L≤15nm时，所述裂纹113的最大宽度L的值在合理的范围内，使得当所述正极材料100应用于正极极片200且组装于电池300时，电解液330中的活性离子可通过外壳112的裂纹113充分浸润所述第一颗粒110，以提高活性离子在正极极片200中的迁移速度，充分利用所述第一颗粒110的活性物质的容量，提高正极材料100的容量发挥率，继而降低电压极化，充分发挥正极材料100的能量，提高所述电池300的容量发挥性能、能量效率及倍率性能。当所述裂纹113的最大宽度L的值大于15mm时，所述裂纹113的最大宽度过大，一方面，所述外壳112区的裂纹113的最大宽度过大，增大了所述内核111直接暴露在电解液330中的概率，使得所述内核111的磷酸铁锂与所述电解液330反应，加速了电解液330的消耗，降低了电解液330的利用率；另一方面，在所述外壳112设置有裂纹113的区域，当裂纹113的最大宽度过大时，磷酸铁锂中的铁元素容易在裂纹113处溶出，从而破坏磷酸铁锂晶体结构，继而降低所述正极材料100应用于正极极片200的存储锂的能力。再者，在所述外壳112设置有所述裂纹113的区域，所述外壳112的导电性能较差，当所述裂纹113的最大宽度过大时，大大降低了所述外壳112的导电性能，使得降低了所述正极材料100应用于正极极片200的存储锂的能力，继而降低了所述正极材料100应用于正极极片200的容量发挥率。
在一些实施例中，当所述正极材料100的中值粒径D50满足范围：800nm≤D50≤3000nm时，所述裂纹113的数量为2条至6条；当所述正极材料100的中值粒径D50满足范围：3μm≤D50≤5μm时，所述裂纹113的数量为3条至8条；当所述正极材料100的中值粒径D50满足范围：5μm≤D50≤10μm时，所述裂纹113的数量为6条至12条。
可以理解地，所述正极材料100的中值粒径D50的值可以为在所述正极材料100中体积百分数达50%时对应的粒径数值。
在本实施例中，当所述正极材料100的中值粒径D50的值属于不同的范围时，所述裂纹113的数量不同，且随着所述正极材料100的中值粒径D50的值的不断增大，所述外壳112的裂纹113的数量呈现增加的趋势。所述正极材料100的中值粒径D50的值越大，则在所述正极材料100中，所述第一颗粒110的粒径较大，所述裂纹113的数量增多，使得当正极材料100应用于正极极片200且组装于电池300时，电解液330中的活性离子可通过所述多条裂纹113充分浸润所述第一颗粒110，以提高活性离子在正极极片200中的迁移速度，充分利用所述第一颗粒110的活性物质的容量，提高正极材料100的容量发挥率，继而降低电压极化，充分发挥正极材料100的能量，提高所述电池300的容量发挥性能、能量效率及倍率性能。当所述正极材料100的中值粒径D50的值过小时，难以产生所述裂纹113，或所述裂纹113的宽度或数量过少，使得当正极材料100应用于正极极片200且组装于电池300时，电解液330中的活性离子难以通过所述多条裂纹113充分浸润所述第一颗粒110，使得难以提高活性离子在正极极片200中的迁移速度，降低了所述第一颗粒110的活性物质的容量利用率，降低了所述正极材料100的容量发挥率，继而降低所述电池300的容量发挥性能、能量效率及倍率性能。
本申请另一实施例还提供一种正极材料100，所述正极材料100包括多个第一颗粒110，所述第一颗粒110包括内核111及外壳112，所述外壳112包裹所述内核111的外周设置，所述内核111包括磷酸铁锂，所述外壳112包括磷酸铁锂及掺杂元素，所述掺杂元素选自过渡金属元素，所述外壳112具有多条裂纹113，所述多条裂纹113间隔设置或相交。
可以理解地，所述外壳112包裹于所述内核111的外周设置，可以为，所述内核111设置于所述外壳112的内部。
可以理解地，所述外壳112包括磷酸铁锂及掺杂元素，可以为，所述外壳112为掺杂区，所述掺杂区在磷酸铁锂中掺杂了过渡金属元素。
