專利名稱：用于鋰離子用途的穩(wěn)定化鋰金屬粉末、組合物和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及具有更好穩(wěn)定性和更長儲存壽命的穩(wěn)定化鋰金屬粉末(“SLMP”)。這種改進的SLMP可用在多種用途中，包括有機-金屬和聚合物合成、可充電鋰電池和可充電鋰離子電池。
背景技術：
由于其自燃性質，鋰金屬的高表面積可能阻礙其在各種用途中的應用。已知通過如美國專利Nos. 5，567，474,5, 776，369和5，976，403 (其公開內容全文經(jīng)此引用并入本文) 中所述用(X)2鈍化金屬粉末表面來使鋰金屬粉末穩(wěn)定化。但是，由于鋰金屬與空氣的反應， CO2-鈍化的鋰金屬粉末在鋰金屬含量衰減之前只能在具有低水分含量的空氣中使用有限時間。因此，仍然需要具有改進的儲存壽命的穩(wěn)定的鋰金屬。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供了用蠟保護的鋰金屬粉末。連續(xù)蠟層例如與CO2鈍化相比提供了改進的保護。所得鋰金屬粉末具有改進的穩(wěn)定性和改進的儲存壽命。此外，蠟保護的鋰金屬粉末在可充電鋰離子電池工業(yè)中的電極制造法中廣泛用作溶劑的N-甲基-2-卩比咯烷酮(NMP) 中表現(xiàn)出更好的穩(wěn)定性。類似地，本發(fā)明的蠟保護的鋰金屬粉末在Y-丁內酯(GBL)中表現(xiàn)出更好的穩(wěn)定性。


圖1是實施例1的蠟保護的鋰金屬粉末和CO2穩(wěn)定化的鋰金屬粉末在無水NMP中的穩(wěn)定性比較。圖2是含蠟作為添加劑和不含蠟添加劑的石墨電極的周期性能比較。圖3是蠟涂布的鋰金屬粉末和CO2-涂布的鋰金屬粉末在0. 6%水摻雜NMP中的 ARSST穩(wěn)定性試驗溫度分布的并列比較。圖4是實施例1和CO2-穩(wěn)定化的鋰金屬粉末在0. 6%水摻雜NMP中的穩(wěn)定性比較。圖5是在25 °C和75 %相對濕度下對NMP和GBL進行的加速吸濕性測試。
具體實施例方式在附圖和下列詳述中，詳細描述了優(yōu)選實施方案以便能夠實施本發(fā)明。盡管參照這些具體實施方案描述了本發(fā)明，但要理解的是，本發(fā)明不限于這些實施方案。相反，本發(fā)明包括根據(jù)下列詳述和附圖顯而易見的許多替代方案、修改和對等物。本文所用的術語僅為了描述具體實施方案而不是要限制本發(fā)明。本文所用的術語 “和/或”包括任何相關列舉事項和其中一個或更多個的所有組合。除非文中清楚地另行指明，本文所用的單數(shù)形式“a”、”an”和“該”旨在也包括復數(shù)形式。要進一步理解的是， 術語“包含”和/或“包括”在本說明書中使用時規(guī)定了所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元素和 /或組分的存在，但不排除一種或更多種其它特征、整數(shù)、步驟、操作、元素、組分和/或其組合的存在或加入。除非另行指明，本文所用的所有術語(包括技術和科學術語)具有本發(fā)明所屬領域的普通技術人員通常理解的相同含義。要進一步理解的是，術語，如常用詞典中定義的那些，應被解釋為具有與其在相關領域背景中的含義一致的含義，而不是以理想化或過度形式上的意義解釋，除非文中明確作出這樣的規(guī)定。根據(jù)本發(fā)明，通過將鋰金屬粉末在烴油中加熱至高于其熔點的溫度、對該鋰金屬粉末施以足以分散熔融鋰的條件(例如攪動或劇烈攪拌)和使分散的鋰金屬粉末與蠟在此溫度與蠟熔點之間的溫度下接觸，制備鋰分散體。