[发明专利]一种具有核壳结构的NCMA正极材料及其制备方法

权利要求书

1.一种具有核壳结构的NCMA正极材料，其特征在于：该正极材料为具有核壳结构的锂镍钴锰铝金属氧化物，化学通式为LiNi_xCo_yMn_zAl_1-x-y-zO₂，其中x、y、z满足以下条件：0.8≤x＜1，0＜y＜0.2，0≤z＜0.2，且x+y+z＜1；

所述正极材料的内核为含锂的镍钴锰氧化物，化学通式为LiNi_aCo_bMn_1-a-bO₂，0.8≤a＜1，0＜b＜0.2，其中a+b＜1；所述正极材料的外壳为含锂的镍钴铝氧化物，化学通式为LiNi_cCo_dAl_1-c-dO₂，其中0.8≤c＜1，0＜d＜0.2，外壳层厚度占整个核壳结构材料粒径的5~45%。

2.一种具有核壳结构的NCMA正极材料的制备方法，其特征在于：包括：

步骤一、配置摩尔浓度为1.0~2.5mol/L的三元镍钴锰金属盐溶液，并配置摩尔浓度为1.0~2.5mol/L的二元镍钴金属盐溶液；

配制摩尔浓度为2~10mol/L的氢氧化钠或氢氧化钾溶液作为沉淀剂；

配置摩尔浓度为1.0~8.0mol/L的氨水溶液作为络合剂；

步骤二、在50~80℃的热纯水中加入铝可溶性金属盐，搅拌均匀至完全溶解，配制得到铝浓度为4~10g/L的铝液；

步骤三、向反应体系中加入纯水和络合剂，开启搅拌配制成底液，底液中的铵浓度为0.15~0.6mol/L；持续通入氮气或惰性气体，加入沉淀剂调节底液的pH值为11.0~13.0，并控制反应体系温度为40~65℃；

步骤四、将配制好的三元镍钴锰金属盐溶液、沉淀剂和络合剂注入到步骤三的所述底液中；控制反应溶液的pH值为11.0~13.0，反应溶液中的铵离子浓度控制在0.25~0.45mol/L，反应体系的温度维持40~65℃，进行阶段I反应，待粒度达到内核粒径要求，即暂停反应；

步骤五、暂停注入三元镍钴锰金属盐溶液，向反应体系中注入所述二元镍钴金属盐溶液，注入沉淀剂和络合剂调节反应溶液的pH值为11.5~12.5，反应溶液中的铵离子浓度控制在0.35~0.55mol/L，反应体系的温度控制在50~75℃；

然后向反应体系注入步骤二配制的铝液，进行阶段Ⅱ反应，当粒度生长达到外壳厚度要求，即结束反应，完成前驱体的合成；

步骤六、通过洗涤、干燥后得到具有核壳结构的NCMA前驱体材料；

步骤七、将步骤六得到的NCMA前驱体材料与锂源相混合，在氧气气氛下进行烧结，得到具有核壳结构的NCMA正极材料。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：

所述金属盐溶液为硫酸盐、氯化盐、硝酸盐、醋酸盐中的一种或多种；

所述铝可溶性金属盐为硫酸铝、硝酸铝、氯化铝、偏铝酸钠的一种或多种；

所述络合剂还包括EDTA、柠檬酸、草酸中的一种或多种；

所述惰性气体为氩气、氦气中的一种。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述阶段I的搅拌速度300~750rpm，所述阶段Ⅱ的搅拌速度250~500rpm。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤六中，所述核壳结构的NCMA前驱体材料的平均粒径为8um≤D50≤18um，粒度分布径距为0.4≤span≤0.7，振实密度为1.75≤TD≤2.15g/cm³，比表面积为8m²/g≤BET≤20m²/g。

6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤七中，所述氧气气氛的氧浓度大于90%，所述烧结的过程包括升温和恒温烧结两个过程，升温速率为5~10℃/min，升温至550~850℃，然后恒温烧结8~20h。

7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤七中，所述锂源为LiOH·H₂O、Li₂CO3、Li₂O中的一种或多种；所述锂源中Li元素的摩尔量按照n(Li)= (Li/Me)×n(Ni+Co+Mn+Al)计算，式中n表示元素的摩尔量，Li/Me表示所加入的锂源中Li元素摩尔量与加入到前驱体中的金属元素 Ni+Co+Mn+Al摩尔总量的设计比值，该比值范围为1.02~1.18。