[发明专利]尖晶石材料

权利要求书

1.一种用于制造掺杂的八面体锂锰氧化物尖晶石材料的方法，所述掺杂的八面体锂锰氧化物尖晶石材料具有改善的在升高的温度下的循环稳定性，所述方法包括：

通过固态反应制造具有暴露的{111}表面晶面的包含掺杂有镍的八面体锂锰氧化物的尖晶石前体；

使所述包含掺杂有镍的八面体锂锰氧化物的尖晶石前体经历微波处理，以获得经处理的前体，在所述经处理的前体中Mn³⁺/Mn⁴⁺的比率低于未经历微波处理的所述尖晶石前体中的Mn³⁺/Mn⁴⁺的比率，由此改善在升高的温度下的锂扩散率；以及

将所述经处理的前体退火，以获得镍掺杂的锂锰氧化物尖晶石材料，所述镍掺杂的锂锰氧化物尖晶石材料与未经历微波处理的相同的镍掺杂的锂锰氧化物尖晶石材料相比显示出改善的在升高的温度下的循环稳定性。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述固态反应包括：将固体锰前体材料、固体镍前体材料、固体锂前体材料与燃料或还原剂的混合物加热至升高的温度，以及将所述混合物保持在所述升高的温度下一段时间。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述固体锰前体材料为锰的氧化物、氢氧化物或盐；所述固体镍前体材料为镍的氧化物、氢氧化物或盐；所述固体锂前体材料为锂的氧化物、氢氧化物或盐；以及所述燃料或还原剂为脲、肼、甘氨酸或碳水化合物。

4.根据权利要求2所述的方法，其中所述混合物被加热至的所述升高的温度为至少400℃。

5.根据权利要求2所述的方法，其中将所述混合物保持在所述升高的温度下的时间为至少5分钟。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述微波处理包括使所述前体经历微波10分钟至30分钟。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述经处理的前体的所述退火在足够高以使所述前体结晶的温度下进行。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述退火在至少700℃的温度下进行。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述锂锰氧化物材料为LiMn₂O₄('LMO')，而所述镍掺杂的锂锰氧化物材料为LiMn_1.8Ni_0.2O₄('LMNO')。

10.一种通过根据权利要求1所述的方法制造的镍掺杂的锂锰氧化物尖晶石材料。

11.一种电化学电池，所述电化学电池包括电池壳体、阴极、阳极和在所述电池壳体中的电解质，其中所述阴极相对所述阳极电绝缘但是通过所述电解质电化学地偶接至所述阳极，所述阴极包含通过根据权利要求1至9中任一项所述的方法制造的镍掺杂的锂锰氧化物尖晶石材料，以及所述电池能够在60℃的升高的运行温度下经历至少50次充电/放电循环，同时保持所述电池的初始容量的至少80％，其中每次充电循环包括向所述电化学电池施加充电电势以使来自所述阴极的锂形成所述阳极的至少一部分，每次放电循环包括允许所述电池的放电电势达到相对于锂金属3.5V至4.3V，其中在所述电池的充电和放电期间平均锰价态为3.5+或更高。

12.根据权利要求11所述的电化学电池，其中所述镍掺杂的锂锰氧化物尖晶石材料为根据权利要求10所述的镍掺杂的锂锰氧化物尖晶石材料。

13.根据权利要求11所述的电化学电池，其中所述阳极包含锂(Li)。

14.根据权利要求11所述的电化学电池，其中所述电解质为与碳酸亚乙酯和/或碳酸二甲酯混合的LiPF₆。