可以理解地，所述外壳112包括磷酸铁锂及掺杂元素，当向所述磷酸铁锂中加入掺杂元素时，所述掺杂元素将引起磷酸铁锂产生晶格畸变，一方面，掺杂元素在铁位掺杂，使得增大了离子在磷酸铁锂中流通的通道，继而有利于提高离子在磷酸铁锂中流通的速度；另一方面，掺杂元素在铁位掺杂，有助于空位的产生，从而有利于提高电子在磷酸铁锂中传输的速度，继而有利于提高所述正极材料100应用于正极极片200时的导电性能及循环性能。
在本实施例提供的正极材料100中，所述外壳112包括磷酸铁锂及掺杂元素，所述掺杂元素将引起磷酸铁锂产生晶格畸变，一方面，掺杂元素在铁位掺杂，使得增大了离子在磷酸铁锂中流通的通道，继而有利于提高离子在磷酸铁锂中传输的速度；另一方面，掺杂元素在铁位掺杂，有助于空位的产生，从而有利于提高电子在磷酸铁锂中传输的速度。总之，在所述外壳112，通过掺杂元素对磷酸铁锂的掺杂，提升了所述外壳112的离子导和电子导，加快了锂离子从正极材料100中脱嵌的速度，继而有利于提高所述正极材料100应用于正极极片200时的导电性能及循环性能。进一步地，所述内核111不包括掺杂元素，使得所述内核111的脱锂速度较为缓慢，所述内核111与所述外壳112的锂离子浓度存在差异且磷酸铁锂的晶格变化强度存在差异，使得所述第一颗粒110具有较大的内部应力差异，从而产生裂纹113。更进一步的，当掺杂元素在铁位对磷酸铁锂进行掺杂时，可使金属氧键优先断裂，从而加速裂纹113的形成。所述外壳112具有多条裂纹113且间隔设置或相交，当将所述正极材料100应用于正极极片200且组装于电池300时，电解液330中的活性离子可通过外壳112的裂纹113充分浸润所述第一颗粒110，以提高活性离子在正极极片200中的迁移速度，充分利用所述第一颗粒110的活性物质的容量，提高正极材料100的容量发挥率，继而降低电压极化，充分发挥正极材料100的能量，提高所述电池300的容量发挥性能、能量效率及倍率性能。
在另一些实施例中，所述外壳112的裂纹113的数量为2条至15条。具体地，所述外壳112的裂纹113的数量可以为2条、3条、4条、5条、6条、7条、8条、9条、10条、11条、12条、13条、14条及15条中的一个。
在本实施例中，所述正极材料100包括所述第一颗粒110，当所述外壳112的裂纹113的数量为2条至15条时，所述外壳112的裂纹113的数量在合理的范围内，使得当所述正极材料100应用于正极极片200且组装于电池300时，电解液330中的活性离子可通过外壳112的裂纹113充分浸润所述第一颗粒110，以提高活性离子在正极极片200中的迁移速度，充分利用所述第一颗粒110的活性物质的容量，提高正极材料100的容量发挥率，继而降低电压极化，充分发挥正极材料100的能量，提高所述电池300的容量发挥性能、能量效率及倍率性能。当所述外壳112的裂纹113的数量大于15条时，所述外壳112的裂纹113的数量过多，增大了所述内核111直接暴露在电解液330中的概率，使得所述内核111的磷酸铁锂与所述电解液330反应，加速了电解液330的消耗，降低了电解液330的利用率；另一方面，在所述外壳112设置有所述裂纹113的区域，所述外壳112的导电性能较差，所述外壳112的裂纹113的数量过多，则大大降低了所述外壳112的导电性能，使得降低了所述正极材料100应用于正极极片200的存储锂的能力，继而降低了所述正极材料100应用于正极极片200的容量发挥率。当所述外壳112的裂纹113的数量小于2条时，所述外壳112的裂纹113的数量过少，而所述第一颗粒110的粒径较大，使得电解液330中的活性离子难以通过外壳112的所述裂纹113充分浸润所述第一颗粒110，从而难以提升所述活性离子在正极极片200中的迁移速度，继而难以提高正极材料100的容量发挥率，所述正极材料100的能量难以得到充分发挥，降低了所述电池300的容量发挥性能、能量效率及倍率性能。
在另一些实施例中，所述裂纹113的最大宽度L的范围为：L≤15nm。
