CN110719893A - 用于Li离子电池阴极的具有组合的金属和氧氧化还原的高容量锂金属氟氧化物 - Google Patents

用于Li离子电池阴极的具有组合的金属和氧氧化还原的高容量锂金属氟氧化物 Download PDF

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Abstract

一种适合于用作可再充电电池中的阴极材料的锂金属氧化物，所述锂金属氧化物具有通式：LixMz M’z’OuFy，其中x为1.80<x<2.20，y＝1，并且更具体地1.90<x<2.10，其中1.80<u<2.20。优选地，1.90<u<2.10并且0.80<y<1.20，或更具体地，0.90<y<1.10。锂金属氧化物具有阳离子无序的岩盐结构，其中M是选自由Ni、Mn、Co、Fe以及它们的组合组成的第一组的过渡金属。M’是选自由Ti、Zr、Nb、Mo、Sn、Hf、Te、Sb以及它们的组合组成的第二组的过渡金属。M具有第一氧化态q并且M’具有第二氧化态q’，其中(q/z)+(q’/z’)＝+3、优选地+2.7≤(q/z)+(q’/z’)≤+3.3。

Description

用于Li离子电池阴极的具有组合的金属和氧氧化还原的高容 量锂金属氟氧化物
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年6月12日提交的美国临时申请第62/518,453号的优先权和权益，该临时申请通过引用以其整体并入本文。
背景
高性能电池通常具有高的能量密度。能量密度通常指示每单位体积存储在给定系统或空间区域中的能量的量。可再充电的锂离子(Li离子)电池由负极(negativeelectrode)和正极(positive electrode)组成，在放电和再充电期间锂离子在负极和正极之间移动。典型地，它们使用嵌入的锂化合物作为一种电极材料，与不可再充电的锂电池单元中使用的金属锂相反。参见2015年3月19日提交的WO2015140264A1，“OxyfluorideCompounds for Lithium-cells and Batteries,”，其中优先权日为2014年3月20日。
随着对高性能Li离子电池的不断增加的需求，已经从若干种不同的化学系统中寻找若干种不同的具有高能量密度和低成本的阴极材料。(参见例如，B.Kang,G.Ceder,Nature 458,190-193(2009)；P.Barpanda,M.Ati,B.C.Melot,G.Rousse,J-N.Chotard,M-L.Double,M.T.Sougrati,S.A.Corr,J-C.Jumas,J-M.Tarascon,Nature materials 10,772-779(2011)；和K.Kang,Y.S.Meng,J.Breger,C.P.Grey,G.Ceder,Science 311,977-980(2006))。
最近，证明了无序的岩盐型锂金属氟氧化物(Li2MO2F，M＝V、Cr)可以输送高于300mAh/g的高容量，示出了其作为高性能阴极材料的潜力。(参见，例如R.Chen,S.Ren,MKnapp,D.Wang,R Witter,M.Fichtner,H.Hahn,Adv.Energy Mater.5,1401814(2015)；S.Ren,R.Chen,E.Maawad,O.Dolotko,A.A.Guda,V.Shapovalov,D.Wang,H.Hahn,M.Fichtner,Adv.Sci.2,1500128(2015)；和R.Chen,S.Ren,S.Indris,M.Fichtner,H.Hahn,EP2921455A1,专利申请(2015/9/24))。
