[發明專利]儲能復合粒子、電池負極材料以及電池

有效

• 申請號: 201010624017.6
• 申請日: 2010-12-29
• 公開（公告）號: CN102569805A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 陳金銘;張彥博;廖世杰;鄭季汝
• 申請（專利權）人: 財團法人工業技術研究院
• 主分類號: H01M4/583
• 分類號: H01M4/583;H01M4/133;H01M10/0525
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司 11006
• 代理人: 祁建國;鮑俊萍

技術領域

本發明涉及一種儲能復合粒子，且尤其涉及一種具有新穎結構的儲能復合粒子，能儲存高電容量且具有良好的體積膨脹/收縮特性。

背景技術

鋰電池已大量應用于筆記型計算機、行動電話、數字相機、攝影機、PDA、藍牙耳機和無線3C用品等。

現有的商品化鋰電池的負極材料主要是以碳粉材料為主，例如：采用中間相碳微球(Mesocarbon?Microbeads，MCMB)與人工石墨，其克電容量(capacity)分別為MCMB(310mAh/g)、人工石墨(350mAh/g)。然而，以碳為主體的負極材料已經達到理論電容量372mAh/g的瓶頸，無法符合未來高功率以及高能量密度鋰電池的需求。

承上述，高電容量負極材料是高能量鋰電池的關鍵材料。有研究者提出硅基(Silica-based)負極材料以得到高克電容量(3,800mAh/g)。然而，硅基負極材料具有高不可逆容量的特性，且硅基負極材料在充電后會產生400％的體積膨脹。

更詳細而言，在鋰電池的充放電過程中，會因為鋰離子嵌入/嵌出硅基負極材料，而使硅基負極材料發生材料膨脹及收縮，如此，會導致硅基負極材料碎裂，使得內部阻抗增加，而降低鋰電池的使用性。

發明內容

本發明提供一種儲能復合粒子，具有新穎的結構，具有高電容量以及良好的體積膨脹/收縮特性。

本發明提供一種電池負極材料以及電池，使用了上述的儲能復合粒子，而具有良好的高克電容量(high?capacity)、高庫倫效率(high?coulombefficiency)以及長循環壽命。

本發明提出一種儲能復合粒子，包括：碳膜、導電碳材、儲能顆粒以及導電碳須。碳膜圍繞出一空間。導電碳材與儲能顆粒設置于該空間內。導電碳須電性連接導電碳材、儲能顆粒與碳膜，且導電碳須從空間內延伸到空間外。

在本發明的一實施例中，上述的儲能顆粒是選自于納米硅基顆粒、納米異質復合顆粒及其組合。

在本發明的一實施例中，上述的納米異質復合顆粒的材料是選自于Mg、Ca、Cu、Sn、Ag、Al、SiC、SiO、TiO₂、ZnO、Si-Fe-P、Si-P、Si-Fe、Si-Cu、Si-Al、Si-Ni、Si-Ti、Si-Co及其組合。

在本發明的一實施例中，上述的儲能顆粒選用納米硅基顆粒以及納米異質復合顆粒，且納米異質復合顆粒相對于納米硅基顆粒的重量百分比為0.1～5.0wt％。

在本發明的一實施例中，上述的儲能顆粒相對于儲能復合粒子的重量百分比為10～50wt％。

在本發明的一實施例中，上述的導電碳材相對于儲能復合粒子的重量百分比為50～80wt％。

在本發明的一實施例中，上述的儲能復合粒子更包括一導電基質，設置于空間內。

在本發明的一實施例中，上述的導電基質的材料是選自于碳材、金屬、有機材料、無機材料及其組合。

在本發明的一實施例中，上述的導電基質相對于儲能復合粒子的重量百分比為5～10wt％。

在本發明的一實施例中，上述的碳膜的材質包括：瀝青的碳化物、或樹脂的碳化物。

在本發明的一實施例中，該儲能復合粒子的表面積為6～15m²/g。

在本發明的一實施例中，上述的儲能復合粒子更包括：多數個孔隙，設置于導電基質內。

在本發明的一實施例中，上述的孔隙的尺寸介于1nm～1000nm。

本發明再提出一種電池負極材料，包括：上述的儲能復合粒子、導電碳以及黏著劑；其中，儲能復合粒子、導電碳與黏著劑的重量組成比例為75∶15∶10。

在本發明的一實施例中，上述的粘著劑包括：水性丙烯酸酯。

本發明又提出一種電池，包括：負極極板、正極極板以及離子導電層。負極極板上設置有上述的電池負極材料。正極極板對應于負極極板而設置。離子導電層電性連接負極極板與正極極板。

在本發明的一實施例中，上述的正極極板的材料包括：鋰。

基于上述，本發明的儲能復合粒子采用碳膜包覆導電碳材、儲能顆粒的新穎結構。由于在儲能復合粒子內具有足夠的空間與孔隙，可提供給儲能顆粒因充電過程所產生體積膨脹的緩沖，而能防止儲能復合粒子產生碎裂。再者，導電碳材、導電碳須與導電基質可形成三維導電網絡，提供良好的電子傳輸的路徑。因此，儲能復合粒子可同時具有長循環壽命及高克電容量的優點。

以下結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細描述，但不作為對本發明的限定。