可以根據(jù)本發(fā)明涂布其它堿金屬，如鈉和鉀。在本發(fā)明中可以使用各種烴油。本文所用的術語烴油包括主要或完全由烴的混合物構成的各種油性液體，并包括礦物油，即具有油的公認粘度限的礦物源液體產(chǎn)品，并因此包括，但不限于，石油、頁巖油、石蠟油和類似物。這些可用的烴油有許多制造商。這些可用的烴油包括高度精制油，如Penreco Division of Pennzoil Products Inc.制造的 Peneteck，其具有在100° F下43_59帕斯卡-秒的粘度和265° F的閃點；Parol 100，其具有在100° F下213-236帕斯卡-秒的粘度和360° F的閃點(可獲自Penreco，Div. of Pennzoil Products)；禾口 Sonneborn Div. of Witco 制造的 Carnation 輕油(粘度=在 100° F下133-165帕斯卡-秒)。甚至可以使用在包括鋰或鈉金屬熔點的范圍內沸騰的某些純化烴溶劑，如UNOCAL' s 140溶劑。此外，也可以使用未精制油，如Unocal' s 460溶劑和烴密封油和Exxon' s Telura 401和Telura 407。烴油的選擇在本領域人員的技術內。合適的蠟可以是天然蠟，如12-羥基硬脂酸；合成蠟，如低分子量聚乙烯；石油蠟， 如石蠟；和微晶蠟。蠟可以在分散過程中引入以與鋰液滴接觸，或在鋰分散體冷卻后在較低溫度下引入。要理解的是，可以使用具有不同化學組成、分子量、熔點和硬度的不同類型的蠟的組合以實現(xiàn)用于特定用途的具體涂布特性。例如，可以控制粘度以使用“轉移防粘紙” 概念引入SLMP，其中需要一定程度的粘性。此外，有益的是，將本發(fā)明的蠟或蠟混合物與其它無機涂料，例如Li2C03、LiF、 Li3PO4, SiO2, Li4SiO4, LiAlO2, Li2Ti03、LiNbO3和類似物合并以改進空氣穩(wěn)定性和極性溶劑穩(wěn)定性，從而實現(xiàn)更安全的操作和使用溶解常用聚合物粘合劑的常用極性溶劑的可能性。 公認的是，多數(shù)蠟在升高的溫度下可溶于非極性溶劑，且在室溫下的溶解度高于0. 5%。例如，蠟可以在室溫下以大約0. 的含量溶解在NMP中。上述合適的蠟可以在鋰粒子上產(chǎn)生兩種類型的涂層第一類型代表物理或粘合型，其中使用非極性蠟，第二類型代表化學粘合涂層，其中使用帶有既有疏水又有親水特征的官能團的蠟。涂層厚度可以為大約20納米至大約200納米不等。通過改變工藝參數(shù)和試劑添加到鋰分散體或鋰干粉中的次序，本發(fā)明的蠟涂布的鋰金屬粉末可以具有截然不同的表面性質。例如，可以在鋰熔點或低于鋰熔點引入蠟，然后在高于鋰熔點添加其它分散劑，因此，蠟充當分散劑/涂布劑。其它合適的分散劑包括油酸、亞油酸、油酸鈉、油酸鋰、亞麻子油、C02、N2, NH3> telura油、硬脂酸、草酸、tanic酸、 CO和其它蠟?？梢栽谔砑悠渌稚┖屯坎紕?，例如導致形成涂層的試劑，如Li2C03、LiF、 Li3PO4, SiO2, Li4SiO4, LiAlO2, Li2TiO3和LiNbO3和類似物之前或之后，在高于鋰熔點引入蠟或蠟混合物，以通過改變反應界面來增強保護層的化學粘合和均勻性?？梢允褂美鋮s模式控制結晶度和獲得具有預定粘度的樣品?；蛘?，可以將穩(wěn)定化鋰金屬粉末分散到熔融的非極性石蠟類蠟或蠟混合物中，并倒入蠟燭型模具中以便結晶，并可以作為長度或體積函數(shù)來計算鋰粉的濃度。因此，一個 “蠟燭”可以充當鋰載體并用于有機-金屬和/或聚合物合成；在反應完成后，該惰性蠟可以用溶劑萃取或使其結晶和過濾出來。