专利名称：作为阳极材料用于具有高贮存容量的锂电池和原电池的金属亚氨基化合物的制作方法
作为阳极材料用于具有高贮存容量的锂电池和原电池的金属亚氨基化合物当前所用的可充电的锂电池含石墨作为阳极材料。石墨作为锂插入材料起作用，并且按反应式(G1.)
权利要求
1.原电池，其特征在于，其在放电状态时含通式(1)的金属亚氨基化合物 M14-2xM2x(NH)2 y M1NH2(1) 其中 M1 =碱金属(Li，Na, K，Rb, Cs或其任意的混合物) M2 =碱土金属元素(Mg, Ca, Sr, Ba或其任意的混合物) X和y彼此独立地为0-1之间的数， 或在充电状态含通式(II)的金属亚氨基化合物 Li4M14-2xM2x(NH)2 y LiH(II) 其中 M1 =碱金属(Li，Na, K，Rb, Cs或其任意的混合物) M2 =碱土金属元素(Mg, Ca, Sr, Ba或其任意的混合物) X和y彼此独立地为0-1之间的数。
2.根据权利要求1的原电池，其特征在于，其在放电状态包含下述材料或由下述材料组成作为活性阳极材料:Li2NH, MgNH, Li2Mg(NH)2, Li2Ca(NH)2, MgCa(NH)2, Li4Mg(NH)3,Li2Mg2 (NH)3O
3.根据权利要求1的原电池，其特征在于，其在充电状态包含下述材料或由下述材料组成作为活性阳极材料:Li4NH, Li2MgNH, Li6Mg(NH)2, Li6Ca(NH)2, Li4MgCa(NH)2,Li10Mg(NH)3, Li8Mg2 (NH)30
4.根据权利要求1-3之一或多项的原电池，其特征在于，在放电状态，阴极(正极物料)包含下述材料或由下述材料组成:层结构化的材料如LiCoO2, LiNiO2, Li (Ni, Mn, Co)O2,LiNia8tlCoai5Alatl5O2或尖晶石结构化的材料如LiMn2O4和LiNia5Mnh5O4或具有橄榄石结构的材料如LiFePO4和LiMnPO4或非锂化的金属插入化合物如电解二氧化锰(MnO2)或氧化钒(V2O3)或转化阴极材料如金属氟化物或金属氟氧化物或锂氧化物(Li2O或Li2O2)。
5.根据权利要求1-4之一或多项的原电池，其特征在于，其包含具有弱配位的氧化稳定的阴离子的锂盐例如LiPF6，氟烷基磷酸锂，LiBF4,酰亚胺盐，三氟甲磺酸锂(LiOSO2CF3),甲基化物盐，LiClO4,螯合硼酸锂，螯合磷酸锂或氟代螯合磷酸锂或其任意的混合物作为导电盐。
6.根据权利要求5的原电池，其特征在于，其包含对阴离子离解稳定的导电盐。
7.根据权利要求6的原电池，其特征在于，其包含无氟导电盐如螯合硼酸锂或螯合磷酸锂。
8.根据权利要求7的原电池，其特征在于，其包含选自下列物质类别的质子惰性溶剂:碳酸酯、羧酸酯、醚、腈类、叔胺、二烷基亚砜、内酯、环丁砜或以纯的形式的或任意混合物形式的尚子液体。
9.用于在根据权利要求1-8之一或多项的原电池中使用的阳极材料，其特征在于，其在放电状态(贫锂状态)包含通式(I)的金属亚氨基化合物或由其组成作为活性材料 M14-2xM2x(NH)2 y LiNH2(1) 其中 M1 =碱金属(Li，Na, K，Rb, Cs或其任意的混合物) M2 =碱土金属元素(Mg, Ca, Sr, Ba或其任意的混合物)X和y彼此独立地为0-1之间的数， 或在充电状态(富锂状态)包含通式(II)的金属亚氨基化合物或由其组成作为活性材料 Li4M14^2xM2x(NH)2 y LiH(II) 其中 M1 =碱金·属(Li，Na, K，Rb, Cs或其任意的混合物) M2 =碱土金属元素(Mg, Ca, Sr, Ba或其任意的混合物) X和y彼此独立地为0-1之间的数。
