用于形成粒子和用于回收電化學反應性材料的方法和裝置制造方法及圖紙

所公開的是一種用于由原材料制備粒子的方法和裝置，所述方法和裝置包括至少一種與金屬抗衡離子有電化學反應性的電化學反應性材料。原材料可以是疏松材料，新料，純化的、回收材料，和/或工業廢料。電化學反應性材料可以以粒子形式回收，包括微粒和/或納米粒子。回收材料可以是基本上純的電化學反應性材料或電化學反應性材料的合金。在一些實施方案中，可以從原材料選擇性回收一種以上電化學反應性材料。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】用于形成粒子和用于回收電化學反應性材料的方法和裝置相關申請的交叉引用本申請要求通過引用由此結合在此的指定張衛軍(Wei-Jun Zhang)作為專利技術人，2010年5月3日提交的美國臨時專利申請號61/343，696，名稱為“通過電化學顆粒細化方法制備的細粒化材料(Fine Grained Materials Prepared by Electrochemically GrainRefinement Process) ”的權益和優先權。背景毎年，歸因于電子產品(例如，消費電子產品、光伏電池、半導體等)、電池、催化轉化器以及エ業廢屑的制造和處置在全世界范圍內產生數百噸的エ業廢料。當前從エ業廢料 再循環和回收材料的方法基于依賴于強腐蝕性和/或有毒的堿或酸(例如，以溶解ー種或多種目標材料)的方法。例如，使用氫氟酸、硝酸、六氟硅酸或氫氧化鈉的方法在本領域中是已知的。使用這些類型的化學品的方法是昂貴的、環境不友好的并且是潛在危險的。作為結果，毎年僅將小百分比的エ業廢料再循環。微米和納米粒子的使用變得具有増加的重要性，這歸因于這些材料的獨特性質，如它們的物理機械、化學和/或生物性質。例如，與相同組成的疏松材料比較，微米和納米粒子可以具有增強的屈服強度和展延性，這歸因于它們細化的顆粒尺寸(例如，少于約100納米)。具有這些性質的材料可以在醫學、化學、能源(energy)、和/或運輸部門中使用。本領域中已知很多制備微米和納米粒化材料的方法，如化學或物理氣相沉積、苛刻塑性變形、迅速固化、以及濕法化學方法。然而，這些方法遭受以下方面困擾能量密集、環境不友好、具有高制造成本、低制造速率、回收產物中的高雜質濃度和/或放大至エ業規模上的困難。因此，將高度需要的是通過開發廉價并且環境有好的方法以再循環エ業廢料材料，從而減少エ業廢料。此外，將高度適宜的是以廉價并且環境友好的方式以商業規模制備微米和/或納米粒子粒子。概述在一些實施方案中，用于形成粒子或納米顆粒的方法包括將原材料作為第一電極連接在包括第一電極和對電極的電路中，所述第一電極和對電極的每ー個至少部分地被放置在電解液中。電解液包含金屬抗衡離子，對電極包含金屬抗衡離子的源，并且原材料包含與金屬抗衡離子具有電化學反應性的至少ー種電化學反應性材料。該方法包括在第一電極與對電極之間的施加第一電壓以離子化金屬抗衡離子的源，從而產生金屬抗衡離子。金屬抗衡離子的至少ー些與第一電極中的所述至少ー種電化學反應性材料反應以形成金屬-電化學反應性材料化合物。該方法還包括施加相對于第一電壓具有相反極性的第二電壓以從金屬-電化學反應性材料化合物離子化金屬抗衡離子以再填充對電極，從而制備電化學反應性材料的粒子。在一些實施方案中，該方法包括重復第一和第二電壓的施加以制備粒子(例如，微米和/或納米粒子)。在一些實施方案中，用于形成納米粒子的方法包括將作為第一電極的原材料連接在包括第一電極和對電極的電路中，所述第一電極和對電極的每ー個至少部分地設置在電解液中。電解液包含鋰抗衡離子(Li+)，對電極包含作為鋰抗衡離子(Li+)的源的鋰金屬或含鋰材料(例如，合金、化合物、混合物等)，并且原材料包括M，其中M是選自Si、Ga、Ge、Pt、Ag、Au、In、Sn、Al、Zn、Sb、Cd、As、Pb、Mg以及它們的組合中的至少一種電化學反應性材料。