[发明专利]阴极材料和由其制成的锂离子电池

权利要求书

1.一种高电压、高性能的双掺杂锂钴氧化物的层状阴极材料，具有式LiM_xN_yCo_1-x-yO₂，其中x和y为正值(0.01≤x,y≤0.2)，M和N为掺杂剂，并且M是二价碱土金属阳离子且N是二价过渡金属阳离子。

2.根据权利要求1所述的高电压、高性能的层状阴极材料，其中所用二价碱土金属阳离子是镁并且所用二价过渡金属阳离子是铜。

3.根据权利要求1所述的高电压、高性能的层状阴极材料，其中所述掺杂剂在高达4.6V的高电压下提供高导电性、高放电容量、结构稳定性和循环稳定性。

4.根据权利要求1所述的高电压、高性能的层状阴极材料，其中所述阴极材料在0.2C倍率高达50次循环时显示出在160至230mAh/g范围内的高放电容量。

5.根据权利要求1所述的高电压、高性能的层状阴极材料，其中所述阴极材料在高倍率高达50次循环时显示出84.7至95.2%范围内的容量保持百分率。

6.根据权利要求1所述的高电压、高性能的层状阴极材料，其中所述阴极材料显示出高达4.6V的高电压性能以及至多0.20至0.25mAhg^-1循环^-1的低容量衰减。

7.一种通过微波加热法制备高电压、高性能的层状阴极材料的方法，所述方法包括步骤：

i.以介于1:0.6:0.05:3.3至1:0.5:0.2:3.3之间范围的重量比混合锂、铜、镁和钴的盐；

ii.以介于1:1到1.5:2.0之间范围的比率将步骤（i）中获得的混合物溶解于水中，以获得金属离子溶液；

iii.在80-100℃范围的温度下以300到450rpm的速率连续搅拌步骤(ii)中获得的金属离子溶液持续2至3小时的时段以获得浓缩溶液；

iv.将步骤（iii）中获得的浓缩溶液转移到瓷盘或石英坩埚，并放置在微波炉旋转台的中心；

v.以100%功率和1500-2450MHz微波频率辐照步骤（iv）中获得的溶液，持续30到40分钟范围内的时段；

vi.在烘箱中于100到120℃范围内的温度下干燥步骤（v）中获得的辐照溶液，持续2-4小时范围内的时段；

vii．在空气中对步骤（vi)中获得的干燥溶液进行研钵研磨持续2到4小时范围内的时段，从而获得相纯的高电压、高性能的层状阴极材料。

8.根据权利要求7所述的方法，其中在不涉及在步骤vi后的进一步煅烧的情况下进行所述方法。

9.锂离子电池，其包含阴极材料和阳极材料，其中所述阴极材料包含式LiM_xN_yCo_1-x-yO₂的双掺杂锂钴氧化物，其中x和y是正值(0.01≤x,y≤0.2)，并且M和N是掺杂剂且M是二价碱土金属阳离子且N是二价过渡金属阳离子，以及所述阳极材料包括碳纸。

10.根据权利要求9所述的电池，其中使用的碳纸是微纤维结构碳片。

11.根据权利要求9所述的电池，其中所述阳极材料在1C和0.2C倍率下对于首次循环分别显示出100-140mAh/g和200-240mAh/g范围内的放电容量。

12.根据权利要求9所述的电池，其中当在0.01-1.5V之间循环时，所述阳极材料在0.2C和1C倍率下于100次循环之后显示出90-97%范围内的循环稳定性。

13.根据权利要求9所述的电池，其中所述阳极材料提供<5-7mAh/g范围内的极低不可逆容量。

14.根据权利要求9所述的电池，其中当在2.9-4.1V之间循环时，所述锂离子电池在200次循环之后显示出95-98%范围内的循环稳定性。

15.根据权利要求9所述的电池，其中所述锂离子电池在1C倍率下对于首次循环显示出70-90mAh/g范围内的放电容量。

16.根据权利要求9所述的电池，其中所述电池在高倍率下显示出95-98%范围内的可逆性。