精细沉积的锂金属粉末制造技术

本发明专利技术提供将锂金属粉末或薄锂箔精细沉积到基底上同时避免使用溶剂的方法。该方法包括：将锂金属粉末或薄锂箔沉积到载体上；使载体与基底接触，相比于载体对锂金属粉末的亲和力，该基底对锂金属粉末的亲和力更高；使基底在与载体接触的同时经受足以将沉积在载体上的锂金属粉末或锂箔转移至基底的条件；将载体和基底分离以致保持锂金属粉末或锂金属箔沉积在基底上。

Finely deposited lithium metal powders

The present invention provides a method for fine depositing a lithium metal powder or a thin lithium foil onto a substrate while avoiding the use of a solvent. The method includes: the lithium metal powder or thin lithium foil deposited onto the carrier; the carrier contact with the substrate, compared to the carrier of lithium metal powder affinity, the base of lithium metal powder of higher affinity; the substrate in contact with the support and have enough to be deposited on the carrier of the lithium metal powder or transfer to lithium foil substrate conditions; the carrier and base isolation that keep the lithium metal powder or lithium metal foil is deposited on the substrate.

【技术实现步骤摘要】
精细沉积的锂金属粉末本申请是申请号为201080054443.9(国际申请号为PCT/US2010/058254)、申请日为2010年11月30日、专利技术名称为“精细沉积的锂金属粉末”的中国专利申请的分案申请。本申请对2009年12月3日提交的序列号为61/266,308的美国临时申请要求优先权，通过引用将该临时申请的公开内容整体并入本文。
本专利技术涉及将锂金属粉末精细沉积（finelydepositing）在基底上的方法。此类精细沉积的锂金属粉末可例如用于形成原电池或二次电池的电极。
技术介绍
锂和锂离子二次或可再次充电电池已发现用于某些应用(例如移动电话、可携式摄像机和膝上型计算机)中，甚至最近用于更大功率的应用(例如在电动车和混合电动车)中。在这些应用中优选二次电池具有尽可能高的比容量（specificcapacity），但仍提供安全的操作条件和良好的可循环性，以使得在随后的再充电和放电循环中保持高比容量。尽管二次电池存在各种构造，但每种构造均包括正极（或阴极）、负极（或阳极）、分隔阴极和阳极的隔板、和与阴极和阳极电化学连通的电解质。对于二次锂电池，当二次电池正在放电（即，用于其特定应用）时，锂离子从阳极通过电解质转移到阴极。在放电过程中，从阳极收集电子并将其通过外部电路传送到阴极。当二次电池正在充电或再充电时，锂离子从阴极通过电解质转移到阳极。历史上，使用具有高比容量的非锂化化合物（例如TiS2、MoS2、MnO2和V2O5）作为阴极活性材料来制备二次锂电池。这些阴极活性材料与锂金属阳极相结合。当二次电池放电时，锂离子从锂金属阳极通过电解质转移到阴极。遗憾的是，一经循环，锂金属发展为树枝状晶体，其最终在电池中造成不安全的状况。结果，在赞成（infavorof）锂离子电池的二十世纪九十年代早期停止这些类型的二次电池的生产。锂离子电池通常使用锂金属氧化物（例如LiCoO2和LiNiO2）作为与碳基阳极结合的阴极活性材料。在这些电池中，避免了在阳极上形成锂树枝状晶体，从而使电池更加安全。然而，其“可用”量决定电池的容量的锂全部从阴极供应。这限制了对阴极活性材料的选择，因为活性材料必须含有可移动的锂。另外，在充电和过充电期间形成的脱锂产物倾向于不稳定。尤其，这些脱锂产物倾向于与电解质反应并产生热，这引起安全性关注。此外，新的锂离子电池（cells或batteries）最初处于放电状态。在锂离子电池的第一次充电期间，锂从阴极材料（如LiCoO2或LiNiO2）移动至阳极材料（如石墨）。在阳极上形成的钝化膜称为固体电解质界面或SEI。SEI膜归因于电极表面上的电解质中存在的物质（species）的电化学还原。一经随后放电，形成SEI所消耗的锂不会返回到阴极。这导致锂离子电池具有相比于最初充电容量较小的容量，因为一些锂已通过形成SEI而被消耗。可用锂的不可逆消耗降低了锂离子电池的容量。此现象称为不可逆容量，并且已知消耗常规锂离子电池容量的约10%至20%。因此，对锂离子电池最初充电之后，该锂离子电池损失其容量的约10%至20%。一种解决方案是使用稳定的锂金属粉末("SLMP®")来预先锂化阳极。例如，可通过用CO2钝化金属粉末表面来稳定锂粉末，例如美国专利第5,567,474号、第5,776,369号和第5,976,403号中所述，通过引用将这些专利的公开内容整体并入本文。然而，由于锂金属与空气的反应，CO2钝化的锂金属粉末仅能够在锂金属含量下降之前在具有低水分含量的空气中使用有限的一段时间。另一种解决方案是将氟化涂层施加至锂金属粉末，如美国专利第7,588,623号中所述，通过引用将其公开内容整体并入本文。另一种解决方案是提供蜡层，如美国公开第2009/0035663A1号中所述，通过引用将其公开内容整体并入本文。然而，对用于将锂金属粉末施加至形成电池的各种基底的改进方法保持着需求。
技术实现思路
本专利技术提供将锂金属粉末或源自锂粉末的薄箔精细沉积到基底上同时避免使用溶剂的方法。该方法包括：将锂金属粉末沉积到载体上；使载体与基底接触，相比于载体对锂金属粉末的亲和力，该基底对锂金属粉末的亲和力更高；使基底在与载体接触的同时经受足以将沉积在载体上的锂金属粉末转移至基底的条件；将载体和基底分离以致保持锂金属粉末精细沉积在基底上。任选地，可使用源自锂粉末的薄箔来代替锂金属粉末。还提供包括使用此类方法所形成的基底的电池（battery）。附图说明通过参考附图详细描述本专利技术的实施方案，本专利技术的以上目的和优点将变得更明显，在附图中：图1为与实施例7相符的首次循环电压曲线。图2为与实施例8相符的首次循环电压曲线。具体实施方式本文所用的术语仅用于描述特定的实施方案的目的，并不意欲限制本专利技术。本文所用的术语“和/或”包括一个或更多个相关所列项目的任意组合和所有组合。除非上下文另有明确的指示，否则本文所用的单数形式“一个”、“一种”和“该”也意欲包括复数形式。将进一步理解，术语“包括”和/或“包含”当用于本说明书中时表示所指特征、整数、步骤、操作、要素和/或组分的存在，但并不排除存在或添加一种或更多种其它特征、整数、步骤、操作、要素、组分和/或其群组。除非另有定义，否则本文所用的所有术语（包括技术和科学术语）具有与本专利技术所属领域的普通技术人员通常理解相同的含义。将进一步理解，术语(例如常用词典中定义的那些)应当解释为具有与其在相关技术范围中的含义相一致的含义，并不以理想或过于刻板的含义来解释，除非本文如此明确地定义。根据本专利技术，不使用溶剂将锂金属粉末精细沉积到基底上。锂金属粉末呈细碎粉末的形式。锂金属粉末通常具有的平均粒度小于约60微米，且通常小于约40微米。锂金属粉末可呈稳定的锂金属粉末("SLMP®")的形式，例如美国专利第5,976,403号和第6,706,447号中所述，通过引用将这些专利的公开内容整体并入本文。如果使用源自锂粉末的薄锂箔，其将具有约20微米或更小的厚度。将锂金属粉末最初沉积到载体上。该载体可为合成或半合成的无定形固体树脂、纤维素（cellulosic）、玻璃、金属（例如金属箔）或隔板材料（例如聚丙烯、聚乙烯或两者的层压材料）。例如，示例性的固体树脂包括聚丙烯（例如InteTopp™AA型膜）、聚乙烯或聚酯膜。示例性的金属载体包括Cu或Cu合金箔。在一个实施方案中，载体的表面可包括各种添加剂以改善性能、降低成本或改变载体对锂金属粉末的亲和力。载体可呈膜、箔、网状物等的形式。载体通常具有10微米至200微米的厚度。载体的用途是将锂金属粉末沉积或转移到基底上。载体对锂金属粉末具有亲和力；然而，其亲和力小于对其上待沉积锂金属粉末的基底的亲和力。如果使用源自锂粉末的薄锂箔，则可在施加适当压力的情况下使用关于锂粉末转移的相同程序来将其施加或沉积。或者，可将诸如EVA、SBR、蜡等的粘合剂施加至载体。然后可将SLMP®静电沉积在载体上。可经由筛分、喷雾、涂覆、印刷、涂装、浸渍等将锂金属粉末沉积到载体上，沉积方式的选择在本领域技术人员的技术范围之内。还可使用允许极高速率沉积和无溶剂沉积的高压蒸汽流技术、气流技术等，利用机械力对其进行沉积。相比于载体对锂金属粉末的亲和力，基底对锂金属粉末具有更高的亲和力。合适的基底本文档来自技高网...