該方法包括在第一電極與對電極之間施加約O. OlV至約20V的第一電壓以離子化鋰抗衡離子的源，從而產生鋰抗衡離子。鋰抗衡離子的至少ー些與第一電極中的所述至少一種電化學反應性材料反應以形成LixMy化合物，其中LixMy表示與包含電化學反應性材料的原材料的化合物比較，在單位體積上展現至少約20%變化率的化合物。該方法還包括施加相對于第一 電壓具有相反極性的第二電壓以從LixMy化合物離子化Li抗衡離子，從而制備基本上純化并粉化的M粒子。在一些實施方案中，M粒子在施加第一和第二電壓的ー個或多個循環之后形成。在一些實施方案中，用于產生納米粒子的裝置包括包含第一電極、對電極和電解液的電路。第一電極包括多孔的非反應性容器，所述多孔的非反應性容器用于容納作為第ー電極的至少一部分電連接的至少ー種電化學反應性材料。對電極包括金屬抗衡離子的源。電解液包括金屬抗衡離子。第一電極和對電極彼此電連接用于在其間施加電壓。第一電極和對電極的姆ー個至少部分地設置在電解液內。以上概述僅是示例性的并且不意圖以任何方式限制。除上述示例性方面、實施方案和特征之外，通過參考附圖和下面的詳述，其他方面、實施方案和特征將變得顯而易見。附圖簡述圖I是用于產生粒子的裝置的一個示例性實施方案。圖2是可以被包括在用于產生粒子的裝置中的容器的一個示例性實施方案。圖3顯示了一種用于形成粒子的方法的實例流程圖。詳述通常，在本文的一些實施方案中，據信本公開利用通過施加第一電壓，在包括電化學反應性材料ERM(例如，Si)的原材料(例如，第一電極)和金屬抗衡離子的源(例如，Li+)(例如，第二電極)之間發生的電化學反應，以形成金屬-ERM化合物。此外，本公開利用金屬-ERM化合物具有至少大于在原材料中存在的電化學反應性材料的単位體積約20%的單位體積的事實。此外，本公開利用電化學反應可以通過施加相對于第一電壓具有相反極性的第二電壓逆轉的事實。第二電壓的施加導致金屬-ERM化合物分解為金屬抗衡離子和電化學反應性材料粒子。在一些實施方案中，粒子在施加第一和第二電壓的一個或多個循環之后形成。可以將這些粒子分離并收集，或者留下進一歩反應。電壓循環導致電化學反應性材料的粉化。不希望由任何理論束縛，據信由金屬-ERM化合物的形成和變形產生的體積變化引起電化學反應性材料中的應カ(例如，內應カ)。應カ和有限的擴散速率可以使得電化學反應性材料形成其粒子或細粒(例如，粉化)。所形成的粒子或顆粒可以包括可以在商業上在多種エ業中使用的合金或基本上純的電化學反應性材料(例如，約99%純Si)，所述エ業包括醫學、化學、能量和/或運輸部門。起始電化學反應性材料可以在エ業廢料(例如，消費品電子產品、光伏電池、半導體等)中和/或在疏松的、新的或純化、回收的材料中得到。同樣，粒子的形成可以是用于再循環(例如，回收)エ業廢料和/或用于從廢料、新料或者之前回收的材料形成微米或納米粒子或顆粒的廉價的、環境有好的和可放大的方法。我們現在轉向用于本專利技術的示例性實施方案更加完整的理解的附圖。所繪制的附圖意欲在性質上是示例性的并且不意圖限制本專利技術。圖I是用于形成粒子的裝置的一個示例性實施方案。如圖I中所示，裝置10包括具有第一電極30、對電極40和電解液50的電路。第一電極30和對電極40在電路中經由電線20彼此電連接，例如，以在其間施加電壓。第一電極30和對電極40至少部分地被設置在可以被設置在非反應性室60中的電解液50中。在一些實施方案中，第一電極30包括可以容納原材料34的容器32。容器32可以具有小孔、穴、孔或類似的特征以允許電解液50穿透容器32的壁以接觸原材料34。原材料可以作為第一電極30的至少一部分電連接(例如，經由與容器32的一部分的接觸，或者至電線20的分別直接連接)。無論這如何完成，原材料中的ERM作為第一電極30的至少一部分連接在電路中。