[发明专利]一种介孔硅酸铝锂包覆的掺杂型单晶三元正极材料及其制备方法

权利要求书

1.一种介孔硅酸铝锂包覆的掺杂型单晶三元正极材料的制备方法，其特征在于：通过原位掺杂共沉淀-高温固相法获得单晶的掺杂型镍钴锰酸锂基材，再通过模板-溶胶-凝胶-低温回火工艺包覆具有高速锂离子和电子通道的介孔硅酸铝锂层得到；

所述原位掺杂共沉淀为将镍源、钴源、锰源、掺杂元素源混合，在络合剂和碱性条件水体系中反应沉淀，得到掺杂型的镍钴锰氢氧化物前驱体；

所述高温固相法包括以下步骤：将原位掺杂共沉淀得到的产物与锂源混合，空气气氛中烧结，工艺为：1～10℃/min的升温速度升温至300～800℃，恒温烧结3～8h；再以1～10℃/min的升温速度升温至850～1000℃，恒温烧结8～14h，自然降温至室温，获得单晶的掺杂型镍钴锰酸锂基材；

所述通过模板-溶胶-凝胶-低温回火工艺包覆具有高速锂离子和电子通道的介孔硅酸铝锂层，具体包括以下步骤：将正硅酸乙酯的乙醇溶液、含有Al₂O₃和介孔模板剂的乙醇溶液混合，搅拌得到混合液；再将掺杂型镍钴锰酸锂基材加入混合液中，滴加氢氧化锂水溶液，搅拌反应0 .5～3h，分离，干燥；气氛炉中，空气气氛下，以1～10℃/min的升温速度升温至350～750℃恒温烧结3～8h，自然降温至室温，得到介孔硅酸铝锂包覆的掺杂型单晶三元正极材料；

所述镍源、钴源、锰源、掺杂元素源中镍元素、钴元素、锰元素、掺杂元素的摩尔比为0.55：x：y：(1-x-y)，其中0 .1≤x≤0 .2，0 .25≤y≤0 .35；

所述介孔硅酸铝锂包覆的掺杂型单晶三元正极材料的化学式为LiNi_{0 .55}Co_xMn_yM_1-x-yO₂@(LiAlSi₂O₆)_z，其中，0 .006≤z≤0 .001，M为Al、Zr或Mg。

2.根据权利要求1所述的介孔硅酸铝锂包覆的掺杂型单晶三元正极材料的制备方法，其特征在于：所述的镍源为硫酸镍或醋酸镍；所述的钴源为硫酸钴或醋酸钴；所述的锰源为硫酸锰或醋酸锰；所述的掺杂元素源为硫酸铝、硫酸镁或硫酸锆；所述的络合剂为氨水；所述的碱性条件通过添加氢氧化钠调节。

3.根据权利要求1所述的介孔硅酸铝锂包覆的掺杂型单晶三元正极材料的制备方法，其特征在于：所述得到的掺杂型的镍钴锰氢氧化物前驱体，其化学式为Ni_0.55Co_xMn_yM_1-x-y(OH)₂，平均粒径为3～6μm。

4.根据权利要求1所述的介孔硅酸铝锂包覆的掺杂型单晶三元正极材料的制备方法，其特征在于：所述产物与锂源的用量摩尔比为Li/Me＝1 .01:1～1 .10:1，其中Li是锂源中的锂元素，Me是产物中的镍元素、钴元素、锰元素、掺杂元素的摩尔量之和；所述的锂源为碳酸锂、氢氧化锂、醋酸锂和草酸锂中的至少一种；所述基材的化学式为LiNi_{0 .55}Co_xMn_yM_1-x-yO₂，其中0 .1≤x≤0 .2，0 .25≤y≤0 .35。

5.根据权利要求1所述的介孔硅酸铝锂包覆的掺杂型单晶三元正极材料的制备方法，其特征在于：所述基材、乙醇的质量比为1:1～1:5；所述的基材与正硅酸乙酯、Al₂O₃和氢氧化锂的摩尔比为1000:(2～12):(0 .5～3):(1～6)；所述的介孔模板剂为十六胺、十八胺中的至少一种。

6.一种介孔硅酸铝锂包覆的掺杂型单晶三元正极材料，其特征在于根据权利要求1～5任一项所述的制备方法得到；其化学式为LiNi_{0 .55}Co_xMn_yM_1-x-yO₂@(LiAlSi₂O₆)_z，其中，0 .1≤x≤0 .2，0 .25≤y≤0 .35，0 .006≤z≤0 .001，M为Al、Zr或Mg。