[发明专利]一种三维有序结构的三元正极材料及其制备方法与应用

权利要求书

1.一种三维有序结构的三元正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）取苯乙烯溶液加入水和聚乙烯吡咯烷酮（PVP）混合，在保护气氛下，加入引发剂进行反应使得苯乙烯聚合，从而合成PS球；将含所述PS球的反应液经固液分离，收集下层固体经真空干燥及破碎处理，得到PS模板颗粒，备用；

（2）按照选定材料的组成的配比，合成如Ni_xCo_yMn_1-x-y(OH)₂所示结构的前驱体，并将所述前驱体和锂盐经混合后在氧气气氛下进行煅烧，得到所需三元正极材料，备用；

（3）将上述合成的三元正极材料经破碎至微米级别，并分散于聚乙烯吡咯烷酮溶液中分散均匀；随后将步骤（1）制备的所述PS模板颗粒浸渍于上述溶液中，经过筛并煅烧去除PS模板，即得；

所得三维有序结构的三元正极材料具有如LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂所示化学式的结构；

其中，0.00x1.00、0.00y1.00；

所述正极材料的SEM图具有三维骨架结构。

2.根据权利要求1所述三维有序结构的三元正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，所述合成PS球的步骤中，控制反应时间为24小时，气体流量为10 L/min，从而合成粒径为3-5微米的PS球。

3.根据权利要求1或2所述三维有序结构的三元正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，所述苯乙烯、水和聚乙烯吡咯烷酮的质量比为（3+a）：100：（1+b），其中0≤a≤10，0≤b≤10。

4.根据权利要求1或2所述三维有序结构的三元正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中，所述前驱体Ni_xCo_yMn_1-x-y(OH)₂的合成步骤包括：取可溶性钴盐、镍盐和锰盐溶于水中，并加入氨水调节反应液pH10.0-12.4，于60-80℃进行保温反应10-24小时。

5.根据权利要求4所述三维有序结构的三元正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中，控制溶液中金属离子的浓度为1.0-3.0mol/L，其中，溶液中镍离子、钴离子和锰离子的摩尔比为x：y：（1-x-y），其中0.00x1.00，0.00y1.00。

6.根据权利要求1所述三维有序结构的三元正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中，所述煅烧步骤的烧结温度为720-950℃，控制升温速率为2-10℃/min，保温时间为10-24h，氧气的气数为1-20ml/min。

7.根据权利要求1所述三维有序结构的三元正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中，所述三元正极材料和所述PS模板颗粒的质量比为（1+c）：4，其中0≤c＜4。

8.根据权利要求1或7所述三维有序结构的三元正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中，所述煅烧步骤的温度为100-130℃，煅烧时间为5-9h，煅烧气氛为空气气氛。

9.权利要求1-8任一项所述制备方法得到的三维有序结构的三元正极材料用于制备锂离子电池正极或锂离子电池的用途。