TW458943B - Carbonaceous electrode material for non-aqueous secondary battery - Google Patents

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Hideto Azuma
Tadashi Senoo
Koji Sekai
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Description

經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 【發明說明】 〔技術領域〕 本發明關於一種適用作非水性蓄電池的電極材料之碳 質材料,及其製造方法。本發明亦關於一種包含有該碳質 電極材料的電極結構,及一種具有該電,極結構的非水性蓄 電池。 〔背景技藝〕 隨著電子·器具及裝置的尺寸減小,已經要求開發具有 較高能量密度的電池,而爲了回應該要求,已經有提出所 謂的鋰電池。 然而,使用鋰金屬當作負極的電池係伴隨著許多困 境,’尤其是當構成蓄電池時,該困境如(1 )較差的充電 特性,如由5 — 1 0小時的一般充.電時間所代表,(2 ) 短的循環壽命等。這些困境可能全部歸因於鋰金屬本身, 且已被推定係因爲(例如)鋰形式的變化、鋰枝狀物的形 成或重複充電-放電循環所伴隨的鋰之不可逆變化。 作爲一種排除上述困境的措施,已經有提議使一種碳 質材料當作負樺(例如,日本公開專利申請案(J P -A)62-90863 及 JP-A 6 2-12206)。利用一種電化學上容易形成插鋰(lithium-intercalated ) 的 碳化合 物之現 象已經 開發出 該負極 。例 如,當於非水性電解溶液中充電一含碳的負極時,含鋰的 正極中之鋰係電化學地插入於負極碳層之間(即是負極* 本紙張尺度逋用中國國家標準(CNS ) Α4規格(2丨Ο’Χ 297公嫠)-4 - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) :!- *ΤΓ A7 B7 458943 五、發明説明(2) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 負極碳係電化學地摻雜鋰)。所形成的摻雜鋰之碳係當作 鋰電極的功能,而在電池之放電期間,鋰由碳層之間釋放 出(或脫摻雜)而將回到正極。 構成該碳質負極的碳質材料之電流或每單位的電容 (A h/K g )係由其摻合能力所決定.,因此可能希望碳 質負極材料顯示儘可能大的摻鋰能力(理論上限爲每六個 碳原子有一個鋰原子)_。 再者,爲了確保小巧(compact )的電子器具或裝置能 有足夠的操作時間,及其之供電包裝能有足夠的壽命,希 望上述蓄電池猶能表現較高的能量密度,且需要開發出一 種對鋰具有較高摻雜及脫摻雜能力的碳質電極材料。_ 〔發明揭示〕 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 鑒於上述問題,在開發及硏究更適用於非水性蓄電池 的高性能碳質電極材料之過程中,我們已經檢驗起源自植 物及具有植物纖維之特性的有機材料,當作新的碳源。結 果,已發現藉適當地煅燒及碳化某些類別的植物纖維材料 所獲得的碳質材料能提供一種具有出乎意料之大摻雜及脫 摻雜能力的碳質材料,而該碳質材料係富含有細孔隙,此 細孔隙用於摻雜電池(或電池單元)活性物質,如鋰,不 像習用的碳質電極,因此已經達成本發明。 因此,本發明之一主要目的在於提供一種具有大摻雜 及脫摻雜能力的碳質材料。 本發明矣一目的在於一種製造該碳質材料之方法,及 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4現格(210X297公釐)-5 - 458 943 A7 • · .. ..... B 7 · · ’ · .. ..... ....* ^ · * . - ·.. .,. _ 五、發明説明(3) 一種具有該碳質材料所構成的電極之非水性蓄電池。 依本發明,茲提供一種非水性蓄電池用的碳質電極材 料,包括一種碳質材料具有真密度由丁醇取代法測量時爲 至多1 · 46g/cm3<*/立方公分>,真密度由氦取 代法測量時爲至少1 . 7克g/i:m3,氫一對一碳的原子 比H/C依元素分析測量時爲至多0 · 1 5,BET比表 面面積由氮吸附B E T法測量時爲至多5 Om2/g <平方 公分/克>,及二氧化碳吸附能力爲至少1 Om l/g< 毫升/克>。’ 經濟部中央標準局負工消費合作杜印製 依本發明的碳質材料係一種非可石墨化的碳,且可將 電池活性物質儲存於碳層之間及於它的細孔隙內。再者, 本發明的碳質材料之特徵在於真密度由丁醇取代法測量時 爲至多1 . 4 6 g/cm3,及真密度由氦取代法測量時爲 至少1 . 7克g/cm3,代表可觀部分的細孔隙之存在, 丁醇不能滲入其內但是氦可侵入。該不能被丁醇滲入但可 被氦侵入的細孔隙係可用於儲存(即是摻雜)活性物質, 而因此藉其之貢獻對活性物質提供較大的摻雜及脫摻雜能 力。 本發明的碳質材料較佳可具有至多0· 5重量%的紳 含量,如由螢光X射線分析所測量。 依本發明,茲更提供一種製造上述碳質電極材料的方 法,包括:在1 0 0 0 - 1 4 0 0 °C於減壓下或於惰氣之 氣氛中將源自於禾本科竹屬的有機材料碳化 依本發朗,茲亦提供一種非水溶劑蓄電池之電極結_ 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X2S»7公釐)-6 - 458943 五、發明説明(4) 構,包括:一導電基材及一複合電極層,複合電極層配置 在導電基材的至少一表面上;複合電極層包括粒狀形式的 上述碳質電極材料,及黏合劑》 依本發明,茲亦提供一種非水溶劑蓄電池,包括一正 極、一貪極及7隔離板以及一配置於正.極與負極之間的非 水性電解溶液;其中正極與負極中至少一個包括上述電極 結構。 〔圖式之簡單說明〕 第1圖係一種依本發明可構成的非水溶劑蓄電池之部 分分解立體圖。 第2圖係一種蓄電池中所採用的電極結構之部分剖視 圖。 符號說明 1 正極 2 負極、 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 {請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 3 隔離.板 5 金屬殻體 5 a 負極端 5 b 最上緣 6 墊圈 .7 安全閥 8 頂板 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4规格(210X297公釐)-7 - 458 943 a? ..... ... B7 五、發明説明(5 ) 8 a 正極端‘ I 0 .