CN102569723A - 锂离子电池正极材料及其制备方法、正极及锂离子电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池正极材料及其制备方法、锂离子电池正极及锂离子电池，涉及电池领域，能够有效避免金属杂质离子在负极上的析出，提高锂离子电池的循环性能和高温存储性能。其中，锂离子电池正极材料包括：导电剂；纳米磷酸盐，所述纳米磷酸盐的通式为LiMPO4，其中，M为Co、Ni、Mn、Fe和V中的一种或几种；功能聚合物材料，所述功能聚合物材料含有过渡金属离子螯合官能团。本发明还提供了一种锂离子电池的制备方法及一种通信设备。本发明可用于电池领域。

Description

锂离子电池正极材料及其制备方法、正极及锂离子电池
技术领域
本发明涉及电池领域，尤其涉及一种锂离子电池正极材料、锂离子电池正极及锂离子电池。
背景技术
当前锂离子电池电极材料的研究主要集中于优异的正极材料的开发上。其中，磷酸盐正极材料是一种锂复合化合物，通式为LiMPO4，其中M是选自Co、Ni、Mn、Fe、V中的一种或几种元素。
目前LiMPO4型正极材料主要通过固相方法制备。例如，在公开号为CN101630730的专利中，磷酸铁锂材料的制备过程为：将锂化合物、铁化合物、磷化合物、掺杂元素化合物按Li∶Fe∶P的摩尔比为1∶1∶1混合，经过高能球磨处理10-20小时，在鼓风干燥机中干燥，后再经粉碎设备粉碎，于气氛炉中400℃下预烧结10小时，后再与导电碳分散液按100∶2-30的比例混合，再置于高能球磨机中混合研磨20小时，然后在保护气氛下500-700℃烧结20-30小时，最后得到掺杂型磷酸铁锂材料。又如，在公开号为CN101399343的专利中，磷酸铁锂材料的制备过程为：将锂源、二价铁源、磷源和碳源在行星式球磨机上球磨25小时，烘干后在氩气保护及450℃下进行第一次烧结，然后将第一次烧结的产物球磨1小时，烘干后在800℃下进行第二次烧结，最后得到磷酸铁锂正极材料。
然而，这些方法的制备过程中，由于混料不均或反应不均会导致一定未反应的铁化合物等杂质残留在产物正极材料中。另外，由于这些方法都需要经过多次的高能球磨混合、干燥、烧结及碎料等步骤，操作时间长，使用的金属设备、管道、原料及环境粉尘也会引入一部分的Fe、Mn、Cr、Ni、Zn、Cu等金属杂质。这些金属杂质的引入会对电池的充放电不利而影响电池容量，同时随着电池的充放电循环或储存，会溶解在电解液中形成金属阳离子，然后在电场的驱动下逐渐迁移到负极，并最终在电池负极和隔膜上析出并沉积，增大了电池的自放电，严重的会刺穿隔膜，造成电池短路，发生安全事故。此外，在电池的长时间循环使用过程中，电解液发生氧化或与水分反应产生氢氟酸(HF)，与LiMPO4正极材料反应，也会使材料中的Fe、Mn等杂质金属离子溶出。在高温使用环境下还会加速这一反应过程。因此长寿命或高温使用条件下的LiMPO4电池，都需要严格控制LiMPO4正极材料的金属杂质含量。在储能设备、电动汽车等需要高质量正极的应用领域，磷酸铁锂正极材料的金属杂质含量通常都要控制在几个PPM以内，对原料、设备及生产环境提出很高的要求，因此生产成本很高。
为了减少正极材料中的金属杂质含量，现有技术中通常采用去离子水清洗或者酸性溶液浸泡正极材料的方法，从而减轻对电池的不良影响。比如，在日本特开2003-17054号公报中，利用水对锂复合物进行清洗。又如，在国际公开第2005/051840号小册子中，通过水热合成LiFePO4后，用蒸馏水清洗来纯化LiFePO4以去除LiFePO4中的杂质。又如，公开号为CN101276909的专利通过用PH缓冲溶液对LiFePO4材料进行清洗，其缓冲溶液优选PH值范围为5.3-8.1，能有效去除材料中单质铁和铁氧化物。
但是这些方法对于不活泼的金属杂质的去除效果并不理想，而且对于电池内正极材料在充放电过程溶出的金属离子无法处理，比如电解液中HF与正极材料反应，使正极材料中溶出杂质离子。
