TW201228077A - Energy storage composite particle, battery anode material and battery - Google Patents
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201228077 P54990050TW 36155twf.doc/n 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 一種種儲能複合粒子’且制是有關於 -種具有新減構的魏複合粒子，能 有良好的體積膨脹/收縮特性。 门电谷里且具 【先前技術】 鋰電池已大量應用於筆記型電腦、行動電話
機、攝影機、PDA、藍牙耳機和無線3CH 習知的商品化鋰電池的負極材料主要是以碳 為主，例如.採用中間相卢與 MCMB )以工石黑^^ (MeS—她， 其克電容量分別為MCMB (310mAh/g)、人工石墨（35〇mAh/g)。然 主體的負極材料已經達聰論電容量372mAh/g的瓶=‘、，、 無法符合未來高功率以及高能量密度料池的需東/ 料。===材料是高能量鐘電池的關鍵材 克電容量(3_ Ah/土、山㈣㈣）負極材料以得到高 克電曰里（，800 mAh/g)。然而，石夕基負極材料且 逆容重的特性，歸基負極材 ]=不了 體積膨脹。 Μ後會產生400%的 更誶細而言’在鐘電池的充放電過程中 子嵌入/嵌出石夕基負極材料，而使石夕 離 脹及收縮’如此，會導致石夕基負極材料碎裂 抗增加，而降健電㈣使雜。 ^内雜 201228077 P54990050TW 36155twf.doc/n 【發明内容】 有鑑於此’本發明提供—種儲能複合粒子，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-種電池負極材料以及電池，使用了上述 的儲能複合粒子，而且有良杯沾古Α — θ 的尚克電容量、高庫倫效率 以及長循J哀哥命。 本發明提出-種儲能複合粒子，包括：碳膜、導電碳 材、儲能顆粒以及導電碳鬚。碳顧繞出―空間。導電碳 材與儲能顆粒設置於該空間内。導電碳鬚電性連接導電碳 材、儲能顆粒與碳膜，且導電碳鬚從空間内延伸到空間外。 、，在本發明的一實施例中，上述的儲能顆粒是選自於奈 米石夕基顆粒、奈米異質複合顆粒及其組合。 在本發明的一實施例中，上述的奈米異質複合顆粒的 材料是選自於 Mg、Ca、Cu、Sn、Ag、A1、Sic、Si〇、Ti〇2、
ZnO、Si-Fe-P、Si-P、Si-Fe、Si-Cu、Si-A卜 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奈米矽 基顆粒以及奈米異質複合顆粒，且奈米異質複合顆粒相對 於奈米矽基顆粒的重量百分比為〇丨〜5 〇 wt%。 ★在本發明的一實施例中，上述的儲能顆粒相對於儲能 複合粒子的重量百分比為10〜50 wt %。 、在本發明的一實施例中，上述的導電碳材相對於儲能 複合粒子的重量百分比為50〜80 wt〇/〇。 在本發明的一實施例中，上述的儲能複合粒子更包括 201228077 P54990050TW 36155twf.doc/n 一導電基質，設置於空間内。 在本發明的一實施例中， 自於碳材、金屬、有機材料、 在本發明的一實施例中， 複合粒子的重量百分比為5〜 上述的導電基質的材料是選 無機材料及其組合。 上述的導電基質相對於儲能 10 wt %。 在本發明的-實施例中，上述的碳膜的材質包括：遞 青的碳化物、或樹脂的碳化物。
在本發明的一實施例中 6 〜15 m2/g。 s亥儲能複合粒子的表面積為 在本發_-實施例中，上述的難複合粒子更包 括：多數個孔隙’設置於導電基質内。 在本發明的-實施例中，上述的孔隙的尺寸介於ι㈣ 〜lOOOnm。