電極結構 II 導電基材 12a 複合電極層 12b 複合電極層 .· · 〔發明之詳細說明〕 本發明的碳質材料之特徵在於真密度(以下有時候由 % P B "表示)由丁醇取代法利用丁醇當作取代介質測量時 係至多1 · 46 g/cm3,真密度(以下有時候由、'pH" 表示)由氦取代法利用氦當作取代媒介測量時係至少> :1 . 7 g / cm3,氫—對一碳的原子比H/c依元素分析 i測量時係至多0 . 1 5,及BET比表面面積(以下有時 候由^Sbet 〃表示)係至多5 0m2/g。_ 碳質材料之pH超過1 . 46g/cm3時會導致具有較 小的摻雜一脫摻雜能力。Ph較佳可爲至多1 . 45 g/ c m3 ° ' 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 碳質材料之P b低於1 · 7 g/cm3時同樣地會導致具 有減少的摻雜一脫摻雜能力《 較佳可爲至少1 _ 8 g/ c m3,更佳爲至少1 . 9 g / c m3。 具有氫—對—碳的原子比Η/C超過〇.15的碳質 材料’如由經低溫處理的碳所代表,其係在至多8 〇 〇t: 的溫度處理有機物質而獲的’或是一種具有比表面面積 S BET超過5 0m2/g的碳質材料,如由活性碳所代表, 本紙張XI適用中國國家標準(CNS ) ( 210X297公D—7g 468 9 4 3 A7 B7 五、發明説明(6) 皆是不宜的,因爲增加不脫摻雜的萌力(即是,活性物質 量仍留存於碳質材料中而不脫摻雜)"H/C較佳可爲至 多0 · 13,更佳至多0 . 10。比表面面積SBET較佳 可爲至多2 Otf/g,更佳至多1 0m2/g。 本發明的碳質材料之另一特徵係在.於它的二氧化碳吸 附能力爲至少1 0ml/g (爲在0°C及1大氣壓( 1 ◦ 0 k P a )的標準狀態(STP)下所計算的比氣體 容積),如於0°C及9 5kPa的平衡壓力下所測量者。 具有二氧化碳吸附能力低於1〇mΙ/g的碳質材料對於 活性物質如鋰僅表現小的摻雜能力。該具有小二氧化碳吸 附能力的碳質材料係不具有足夠發展的細孔隙,且具有密 閉孔未能讓二氧化碳侵入。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 茲相信活性物質如鋰亦可儲存或包藏在本發明碳質材 料的細孔隙中。茲相信上述具有小二氧化碳吸附能力的碳 質材料係具有很少的孔隙能包藏活性物質,因此對於活性 物質僅表現小的摻雜能力。本發明的碳質材料較佳可具有 二氧化碳吸附能力爲至少1 5 m 1 / g,更佳爲至少2 0 m 1 / g。 ' 本發明的碳質材料較佳可具有鉀含量爲至多0 . 5重 量%,如由螢光X射線分析所測量。較大的鉀含量會導致 較小的脫摻雜能力及較大的不脫摻雜能力。鉀含量更佳可 爲至多0 . 4重量%,尤佳爲至多0 . 3重量%,特佳爲 至多0 . 2重量%。 本發明的碳質材料適宜上具有(0 0 2 )—平面間隔 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐)-9 _ ;i β 943 A7 R7 '··. Γ. .... ... ... -MJ f ... ........ ... 五、發明説明(7) 爲至少Ο . 365nm<奈米〉,較佳0.370 — 0 . 3 9 5 n m,如由X射線繞射法所測量。 可在適合於孔隙形成的條件下將各種不同的有機材料 碳化而製造依本發明的碳質材料。 , 任何有機材料可用當作起始.材料,.只要它們在碳化時 能產生揮發物、,其例子包括天然發生的有機材料,如石油 瀝青、煤瀝青,及各種由天然有機材料如石油所商業製造 的有機材料。 可由煤焦|油、高溫熱分解的乙烯底油、粗油等、柏油 等來製造石油或煤瀝青,其係藉方法如蒸餾(包括真空蒸 餾 > 常壓蒸餾及蒸汽蒸餾)、熱聚縮合、萃取或化學聚縮 合。 有機材料可包括任何有機化合物,其例子包括呋喃樹 脂,如糠醇或糠醛樹脂之均聚物和共聚物,酚系樹脂,丙 烯酸樹脂,鹵化乙烯樹脂,聚醯亞胺樹脂,聚醯胺-醯亞 胺樹脂,聚醯胺樹脂•共軛樹脂如聚乙炔及聚(對伸苯 基)纖維素及纖維素衍生物。 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 此外,其它可取得的有機起始材料之例子可包括:縮 合的多環烴化合物,如萘、菲、蒽、三亞苯、芘、北、五 苯及戊省,及它們的衍生物,如它們的對應羧酸、羧酸酐 及羧醯亞胺;各種主要包括該些化合物的瀝青,縮合的雜 多環化合物,如苊、吲哚、異吲哚、喳啉、異喹啉、喹喏 啉、呋咱啶、咔唑、吖啶、啡啉及菲啶。 如需要;亦可以將一含氧的官能基引入該瀝青材料或 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X 297公釐).1〇 - A7 4 58 9 43 B7 五、發明説明(8) 有機材料中》達成此,例如,經由一使用硝酸、硫酸或鹽 酸水溶液的濕法,或一使用氧化性氣體如空氣或氧氣的乾 法。如需要,亦可以添加氯化合物,如氯化鐵或氯化鋅, 或脫氫劑,如硫、硝酸銨或過硫酸銨。 亦可以藉摻合兩種或多種上述有機.材料或藉摻合碳質 材料如碳纖維/和該有機材料以提供起始材料給本發明的碳 質材料。 經濟部中央標準局員工消费合作社印装 (請先閲讀背面之注項再填寫本頁) 可將上述起始有機材料碳化而製造本發明的碳質材 料。碳化所用的最大溫度及最大溫度上升狀態係未受特別 限制的。例如,於3 0 0 _ 8 0 0 t的惰性氣氛中作初步 煅燒後,可在至少1 °C /分鐘的溫度上升速率條件下進行 碳化,最大溫度爲9 0 0 — 3 0 0 Ot及最大溫度的保持 時間爲0 - 5小時。可省略初步煅燒。可由惰氣提供惰性 氣氛,其例子包括氮、氬及氦氣。亦可以使用一種含有小 量鹵素氣體的惰氣。爲了獲得碳質材料的成形形式,可在 初步煅燒或碳化之前或是在初步煅燒或碳化之期間中來形 成起始的有機材料。在粉化及分級之後,或以其原本的成 形形式,所產生的碳質材料可用當作電池用的碳質電極材 料可在碳化之前、碳化之後或是初步碳化之後的任一階 段來進行粉化。 更佳地,本發明的碳質材料可容易地依照上述方法製 備得。 因此’於減壓下1 0 〇 〇 — 1 4 0 0 °C的溫度範圍中 或於惰氣氣‘氛中來碳化禾本科(米科)竹屬的植物材料。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4说格(210X297公釐)_ 11 經濟部中央標準局—工消費合作社印裝 d5B943 A7 ...... .,. .. B 7 . ... 五、發明説明(9) 惰氣可含有小量的鹵素氣體。 