发明内容
本发明的实施例提供一种锂离子电池正极材料及其制备方法、锂离子电池正极、锂离子电池及其制备方法和通信设备，能够有效避免金属杂质离子在负极上的析出，提高锂离子电池的循环性能和高温存储性能。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
一种锂离子电池正极材料，包括：
导电剂；
纳米磷酸盐，所述纳米磷酸盐的通式为LiMPO4，其中，M为Co、Ni、Mn、Fe和V中的一种或几种；
功能聚合物材料，所述功能聚合物材料含有过渡金属离子螯合官能团。
一种上述锂离子电池正极材料的制备方法，包括：
将含有过渡金属离子螯合官能团的功能聚合物材料溶解在极性有机溶剂中，制得功能聚合物溶液；
将所述功能聚合物溶液与导电剂及纳米磷酸盐混合，然后密封研磨，得到磷酸盐浆料，其中，所述纳米磷酸盐的通式为LiMPO4，其中，M为Co、Ni、Mn、Fe和V中的一种或几种；
将所述LiMPO4浆料烘干除去溶剂得到锂离子电池正极材料。
一种锂离子电池正极，所述锂离子电池正极由本发明实施例提供的锂离子电池正极材料制成。
一种锂离子电池，所述锂离子电池包括本发明实施例提供的锂离子电池正极。
一种锂离子电池的制备方法，包括：
制备锂离子电池正极和锂离子电池负极，所述锂离子电池正极由本发明实施例提供的锂离子电池正极材料制成；
使用所述锂离子电池正极和所述锂离子电池负极制成电池极芯；
将所述电池极芯固定在电池壳中；
将电解液注入所述电池壳中；
对所述电池壳进行密封。
一种通信设备，包括供电模块和工作模块，所述供电模块包括本发明实施例提供的锂离子电池，所述供电模块为所述工作模块提供电能，所述工作模块使用所述供电模块提供的电能运行。
本发明实施例提供的锂离子电池正极材料及其制备方法、锂离子电池正极、锂离子电池及其制备方法和通信设备，能够通过功能聚合物材料中的过渡金属离子螯合官能团的螯合作用捕获正极材料表面溶出的金属杂质离子，抑制杂质离子迁移，进而避免金属离子在负极上的析出，减少电池的自放电及安全隐患，达到提高锂离子电池的循环性能和高温存储性能的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的锂离子电池正极材料的扫描电子显微镜观测图；
图2为本发明实施例提供的锂离子电池正极材料的制备方法流程图；
图3为本发明实施例提供的锂离子电池的制备方法流程图；
图4为本发明实施例提供的通信设备的组成框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种锂离子电池正极材料，包括：
导电剂；
纳米磷酸盐，所述纳米磷酸盐的通式为LiMPO4，其中，M为Co、Ni、Mn、Fe和V中的一种或几种；
功能聚合物材料，所述功能聚合物材料含有过渡金属离子螯合官能团；
其中，所述功能聚合物材料含有的过渡金属离子螯合官能团是指能够与过渡金属离子发生螯合作用的官能团。优选的，在本发明实施例中，功能聚合物材料中的过渡金属离子螯合官能团选自-CO-、-COO-、-CN和-CON中的一种或几种。当然，本领域技术人员也可以根据本领域的公知常识和常用技术手段选择其他能够与过渡金属离子发生螯合的官能团，本发明实施例对此不作限定。
对本发明实施例提供的锂离子电池正极材料采用日本JEOL的JSM-5610LV型扫描电子显微镜进行SEM(Scanning Electron Microscope，扫描电子显微镜)测试，放大倍率为5000倍。具体观测结果在图1中示出。
本发明实施例提供的锂离子电池正极材料能够通过功能聚合物材料中的过渡金属离子螯合官能团的螯合作用捕获正极材料表面溶出的金属杂质离子，抑制杂质离子迁移，进而避免金属离子在负极上的析出，减少电池的自放电及安全隐患，达到提高锂离子电池的循环性能和高温存储性能的目的。
