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本文在对红土镍矿冶金及锂离子电池正极材料的研究进展进行详细总结的基础上,首次以红土镍矿为原料,合成多金属掺杂正极材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2和LiFePO4,并对掺杂机理进行了较系统的研究。以红土镍矿为原料,采用酸浸—磷酸沉淀的创新工艺路线,实现了主杂质元素Fe的分离,同时获得锂离子电池正极材料LiFePO4的多金属掺杂前驱体磷酸铁。滤液中Fe的去除率达到100%, Ni、Co、Mn的回收率分别为88.83%、92.66%、93.48%, FePO4·xH2O中杂质含量为2 mo1%左右。除铁滤液采用硫化沉淀法富集Ni、Co、Mn,得到的硫化物沉淀中Ni、Co、Mn的含量分别为33.79%、0.95%和5.28%,相对原矿分别提高了约34倍、15倍和21倍,综合回收率分别为80.27%、45.6%和54.5%。以红土镍矿合成的磷酸铁为原料,经常温还原—热处理合成掺杂的橄榄石型LiFePO4。样品中存在的Al、Mg、Cr、Ni含量,随浸出时酸矿比的增加而提高。所制备的LiFePO4颗粒被2 nm的碳膜包覆,主元素和杂质元素分布均匀,但Cr倾向于在颗粒表层富集。Rietveld精修发现随掺杂量的增加,样品的Li+空位逐渐增加。电化学测试表明以红土镍矿为原料合成的LiFePO4材料均优于纯相LiFePO4,在1C倍率下首次放电比容量为139.6 mAh·g-1,循环100次后无衰减。首次采用快速沉淀合成Ni0.8Co0.1Mn0.1(OH)2前驱体。TEM、电子衍射及XRD分析发现,反应1 min合成的前驱体颗粒分布均匀,一次粒径为70 nm左右,属纯相纳米晶结构。以此前驱体合成的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2在0.1C倍率下首次放电比容量为192.4 mAh·g-1,循环40次后,容量保持率为91.56%,循环伏安研究表明Li+在嵌入/脱出过程具有较好的可逆性。系统研究了红土镍矿中杂质Cr、Mg、Al、Ca、Fe单元素掺杂及Cr-Mg共掺杂对LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的影响。结果表明：Fe、Ca、Al掺杂破坏材料的结构,对电化学性能有不利影响。Mg掺杂能抑制锂镍混排,提高材料的首次充放电效率,但比容量有所降低。Cr掺杂对LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2有益。随掺Cr量的增加,材料的容量先增加后减少,其中掺Cr量为0.01的样品电化学性能最佳,10C倍率下放电容量为152.8 mAh·g-1。利用XRD、Rietveld精修、XPS和Thermo Avantage拟合揭示了Cr掺杂的机理：一、Cr倾向占据过渡金属层,适量的Cr掺杂可以有效降低锂镍混排程度；二、Cr具有电化学活性；三、Cr在颗粒表层富集,Cr掺杂一方面可以降低表层Ni3+的含量,优化表层的离子状态,抑制电解质对表层的侵蚀和潜在的不可逆相变；另一方面会引起Mn3+含量的增加,导致Jahn-Teller效应,破坏材料的结构,因此,Cr掺杂不能过量。循环伏安测试表明,掺Cr量0.01的样品在3.7～4.0V电压区间氧化峰的可逆性最好。EIS测试发现,循环50次后,掺Cr样品反应阻抗比纯相样品要小,说明其表层受电解质侵蚀较小。研究了Cr-Mg共掺杂对LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的影响。结果表明,适量的Cr-Mg共掺杂会产生一种协同效应,综合Cr、Mg单元素掺杂的优点,有效抑制锂镍混排,提高材料的电化学性能。以红土镍精矿为原料,经常压酸浸,磷酸除铁及氟化沉淀,得到精矿净化液。以净化液为原料,经快速沉淀—热处理合成多金属共掺杂LiNi0.7756Co0.101Mn0.1M0.0234O2 (M为Cr、Mg、Al、Ca)。TEM和EDS分析表明杂质元素M完全进入LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2晶格,Cr在晶粒表层富集,且均匀分布。Rietveld精修发现所制备材料中锂镍混排较小,Mg占据3a位,Cr占据3b位。XPS发现,该样品中各离子状态与掺Cr量为0.01样品接近。扣式电池测试结果表明,虽然该样品的首次放电容量186.9 mAh·g-1,略低于纯相样品的192.4 mAh·g-1,然而它表现出了更优越的首次充放电效率、倍率性能和循环性能。