10.根据权利要求9的阳极材料，其特征在于，其在放电状态包含下述材料或由下述材料组成作为活性材料:Li2NH, MgNH, Li2Mg(NH)2, Li2Ca(NH)2, MgCa(NH)2, Li4Mg(NH)3,Li2Mg2 (NH)3O
11.根据权利要求9的阳极材料，其特征在于，其在充电状态包含下述材料或由下述材料组成作为活性材料:Li4NH, Li2MgNH, Li6Mg(NH)2, Li6Ca(NH)2, Li4MgCa(NH)2,Li10Mg(NH)3, Li8Mg2 (NH)30
12.用于制备根据权利要求9-11之一或多项的活性材料的方法，其特征在于，使金属亚氨基化合物M32/yNH与金属M4按下列方程式反应:n (M327yNH + 2/z M4) — (M4M327yNH)n 其中M3和M4彼此独立地为Li，Na, K，Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba)，且y和z是金属M3或M4的化合价，和n为1-5之间的数。
13.根据权利要求12的方法，其特征在于，所述反应在100-600°C之间的温度下于固相中或在100-300 V之间的温度下在对原料和产物呈惰性的溶剂中于溶剂悬浮液中进行。
14.根据权利要求12或13的方法，其特征在于，使氨基锂与2摩尔当量的锂金属反应生成亚氨基锂/氢化锂混合物。
15.根据权利要求14的方法，其特征在于，所述反应在100-300°C之间的温度下于固相中或在100-300 V之间的温度下在对原料和产物呈惰性的溶剂中于溶剂悬浮液中进行。
16.根据权利要求14或15的方法，其特征在于，使用具有粒度<50Pm的锂金属和氨基锂。
17.用于制备含粉末状的根据本发明的金属亚氨基化合物阳极材料的阳极涂层的方法，其特征在于，所述方法通过将由金属亚氨基化合物阳极材料、粘合剂和任选的改进传导性的添加剂组成的干混合物压印到合适的电流导体(例如铜箔或镍箔或铜网或镍网)上实现。
18.根据权利要求17的方法，其特征在于，所述粘合剂是热塑性聚合物例如PTFE-粉末，和所述改进传导性的添加剂是炭黑。
19.用于制备包含粉末状的根据本发明的金属亚氨基化合物阳极材料的阳极涂层的方法，其特征在于，使用溶剂，即作为可流动的分散体来制备所述涂层。
20.根据权利要求19的方法，其特征在于，使用可溶性的聚合物粘合剂，例如用NMP、NEP,DMSO或GBL作为溶剂的PVDF或可溶性的聚二烯烃例如聚丁二烯或聚异丁烯和烃作为溶剂，并用炭黑作为改进传导性的添加剂。
全文摘要
作为用于锂电池的高容量阳极材料的金属亚氨基化合物。本发明涉及原电池、用于在原电池中使用的阳极材料和用于制备活性电极材料的方法。该原电池在放电状态含通式(I)的金属亚氨基化合物M14-2xM2x(NH)2·yM1NH2(I)，其中M1=碱金属(Li,Na,K,Rb,Cs或其任意的混合物)，M2=碱土金属元素(Mg,Ca,Sr,Ba或其任意的混合物)，x和y彼此独立地为0-1之间的数；或在充电状态含通式(II)的金属亚氨基化合物Li4M14-2xM2x(NH)2·yLiH(II)，其中M1=碱金属(Li,Na,K,Rb,Cs或其任意的混合物)，M2=碱土金属元素(Mg,Ca,Sr,Ba或其任意的混合物)，x和y彼此独立地为0-1之间的数。
文档编号H01M4/04GK103081184SQ201180026799
公开日2013年5月1日 申请日期2011年3月31日 优先权日2010年3月31日
发明者U.韦特尔曼 申请人:凯密特尔有限责任公司