用于形成粒子和用于回收电化学反应性材料的方法和装置制造方法及图纸

所公开的是一种用于由原材料制备粒子的方法和装置，所述方法和装置包括至少一种与金属抗衡离子有电化学反应性的电化学反应性材料。原材料可以是疏松材料，新料，纯化的、回收材料，和/或工业废料。电化学反应性材料可以以粒子形式回收，包括微粒和/或纳米粒子。回收材料可以是基本上纯的电化学反应性材料或电化学反应性材料的合金。在一些实施方案中，可以从原材料选择性回收一种以上电化学反应性材料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于形成粒子和用于回收电化学反应性材料的方法和装置相关申请的交叉引用本申请要求通过引用由此结合在此的指定张卫军(Wei-Jun Zhang)作为专利技术人，2010年5月3日提交的美国临时专利申请号61/343，696，名称为“通过电化学颗粒细化方法制备的细粒化材料(Fine Grained Materials Prepared by Electrochemically GrainRefinement Process) ”的权益和优先权。背景毎年，归因于电子产品(例如，消费电子产品、光伏电池、半导体等)、电池、催化转化器以及エ业废屑的制造和处置在全世界范围内产生数百吨的エ业废料。当前从エ业废料 再循环和回收材料的方法基于依赖于强腐蚀性和/或有毒的碱或酸(例如，以溶解ー种或多种目标材料)的方法。例如，使用氢氟酸、硝酸、六氟硅酸或氢氧化钠的方法在本领域中是已知的。使用这些类型的化学品的方法是昂贵的、环境不友好的并且是潜在危险的。作为結果，毎年仅将小百分比的エ业废料再循环。微米和纳米粒子的使用变得具有増加的重要性，这归因于这些材料的独特性质，如它们的物理机械、化学和/或生物性质。例如，与相同组成的疏松材料比较，微米和纳米粒子可以具有增强的屈服強度和展延性，这归因于它们细化的颗粒尺寸(例如，少于约100纳米)。具有这些性质的材料可以在医学、化学、能源(energy)、和/或运输部门中使用。本领域中已知很多制备微米和纳米粒化材料的方法，如化学或物理气相沉积、苛刻塑性变形、迅速固化、以及湿法化学方法。然而，这些方法遭受以下方面困扰能量密集、环境不友好、具有高制造成本、低制造速率、回收产物中的高杂质浓度和/或放大至エ业规模上的困难。因此，将高度需要的是通过开发廉价并且环境有好的方法以再循环エ业废料材料，从而減少エ业废料。此外，将高度适宜的是以廉价并且环境友好的方式以商业规模制备微米和/或纳米粒子粒子。概述在一些实施方案中，用于形成粒子或纳米颗粒的方法包括将原材料作为第一电极连接在包括第一电极和对电极的电路中，所述第一电极和对电极的每ー个至少部分地被放置在电解液中。电解液包含金属抗衡离子，对电极包含金属抗衡离子的源，并且原材料包含与金属抗衡离子具有电化学反应性的至少ー种电化学反应性材料。该方法包括在第一电极与对电极之间的施加第一电压以离子化金属抗衡离子的源，从而产生金属抗衡离子。金属抗衡离子的至少ー些与第一电极中的所述至少ー种电化学反应性材料反应以形成金属-电化学反应性材料化合物。该方法还包括施加相对于第一电压具有相反极性的第二电压以从金属-电化学反应性材料化合物离子化金属抗衡离子以再填充对电极，从而制备电化学反应性材料的粒子。在一些实施方案中，该方法包括重复第一和第二电压的施加以制备粒子(例如，微米和/或纳米粒子)。在一些实施方案中，用于形成纳米粒子的方法包括将作为第一电极的原材料连接在包括第一电极和对电极的电路中，所述第一电极和对电极的每ー个至少部分地设置在电解液中。电解液包含锂抗衡离子(Li+)，对电极包含作为锂抗衡离子(Li+)的源的锂金属或含锂材料(例如，合金、化合物、混合物等)，并且原材料包括M，其中M是选自Si、Ga、Ge、Pt、Ag、Au、In、Sn、Al、Zn、Sb、Cd、As、Pb、Mg以及它们的组合中的至少一种电化学反应性材料。