[发明专利]有机涂覆细颗粒粉末

说明书

相关申请交叉引用

本申请是正式申请，要求35USC§119(e)下2010年4月19日提交、序列号为61/325,458、标题为“ORGANIC MATTER COATED FINE PARTICLES”的美国临时申请的利益，将其全部内容并入本文中。

发明领域

本发明涉及一种制备有机物质涂覆的细固体颗粒的工艺或方法和这类涂覆颗粒的应用。

发明背景

固体有机物质涂覆的固体颗粒用作各种工业应用的功能材料。特别是，含碳材料涂覆的细石墨颗粒和磷酸锂铁颗粒可用作锂离子电池组的阳极和阴极材料。存在各种将含碳材料涂覆于细颗粒上的方法，例如气相化学沉积、机械混合和液相沉淀，然而，这些方法具有某些限制，例如缓慢涂覆过程、差的涂覆品质和涂料选择的灵活性缺乏。将各种固体有机材料涂覆于固体颗粒上需要灵活且有效的方法使得可经济地生产具有对不同工业应用而言理想的性能的细颗粒。

合成石墨粉末广泛用作锂离子电池组中的阴极材料。其它含碳材料由于其效率和合理的费用也广泛用于这类电池组中。锂离子电池组主要用作便携式电子器件中的电源。与其它类可充电电池组如镍-镉和镍-金属氢化物蓄电池相比，锂离子电池由于相对高的储存容量和可充电性变得日益流行。

由于与类似额定的镍-镉和镍金属氢化物蓄电池相比提高的每单位质量或单位体积的储存容量，锂离子电池的较小空间需求容许生产满足具体储存和传输要求的电池。因此，锂离子电池普遍用于越来越大量的器件中，例如数码相机、数码摄像机、计算机等，其中紧凑的尺寸从效用观点看是特别理想的。

尽管如此，可充电锂离子蓄电池并非没有缺点。这些缺点可借助使用改进的结构材料而最小化。使用合成石墨电极的商业锂离子电池组生产昂贵且具有相对低的锂容量。另外，目前用于锂离子电极中的石墨产品接近其能量储存的理论极限(372mAhr/g)。因此，本领域中需要改进的电极材料，该材料降低可充电锂电池组的成本并提供改进的操作特征，例如较高的能量密度、较大的可逆容量和较大的首次充电效率。还存在对生产这类电极材料的改进方法的需要。

已研究了硅作为锂离子电池组的阳极材料，因为硅可与相对大量的锂熔合，提供较大的储存容量。事实上，硅具有比石墨大十倍的理论锂容量。然而，纯硅是差的电极材料，因为它的单位电池体积在锂化时可提高至大于300%。在循环期间的该体积膨胀破坏了电极的机械完整性并导致电池组循环期间快速的容量损失。尽管硅可以比碳保持更多的锂，当将锂引入硅中时，硅分解并产生较少的电触点，这最终导致降低的蓄电池再充电能力。

Mao等人，US5972537描述了木质素的热解、产生的热解碳的提纯，和热解碳作为阴极的用途。热解木质素在热解以后产生含有无定形碳的细粉，该粉末需要进一步提纯以除去杂质。细碳粉提供作为阴极的电化学材料的未组织碳粉。

解决硅体积膨胀问题的持续研究工作获得了有限的结果。硅/碳复合颗粒或粉末与通过研磨或其它机械方法制备的碳和硅粉的机械混合物相比具有良好循环寿命。薄膜硅涂覆的碳颗粒或碳涂覆的硅粉是作为下一代锂离子电池组的阳极材料的石墨粉的可能替代品。然而，通常用于应用硅涂层或碳涂层的化学气相沉积方法具有固有缺点，包括缓慢沉积速率和/或昂贵的沉积前体。气相沉积的硅膜相对于散硅粉的成本可能是极昂贵的。因此，需要生产涂覆的硅颗粒的另一方法。

公开内容简述

描述一种用作电化学材料的改进材料，包括由木质素涂覆的石墨生产该材料的方法。

在一个实施方案中，如所述制备固体重质烃涂覆的颗粒，其中将聚合长链烃溶于两种有机溶剂中以形成溶液B并加热溶液B；将待涂覆的固体颗粒分散于第二溶剂中以形成混合物C并加热混合物C，将溶液B和混合物C一起混合并冷却，导致所有或一部分聚合长链烃作为涂层沉淀于固体颗粒上，将涂覆的固体颗粒与溶液分离；和碳化。

在另一实施方案中，用于电极的电化学材料通过将石墨分散于二甲苯中，将木质素溶于沥青和二甲苯中，将石墨-二甲苯溶液和木质素-沥青-二甲苯溶液混合并用木质素均匀地涂覆石墨而由石墨颗粒和木质素涂层制备。

另外，用于电极的电化学材料可通过将木质素与沥青混合，将木质素和沥青与二甲苯混合，将石墨颗粒分散于二甲苯中，将溶液和混合物加热至沸点，在沸点下混合溶液和混合物，和产生分离的均匀涂有木质素的石墨颗粒而制备。

作为选择，均匀涂有木质素的石墨颗粒可如下制备：

a)将木质素溶于沥青中，

b)将木质素和沥青(a)与二甲苯混合，