[发明专利]用于锂离子应用的稳定锂金属粉末、组合物和制备方法

说明书

本申请是申请号为“200880104518.2”，发明名称为“用于锂离子应用的稳定锂金属粉末、组合物和制备方法”的发明申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请要求以下美国临时申请的优先权，并通过引用将其整体结合此处：2007年8月31日提交的美国临时申请第60/969,267号。

技术领域

本发明涉及具有改进的空气和溶剂稳定性且具有较长的储存寿命的稳定锂金属粉末（“SLMP”）。这种改进的SLMP能够用于广泛的应用中，包括有机金属和聚合物合成、一次锂电池组、可再次充电的锂电池组和可再次充电的锂离子电池组。

背景技术

最近发现了锂和锂离子二次或可再次充电电池组在某些应用（例如便携式电话、摄像放像机和膝上型计算机）中的应用，甚至更近以来发现了其在更大功率应用（例如在电动车和混合电动车）中的应用。在这些应用中优选该二次电池组具有可能的最高比容量但仍提供安全的操作条件和良好的可循环性，以使得在随后的再次充电和放电循环中保持高比容量。

尽管二次电池组有多种构造，但各种构造都包括正极（或阴极）、负极（或阳极）、分隔该阴极和阳极的隔板、和与该阴极和阳极电化学连通的电解质。对于二次锂电池组，当该二次电池组放电（即用于其特定应用）时，锂离子从阳极通过电解质传送到阴极。在该工艺过程中，从阳极收集电子并将其通过外部电路传送到阴极。当该二次电池组充电或再充电时，锂离子从阴极通过电解质传送到阳极。

传统上，二次锂电池组是使用具有高比容量的非锂化化合物（例如TiS₂、MoS₂、MnO₂和V₂O₅）作为阴极活性材料而制备的。这些阴极活性材料通常与锂金属阳极相结合。当该二次电池组放电时，锂离子从该锂金属阳极通过电解质传送到阴极。不幸的是，一旦循环使用，该锂金属发展为树枝状晶体，其最终会在该电池组中造成不安全的情况。因此，在二十世纪九十年代早期停止这种类型的二次电池组的制造而转向锂离子电池组。

锂离子电池组典型地使用锂金属氧化物（例如LiCoO₂和LiNiO₂）作为与碳基阳极相结合的阴极活性材料。在这些电池组中，避免了在阳极上形成锂树枝状晶体，从而使该电池组更安全。然而，该锂全部是从阴极供应的，锂的量决定了该电池组的容量。这样限制了阴极活性材料的选择，因为该活性材料必须包含可除去的锂。而且，在充电中形成的对应于LiCoO₂和LiNiO₂的脱锂产物（例如Li_xCoO₂和Li_xNiO₂，其中0.4<x<1.0）和在过充电过程中形成的对应于LiCoO₂和LiNiO₂的脱锂产物（例如Li_xCoO₂和Li_xNiO₂，其中x<0.4）是不稳定的。特别地，这些脱锂产物容易与电解质反应而放热，这提高了对安全的关注。

另一种选择是锂金属。然而，锂金属（特别是锂金属粉末）由于其具有高的表面积，能够由于其自燃性质而妨碍其用于广泛的应用中。已知通过用CO₂钝化该金属粉末表面来稳定锂金属粉末，例如美国专利第5,567,474、5,776,369和5,976,403号中所述，其内容通过引用整体结合进来。然而，由于锂金属与空气的反应，该CO₂钝化的锂金属粉末仅能够在该锂金属的含量减少之前用于具有低水分含量的空气中有限的时间。

因此，仍存在对具有改进的稳定性和储存寿命的稳定锂金属粉末的需求。

发明内容

本发明提供了被基本连续（substantiallycontinuous）的聚合物层保护的锂金属粉末。这种基本连续的聚合物层比如与典型的CO₂钝化相比提供了改进的保护。所得到的锂金属粉末具有改进的空气和溶剂稳定性和改进的储存寿命。而且，该聚合物保护的锂金属粉末表现出在N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）中显著更好的稳定性，所述N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）通常用作电极制造工艺中的浆料溶剂并与未保护的锂反应。

通过参照附图描述本发明的各种实施方案，本发明的目的和优点将变得更显而易见。

附图说明