在另一實施方案中，可以將穩(wěn)定化鋰金屬粉末分散到熔融的非極性石蠟類蠟或蠟與礦物油的混合物中以形成含鋰粉的漿料或糊料，其可用在填縫槍等裝置中以輸遞鋰粉。該方法產(chǎn)生具有10至500微米的金屬粒子尺寸的鋰分散體。此外，通過實施本發(fā)明，消除鋰粒子浮到漿料頂部的趨勢。公認的是，本領域技術人員能夠根據(jù)鋰分散體的預期用途選擇適當?shù)牧６取Ｔ诶鋮s時，所得鋰分散體容易過濾以除去大部分分散劑烴油，然后可以將該金屬用溶劑，如己烷洗滌以除去殘留油，此后可以干燥金屬粉末。烴油濾液是清澈無色的并且無需進一步處理就可以再循環(huán)到金屬分散工藝中。這與要求在再使用之前粘土塔提純該油的現(xiàn)有技術方法形成對比。干燥的金屬粉末出乎意料地對環(huán)境氣氛穩(wěn)定，這使它們可以在這類氣氛中安全地從一個容器轉移到另一容器。本發(fā)明的各種實施方案所用的鋰金屬可以作為鋰粉提供。為了運輸過程中的穩(wěn)定性，可以處理或以其它方式調節(jié)鋰粉。例如，可以如傳統(tǒng)已知的那樣在二氧化碳存在下形成干燥鋰粉。其可以在惰性氣氛，如氬氣下包裝。該干燥鋰粉可用于本發(fā)明的各種實施方案。 或者，該鋰粉可以在懸浮液中，例如在礦物油溶液或其它溶劑的懸浮液中形成。在溶劑懸浮液中形成鋰粉可能有助于制造更小的鋰金屬粒子，例如其中100%的粒子小于100微米。在本發(fā)明的一些實施方案中，可以在本發(fā)明的各種實施方案可用的溶劑中形成鋰粉。在溶劑中形成的鋰金屬粉末可以在該溶劑中運輸。此外，鋰金屬粉末和溶劑混合物可用于本發(fā)明的實施方案，其中消除了干燥SLMP的步驟。這可以降低生產(chǎn)成本并允許在本發(fā)明的實施方案中使用更小或更細的鋰金屬粉末粒子。或者，可以通過經(jīng)霧化器噴嘴噴射熔融金屬來制造穩(wěn)定化鋰金屬粉末，并且可以在收集粉末后進行上蠟步驟。例如，鋰粉可以收集到含干燥蠟或預溶蠟的鋰相容溶劑中并使該混合物達到蠟在該溶劑中的澄清點溫度或更高溫度，且在一個實施方案中，高于鋰熔點。可以例如使用旋轉蒸發(fā)器汽提掉溶劑，以使蠟結晶到鋰粒子上。本發(fā)明的實施方案所用的溶劑還必須在陽極制造法中所用的溫度下不與鋰金屬和粘合劑聚合物(粘合劑可能可溶于與鋰相容的溶劑中)反應。優(yōu)選地，溶劑或助溶劑具有足夠的揮發(fā)性以便容易從漿料中蒸發(fā)以促進施加到集電器上的漿料的干燥。例如，溶劑可以包括非環(huán)狀烴和環(huán)烴，包括 NMP、GBL、正己烷、正庚烷、環(huán)己烷和類似物，芳烴，如甲苯、二甲苯、異丙基苯(枯烯)和類似的對稱、不對稱和環(huán)狀醚，包括二正丁基醚、甲基叔丁基醚和類似物。在一個實施方案中，用蠟涂層保護的鋰金屬粉末允許使用無水NMP溶劑。該穩(wěn)定化鋰金屬粉末可用在如美國專利No. 6，706，447B2中所述的二次電池中， 該專利的公開內容全文經(jīng)此引用并入本文。典型的二次電池包括正電極或陰極、負電極或陽極、分隔正電極和負電極的隔板、和與正電極和負電極電化學連通的電解質。該二次電池也包括與陰極電接觸的集電器和與陽極電接觸的集電器。集電極通過外部電路彼此電接觸。二次電池可以具有本領域中已知的任何構造，如“果凍卷(jelly roll)”或堆疊構造。陰極由通常與碳質材料和粘合劑聚合物合并的活性材料形成。陰極中所用的活性材料優(yōu)選為可以在有效電壓(例如對于鋰，2.0至5. 0V)下鋰化的材料。優(yōu)選地，可以使用非鋰化材料，如MnO2J2O5或MO&、某些過渡金屬磷酸鹽、某些過渡金屬氟化物或其混合物作為活性材料。