[發明專利]鋰離子電池正極材料及其制備方法、正極及鋰離子電池

無效

• 申請號: 201210031592.4
• 申請日: 2012-02-13
• 公開（公告）號: CN102569723A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 劉軍賢
• 申請（專利權）人: 華為技術有限公司
• 主分類號: H01M4/136
• 分類號: H01M4/136;H01M10/0525;H01M10/42;H01M10/058
• 代理公司: 北京中博世達專利商標代理有限公司 11274
• 代理人: 申健

技術領域

本發明涉及電池領域，尤其涉及一種鋰離子電池正極材料、鋰離子電池正極及鋰離子電池。

背景技術

當前鋰離子電池電極材料的研究主要集中于優異的正極材料的開發上。其中，磷酸鹽正極材料是一種鋰復合化合物，通式為LiMPO₄，其中M是選自Co、Ni、Mn、Fe、V中的一種或幾種元素。

目前LiMPO₄型正極材料主要通過固相方法制備。例如，在公開號為CN101630730的專利中，磷酸鐵鋰材料的制備過程為：將鋰化合物、鐵化合物、磷化合物、摻雜元素化合物按Li∶Fe∶P的摩爾比為1∶1∶1混合，經過高能球磨處理10-20小時，在鼓風干燥機中干燥，后再經粉碎設備粉碎，于氣氛爐中400℃下預燒結10小時，后再與導電碳分散液按100∶2-30的比例混合，再置于高能球磨機中混合研磨20小時，然后在保護氣氛下500-700℃燒結20-30小時，最后得到摻雜型磷酸鐵鋰材料。又如，在公開號為CN101399343的專利中，磷酸鐵鋰材料的制備過程為：將鋰源、二價鐵源、磷源和碳源在行星式球磨機上球磨25小時，烘干后在氬氣保護及450℃下進行第一次燒結，然后將第一次燒結的產物球磨1小時，烘干后在800℃下進行第二次燒結，最后得到磷酸鐵鋰正極材料。

然而，這些方法的制備過程中，由于混料不均或反應不均會導致一定未反應的鐵化合物等雜質殘留在產物正極材料中。另外，由于這些方法都需要經過多次的高能球磨混合、干燥、燒結及碎料等步驟，操作時間長，使用的金屬設備、管道、原料及環境粉塵也會引入一部分的Fe、Mn、Cr、Ni、Zn、Cu等金屬雜質。這些金屬雜質的引入會對電池的充放電不利而影響電池容量，同時隨著電池的充放電循環或儲存，會溶解在電解液中形成金屬陽離子，然后在電場的驅動下逐漸遷移到負極，并最終在電池負極和隔膜上析出并沉積，增大了電池的自放電，嚴重的會刺穿隔膜，造成電池短路，發生安全事故。此外，在電池的長時間循環使用過程中，電解液發生氧化或與水分反應產生氫氟酸(HF)，與LiMPO₄正極材料反應，也會使材料中的Fe、Mn等雜質金屬離子溶出。在高溫使用環境下還會加速這一反應過程。因此長壽命或高溫使用條件下的LiMPO₄電池，都需要嚴格控制LiMPO₄正極材料的金屬雜質含量。在儲能設備、電動汽車等需要高質量正極的應用領域，磷酸鐵鋰正極材料的金屬雜質含量通常都要控制在幾個PPM以內，對原料、設備及生產環境提出很高的要求，因此生產成本很高。

為了減少正極材料中的金屬雜質含量，現有技術中通常采用去離子水清洗或者酸性溶液浸泡正極材料的方法，從而減輕對電池的不良影響。比如，在日本特開2003-17054號公報中，利用水對鋰復合物進行清洗。又如，在國際公開第2005/051840號小冊子中，通過水熱合成LiFePO₄后，用蒸餾水清洗來純化LiFePO₄以去除LiFePO₄中的雜質。又如，公開號為CN101276909的專利通過用PH緩沖溶液對LiFePO₄材料進行清洗，其緩沖溶液優選PH值范圍為5.3-8.1，能有效去除材料中單質鐵和鐵氧化物。

但是這些方法對于不活潑的金屬雜質的去除效果并不理想，而且對于電池內正極材料在充放電過程溶出的金屬離子無法處理，比如電解液中HF與正極材料反應，使正極材料中溶出雜質離子。

發明內容

本發明的實施例提供一種鋰離子電池正極材料及其制備方法、鋰離子電池正極、鋰離子電池及其制備方法和通信設備，能夠有效避免金屬雜質離子在負極上的析出，提高鋰離子電池的循環性能和高溫存儲性能。

為達到上述目的，本發明的實施例采用如下技術方案：

一種鋰離子電池正極材料，包括：

導電劑；

納米磷酸鹽，所述納米磷酸鹽的通式為LiMPO₄，其中，M為Co、Ni、Mn、Fe和V中的一種或幾種；

功能聚合物材料，所述功能聚合物材料含有過渡金屬離子螯合官能團。

一種上述鋰離子電池正極材料的制備方法，包括：

將含有過渡金屬離子螯合官能團的功能聚合物材料溶解在極性有機溶劑中，制得功能聚合物溶液；

將所述功能聚合物溶液與導電劑及納米磷酸鹽混合，然后密封研磨，得到磷酸鹽漿料，其中，所述納米磷酸鹽的通式為LiMPO₄，其中，M為Co、Ni、Mn、Fe和V中的一種或幾種；