在本实施例中，当所述裂纹113的最大宽度L的值满足范围L≤15nm时，所述裂纹113的最大宽度L的值在合理的范围内，使得当所述正极材料100应用于正极极片200且组装于电池300时，电解液330中的活性离子可通过外壳112的裂纹113充分浸润所述第一颗粒110，以提高活性离子在正极极片200中的迁移速度，充分利用所述第一颗粒110的活性物质的容量，提高正极材料100的容量发挥率，继而降低电压极化，充分发挥正极材料100的能量，提高所述电池300的容量发挥性能、能量效率及倍率性能。当所述裂纹113的最大宽度L的值大于15mm时，所述裂纹113的最大宽度过大，一方面，所述外壳112区的裂纹113的最大宽度过大，增大了所述内核111直接暴露在电解液330中的概率，使得所述内核111的磷酸铁锂与所述电解液330反应，加速了电解液330的消耗，降低了电解液330的利用率；另一方面，在所述外壳112设置有裂纹113的区域，掺杂元素在铁位进行掺杂，当裂纹113的最大宽度过大时，磷酸铁锂中的铁元素容易在裂纹113处溶出，从而导致磷酸铁锂的晶体结构发生变化，继而降低所述正极材料100应用于正极极片200的存储锂的能力。再者，在所述外壳112设置有所述裂纹113的区域，所述外壳112的导电性能较差，当所述裂纹113的最大宽度过大时，大大降低了所述外壳112的导电性能，使得降低了所述正极材料100应用于正极极片200的存储锂的能力，继而降低了所述正极材料100应用于正极极片200的容量发挥率。
在一些实施例中，自所述内核111指向所述外壳112的方向，所述外壳112中所述过渡金属元素的质量分数逐渐增加，在所述外壳112中，所述掺杂元素的质量分数w的变化范围为：0.05%≤w≤0.5%。具体地，w的值可以为但不限于为0.05%、0.08%、0.1%、0.12%、0.14%、0.18%、0.2%、0.22%、0.24%、0.26%、0.28%、0.3%、0.32%、0.35%、0.36%、0.4%、0.42%、0.46%、0.48%及0.5%等。
可以理解地，所述掺杂元素的质量分数w，可以为，在所述外壳112中，所述掺杂元素的质量与所述外壳112的质量的比值；还可以为，在所述外壳112中，所述掺杂元素的质量与所述外壳112中所有元素的质量的比值。
在本实施例中，自所述内核111指向所述外壳112的方向，所述过渡金属元素的质量分数逐渐增加，则在所述外壳112中的不同区域，过渡金属元素对磷酸铁锂的掺杂程度是不同的，则磷酸铁锂的畸变程度也不相同，锂离子从正极材料100中脱嵌的速度也不相同，使得所述外壳112的不同区域的锂离子浓度存在差异，则磷酸铁锂的晶格变化强度存在差异，继而使得所述外壳112具有较大的内部应力差异，从而产生裂纹113。此外，在所述外壳112中，当所述掺杂元素的质量分数w的值满足范围0.05%≤w≤0.5%时，所述掺杂元素的质量分数w的变化范围在合理的范围内，则在所述外壳112中，所述掺杂元素的质量含量在合理的范围内，有利于使所述外壳112与所述内核111的磷酸铁锂形成较大的晶格差异，使所述内核111与所述外壳112的锂离子浓度存在差异且磷酸铁锂的晶格变化强度存在差异，使得所述第一颗粒110具有较大的内部应力差异，从而有利于裂纹113的产生。当所述正极材料100应用于正极极片200且组装于电池300时，电解液330中的活性离子可通过外壳112的裂纹113充分浸润所述第一颗粒110，以提高活性离子在正极极片200中的迁移速度，充分利用所述第一颗粒110的活性物质的容量，提高正极材料100的容量发挥率，继而降低电压极化，充分发挥正极材料100的能量，提高所述电池300的容量发挥性能、能量效率及倍率性能。
下面分多个实施例对本申请技术方案进行进一步的说明。
实施例1至实施例16、对比例1至对比例4：
1.正极极片200的制备：
（1）正极材料100的制备：
实施例1至实施例13、对比例1至对比例3：