但是，也可以使用可進一步鋰化的鋰化材料，如LiMri204。選擇非鋰化活性材料，因為它們通常具有比該構造中的鋰化活性材料更高的比容、更好的安全性、更低成本和更寬的選擇并因此可以提供比僅使用鋰化活性材料的二次電池高的功率。此外，由于陽極如下所述包括鋰，陰極不一定要包括鋰化材料才能使二次電池工作。陰極中所帶的活性材料的量優(yōu)選足以接受陽極中存在的可移除的鋰金屬。陽極由能夠在電化學體系中吸收和解吸鋰的宿主材料形成，其中穩(wěn)定化鋰金屬粉末分散在該宿主材料中。例如，在電池(特別是陽極)再充電時，陽極中存在的鋰可以插入宿主材料中，與宿主材料形成合金或被宿主材料吸收。宿主材料包括能夠在電化學體系中吸收和解吸鋰的材料，如碳質材料；含Si、Sn、錫和硅氧化物的材料或復合錫和/或硅合金或金屬間化合物；過渡金屬氧化物，如氧化鈷；鋰金屬氮化物，如Li3_xCoxN，其中0 < χ < 0. 5，和鋰金屬氧化物，如Li4Ti5O120穩(wěn)定化鋰金屬粉末的另一用途是以良好收率制備有機鋰產(chǎn)品。薄蠟層被認為不會顯著阻礙反應性但確實保護金屬避免與環(huán)境氣氛反應。下列實施例僅舉例說明本發(fā)明而非限制本發(fā)明。實施例對比例1將電池級鋰金屬405克切成2X2英寸小件，并在室溫下在恒定干燥氬氣流下裝入帶有配有連接到固定高速攪拌器發(fā)動機上的攪拌軸的4”頂蓋的3升不銹鋼燒瓶反應器中。該反應器配有頂部和底部加熱罩。然后裝配該反應器并加入1041. 4克PeneteckTM油 (Penreco, Division of the Penzoil Products Company)。然后將該反應器力口熱至大約 200°C并在250rpm至SOOrpm下保持溫和攪拌以確保所有金屬熔融，在加熱步驟全程中保持氬氣流。然后將該混合物在高速(最多10，OOOrpm)下攪拌2分鐘。將8. 1克油酸裝入反應器并再繼續(xù)高速攪拌3分鐘，然后加入5. 1克C02。然后停止高速攪拌，移除加熱罩，并使分散體冷卻至大約50°C并轉移到儲存瓶中。此外，過濾鋰分散體并在氬氣流下在封閉的燒結玻璃過濾漏斗中用己烷洗滌三次，并用正戊烷洗滌一次以除去烴油介質。用熱槍加熱該漏斗以除去痕量溶劑，并將所得自由流動的粉末轉移到緊密加蓋的儲存瓶中。實施例1將含有6.觀克中值粒度為58微米的鋰的鋰在油中的分散體，55. 72克 (11.275%)裝入配有1 "Teflon涂布攪拌棒的120毫升哈氏合金(hastelloy)罐中。將該溶液加熱至75°C并向該鋰分散體中加入0. 63克在72°C下預溶解的在對二甲苯(Aldrich) 中的10%溶液形式的Luwax A(BASF)。將該混合物在200rpm下連續(xù)攪拌22小時。使樣品冷卻至室溫并轉移到儲存瓶中。此外，過濾鋰分散體并在封閉的燒結玻璃過濾漏斗中用己烷洗滌三次并用正戊烷洗滌兩次以除去烴油介質。用熱槍加熱該漏斗以除去痕量溶劑，并將所得自由流動的粉末轉移到緊密加蓋的儲存瓶中。圖1表明，在實施例1在室溫下在無水NMP ( < IOOppm H2O)中混合時沒有觀察到放熱效應。此外，與在暴露在無水NMP溶劑中四天后沒有留下金屬鋰的對比例1中所述的樣品不同，實施例1中仍存在金屬鋰。此外，與對比例1中所述的樣品不同，蠟涂布的鋰粉甚至在濕含量為0. 6%的NMP中也是穩(wěn)定的。圖2表明，當將1重量％蠟引入電池中時，(基于使用10%蠟涂布SLMP的完全鋰化碳，計算添加量)，沒有不利作用。使用Arbin 電池周期計BT-2043測試Li/碳的半電池。在0. 50mA/cm2下用0. 01-1. 5V的電勢范圍對電池進行周期測試。