在岩盐材料中，锂和金属原子被随机地分布在由氧和氟原子组成的FCC(面心立方)阴离子晶格中，以形成无序的岩盐结构。具有2:1(Li:M＝2:1)的锂与金属的比的该结构中的高锂含量允许通过锂扩散通道的渗透网络(percolating network)的容易的宏观锂扩散。
此外，如上文的参考文献所示，已经从V3+或Cr3+中寻找金属物质，并且可能地包括Mo3+或W3+，它们的多个氧化还原对(例如，V3+/V4+/V5+、Cr3+/Cr4+/Cr5+、Mo3+/Mo4+/Mo5+)可以补偿通过以下反应提取锂离子所需的所有电荷容量：
Li2MO2F[M3+]＝>2Li++2e-+MO2F[M5+]。
不幸的是，先前提出的具有多个氧化还原对的金属物质倾向于产生小于3伏的低电压。因此，目前可用的无序的岩盐Li2MO2F化合物，诸如Li2VO2F，在低电压操作并且输送小于2.8V的低平均放电电压，使得该化合物在实际电池单元中不具有吸引力。此外，先前假定的Li2MO2F中的金属物质M需要处于它们的M3+(例如V3+、Cr3+)状态的条件显著地限制了高容量阴极材料的研究空间。
附图简述
图1a-图1b示出了一些实施方案的x射线衍射图和精修结果(refinementresult)。
图2a-图2d示出了一些实施方案的初始的五个循环电压概况。
图3示出了实施方案的第一循环循环伏安法概况。
图4示出了实施方案的针对不同速率的第一循环电压概况。
图5a-图5c示出了实施方案的初始的五个循环电压概况。
图6示出了实施方案的第一循环循环伏安法概况。
图7示出了实施方案的针对不同速率的第一循环电压概况。
实施方案的详细描述
此处的实施方案公开了适合于用作可再充电电池中的阴极材料的锂金属氧化物。锂金属氧化物具有LixMzM’z’OuFy的通式，其中x为1.80≤x≤2.20，y＝1，并且更具体地1.90≤x≤2.10，其中1.80≤u≤2.20。优选地，1.90≤u≤2.10，并且0.80≤y≤1.20，或者更具体地，0.90≤y≤1.10。锂金属氧化物具有阳离子无序的岩盐结构，其中M是选自由Ni、Mn、Co、Fe以及它们的组合组成的第一组的过渡金属。M’是选自由Ti、Zr、Nb、Mo、Sn、Hf、Te、Sb以及它们的组合组成的第二组的过渡金属。M具有第一氧化态q并且M’具有第二氧化态q’，其中(q/z)+(q’/z’)＝+3、优选地+2.7≤(q/z)+(q’/z’)≤+3.3。
通过制备具有导致高电压的氧化还原活性金属物质(例如，Ni、Co、Mn、Fe)且具有高价电荷平衡金属物质(例如，Ti、Zr、Nb)的氟氧化物化合物(oxyfluoride compound)，我们可以通过不仅使用金属氧化还原而且还使用氧氧化还原来增加化合物的平均电压。因此，可以获得改善的能量密度。
此处的实施方案示出了新的无序的岩盐型锂金属氟氧化物，其在上文的高平均电压下输送高容量，导致异常高的能量密度。在一个实施方案中，高容量大于300毫安/克(mA/g)。一个实施方案具有高于3伏的高平均电压。同一个实施方案或另一个实施方案具有高于1000Wh/kg(瓦时/kg)的能量密度。此处的实施方案通过不仅利用常规的金属氧化还原，而且还利用已知产生高电压的氧氧化还原过程来实现这一点。此外，此处的实施方案不要求金属处于它们的3+状态。因此，可以开发和测试许多具有不同组成的不同化合物。
任选地，M是选自由Mn、Co、Fe以及它们的组合组成的第一组的过渡金属。
优选地，M’是选自由Ti、Zr、Nb、Mo、Hf、Te、Sb以及它们的组合组成的第二组的过渡金属。
