[发明专利]一种三元正极材料及其制备方法

权利要求书

1.一种三元正极材料，其特征在于，所述三元正极材料为内部空心的球形颗粒，其包括：

致密内层，所述致密内层形成所述内部空心；以及多孔外层；

所述三元正极材料由前驱体制备得到，所述前驱体为具有四层结构的球形颗粒，所述四层结构由内到外分别为：

内核：具有疏松多孔结构，直径2～3μm，由厚度8～12nm、长度200～500nm的片状一次晶粒构成；

第一中间层：具有致密结构，厚度1～2μm，由厚度80～300nm、长度500～1000nm的片状一次晶粒构成；

第二中间层：具有疏松多孔结构，厚度0.5～1μm，由厚度8～12nm、长度200～500nm的片状一次晶粒构成，以及；

外壳：具有致密结构，厚度0.5～1μm，由厚度80～300nm、长度500～1000nm的片状一次晶粒构成；

所述第一中间层和外壳的致密结构中掺杂锆。

2.根据权利要求1所述的三元正极材料，其特征在于，所述球形颗粒的平均直径为6～12μm，所述内部空心的平均直径占球形颗粒平均直径的1/4～3/5。

3.根据权利要求1所述的三元正极材料，其特征在于，所述三元正极材料的一次晶粒呈放射状排列。

4.根据权利要求1所述的三元正极材料，其特征在于，所述锆的掺杂量为0.08～0.3％。

5.根据权利要求1所述的三元正极材料，其特征在于，所述前驱体由通式Ni_xCo_yMn_zZr_k(OH)₂表示，其中0.3＜x＜0.7，0.1＜y＜0.3，0.1＜z＜0.3，0.001＜k＜0.003。

6.一种制备如权利要求1-5任一项所述的三元正极材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将含有镍、钴、锰的混合金属盐溶液、络合剂、沉淀剂、氧化剂混合，使反应液富氧，控制反应pH为12.0～13.0，得到内核产物；

(2)将含有镍、钴、锰、锆的混合金属盐溶液、络合剂、沉淀剂与步骤(1)中的内核产物混合，使反应液贫氧，控制反应pH为12.0～12.2并小于步骤(1)中pH值，得到具有第一中间层的双层结构产物；

(3)将含有镍、钴、锰的混合金属盐溶液、络合剂、沉淀剂、氧化剂与步骤(2)中的双层结构产物混合，使反应液富氧，控制反应pH为9.5～10.5，得到具有第二中间层的三层结构产物；

(4)将含有镍、钴、锰、锆的混合金属盐溶液、络合剂、沉淀剂与步骤(3)中的三层结构产物混合，使反应液贫氧，控制反应pH为12.0～12.2并小于步骤(1)中pH值，得到具有四层结构的前驱体；

(5)将步骤(4)中的前驱体与锂盐进行一次烧结，得到所述三元正极材料。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)和(3)中含有镍、钴、锰的混合金属盐溶液的浓度为0.5～3mol/L。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)和(4)中的含有镍、钴、锰、锆的混合金属盐溶液中锆元素的质量占金属元素总质量的0.2～0.5％。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中反应温度为25～50℃。

10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中反应温度为55～70℃。

11.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中反应温度为25～50℃。

12.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中反应温度为55～70℃。