圖3顯示了 ARSST (高級反應性篩分系統(tǒng)工具)量熱計試驗，其中使樣品在連續(xù)攪拌下暴露在0. 6%水摻雜NMP中，在室溫下保持等溫三天，然后在55 °C下保持等溫2天。在室溫下保持大約48小時時，觀察到(X)2涂布的鋰粉的逸出(runaway)反應，而對于實施例1 的蠟涂布的鋰金屬粉末，沒有觀察到放熱效應。在這些類型的試驗完成后，蠟涂布的樣品的鋰金屬濃度為至少40%。圖4顯示了在室溫下在0. 6%水摻雜的NMP中暴露10天的過程后對蠟涂布的樣品測得的金屬鋰濃度。溶劑吸濕性導致鋰離子電池的品質和性能問題(例如，高含濕量可能造成粘合劑聚合物再結晶，由此降低其粘合性，由此導致電極膜裂化、層離，因此造成電池故障)。圖5 顯示了在25°C和75%相對濕度下進行的加速吸濕性試驗結果。例如，NMP在7小時暴露內吸收 0. 6%濕度，而GBL僅吸收0. 23%濕度。這表明蠟涂布的鋰金屬粉末在GBL中更穩(wěn)定。實施例2將含有250克中值粒度為63微米的鋰的鋰在油中的分散體，780克(32. 1% )在恒定干燥氬氣流下在室溫下裝入配有連接到固定高速攪拌器發(fā)動機上的攪拌軸的5升三頸玻璃燒瓶反應器中。該反應器配有底部加熱罩。然后將該反應器加熱至大約75°C并保持溫和攪拌以確保均勻分布和傳熱。向該反應器中裝入25克在72°C下預溶解在對二甲苯中的10%溶液形式的Luwax A(BASF)，并再繼續(xù)攪拌8小時。然后將該溶液緩慢冷卻并在進一步攪拌的同時在室溫下保持14小時，然后轉移到儲存瓶中。此外，過濾鋰分散體并在封閉的燒結玻璃過濾漏斗中用己烷洗滌三次并用正戊烷洗滌兩次以除去烴油介質。用熱槍加熱該漏斗以除去痕量溶劑，并將所得自由流動的粉末轉移到緊密加蓋的儲存瓶中。在該材料上進行的自燃性試驗(關于可自燃材料的運輸?shù)腄OT規(guī)章的方法1050， Code of Federal Regulations part 173，附錄 Ε)表明其是非自燃的。實施例3將含有5. 90克鋰并具有63微米中值粒度的鋰在礦物油中的分散體21. 45克 (27. 5% )和0. 62克Luwax A粉末在恒定干燥氬氣流下在室溫下裝入帶有用超磁性攪拌器控制的磁攪拌棒的125毫升玻璃燒瓶反應器中。該反應器配有底部加熱罩。然后將該反應器加熱至90°C至100°C的溫度范圍并在 400rpm下保持攪拌大約1小時以確保均勻分布和傳熱，然后自然冷卻。實施例4將含有5. 93克鋰并具有63微米中值粒度的鋰在礦物油中的分散體21. 56克 (27. 5% )和0. 61克Luwax A粉末在恒定干燥氬氣流下在室溫下裝入帶有用超磁性攪拌器控制的磁攪拌棒的125毫升玻璃燒瓶反應器中。在溫度升至90°C之前，在 50rpm下保持溫和攪拌以確保均勻分布和傳熱。該反應器配有底部加熱罩。然后將該反應器加熱至90°C 至100°C的溫度范圍，然后將攪拌提高至 200rpm，將該混合物在攪拌下保持大約15分鐘。 然后，移除加熱罩并使該反應器自然冷卻。實施例5將含有5. 97克鋰并具有63微米中值粒度的鋰在礦物油中的分散體21. 72克 (27. 5% )在恒定干燥氬氣流下在室溫下裝入帶有用超磁性攪拌器控制的磁攪拌棒的125 毫升玻璃燒瓶反應器中。在溫度升至90°C之前，在 30rpm下保持溫和攪拌以確保均勻分布和傳熱。該反應器配有底部加熱罩。將該反應器加熱至90°C后，在該反應器中裝入6. 55 克(10% )在礦物油中的預溶解的Luwax A溶液，并將攪拌提高至 200rpm。然后將該混合物在攪拌下保持大約15分鐘，然后自然冷卻。實施例6將含有6. 