提供正极材料100，所述正极材料100包括第一颗粒110，所述第一颗粒110包括内核111及外壳112，所述内核111包括磷酸铁锂，所述外壳112包括磷酸铁锂及掺杂元素，其中，实施例1至实施例13、对比例1至对比例3中的正极材料100的中值粒径D50的值、掺杂元素的种类、掺杂元素的质量分数w的值如表1所示。
实施例14至实施例16、对比例4：
提供正极材料100，所述正极材料100包括第一颗粒110、第二颗粒120及第三颗粒130，其中所述第一颗粒110的粒径D1的值满足范围1.5μm≤D1≤10μm，第一颗粒110的数量含量A1为6.8%；所述第二颗粒120的粒径D2的值满足范围800nm≤D2≤1500nm，所述第二颗粒120的数量含量A2为13.7%；所述第三颗粒130的粒径D3的值满足范围50nm≤D3≤800nm，所述第三颗粒130的数量含量A3为79.5%。所述第一颗粒110包括内核111及外壳112，所述内核111包括磷酸铁锂，所述外壳112包括磷酸铁锂及掺杂元素。其中，实施例14至实施例16、对比例4中的正极材料100的中值粒径D50的值、第一颗粒110的掺杂元素的种类、掺杂元素的质量分数w的值如表2所示。
（2）正极极片200的制备：
将步骤（1）制备得到的正极材料100、导电剂（导电炭黑）、粘结剂分散于去离子水中，通过混合均匀得到正极浆料，将正极浆料涂布于正极集流体层210上，以形成正极材料层220，经过烘干、冷压、分条、裁片后，得到正极极片200。其中，在所述正极材料层220中，所述正极材料100的质量含量w1为97%，所述导电剂的质量含量w2为0.5%以及所述粘结剂的质量含量w3为2.5%。其中，实施例1至实施例15、对比例1至对比例3的正极极片200的压实密度ρ为2.45g/cm3，实施例14至实施例16、对比例4的正极极片200的压实密度ρ的值如表2所述。
2.负极极片320、隔膜310的制备：
以石墨为负极极片320，选用厚度为16μm的聚丙烯（PP）隔膜310。
3.电解液330的制备：
将碳酸乙烯酯（EC）、碳酸甲乙酯（EMC）、碳酸二乙酯（DEC）按体积比1:1:1混合得到混合溶剂，再向其中加入干燥的锂盐LiPF6，配成浓度为1mol/L的电解液330。
4.电池300的制备：
将上述制备的实施例1至实施例16、对比例1至对比例4的正极极片200、隔膜310以及负极极片320按顺序叠合，使隔膜310处于正极极片200与负极极片320之间，然后卷绕得到裸电芯，将裸电芯置于外包装中，干燥后注入上述电解液330，经过静置、化成、封装等工序后得到实施电池1至实施电池16、对比电池1至对比电池4。其中，得到的所述电池300为软包电池，所述电池300的额定容量为3安时，且实施电池1选用实施例1的正极极片200，实施电池2选用实施例2的正极极片200，对比电池1选用对比例1的正极极片200，对比电池2选用对比例2的正极极片200，以此类推。
如下表1为实施例1至实施例13、对比例1至对比例3的正极材料100的结构参数，如下表2为实施例14至实施例16、对比例4的正极材料100的结构参数及正极极片200的结构参数。
其中，对比例1的正极材料100未向磷酸铁锂掺杂所述掺杂元素。
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其中，对比例4中的正极材料100的一次颗粒中，未向磷酸铁锂掺杂所述掺杂元素。
电池300性能测试：
1.电性能测试：
取上述实施电池1至实施电池16、对比电池1至对比电池4，在充放电仪上进行恒流充放电循环测试，测试温度为25℃，充放电倍率分别为0.1C及2C（充放电电流的大小通常用充放电倍率来表示，充放电电流的计算公式为：充放电电流=充放电倍率×电池300的额定容量），充放电电压窗口为2.5V至3.65V（即电池300的充电截止电压为3.65V，电池300的放电截止电压为2.5V），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300先充电至3.65V，静置，再从3.65V放电至2.5V，由此形成一次充放电循环。循环2000圈即重复进行2000次完整的充放电过程。
