[發明專利]具表面改質的硬碳基材電池負極結構及其制備方法

在審

• 申請號: 201811623603.1
• 申請日: 2018-12-28
• 公開（公告）號: CN111384359A
• 公開（公告）日: 2020-07-07
• 發明（設計）人: 周憲聰;吳玉祥;胡旭添;陳伯坤
• 申請（專利權）人: 上高縣榮炭科技有限公司
• 主分類號: H01M4/133
• 分類號: H01M4/133;H01M4/1393;H01M4/36;H01M4/587;H01M4/62;H01M10/0525;C01B32/05
• 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

本說明書揭示一種具表面改質的硬碳基材電池負極結構及其制備方法。上述具表面改質的硬碳基材電池負極結構，包含復數層修飾膜位于硬碳基材上。上述修飾膜分別包含水溶性有機高分子。上述修飾膜可有效提高硬碳基材電池負極結構的充放電功率，且可有效降低電池的不可逆電容量，與提升電池的循環壽命。根據本說明書的具表面改質的硬碳基材電池負極結構的制備方法，可藉由水相漿料制程來避免揮發性有機化合物的傷害。更好的是，上述具表面改質的硬碳基材電池負極結構可提升大幅電池的低溫循環性能與高倍率充放電性能。

技術領域

本發明關于一種硬碳電池負極結構，特別是關于一種具表面改質的硬碳基材電池負極結構及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池具有高工作電壓、高能量密度、安全性佳等優點，而可廣泛應用于許多領域的電源供應。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℃以上的高溫下實施碳化，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。

另外也有研究顯示，例如中國專利公開號CN101162775A，藉由樹脂與瀝青混合物來包覆石墨材料，以達到石墨基材的表面改質。然而，前述方法在實際執行時，卻常因樹脂的碳化率不足，以致于影響首次充放電效率。

習知技藝中的二次電池，例如電動車所使用的電池，所使用的負極材料一般是以人造石墨為主。負極材料須有較高電容量，使用循環效率要求500-1000回以上。目前人造石墨占整個負極材料市場的使用量約45-55％。隨著市場對于環保意識與各種電能驅動設備(如電動車等) 的出現，二次電池的需求也大幅增溫。對于負極材料的高容量、長壽命、高倍率與低溫等的特性需求也更受到重視。

另一方面，現有的電極材料的表面改質制程，大多使用有機溶劑來調制欲進行包覆的高分子溶液。雖然可以在制備過程中，得到均勻分散的效果，但是，不僅在制備過程中，會產生許多有機廢料，所使用的有機溶劑也溶液產生揮發性有機化合物(volatileorganic compounds, VOC)也容易產生環保問題，甚至對操作者造成傷害。

有鑒于此，開發結構穩定、充放電循環壽命長，且安全性能及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，本發明提供一種具表面改質的硬碳基材電池負極結構及其制備方法，上述具表面改質的硬碳基材電池負極結構，不僅制程簡易、成本便宜，更具有結構穩定、充放電循環壽命長，且安全性能及低溫性能佳等優越性能。更好的是，上述制備方法可適用于水性漿料配制的制程，進而可同時兼具環保、節省成本、與有效提升產業競爭力的效果。

本發明的一目的在于提供一種具表面改質的硬碳基材電池負極結構及其制備方法，藉由采用復數層有機高分子對硬碳基材進行表面改質，以提升有機高分子表面鍍層與硬碳基材之間的接合性和均勻性，進而大幅降低使用此具表面改質的硬碳基材作為電極的電池的不可逆電容量。

本發明的另一目的在于提供一種具表面改質的硬碳基材電池負極結構及其制備方法，藉由采用高碳化率、低比表面積的球狀樹脂在熱分解后所形成的難石墨化碳，以形成在充放電時維持結構穩定且充放電循環壽命長的硬碳基材，更好的是，上述熱分解的過程不需要使用高溫的石墨化制程，進而達到同時兼具生產成本低、質量穩定、且環保節能的效果。

本發明的又一目的在于提供一種具表面改質的硬碳基材電池負極結構及其制備方法，進一步采用復數層有機高分子對硬碳基材進行表面改質后，可有效延長使用上述具表面改質的硬碳基材作為電極的電池的循環壽命。