该方法包括在第一电极与对电极之间施加约O. OlV至约20V的第一电压以离子化锂抗衡离子的源，从而产生锂抗衡离子。锂抗衡离子的至少ー些与第一电极中的所述至少一种电化学反应性材料反应以形成LixMy化合物，其中LixMy表示与包含电化学反应性材料的原材料的化合物比较，在单位体积上展现至少约20%变化率的化合物。该方法还包括施加相对于第一 电压具有相反极性的第二电压以从LixMy化合物离子化Li抗衡离子，从而制备基本上纯化并粉化的M粒子。在一些实施方案中，M粒子在施加第一和第二电压的ー个或多个循环之后形成。在一些实施方案中，用于产生纳米粒子的装置包括包含第一电极、对电极和电解液的电路。第一电极包括多孔的非反应性容器，所述多孔的非反应性容器用于容纳作为第ー电极的至少一部分电连接的至少ー种电化学反应性材料。对电极包括金属抗衡离子的源。电解液包括金属抗衡离子。第一电极和对电极彼此电连接用于在其间施加电压。第一电极和对电极的姆ー个至少部分地设置在电解液内。以上概述仅是示例性的并且不意图以任何方式限制。除上述示例性方面、实施方案和特征之外，通过參考附图和下面的详述，其他方面、实施方案和特征将变得显而易见。附图简述图I是用于产生粒子的装置的一个示例性实施方案。图2是可以被包括在用于产生粒子的装置中的容器的一个示例性实施方案。图3显示了一种用于形成粒子的方法的实例流程图。详述通常，在本文的一些实施方案中，据信本公开利用通过施加第一电压，在包括电化学反应性材料ERM(例如，Si)的原材料(例如，第一电极)和金属抗衡离子的源(例如，Li+)(例如，第二电极)之间发生的电化学反应，以形成金属-ERM化合物。此外，本公开利用金属-ERM化合物具有至少大于在原材料中存在的电化学反应性材料的単位体积约20%的单位体积的事实。此外，本公开利用电化学反应可以通过施加相对于第一电压具有相反极性的第二电压逆转的事实。第二电压的施加导致金属-ERM化合物分解为金属抗衡离子和电化学反应性材料粒子。在一些实施方案中，粒子在施加第一和第二电压的一个或多个循环之后形成。可以将这些粒子分离并收集，或者留下进一歩反应。电压循环导致电化学反应性材料的粉化。不希望由任何理论束缚，据信由金属-ERM化合物的形成和变形产生的体积变化引起电化学反应性材料中的应カ(例如，内应カ)。应カ和有限的扩散速率可以使得电化学反应性材料形成其粒子或细粒(例如，粉化)。所形成的粒子或颗粒可以包括可以在商业上在多种エ业中使用的合金或基本上纯的电化学反应性材料(例如，约99%纯Si)，所述エ业包括医学、化学、能量和/或运输部门。起始电化学反应性材料可以在エ业废料(例如，消费品电子产品、光伏电池、半导体等)中和/或在疏松的、新的或纯化、回收的材料中得到。同样，粒子的形成可以是用于再循环(例如，回收)エ业废料和/或用于从废料、新料或者之前回收的材料形成微米或纳米粒子或颗粒的廉价的、环境有好的和可放大的方法。我们现在转向用于本专利技术的示例性实施方案更加完整的理解的附图。所绘制的附图意欲在性质上是示例性的并且不意图限制本专利技术。图I是用于形成粒子的装置的一个示例性实施方案。如图I中所示，装置10包括具有第一电极30、对电极40和电解液50的电路。第一电极30和对电极40在电路中经由电线20彼此电连接，例如，以在其间施加电压。第一电极30和对电极40至少部分地被设置在可以被设置在非反应性室60中的电解液50中。在一些实施方案中，第一电极30包括可以容纳原材料34的容器32。容器32可以具有小孔、穴、孔或类似的特征以允许电解液50穿透容器32的壁以接触原材料34。原材料可以作为第一电极30的至少一部分电连接(例如，经由与容器32的一部分的接触，或者至电线20的分别直接连接)。