13克中值粒度為45微米的鋰的用(X)2氣體穩(wěn)定化的鋰在礦物油中的分散體22. 30克饑5% )在恒定干燥氬氣流下在室溫下裝入帶有用超磁性攪拌器控制的磁攪拌棒的125毫升玻璃燒瓶反應器中。在溫度升至90°C之前，在 30rpm下保持溫和攪拌以確保均勻分布和傳熱。該反應器配有底部加熱罩。在將該反應器加熱至90°C后，在該反應器中裝入6. 52克在礦物油中的預溶解的10% Luwax A溶液，并將攪拌提高至 200rpm。 然后將該混合物在攪拌下保持大約15分鐘，然后自然冷卻。實施例7將5克干燥的穩(wěn)定化鋰金屬粉末(LectroMax Powder 150，F(xiàn)MC)、75克對二甲苯 (Aldrich)和0. 1克Luwax A粉末(BASF)在恒定干燥氬氣流下在室溫下裝入配有連接到固定高速攪拌器發(fā)動機上的攪拌軸的200毫升三頸玻璃燒瓶反應器中。該反應器配有底部加熱罩。然后將該反應器加熱至大約75°C并保持溫和攪拌以確保均勻分布和傳熱。將該混合物在75°C下攪拌20分鐘，然后移除加熱罩以使樣品迅速冷卻。此外，在封閉的燒結玻璃過濾漏斗中過濾混合物。通過使干燥氬氣通過該過濾器，將樣品干燥。將所得自由流動的粉末轉移到緊密加蓋的儲存瓶中。實施例8將干燥的穩(wěn)定化鋰金屬粉末，10克(LectroMax Powder 150，F(xiàn)MC)、50克對二甲苯 (Aldrich)和0.5克Luwax A粉末(BASF)在裝有氬氣的手套箱中在室溫下裝入250毫升圓底燒瓶中。然后將該燒瓶連接到旋轉真空溶劑萃取器(Buchi Rotavapor R110)上并在室溫下部分浸沒在礦物油浴中。在將礦物油浴加熱至80°C的同時轉動燒瓶。在不施加真空的情況下，使混合物溫度保持在80°C 30分鐘。然后施加25英寸Hg真空以汽提對二甲苯。 在除去50%溶劑后，將燒瓶從該油浴中升離并使其迅速冷卻。在封閉的燒結玻璃過濾漏斗中過濾剩余溶劑。通過使干燥氬氣通過該過濾器，將樣品干燥。將所得自由流動的粉末轉移到緊密加蓋的儲存瓶中。
實施例9將4擬4克礦物油和1364克電池級鋰金屬桿添加到氬氣鈍化的5加侖分散裝置中。將該混合物在氬氣氛下在攪拌下加熱至高于鋰熔點的溫度以確保所有鋰熔融。然后啟動高速分散器葉片并將27克油酸和四克礦物油的混合物引入分散罐中。在另外幾分鐘的高速攪拌后，引入18克(X)2 二氧化碳氣體。此后，使高速攪拌降至最小速度，并用外部冷卻將反應混合物冷卻至105°C。弓丨入136克Luwax A粉末(BASF)并在接下來的15分鐘內使溫度保持高于95°C，然后冷卻至環(huán)境溫度。然后從該罐中移出蠟涂布的SLMP分散體。將該分散體樣品用己烷和戊烷洗滌以除去礦物油。然后將該材料在氬氣下干燥。實施例10將干燥的穩(wěn)定化鋰金屬粉末10克(LectroMax Powder 150，F(xiàn)MC)、50克對二甲苯 (Aldrich)和0.5克Luwax A粉末(BASF)在裝有氬氣的手套箱中在室溫下裝入250毫升圓底燒瓶中。然后將該燒瓶連接到旋轉真空溶劑萃取器(Buchi Rotavapor R110)上并在室溫下部分浸沒在礦物油浴中。在將礦物油浴加熱至80°C的同時轉動燒瓶。在不施加真空的情況下，使混合物溫度保持在80°C 30分鐘。然后施加25英寸Hg真空以汽提對二甲苯。 隨后樣品開始干燥，將真空降至30英寸Hg以除去剩余溶劑。將燒瓶從旋轉蒸發(fā)器中移出并通過使干燥氬氣通過該燒瓶，將樣品進一步干燥。將所得粉末轉移到緊密加蓋的儲存瓶中。實施例11將電池級鋰金屬4427克和15345克礦物油添加到15加侖分散罐中。將該混合物在攪拌的同時加熱至高于鋰金屬熔點的溫度。