科创中国

本发明公开了一种层状有序@无序核壳结构锂离子电池正极材料的及其制备方法和应用,属于锂离子电池正极材料技术领域。本发明采用高温熔盐法,其制备工艺如下:首先采用共沉淀法制备氢氧化物前驱体或者碳酸盐前驱体,然后通过高温煅烧制备层状有序氧化物Li(NixCoyMn1 x y)O2,再将其与适量熔盐均匀混合并高温煅烧,提取层状有序结构Li(NixCoyMn1 x y)O2表面的锂/氧即得到Li(NixCoyMn1 x y)O2@Li1 m(NixCoyMn1 x y)1+mO2核壳结构材料。该方法可以在高温熔盐工段通过调控熔盐比例与煅烧温度,制备出不同壳层厚度的核壳结构氧化物材料,且具有优异的循环稳定性,可以有效应用于锂离子电池的制备

本发明公开了一种层状有序@无序核壳结构锂离子电池正极材料的制备方法，包括：采用共沉淀法制备氢氧化物前驱体或者碳酸盐前驱体，然后通过高温煅烧制备层状有序氧化物Li(NixCoyMn1-x-y)O2，再将层状有序氧化物Li(NixCoyMn1-x-y)O2与适量熔盐均匀混合并进行高温煅烧，提取层状有序结构Li(NixCoyMn1-x-y)O2表面的锂/氧即制得层状有序@无序核壳结构锂离子电池正极材料Li(NixCoyMn1-x-y)O2@Li1-m(NixCoyMn1-x-y)1+mO2，其中，0.05≤m≤0.15，0.60≤xm≤1.00；0.00≤ym≤0.40。

电池作为电能存储和转化的重要装置，是多年来人们使用电能的主要方式。如今，市场上的电池主要包括镍镉电池、铅酸电池和锂离子电池等。其中，锂离子电池由于能量密度高、无记忆效应、自放电效应小和循环寿命长等优势，广泛应用于便携式电子设备、军事装备、智能电网、航空航天、电动汽车等众多领域。然而，随着移动能源存储、动力电池的应用及相关技术领域的推陈出新，人们对锂离子电池的能量密度、倍率性能、续航能力、使用成本和安全性提出了更高的要求。锂离子电池主要包括正极、负极、隔膜和电解液等四部分，其中，正极材料的比容量相对于负极材料较低，限制了锂离子电池的整体性能。故提高锂离子电池正极材料的性能具有重大价值和现实意义。

高镍层状三元正极材料Li(NixCoyMn1-x-y)O2(x≥0.6，简称NCM，空间群)因价格低廉、容量高、能量密度高等优势而具有良好的应用前景。提高镍含量可以增加材料的比容量。例如，当镍含量为0.8时，层状三元材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(NCM811)的放电比容量约200mAh g-1，远高于其它传统正极材料，例如LiCoO2(约150mAh g-1)、LiFePO4(约160mAh g-1)等。因此，高镍三元材料是未来锂离子电池材料及技术发展的必然趋势。

尽管高镍层状三元材料展现出较高的放电比容量，但其循环寿命较差，限制其商业化应用。主要由于高镍材料结构不稳定和表面化学性质不稳定造成。在电化学循环过程中，高镍层状结构易发生不可逆的结构变化，降低其电化学活性。另一方面，高镍材料表面的残锂与空气中的CO2、H2O发生反应，易生成Li2CO3和LiOH等杂相，增加正极材料的界面阻抗。故提高结构和表面化学稳定性，是提升高镍层状三元材料电化学循环性能的关键。目前制备高镍层状三元材料一般分为两个工段：共沉淀法制备前驱体，高温固相法制备嵌锂氧化物。高温固相反应需要在氧气氛围中进行，以将前驱体中的二价镍氧化成三价。该方法得到的材料表面化学性质不稳定，易生成氢氧化锂和碳酸锂等杂质，严重影响其电化学性能。

本发明在锂离子正极材料制备技术领域有着广泛的应用前景。

发明人：王苏宁 滑纬博 刘来君 

西安交通大学（Xi’an Jiaotong University），简称“西安交大”，位于陕西省西安市，是中华人民共和国教育部直属的综合性研究型全国重点大学，由教育部与国家国防科技工业局共建，位列国家“双一流”， 首批进入国家“211工程”和“985工程”，是国家“七五”“八五”重点建设高校，入选“珠峰计划”“强基计划”“2011计划”“111计划”、卓越工程师教育培养计划、卓越医生教育培养计划、卓越法律人才教育培养计划，是环太平洋大学联盟、九校联盟（C9） 、中国大学校长联谊会、全球能源互联网大学联盟、中俄综合性大学联盟 、中俄交通大学联盟、CDIO工程教育联盟、丝绸之路大学联盟成员高校，是中国人工智能教育联席会理事长单位、学位授权自主审核单位，是中国三所开设少年班高校之一。

采用高温熔盐法，首先采用共沉淀制备出前驱体材料，再混锂煅烧得到层状有序结构的高镍正极材料，然后再与适量的熔盐混合均匀，经高温煅烧，提取晶体表面的Li/O，得到层状有序@无序核壳结构氧化物材料。该制备方法可通过调节高温熔盐工段的温度以及熔盐比例，制备得到不同壳层厚度的核壳结构材料。且该方法制得的材料颗粒分布均匀，粒径大小可控，批次均一性高。本发明所述方法工艺流程简单可控，易于操作，材料表面化学和晶体结构稳定，有利于工业化生产。

经本发明制备的层状有序@无序核壳结构正极材料电化学性能优异，在2.0～4.3V、0.1C电流密度下首次放电容量达183～228mAh g-1，循环50次后，容量保持率达91％。因此能够有效应用于锂离子电池的制备。

为促进科学技术产业化的发展，希望能够充分利用对方广泛的市场资源优势和科研平台能力，实现技术研发与市场营运的直接联盟。为使新技术尽快转化为生产力，希望实行技术合作开发联营生产和产值提成的方式紧密合作。希望合作方能够负责组建生产公司及工商、税务经营手续和必要的启动资金；在双方合作期间，我方对该产品不断创新和改进。

企业实施科技成果转移转化，采取以下方式并达到相应的目的：

一是开发新的产品或服务，以培育新的市场竞争力；

二是开发新的工艺，以提质、降本、降耗、增能、增效；

三是完善管理，优化流程，以强化对企业生产经营的控制力；

四是进入新的市场，以扩大市场规模；

五是培育新的能力，以取得新的优势；

六是完善经营管理的体制机制，以提高效益。

希望与企业、科学技术研究开发机构、高等学校和其他组织建立优势互补、分工明确、成果共享、风险共担的合作机制，按照市场机制联合组建研究开发平台、技术创新联盟、创新联合体等，协同推进研究开发与科技成果转化。