另可選擇地,可於減壓下1 〇 〇 〇_ 1 4 0 Ot的溫 度範圍中或於惰氣氣氛中來碳化一源自於具有鉀含量至多 爲0.5重量%的禾本科竹屬的碳前驅物。此處,源自於 禾本科竹屬的碳前驅物係可包括—源自.於禾本科竹屬的有 機材料原樣,或是在下述的脫灰處理後’及一種源自於煅 燒或在更進一步的脫灰處理後的禾本科竹屬的有機材料之 預煅燒產物。 上述方法中所用的惰氣可爲氮氣、氬氣、氦氣或這些 氣體的混合物,可合宜地更包含有小量的鹵素氣體,如氯 氣,溴氣,碘氣或氟氣。氯氣可能係較佳的。含鹵素的惰 氣中之鹵素氣體濃度可較佳爲約4一40莫耳%。 禾本科竹屬的有機材料(其當作較佳碳源提供給依本 發明的碳質材料)可包括以下者(括號內的用語係日本用 語的音譯,不管是否找到對應的英文(拉丁文或希臘文) 之科學用語):Chnequea或及崗姬竹< Shibataea >屬 C Okamezasa ) 、 ( Shihouchiku )屬、(Narihiradake C Rikuchudake、Narihiradake、 Kumanarihira、 Medaranarihira、Himeyashadake、 Bizennarihira、 Kenashinarihira、Yashadake ' Nikkohnarihira、
Aonarihira ) ) 、( Tohchiku (Tohchiku))屬、
Dendrocalamus ' Melocanna 或恒春箭竹 < Pseudosasa > (Yadake ( Yakushimadake、Yadake、Men'yadake、 RakRyohyadake))屬、Sasaella ( Azumazasa 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) -12 - ' (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
458943 Α? .. .. ....... Β7 五、發明説明(1 (Reikoshino ' Johbohzasa、Genkeichiku、Nambushino、 Maezawazasa、Suekozasa ))屬、Sasa(Kumazasa (Kitamikozasa、 Miyamasuzu、 Geibikumazasa、 Rokkohmiyamazasa、 Yamatozasa、 Yonaizasa、
Kuzakaizasa、Kintaizasa、Shakotanchikp、
Hushibutozasa、Tanahashizasa、Yasikumasozasa、 Gotembazasa、Hatsurohzasa、 Ohshi.dazasa、 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (请先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
Himekamizasa、Nambusuzu、Fushigehimekamizasa、 Kansaizasa、Miyamakumazasa、Tanzawazasa、 Arimakosuzuinusuzu 、 Kumasuzuhangesuzu 、 Kesuzu 、 Kintaichishima、Nemaradidake ))屬、Sasamorpha (Suzudake)屬、Chimobambusa ( Kanchiku )屬+、玉山箭竹 < Pleioblastus > ( Medake ( Ryukyuhohiku )屬' Kanzanchiku、Taiminchiku、Medakehagawarimedake 、 Sudareyoshigokidake、Bobehuhnezasa、Azumamezasa、 Johhoujidake、Oroshimachiku、Kenezasa )屬、範竹.< Bambusa < ( (SoruniitTamboo 或 Houraichiku(Houraichiku、 Shuchiku ' Dausanchiku ))屬、及(Shichiku )屬。其 中,屬於玉山箭竹屬或箣竹屬的有機材料係較隹的。 在使用上述竹屬之有機材料時,可以使用竹的數種 (species )或屬。 在碳化之前,該源自於禾本科竹屬的有機材料可較佳 於惰氣氣氛中或於減壓下經3 0 0 — 8 0 〇°C預煅燒以便 移除焦油及萁它揮發物。該植物材料可含有鉀,量爲視植 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(2丨0X297公釐)_ ·)3 _ 4 58 9 A7 B7. 五、發明説明(.1) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 物種類而定,而一種藉碳化具有高鉀含量的起始材料所獲 得的碳質材料當作碳質電極材料時會表現較差的性能,如 由對於活性物質如鋰之較小的去-脫摻雜能力及較大的不 -脫摻雜能力所代表。 源自於禾本科竹屬的有機材.料,或.是一種藉預煅該有 機材料所獲得'碳前驅物,可由脫灰處理使具有減少的鉀含 量°可容忍的鉀含量爲至多〇 . 5重.量%,較佳至多 〇 . 4重量%,更佳至多〇 · 3重量%,特佳至多0 . 2 重量%。.碳質材料在碳化之後應滿足此條件,但是較佳爲 在碳化之前的前驅物已經滿足此條件。 經濟部中央橾隼局員工消費合作社印製 藉磨率該有機材料的原樣或是在粗粉碎之後,.可較佳 達成由源自於禾本科竹屬的有機材料中去除鉀(即是脫 灰),或是將在約300 — 800 °C的溫度初步煅燒該有 機材料所形成的碳前驅物磨碎成細粒子,然後將細粒子浸 入酸中,如鹽酸,或水中,以便脫灰。若是要經脫灰處理 的材料係具有大的粒子尺寸,則脫灰效率可能明顯地降 低,因此要經脫灰的材料應較佳爲具有平均粒子大小爲至 多1 0 0微米的粒子形式,更佳至多5 0微米。脫灰處理 最好可應用於一經約3 0 0至8 0 0°C預煅燒所獲得的碳 前驅物,以便提供良好的脫灰效率。超過8 0 0°C的較高 預煅燒溫度係不宜的,因爲其頗會導致較低的脫灰效率。 更詳而言之,可將欲脫灰的材料置於酸中,如鹽酸, 或水中,以由其中萃取出及移除鉀而完成脫灰處理。若爲 使用水的情猊,則脫灰的溫度較佳可爲至少5 0 °C,更佳 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐)-14 · 458943 A7 B7 五、發明説明(1? 8 0°C或較高,較低的水溫會導致明顯地降低脫灰效率。 至於以浸漬當作脫灰作業而言,爲了改善脫灰效率, .重複短時間的浸漬係比一次長時間的浸漬更有效率。浸入 酸中後,用水浸兩次或更多次可較有效地達成脫灰作用。 