其中，第2000圈容量保持率=第2000圈的放电容量/首圈放电容量×100%；第2000圈能量效率=第2000圈放电能量/第2000圈充电能量×100%，2C容量保持率=2C倍率下测试的放电容量/0.1C倍率下测试的放电容量。其中，实施电池1至实施电池16、对比电池1至对比电池4的0.1C容量、2C容量保持率、2000圈容量保持率及2000圈能量效率如表3所示。
2.裂纹113评估及性能测试：
在25℃温度下，在1C的电流密度下，将上述实施电池1至实施电池16、对比电池1至对比电池4放置于充放电仪上进行恒流充放电循环，充放电电业窗口为2.5V至3.65V，循环2000圈。采用扫描电子显微镜对所述正极材料100的裂纹113进行评估。其中，实施电池1至实施电池16、对比电池1至对比电池4在循环2000圈后的裂纹113等级如表3所示。
其中，对于正极材料100的裂纹113的评估标准如下：
（1）当所述正极材料100的中值粒径D50满足范围：800nm≤D50≤3000nm时，每个所述一次颗粒的裂纹113数量为2个至6个，裂纹113的最大宽度L≤10nm，定义为中等级裂纹。若每个所述一次颗粒的裂纹113数量大于6个，且裂纹113的最大宽度L的值大于10nm时，定义为高等级裂纹；若每个所述一次颗粒的裂纹113数量小于2个，定义为低等级裂纹。
（2）当所述正极材料100的中值粒径D50满足范围：3μm≤D50≤5μm时，每个所述一次颗粒的裂纹113数量为3个至8个，裂纹113的最大宽度L≤10nm，定义为中等级裂纹。若每个所述一次颗粒的裂纹113数量大于8个，且裂纹113的最大宽度L的值大于10nm时，定义为高等级裂纹；若每个所述一次颗粒的裂纹113数量小于3个，定义为低等级裂纹。
（3）当所述正极材料100的中值粒径D50满足范围：5μm≤D50≤10μm时，每个所述一次颗粒的裂纹113数量为6个至12个，裂纹113的最大宽度L≤15nm，定义为中等级裂纹。若每个所述一次颗粒的裂纹113数量大于12个，且裂纹113的最大宽度L的值大于15nm时，定义为高等级裂纹；若每个所述一次颗粒的裂纹113数量小于6个，定义为低等级裂纹。
综上，中等级裂纹为本申请实施例提供的正极材料100的外壳112上的裂纹113。具有低等级裂纹的正极材料100的扫描电子显微镜谱图如图6所示，具有中等级裂纹的正极材料100的扫描电子显微镜谱图如图7所示，具有高等级裂纹的正极材料100的扫描电子显微镜谱图如图8所示。
其中，实施电池1至实施电池16、对比电池1至对比电池4的电池300性能参数的值如表3所示。
由表1及表3的数据可知，实施例1至实施例13、对比例1至对比例3中的正极材料100只包括第一颗粒110，且所述第一颗粒110包括内核111及外壳112。由实施例1至实施例4、以及对比例1至对比例3的正极材料100的结构参数可知，实施例1至实施例4、以及对比例2及对比例3的正极材料100的掺杂元素的种类均为钒，且实施例1至实施例4的掺杂元素的质量分数w的值满足范围0.05%≤w≤0.5%，而对比例2的掺杂元素的质量分数w的值小于0.05%，对比例3的掺杂元素的质量分数w的值大于0.5%，则实施电池1至实施电池4的2C容量保持率、2000圈容量保持率及2000圈能量效率均高于对比电池1及对比电池2的2C容量保持率、2000圈容量保持率及2000圈能量效率。这是因为，在实施例1至实施例4的所述外壳112中，所述掺杂元素的质量分数w在合理的范围内，有利于使所述外壳112与所述内核111的磷酸铁锂形成较大的晶格差异，使所述内核111与所述外壳112的锂离子浓度存在差异且磷酸铁锂的晶格变化强度存在差异，使得所述第一颗粒110具有较大的内部应力差异，从而有利于裂纹113的产生。