任选地，上文讨论的锂金属氧化物具有由晶体学空间群表征的阳离子无序的岩盐结构。此外，上文的锂金属结构，包括具有阳离子无序的岩盐结构的那些锂金属结构，可以具有作为Mn的M。在上文的实施方案的任一个中，M’可以是Ti或Nb。在其中M’是Ti或Nb的实施方案中，式可以是Li2Mn1/2Ti1/2O2F或Li2Mn2/3Nb1/3O2F。具体的实施方案包括适合于用作可再充电电池中的阴极材料的锂金属氧化物。锂金属氧化物具有LixMzM’z’OuFy的通式，其中1.80≤x≤2.20，包括1.90≤y≤2.10，并且1.80≤u≤2.20。另一个实施方案具有1.90≤u≤2.10，并且其中0.80≤y≤1.20，或者更具体地0.90≤y≤1.10。锂金属氧化物具有阳离子无序的岩盐结构，其中M’为Ti或Nb；其中M具有第一氧化态q并且M’具有第二氧化态q’，其中(q/z)+(q’/z’)＝+3、优选地+2.7≤(q/z)+(q’/z’)≤+3.3。
在上文的实施方案的任一个中，锂和过渡金属之间的摩尔比率为x/(z+z’)＝2.00±0.20，并且在更具体的实施方案中x/(z+z’)＝2.00±0.10。在上文的实施方案的任一个中，F和氧之间的摩尔比率为0.50±0.10。在本说明书中，为了帮助理解实施方案，讨论示出了两种特定的材料Li2Mn2/3Nb1/3O2F和Li2Mn1/2Ti1/2O2F的结果。这些材料是新的，并且不能从先前的假设得到，先前的假设为金属物质必须处于它们的3+状态。如在上文讨论的单一金属锂化合物中，锂与金属的比是2:1，其中金属由化合物中的两种金属组成。
存在比的变化，包括具有以下比的锂和金属的组合：1:1的比，其中由于偏离化学计量(off-stoichiometry)可能的偏差为10％；2:1的比，其中由于偏离化学计量可能的偏差为10％；和3:1的比，其中由于偏离化学计量可能的偏差为10％。存在氧和氟的比的类似的变化，包括具有2:1的比的氧和氟，其中由于偏离化学计量可能的偏差为10％；具有1:1的比的锂和金属的组合以及具有2:1的比的氧和氟，其中由于偏离化学计量可能的偏差为10％。
此外，物质的组合物可以具有小于锂容量的理论金属-氧化还原容量。在这方面，理论容量小于通过化合物中的Li含量所预期的容量。此处，Li容量是指基于化合物中的Li含量的容量，不考虑氧化还原储存量。在其他变型中，组合物可以由通过同时引入阳离子无序度(disorder)来并入氟的方法来产生，或者由通过同时引入阳离子无序度来球磨以并入氟来产生。
理论金属-氧化还原容量被定义为每质量活性材料的单位电荷(mAh/g活性材料)，其由化合物中的金属通过锂提取/插入时的其氧化态变化来交换电子而储存。锂容量被定义为每质量活性材料的单位电荷(mAh/g活性材料)，其基于化合物中锂的完全提取，其中每一个锂去除一个电子。如果锂容量高于理论金属-氧化还原容量，则化合物中的氧也可以通过它们的氧化态变化来交换电子，以给出另外的氧化还原容量。该现象被称为氧氧化还原。
通常，氟取代氧难以在阳离子有序的紧密堆积的氧化物结构内实现。在我们的化合物中，氟并入被促进，因为我们的合成方法导致阳离子无序的岩盐相，阳离子无序的岩盐相的随机阳离子分布有助于氟吸收(uptake)。
通常，工艺包括在室温或低温机械工艺中使用前体以机械化学地形成化合物。使用化学计量量的前体，除氧化锂以外。为了补偿合成期间氧化锂的可能的损失，工艺使用过量的氧化锂。
特别地，本发明提供了根据权利要求15所述的工艺。
本发明还包括一种正极材料，所述正极材料包括权利要求1至15中任一项所述的锂金属氧化物。
本发明还覆盖电池，特别是包括负极材料、电解质和根据权利要求15所述的正极材料的Li离子电池。
实施例1
工艺使用以下材料作为前体：
Li2O(Alfa Aesar，ACS，99％min)，
MnO(Alfa Aesar，99％)，
Nb2O5(Alfa Aesar，99.9％)，
LiF(Alfa Aesar，99.99％)。
将化学计量量的除Li2O之外的前体和10％过量的Li2O分散到不锈钢广口瓶(stainless steel jar)中。10％过量意指比在没有任何锂损失的情况下获得期望的化合物所需的量多10％。然后将前体以450rpm的速率行星球磨持续40小时，在此期间Li2Mn2/ 3Nb1/3O2F机械化学地形成。