可合宜地進行碳化,並小心不妨礙.因爲焦油或分解產 品如氫及甲烷而形成的多孔結構。若在分解產品的密集氣 氛中進行碳化,則所形成的細孔隙係易於不足的,而產生 一種具有較低摻雜活性物質能力的碳質材料。 當源自於禾本科竹屬的有機材料因爲脈管 '篩管等的 存在而係本來就多孔時,.則在碳化期間能促進分解產品的 消散或去除,而產生一種具有相當大直徑的大孔隙體積。 經濟部中央標率局員工消費合作社印製 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 依本發明製法的一較佳實施例,當惰氣或含鹵素的惰 氣(以下有時候總稱作”處理氣”)流動接觸碳前驅物 時,將源自於禾本科竹屬的碳前驅物碳化。此案例中,欲 被碳化的材料(即是碳前驅物)可置於反應器內的堆積層 中,而當惰氣流動於外部空間內但是與該層接觸(外層流 動方案)時被碳化,或將欲被碳化的材料(碳前驅物)置 於層或床內,而當惰氣流過層或床內(層內流動方案)時 被碳化。 在分批式外層流動方案中,較宜將欲被碳化的材料之 堆積層厚度壓制到儘量薄,以便增加材料層的接觸面積及 讓分解產品快速地由材料中被移出系統外。欲被碳化的材 料之堆積層厚度較佳可爲至多5 0毫米,更佳至多3 0毫 米。可以以奎少1毫米/秒的空反應器-基礎速率供應或 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(2】〇Χ297公釐> 15 - ... - 7 -...... ....... 感 5 B 9:3 A7 五、發明説明(1? 流動惰氣,較佳至少5毫米/秒。 ' 較宜採用一種連續型或分批型的層內流動方案,利用 流體化床或固定床等等。此案例中,以每克欲被碳化的材 料算,可較宜上以至少1 〇毫升的速率供應或流動惰氣, 較佳至少5 0毫升,更佳至少1 〇 〇毫,升,而其可視每單 位欲被碳化&材料之量而定。就產品碳質材料的特性而 言,較高的惰氣供應速率係可能較宜的,但是實際上以每 克欲被碳化的材料算,供應速率可能至多5 0 0毫升11此 處所論及的氣體供應速率係以標準狀態(0 °C及1大氣 壓)下處理氣的體積爲基礎作計算。 可在1 0 0 0 - 1 4 0 o°c的溫度進行碳化。在 1 0 0 0 °c以下進行碳化會使產品碳質材料增加不脫摻雜 的能力。在高於1 4 0 0°C的溫度進行碳化會減少摻雜活 性物質的能力。 其次,將說明本發明的非水溶劑蓄電池。 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 本發明的碳質材料具有微小組織適用於摻雜鋰且適用 於當作鋰電池的電極材料構成將摻雜鋰(當作活性物質) 的正極或負極》特佳爲使用碳質材料來構成摻雜鋰(當作 非水性溶劑鋰蓄電池之負極活性物質)用的負極。 第1圖係非水溶劑鋰蓄電池之部分分解立體圖’其當 作依本發明之電池的一較佳實施例。 更詳而言之,蓄電池基本上包括積層結構’含有一正 極1、一負極2及一介於正極1與負極2之間的隔離板 3,及包括聚合材料的細多孔薄膜,如聚乙嫌或聚丙嫌’ 本紙張尺度逋用中國國家標準(CNS ) A4规格(210X297公麓)-16- 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 458 943 a? .B7 .;. 五、發明説明(巧 經電解溶液浸漬。積層結構捲繞成旋渦狀以便形成一種發 電元件,其位於金屬殼體5之內,該金屬殻體5具有一底 部構成負極端5 a。在此蓄電池中,負極係2與負極端 5 a電氣相連,而電池的最上部係包括一墊圈6友一安全 閥7,安全閥7上蓋有一頂板8 ,,頂板.8具有一突出部構 成正極端8 aV,正極端8 a與正極電氣相連。再者,殻體 5之最上緣5 b係向內側摺以便完全將包含發電元件的電 池結構密封。 此處,可藉一種具有如第2圖中所部分顯示的剖面結 構之電極結構1 0來構成正極1或負極2。更詳而言之, 電極結構1 0包含一導電性基材1 1 ,包括金屬箱或線 網,該金屬如鐵、不銹鋼、銅、鋁、鎳或鈦,且具有厚度 例如爲5 — 1 0 0微米,或供小尺寸的電池的用的5 — 20微米;及複合電極層(12a、12b),例如厚度 爲10-1000微米,較佳10—200微米,供小尺 寸電極用,其在導電性基材1 1的至少一表面上,較佳在 兩表面上,如第2圖中所示。 複合電極層1 2 a及1 2 b各爲一層包括粒狀依本發 明的碳質材料,視需要含有導電性材料如導電性碳,及黏 合劑如聚偏二氟乙烯或偏二氟乙烯共聚物,形成在導電性 基材11上》 更詳而言之,若使用依本發明的碳質材料於製造上述 非水溶劑蓄電池之電極結構1 〇 (在第2圖中,對應於第 1圖中的電極1或2 )時,碳質材料可任意地形成具有平 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS )八4規格(2〗0X297公釐> -17 - ί請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 9 4 3 A7 ..B7 五、發明説明(α 均粒子大小爲5 _ 1 0 0微米的細粒子’然後混合一穩定 對抗非水溶劑的黏合劑,如聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯或 聚乙烯,其將塗佈於導電基材1 1上’如圓形或矩形金屬 板上,以形成(例如)10 — 20 0微米厚的層。黏合劑 之添加比率較佳爲碳質材料的1 2 0.重量%。若黏合劑 過量,.則所產生的電極易於具有太大的電阻,且會提供具 有大內阻的電池。另一方面,若黏合劑量太小,則碳質材 料互相間及與導電基材1 1的黏附力易於不足。就相當小 尺寸的蓄電池之製造而言,已經公開上述配方及數値,但 是就較大尺寸的蓄電池之製造而言,亦可以使上述碳質材 料細粒子與黏合劑的混合物形成較厚的成形品,例如藉壓 製成形,及使成形品電氣連接導電基材。 本發明的碳質材料亦可用當作非水溶劑型蓄電池的正 極材料,以利用它良好的摻雜特性,但是亦可用當作非水 溶劑型蓄電池的負極材料,尤其是構成一種負極將用於摻 雜當作鋰蓄電池之活性物質的鋰,如上述。 經濟部中央標準局貝工消費合作社印袋 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 在後一情況中,可利用金屬氧化物、金屬硫酸鹽或特 定聚合物當作活性物質來構成正極,其之選擇係視目標電 池的形態而定。例如*可用不含鋰的金屬硫化物或金屬氧 化物如T i S 2、Μ 〇 S 2、N b S e 2或V 2 Ο 5當作非水 性電解溶液鋰蓄電池的正極活性物質,但是爲了構成一種 高能量密度的電池,較宜使用一種主要包括L i xM〇2的 鋰錯合物,其中Μ代表至少一種過渡金屬,而X係一般滿 足0·05^x31.10的數目。