本申请涉及电化学，特别是涉及一种磷酸铁锂正极材料及其制备方法、电极和电池。
背景技术：
1、锂离子电池具有工作电压高、能量密度高、安全性好和无记忆效应等优点，已在便携式电子设备、电动汽车和混合动力汽车等领域获得了巨大的成功。目前，在传统的锂离子电池中，磷酸铁锂因其较好的循环稳定性而被广泛应用于正极材料。但是随着市场对更高能量密度和高充放电次数的电池的应用需求越来越大，这便要求锂离子电池中作为正极的磷酸铁锂应具有更高的压实密度、比容量和更长的循环稳定性。
技术实现思路
1、基于此，本申请提供一种具备高压实密度和比容量的磷酸铁锂正极材料及其制备方法、电极和电池。
2、本申请的第一方面提供了一种磷酸铁锂正极材料，包括球形纳米颗粒和立方体纳米颗粒，所述球形纳米颗粒的平均粒径为0.4μm~1.1μm，所述立方体纳米颗粒的平均粒径为80nm~550nm，至少部分所述立方体纳米颗粒分布于所述球形纳米颗粒形成的间隙中。
3、在本申请的一些实施方式中，满足如下条件中的至少一者：
4、（1）所述立方体纳米颗粒与所述球形纳米颗粒的数量比为10%~30%；
5、（2）所述球形纳米颗粒包括球形纳米颗粒基体和第一包覆层，所述第一包覆层部分或全部包覆于所述球形纳米颗粒基体的表面；
6、（3）所述立方体纳米颗粒包括立方体纳米颗粒基体和第二包覆层，所述第二包覆层部分或全部包覆于所述立方体纳米颗粒基体的表面。
7、在本申请的一些实施方式中，满足如下条件中的至少一者：
8、（1）所述第一包覆层中包含碳元素；
9、可选地，所述碳元素在所述球形纳米颗粒中的质量占比为1.2%~1.5%；
10、（2）所述第二包覆层中包含碳元素和氮元素；
11、可选地，所述第二包覆层中包含由所述碳元素与所述氮元素形成的共价键；
12、可选地，所述碳元素在所述立方体纳米颗粒中的质量占比分别为1.4%~1.7%；
13、在本申请的一些实施方式中，所述磷酸铁锂正极材料满足如下条件中的至少一者：
14、（1）所述磷酸铁锂正极材料3吨压力下的压实密度为2.50g/cm3~2.54g/cm3；
15、（2）所述磷酸铁锂正极材料的d50为0.8μm~2.0μm。
16、本申请的第二方面提供了制备本申请第一方面所述的磷酸铁锂正极材料的方法，包括：
17、将普鲁士蓝类化合物与含磷酸根和锂离子的溶液混合，以使所述磷酸根和所述锂离子被吸附于所述普鲁士蓝类化合物的多孔立方框架结构的孔道和/或表面，制备第一前驱液；
18、对包含所述第一前驱液与第二前驱液的前驱体浆料进行喷雾干燥，制备纳米前驱体颗粒，其中，所述第二前驱液中包含磷酸铁；
19、将所述纳米前驱体颗粒进行烧结处理，以使所述纳米前驱体颗粒转化为磷酸铁锂，并形成所述球形纳米颗粒和所述立方体纳米颗粒，制备所述磷酸铁锂正极材料；其中，所述球形纳米颗粒的平均粒径为0.4μm~1.1μm，所述立方体纳米颗粒的平均粒径为80nm~550nm，至少部分所述立方体纳米颗粒分布于所述球形纳米颗粒形成的间隙中。
20、在本申请的一些实施方式中，满足如下条件中的至少一者：
21、（1）所述普鲁士蓝类化合物的平均粒径为0.1μm~0.4μm；
22、（2）所述普鲁士蓝类化合物满足化学式mam’b(cn)6，其中，m和m’各自独立地包括金属离子中的至少一种，且m和m’中至少有一者包含fe离子，a>0，b>0；
23、可选地，所述金属离子包括li、k、na、ni、cu、fe、mn、co及zn中的至少一种；
24、可选地，所述普鲁士蓝类化合物包括fe4[fe(cn)6]3、k3[fe(cn)6]、fe4[co(cn)6]3、cofe(cn)6和conife(cn)6中的至少一种；
25、（3）所述普鲁士蓝类化合物与所述磷酸铁的物质的量之比为(5~20):100；
26、（4）所述第一前驱液中，所述锂离子与所述普鲁士蓝类化合物中包含的铁离子的物质的量之比为(1~1.06):1。
27、在本申请的一些实施方式中，所述第二前驱液的制备方法包括：
28、将磷酸铁、锂源和碳源在分散剂中混合分散后进行研磨处理；
29、可选地，所述碳源包括柠檬酸、聚乙二醇、葡萄糖、淀粉和麦芽糖中的至少一种；
30、可选地，所述碳源与所述磷酸铁的质量比为(12~20):100；
31、可选地，所述第二前驱液中，所述锂源中包含的锂离子与所述磷酸铁中包含的铁离子的物质的量之比为(1~1.06):1；
32、可选地，所述磷酸铁的d50为5μm~13μm；
33、可选地，所述第二前驱液的固含量为42%~45%。
34、在本申请的一些实施方式中，满足如下条件中的至少一者：
35、（1）所述烧结处理的温度为700℃~790℃；
36、（2）所述烧结处理的升温速率为2℃/min~5℃/min；
37、（3）所述烧结处理的时间为7h~12h；
38、（4）所述烧结处理在保护性气氛中进行；
39、可选地，所述保护性气氛包括氮气气氛和/或氩气气氛。
40、本申请的第三方面提供了一种电极，包括本申请第一方面所述的磷酸铁锂正极材料或通过本申请第二方面所述的方法制备的磷酸铁锂正极材料。
41、本申请的第四方面提供了一种电池，包括本申请第三方面所述的电极。
42、磷酸铁锂正极材料中包括球形纳米颗粒和立方体纳米颗粒，其中，处于上述粒径范围的球形纳米颗粒之间会形成大量的间隙，而处于上述粒径范围的立方体纳米颗粒则至少有部分可分布并填充于该间隙中。如此，可提升由粒径相对较大的球形纳米颗粒所形成的大量间隙的空间利用率，从而可使磷酸铁锂保持在较高比容量的前提下，提高其压实密度。
1.一种磷酸铁锂正极材料，其特征在于，包括球形纳米颗粒和立方体纳米颗粒，所述球形纳米颗粒的平均粒径为0.4μm~1.1μm，所述立方体纳米颗粒的平均平均粒径为80nm~550nm，至少部分所述立方体纳米颗粒分布于所述球形纳米颗粒形成的间隙中。
2.根据权利要求1所述的磷酸铁锂正极材料，其特征在于，满足如下条件中的至少一者：
3.根据权利要求2所述的磷酸铁锂正极材料，其特征在于，满足如下条件中的至少一者：
4.根据权利要求1或2所述的磷酸铁锂正极材料，其特征在于，所述磷酸铁锂正极材料满足如下条件中的至少一者：
5.一种制备磷酸铁锂正极材料的方法，其特征在于，包括：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，满足如下条件中的至少一者：
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述第二前驱液的制备方法包括：
8.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，满足如下条件中的至少一者：
9.一种电极，其特征在于，包括权利要求1-4任一项所述的磷酸铁锂正极材料或通过权利要求5-8任一项所述的方法制备的磷酸铁锂正极材料。
10.一种电池，其特征在于，包括权利要求9所述的电极。
