[发明专利]三元正极材料及其制备方法、锂离子电池和电动汽车

权利要求书

1.一种三元正极材料，其特征在于，所述三元正极材料包括微米级的LiNi_1-x-y-zCo_xMn_yM_zO₂单晶颗粒结构，式中0.6≤1-x-y-z<1.0，0<x＜0.2，0<y＜0.3，0<z<0.1；所述单晶颗粒结构包括中心区域和表层区域，所述中心区域各元素的摩尔比满足Ni∶Co∶Mn∶M＝a1∶x1∶y1∶z1，所述表层区域各元素的摩尔比满足Ni∶Co∶Mn∶M＝a2∶x2∶y2∶z2，其中，0.85≤a1<1.0，0<x1≤0.1，0<y1≤0.15，0≤z1≤0.05，0.3≤a2≤0.7，0.2≤x2，y2≤0.4，0≤z2≤0.05，z1和z2不同时为0，a1/(a1+x1+y1+z1)＞a2/(a2+x2+y2+z2)，M选自Al、Mg、Ti、Ga、Nb、Zr、W、Mo和Ta中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的三元正极材料，其中，所述中心区域的镍元素摩尔量与镍钴锰元素总摩尔量的比值为0.85-1.0，所述表层区域的镍元素摩尔量与镍钴锰元素总摩尔量的比值为0.3-0.7。

3.根据权利要求1所述的三元正极材料，其中，所述中心区域的钴元素摩尔量与镍钴锰元素总摩尔量的比值为0.005-0.1，锰元素摩尔量与镍钴锰元素总摩尔量的比值为0.005-0.15；所述表层区域的钴元素摩尔量与镍钴锰元素总摩尔量的比值为0.2-0.4，锰元素摩尔量与镍钴锰元素总摩尔量的比值为0.2-0.4。

4.根据权利要求1所述的三元正极材料，其中，所述单晶颗粒结构的中值粒径满足D₅₀＝3-20μm。

5.根据权利要求1所述的三元正极材料，其中，所述单晶颗粒结构的中心区域的半径为2-18μm，所述表层区域的厚度为0.5-6μm。

6.一种三元正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将镍源、钴源和锰源和M源按照化学计量比Ni∶Co∶Mn∶M＝a1∶x1∶y1∶z1在容器A中配制成溶液A，按照化学计量比Ni∶Co∶Mn∶M＝a2∶x2∶y2∶z2：z2在另一容器配制成溶液B，其中，0.85≤a1<1.0，0<x1≤0.1，0<y1≤0.15，0≤z1≤0.05，0.3≤a2≤0.7，0.2≤x2,y2≤0.4，0≤z2≤0.05，z1和z2不同时为0，a1/(a1+x1+y1+z1)＞a2/(a2+x2+y2+z2)，M源选自Al、Mg、Ti、Ga、Nb、Zr、W、Mo和Ta的可溶性盐中的至少一种；

(2)将溶液A泵入含有碱溶液的反应容器中进行共沉淀反应，待溶液A加完后将溶液B泵入上述反应容器中继续进行共沉淀反应，制备得到前驱体材料；

(3)将步骤(2)得到的前驱体材料与锂盐混合，进行预烧结、粉碎得到材料A；

(4)将材料A与助溶剂混合并进行一次烧结、粉碎，然后洗涤去除助溶剂并烘干，得到材料B；

(5)将材料B进行二次烧结、冷却、破碎得到单晶颗粒结构的三元正极材料。

7.根据权利要求6所述的三元正极材料的制备方法，其中，步骤(1)中，所述镍源为硫酸镍、硝酸镍、乙酸镍和氯化镍中的至少一种；所述钴源为硫酸钴、硝酸钴、乙酸钴和氯化钴中的至少一种；所述锰源为硫酸锰、硝酸锰、乙酸锰和氯化锰中的至少一种。

8.根据权利要求6所述的三元正极材料的制备方法，其中，步骤(2)中，溶液A泵入含有碱溶液的反应容器中的速度为1-10L/h，溶液B泵入容器A中的速度为0.5-8L/h；

所述碱溶液为含有共沉淀剂和络合剂的水溶液；所述共沉淀剂选自氢氧化钠、碳酸氢铵、碳酸氢钠、草酸铵和草酸钠中的一种或多种，所述络合剂为氨水。