当所述正极材料100应用于正极极片200且组装于电池300时，电解液330中的活性离子可通过外壳112的裂纹113充分浸润所述第一颗粒110，以提高活性离子在正极极片200中的迁移速度，充分利用所述第一颗粒110的活性物质的容量，提高正极材料100的容量发挥率，继而降低电压极化，充分发挥正极材料100的能量，提高所述电池300的容量发挥性能、能量效率及倍率性能。而对比例3中的正极材料100的掺杂元素的质量分数w的值大于0.5%，则在所述外壳112中，其它元素的质量占比较少，而所述掺杂元素为非活性元素，无法存储锂离子，使得所述外壳112中活性物质的量变小，不利于提高所述正极材料100应用于正极极片200的容量发挥率。对比例2中的正极材料100的掺杂元素的质量分数w的值小于0.05%，则在所述外壳112中，所述掺杂元素的质量分数w的值过小，所述外壳112与所述内核111的磷酸铁锂的晶格差异较小，使得所述第一颗粒110的内部应力差异较小，不利于裂纹113的产生。当所述正极材料100应用于正极极片200且组装于电池300时，电解液330中的活性离子难以通过外壳112的裂纹113浸润所述第一颗粒110，降低了活性离子在正极极片200中的迁移速度，从而降低了正极材料100的容量发挥率，降低所述电池300的容量发挥性能、能量效率及倍率性能。而在对比例1的正极材料100中，未掺杂钒元素，使得所述第一颗粒110不会产生内应力且不会有裂纹113产生，不利于提升所述第一颗粒110应用于正极极片200且组装于电池300时的容量发挥性能、能量效率及倍率性能。
由实施例5至实施例7的数据可知，实施例5至实施例7的正极材料100的掺杂元素为锰，且实施例5至实施例7的掺杂元素的质量分数w的值满足范围0.05%≤w≤0.5%，则实施电池5至实施电池7具有较高的2C容量保持率、2000圈容量保持率及2000圈能量效率。这是因为，在实施例5至实施例7的所述外壳112中，所述掺杂元素的质量分数w在合理的范围内，有利于使所述外壳112与所述内核111的磷酸铁锂形成较大的晶格差异，使所述内核111与所述外壳112的锂离子浓度存在差异且磷酸铁锂的晶格变化强度存在差异，使得所述第一颗粒110具有较大的内部应力差异，从而有利于裂纹113的产生。当所述正极材料100应用于正极极片200且组装于电池300时，电解液330中的活性离子可通过外壳112的裂纹113充分浸润所述第一颗粒110，以提高活性离子在正极极片200中的迁移速度，充分利用所述第一颗粒110的活性物质的容量，提高正极材料100的容量发挥率，继而降低电压极化，充分发挥正极材料100的能量，提高所述电池300的容量发挥性能、能量效率及倍率性能。此外，在实施电池7中，所述裂纹113的等级为中等级裂纹，相应的，实施电池7的容量发挥性能、能量效率及倍率性能最高。这是因为，当电池300的数量及最大宽度在合理的范围内，电解液330中的活性离子可通过外壳112的裂纹113充分浸润所述第一颗粒110，以提高活性离子在正极极片200中的迁移速度，充分利用所述第一颗粒110的活性物质的容量，提高正极材料100的容量发挥率。
由实施例8至实施例10的数据可知，实施例8至实施例10的正极材料100的掺杂元素为钨，且实施例8至实施例10的掺杂元素的质量分数w的值满足范围0.05%≤w≤0.5%，则实施电池8至实施电池10具有较高的2C容量保持率、2000圈容量保持率及2000圈能量效率。这是因为，在实施例8至实施例10的所述外壳112中，所述掺杂元素的质量分数w在合理的范围内，有利于使所述外壳112与所述内核111的磷酸铁锂形成较大的晶格差异，使所述内核111与所述外壳112的锂离子浓度存在差异且磷酸铁锂的晶格变化强度存在差异，使得所述第一颗粒110具有较大的内部应力差异，从而有利于裂纹113的产生。当所述正极材料100应用于正极极片200且组装于电池300时，电解液330中的活性离子可通过外壳112的裂纹113充分浸润所述第一颗粒110，以提高活性离子在正极极片200中的迁移速度，充分利用所述第一颗粒110的活性物质的容量，提高正极材料100的容量发挥率，继而降低电压极化，充分发挥正极材料100的能量，提高所述电池300的容量发挥性能、能量效率及倍率性能。