其中，本发明实施例提供的锂离子电池正极材料，所述导电剂可以为碳纳米管或碳黑等导电材料，也可以为本领域技术人员公知的其他导电材料，本法发明实施例对此不作限定。
所述纳米磷酸盐的通式为LiMPO4，其中M为Co、Ni、Mn、Fe和V中的一种或几种，其中，需要说明的是，所述通式LiMPO4仅用来限定构成纳米磷酸盐的基本元素，并不限定含有的基本元素的配比关系。本领域技术人员可以根据本领域公知常识或常用技术手段选择现有技术中符合通式LiMPO4的磷酸盐，例如，磷酸铁锂(LiFePO4)、磷酸锰铁锂(LiMn0.6Fe0.4PO4)等。
优选的，本发明实施例提供锂离子电池正极材料的颗粒粒径大小为8-16微米，具有良好的导电性能。当然，颗粒粒径也可以为其他适合的尺寸，本发明对此不作限定。
可选的，本发明实施例提供的锂离子电池正极材料中，所述功能聚合物材料可由甲基丙烯酸甲酯MMA单体和至少一种含有过渡金属离子螯合官能团的乙烯基单体共聚而成。此时乙烯单体中的过渡金属离子螯合官能团可以选自-CO-、-COO-、-CN和-CON中的一种或几种，乙烯基单体中含有的每一种官能团可以为一个也可以为多个，本发明实施例对乙烯基单体中含有的每种官能团的数量不作具体限定。
优选的，功能聚合物材料中的甲基丙烯酸甲酯MMA单体与乙烯基单体的组成摩尔比为1∶1-10，使形成功能聚合物材料具有足够数量的过渡金属离子螯合官能团，以有效的捕捉过渡金属杂质离子。
具体的，本发明提供的一个实施例中，所述过渡金属离子螯合官能团为-CO-，这时，用于共聚的乙烯基单体包括N-乙烯基吡咯烷酮和通式为CH2＝CH(CH2)nCOR的酮，其中n大于或等于0，R为烷基。
在本发明提供的另一个实施例中，所述过渡金属离子螯合官能团为-COO-，这时，用于共聚的乙烯基单体包括酸酐类乙烯基单体或通式为CH2＝CH(CH2)nCOOR的酮，其中n大于或等于0，R为烷基；
在本发明提供的另一个实施例中，所述过渡金属离子螯合官能团为-CN-，这时，用于共聚的乙烯基单体包括丙烯腈、甲基丙烯腈或偏二氰基乙烯；
在本发明提供的另一个实施例中，所述过渡金属离子螯合官能团为-CON，这时，用于共聚的乙烯基单体包括丙烯酰胺、双丙酮丙烯酰胺或亚甲基双丙烯酰胺。
与上述锂离子电池正极材料相对应的，本发明实施例还提供了一种上述锂离子电池正极材料的制备方法，如图2所示，包括：
101、将含有过渡金属离子螯合官能团的功能聚合物材料溶解在极性有机溶剂中，制得功能聚合物溶液；
优选的，可以通过控制聚合物材料与极性有机溶剂的配比制得质量百分比浓度为1-5％的功能聚合物溶液。
102、将所述功能聚合物溶液与导电剂及纳米磷酸盐混合，然后密封研磨，得到磷酸盐浆料，其中，所述纳米磷酸盐的通式为LiMPO4，其中，M为Co、Ni、Mn、Fe和V中的一种或几种；
具体的，所选用的纳米磷酸盐颗粒粒径大小为50-200纳米。且可选的，进行密封研磨的方式优选为采用球磨机进行密封球磨，当然也可由本领域技术人员根据本领域公知常识或常用技术手段选用其他研磨方式。
优选的，本步骤具体包括：
将导电剂分散在所述聚合物溶液中，然后与纳米磷酸盐混合。
本发明实施例中，具体可以采用超声分散将将导电剂分散在所述聚合物溶液中。
103、将所述LiMPO4浆料烘干除去溶剂得到锂离子电池正极材料。
优选的，本步骤包括：
将所述LiMPO4浆料烘干除去溶剂，并控制产物颗粒粒径为8-16微米，得到锂离子电池正极材料。
本发明实施例中，具体可以采用离心喷雾干燥设备进行烘干。
本发明实施例提供的锂离子电池正极材料的制备方法能够通过功能聚合物材料中的过渡金属离子螯合官能团的螯合作用捕获正极材料表面溶出的金属杂质离子，抑制杂质离子迁移，进而避免金属离子在负极上的析出，减少电池的自放电及安全隐患，达到提高锂离子电池的循环性能和高温存储性能的目的。
