[发明专利]一种高镍锂离子正极材料及其制备方法

权利要求书

1.一种高镍锂离子正极材料，其特征在于，分子式为LiNi_xCo_yMn_1-x-y-z M_zO₂，其中，x≥0.6，0＜y≤0.2，0＜z≤0.1，M为掺杂元素，所述的锂离子正极材料是由一次颗粒聚集而成的球状形的二次颗粒。

2.如权利要求1所述的一种高镍锂离子正极材料，其特征在于，所述高镍锂离子正极材料的结构可以是均相结构、核壳结构、浓度梯度结构。

3.如权利要求1所述的一种高镍锂离子正极材料，其特征在于，M为掺杂元素，包括Al、Mg、Ti、Nb、Ta、Y 、Zr、V、Cr、Zn、W、Mo、Ru、Ir、Ca、Sr、Ba的氧化物、卤化物、氢氧化物、金属有机物、硝酸盐、硫酸盐、碳酸盐、磷酸盐、草酸盐或与其他金属元素的复合氧化物或金属氟化物的一种或者多种的混合物。

4.一种高镍锂离子正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步，高镍正极材料前驱体制备：

溶液配制：按照按摩尔比Ni:Co:Mn=x:y:1-x-y配制成混合盐溶液A1,使该盐溶液中金属离子浓度为0.5~4 mol/L；配制浓度为4~10 mol/L的碱溶液，配制浓度为10%~25%的络合剂溶液，将碱溶液与络合剂溶液按体积比v：1-v均匀混合（0.6≤v≤0.9）形成混合溶液B；

反应釜底液的配制及反应釜条件的控制：反应容器中注入一定容量去离子水,并用碱溶液调节底液的pH值为8~11，并保持反应容器内的温度为40~70 ℃,同时通入惰性气体，并贯穿整个反应过程；

前驱体反应：向反应容器内加入盐溶液A1，进料速度控制在0.1~20L/h，同时缓慢加入碱液与络合剂的混合溶液，控制反应容器内的pH值为9~12，反应容器内温度为40~70 ℃，搅拌速率为300~800 rpm，

陈化过程：在盐溶液A1进料结束后，停止碱液与络合剂的混合溶液的加入，继续保持加热，搅拌，通气，搅拌速率适当下调，使反应容器内的反应进行得更加充分，陈化时间持续10~24h，得到溶液C;

固液分离：将步骤d）中反应容器内溶液C用容器接出，静止一段时间待固液分离后，将上层溶液去除，用去离子水多次洗涤固液分离所得的二元正极材料前驱体沉淀，直至溶液C的pH值呈中性，去除去离子水后，将溶液干燥后即可得到所需的前驱体A2，化学式为Ni_xCo_yMn_1-x-y-zM_z(OH)₂；

第二步：锂离子二次电池正极材料的制备

配锂分段烧结：将步骤一得到的前驱体A1破碎、过筛、除铁后，将锂源物质、前驱体A1按照（1.02~1.15）:1的比例进行混合，控制烧结温度为400~900 ℃，保温段数为2~4段，保温时间为1~10h，烧结总时间为6~30 h，烧结过程通入氧气，将烧结后的物料破碎、过筛、除铁，得到材料B。

5.如权利要求5所述的一种高镍锂离子正极材料，其特征在于，所述步骤a中的盐溶液为镍盐、钴盐、锰盐溶液为硫酸盐、硝酸盐和氯化盐中的一种或一种以上混合溶液。

6.如权利要求5所述的一种高镍锂离子正极材料，其特征在于，所述步骤a中的碱溶液为氢氧化钠、氢氧化钾和氢氧化锂中的一种或多种混合，所述络合剂为氨水、碳酸氢铵、硫酸铵、碳酸铵、和乙二胺四乙酸二钠中的一种或多种混合。

7.如权利要求5所述的一种高镍锂离子正极材料，其特征在于，所述步骤c中，当正极材料结构为均相结构时，向反应容器中加入盐溶液，当正极材料结构为核壳结构时，向反应容器按先后顺序分别加入盐溶液和不同壳层的盐溶液；当正极材料为浓度梯度结构时，向反应容器中先加入高镍材料，与此同时，将高锰材料加入到高镍材料溶液中，使得两种溶液材料同时反应。

8.如权利要求5所述的一种高镍锂离子正极材料，其特征在于，合成前驱体A的pH范围为9~12；,所述前驱体A的D50范围为6~20 μm。