一種鋰離子二次電池負極材料及其製造方法

2023-09-20 00:25:05 1

一種鋰離子二次電池負極材料及其製造方法
【專利摘要】本發明是關於一種鋰離子二次電池負極材料及其製造方法，其中該鋰離子二次電池負極材料包含：至少一蠕蟲狀石墨，是經由熱處理可膨脹石墨粉生成；及至少一瀝青，是被吸附於該蠕蟲狀石墨的孔洞內；其中，當該瀝青吸附於蠕蟲狀石墨後會進行碳化及石墨化，進而形成一包含多層石墨片的複合石墨顆粒。
【專利說明】一種鋰離子二次電池負極材料及其製造方法

【技術領域】
[0001] 本發明是關於一種電池負極材料，尤指一種可提高電容量、庫倫效率並長時效穩 定及低成本的鋰離子二次電池負極材料及其製造方法。

【背景技術】
[0002] 從目前市面上常見的個人3C產品，如行動電話、智能型手機、個人計算機、平板計 算機等，到逐漸發展的電動車、智慧電網亦或雲端技術等，以至於通過太陽能、風力等天然 資源所產生的電能等，不管在的電能的儲存或者電源的使用上都必需高度依賴鋰離子二次 電池，故鋰離子二次電池市場的持續增長，已經是一個非常明顯的趨勢。一般而言，鋰離子 電池負極材料包含有碳材、氧化物、氮化物、合金以及奈米復材等。而目前大量商品化的鋰 電池負極材料以碳材為主，包含焦炭、碳纖維、MCMB(介相浙青碳微球）、人工石墨、天然石 墨及非晶質碳等，其中，又以MCMB為整體性能較優的碳材料。
[0003] 然而，在鋰離子二次電池的使用及製造的材料上仍然有缺點有待改良，即一般若 利用MCMB作為電池負極製作材料時，其電容量平均大約為330mAh/g，其數值仍有提升的空 間，並且MCMB的製造成本高，並且在製造過程中必須使用大量溶劑，容易對環境產生汙染， 故若能在成本降低並減少溶劑使用的情況下製造出具有較高電容量的鋰離子二次電池變 為一件重要的課題。
[0004] 有鑑於此，本發明的發明人為了解決現有鋰離子二次電池在使用上及製造上的問 題，依據多年研究的經驗累積，並搭配自身的創意及不斷的嘗試下，進而研發出一種可有效 改善上述已知技術中所提及的鋰離子二次電池負極材料及其製造方法。


【發明內容】

[0005] 本發明的第一目的，在於提供一種鋰離子二次電池負極材料，是利用蠕蟲狀石墨 作為材料，由於蠕蟲狀石墨具有高導電性及大量吸油的特性，可提升鋰離子二次電池的負 極電容量：
[0006] 因此，為了達成本發明的上述第一目的，本發明的發明人提出一種鋰離子二次電 池負極材料，包含：至少一蠕蟲狀石墨，是經由熱處理可膨脹石墨粉生成；及至少一浙青， 是被吸附於該蠕蟲狀石墨的孔洞內；其中，當該浙青吸附於蠕蟲狀石墨後會進行碳化及石 墨化，進而形成一包含多層石墨片的複合石墨顆粒。
[0007] 本發明的第二目的，在於提供一種鋰離子二次電池負極的製作方法，以降低製造 成本，並減少溶劑的使用以避免環境的汙染。
[0008] 因此，為了達成本發明上述第一目的，本發明的發明人提出一種鋰離子二次電池 負極的製作方法，該製作方法包含下列步驟：
[0009] (1)製備一複合石墨粉體，並進行過篩；
[0010] (2)將過篩後的該複合石墨粉體與一導電碳均勻混合成一混合粉體；
[0011] (3)製備一混合溶液，是由一黏著劑及一溶劑以充分混合均勻而成；
[0012] (4)抽取該混合溶液以特定比例加入該混合粉體中，使之充分混合形成一漿料；
[0013] (5)將該漿料塗布於一集電板上，並放入真空烘箱內進行抽真空烘乾作業；
[0014] (6)將該集電板進行碾壓作業；
[0015] (7)對集電板進行加工作業，製作成具有適當尺寸及重量的一電極；及
[0016] (8)將該電極進行半電池組裝作業。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 圖1是本發明的一種鋰離子二次電池負極材料的製造方法步驟圖；
[0018] 圖2是本發明的鋰離子二次電池負極材料的混合粉體製備步驟圖；及
[0019] 圖3是本發明的鋰離子二次電池負極材料的烘乾作業步驟圖；
[0020] 圖4是本發明的鋰離子二次電池負極材料的電容量特性圖；
[0021] 圖5是本發明的鋰離子二次電池負極材料的循環次數特性及庫倫效率圖；
[0022] 圖6是已知技術的MCMB的電容量特性圖；及
[0023] 圖7是已知技術的MCMB的循環次數特性及庫倫效率圖。
[0024] 主要組件符號說明
[0025]