、—本發明再提出-種電池負極材料，包括：上述的儲能 複合粒子、導電碳以及黏著劑；其中，儲能複合粒子、導 電碳與黏著劑的重量組成比例為75 : 15 : 1〇。 在本發明的一實施例中，上述的黏著劑包括：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。正極極板對應於負極極板而設置。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。 201228077 P54990050TW 36155twf.doc/n 二：:====:導: 導電碳材、導電碳鬚與導電粒/產^碎裂。再者， 供良好的電子傳輸的路 二：：導電網路，提 有長循環壽命及高克電容量^點儲㈣合粒子可同時具 舉實^本ί明之上述特徵和優點能更明顯錢，下文特 舉貫施例’並配合所附圖式作詳細說明如下。 【實施方式】 古志t Γ提出—種具有新穎結構的儲能複合粒子，具有 量、高庫倫效率以及長循環壽命的優點，能夠用 —π電合里及充放電特性良好的電池。以下，將舉出 :實％例來說明本發明的舰複合粒子、及使用此儲能 複&粒子的電池負極材料與電池。 [儲能複合粒子】 往夂0圖1為本發明實施例的一種儲能複合粒子的示意圖。 β >照圖卜儲能複合粒子1〇〇包括：碳膜11〇、導電碳材 =〇、儲能顆粒130以及導電碳鬚140。碳膜110圍繞出一 二間s。導電碳材12〇與儲能顆粒130設置於該空間S内。 導電兔鬚140電性連接導電碳材120、儲能顆粒130與碳 膜110 ’且導電碳鬚140從空間S内延伸到空間S外。 更詳細而言，可利用多數個導電碳材120與多數個儲 201228077 P54990050TW 36155twf.doc/n 能顆粒130組成一個類球狀的 ，，且利用破膜-包覆該類=:¾ 電網路。藉此，可得到上述之具有新類出而構成導 子，由於储能複合粒子能= 儲能顆粒m因充電過程產生體積膨紐行緩衝 = 能複合粒子刚在多次充放電_之後仍不會產
，請繼續參照目i，碳膜110的厚度可小於〇 米）’石反膜110的材質可以是瀝青的碳化物、樹脂的Λ 物或適當的材質。此儲能複合粒子觸的表面積可= 15m2/g。 .〜 另外，導電碳材120的尺寸可為1μηι〜4μιη。可藉由 導電碳材120之微米等級的尺寸，使得導電碳材12〇與儲 能顆粒13G (奈米等級的尺寸）之混渡過程中，不易造成 粒子凝集。導電碳材120可選用片狀的石墨（具有良好的 導電特性），以在儲能複合粒子1〇〇内形成良好的導電網 路。導電碳材120相對於儲能複合粒子1〇〇的重量百分比 玎為50〜80 wt %。藉由調整導電碳材12〇的重量百分比， 町適當地控制所形成導電網路的導電程度。 儲能顆粒130的尺寸可為3〇nm (奈米）〜150nm。儲 能顆粒130相對於儲能複合粒子1〇〇的重量百分比可為1〇 〜50 wt%。藉由調整儲能顆粒130的重量百分比’可使儲 能複合粒子100具有所需的電容量。 上述的儲能顆粒丨30可選自於奈米矽基顆粒130。奈 201228077 i^MyyuwOTW 36155twf.doc/n 米異質複合顆粒I30b及其組合。# 繪示的是奈抑基齡13〇續夺米’雖然圖1 時存在的情形，細，也可單獨;^^合顆粒·同 或單獨採时米異質複合顆粒13%/…⑪基顆粒130a、 當儲能顆粒130選用奈米矽基顆 13Ga的重量百分比可為G.l〜5.〇Wt%。藉由調整 j異質複合顆粒13〇b相對於奈⑽基顆粒挪的重量 長^壽I?使儲能複合粒子1〇0同時具有高電容量以及 奈米異質複合顆粒13〇b的材料可以是選自於Mg、
Ca、Cu、Sn、Ag、Al、SiC、SiO、Ti〇2、Zn〇、Si_Fe_p、