構成鋰錯合物氧化物 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐)-18 - 4 53 943 a? ........ ... B7 五、發明説明(q 的金屬Μ較佳例如可爲Co、N i或Μη。該鋰錯合物氧 化物的具體例子可包括:L i Co〇2、L iNi 〇2、 L i x N i y C ο〗-y ◦ 2 (其中x及y係視電池的充電一 放電狀態而變化的數目且一般滿足〇 . 7<χ<1 . 2及 0<y<l)及LiMn2〇4。、可以以.適當比例磨碎及摻 合碳酸鋰、硝酸鋰、氧化鋰或氫氧化鋰與另一金屬之鹽或 化合物’及於氧化氣的氣氛中在6 0 0 - 1 0 0 0°C的溫 度範圍內煅燒摻合物,而製備該鋰錯合物氧化物。 通常可將電解質溶於非水溶劑中而形成非水性電解溶 液與上述正極和負極的組合。非水溶劑可包括一或二或多 種有機溶劑,如碳酸伸丙酯及碳酸伸乙酯、碳酸二甲酯、 碳酸二乙酯、二甲氧甲烷 '二乙氧乙烷' r — 丁內酯、四 氫呋喃、2-甲基一四氫呋喃、噻吩烷及1 ,3 —二噁 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 (請先閎讀背面之注意事項再填寫本買) 烷。溶於該非水溶劑中構成非水性電解溶液用的電解質係 可包括輕金屬之鹽 > 如鋰、鈉或鋁之鹽,其選擇係視使用 非水性電解溶液的電池形態而定。例如,當爲構成非水性 電解溶液鋰蓄電池的情況,電解質之例子可包括 LiCl〇4、LiPFe、LiBF4、 LiCF3S〇3'LiAsF6、LiCl、LiBr、 LiB (C6H5)4及LiN(S〇2CF3)2。亦可以 凝膠形式的電解質、聚合電解質或無機固態電解質以代替 該電解溶液。 如上參照第1圖所述者,形成本發明之蓄電池一般可 藉由:使上述成形的正極1及負極^互相相對地配置,視 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS > A4規格(210X297公嫠)-19-
458 9 4 G A7 ^. 1 ·· ... .. 1 B7 ..... 五、發明説明(7 需要可有一由(例如)不織布或其它多孔材料所構成的不 透液隔離層3配置於其間,及將正極和負極連同一中間可 滲透隔離層浸入於上述電解溶液中。 以上已經說明一種圚柱形電池當作依本發明的非水性 蓄電池之實施例。然而,本發明的非水,性蓄電池可具有任 何形狀,如硬幣形、矩形、平行六面體或紙形或片形。 順便一提,此處所述的各種變數之測量,即是,藉丁 醇取代法測量真密度,藉氦取代法測量真密度,藉氮吸附 作用測量比表面,面積,氫/碳的原子比(H / C ),藉螢 光X射線分柝測量鉀含量,藉X繞射測量平均層間隔 ’及碳質材料在〇°C的(:〇2吸附能力,係依以下方 式來進行。 〔依照丁醇取代法測量真密度(P B )〕 依照J IS R7212中所述的方法以1— 丁醇當 作取代介質而比重計地測量碳質材料樣品之真密度。以下 說明其大綱。 ' 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 精確秤重(在mi ) —內容積約4 0毫升及裝有側管的 比重瓶(比重計)。將樣品置於該瓶的底部,以便提供約 1 0毫升的扁平厚度,及測量總重量(在m 2 )。然後,緩 和地添加1 — 丁醇直到由底部算之深度約2 0毫米。然 後,將瓶.子稍微振動以確定使大的氣泡消失,之後將比重 瓶置於一真空乾燥器內,漸漸將真空器之壓力抽到2 . 〇 —2 . 7kP a的壓力。維持此壓力至少20分鐘,在停 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(2丨0X297公釐)-20 - 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 ^ 5a ^ 4 ;> A7 . . . β7 -.. 五、發明説明( 止發生起泡後,取出比重瓶。瓶內再.塡充1 - 丁醇,及蓋 上塞子。瓶子更浸於恒溫水槽(控制在3 0 土 .0 . 0 3°C)中至少1 5分鐘以將1 一丁醇高度定在標準 線。然後,取出瓶子及好好擦拭其外表面以便對瓶子作精 確坪重(在Π14,)。 . . 分開地/相同的比重瓶內僅塡充1 _ 丁醇,及浸於恒 溫水槽中,接著定標準線及精確秤重.以提供質量(m 4 )。 再者,比重瓶內分開地塡充沸騰(以便去除溶解的氣 體)後立即的蒸餾水,及同樣地浸入恒溫水槽中,接著定 標準線及精確秤重以提供質量(m5)。 由以下方程式計算。 p b = (m2-m!)(m3-mi)d/[(m2-mi-(m4-m3))(ni5-mi)], 其中d代表水在30°C的比重(=0 · 9 9 46)。 〔〔依照氦取代法測量真密度(Ρ η )〕 利用一可由Microm_eritics公司取得的 ' 容積·比重計 1 3 0 5 "(商品名)來測量減壓下(至多1 P a ) 2 0 0 t乾燥2小時後的樣品之Ρ η »測量期間的環境溫度 係固定在2 3 °C。此方法中所用的各壓力係錶壓,其由絕 對壓力減掉環境壓力而獲得。 測量裝置(、多容積比重計1 3: 〇 5 〃)包括一樣品 室,裝有壓力錶用於測量室內壓力;及—膨脹室,經由一 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐)~-21 - (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁)
經濟部中央標準局員工消費合作社印製 4SS943 A7 • . w · I · , I I ·圓, . · 7 (11 寒· 圓·
五、發明説明(I 具有閥的連接管連接至樣品室。一設有停止閥的氦氣導入 管連接至樣品室,而一設有停止閥的氦氣排放管連接至膨 脹室》 依以下方式進行測量。利用標準球預先測量樣品室的 容積(V CEU),及膨脹室的容積(,V EXP).。 將一樣品置於樣品室中,及使氦氣流經樣品室的氦氣 導入管、連接管及膨脹室的氦氣排放管歷2小時以便氦氣 取代裝置的內部空間。然後,關閉樣品室與膨脹室之間的 閥及氦氣排放管(其連接至膨脹室)中的閥(藉以使留存 在膨脹室內的氦氣之壓力相等於環境壓力)。然後,經由 連接至樣品室的氦氣導入管引入氮氣,使壓力高到1 3 4 k P a ,之後關閉氯氣導入管引中的停止閥。於關閉停止 閥後,在五分鐘測量樣品室內的壓力(Ρ ,)。然後,打開 樣品室與膨脹室之間的閥以使氦氣傳送至膨脹室而提供系 統內均壓(Ρ 2),在五分鐘後由開口測量它》 由以下方程式計算樣品體積(VSAMP) V SAMP^V CELL- V exp / ( (P1/P2) - 1〕 因此,當樣品重量爲W s A μ p時,如下計算樣品密度 (PH) /Dh = Wsamp/V samp 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210 X 297公釐)-22 - (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁)
