國內(nèi)補(bǔ)鋰專利技術(shù)分析之鋰粉鈍化以及鋰金屬復(fù)合材料

時(shí)間:2018-09-19 13:45來源:中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì) 作者:網(wǎng)絡(luò)
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        本文主要介紹一些鋰粉鈍化以及鋰金屬復(fù)合材料方面的專利，供大家討論。
 
       1. 鋰粉鈍化專利研究
 
       首先是比亞迪的一篇專利，名為一種鈍化鋰粉及其制備方法、添加該鈍化鋰的正極材料以及電池，其原理如下；
 
       首先，在惰性氣氛下將金屬鋰加入到第一溶劑中，第一溶劑與金屬鋰不發(fā)生反應(yīng)，加熱至金屬鋰熔融，攪拌使熔融的金屬鋰分散，冷卻后進(jìn)行清洗并干燥，得到鋰粉顆粒；
 
       其次，在惰性氣氛下將金屬鹽加入第二溶劑中得到溶液，第二溶劑與金屬鋰不發(fā)生反應(yīng)，1 中得到的鋰粉顆粒加入第二溶劑中，鋰粉顆粒與金屬鹽發(fā)生原位還原反應(yīng)，將反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行清洗并干燥，得到鈍化鋰粉；
 
       最后，第一溶劑為液體石蠟、礦物油中的一種或兩種；第二溶劑為銅、鎳、鐵、鋅、鉛、銀、鎘、鈷鹽中的一種或幾種（溶劑為碳酸酯類）；
 
接下來是日本人TDK的專利，名為穩(wěn)定鋰粉，原理如下；
 
       首先，穩(wěn)定化鋰粉包含無機(jī)保護(hù)層
 
       其次，無機(jī)金屬包含鐵和鍶，質(zhì)量比例在0.21-2.51
 
       再次，熔融狀態(tài)下通入二氧化碳和微量金屬進(jìn)行表面保護(hù)層的反應(yīng)；
 
依然是日本TDK的專利，名為穩(wěn)定鋰粉；其基本原理如下；
 
       首先需要搞懂兩個(gè)專業(yè)名詞，費(fèi)雷特直徑：對(duì)不規(guī)則顆粒大小的描述常用的參數(shù)。經(jīng)過該顆粒的中心，任意方向的直徑稱為一個(gè)費(fèi)雷特直徑。每隔10°方向的一個(gè)直徑都是一個(gè)費(fèi)雷特直徑。一般將這36個(gè)費(fèi)雷特直徑總和起來描述一個(gè)顆粒，圓形度C 被定義為，在將顆粒的面積設(shè)定為S 并且將周長(zhǎng)設(shè)定為L(zhǎng)的時(shí)候，C ＝ 4πS/L2；
 
       首先，在將顆粒的平均圓形度設(shè)定為C 的時(shí)候，C ≤ 0.90
 
       其次，在將所述顆粒的平均費(fèi)雷特直徑設(shè)定為FD 的時(shí)候，F(xiàn)D ≤ 53.0μm
 
      再次，所述顆粒含有1.0×10-3質(zhì)量％以上且1.0×10 -1質(zhì)量％以下的過渡金屬(用二氧化碳鈍化）
 
      接下來是天津中能鋰業(yè)的專利，名為一種鈍化鋰微球生產(chǎn)方法，其生產(chǎn)方法如下；
 
      首先，采用抽真空充金屬鋰保護(hù)氣體的干燥熔鋰罐加熱金屬鋰錠至其熔融成液態(tài)金屬鋰；其次，在鈍化罐內(nèi)制備鈍化金屬鋰微球，具體方法為：在所述鈍化罐內(nèi)形成冷卻鈍化氣流，所述冷卻鈍化氣流是由金屬鋰保護(hù)氣混合鈍化劑形成的；在所述鈍化罐內(nèi)應(yīng)用霧化器將液態(tài)金屬鋰霧化，獲得細(xì)微的金屬鋰液滴分散下落，在分散下落過程中與所述冷卻鈍化氣流相遇，凝固成金屬鋰微球并與鈍化劑反應(yīng)，在表面形成保護(hù)膜，獲得鈍化金屬鋰微球。
 
天齊鋰業(yè)的鈍化鋰粉的制備方法，基本原理如下；
 
       首先將金屬鋰加入4,4'‑二甲基聯(lián)苯中，密封加熱至200～250℃，攪拌，將金屬鋰分散為小液滴；其次將小液滴取出，冷卻，得到鈍化鋰粉。
 
       從上述鈍化鋰粉的專利中可以看出，其基本思路都是形成鈍化膜，使其能在一定環(huán)境溫濕度下使用，談到鈍化鋰粉，不得不談到美國FMC，濕法鈍化鋰粉，相關(guān)專利很多，再次就不在贅述。鋰粉補(bǔ)鋰在實(shí)驗(yàn)室搞了這么多年，一直也沒有產(chǎn)業(yè)化，可見批量化的難度還是很大的。
 