当然，在上述制备锂离子正极材料的制备方法中，本领域技术人员可以根据本领域的公知常识或技术手段配置其他浓度的功能聚合物溶液、采用其他颗粒粒径大小的纳米磷酸盐、采用其他合适的研磨方式对功能聚合物溶液与导电剂及纳米磷酸盐的混合物进行研磨、控制锂离子电池正极材料的颗粒粒径为其他尺寸，本发明实施例对此不作限定。
进一步的，在本发明提供的一个实施例中，在步骤101之前，所述方法还包括制备所述功能聚合物；所述制备功能聚合物包括：
在反应容器中加入甲基丙烯酸甲酯MMA单体、至少一种含有过渡金属离子螯合官能团的乙烯基单体、溶剂及的引发剂，形成混合物；
需要说明的是，所述溶剂可根据单体的溶解性质选择相应的有机溶剂或去离子水，引发剂可根据所选溶剂来选择油性引发剂如过氧化苯甲酰BPO、偶氮二异丁腈AIBN等或水溶性引发剂如过氧化氢、过硫酸铵等。
在本发明实施例中，加入的溶剂质量具体为单体总质量的5-10倍，引发剂的质量具体为单体总质量的1-5％。甲基丙烯酸甲酯MMA单体与所述乙烯基单体的摩尔比为1∶1-10。
在所述反应容器中通氮气，搅拌所述混合物后密封所述反应容器，加热并恒温，所述混合物在搅拌下进行反应，然后加入交联剂，继续在搅拌下进行反应，得到聚合产物；
具体的，在本发明实施例中，加热并恒温的温度范围为40-80℃，所述混合物在加入交联剂前，搅拌下反应的时间为0.5-24小时，加入交联剂的质量为单体总质量的0.02-0.1％，加入交联剂后在搅拌下反应的时间为2-12小时。
将所制得的聚合产物进行抽滤并烘干得到所述功能聚合物材料。
在本发明实施例中，具体采用真空干燥箱将抽滤后的聚合产物进行烘干。
当然在上述功能聚合物的制备过程中，具体制备条件如所采用的具体溶剂、引发剂、交联剂及它们加入的质量，参加反应的单体的摩尔配比，反应的温度、时间及具体设备等都可以由本领域技术人员根据本领域的公知常识或常用技术手段进行选定，本实施例中对此不作限定。
相应的，本发明实施例还提供了一种锂离子电池正极，所述锂离子正极由上述锂离子电池正极材料制成。
相应的，本发明实施例还提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池包括上述锂离子电池正极。
相应的，本发明实施例还提供了一种上述锂离子电池的制备方法，如图3所示，包括：
201、制备锂离子电池正极和锂离子电池负极，所述锂离子电池正极由本发明实施例提供的锂离子电池正极材料制成；
202、使用所述锂离子电池正极和所述锂离子电池负极制成电池极芯；
具体的，可以在所述电池正极和所述电池负极中设置隔膜，然后卷绕成电池极芯，电池极芯的具体形状例如可以为方形。当然本发明实施对采用的具体隔膜种类及电池机芯的具体形状不作限定，本领域技术人员可根据本领域公知常识或常用技术手段进行选择。
203、将所述电池极芯固定在电池壳中；
其中，本发明实施对电池极芯在电池壳中的固定方式不作具体限定，本领域技术人员可根据本领域公知常识或常用技术手段进行确定，例如可以通过焊接方式将电池极芯固定在电池壳中。
204、将电解液注入所述电池壳中；
其中，本发明实施例对电解液的浓度及注入量不作具体限定，本领域技术人员可根据本领域公知常识或常用技术手段进行确定，例如浓度为1mol/L，注入量为3.8g/Ah。
205、对所述电池壳进行密封。
进一步的，在本发明提供的一个实施例中，所述制备锂离子电池正极包括：
将所述锂离子正极材料与导电剂、粘结剂及溶剂按一定比例混合后，搅拌以制成正极浆料；
具体的，本实施例中可以采用真空高速搅拌机对混合后形成的混合物进行搅拌，当然，还可以采用其他设备或手段进行搅拌，本发明实施例对此不作限定；
将所述正极浆料涂布于铝箔上；
将所述涂布后的铝箔烘干、辊压并剪裁得到锂离子电池正极。
进一步优选的，所述导电剂为碳黑super-P，粘结剂为聚偏氟乙烯PVDF，溶剂为N-甲基吡咯烷酮NMP。当然，还可采用其他导电剂、粘结剂及溶剂，本发明实施例对此不作限定。此外，锂离子正极材料与导电剂、粘结剂及溶剂的混合比例可以根据本领域公知常识或常用技术手段根据具体情况确定，例如锂离子正极材料∶导电剂∶粘结剂∶溶剂＝100∶5∶5∶110(质量比)，本发明实施例对此不作限定。
