TW518786B - Anode for rechargeable lithium cell - Google Patents

Description

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 518786 A7 _B7_ 五、發明說明（1 ) 本發明傺關於一種充電式鋰電池用之陽極，以及裝有 此種陽極之電池。 多年前即已知可用鋰金屬做陽極，並且以可嵌入鋰離 子的材料做陰極，以組成電池。已知有許多種嵌入材料 可做為充電式鋰電池的陰極材料，如T i S 2、V 6 0 13和 L i X C 〇 0 2，其中X小於1 ;這些材料經常與固態電解質 混合在一起，以形成一種複合陰極。為避免在循璟時鋰 金屬陽極産生樹枝狀生長的問題，已有提出使用如石墨 的嵌入材料做為陽極材料，其也可混合固態電解質來形 成混合陽極。陽極和陰極皆含有嵌入鋰離子之充電電池 ，已成為市售商品，通常稱為鋰離子電池，或是稱為搖 椅式電池。 另一種可能是使用如鋁之類的金屬與鋰形成合金來做 為陽極材料。然而，以鋰/鋁合金做陽極的電極經重覆 循環使用後，會導致體積改變和結構損壞。亦有人以氧 化錫做為鋰離子電池中的可逆性陽極材料。鋰的插入程 序應是以先將氧化錫還原，接著再可逆形成鋰合金的方 式來進行的。但是，由於體積的大幅改變，使得重覆插 入和將鋰移至錫金屬中之程序的可逆性不佳，但由於金 屬錫粒子周圍所出現的氧化物架構，使得氣化錫陽極的 穩定性有改善。 本發明提出了一種用於充電式鋰電池之陽極，其傺由 毫微米磺管所構成，其中含有一種可在一定組成範圍内 與鋰可逆形成合金之金屬或準金屬。 毫微米管中的金屬或準金屬以鋁或錫的金屬元素，或 -3 一 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --.----.-丨 τ------'1!'丨丨訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 518786 A7 B7 五、發明說明（ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 如金 同 氟 極解一有 可撤 但子個形其 \ 行 cbi 例合 不 聚 陰電用。 的毫 ，原一球而鈷進 明 Μ 代 氨 ，的 有 如 式物.使開 佳。 構磺成半，以來 説DI 屬統ΨΜ具 例 逆合要隔 較構 結片捲的度在發 細($ 金傳 内 ， 可聚常極 及架 狀一 W 子旋僳蒸 詳鹽 準括 圍 劑 、態通陰。量的 管將-r原螺其射 的融 為包3,範 結 極固，和中容定 類為 P 整及。雷 步熔 能時 1 某 黏 陽為時極極電穩 的視 i 完，定的。一為 可同 U 在 合 之可態陽陰的個'0!,米被1Γ個徑決靶量進做 亦指 W 可 聚 述質液將種好一量微可H1半直來磺測更極 其是Tcfx 種 上解為以此較金容毫們 ^似其置中行做電 但金 π 而 一 如電質，於有合入數它]r有於位爐進明磺 ，合i/， 以 有 C 解膜用具供嵌於 CD 皆在線在來發個- 佳的 fn能、，> 置池電離可將提鋰大米($端徴軸著弧本一 4 為謂έι管起種電當隔料池可的不徼格一特的藉磺對用· 金所 iw _ 一 一鋰。之材電管多徑幾晶每的層，用例使 合解MLM 米在了 式質透入種米更直好角柱管碩下可施著 屬了為 _ 微合供電解滲嵌此微供為是六圓米起況也實藉 金應式 _ 毫黏提充電可的，毫提管以的在微捲情樣以僳 的處學 2 些 ，也的態體同的為可碩可子而毫被的同將管 錫此化素。這烯明質液液不期因也米度原，。片媒；來硕 \ 在般元值好乙發解是性種預，管微長磺體著此觸的下米 鍊。一它數最亞本電或惰多可性磺毫其是柱蓋由為量接微 是矽和其的ί 化 及質種許/ 逆米 是或圓覆係鎳測 毫 --.----.--^-------Γ h l·---訂 --------線"41^" (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（210 X 297公釐） 518786 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ____Β7__ 五、發明說明（3 ) 浴中陰極的方式，以電解方法製成的。