Si-P、Si-Fe、Si-Cu、Si-A卜 Si-Ni、Si-Ti、Si-Co 及其組合。 可注意到，奈米異質複合顆粒13〇b可採用金屬（如Mg、 Ca Cu ' Sn、Ag、A1)或是這些金屬的合金、石夕碳化物 (如sic)、矽氧化物（如&0)、金屬氧化物（如Ti〇2、 ZnO)、矽磷化物（如Si_p)、矽基金屬磷化物（如Si_Fe_p)、 或是矽與金屬的組成物（如Si_Fe、si_Cu、Si-A卜Si-Ni、 Si-Ti、Si-Co)等。 更詳細而言，奈米異質複合顆粒13〇b可由異質物質 所組成（例如上述的矽與金屬的組成物），而異質物質（金 屬）可增加矽基材料的延展性結構與導電性。以鋰電池為 例，在鋰電池的充電過程中，當鋰離子嵌入矽基材料形成 鐘石夕合金時，奈米異質複合顆粒13〇b會產生體積膨脹。然 201228077 P54990050TW 36155twf.doc/n 而，由於異質物質（金屬）所提供的延展特性，所以可減 少矽基材料的應力變化，也產生了避免奈米異質複合顆粒 130b產生碎裂的效果。 口 y 圖2為本發明實施例的又一種儲能複合粒子的示音 圖。响參知、圖2，此儲能複合粒子1〇2與上述的儲能^复合 粒子100類似，相同的元件標示以相同的符號。可注音到， 如圖2所示的儲能複合粒子102可更包括導電基質15〇， ^ 設置於空間S内。 請繼續參照圖2,導電碳材120、儲能顆粒13〇、導電 碳鬚140都分佈於導電基質150中。導電基質15〇的材質 可以是選自於碳材、金屬、有機材料、無機材料及其組合。 導電基質150相對於儲能複合粒子1〇〇的重量百分比可為 5〜10 wt %。導電基質150使得導電碳材12〇、儲能顆粒 130、導電碳鬚140與碳膜no之間進一步彼此電性連接， 能夠降低儲能複合粒子102的表面電阻，達到高功率特性。 值得注意的是，儲能複合粒子102可更包括：多數個 瞻孔隙16〇，設置於導電基質150内。孔隙160可進一步提 供儲能顆粒130在膨脹時的體積緩衝效果，亦即，孔隙16〇 提供作為高電容量的儲能顆粒13〇體積膨脹之缓衝層，使 儲能複合粒子1〇〇不易碎裂。上述孔隙16〇的尺寸可介於 1 nm〜l〇〇〇nm。另外’孔隙16〇也有利於電解液導入與離 子的快速進出’以提供離子的擴散路徑。孔隙160也增加 了矽基負極材料的表面積，提高離子的反應面積。 圖3A與圖3B為本發明實施例的一種儲能複合粒子的 201228077 P54990050TW 36155twf.doc/n 聚焦離子束掃描式電子顯微系統（Focused Ion Beam equipped Scanning Electron Microscope, FIB-SEM)的照片 圖。請參照圖3A，圖3A顯示儲能複合粒子剖面，儲能複 合粒子的組成是採用下述的實例7 (Si+SiC/Carbon)。
如圖3A所示的儲能複合粒子具有與圖2相類似的結 構’亦即，在儲能複合粒子1〇2中具有多數個孔隙16〇、 且表面具有碳膜11〇，且碳膜11〇包覆導電碳材、儲能顆 粒與導電基質等（未顯示於圖3a中）。特別是，如圖3B 所示，在碳膜110的表面形成了多個條狀的導電碳鬚14〇, 以形成導電網路。 從圖2、圖3A與圖3B可看出，可製備出尺寸約為15μπι 的顆粒大小均勻的儲能複合粒子1〇2。該儲能複合粒子1〇2 的内部由高容量矽基奈米顆粒（儲能顆粒13〇)、導電碳 鬚140及片狀石墨（導電碳材12〇)及孔隙16〇所組成， 孔隙160疋由數奈米至微米分佈。儲能複合粒子的表 面有厚度小於500 nm的碳膜11〇及導電碳鬚所覆蓋。 綜上所述，由於碳膜11〇將導電碳材12〇、儲能顆粒 130等包圍起來’所以當儲能顆粒13〇在充電過程產生體 積膨脹，空間S能夠提供緩衝的效果，可避免儲能複合粒 子100產生碎裂。當儲能複合粒子1〇〇、1〇2具有奈米異質 複口顆粒130b與孔隙:160時’由於異質物質所提供的延展 性以及孔隙160所提供的緩衝空間，所以也能達到避免儲 能複合粒子100、1G2產生碎裂的效果。並且，導電碳材 120、導電碳鬚140與導電基f 15〇能夠形成三維導電網 201228077 P54990050TW 36155twf.doc/r 路’提昇電子傳輸的效率。 [電池負極材料與電池】 q日m㈣實施例的—種電池負極材料的示意圖。 。