此外，相应的，本发明实施例还提供了一种通信设备，如图4所示，所述通信设备包括供电模块31和工作模块32，供电模块31包括本发明实施例提供的锂离子电池，供电模块31为所述工作模块32提供电能，工作模块32使用所述供电模块31提供的电能运行。
供电模块31包括至少一个锂离子电池，具体可以包括一个锂离子电池，还可以包括锂离子电池经串联和/或并联组成的锂离子电池组，本发明实施例对此不作具体限定。
工作模块32使用通过工作模块32提供的电能运行，例如执行相关的信息接收、交换、处理存储等任务。
所述通信设备可以为手机、笔记本电脑等任何一种使用锂离子电池供电的电子设备，当然本发明实施例对此不作限定。
下面具体以笔记本电脑为例对本发明实施例提供的通信设备进行说明，笔记本电脑的供电模块32包括锂离子电池及相应的与工作模块31进行连接的其他电路元件，工作模块31包括处理器、硬盘、显示屏、光驱及显卡等。其中笔记本电脑的供电模块32为笔记本电脑的工作模块31的正常运行提供电能，笔记本电脑的工作模块31使用供电模块32提供的电能正常运行。
为了更好的说明本发明实施例提供的锂离子电池正极材料及其制备方法、锂离子电池正极、锂离子电池及其制备方法和通信设备，下面以具体实施例进行详细说明。
实施例1
功能聚合物材料的制备：
在反应容器中按摩尔比1∶2的比例加入甲基丙烯酸甲酯MMA单体和丙烯晴AN单体，加入单体总摩尔数2倍的溶剂，加入单体总质量3％的引发剂过氧化苯甲酰BPO，形成混合物。将所述混合物搅拌均匀后密封反应容器，加热并恒温至65℃，搅拌反应30分钟后，通过恒压滴液漏斗加入单体总质量的0.05％的N，N-亚甲基双丙烯酸酰胺作为交联剂，继续搅拌3.5小时，得到聚合产物。将所制得的聚合物进行抽滤，并在真空干燥箱中烘干得到所需的功能聚合物，所述功能聚合物为淡黄色固体。
锂离子电池正极材料的制备：
将制备的功能聚合物充分溶解在N，N-二甲基甲酰胺DMF中制得质量百分比浓度为2％的功能聚合物溶液，加入浆料总质量1％的、直径为10nm、长径比为150∶1的碳纳米管作为导电剂，并通过超声分散将碳纳米管均匀分散在功能聚合物溶液中。加入浆料总质量50％的、颗粒粒径大小为100nm的纳米磷酸铁锂(LiFePO4)正极材料，将上述材料一起密封球磨10小时，得到均匀分散的磷酸铁锂浆料。将该浆料通过离心喷雾干燥设备烘干除去溶剂，控制产物颗粒大小约为8-16微米，得到由功能聚合物材料包覆的磷酸铁锂正极材料。
锂离子电池正极的制备：
按锂离子电池正极材料∶导电剂碳黑super-P∶粘结剂聚偏氟乙烯PVDF∶N-甲基吡咯烷酮NMP＝100∶5∶5∶110(质量比)的比例混合后，在真空高速搅拌机中搅拌4-8小时形成均匀的正极浆料，将该正极浆料均匀地涂覆在铝箔上，将铝箔烘干、辊压、裁切制得尺寸为540×43.5mm的正极片。
锂离子电池的制备：
按质量比为石墨∶羧甲基纤维素钠CMC∶丁苯橡胶SBR∶水＝100∶6∶7∶120的比例混合后，在真空高速搅拌机中搅拌制得均匀的负极浆料，将该负极浆料均匀地涂布在铜箔上，将铜箔烘干、辊压、裁切制得尺寸为500×44mm的负极片。
分别将正极片、负极片与Celgard2400聚丙烯多孔膜卷绕成一个方形电池极芯，将电解液以3.8g/Ah的量注入电池铝壳中，密封，制成方形锂离子电池。其中电解液为六氟磷酸锂溶解在碳酸乙烯酯∶碳酸二乙烯酯∶碳酸二甲酯＝1∶1∶1(质量比)的混合溶剂中形成的浓度为1mol/L的溶液。
实施例2
功能聚合物材料的制备：