A7 4 58 9 4.3…:+ B7 _ -- ... . 五、發明説明(25> 〔藉氮吸附作用測量比表面面積〕 依照B E T單點法利用氮吸附作用在相對壓力X (= 0 . 3 )所測得的氮氣體積v,利用從B E T方程式所導 出的近似方程式 V m = 1 / (, V · ( 1 _ X ) . . 獲得Vmi樣品表面上形成氮的單分子層所需吸附的氮 量(cm3/g_樣品)°由所得之v.m —値,根據以下方程 式計算比表面面積Sbet:
Sbet=4 . 35 · v m ( m2 / g ) 更詳而言之,依照以下方式利用* Flow Sorb II 2300 " (可由Micromeritics儀器公司取得)在液態氮之溫度使氮 吸附到碳質材料上。 經濟部中央標李局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 將磨碎成平均直徑約5 - 5 0微米的碳質材料樣品裝 塡入一樣品管內,將樣品管冷卻至一 1 9 6 °C並同時使含 氮之氦氣(濃度爲3 0莫耳% )流過,以便碳質材料吸附 氮》然後,使樣品管回 '復到室溫,藉導熱性型偵檢器來測 量從樣品所脫附出的氮量,因此獲得吸附的氮量v ( c m3 / g —樣品)。 〔藉螢光X射線分析來測量鉀含量〕 爲了作鉀含量測量,製備具有特:定鉀含量的樣品,及
I 使經過螢光X射線分析儀之測量,以預先製備一種校正曲 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4规格(2丨0 X 297公釐)-23 - 458943 五、發明説明(2). 線,洪用於鋰K1射線強度與鉀含量之間的關係。然後,藉 螢光X射線分析來測量碳質材料樣品的鉀κ α射線強度,以 獲得基於校正曲線的鉀含量。使校正曲線接近直線通經鉀 含量範圍爲Ο — 2·5重量%的起點。 依以下方式製備碳樣品’該碳樣品用於製作校正曲 線。在1 2 0 0 °C煅燒而製備沒有鉀含量的石油焦,將該 石油焦磨碎成2 0微米的平均粒子太小以獲得粉狀碳質材 料。在添加一些去離子水後,將預定量的碳酸氫鉀加到各 碳質材料及攪拌,然後乾燥所產生的混合物。依此方.式, 製備得具有預定鉀含量的數個碳樣品。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 利用 ' RIGAKU SYSTEM 3082E2 "(可由 Rigaku 電氣 株式會社取得)依以下方式進行螢光X射線分析。使用上 部照射型夾持器,及將樣品測量範圍定在一直徑爲2 0毫 米的圓內。更詳而言之,將一直徑爲2 0毫米且高度爲5 毫米的環置於濾紙上,及將0 . 9 3 5克碳質材料樣品置 於環內,並在表面上覆蓋聚對酞酸乙二酯薄膜以便測量。 使用鍺當作分析用的晶體及一比例計數器當作偵檢器,在 60 — 73度的20-範圍內,以1度/分鐘的掃描速 率,來進行測量。 〔碳質材料的d _〕 將碳質材料的粉狀樣品裝塡於鋁製樣品管內,及用單 色CuKa射線(波長χ=〇.15418)經過石墨單 色器照射而獲得X射線繞射圖案。藉重心法(即是’一種 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS )八4規格(2丨0 X 297公麓〉-24 - r -458343 五、發明说明(2? 方法其中獲得繞射線的重心位置以決定對應於重心之2 0 値的峰位置)判定繞射圖案之峰的位置,及用高純度矽粉 末(當作標準物質)的(1 1 1 )平面之繞射峰作校準。 由以下所示的布勒格(Bragg )公式來計算d値。 » ' (1〇〇2=λ/(2 · S ί η0)(布勒格公式) 〔氫/碳(H/C)的原子比〕 利用C Η· Ν分析儀對碳質材料樣品作元素分析,及根 據樣品中氬和碳之重量比例來計算氫/碳(H / C )的原 子比,其爲氫/碳的原子數目比。 〔二氧化碳吸附能力〕 利用真空乾燥器於1 3 0°C真空下至少3小時以對碳 質材料樣品作乾燥,而提供一種樣品供用於二氧化碳吸附 能力之測量,此測量係藉一種裝置 (” Ominsorb 100CX” ,可由Coulte’r電子公司取得)。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 爲了作測量,將0 . 2克該樣品置於一樣品管中,及 於2 0 0°C至多1 〇·3Ρ a真空度下至少3小時以便乾燥, 之後進行二氧化碳吸附能力的測量。 在0 °C的固定吸附溫度,對含有測量樣品的樣品管抽 真空直到至多〇.4Pa的低壓,然後引入二氧化碳及被 樣品.吸附直到9 5 k P a的平衡壓力(對應於〇 . 〇 2 7 的相對壓力-),其依照定容法來測量二氧化碳的吸附能 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X2S*7公釐)—-95 _ 458943 A7 ……B7 五、發明説明(2? 力,就標準狀態(STP)下計算的毫升/克爲而言。 〔實例〕 以下將根據實例及比較例來更具體說明本發明。以γ 中所述的處理氣之體積及流速皆是標準.狀態(〇 °c,〜^ λ 氣壓)下的計算値。 實例1 以1 : 1的重量比混合在越南生長的玉山節竹 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 (Pleioblastus )屬的竹碎片(大小約3毫米X 3毫米X 3 毫米)與箣竹(Bambusa )屬的竹碎片(大小約3毫米X; 3毫米X 3毫米)以提供起始材料,及加熱至5 0 0 °c並 於5 0 0 °C氮氣氣氛中(常壓)保持5小時以作初步® 燒,而製備一種具有揮發物含量至多2重量%的碳前驅 物、將碳前驅物磨碎成具有重量平均粒子大小約2 5微米 的的粉狀碳前驅物,其表現之鉀含量爲0.5重量%。約 3克的粉狀碳前驅物在鋁製坩堝內堆積一層約1 - 2微米 的厚度,然後置於一直徑爲7 5毫米的臥式管狀爐中,以 5°C/分鐘之速率加熱至1 200°C,及於1 200 °C保 持1小時以便碳化,同時以5升/分鐘之速率流動氮氣《 所獲得碳質材料之特性係顯示於以下的表1中,其中 亦包括以下實例及比較例中所製備的碳質材料之特性° 實例2 ^ 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4规格(210X297公釐)-26 - 3 3 經濟部中央標率局員工消費合作杜印製 A7 B7 五、發明説明(2? 使實例1中所製備的粉狀碳前驅,物受到兩循環的脫灰 處理,各包括浸於3 5%鹽酸中一小時及於沸水中洗一小 畤以獲得一種經脫灰的粉狀碳前驅物,其表現至多〇 . i 重量%的鉀含量。再次將脫灰的粉狀碳前驅物磨碎以形成 —種平均粒子大小爲2 5微米的.粉狀碳,前驅物。約3克的 粉狀碳前驅物'在鋁製坩堝內堆積,然後置於一直徑爲7 5 毫米的臥式管狀爐中,以5°C/分鐘.之速率加熱至 1 1 0 0 °C,及於1 1 0 〇 °C保持i小時以便碳化。 實例3及4
