(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111504834.2 (22)申请日 2021.12.10 (71)申请人 清华大学深圳国际研究生院 地址 518055 广东省深圳市南 山区西丽 街 道深圳大 学城清华校区A栋2 楼 (72)发明人 高子耀　赵成龙　周楷　章立寒　 邓先明　李宝华　 (74)专利代理 机构 深圳市鼎言知识产权代理有 限公司 4 4311 代理人 曾昭毅　郑海威 (51)Int.Cl. H01M 4/505(2010.01) H01M 4/485(2010.01) H01M 4/525(2010.01) H01M 4/131(2010.01)H01M 4/1391(2010.01) H01M 10/0525(2010.01) (54)发明名称 正极活性材料及其制备方法、 正极、 锂离子 电池 (57)摘要 一种正极活性材料的制备方法， 包括： 混合 水和金属核体， 得到分散液； 向所述分散液中加 入沉淀剂和过渡 金属盐， 得到正 极活性材料前驱 体； 混合所述正极活性材料前驱体和锂盐， 得到 混合物； 及在含氧气的气氛下， 对所述混合物进 行烧结处理， 得到所述正 极活性材料， 其中， 所述 正极活性材料包括金属核体和包覆于所述金属 核体表面的过渡 金属氧化物层， 所述金属核体发 生高温扩散形成有中心孔， 所述过渡 金属氧化物 层中掺杂有锂离子， 所述金属核体的金属离子的 浓度沿远离中心孔的方向递减。 本申请还提供一 种正极活性材料， 含有所述正极活性材料的正 极， 及应用所述正极的锂离子电池。 本申请的锂 离子电池具有能量密度高和循环稳定性佳的优 点。 权利要求书2页 说明书11页 附图8页 CN 114204010 A 2022.03.18 CN 114204010 A 1.一种正极活性材 料的制备 方法， 包括以下步骤： 提供金属核体、 过渡金属盐、 沉淀剂、 锂盐及水， 所述金属核体为金属氧化物、 金属卤化 物、 及类金属氧化物中的至少一种； 混合所述水、 和金属核体， 得到分散液； 向所述分散液中加入沉淀剂和过渡金属盐， 得到正极活性材料前驱体， 其中， 所述正极 活性材料前驱体包括所述金属核体和包覆于所述金属核体表面的过渡金属氢 氧化物层； 混合所述 正极活性材 料前驱体和锂盐， 得到混合物； 及 在含氧气的气氛下， 对所述混合物进行烧结处理， 得到所述正极活性材料， 其中， 所述 正极活性材料包括金属核体和包覆于所述金属核体表面的过渡金属氧化物层， 所述金属核 体形成有中心孔， 所述过渡金属氧化物层中掺杂有锂离子， 所述金属核体的金属离子的浓 度沿远离中心孔的方向递减。 2.根据权利要求1所述的正极活性材料的制备方法， 其特征在于， 所述金属氧化物为 Al2O3、 ZrO2、 TiO2、 MnO、 CoO、 Co3O4、 MnO2、 MgO、 ZnO、 B2O3、 WO3、 MoO3、 HfO2、 Ta2O5、 SnO2、 Sb203、 Sb2O5、 La2O3、 Lu2O3中的至少一种； 和/或 所述金属卤化物为AlX3、 ZrX4、 TiX4、 MnX2、 CoX2、 CoX4、 MnX4、 MgX2、 ZnX2、 BX3、 WX6、 MoX6、 HfX4、 TaX5、 SnX4、 SbX3、 SX5、 LaX3、 及LuX3中的至少一种， 其中， X 可为Cl、 Br、 F、 或I； 和/或 所述类金属氧化物为 二氧化硅； 和/或 所述分散液中的金属核体的浓度为0.01～0.4mo l/L； 和/或 所述金属核体的平均粒径为0.1～ 2 μm； 和/或 所述金属核体为球形、 类 球形、 或不 规则的颗粒状。 3.根据权利要求1所述的正极活性材料的制备方法， 其特征在于， 所述过渡金属盐为 NiSO4、 NiSO4·6H2O、 Ni(NO3)2、 Ni(NO3)2·6H2O、 NiSO4、 NiSO4·6H2O、 MnSO4、 MnSO4·4H2O、 Mn (NO3)2、 Mn(NO3)2·6H2O、 CoSO4、 CoSO4·6H2O、 Co(NO3)2、 Co(NO3)2·6H2O、 AlCl3、 及AlF3中的至 少一种； 和/或 所述过渡金属氢氧化物层中的过渡金属氢氧化物为Ni(OH)2、 Mn(OH)2、 Al(OH)3、 及Co (OH)2中的至少一种； 和/或 所述过渡金属氢 氧化物层的厚度为10～3 0 μm。 