相鉴别使用在Rigaku MiniFlex衍射仪上收集的X射线衍射(XRD)进行，其中铜源在5°–85°的2θ范围内。Rietveld精修通过使用PANalytical X’pert HighScore Plus软件来完成。
实施例2
本实施例使用相同的工艺，但使用以下材料作为前体：
Li2O(Alfa Aesar，ACS，99％min)，
MnO(Alfa Aesar，99％)，
TiO2(Alfa Aesar，99.9％)，
LiF(Alfa Aesar，99.99％)。
然后将这些前体以450rpm的速率行星球磨持续40小时，在此期间Li2Mn1/2Ti1/2O2F机械化学地形成。
实施例3为了从Li2Mn1/2Ti1/2O2F或Li2Mn2/3Nb1/3O2F制备阴极膜，首先将活性化合物的粉末和炭黑(Timcal,SUPER C65)用SPEX 8000M Mixer/Mill振荡器研磨持续1小时，其中重量比为6:3。然后，将聚四氟乙烯(PTFE，DuPont，Teflon 8C)作为粘合剂稍后加入到混合物中，使得阴极膜由重量比为60:30:10的活性化合物、炭黑和PTFE组成。
然后使用杵和研钵手动地混合各组分，并且在氩气填充的手套箱内卷成薄膜。为了组装用于所有循环测试的电池，除了原位X射线衍射之外，1M的在碳酸亚乙酯(EC)和碳酸二甲酯(DMC)溶液(1:1,BASF)中的LiPF6、玻璃微纤维过滤器(Whatman)和Li金属箔(FMC)分别被用作电解质、隔板(separator)和对电极。将钮扣电池(CR2032)组装在氩气填充的手套箱中，并且在室温在Maccor 2200或Arbin电池循环仪上以其他方式指定的恒电流模式测试。阴极膜的负载密度为～7mg cm-2。比容量基于阴极膜中活性化合物的量(60wt％)来计算。
结果
图1a和图1b中的XRD图指示Li2Mn2/3Nb1/3O2F和Li2Mn1/2Ti1/2O2F两者都形成为空间群Fm-3m的无序的岩盐结构。图上的XRD精修可以用Li2Mn2/3Nb1/3O2F和Li2Mn1/2Ti1/2O2F的目标组合物进行。对于Li2Mn2/3Nb1/3O2F和Li2Mn1/2Ti1/2O2F，发现(a-)晶格参数分别为和
Figure BDA0002301807230000072
为了测试它们的电化学性能，这些装置经历了恒电流循环测试。图2a至图2d示出了Li2Mn2/3Nb1/3O2F在室温在(a)以20mA/g在1.5V–4.6V之间、(b)以20mA/g在1.5V–4.8V之间、(c)以20mA/g在1.5V–5.0V之间和(d)以10mA/g在1.5V–5.0V之间循环时的初始的五个循环电压概况。
当以20mA/g在1.5V–4.6V之间循环时，Li2Mn2/3Nb1/3O2F在3V的平均放电电压下输送高达238mAh/g的可逆容量，导致高达708Wh/kg(2683Wh/l)的放电能量密度。
当以20mA/g在1.5V–4.8V之间循环时，Li2Mn2/3Nb1/3O2F在3.06V的平均放电电压下输送高达277mAh/g的可逆容量，导致高达849Wh/kg(3220Wh/l)的放电能量密度。
当以20mA/g(10mA/g)在1.5V–5.0V之间循环时，Li2Mn2/3Nb1/3O2F在3.06V的平均放电电压下输送高达304mAh/g(319mAh/g)的可逆容量，导致高达～1000Wh/kg(3770Wh/l)的放电能量密度。