月“、圖4，電池負極材料2〇〇可設置在金屬板_ 且電池負極材料可包括：儲能複合粒子2ω : Γ载Γ上著其中，儲能複合粒子加可採用: 錢的儲切合粒子⑽、逝，且儲能複合粒子210 電碳220與黏著劑23㈣重量組成比例可為75: 15:⑺。 著!1230可包括水性丙烯酸酯’使儲能複合粒子 人導電碳220能彼此黏著。另外，金屬板3⑻可以 用銅等導電性良好的金屬來進行集電。 可注意到，多個儲能複合粒子21〇之間能夠利用各自 的碳膜110及導電碳鬚140而彼此電性連接，有助於增加 夕個儲倉b複合粒子210之間的接觸面積，降低多個儲能複 合粒子210之間的接觸阻抗，達到高電子傳導能力。 圖5為本發明實施例的一種電池的示意圖。請參照圖 5，電池400包括：負極極板41〇、正極極板42〇以及離子 導電層430。負極極板410上設置有上述的電池負極材料 200。正極極板42〇對應於負極極板410而設置。離子導電 層430電性連接負極極板41〇與正極極板42〇。正極極板 420的材料可包括鋰。 以下，將舉出本發明的儲能複合粒子1〇〇、1〇2的數 個實例、並和商品化碳材（MCMB 1〇28)與Si/Gmphite 11 201228077 P54990050TW 36155twf.doc/n 專兩個比鮮m行比較，以朗本_⑽能複合粒子 =、102確貫具有南克電容量、高庫倫致率以及長循環壽 叩專優點。另外，還舉出利用本發明的儲能複合粒子 池負極材料的製作實例如下。 [本發明的儲能複合粒子的實例] [實例 1 : Si/Carbon】 利用高速攪拌方式’將高容量奈米矽與碳材分散均 勻。繼之’使用喷霧造粒與機械裝置產生多孔隙二次粒子。 鲁 接著’使用瀝青作為碳前驅物，使多孔隙二次粒子表面包 覆一層均勻的碳前驅物。再來，經過高溫(950〇c)碳化處 理’使碳膜包覆於外部。最後’可得到具有多孔隙的儲能 複合粒子，亦即，Si/Carbon (實例1)。 [實例 2 〜6 : Si+Mg/Carbon、Si+Ca/Carbon、 Si+Cu/Carbon、Si+Ag/Carbon、Si+Al/Carbon】 利用高速攪拌方式，先將高容量奈米矽與碳材分散均 勻後，緩慢加入已溶解之金屬前驅物，其中，實例2是加 鲁 入Mg(N03)2、實例3是加入Ca(N03)2、實例4是加入 Cu(CH3COO)2、實例5是加入AgN03、實例6是加入 A1(N03)3。 接著，使用喷霧造粒與機械裝置產生多孔隙二次粒 子。再來，以遞青作為碳前驅物，使多孔隙二次粒子表面 包覆一層均勻的碳前驅物。繼之’再經過高溫(800〜1000°c) 碳化處理，使碳膜包覆於外部。最後，可得到具多孔隙的 12 201228077 P54990050TW 36155twf.doc/n 儲能複合粒子，亦即，Si+Mg/Carbon(實例2)、Si+Ca/Carbon (實例 3 )、Si+Cu/Carbon (實例 4)、Si+Ag/Carbon (實 例 5)、Si+Al/Carbon (實例 6)。 [實例 7 : Si+SiC/Carbon] 以高速攪拌方式，先將高容量奈米矽與碳分散均勻。 接著，使用噴霧造粒與機械裝置產生多孔隙二次粒子。繼 之，以瀝青作為碳前驅物，使多孔隙二次粒子表面包覆一 層均勻的碳前驅物。接著，再經過高溫(1100。〇碳化處理， 使碳膜包覆於外部。最後，得到具多孔隙的儲能複合粒子， 亦即，Si+SiC/Carbon (實例 7)。 【實例 8〜9 : Si+SiO/Carbon、Si+Ti02/Carbon] 以高速授拌方式，先將高容量奈米矽、奈米氧化物與 碳材分散均勻，其中’實例8加入的奈米氧化物是Si〇， 實例9加入的奈米氧化物是Ti02。 接著’使用喷霧造粒與機械裝置產生多孔隙二次粒 子。繼之’以瀝青作為碳前驅物，使多孔隙二次粒子表面 包覆一層均勻的碳前驅物。接著，再經過高溫(U〇〇Dc)碳 化處理，使碳膜包覆於外部。最後，可得到具有多孔隙的 儲能複合粒子，亦即，Si+SiO/Carbon (實例8 )、 Si+Ti02/Carbon (實例 9)。 [實例 10 : Si+SiFeP/Carbon] 利用高速攪拌方式，先將高容量奈米石夕與碳分散均勻 後’再緩慢加入金屬前驅物水溶液（如：C6Fe2012.5(H20)) 及磷酸溶液。 13 201228077 P54990050TW 36155twf.doc/n 接著’使用噴霧造粒與機械裝置產生多孔隙二次板 子。再來，以瀝青作為碳前驅物，使多孔隙二次粒子表面 包覆一層均勻的碳前驅物。繼之，再經過高溫(1〇〇〇〇C)皆 化處理，使碳膜包覆於外部。最後，可得到具多孔隙的^ 能複合粒子，亦即，Si+SiFeP/Carbon (實例10)。 【硬幣電池（coin cell)的製作方式的實例】 [負極極板的製作過程】 首先，提供上述實施例1〜10的儲能複合粒子為負極 材料，加入水性丙烯酸酯膠黏著劑(LA132)與導電碳，且以 儲能複合粒子、水性丙烯酸酯膠黏著劑、導電碳為75 : 1〇 : 15的比例稱重。隨後，加入一定比例的去離子水混合均勻 成為漿料。接著，將上述漿料塗佈於銅箔（14〜15μιη)上， 以形成負極極板，此負極極板經過熱風烘乾後，再進行真 空烘乾，以除去溶劑。 … [電池的製作過程】 在將負極極板組裝成電池之前，負極極板先經輾壓， 再將負極極板沖壓成直徑為13 mm之錢幣型負極極板。 接著，以鐘金屬作為正極極板，對向於負極極板而設 置。在正極極板與負極極板之間提供離子導電層，例如採 用電解質液為1M LiPFfEC/EMC/DMC (體積比例 l:l:l)+2wt% VC，而完成電池的製作。 上述電池的充放電範圍為2.0V〜5 mV。形成充放電 電流為0.005C，以測得材料的各種電化學特性。循環壽命 測試條件為0.2C充電/0.5C放電。 201228077 P54990050TW 36155twf.doc/n [比較例11 以商業化石墨（中間相碳微球，MCMB 1028)，進行上 述硬幣電池的製作與測試。 【比較例2】 將奈米矽顆粒(50_150μιη)、人工石墨（1-4μιη)、軟遞青 與溶劑均勻混合後再進行四天濕式球磨。然後，將溶劑移 除並真空烘乾。最後，粉體再經過高溫(1〇〇〇〇c)碳化處β理， 得到具多孔隙Si/graphite複合負極材料，並上述硬帶電池 的製作與測試。 ' 表一顯示貫例1〜10以及比較例1〜2的循環壽命測 試結果，而圖6〜圖17分別表示比較例1、比較例2、實 施例1〜10的最後電容量與循環次數的關係圖。 只 例1〜10 比較例 循環保 持率(％)
其中’循環保持率=(最後電容量/放電容量）χ 1〇〇%， 15 201228077 P5499005OTW 36155twf. doc/n 數值大代表·壽命長，反之，數值小代表循環壽命短 由表一與圖6可知，比較例1為商業化石，墨，放雷三 量約3G4mAh/g、庫倫效率約89%、最後電容 =
mAh/g，可計算出循魏持料7()%(循歡料丨加次 由表-與圖7可知，比較例2與商業化石墨相 電容量提升了 45%、庫倫效率糊92%，然而循環保 為56〇/〇(循環次數為1〇〇次），相較於比較例i是較差的 由表一與圖8可知，實例丨的儲能複合粒^ (SVCarbon)的結果表現優越，具有高放電容量（4 mAh/g)及高循環保持率71% (循環次數為1〇〇次）。 知j有孔隙結構的儲能複合粒子（si/Carb〇n)有較好的 循環壽命核。奴目為在儲能複合粒子的結構内具有 多的孔隙，可提供給儲能顆粒作為緩衝空間，能夠^效地 提昇循環壽命。