以相同於實例2之方式來製備碳質材料,例外的是將 碳化溫度分別改變成1 2 0 0 °C (實例3 )及1 3 0 ◦ °C (實例4 )。 比較例1 .及2 . 以相同於實例2之方式來製備碳質材料,例外的是將 碳化溫度分別改變成8 0 0 °C (比較例1 )及1 5 0 0 (比較例2 )。 比較例3 咖啡豆經溫水洗過,保持在5 0 0 °C氮氣氣氛(常 壓)中5小時以預煅燒,然後磨碎成具有平均粒子大小爲 2 5微米的粉狀碳前驅物,用相同於實例1中的方式將其 碳化。 & 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS > A4规格(210 X 297公釐)-27- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 4 4589^3 五、發明説明(q 比較例4 將椰子殼炭(可由M.C.碳株式會社取得)加熱至 5 0 (KC及保持在5 0 0 °C氮氣氣氛(常壓)中預煅燒5 小時以便獲的,一種具揮發物含暈至多2重量%的碳前驅 物。將碳前驅物磨碎成一種具有平均粒子大小爲2 5微米 的粉狀碳前驅物。約3克的粉狀碳前驅物在鋁製坩堝內堆 積,然後置於一直徑爲7 5毫米的臥式管狀爐中,以5°C /分鐘之速率加熱至1 200°C,及於1 200°C保持1 小時以便碳化,同時以5升/分鐘之速率流動氮氣。 比較例5 於6 0 0°C氮氣氣氛(常壓)中預煅燒剛竹(Mohsoh 竹)幹一小時,然後磨碎成一種具有平均粒子大小爲2 5 微米的粉狀碳前驅物。使粉狀碳前驅物受到兩循環的脫灰 處理,各包括浸於3 5 %鹽酸中一小時及於沸水中洗一小 時以獲得一種經脫灰的碳前驅物。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 約3克脫灰的碳前驅物在一直徑爲7 5毫米的臥式管 狀爐中堆積成約1至2毫米厚的層,及以5 分鐘之速 率加熱至1 200 °C,並於1 200°C保持1小時以便碳 化1同時以5升/分鐘之速率流動氮氣。 以上實例及比較例中所製備的碳質材料之特性係顯示 於以下表1中。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格{ 210 X 297公釐)_ 9R- ΡΝ458 y 43 A7 五、發明説明(2? 〔對活性物質的摻雜/脫摻雜能力〕 分別使用實例及比較例中所獲得的碳質材料來製備非 水溶劑蓄電池(電池單元)及依以下方式來評估它們的性 能。 硬質材料通常適用於構成非.水溶劑.蓄電池的負極。然 而,爲了準確評估碳質材料的性能,包括對電池活性物質 的摻雜能力(A)及脫摻雜能力(B),以及不脫摻雜能 力(A - B ),而不會受配對的電極材料之性能起伏變動 所影響,所以使用大量過量表現穩定性能的鋰金屬當作負 極,且將上述製備的各碳質材料用於構成正極,藉以形成 鋰蓄電池,評估它們的性能* 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 更詳而言之,如下製備正極(碳電極)。即是,使 9 0重量份的細粒形式配成之碳質材料和1 0重量份的聚 偏二氟乙烯與Ν-甲基_ 2 -吡咯啶酮混合一起以形成糊 狀複合物,然後將其均勻塗覆於鋁箔上。在乾燥後,將複 合物剝離鋁箔,及衝鍛成1 5毫米直徑的圓盤形碳質薄 膜。分開地,將17毫米直徑的圓盤形不銹鋼網點焊於 2016型(即是,2 0毫米直徑XI . 6毫米厚度)硬 幣形電池罐之內蓋,及將以上製備的圓盤形碳質薄膜壓合 於圓盤形不銹鋼網以形成一含有約2 0毫克碳質材料的正 極。 另一方面,於氬氣氣氛的手套箱內依以下方式製備負 極(鋰電極)。將17毫米直徑的圓盤形不銹鋼網點焊於 2 0 1 6型硗幣形電池罐之外蓋,及將1 5毫米直徑的鋰 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) Α4規格ί 2丨0 X 297公釐)-29 · 45894-3 a7 ... ......... -B7 v ..... ·.··..·· Ill . . . . « ... , · * ' 五、發明説明(2Γ 圓盤壓合於圓盤形不銹鋼網上以形成負極,該鋰圓盤係藉 衝鍛0.5毫米厚的金屬鋰板而形成的。 使用所製備的正極及負極,以多孔聚丙烯薄膜當作配 置於其間的隔離板,及一包含1 : 1 (體積比)的碳酸伸 丙酯和二甲氧乙烷之溶劑混合物和使L i C 1 ◦ 4以1莫耳 /升速率溶於~其中所形成的電解溶液,在氬氣手套中形成 2 0 1 6型硬幣形非水溶劑鋰蓄電池,具有聚乙烯製的墊 圏。 在所構成的鋰蓄電池中,對正極的碳質材料作鋰摻雜 和脫摻能力的評估。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 更詳而言之,重複一循環來達成摻雜,該循瓌包括於 0 . 5 m A / c m2的電流密度通電一小時,然後停止二小 時直到正極與負極之間的平衡電位達到4 m V爲止。所流 的電力除以碳質材料的重量以提供一種以A h/K g表示 的摻雜能力(A )。然後,依類似方式,電流以逆向流動 以便使鋰由摻雜的碳質材料中脫摻雜。重複一循環來達成 摻雜,該循環包括於Ό · 5mA/cm2的電流密度通電— 小時,然後停止二小時·,掉至1 . 5伏特的截止電壓。所 流的電力除以碳質材料的重量以提供一種以义h/K 示的脫摻雜能力(Β) »然後,計算摻雜能力(Α)與脫 摻雜能力(Β)的差値當作不脫摻雜能力(Α — Β) ’及 將脫摻雜能力(Β)除以摻雜能力(Α) ’並將©(Β/ Α )乘以1 0 〇而獲得放電效率(%)。放電效率係爲活 性物質之有效利用性的一種度量基準。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210 X 297公釐).-30 - A7 B7 五、發明説明(今 以下表2中摘述上述方式所測量的使用各個碳質材料 當作正極的鋰蓄電池之性能。 