【技术保护点】
不使用溶剂将锂金属作为薄的锂金属箔层沉积到基底上的方法，所述方法基本上由以下步骤组成：a)将稳定的锂金属粉末沉积到载体上，以形成厚度为20微米或更小的单层；b)使所述载体与基底接触，相比于所述载体对所述稳定的锂金属粉末的亲和力，所述基底对所述稳定的锂金属粉末的亲和力更高；c)在100至20,000psi的压力下将所述载体与基底挤压在一起，以将沉积在所述载体上的所述稳定的锂金属粉末作为薄的锂金属箔层转移至所述基底；和d)将所述载体与基底分离，以致保持所述稳定的锂金属粉末作为薄的锂金属箔层沉积在所述基底上。

【技术特征摘要】
2009.12.03 US 61/266308;2010.11.29 US 12/9549881.不使用溶剂将锂金属作为薄的锂金属箔层沉积到基底上的方法，所述方法基本上由以下步骤组成：a)将稳定的锂金属粉末沉积到载体上，以形成厚度为20微米或更小的单层；b)使所述载体与基底接触，相比于所述载体对所述稳定的锂金属粉末的亲和力，所述基底对所述稳定的锂金属粉末的亲和力更高；c)在100至20,000psi的压力下将所述载体与基底挤压在一起，以将沉积在所述载体上的所述稳定的锂金属粉末作为薄的锂金属箔层转移至所述基底；和d)将所述载体与基底分离，以致保持所述稳定的锂金属粉末作为薄的锂金属箔层沉积在所述基底上。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述载体为合成或半合成的无定形固体树脂、纤维素或金属。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述基底在与所述载体接触之前与亲和力促进剂接触。4.根据权利要求1－3中任一项所述的方法，其中所述基底由以下材料制备：含碳材料、锡氧化物、锡合金、金属箔、导电聚合物、导电陶瓷、过渡金属氧化物、锂金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：M亚科夫列瓦，高原，李阳兴，KB费奇，
申请(专利权)人：FMC公司，
类型：发明
国别省市：美国,US