[發明專利]自組裝碳基材電池負極結構

有效

• 申請號: 201310684557.7
• 申請日: 2013-12-12
• 公開（公告）號: CN103887475A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發明（設計）人: 李富生;吳乃立;周憲聰;吳玉祥
• 申請（專利權）人: 江門市榮炭電子材料有限公司
• 主分類號: H01M4/1393
• 分類號: H01M4/1393;H01M4/133
• 代理公司: 北京申翔知識產權代理有限公司 11214
• 代理人: 黃超;周春發

技術領域

本發明關于一種碳基材電極結構，特別是關于一種自組裝碳基材電池負極結構及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池的發展在很大的程度上取決于高性能正、負極材料的開發與應用。目前實用的中間相碳微球材料(MCMB)的制備成本偏高。而天然和人造石墨方面，為了降低初期不可逆電容量和提升循環壽命，需要以瀝青類芳烴化合物材料進行表面改質，制備過程中需要1300℃以上的高溫下實現碳化，其中，原材料(瀝青類芳烴化合物)價格波動大，以及高溫碳化下所產生的環境污染與能源大量消耗，皆不是長久永續經營的方向。

鋰離子電池的發展在很大的程度上取決于高性能正、負極材料的開發與應用。目前廣泛應用的中間相碳微球材料(MCMB)的制備成本頗高，而使用天然或人造石墨來作為電極材料時，為了降低初期的不可逆電容量與提升電池的循環壽命，通常需要先以瀝青類芳烴化合物材料來進行表面改質，而且在制備過程中需要藉由1300℃以上的高溫環境來實現碳化。其中，所使用的原材料(瀝青類芳烴化合物)價格波動大，以及高溫碳化下所產生的環境污染與能源大量消耗，皆不是長久永續經營的方向。

有鑒于此，開發可有效增加表面鍍層與石墨基材之間的接合性和均勻性，進而大幅降低電池初期不可逆電容量與延長電池的循環壽命，且不會產生大量環境污染與不需消耗大量能源來進行碳化的碳基材電極結構及其制備方法，是一項相當值得產業重視的課題。

發明內容

鑒于上述的發明背景中，為了符合產業上的要求，本發明提供一種自組裝碳基材電池負極結構及其制備方法，上述自組裝碳基材電池負極結構不僅制程簡易、成本便宜，更具有大幅降低電池初期不可逆電容量與延長電池的循環壽命等優越性能，更好的是，不需消耗大量能源來進行碳化以達到環保與簡約的目標，進而可有效提升產業競爭力。

本發明的一目的在于提供一種自組裝碳基材電池負極結構及其制備方法，藉由采用復數層高分子對天然或人造石墨材料的石墨基材進行表面改質，以提升高分子表面鍍層與石墨基材之間的接合性和均勻性，進而大幅降低使用此一表面改質后的石墨基材作為電極的電池的初期不可逆電容量。

本發明的另一目的在于提供一種自組裝碳基材電池負極結構及其制備方法，藉由采用復數層高分子對天然或人造石墨材料的石墨基材進行表面改質，以減少充放電期間上述表面改質后的石墨基材的體積變化所造成的結構破壞與剝落現象，進而更加延長使用此一表面改質后的石墨基材作為電極的電池的循環壽命。

本發明的另一目的在于提供一種自組裝碳基材電池負極結構及其制備方法，藉由采用自組裝分子設計導入復數層高分子鍍層對天然或人造石墨材料的石墨基材進行表面改質，以提升高分子表面鍍層與石墨基材之間的接合性和均勻性，進而更加延長使用此一表面改質后的石墨基材作為電極的電池的性能。

本發明的另一目的在于提供一種自組裝碳基材電池負極結構及其制備方法，藉由采用自組裝分子設計導入復數層高分子鍍層對天然或人造石墨材料的石墨基材進行表面改質，上述的復數層高分子鍍層的制備方法不需使用高達一千多度的高溫來進行碳化，進而可有效達到節約能源與環境保護的目標。

根據以上所述的目的，本發明揭示了一種自組裝碳基材電池負極結構及其制備方法。上述自組裝碳基材電池負極結構包含碳基材、第一修飾層位于上述碳基材上、與第二修飾層位于上述第一修飾層上。其中上述第二修飾層的組成具有至少一極性或離子性官能基可與上述第一修飾層相互吸引并形成物理性或化學性的鏈接，以達到自組裝的效果。上述的第一修飾層與第二修飾層可藉由升溫干燥程序形成于碳基材表面。上述的第一修飾層的組成在升溫干燥過程中可由碳基材表面滲透進入碳基材內部的奈米級或微米級的缺陷或孔洞，使得第一修飾層與碳基材之間形成較強的包覆均勻性。上述第一修飾層更可改變碳基材的極性，進而有利于吸引第二修飾層的高分子組成得以均勻包覆。更好的是，根據本說明書的自組裝碳基材電池負極結構及其制備方法可不需使用極高溫的制程，以達到節約能源與環境保護的目標。

附圖說明

圖1A至圖1C為根據本說明書的自組裝碳基材電池負極結構的第一高分子鍍膜與第二高分子鍍膜在升溫干燥程序中的變化示意圖。

圖2為一根據本說明書自組裝碳基材電池負極結構的制備方法的流程示意圖。

圖3為一根據本說明書的表面改質后的石墨基材的掃描式電子顯微鏡(Scanning?Electron?Microscopy)照片示意圖。

圖4為一根據本說明書的雙層高分子鍍膜的石墨電極與采用瀝青包覆的石墨電極的第一次充放電曲線圖；以及。