[发明专利]用于电化学电池的锂离子交换沸石粒子及其制造方法

说明书

在本文中提供了锂离子交换沸石粒子和制造这样的锂离子交换沸石粒子的方法。所述方法包括将前体沸石粒子与(NH₄)₃PO₄合并以形成包括包含NH₄⁺阳离子的中间沸石粒子的第一混合物。所述方法进一步包括将锂盐添加到第一混合物中以形成锂离子交换沸石粒子，或从第一混合物中分离中间沸石粒子并将中间沸石粒子与锂盐合并以形成锂离子交换沸石粒子。

技术领域

本发明涉及用于电化学电池的锂离子交换沸石粒子及其制造方法。

背景技术

该部分提供与本公开有关的背景信息，其不一定是现有技术。

电化学电池，如电池组，是借助电化学还原-氧化（氧化还原）反应将化学能转化成电能的装置。在二次或可再充电电池组中，这些电化学反应是可逆的，这允许电池组经历多次充电和放电循环。

高能量密度的电化学电池，如锂离子电池组可用于各种消费产品和车辆，如混合动力电动车辆（HEV）和电动车辆（EV）。典型的锂离子电池组、锂硫电池组和锂金属电池组包括第一电极、第二电极、电解质材料和隔离件。一个电极充当正电极或阴极，且另一个充当负电极或阳极。可电连接电池组电池的堆叠以提高总输出。常规可再充电锂离子电池组通过在负电极与正电极之间来回可逆地传送锂离子来工作。将隔离件和电解质设置在负电极和正电极之间。电解质适于传导锂离子并且可以是固体（例如固态扩散）或液体形式。负电极和正电极中的每一个通常承载在金属集流体上或连接到金属集流体，例如以电极材料薄层的形式。集流体可通过可中断的外部电路彼此连接，在电池组的充电和放电过程中电子可经由该外部电路从一个电极传送到另一个电极，同时锂离子在相反方向上穿过电化学电池迁移。

锂离子电池组可根据需要向相关联的负载装置可逆地供电。更具体地，可由锂离子电池组向负载装置供应电力直至有效耗尽负电极的锂含量。然后可通过在电极之间在相反的方向上传送合适的直流电流而给电池组再充电。

在放电过程中，负电极可含有相对高浓度的嵌入锂，其被氧化成锂离子和电子。锂离子例如穿过中间多孔隔离件的孔隙内所含的离子传导电解质溶液从负电极（阳极）移动到正电极（阴极）。同时，电子经由外部电路从负电极传送到正电极。锂离子可通过电化学还原反应同化到正电极的材料中。在其可用容量的部分或完全放电之后，电池组可通过外部电源再充电，该外部电源逆转在放电过程中发生的电化学反应。

在再充电过程中，正电极中的嵌入锂被氧化成锂离子和电子。锂离子穿过多孔隔离件经由电解质从正电极移动到负电极，且电子经由外部电路传送到负电极。锂阳离子在负电极处被还原成单质锂并储存在负电极的材料中以供再次使用。

例如存在于多孔隔离件上的涂层中的锂离子交换沸石粒子可有效地从液体电解质中除去痕量水、氢离子、氢氟酸、解离的过渡金属离子（例如Mn²⁺和Fe2^+/3+离子）、多硫化物和其它目标化合物而不抑制穿过其中的锂离子的传输或净流量。在电池组的运行过程中从液体电解质中除去这些目标化合物转而可有助于防止或减轻各种电池组组件的退化并由此改善电池组的寿命和循环性能。但是，可能难以生产这样的锂离子交换沸石粒子，特别是可能难以实现具有较大水化半径的锂离子和具有较小水化半径的阳离子，如钠和钾阳离子之间的交换。因此，需要用于离子交换沸石粒子的进一步方法。

发明内容

本部分提供本公开的一般概述，并且不是其完整范围或其所有特征的全面公开。