[发明专利]一种无钴高镍三元梯度锂离子电池正极材料及其制备方法

权利要求书

1.一种无钴高镍三元梯度锂离子电池正极材料，其特征在于，所述正极材料包括本体材料和包覆材料；

所述本体材料的化学式为LiNi_xM_yMn_zO₂，其中，0.7≤x≤0.9，0.05≤z≤0.2，x+y+z＝1；M为Zr、V、Mg、Al、Sr、La、Ce、W或Zn中的一种；

所述本体材料中Ni元素的含量由材料内部到表面逐渐降低，Mn元素的含量由材料内部到表面逐渐升高，M元素的含量在材料中分布均匀；

所述包覆材料为Li₂TiO₃和Li₂ZrO₃；所述包覆材料中Ti元素和Zr元素的摩尔比为3～7：1～5。

2.根据权利要求1所述的一种无钴高镍三元梯度锂离子电池正极材料，其特征在于，所述包覆材料占本体材料的质量分数为0.8～8wt％。

3.根据权利要求2所述的一种无钴高镍三元梯度锂离子电池正极材料，其特征在于，所述正极材料的平均粒径为2～12μm。

4.权利要求1～3任一项所述的一种无钴高镍三元梯度锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将镍盐、锰盐溶于水中，得到高镍的混合溶液A；

将镍盐、锰盐、M盐溶于水中，得到中镍的混合溶液B；

将镍盐、锰盐、M盐溶于水中，得到低镍的混合溶液C；

(2)将混合溶液A、氢氧化钠溶液和氨水混合，在保护气体下进行第一次共沉淀反应；再加入混合溶液B，在保护气体下进行第二次共沉淀反应；然后加入混合溶液C，在保护气体下进行第三次共沉淀反应；

(3)将步骤(2)的反应产物进行陈化、过滤、烘干，得到本体材料前驱体；

(4)将钛酸四丁酯、五水合硝酸锆和无水乙醇的混合溶液加入本体材料前驱体的无水乙醇溶液中，加热蒸干无水乙醇，得到氧化物包覆本体材料前驱体；将氧化物包覆本体材料前驱体与一水合氢氧化锂研磨20～50min后，于氧气氛围中烧结，得到无钴高镍三元梯度锂离子电池正极材料。

5.根据权利要求4所述的一种无钴高镍三元梯度锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，混合溶液A中镍和锰的摩尔比为8～9：1～2，镍和锰的总摩尔浓度为3～4.5mol/L；混合溶液B中镍、锰、M的摩尔比为4～6：2～5：1～3，镍、锰、M的总摩尔浓度为2～3mol/L；混合溶液C中镍、锰、M的摩尔比为1：1：1，镍、锰、M的总摩尔浓度为0.8～1.5mol/L。

6.根据权利要求4或5所述的一种无钴高镍三元梯度锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，三次共沉淀反应的反应条件独立的为：使用1～5mol/L的氢氧化钠溶液控制反应过程的pH为10～12，使用1～4mol/L的氨水控制反应过程的氨水浓度为1～4mol/L，反应的温度为40～60℃，反应的时间为2～12h，反应的保护气体为氮气或氩气。

7.根据权利要求6所述的一种无钴高镍三元梯度锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，混合溶液B和混合溶液C的加入速度独立的为0.1～1L/h。

8.根据权利要求4或7所述的一种无钴高镍三元梯度锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，氧化物包覆本体材料前驱体和一水合氢氧化锂中的(Ni+M+Mn)、(Ti+Zr)、Li的摩尔比为1：0.005～0.1：1～2.2。

9.根据权利要求4或5所述的一种无钴高镍三元梯度锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，烧结为两段烧结，第一段烧结为400～500℃烧结2～6h，第二段烧结为700～900℃烧结10～15h。