在反应容器中按摩尔比1∶1的比例加入甲基丙烯酸甲酯MMA和乙酸乙烯酯VAc，加入单体总摩尔数2倍的溶剂，加入单体总质量3％的引发剂偶氮二异丁腈AIBN，形成混合物。将所述混合物搅拌均匀后，通入氮气30分钟以除去反应体系中的氧，然后密封反应容器，加热并恒温至70℃，搅拌反应30分钟后，通过恒压滴液漏斗加入单体总质量的0.05％的N，N-亚甲基双丙烯酸酰胺作为交联剂，继续搅拌3小时，得到聚合产物。将所制得的聚合物进行抽滤，并在真空干燥箱中烘干得到所需的功能聚合物，所述功能聚合物为半透明白色固体。
锂离子电池正极材料的制备：
将制备的功能聚合物充分溶解在丙酮中制得质量百分比浓度为2％的聚合物溶液，加入浆料总质量1.5％的、直径为10nm，长径比为150∶1的碳纳米管，并通过超声分散将碳纳米管均匀分散在功能聚合物溶液中。加入浆料总质量50％的、颗粒粒径大小为100nm的纳米磷酸铁锂(LiFePO4)正极材料，将上述材料一起密封球磨10小时，得到均匀分散的磷酸铁锂浆料。将该浆料通过离心喷雾干燥设备烘干除去溶剂，控制产物颗粒大小约为8-16微米，得到由功能聚合物材料包覆的磷酸铁锂正极材料。
锂离子电池正极的制备：
采用与实施例1中相同的方式，制备正极。
锂离子电池的制备：
采用与实施例1中相同的方式，制备锂离子电池。
实施例3
采用与实施例1相同的方式，制备锂离子电池正极材料、锂离子电池正极及锂离子电池，不同的是，制备功能聚合物材料时，增加了一种丙烯酰胺AM单体，三种单体加入的摩尔比为MMA∶AN∶AM＝4∶4∶2，最终制得由功能聚合物材料包覆的磷酸铁锂正极材料、锂离子电池正极及锂离子电池。
实施例4
采用与实施例1相同的方式，制备锂离子电池正极材料、锂离子电池正极及锂离子电池，不同的是，制备磷酸铁锂正极材料时，用颗粒大小为20-50nm的纳米碳黑替代碳纳米管作为导电剂，且加入质量为浆料总质量的2％，最终制得由功能聚合物材料包覆的磷酸铁锂正极材料、锂离子电池正极及锂离子电池。
实施例5
采用与实施例1相同的方式，制备锂离子电池正极材料、锂离子电池正极及锂离子电池，不同的是，制备锂离子电池正极材料时，用颗粒大小为80-200nm的纳米磷酸锰铁锂(LiMn0.6Fe0.4PO4)正极材料替代纳米磷酸铁锂(LiFePO4)正极材料，形成均匀分散的磷酸锰铁锂浆料，最终制得由功能聚合物材料包覆的磷酸锰铁锂正极材料、锂离子电池正极及锂离子电池。
对比例1
锂离子电池正极的制备：
按照实施例1中制备正极的方法，不同的是，锂离子电池正极材料直接采用实施例1至4中所使用的颗粒大小100nm的纳米磷酸铁锂正极材料。
锂离子电池的制备：
按照实施例1中制备锂离子电池的方法。
对比例2
锂离子电池正极的制备：
按照实施例1中制备正极的方法，不同的是，锂离子电池正极材料直接采用实施例5中所使用的颗粒大小约为80-200nm的纳米磷酸锰铁锂(LiMn0.6Fe0.4PO4)正极材料。
锂离子电池的制备：
按照实施例5中制备锂离子电池的方法。
下面是针对上述实施例和对比例的性能测试：
(1)常温和高温循环性能测试
将实施例1至5及对比例1至2制得的电池进行常温和高温循环性能测试。测试方法如下：
将电池放在充放电测试柜上，首先以1C的电流进行恒流恒压充电至上限电压3.8V；
搁置10分钟后，再以1C的电流从3.8V放电至2.5V，记录电池的初始放电容量；
然后再重复上述充放电步骤500次后，记录电池循环500次后的放电容量，按公式(I)计算500次循环容量维持率。
公式(I)：容量维持率＝(循环500次后的放电容量/初始放电容量)×100％
该性能测试分别在常温25℃和高温60℃环境下进行测试，所得结果列于表1中。
表1
Figure BDA0000135410260000131
测试结果表明：实施例1、实施例2、实施例3和实施例4中制备的经过功能聚合物材料包覆的磷酸铁锂正极材料制成的锂离子电池相比于对比例1中未经功能聚合物材料包覆的磷酸铁锂正极材料制成的锂离子电池，无论在常温还是高温下，都具有更优良的循环性能。实施例5中制备的经过功能聚合物材料包覆的磷酸锰铁锂正极材料制成的锂离子电池相比于对比例2中未经功能聚合物材料包覆的磷酸锰铁锂正极材料制成的锂离子电池，在常温和高温下都具有更优良的循环性能。
