应用于锂离子的经稳定的金属锂粉的制备方法技术

提供了使金属锂粉稳定化的方法。所述方法包括以下步骤：将金属锂加热到超过其熔点的温度，搅动所述熔融金属锂和使所述金属锂与氟化剂接触以提供经稳定的金属锂粉。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】 相关申请的交叉引用本申请要求2005年7月5日提交的美国临时申请60/695,565的 优先权，所述临时申请的公开内容通过全文引用结合于本文中。专利
与背景本专利技术涉及具有更好稳定性和较长储存寿命的经稳定的金属锂 粉("SLMP")。如此改进的SLMP可用于各种各样的应用，包括有 机-金属和聚合物合成、可再充电锂电池和可再充电锂离子电池。引 人注意的 一个领域是可再充电4里和锂离子电池在电子应用如手机、可携式摄像机和膝上型电脑等中和甚至最近在较大动力应用如电动 汽车和混合动力汽车中的用途。在这些应用中，希望二次电池具有可能的最高比容量但仍提供安全运行条件和良好循环性能，从而在 随后再充电和放电循环中保持所述高比容量。尽管可再充电锂电池有多种结构，各结构包括正极(或阴极)、 负极(或阳极)、分开阴极和阳才及的隔板以及与阴极和阳极电化学相连 的电解质。就二次锂电池而言，当所述二次电池放电时，即用于其 特定应用时，锂离子通过电解质从阳极转移到阴极。在此过程中， 来自阳极的离子汇集并通过外部电路到达阴极。当对二次电池进行 充电或再充电时，锂离子通过电解质从阴极转移到阳极。过去采用具有高比容量的非锂化化合物如TiS2、 MoS2、 Mn02 和丫205作为阴极活性材料制备二次锂电池。这些阴极活性材料与金 属锂阳极耦合。当所述二次电池放电时，锂离子通过电解质从金属 锂阳极转移到阴极。遗憾的是，循环时，金属锂形成枝状晶体，所 述枝状晶体最终在电池中导致不安全状况。结果，这类二次电池的 生产在20世纪90年代早期因为有了锂离子电池而停止。已知如何使锂粉稳定，特别是为了将其用于二次电池。例如， 如美国专利5,567,474、 5,776,369和5,976,403中所述可通过用C02 将金属粉表面钝化来使锂粉稳定，所迷专利的公开内容可通过全文 引用结合于本文中。然而，(302钝化的金属锂粉仅可在低湿度水平 的空气中使用有限的一段时间，此后由于金属锂与空气反应金属锂 含量衰变。因此仍然需要储存寿命提高的经稳定的金属锂。专利技术概述为了这个目标，提供了更稳定的锂粉。所述金属锂粉被氟或含 氟化合物钝化。与C02相比，由于LiF的溶解度(即25。C下0.133 g 溶解于100 gH20中)比Li2C03的溶解度(即25。C下1.29 g溶解于100 g H20中)低约1个数量级，这种薄而密的连续LiF层提供了更好的钝 化。LiF钝化层相当光滑，这在表面上提供更连续和密集的保护性钝 化。所得金属锂粉具有改进的稳定性和提高的储存寿命。考虑以下详细描述和附图后，本专利技术的这些和其他特征和优点 对本领域技术人员而言将变得更显而易见，所述详细描述和附图对 本专利技术优选实施方案和替代实施方案进行了描述。附图简述附图说明图1是实施例1和经(:02稳定的金属锂粉的衰变率对比(试验A) 。图2是实施例1和经(:02稳定的金属锂粉的衰变率对比(试验B) 。图3是实施例3和经C02稳定的金属锂粉的平均衰变率对比。 图4是实施例1和实施例3的平均衰变率对比。 图5是实施例1和3及经C02稳定的金属锂粉在-34'C露点(D.P.) 下金属锂含量损失对比(试验C)。附图和以下详述对优选实施方案进行了详细描述以能实施本发 明。尽管参考这些具体的优选实施方案对本专利技术进行描述，应该理 解本专利技术不局限于这些优选实施方案。相反，本专利技术包括许多供选 项、改进和等同内容，这些通过考虑以下详细描述和附图将变得显 而易见。专利技术详述根据本专利技术如下制备锂分散体在烃油中将金属锂加热到超过 其熔点的温度，搅动(如剧烈搅拌)所述熔融锂，并使锂与氟化剂接触。 已认识到其他碱金属如钠和钾可按照本专利技术氟化。