此外，在实施电池10中，所述裂纹113的等级为中等级裂纹，相应的，实施电池10的容量发挥性能、能量效率及倍率性能最高。这是因为，当电池300的数量及最大宽度在合理的范围内，电解液330中的活性离子可通过外壳112的裂纹113充分浸润所述第一颗粒110，以提高活性离子在正极极片200中的迁移速度，充分利用所述第一颗粒110的活性物质的容量，提高正极材料100的容量发挥率。
由实施例3、实施例11至实施例13的数据可知，实施例3、实施例11至实施例13的正极材料100的掺杂元素为钒，但是实施例11至实施例13的正极材料100的中值粒径D50的值大于实施例3的正极材料100的中值粒径D50的值，且当掺杂元素的质量分数w的值为0.20%时，所述裂纹113为中等级裂纹，使得实施电池11及实施电池13具有较高的容量发挥性能、能量效率及倍率性能。这是因为，随着正极材料100的中值粒径D50逐渐增大，所述正极材料100应用于正极极片200且组装于电池300时，所述正极极片200的压实密度越来越大，继而使得所述电池300的能量密度越来越大。此外，当所述掺杂元素的质量分数w的值在合理的范围时，电解液330中的活性离子可通过外壳112的裂纹113充分浸润所述第一颗粒110，以提高活性离子在正极极片200中的迁移速度，充分利用所述第一颗粒110的活性物质的容量，提高正极材料100的容量发挥率。
请参见表2及表3，由实施例14至实施例16、对比例4的数据可知，实施例14至实施例16的正极材料100包括第一颗粒110、第二颗粒120及第三颗粒130，且在所述第一颗粒110中，掺杂元素的种类为钒，掺杂元素的质量分数w的值为0.2%，实施例14至实施例16、中的正极极片200的压实密度ρ均满足范围2.4g/cm3≤ρ≤2.7g/cm3，正极极片200的压实密度均在合理的范围内，此外，相较于正极材料100只有第一颗粒110的方案，在所述正极材料100中加入所述第二颗粒120及所述第三颗粒130，有利于增大所述正极极片200的压实密度。实施电池14至实施电池16中的正极材料100均出现裂纹113，且裂纹113均为中等级裂纹，这使得实施例14至实施例16中的电池300均有较高的容量发挥性能、能量效率及倍率性能。相应的，参见对比例4中的正极材料100，对比例4中的正极极片200的压实密度虽然满足范围2.4g/cm3≤ρ≤2.7g/cm3，但是对比例4中的正极材料100的第一颗粒110没有加入掺杂元素，使得所述第一颗粒110的外壳112及内核111难以形成强大的内部应力，继而难以产生裂纹113，相应的，对比电池4的容量发挥性能、能量效率及倍率性能较差。
在本申请中提及“实施例”“实施方式”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现所述短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例可以与其它实施例相结合。此外，还应该理解的是，本申请各实施例所描述的特征、结构或特性，在相互之间不存在矛盾的情况下，可以任意组合，形成又一未脱离本申请技术方案的精神和范围的实施例。
最后应说明的是，以上实施方式仅用以说明本申请的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本申请进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本申请技术方案的精神和范围。
Claims (17)
1.一种正极材料，其特征在于，所述正极材料包括多个第一颗粒，所述第一颗粒包括内核及外壳，所述外壳包裹于所述内核的外周设置，所述内核包括磷酸铁锂，所述外壳包括磷酸铁锂及掺杂元素，所述掺杂元素选自过渡金属元素；在所述外壳中，自所述内核指向所述外壳的方向，所述过渡金属元素的质量分数逐渐增加。