1000Wh/kg的这样的高能量密度极少通过Li离子阴极材料来实现，并且也是Li离子电池研究协会所达到的最高值之一。注意到，这样的高能量密度可以仅因为材料同时输送高容量(>300mAh/g)和高平均放电电压(>3V)来实现。先前报告的无序的岩盐锂金属氟氧化物可以仅在低于3V的低平均放电电压下输送高容量。注意到，当平均放电电压为～3.1V时，Li2Mn2/3Nb1/3O2F的平均电压[＝(平均充电电压+平均放电电压)÷2]实际上高达～3.5V。这指示通过去除极化进一步改善材料还可以改善平均放电电压。
Li2Mn2/3Nb1/3O2F可以被充电至375mAh/g，并且可以在超过300mAh/g可逆地循环，300mAh/g超过其理论Mn2+/Mn4+氧化还原容量(270mAh/g)。期望是不仅锰氧化还原，而且氧氧化还原也可逆地在材料中发生，以给出额外的容量，这也将导致高电压。
为了估计氧化还原过程发生的电位，该过程对Li2Mn2/3Nb1/3O2F进行循环伏安法(CV)测试，如图3中所示。从对应于电池充电至5.0V的阳极扫描中，观察到在～2.6V、～3.6V、～4.1V和4.9V的约四个峰。从对应于电池放电的阴极扫描中，观察到在～2.3V、～3.3V和～4.0V的约三个峰。结合阳极峰和阴极峰，人们可以看出在～2.45V、～3.45V、～4.05V存在氧化还原过程，并且可能在4.1V至4.9V之间还存在另一个氧化还原过程，尽管在阴极扫描期间没有清楚地观察到阳极扫描期间的4.9V峰。
由于大多数氧化还原过程在高于3V的高电压下发生，因此Li2Mn2/3Nb1/3O2F的平均电压可以高于3V。这使得它比先前报告的在较低电压(<3V)下输送容量的锂金属氟氧化物更有吸引力。应理解，在岩盐型氧化物材料中，Mn2+/Mn4+氧化还原过程发生在氧氧化还原之前。此外，Li2Mn2/3Nb1/3O2F的理论Mn2+/Mn4+氧化还原容量为270mAh/g，其在恒电流循环期间在低于4.5V输送。因此，最可能的是，Mn2+/Mn4+氧化过程是在～2.6V、～3.6V、～4.1V的阳极峰的原因，并且氧氧化还原在高于4.5V，最广泛地在～4.9V发生。
Li2Mn2/3Nb1/3O2F的倍率能力(rate capability)也是一个正向结果(positiveresult)。图4覆盖了Li2Mn2/3Nb1/3O2F在室温在1.5V-5.0V之间以10mA/g、20mA/g、40mA/g、100mA/g、200mA/g、400mA/g和1000mA/g的速率循环时的第一循环电压概况。随着速率从10mA/g增加到20mA/g、40mA/g、100mA/g、200mA/g、400mA/g和1000mA/g，Li2Mn2/3Nb1/3O2F的放电容量(能量密度)从319mAh/g(995Wh/kg)分别降低到304mAh/g(945Wh/kg)、288mAh/g(889Wh/kg)、250mAh/g(767Wh/kg)、226mAh/g(695Wh/kg)、207mAh/g(625Wh/kg)、140mAh/g(410Wh/kg)。令人印象深刻的是，接近900Wh/kg的放电能量密度可以在100mA/g的适度的高速率下实现，并且材料仍然可以在1000mA/g的极高速率下输送410Wh/kg的能量密度。这示出了Li2Mn2/3Nb1/3O2F可以成为用于锂离子电池的高度有前景的阴极材料。
不仅Li2Mn2/3Nb1/3O2F而且Li2Mn1/2Ti1/2O2F都示出有前景的电池性能。图5a至图5c示出了Li2Mn1/2Ti1/2O2F在室温在(a)以20mA/g在1.6V–4.8V之间、(b)以20mA/g在1.6V–5.0V之间和(c)以20mA/g在1.5V–5.0V之间循环时的初始的五个循环电压概况。
当以20mA/g在1.6V–4.8V之间循环时，Li2Mn1/2Ti1/2O2F在3.03V的平均放电电压下输送高达259mAh/g的可逆容量，导致高达783Wh/kg(2693Wh/l)的放电能量密度。