合适的氟化剂可 为氟或含氟化合物且可包括氟气、HF、 SiF4、 SnF4、 SFe等；全氟烃 化合物如全氟戊胺、全氟己烷、全氟-l,3-二甲基环己烷；含氟无机 化合物如三氟化硼叔丁基曱基醚合物或氟硼酸/乙醚。可在分散过程 中或在锂分散体冷却后较低温度下将氟化剂引入来接触锂滴。各种各样的烃油可用于本专利技术中。本文中所用术语"烃油"包 括主要或全部由烃混合物组成的各种油状液体并包括矿物油即具有 公认为油的粘度极限的矿物原料的液体产物，因此包括但不局限于 石油、页岩油、石蜡油等。示例性的烃油为白油(高度精炼的)，诸如 烃油如Pennzoil Products Inc.的Penreco分公司生产的Peneteck(其在 IOO下的粘度为43-59帕斯卡.秒，闪点为265°F)，产自Pennzoil Products 的Penreco分公司的Parol IOO(其在100。F的粘度为213-236帕斯 卡.秒，闪点为360°F)，产自Witco的Sonnebora分公司的Carnation 白油(在100下的粘度=133-165帕斯卡.秒)。可使用在包括金属锂或 钠熔点的范围内沸腾的纯化烃类溶剂，如Unocal 140溶剂。此外， 还可使用未精炼的油，如Unocal 460溶剂和烃类密封油和Exxon的 Telura 401和Telum 407。烃油的选择在本领域技术人员的技能之内。本方法制备金属粒径为10-500微米的锂分散体。公认本领域技 术人员将能够根据锂分散体的预期用途选择合适的粒径。冷却后，容易将所得锂分散体过滤以除去大部分分散剂烃油且可用溶剂如己 烷洗涤金属以除去残余油，之后，可将金属粉干燥。烃油滤出液是 澄清、无色的且可回收至金属分散过程，而无需进一步处理，与在 再使用之前需要用粘土柱将油纯化的现有技术方法形成对比。干燥 的金属粉在环境气氛下出人意料地稳定，使之能在这种环境下从一 个容器中安全转移到另 一容器中。用于本专利技术各实施方案的金属锂可以锂粉提供。所述锂粉可经 过处理或经过调适以在运输过禾呈中保持稳定。例如，如通常所知可 在二氧化碳存在下制备千锂粉。其可在惰性气氛如氩中包装。锂粉 可在悬浮液中制备，如在矿物油溶液或其他溶剂的悬浮液中。在溶 剂悬浮液中制备锂粉可促进较小锂粉颗粒的形成。本专利技术某些实施 方案中，锂粉可在溶剂中制备，所述溶剂可用于本专利技术各实施方案。 在所述溶剂中制备的金属锂粉可在所述溶剂中运输。此外，所述金 属锂粉和溶剂混合物可用于本专利技术实施方案中，所述实施方案可免除电极制备过程的混合步骤，因为所述溶剂和金属锂粉作为单一组 分提供。此外，这可能降低生产成本并使得较小或较细金属锂粉粒 子用于本专利技术实施方案中。通常金属锂粉的中值粒径为10-500微米。或者，经稳定的金属锂粉可通过将熔融金属从雾化器喷嘴喷出 来制备，氟化步骤可在小滴在氟化气体和氩气的混合物中飞行过程 中或粉末被收集后进行。经稳定的金属锂粉可单独4吏用或可与分散剂如油酸组合使用。 其他合适的分散剂包括亚油酸、油酸钠、油酸锂、亚麻子油、C02、 N2、 NH3、 Teluraoil、硬脂酸、草酸、单宁酸(tanic acid)和CO。经稳定的金属锂粉可用于二次电池，如美国专利6,706,447 B2 中所述，所述专利的公开内容通过全文引用结合于本文中。典型的 二次电池包括正极或阴极、负才及或阳极、分隔所述正极和负极的隔 板及与所述正极和负极电化学相连的电解质。二次电池还包括与所述阴极电接触的集流器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使金属锂粉稳定的方法，所述方法包括以下步骤：　　　　ａ）将金属锂加热到超过其熔点的温度；　　　　ｂ）搅动所述熔融金属锂；和　　　　ｃ）使所述金属锂与氟化剂接触以提供经稳定的金属锂粉。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：TB多弗，CJ沃尔特曼，M亚科夫列瓦，高原，PT帕莱普，
申请(专利权)人：FMC公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]