然后將高速分散器葉片設至在4800rpm下運動并將90克油酸和90克礦物油的混合物引入該分散罐。在高速分散幾分鐘后，將58克二氧化碳氣體引入該罐并使其與金屬粒子反應。在(X)2加入后不久關閉高速分散器并將冷礦物油添加到該混合物中以使分散體溫度低于鋰金屬熔點。使用錨攪拌器繼續(xù)攪拌分散體混合物直至將該材料冷卻至室溫以促進懸浮液的均勻性。對該系統(tǒng)施加外部冷卻。排出和分析該材料。穩(wěn)定化的鋰分散體的平均直徑為52微米。實施例12將電池級鋰金屬44137克和15346克礦物油添加到15加侖分散罐中。將該混合物在連續(xù)攪拌下加熱至高于鋰金屬熔點的溫度。然后將高速分散器葉片設至在4800rpm下運動并將89克油酸和87克礦物油的混合物引入該分散罐。在高速分散幾分鐘后，將57克二氧化碳氣體引入該罐并使其與金屬粒子反應。在反應完成后，將118克Luwax S引入該罐。在另外高速混合后，關閉高速分散器并將冷礦物油添加到該混合物中以使溫度低于鋰金屬熔點。使用錨攪拌器繼續(xù)攪拌分散體混合物直至將該材料冷卻至室溫以促進懸浮液的均勻性。對該系統(tǒng)施加外部冷卻。排出和分析該材料。穩(wěn)定化鋰分散體的平均直徑為40 微米。這兩個實施例和附圖表明，蠟既可用作涂布劑又可用作分散劑。這是在設計用于特定用途(例如，將在溶劑溶液中的SLMP粉末噴到電極表面上或使用“槍”類設備將干燥 SLMP粉末連續(xù)引入Tokamak邊緣以提高等離子體穩(wěn)定性和電子溫度并降低雜質含量(鋰是吸氣劑)的具有降低的粒度/提高的表面積的產(chǎn)品時可利用的非常重要的性質。下表1概括了具體工藝條件和粒度結果。
表1.實施例11和12的工藝條件和實驗結果
油酸，％分散速度 RPM穩(wěn)定化添加劑D50 微米實施例112%48001.25% C0252實施例122%48001.25%C02&2.5LuwaxS40 盡管由此描述了本發(fā)明的某些實施方案，但要理解的是，所附權利要求書所規(guī)定的本發(fā)明不受上述說明中闡述的具體細節(jié)的限制，因為可以在不背離如下文公開的發(fā)明精神和范圍的情況下作出其許多明顯的變動。提供下列權利要求以確保本申請在所有權限都符合作為優(yōu)先權申請的所有法定要求并且不應被視為闡述了本發(fā)明的完整范圍。
權利要求
1.包含能夠在電化學體系中吸收或解吸鋰的宿主材料的陽極，其中用蠟涂布的穩(wěn)定化鋰金屬粉末分散在該宿主材料中。
2.包含能夠在電化學體系中吸收或解吸鋰的宿主材料的陽極，其中用蠟涂布的穩(wěn)定化鋰金屬粉末分散在該宿主材料中，其中該蠟具有20微米至200微米的厚度且選自天然蠟、 合成蠟、石油蠟和微晶蠟。
3.權利要求1的陽極，其中所述宿主材料包含至少一種選自碳質材料、硅、錫、錫氧化物、復合錫合金、過渡金屬氧化物、鋰金屬氮化物、石墨、炭黑和鋰金屬氧化物的材料。
4.權利要求2的陽極，其中所述宿主材料包含至少一種選自碳質材料、硅、錫、錫氧化物、復合錫合金、過渡金屬氧化物、鋰金屬氮化物、石墨、炭黑和鋰金屬氧化物的材料。
全文摘要
本發(fā)明提供了用蠟保護的鋰金屬粉末。所得鋰金屬粉末具有改進的穩(wěn)定性和改進的儲存壽命，并且特別可用在可充電電池的陽極中。
文檔編號H01M10/36GK102255080SQ20111015440
公開日2011年11月23日 申請日期2007年10月12日 優(yōu)先權日2006年10月13日
發(fā)明者B·A·C·卡林, B·費奇, J·李, M·亞科夫列瓦, P·T·佩爾普, T·B·多弗, Y·李, Y·高 申請人:Fmc公司