[发明专利]一种提升安全和循环性能的锂离子电池正极材料及制备方法

权利要求书

1.一种提升安全和循环性能的锂离子电池正极材料，其特征在于该材料通式为LiNi_1-x-y-z-uCo_xMn_yAl_zZ_uO₂@M_aO_b@LiNi_1-c-dCo_cMn_dO₂，其中0＜x≤0.10，0＜y≤0.05，0＜z≤0.05，0＜u≤0.05，0＜a≤2，0＜b≤3，0＜c≤0.3，0＜d≤0.3。

2.按照权利要求1所述的一种提升安全和循环性能的锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于步骤如下：

(1)配制盐溶液：将一定的摩尔比的可溶性镍盐、钴盐和锰盐溶于去离子水中，形成混合溶液A，将一定摩尔比的混合可溶性镍盐、钴盐、锰盐和铝盐溶于去离子水中，形成混合溶液B，所述的镍盐、钴盐、锰盐、铝盐为硫酸盐、氯化盐、硝酸盐、乙酸盐中的任意一种；

(2)配制碱溶液：将一定量的NaOH和氨水分别溶于去离子水中，分别形成混合液C和混合溶液D；

(3)制备核壳结构的镍钴锰铝氢氧化物前驱体：在间歇式反应容器中加入步骤(1)中配置好的混合溶液A，将搅拌频率控制在合理范围内，将步骤(2)中的混合溶液C和混合溶液D分别加入到间歇式反应容器中，调节溶液的pH至合适的范围，控制反应温度和搅拌速率，反应的整个过程通惰性气体保护，反应一段时间待晶核D50生长到一定大小时加入步骤(1)中的溶液B，继续搅拌反应生长，待晶体D50生长到一定大小时反应结束，将得到的沉淀过滤、洗涤，在80-200℃下干燥4-8h制备得到核壳结构的前驱体；

(4)热处理方法：将步骤(3)中得到的核壳结构的前驱体在一定温度下进行预烧；

(5)将步骤(4)中的预烧的前驱体与锂源和金属化合物Z分别按一定的摩尔比和质量比在混料机中混合均匀，将混合均匀的材料在高温炉中烧结，气氛为含氧气氛，高温炉以一定的升温速率升温至烧结温度，保温若干时间，材料随炉冷却后进行破碎、粉碎；

(6)将步骤(5)中粉碎后的材料以一定的水温和物料比进行洗涤、烘干；

(7)将步骤(6)中烘干的材料与占正极材料质量比0.01％～1％的M化合物，M为B、Zr、Ti、La、V、Mo、Cr中的一种或多种，在混合机中混合均匀，然后在氧气气氛下进行二次烧结；

(8)将(7)中得到的材料与单晶镍钴锰酸锂正极材料复合然后在氧气气氛下进行三次烧结，最后筛分得到最终正极材料。

3.根据权利要求2所述的一种提升安全和循环性能的锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中混合溶液A和混合溶液B的摩尔浓度为0.1～2mol/L。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中溶液C的浓度是0.4～10mol/L。

5.根据权利要求2所述的一种提升安全和循环性能的锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中控制搅拌速率，使得每单位体积溶液所获得的功率在0.3-6kW/m³，控制pH的范围为9.5-13，控制反应温度为50～80℃，晶核生长的D50为0.5-10μm，晶体生长的D50为2-30μm。

6.根据权利要求2所述的一种提升安全和循环性能的锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中预烧温度为200-600℃。

7.根据权利要求2所述的一种提升安全和循环性能的锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)中锂源为碳酸锂、氢氧化锂、硝酸锂、氯化锂中任意一种或多种，金属化合物Z为金属Mg、Ca、Sr、Ba、Zr、Nb、Ti、V、Mo化合物中的任意一种或多种，锂源与前驱体的摩尔比为0.95-1.5，碱金属化合物与前驱体的质量比为0.01％-1％，含氧气氛的氧含量的体积分数为20-99.99％，升温速率的范围为1-10℃/min，烧结温度为600-1000℃，保温时间为6-20h。