由表一與圖9〜圖13可知，在高容量矽基/碳複合和 料中，若採用金屬型式的異質物掺雜，實例2〜實例6 ^ 循晨保持率表現为別為.68% (Si+Mg/Carbon、循環次棄 為 100 次）、92% ( Si+Ca/Carbon、循環次數為 1〇〇 次） 73% ( Si+Cu/Carbon、循環次數為 1〇〇 次）、9〇》 (Si+Ag/Carbcm、循環次數為1〇〇次）以及74〇/ (Si+Al/Carbon、循環次數為94次）。特別是，將實例： 〜6與比較例2(Si/graphite)及實例l(Si/Carbon)相較，可知 實例3〜6的循環壽命明顯較長。另外，實例2 (Si+Mg/Carbon)與實例l(Si/Carbon)的循環壽命相近。 S. 16 201228077 P54990050TW 36155twf.doc/n 整，觀之’金屬異質物掺雜對高容量矽基/碳複合材料之循 環壽命有明顯的改善。這是因為金屬具有高導電度與延展 性，可改善儲能顆粒的物理性質。 由表一與圖14〜圖15可知，如高容量矽基/碳複合材 料中，若採用金屬氧化物型式的異質物掺雜，實例8〜實 例9的循環保持率表現分別為：97% (si+si〇/Carb〇n、循 裱次數為1〇〇次）、79% (Si+Ti〇2/Carb〇n、循環次數為 鲁 100人）將貫例8〜9與比較例2(Si/graphite、56%)及實 鈀例l(Si/Carbon、71%)相較，可知實例8〜9的循環壽命 較長。由於金屬氧化物可作為儲能顆粒產生膨脹之緩衝 層’可改善懸祕轉騎導狀碎裂醜，來達 穩定電容量特性。 ° 由表—與圖16可知，如高容量祕7碳複合材料中， ίς型式的異質物掺雜，實例1G的循環保持率表現 ^ · /。（S1+SlFeP/Carbon、循環次數為次），虚比 卓父例 2(Si/graphite、56%、循環次赵焱 lnn a、—、 # ιπι u 颂咏_人數為100次）、實施例
攀l(Sl/C感η、71%、循環次數為1〇〇 J 的實例7(Si+SiC/C‘、6 及如圖17所不 —,^ 彳盾丨衣久數為200次)相齡， 可知實例1G的循環壽命較長 ：人_乂 UU^ m hh ^ ^ m 夕基s金異質物可作為矽基 2枓祕的_層’可增力 :夕： 升石夕基材料之導電性。因此，構及& 降低石夕基應力的發生“士果3 3加電子傳導能力’且 題，達到長循環壽命特性。另Γ卜，^德材料膨服問 複合負極材料也具有類似的性質。歹Ή Sl+SlC/Carb〇n 201228077 ^D4yyuu^0TW 36155twf.doc/n _ 柯犯歿合粒子、雷池g u 及電池至少具有以下幾個優點： 電池負極材料以 液；散= 孔隙也增加儲能複合粒子的表面積， 離 ^二 之緩衝層，使儲能複合粒子不易碎裂電今罝儲犯顆_脹 、（2)儲能顆粒可採用奈米異質<福人顆物。太&田 複合顆粒的異質物質可增加 私口 "不米異質 電性，可防止的延性組織結構及導 p 〇 »At., 褚此顆粒在充放電過程中產生碎 裂並且’遇能夠降低儲能顆粒盘^ 抗’有助於穩定儲能複合粒子的循=之間的_ 材、^腔^可利用^電基質來電性連接儲能顆粒、導電碳 路，來達到高功率特性。子具有優異的電子導電通 導電石，儲能複合粒子之間能夠利用各自的碳膜及 連接:有助於增加多個儲能複合粒子 抗，ίί二’導降:力多個储能複合粒子之間的接觸阻 太半』? ^電石反材與儲能顆粒的尺寸分別為微米等級與 /導電碳材之微求等級的尺寸有利於將導電碳材 ，粒進行混漿的過程，防止粒子的聚集。 18 201228077 ^34yyuu5〇TW 36155twf.doc/n 雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定 本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫^ 本發明之精神和範圍内，當可作些許之更動與潤你，故本 發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 圖1為本發明實施例的一種儲能複合粒子的示意圖。 圖2為本發明實施例的又一種儲能複合粒子的示意 圖。 圖3A與圖3B為本發明實施例的一種儲能複合粒子的 聚焦離子束掃描式電子顯微系統（Focused Ion Beam equipped Scanning Electron Microscope，FIB-SEM)的照片 圖。 