(2)高温储存性能测试
将实施例1至5及对比例1至2制得的电池进行高温存储性能测试。测试方法如下：
将电池放在充放电测试柜上，先以1C的电流进行恒流恒压充电至上限电压3.8V；
搁置10分钟后，再以1C的电流从3.8V放电至2.5V，记录电池的放电容量为初始容量；
然后将电池放置于60℃高温烘箱中储存7天后，再以1C的电流从3.8V放电至2.5V，记录电池的放电容量为储存容量；
然后再重复上述充放电过程3次后，记录最后一次的放电容量，即为恢复容量。按公式(II)(III)计算容量保持能力、容量恢复能力，并将结果列于表2中。
公式(II)：容量保持能力＝储存容量/初始容量
公式(III)：容量恢复能力＝恢复容量/初始容量
表2
Figure BDA0000135410260000141
测试结果表明：实施例1、实施例2、实施例3和实施例4中制备的经过功能聚合物材料包覆的磷酸铁锂正极材料制成的锂离子电池的高温存储性能优于对比例1中未经功能聚合物材料包覆的磷酸铁锂正极材料制成的锂离子电池。实施例5中制备的经过功能聚合物材料包覆的磷酸锰铁锂正极材料制成的锂离子电池的高温存储性能优于对比例2中未经功能聚合物材料包覆的磷酸锰铁锂正极材料制成的锂离子电池。
通过上述实施例与对比例的性能测试可知，本发明提供的具体实施例中的锂离子电池正极材料通过其含有的过渡金属离子螯合官能团的螯合作用捕获正极材料表面溶出的金属杂质离子，进而避免金属离子在负极上的析出，达到提高锂离子电池的循环性能和高温存储性能的目的。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (20)

1.一种锂离子电池正极材料，其特征在于，包括：
导电剂；
纳米磷酸盐，所述纳米磷酸盐的通式为LiMPO4，其中，M为Co、Ni、Mn、Fe和V中的一种或几种；
功能聚合物材料，所述功能聚合物材料含有过渡金属离子螯合官能团。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池正极材料，其特征在于，所述功能聚合物材料中的过渡金属离子螯合官能团选自-CO-、-COO-、-CN和-CON中的一种或几种。
3.根据权利要求1或2所述的锂离子电池正极材料，其特征在于，所述锂离子电池正极材料的颗粒粒径大小为8-16微米。
4.根据权利要求1或2所述的锂离子电池正极材料，其特征在于，
所述功能聚合物材料由甲基丙烯酸甲酯MMA单体和至少一种含有所述过渡金属离子螯合官能团的乙烯基单体共聚而成。
5.根据权利要求4所述的锂离子电池正极材料，其特征在于，
所述过渡金属离子螯合官能团为-CO-，所述乙烯基单体包括N-乙烯基吡咯烷酮或通式为CH2＝CH(CH2)nCOR的酮，其中n大于或等于0，R为烷基；
或者
所述过渡金属离子螯合官能团为-COO-，所述乙烯基单体包括酸酐类乙烯基单体或通式为CH2＝CH(CH2)nCOOR的酮，其中n大于或等于0，R为烷基；
或者
所述过渡金属离子螯合官能团为-CN，所述乙烯基单体包括丙烯腈、甲基丙烯腈或偏二氰基乙烯；
或者
所述过渡金属离子螯合官能团为-CON，所述乙烯基单体包括丙烯酰胺、双丙酮丙烯酰胺或亚甲基双丙烯酰胺。
6.根据权利要求4所述的锂离子电池正极材料，其特征在于，所述甲基丙烯酸甲酯MMA单体和所述乙烯基单体的组成摩尔比为1∶1-10。
7.一种权利要求1至6所述的锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括：
将含有过渡金属离子螯合官能团的功能聚合物材料溶解在极性有机溶剂中，制得功能聚合物溶液；
将所述功能聚合物溶液与导电剂及纳米磷酸盐混合，然后密封研磨，得到磷酸盐浆料，其中，所述纳米磷酸盐的通式为LiMPO4，其中，M为Co、Ni、Mn、Fe和V中的一种或几种；