当以20mA/g在1.6V–5.0V之间循环时，Li2Mn1/2Ti1/2O2F在2.98V的平均放电电压下输送高达305mAh/g的可逆容量，导致高达907Wh/kg(3120Wh/l)的放电能量密度。
当以20mA/g在1.5V-5.0V之间循环时，Li2Mn1/2Ti1/2O2F输送高达321mAh/g(932Wh/kg)的可逆容量。因此，人们可以看到Li2Mn2/3Ti1/3O2F也输送非常高的容量(>300mAh/g)和高于900Wh/kg的能量密度。
在Li2Mn1/2Ti1/2O2F上的循环伏安法表明与在Li2Mn2/3Nb1/3O2F中相似的阳极过程和阴极过程，如图6所示。观察到在～2.8V、～3.6V、～3.9V、～4.1V和4.9V的约五个阳极峰和在～3.3V和～4.0V的两个阴极峰。观察到的阳极峰和阴极峰处于关于Li2Mn2/3Nb1/3O2F的相似电压，而阴极峰与关于Li2Mn2/3Nb1/3O2F所观察到的阴极峰相比被较不清楚地界定。然而，从两种材料之间的CV概况的相似性和从如图5所示在恒电流循环时超过Li2Mn1/2Ti1/2O2F的理论Mn2+/Mn4+容量(240mAh/g)的观察到的可逆容量(>300mAh/g)，人们可以预期Li2Mn1/ 2Ti1/2O2F如Li2Mn2/3Nb1/3O2F一样也利用组合的锰氧化还原过程(<4.5V)和氧氧化还原过程(>4.5V)。
Li2Mn1/2Ti1/2O2F也具有良好的倍率能力。图7覆盖了Li2Mn1/2Ti1/2O2F在室温在1.5V-4.6V之间以20mA/g、40mA/g、100mA/g、200mA/g、400mA/g和1000mA/g的速率循环时的第一循环电压概况。随着速率从20mA/g增加到40mA/g、100mA/g、200mA/g、400mA/g和1000mA/g，Li2Mn2/3Nb1/3O2F的放电容量或能量密度从321mAh/g(932Wh/kg)分别降低到268mAh/g(791Wh/kg)、240mAh/g(717Wh/kg)、210mAh/g(629Wh/kg)、159mAh/g(461Wh/kg)、98mAh/g(254Wh/kg)。同样令人印象深刻的是，接近630Wh/kg的放电能量密度可以在200mA/g的高速率下实现。这示出了Li2Mn1/2Ti1/2O2F可以如Li2Mn2/3Nb1/3O2F一样成为用于锂离子电池的高度有前景的阴极材料。
无序的Li2Mn2/3Nb1/3O2F和Li2Mn1/2Ti1/2O2F的结果清楚地示出了在无序的锂金属氟氧化物材料中利用金属氧化还原过程和氧氧化还原过程的益处。先前，关于无序的锂金属氟氧化物的研究重点是选择处于其3+状态并且在脱锂时可以被氧化成5+的金属物质(例如，V、Cr)，使得不需要氧氧化还原来实现高容量。然而，对处于其3+状态并且具有被氧化成5+的能力的金属物质的这样的限制限制了作为氟氧化物阴极的潜在化学物质，并且导致电池的低电压。此处，结果示出了这样的限制是不必要的。事实上，通过明智地选择金属组合来利用氧氧化还原连同金属氧化还原不仅导致电池的更高的电压，而且还导致待探索的化学物质更多样，所述金属组合不必处于它们的3+状态并且不需要具有被氧化成5+状态的能力。
将理解，上文公开的变型以及其他特征和功能、或其替代方案，可以被结合到许多其他不同的系统或应用中。本领域技术人员随后可以做出各种目前未预见的或未预料到的本文中的替代、修改、变型或改进，这些替代、修改、变型或改进也意图被所附权利要求涵盖。

Claims (18)