原材料3本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2010.05.03 US 61/343,6961.一種用于形成粒子的方法，所述方法包括 將原材料作為第一電極連接在包括所述第一電極和對電極的電路中，所述第一電極和對電極的每一個至少部分地被設置在電解液中，其中 所述電解液包含金屬抗衡離子； 所述對電極包含所述金屬抗衡離子的源； 所述原材料包含至少一種與所述金屬抗衡離子有電化學反應性的電化學反應性材料； 在所述第一電極與所述對電極之間施加第一電壓以離子化所述金屬抗衡離子的源，從而產生所述金屬抗衡離子，其中所述金屬抗衡離子的至少一些與在所述第一電極中的所述至少一種電化學反應性材料反應以形成金屬-電化學反應性材料化合物； 施加相對于所述第一電壓具有相反極性的第二電壓，以從所述金屬-電化學反應性材料化合物離子化所述金屬抗衡離子以再填充所述對電極，從而制備所述電化學反應性材料的粒子。2.權利要求I所述的方法，其中所述原材料選自基本上純的材料或廢料。3.權利要求I所述的方法，其中所述原材料包含包含所述至少一種電化學反應性材料的廢料。4.權利要求I所述的方法，其中所述原材料包含基本上純的形式的所述至少一種電化學反應性材料。5.權利要求4所述的方法，其中所述原材料是新料。6.權利要求4所述的方法，其中所述原材料是再生的純化的材料。7.權利要求I所述的方法，其中所述至少一種電化學反應性材料與Li、Na、K、Mg、其鹽和離子是反應性的。8.權利要求I所述的方法，其中所述至少一種電化學反應性材料與所述金屬抗衡離子在O. 01V-20V的電壓是選擇性反應的。9.權利要求I所述的方法，其中所述至少一種電化學反應性材料選自Si、Ga、Ge、Pt、Ag、Au、In、Sn、Al、Zn、Sb、Cd、As、Pb、Mg 以及它們的組合。10.權利要求I所述的方法，其中所述金屬抗衡離子選自K+、Li+、Na+和Mg2+。11.權利要求I所述的方法，其中所述金屬抗衡離子是Li+。12.權利要求I所述的方法，其中所述金屬抗衡離子的源是金屬源。13.權利要求I所述的方法，其中所述金屬抗衡離子的源是所述金屬抗衡離子的鹽。14.權利要求13所述的方法，其中所述金屬抗衡離子是Li+，并且所述抗衡離子的源是Li 金屬、LiFeP04、LiCoO2' Li4Ti5O12' LiMn2O4' Li-Al、Li_Sb、Li-Sn,或它們的組合。15.權利要求I所述的方法，其中所述電解液是非水性的。16.權利要求15所述的方法，其中所述電解液包含有機溶劑和所述金屬抗衡離子的鹽的組合。17.權利要求16所述的方法，其中所述電解液包括所述有機溶劑和所述金屬抗衡離子的所述鹽的溶液。18.權利要求16所述的方法，其中所述電解液包括所述有機溶劑和所述金屬抗衡離子的所述鹽的懸浮液。19.權利要求16所述的方法，其中所述有機溶劑是醚、酯、碳酸酯、醇、酮、磺酸酯或芳族溶劑。20.權利要求16所述的方法，其中所述有機溶劑選自碳酸異丙烯酯、碳酸亞乙酯、碳酸乙酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯、1，2_ 二甲氧基乙烷、二甘醇二甲醚、二甘醇二乙醚、二甘醇二丁醚、二丙二醇二甲醚、二乙氧基乙烷、BEE-I-叔丁氧基-2-乙氧基乙烷及它們的混合物。21.權利要求I所述的方法，所述方法還包括在施加所述第一電壓和施加所述第二電壓之間循環，直至所述電化學活性材料形成所需尺寸的顆粒或粒子。22.權利要求I所述的方法，所述方法還包括施加所述第一電壓以使所述抗...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張衛軍，
申請(專利權)人：英派爾科技開發有限公司，
類型：
國別省市：