将所述LiMPO4浆料烘干除去溶剂得到锂离子电池正极材料。
8.根据权利要求7所述的锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，
所述功能聚合物溶液的质量百分比浓度为1-5％。
9.根据权利要求7所述的复合锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述纳米磷酸盐颗粒粒径大小为50-200纳米。
10.根据权利要求7所述的锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述将所述功能聚合物溶液与导电剂及纳米磷酸盐混合包括：
将导电剂分散在所述功能聚合物溶液中，然后与纳米磷酸盐混合。
11.根据权利要求7所述的锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述密封研磨包括密封球磨。
12.根据权利要求7所述的锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述将所述LiMPO4浆料烘干除去溶剂得到锂离子电池正极材料包括：
将所述LiMPO4浆料烘干除去溶剂，并控制产物颗粒粒径为8-16微米，得到锂离子电池正极材料。
13.根据权利要求7至12任一项所述的锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，在所述制得功能聚合物溶液前，所述方法还包括：制备所述功能聚合物；所述制备所述功能聚合物包括：
在反应容器中加入甲基丙烯酸甲酯MMA单体、至少一种含有过渡金属离子螯合官能团的乙烯基单体、溶剂及引发剂，形成混合物；
在所述反应容器中通氮气，搅拌所述混合物后密封所述反应容器，加热并恒温，所述混合物在搅拌下进行反应，然后加入交联剂，继续在搅拌下进行反应，得到聚合产物；
将所制得的聚合产物进行抽滤并烘干得到所述功能聚合物材料。
14.根据权利要求13所述的锂离子电池正极材料，其特征在于，所述甲基丙烯酸甲酯MMA单体与所述乙烯基单体的摩尔比为1∶1-10。
15.一种锂离子电池正极，其特征在于，所述锂离子电池正极由权利要求1至6任一项所述的锂离子电池正极材料制成。
16.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括权利要求15所述的锂离子电池正极。
17.一种锂离子电池的制备方法，其特征在于，包括：
制备锂离子电池正极和锂离子电池负极，所述锂离子电池正极由权利要求1至6任一项所述的锂离子电池正极材料制成；
使用所述锂离子电池正极和所述锂离子电池负极制成电池极芯；
将所述电池极芯固定在电池壳中；
将电解液注入所述电池壳中；
对所述电池壳进行密封。
18.根据权利要求17所述的锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述制备锂离子电池正极包括：
将所述锂离子正极材料与导电剂、粘结剂及溶剂按一定比例混合后，搅拌以制成正极浆料；
将所述正极浆料涂布于铝箔上；
将所述涂布后的铝箔烘干、辊压并剪裁得到锂离子电池正极。
19.根据权利要求18所述的锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述导电剂为碳黑、所述粘结剂为聚偏氟乙烯及所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
20.一种通信设备，其特征在于，
包括供电模块和工作模块，所述供电模块包括权利要求16所述的锂离子电池，
所述供电模块为所述工作模块提供电能，所述工作模块使用所述供电模块提供的电能运行。
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