4.根据权利要求1所述的正极活性材料的制备方法， 其特征在于， 所述过渡金属氧化物 层中的过渡金属氧化物为 NiO、 MnO、 Al2O3、 及CoO中的至少一种； 和/或 所述过渡金属氧化物层的厚度为10～3 0 μm。 5.根据权利要求1所述的正极活性材料的制备方法， 其特征在于， 所述锂盐为Li2CO3、 LiOH、 及LiNO3及中的至少一种； 和/或 所述沉淀剂为 NaOH、 KOH、 Na2CO3、 及K2CO中的至少一种。 6.根据权利要求1所述的正极活性材料的制备方法， 其特征在于， 所述金属核体、 沉淀 剂、 及过渡金属盐的质量比为1： (0.1～0.2)： (0.1～0.3)； 和/或 所述锂盐与正极活性材 料前驱体的摩尔比为(1～1.2)： 1。 7.根据权利要求1所述的正极活性材料的制备方法， 其特征在于， 所述正极活性材料前 驱体为球形、 类 球形、 或不 规则的颗粒状； 和/或 所述正极活性材 料前驱体的平均粒径为 4～20 μm； 和/或权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114204010 A 2所述正极活性材 料的平均粒径为 4～20 μm； 和/或 所述正极活性材 料为球形、 类 球形、 或不 规则的颗粒状。 8.根据权利要求1所述的正极活性材料的制备方法， 其特征在于， 所述正极活性材料的 制备方法还包括以下步骤： 提供络合剂， 其中， 所述金属核体、 络合剂、 沉淀剂、 及过渡金属盐的质量比为1： (01～ 0.2)： (0.1～0.2)： (0.1～0.3)； 及 向所述分散液中加入络合剂、 沉淀剂和过渡金属盐， 得到正极活性材 料前驱体。 9.一种正极活性材料， 其特征在于， 所述正极活性材料包括金属核体和包覆于所述金 属核体表面的过渡金属氧化物层， 所述金属核体形成有中心孔， 所述过渡金属氧化物层中 掺杂有锂离子， 所述金属核体的金属离子的浓度沿远离中心 孔的方向递减， 其中， 所述金属 核体为金属氧化物、 金属卤化物、 及类金属氧化物中的至少一种。 10.根据权利要求9所述的正极活性材料， 其特征在于， 所述金属氧化物为Al2O3、 ZrO2、 TiO2、 MnO、 CoO、 Co3O4、 MnO2、 MgO、 ZnO、 B2O3、 WO3、 MoO3、 HfO2、 Ta2O5、 SnO2、 Sb203、 Sb2O5、 La2O3、 Lu2O3中的至少一种； 和/或 所述金属卤化物为AlX3、 ZrX4、 TiX4、 MnX2、 CoX2、 CoX4、 MnX4、 MgX2、 ZnX2、 BX3、 WX6、 MoX6、 HfX4、 TaX5、 SnX4、 SbX3、 SX5、 LaX3、 及LuX3中的至少一种， 其中， X 可为Cl、 Br、 F、 或I； 和/或 所述类金属氧化物为 二氧化硅； 和/或 所述金属核体的平均粒径为0.1～ 2 μm； 和/或 所述金属核体为球形、 类 球形、 或不 规则的颗粒状。 11.根据权利要求9所述的正极活性材料， 其特征在于， 所述过渡金属氧化物层中的过 渡金属氧化物为 NiO、 MnO、 Al2O3、 及CoO中的至少一种； 和/或 所述过渡金属氧化物层的厚度为10～3 0 μm。 12.根据权利要求9所述的正极活性材料， 其特征在于， 所述正极活性材料的平均粒径 为4～20 μm； 和/或 所述正极活性材 料为球形、 类 球形、 或不 规则的颗粒状。 13.一种正极， 其特征在于， 所述正极包括如权利要求9 ‑12任一项所述的正极活性材 料。 14.一种锂离 子电池， 其特 征在于， 所述锂离 子电池包括如权利要求13所述的正极。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114204010 A 3