2. 鋰金屬復(fù)合材料專利研究
 
       首先是清華大學(xué)的專利，名為金屬鋰二次電池及其負(fù)極和多孔銅集流體，其基本原理如下；
 
      首先將一種金屬鋰二次電池負(fù)極用多孔銅集流體，其特征在于：所述集流體具有三維連通的多孔結(jié)構(gòu)，并且孔徑范圍為0.1-20μm
 
       其次，所述化學(xué)去合金化法是以二元或多元Cu-X合金帶為原材料，使用刻蝕液（包含兩種組分，分別是酸類和硫酸鹽、硝酸鹽類）將X元素組分從Cu-X合金帶中脫除（浸漬法、噴淋法、濺射法或鼓泡法），一步得到具有三維連通孔道結(jié)構(gòu)的銅集流體，然后用去離子水、無水乙醇洗干凈后烘干備用。其中，X元素為Zn、Mg、Al、Ni和Mn中的至少一種。
 
       再次，利用電沉積法將鋰沉積在多孔銅集流體表面，最終形成多孔集流體；
其次是蘇州納米所的專利，名為硅碳復(fù)合材料、其制備方法與應(yīng)用以及鋰補(bǔ)償方法，將熔融狀態(tài)金屬鋰與碳材料混合，可單獨(dú)用作負(fù)極極材料，或在制備負(fù)極的基材上混入鋰碳材料作為鋰源補(bǔ)償
 
      第三個(gè)是美國FMC的專利，名為碳納米管鋰金屬電池，穩(wěn)定化鋰粉與CNT混合組成電極，提高鋰金屬負(fù)極的性能；
 

 
          第四個(gè)是中國科學(xué)院物理研究所，名為納米級(jí)鋰硅合金材料及其制備方法和用途，將金屬鋰溶于第一溶劑中（醚類）中加熱攪拌，形成懸浮液后加入納米硅后加熱攪拌，真空干燥后，用第二溶劑洗滌（苯類）清洗過濾，真空干燥后得到產(chǎn)品；
 
         第五個(gè)是天津赫維科技有限公司的一種鋰硅合金的制備方法，將鋰粉和硅粉在惰性環(huán)境下球磨4h，然后以一定的填充密度在填充到泡沫鎳中，并升溫到160-170℃后冷卻后得到鋰硅合金負(fù)極；
     
         第六個(gè)依然是清華大學(xué)的專利，名為一種柔性鋰金屬電池負(fù)極及其制備方法，其基本原理如下；
 
         首先，一種柔性鋰金屬電池負(fù)極，所述柔性鋰金屬電池負(fù)極包括鋰金屬和骨架材料兩相結(jié)構(gòu)；其中，鋰金屬的含量為10-99 .9wt .％，骨架材料為導(dǎo)電材料或絕緣材料；所述柔性鋰金屬電池負(fù)極能在0-180°內(nèi)彎折；
 
        其次，所述的導(dǎo)電材料為炭黑及其氧化物、富勒烯及其氧化物、石墨烯及其氧化物、碳納米管及其氧化物、模板碳及其氧化物、大孔碳及其氧化物、中空碳球及其氧化物、活性炭及其氧化物、泡沫碳及其氧化物、泡沫銅和泡沫鎳中的一種；所述的絕緣材料為玻璃纖維及其氧化物、聚酰亞胺及其氧化物、聚苯胺及其氧化物、聚丙烯腈及其氧化物、聚醚砜及其氧化物、聚偏氟乙烯及其氧化物、醋酸纖維素及其氧化物、聚乳酸及其氧化物、聚己內(nèi)酯及其氧化物、聚三亞甲基碳酸酯及其氧化物和聚乳酸乙醇酸及其氧化物中的一種。
 
        再次，將固態(tài)金屬鋰熔化成液態(tài)或者氣化成氣態(tài)，然后與骨架材料混合，形成柔性鋰金屬電池負(fù)極；
 
        從上述一些復(fù)合材料專利中可以看出，其解決問題的著眼點(diǎn)依然是鋰金屬表面鈍化以及抑制鋰枝晶的生長(zhǎng)，但究竟效果怎么樣，還需要拭目以待。
 
        本次專利技術(shù)分析比較偏重合成方面的技術(shù)，因而圖比較少，看起來確實(shí)也是比較枯燥，但對(duì)于廣大科研工作者而言，正是這種單調(diào)枯燥重復(fù)的工作的積累下，科技才得以發(fā)展和進(jìn)步。
 
(責(zé)任編輯：子蕊)
文章標(biāo)簽： 補(bǔ)鋰;專利
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