1.一种适合于用作可再充电电池中的阴极材料的锂金属氧化物，所述锂金属氧化物具有通式：LixMzM’z’OuFy，其中1.80≤x≤2.20，y＝1、优选地1.90≤x≤2.10，其中1.80≤u≤2.20、优选地1.90≤u≤2.10，并且其中0.80≤y≤1.20、优选地0.90≤y≤1.10；所述锂金属氧化物具有阳离子无序的岩盐结构，其中M是选自由Ni、Mn、Co、Fe以及它们的组合组成的第一组的过渡金属；其中M’是选自由Ti、Zr、Nb、Mo、Sn、Hf、Te、Sb以及它们的组合组成的第二组的过渡金属；其中M具有第一氧化态q并且M’具有第二氧化态q’，其中(q/z)+(q’/z’)＝+3、优选地+2.7≤(q/z)+(q’/z’)≤+3.3。
2.如权利要求1所述的锂金属氧化物，具有由晶体学空间群
Figure FDA0002301807220000011
表征的阳离子无序的岩盐结构。
3.如权利要求1或2所述的锂金属氧化物，其中M是Mn。
4.如权利要求1至3中任一项所述的锂金属氧化物，其中M’是Ti或Nb。
5.如权利要求3或4所述的锂金属氧化物，具有Li2Mn1/2Ti1/2O2F或Li2Mn2/3Nb1/3O2F的式。
6.一种适合于用作可再充电电池中的阴极材料的锂金属氧化物，所述锂金属氧化物具有通式：LixMzM’z’OuFy，其中1.80≤x≤2.20，y＝1、优选地1.90≤x≤2.10，其中1.80≤u≤2.20、优选地1.90≤u≤2.10，并且其中0.80≤y≤1.20、优选地0.90≤y≤1.10；所述锂金属氧化物具有阳离子无序的岩盐结构，其中M是选自由Mn、Co、Fe以及它们的组合组成的第一组的过渡金属，其中M’是选自由Ti、Zr、Nb、Mo、Hf、Te、Sb以及它们的组合组成的第二组的过渡金属；其中M具有第一氧化态q并且M’具有第二氧化态q’，其中(q/z)+(q’/z’)＝+3、优选地+2.7≤(q/z)+(q’/z’)≤+3.3。
7.一种适合于用作可再充电电池中的阴极材料的锂金属氧化物，所述锂金属氧化物具有通式：LixMzM’z’OuFy，其中1.80≤x≤2.20，y＝1、优选地1.90≤x≤2.10，其中1.80≤u≤2.20、优选地1.90≤u≤2.10，并且其中0.80≤y≤1.20、优选地0.90≤y≤1.10；所述锂金属氧化物具有阳离子无序的岩盐结构，其中M’是Ti或Nb；其中M具有第一氧化态q并且M’具有第二氧化态q’，其中(q/z)+(q’/z’)＝+3、优选地+2.7≤(q/z)+(q’/z’)≤+3.3。
8.如权利要求1至7中任一项所述的锂金属氧化物，其中Li和过渡金属之间的摩尔比率为x/(z+z’)＝2.00±0.20、优选地x/(z+z’)＝2.00±0.10。
9.如权利要求1至8中任一项所述的锂金属氧化物，其中F和氧之间的摩尔比率等于0.50±0.10。
10.如权利要求1至9中任一项所述的锂金属氧化物，其中(z+z’)＝1。
11.如权利要求1至10中任一项所述的锂金属氧化物，其中x＝2.0。
12.如权利要求1至11中任一项所述的锂金属氧化物，其中y＝1.0。
13.如权利要求1至12中任一项所述的锂金属氧化物，其中u＝2.0。
14.如权利要求1至13中任一项所述的锂金属氧化物，其中理论金属氧化还原容量小于锂容量。
15.一种用于制备权利要求1至14中任一项所述的锂金属氧化物的工艺，包括：
提供基于锂的前体；
提供基于第一过渡金属(M)的前体；
提供基于第二过渡金属(M’)的前体；
提供基于氟的前体；
化学计量地混合所述基于(M)的前体、所述基于(M’)的前体和所述基于氟的前体以获得固相混合物；
将所述基于锂的前体加入到所述混合物中，以便实现0.5±0.15的Li/(M+M’+F+O)摩尔比率，以及
球磨所述固相混合物。
16.一种正极材料，包括权利要求1至14中任一项所述的锂金属氧化物。
17.一种锂离子电池，包括：
负极材料；
电解质；和
根据权利要求1所述的正极材料。
18.一种便携式电子装置、机动车辆或能量存储系统，包括权利要求17所述的锂离子电池。
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