2.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述第一颗粒的等效球半径为R，所述外壳的厚度为d，则d/R满足关系式：0.3≤d/R≤0.8。
3.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述外壳的化学式为：LiFe1-xMxPO4，其中，M为掺杂元素，M选自钒、锰、钴、镍、锡、镁、钨、铬及钛中的一种或多种，x满足范围：0＜x＜0.2。
4.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，在所述外壳中，所述掺杂元素的质量分数w的变化范围为：0.05%≤w≤0.5%。
5.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料还包括多个第二颗粒及多个第三颗粒，所述多个第二颗粒及所述多个第三颗粒均分散于所述多个第一颗粒中，其中，所述第一颗粒的粒径大于所述第二颗粒的粒径，所述第二颗粒的粒径大于所述第三颗粒的粒径。
6.根据权利要求5所述的正极材料，其特征在于，所述第一颗粒的粒径D1满足范围：1.5μm≤D1≤10μm，所述第二颗粒的粒径D2满足范围：800nm≤D2≤1500nm，所述第三颗粒的粒径D3满足范围：50nm≤D3≤800nm。
7.根据权利要求6所述的正极材料，其特征在于，在所述正极材料中，所述第一颗粒的数量含量A1满足范围：1%≤A1≤15%，所述第二颗粒的数量含量A2满足范围：10%≤A2≤30%，所述第三颗粒的数量含量A3满足范围：60%≤A3≤85%。
8.根据权利要求1至3中任一项或者权利要求5至7中任一项所述的正极材料，其特征在于，所述外壳具有多条裂纹，所述多条裂纹间隔设置或相交。
9.根据权利要求8所述的正极材料，其特征在于，所述外壳的裂纹的数量为2条至15条。
10.根据权利要求8所述的正极材料，其特征在于，所述裂纹的最大宽度L的范围为：L≤15nm。
11.根据权利要求8所述的正极材料，其特征在于，当所述正极材料的中值粒径D50满足范围：800nm≤D50≤3000nm时，所述裂纹的数量为2条至6条；当所述正极材料的中值粒径D50满足范围：3μm≤D50≤5μm时，所述裂纹的数量为3条至8条；当所述正极材料的中值粒径D50满足范围：5μm≤D50≤10μm时，所述裂纹的数量为6条至12条。
12.一种正极材料，其特征在于，所述正极材料包括多个第一颗粒，所述第一颗粒包括内核及外壳，所述外壳包裹所述内核的外周设置，所述内核包括磷酸铁锂，所述外壳包括磷酸铁锂及掺杂元素，所述掺杂元素选自过渡金属元素，所述外壳具有多条裂纹，所述多条裂纹间隔设置或相交。
13.根据权利要求12所述的正极材料，其特征在于，所述外壳的裂纹的数量为2条至15条。
14.根据权利要求12所述的正极材料，其特征在于，所述裂纹的最大宽度L的范围为：L≤15nm。
15.根据权利要求12所述的正极材料，其特征在于，自所述内核指向所述外壳的方向，所述外壳中所述过渡金属元素的质量分数逐渐增加，在所述外壳中，所述掺杂元素的质量分数w的变化范围为：0.05%≤w≤0.5%。
16.一种正极极片，其特征在于，所述正极极片包括：
正极集流体层；以及
正极材料层，所述正极材料层设置于所述正极集流体层的表面，所述正极材料层包括权利要求1至权利要求11任一项所述的正极材料或权利要求12至权利要求15任一项所述的正极材料。
17.一种电池，其特征在于，所述电池包括：
权利要求16所述的正极极片；
隔膜，所述隔膜设置于所述正极极片的一侧；
负极极片，所述负极极片设置于所述隔膜背离所述正极极片的一侧；以及
电解液，所述电解液至少浸润部分所述正极极片及部分所述负极极片。
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