无论这如何完成，原材料中的ERM作为第一电极30的至少一部分连接在电路中。原材料3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.05.03 US 61/343,6961.一种用于形成粒子的方法，所述方法包括 将原材料作为第一电极连接在包括所述第一电极和对电极的电路中，所述第一电极和对电极的每一个至少部分地被设置在电解液中，其中 所述电解液包含金属抗衡离子； 所述对电极包含所述金属抗衡离子的源； 所述原材料包含至少一种与所述金属抗衡离子有电化学反应性的电化学反应性材料； 在所述第一电极与所述对电极之间施加第一电压以离子化所述金属抗衡离子的源，从而产生所述金属抗衡离子，其中所述金属抗衡离子的至少一些与在所述第一电极中的所述至少一种电化学反应性材料反应以形成金属-电化学反应性材料化合物； 施加相对于所述第一电压具有相反极性的第二电压，以从所述金属-电化学反应性材料化合物离子化所述金属抗衡离子以再填充所述对电极，从而制备所述电化学反应性材料的粒子。2.权利要求I所述的方法，其中所述原材料选自基本上纯的材料或废料。3.权利要求I所述的方法，其中所述原材料包含包含所述至少一种电化学反应性材料的废料。4.权利要求I所述的方法，其中所述原材料包含基本上纯的形式的所述至少一种电化学反应性材料。5.权利要求4所述的方法，其中所述原材料是新料。6.权利要求4所述的方法，其中所述原材料是再生的纯化的材料。7.权利要求I所述的方法，其中所述至少一种电化学反应性材料与Li、Na、K、Mg、其盐和离子是反应性的。8.权利要求I所述的方法，其中所述至少一种电化学反应性材料与所述金属抗衡离子在O. 01V-20V的电压是选择性反应的。9.权利要求I所述的方法，其中所述至少一种电化学反应性材料选自Si、Ga、Ge、Pt、Ag、Au、In、Sn、Al、Zn、Sb、Cd、As、Pb、Mg 以及它们的组合。10.权利要求I所述的方法，其中所述金属抗衡离子选自K+、Li+、Na+和Mg2+。11.权利要求I所述的方法，其中所述金属抗衡离子是Li+。12.权利要求I所述的方法，其中所述金属抗衡离子的源是金属源。13.权利要求I所述的方法，其中所述金属抗衡离子的源是所述金属抗衡离子的盐。14.权利要求13所述的方法，其中所述金属抗衡离子是Li+，并且所述抗衡离子的源是Li 金属、LiFeP04、LiCoO2' Li4Ti5O12' LiMn2O4' Li-Al、Li_Sb、Li-Sn,或它们的组合。15.权利要求I所述的方法，其中所述电解液是非水性的。16.权利要求15所述的方法，其中所述电解液包含有机溶剂和所述金属抗衡离子的盐的组合。17.权利要求16所述的方法，其中所述电解液包括所述有机溶剂和所述金属抗衡离子的所述盐的溶液。18.权利要求16所述的方法，其中所述电解液包括所述有机溶剂和所述金属抗衡离子的所述盐的悬浮液。19.权利要求16所述的方法，其中所述有机溶剂是醚、酯、碳酸酯、醇、酮、磺酸酯或芳族溶剂。20.权利要求16所述的方法，其中所述有机溶剂选自碳酸异丙烯酯、碳酸亚乙酯、碳酸乙酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯、1，2_ 二甲氧基乙烷、二甘醇二甲醚、二甘醇二乙醚、二甘醇二丁醚、二丙二醇二甲醚、二乙氧基乙烷、BEE-I-叔丁氧基-2-乙氧基乙烷及它们的混合物。21.权利要求I所述的方法，所述方法还包括在施加所述第一电压和施加所述第二电压之间循环，直至所述电化学活性材料形成所需尺寸的颗粒或粒子。22.权利要求I所述的方法，所述方法还包括施加所述第一电压以使所述抗...

【专利技术属性】
技术研发人员：张卫军，
申请(专利权)人：英派尔科技开发有限公司，
类型：
国别省市：