圖4為本發明實施例的一種電池負極材料的示意圖。 圖5為本發明實施例的一種電池的示意圖。 圖6〜圖17分別表示比較例1、比較例2、實施例1 〜10的最後電容量與循環次數的關係圖。 【主要元件符號說明】 、210 :儲能複合粒子 110 :碳膜 120 :導電碳材 130 :儲能顆粒 130a :奈米矽基顆粒 201228077 rD^yyuu50TW 36155twf.doc/n 13〇b :奈米異質複合顆粒 140 :導電碳鬚 150 :導電基質 160 :孔隙 200 :電池負極材料 220 :導電碳 230 :黏著劑 300 :金屬板 400 :電池 410 :負極極板 420 :正極極板 430 :離子導電層 S :空間
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Claims (1)
- 201228077 F54yyuu^0TW 36155twf.doc/n 七、申請專利範圍： 1. 一種儲能複合粒子，包括： 一碳膜，圍繞出一空間； 一導電碳材，設置於該空間内； 一儲能顆粒’設置於該空間内；以及 -導電碳鬚’電性連接該導電碳材、該舰顆粒與該 碳膜’且該導電碳鬚從該空間内延伸到該空間外。 • 2.如申請專利範圍第1項所述的儲能複合粒子，JL 中’該儲能顆粒是選自於奈米矽基顆粒、奈米異質複合顆 粒及其組合。 3.如申請專利範圍第2項所述的儲能複合粒子，其 中，該奈米異質複合顆粒的材料是選自於M Si-Cu、Si-Al、Si-Ni、Si-Ti、Si-Co 及其組合 D ^如申請專利範圍第2項所述的儲能複合粒子，其 中，該儲能顆粒選用奈米矽基顆粒以及奈米異質複合顆 粒，且邊奈米異質複合顆粒相對於該奈米矽基顆粒的重量 百分比為0.1〜5.0 wt〇/〇。 乂如申請專利範圍第1項所述的儲能複合粒子，其 中’該儲能顆粒相對於該儲能複合粒子的重量百分比為10 〜50 wt %。 /·如申請專利範圍第1項所述的儲能複合粒子，其 中’该導電碳材相對於該儲能複合粒子的重量百分比為50 〜80 wt %。 21 201228077 r j^^uujOTW 36155twf.doc/n 7. 如申請專利範圍第1項所述的儲能複合粒子，更包 括一導電基質，設置於該空間内。 8. 如申請專利範圍第7項所述的儲能複合粒子，其中 該導電基質的材料是選自於碳材、金屬、有機材料、無機 材料及其組合。 9. 如申請專利範圍第7項所述的儲能複合粒子，其中 該導電基質相對於該儲能複合粒子的重量百分比為5〜10 wt %。 10如申請專利範圍第1項所述的儲能複合粒子，其 ® 中，該碳膜的材質包括：瀝青的碳化物、或樹脂的碳化物。 11. 如申請專利範圍第1項所述的儲能複合粒子，其 中，該儲能複合粒子的表面積為6〜15 m2/g。 12. 如申請專利範圍第7項所述的儲能複合粒子，更 包括：多數個孔隙，設置於該導電基質内。 13. 如申請專利範圍第12項所述的儲能複合粒子，其 中，該些孔隙的尺寸介於1 nm〜lOOOnm。 14. 一種電池負極材料，包括： _ 如申請專利範圍第1項至第13項的任一項所述的儲 能複合粒子； 一導電碳；以及 一黏著劑，其中， 該儲能複合粒子、該導電碳與該黏著劑的重量組成比 例為 75 : 15 : 10。 15. 如申請專利範圍第14項所述的電池負極材料，其 22 201228077 r^yyuu^OTW 36155twf.doc/n 中，該黏著劑包括：水性丙烯酸酷。 16. 一種電池，包括： 一負極極板，在該負極極板上設置有如申請專利範圍 第14項至第15項的任一項所述的電池負極材料； 一正極極板，對應於該負極極板而設置；以及 一離子導電層，電性連接該負極極板與該正極極板。 17. 如申請專利範圍第16項所述的電池，其中，該正 極極板的材料包括：鋰。23
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