[发明专利]通过添加碳而对无碳橄榄石脱锂

说明书

这里描述了将无碳橄榄石脱锂的方法，例如，通过在氧化剂如过硫酸盐存在下加入外部碳源。

相关申请

本申请要求2016年12月15日提交的美国临时申请No.62/434,661的优先权，其内容为了所有目的通过引用整体并入本文。

技术领域

技术领域一般涉及橄榄石脱锂的方法，更具体地涉及通过添加碳来对无碳橄榄石脱锂的方法。

背景

在过去的几十年中，电池已广泛用作便携式和固定式应用的电能存储(EES)系统。特别地，锂离子是便携式设备中使用最广泛的电池，目前也正在向汽车世界传播(JMTarascon and M.Armand，Nature，2001,414,359；M.Armand,JM Tarascon,Nature 2008,451,652)。

锂蓝铁矿(橄榄石)锂铁和锰磷酸盐，LiFePO₄(LFP)和LiMnPO₄(LMnP或LMP)已被确定为锂离子电池的合适材料(A.Padhi等人,J.Electrochem.Soc.1997,144,1188；B.L.Ellis等人,Chem.Mater.2010,22,691)。特别地，LFP现在被认为是商业上成功的，因为它在安全电压窗口中提供最高容量(≈170mAhg^-1)(H.Hyand等人,Electrochem.SolidState Lett.2001,A,A170-A171)，其具有几个特征如低成本、无毒性和高热稳定性(K.Zaghib等人,J.Power Sources,2013,232,357)。

在过去的几十年中，LiFePO₄的化学脱锂已被广泛研究。几种氧化剂如NO₂PF₆和NO₂BF₄在乙腈中在惰性气氛(A Padhi等人,Supra；A.R.Wizansky等人,J.Solid StateChem.,1989,81,203；C.Delacourt等人,J.Electrochem.Soc.,2005,152(5)A913)或Br₂(Anna S.Andersson等人,Solid State Ionics,2000,130 41)下已知使LiFePO₄脱锂。但是，这些试剂不能被认为是环保的。

因此，非常希望开发一种用于生产脱锂橄榄石的改进方法。

摘要

根据一个方面，这里描述了橄榄石脱锂的方法，更具体地通过在氧化剂存在下加入碳来将无碳橄榄石脱锂的方法。更具体地，本技术涉及无碳橄榄石脱锂的方法，该方法包括在氧化剂存在下使无碳橄榄石与碳源接触以得到脱锂橄榄石的步骤。

在一个实施方案中，无碳橄榄石具有式LiMPO₄，其中M是Fe、Ni、Mn、Co或其组合。在另一个实施方案中，无碳橄榄石具有式LiFe_(1-x)M'_xPO₄，其中M'是Ni、Mn、Co或其组合，其中0≤x1，例如，或M'是Mn且0x1，或x选自0.1至0.9，或0.2至0.8，或0.2至0.6。在另一个实施方案中，x为0(即橄榄石为LiFePO₄)。

在另一个实施方案中，氧化剂选自过硫酸盐和过氧化物。优选地，氧化剂是过硫酸盐，例如过硫酸钾或过硫酸钠，例如过硫酸钠。

在另一个实施方案中，碳源选自乙炔黑如Denka^TM black或Shawinigan black^TM，碳纤维，Super P^TM carbon，石墨烯，石墨及其任何混合物。例如，碳源与橄榄石的重量比为0.05％至10％，或0.1％至5％。