一般相信在施以 電流時，鈉被送入石墨結構中，而引起毫微米管被擠出 。也可以將較不穩定的鹽類，如氯化錫，加至熔融鹽浴 中。其首先會産生分解，而所得的金屬（錫）開始沈積在 石墨的表面上。結果發現：以這種程序所得的毫微米管 中含有較不穩定鹽類的金屬。經過電解之後，鹽類被溶 解於水中；毫微米管仍維持在懸浮液中，但將在水溶液 相不溶性有機液體的界面間收集起來。以這種方法可得 到高産率的毫微米管。 依上述方式所製得的充滿錫之毫微米管將被完全乾燥 。/然後藉由下列方式將毫微米管製成陽極：首先將90份 重的毫微米管與10份重的聚氟化亞乙烯均聚物（PVdF)予 以混合，並以N -甲基吡咯烷酮（Ν Μ P )做為P V d F的溶劑，而 形成一種泥漿，將其澆鑄於一個銅箔集流器上，並且將 此鑄層完全乾燥以去除Ν Μ P溶劑。然後以類似的程序來 製成陰極：將鋰钴氧化物、磺和以ΝΜΡ為溶劑的PVdF混 合在一起，以形成泥漿，將其澆鑄於一個鋁箔集流器上 ，並且將此鑄層完全乾燥以去除Ν Μ P溶劑。然後以微孔 的聚乙烯隔離膜來隔開陽極和陰極，纏繞成一個線圈， 並且插入一個罐中。接著以有機液態電解質（其偽由1Μ LiPF6溶解於碩酸乙烯酯/乙基甲基磺酸酯混合物中所構 成）瑱充於罐中，並且加以密封。 單由毫微米管和聚合黏結劑（如聚氟化亞乙嫌）所構成 的陽極很適合用於具液態電解質之電池中。另一種陽極 則是在毫微米管和聚合黏結劑之外再摻入塑化溶劑（如 ~ 5 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） — I·----— ΙΊ---——rtl· — — ^---------線- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 518786 A7 B7 五、發明說明（4 ) 碩酸乙烯酯或是磺酸丙烯酯）和鋰鹽，並且其適合用於 固態電解質中。還有一種陽極是摻有塑化溶劑、毫微 米管及聚合黏結劑，但是不含鋰鹽。此種陽極較容易處 理，因為含有鋰體的陽極必須維持在完全乾燥的璟境下。 要製造填滿鋁的毫微米管，除了將加至熔融鹽浴中的 較不穩定鹽類改成氯化鋁之外，可依照前面所述的相同 電解方法來進行。 因此，可使用已被完全乾燥之充滿鋁之毫微米管，依 下述方式來製造另一種電池。首先將4 8份重的毫徼米管 與2 4份重的可揮發性溶劑四氫呋喃混合在一起，以形成 一種泥漿。然後與一種含有6份重PVdF共聚物、30份重 的鹽類溶液（1 M L i P F 6溶解於3份碩酸乙烯酯和2份碳酸 丙烯酯所形成的混合物中）和4 0份重的四氫呋喃所形成 之聚合溶液混合在一起。然後在滾筒上方使用刮刀以〇 . 5 釐米的刀隙將此混合物澆鑄於一値銅箔上，並將其通過 7 0 °C的乾燥器，以確使揮發性的溶劑四氫呋喃完全蒸發 。在這個特殊的實施例中，共聚物為氟化亞乙烯和2重 量S5的六氟丙烯所構成，並且具有足夠高的分子量，使 其熔態流動指數在溫度為2 3 0 °C和負重為2 1 . 6公斤的情 況下只有3 . 1克/10分鐘。 所得的陽極俗由充滿鋁的毫微米管、共聚物、塑化溶 劑和鋰鹽所構成。其可與複合陰極和聚合物電解質組合 在一起，製成一種可逆式的鋰離子電池。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） —·——^—rrl·.—訂---------^ IAWI (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

Claims (1)

1. 518786^ ^—— 1 ϋ g，i ’ 條，η'. 年月 六、申請專利範圍 第891 16649號「充電式鋰電池用之陽極」專利案 (91年6月修正） Α申請專利範圍 1. 一種可再充電式鋰電池用之陽極，此陽極係由毫微米碳 管所構成，其特徵在於毫微米管中含有一種金屬或選自： 鋁、錫、含有鋁或錫的金屬合金或是矽之準金屬，其可 在一定組成範圍內與鋰可逆地形成合金。 2. 如申請專利範圍第1項之陽極，其中毫微米碳管係以一 種聚合黏結劑黏合在一起。 3β如申請專利範圍第2項之陽極，其同時包括一種聚合黏 結劑和一種塑化溶劑。 4. 一種可用充電式鋰電池，其特徵爲置有如申請專利範圍 第1至3項中任一項之陽極、可逆式陰極和一種電解質。