【權利要求】
1. 一種鋰離子二次電池負極材料，其特徵在於，包含： 至少一蠕蟲狀石墨，是經由熱處理可膨脹石墨粉生成；及 至少一浙青，是被吸附於該蠕蟲狀石墨的孔洞內； 其中，當該浙青吸附於蠕蟲狀石墨後會進行碳化及石墨化，進而形成一包含多層石墨 片的複合石墨顆粒。
2. 如權利要求1所述的鋰離子二次電池負極材料，其特徵在於，該浙青是以高溫液態 的型態吸附於該蠕蟲狀石墨孔洞內。
3. 如權利要求1所述的鋰離子二次電池負極材料，其特徵在於，該浙青是可為下列組 合中的任一種以上：石油浙青、煤焦浙青、A240石油浙青及浸漬浙青。
4. 如權利要求1所述的鋰離子二次電池負極材料，其特徵在於，該蠕蟲狀石墨相對於 該複合石墨顆粒的重量百分比是介於〇. lwt%到10wt%之間。
5. -種鋰離子二次電池負極之製作方法，其特徵在於，步驟包含： (1) 製備一複合石墨粉體，並進行過篩； (2) 將過篩後的該複合石墨粉體與一導電碳均勻混合成一混合粉體； (3) 製備一混合溶液，是由一黏著劑及一溶劑以充分混合均勻而成； (4) 抽取該混合溶液以特定比例加入該混合粉體中，使之充分混合形成一漿料； (5) 將該漿料塗布於一集電板上，並放入真空烘箱內進行抽真空烘乾作業； (6) 將該集電板進行碾壓作業； (7) 對集電板進行加工作業，製作成具有適當尺寸及重量的一電極；及 (8) 將該電極進行半電池組裝作業。
6. 如權利要求5所述的鋰離子二次電池負極的製作方法，其特徵在於，該步驟（1)包含 下列詳細步驟： (11) 提供一鱗片狀石墨粉； (12) 對該鱗片狀石墨粉進行酸化處理； (13) 適當地水洗並烘乾經酸化處理的鱗片狀石墨粉，使其成為一可膨脹石墨粉； (14) 以一特定溫度對該可膨脹石墨粉進行高溫處理，進而形成一蠕蟲狀石墨； (15) 將該蠕蟲狀石墨與一浙青混合，該浙青會吸附於蠕蟲狀石墨的孔洞內，並會進行 碳化及石墨化，進而形成一包含多層石墨片的複合石墨；及 (16) 將該複合石墨機械進行細化成粉體後，再進行粒徑分析過篩。
7. 如權利要求6所述的鋰離子二次電池負極的製作方法，其特徵在於，該特定溫度是 介於700° C?1000。C之間。
8. 如權利要求5所述的鋰離子二次電池負極的製作方法，其特徵在於，該步驟（5)包含 下列詳細步驟： (51) 以刮刀將該漿料塗布於一集電板上；及 (52) 將該集電板放入真空烘箱內，待該混合溶液揮發後，進行抽真空烘乾作業。
9. 如權利要求5所述的鋰離子二次電池負極的製作方法，其特徵在於，在該步驟（6)中 的碾壓作業的碾壓率為75%。
10. 如權利要求5所述的鋰離子二次電池負極的製作方法，其特徵在於，在該步驟（8) 中半電池組裝作業中所使用的電解液為1.0M的LiPF 6，其中，1^--6是溶於以1:1:1的重量 比混合的 ethylene carbonate (碳酸乙烯酯）、polycarbonate (聚碳酸脂）及 dimethyl carbonate (碳酸二甲酯）溶液。
【文檔編號】H01M4/1393GK104124456SQ201310148277
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2013年4月25日 優先權日:2013年4月25日
【發明者】翁炳志, 林慶章, 黃金堂, 張必聖, 葛春明 申請人:徐克銘