就表2中所示的結果而言,茲了解使用本發明之實例 中獲得的碳質材料所製備的蓄電池係表現高的摻雜能力、 高的脫摻,雜能力及明顯小的不脫摻雜能力(其爲摻雜能力 與脫摻雜能^的差値),因此容許有效利用電池之活性物 質。 使用比較例1之碳質材料所獲得的蓄電池係表現大的 摻雜能力,但是亦表現非常大的不脫摻雜能力•因此帶有 困難性,即不能有效利用當作活性物質的鋰。 使用比較例2 _ 5之碳質材料所獲得的蓄電池係表現 較小的摻雜能力= (請先閱讀背面之注意事項再填寫本買) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐)-31 - π 1 3 A7 五、發明説明(2尹 表1:碳質材料的特性 起始材料 碳化溫 度ΓΟ P b (g/cm3) Ρ Η (g/cm3) H/C Seet (m7g) 鉀含量 (%) d〇〇2 (nm) *lAC〇2 (ml/g) 實例1 竹 1200 1.43 2.10 0.07 2.0 0.52 0.385 25 混合物12 2 ···- 1100 1.45 2.10 0.10 2.7 0.12 0.394 65 3 1200 1.42 2.14 0.07 .1.3 0.12 0.388 53 4 // 1300 1.42 2.11 0.06 1.0 0.11 0.387 25 比較 竹 800 1.45 1.71 0.23 63 0.14 0.396 68 例 1 混合物12 2 1500 1.41 1.52 0.02 0.8 0.09 0.373 1 3 咖啡豆 1200 1.45 1.52 0.03 3.2 0.80 0.377 2 4 椰子殼 1200 1.48 2.07 0.03 1.1 0.92 0.389 15 5 剛竹 1200 1.47 2.11 0.05 3.0 0.1.0 0.388 6 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐)-32 - 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 1 1: ACCh:二氧化碳吸附能力(ml(SEP)/g-碳) *2:竹混合物:1:1(重量比)的玉山箭竹與箣竹之混合物。 ψ Γ 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 4 3 ...... ................... . B7五、發明説明(3? A7 表2 : 電池性能 摻雜能力 脫摻雜能力 不脫摻雜能力放電效率(%) (A) (B) (A-B) (Β/Α)χ100 (Ah/kg) (Ah/kg) (Ah/kg) 實例1 .595 490 -105 82.4 2 V.· 775 630 145 81.3 3 710 580 130 81.7 4 560 500 60 89.3 比較例1 80.5 450 355 55.9 2 370 325 45 87.8 3 507 407 100 80.3 4 538 437 101 81.2 5 550 460 90 83.6 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐)-33 - 458943 A7 B7 經濟部中央標準局負工消費合作杜印製 五、發明説明(3) 〔產業適用性〕 · 如上述’本發明提供一種具有大摻雜能力及大脫摻雜 能力兩者合併的碳質材料。可於適當的碳化條件下將源自 於禾本科竹屬的有機材料碳化而容易地製造該碳質材料。 使用依本.發明的碳質材料所製備的負極,將可以提供〜種 具有極佳性能的非水性蓄電池,含有大的充電一放電容 量。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

Claims (1)

  1. 六、申請專利範圍 A8 B8 C8 D8 4 修正丨 附件A: 第87丨0508 8號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 (請先閣讀背面之注意事項再填寫本頁J . 民國S9年11月修正 1 . 一種非水性蓄電池用之碳質電極材料,包括一種 碳質材·料具有真密度由丁醇取代法測量時爲至多1 . 4 6 立方公分,真密度由氦取代法測量時爲至少1 . 7克 /立方公分,氫-對-碳的原子比H/C依元素分析測量 時爲至多〇 . 1 5,BET比表面面積由氮吸附BET法 測量時爲至多2 〇平方公分/克,及二氧化碳吸附能力爲 至少1 〇毫升/克。 2 如申請專利範圍第1項之碳質電極材料,其具有 S多0 . 5重量%的鉀含量,如由螢光X射線分析所測 量。 3 .如申請專利範圍第1或2項之碳質電極材料,已 經藉碳化一源自於禾本科竹屬的有機材料而獲得它。 經濟部智慧財產局員工消脅合作社印製 4 .如申請專利範圍第3項之碳質電極材料,其中該 源自於禾本科竹屬的有機材料係包括至少一種源自於玉山 箭竹(Pleioblastus )屬及莉竹(Bambusa )屬的有機材 料。 5 .—種製造如申請專利範圍第1或2項之碳質電極 材料的方法,包括於1 0 0 0 - 1 4 0 0 °C的溫度在減壓 下或在情氣氣氛中將源自於禾本科竹屬的有機材料碳化。 6 .如申請專利範圍第5項的方法,其更包括濕處理 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(2I0X 297公釐)-1 - Δ58943
    8888 ABCD
    六、申請專利範園 3δ,Η„ 有機材料的脫灰步驟,以提供一種具有減少後的鉀含量爲 至多0.5重量%的碳前驅物,該含量如由螢光X射線分 析所測量。 7 ·如申請專利範圍第6項的方法,其中有機材料包 括至少一種源自於玉山箭竹屬及箣竹屬的有機材料。 8 ·—種非水溶劑型蓄電池用之電極結構,包括:一 導電基材及一配置於導電基材的至少一表面上之複合電極 層; 該複合電極層包括粒狀形式的一種如申請專利範圍第 1或2項之碳質電極材料及一種黏合劑。 9 · 一種非水溶劑蓄電池,包括:一正極、一負極及 一隔離板以及一配置於正極與負極之間的非水性電解溶 液; 該正極與負極中至少一個包括如申請專利範圍第8項 之電極結構。 1 0 .如申請專利範圍第9項之蓄電池,其中電極結 構構成負極。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、裝. 訂 ip .經 濟 部 智 慧 財 產 局 消 費 ii 社 印 製 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4规格(210X297公釐)-2 -
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