TWI621297B - 包括石墨烯碳顆粒的鋰離子電池電極 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示包括石墨烯碳顆粒之鋰離子電池電極。本發明亦揭示含有此類電極之鋰離子電池。可藉由沈積諸如金屬箔之導電基板的含石墨烯碳顆粒之塗層而將該等石墨烯碳顆粒用於此類電池之陰極中。石墨烯碳顆粒在該等陰極中之使用導致鋰離子電池之效能改良。

Description

包括石墨烯碳顆粒的鋰離子電池電極
本發明係關於包括石墨烯碳顆粒之鋰離子電池電極。
鋰離子電池已為吾人所熟知。鋰離子電池陰極塗層使用導電碳將電子自電活性鋰化合物(諸如，磷酸鋰鐵或經鎳、鈷摻雜之錳酸鋰)輸送至金屬箔集電器(諸如，鋁)。鋰離子電池中之石墨陽極亦需要導電碳將電子載運至集電器，諸如銅。雖然對於鋰離子電池在充電及放電循環期間之效能為必需的，但導電碳增加電極塗層之重量及體積而對電池之容量或能量密度並無貢獻。由於電池係用於能量儲存，因此應使鋰離子電池之能量密度最大化。理想地是，陰極塗層將僅僅包含儲存能量之材料，而不帶有與為其他功能服務但並不儲存能量的材料(如導電碳及聚合物黏合劑等)相關聯之額外負擔。然而，對以高放電電流自電池採集能量的需要使得不得不在塗層中添加導電碳以用最大功率密度載運電荷。此導電碳內含物降低電池容量。使用如本發明評估之極具導電性的石墨烯的更具導電性的電子傳輸材料可增加塗層中之能量儲存材料的百分比且因此增加電池總容量。
本發明之一態樣提供鋰離子電池電極材料，其包含含鋰活性材料、以熱方式產生之石墨烯碳顆粒及黏合劑。
本發明之另一態樣提供鋰離子電池陰極材料，其包含含鋰活性材料、以熱方式產生之石墨烯碳顆粒及黏合劑。
本發明之另一態樣提供鋰離子電池，其包含陽極、陰極、陽極與陰極之間的分離器及與陽極及陰極接觸之電解質。陰極包含具有含鋰活性材料、以熱方式產生之石墨烯碳顆粒及黏合劑之塗層。
10‧‧‧陰極
20‧‧‧陽極
30‧‧‧電解質
40‧‧‧分離器
50‧‧‧殼體
60‧‧‧端子
100‧‧‧鋰離子電池
圖1為根據本發明之實施例之包括包含石墨烯碳顆粒之陰極的鋰離子電池之部分示意性側視截面圖。
圖2至圖5為展示各種塗層樣品之薄層電阻的圖表。
圖6為具有不同陰極材料之測試電池芯之容量損耗相對於放電率的圖表。
圖1示意性說明根據本發明之實施例的鋰離子電池100。電池100包括陽極20、陰極10、陽極與陰極之間的分離器40及與陽極及陰極接觸之電解質30。提供與陽極20電接觸之殼體50。端子60與陰極10電解觸。
鋰離子電池100之電解質30可包含在鋰離子電池中習知使用之任何已知電解質材料(諸如，溶解於有機溶劑中之含鋰電解質鹽)。含鋰電解質鹽之實例包括LiClO4、LiAsF6、LiPF6、LiBF4、LiB(C6H5)4、LiB(C2O4)2、CH3SO3Li、CF3SO3Li、LiCl、LiBr及其類似物。有機溶劑之實例包括碳酸伸丙酯、碳酸伸乙酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、1,2-二甲氧乙烷、1,2-二乙氧乙烷、γ-丁內酯、四氫呋喃、2-甲基四氫呋喃、1,3-二氧雜環戊烷、4-甲基-1,3-二氧雜環戊烷、乙醚、環丁碸、甲基環丁碸、乙腈、丙腈、苯甲醚、乙酸酯、丁酸酯、丙酸酯及其類似物。在某些實施例中，可使用諸如碳酸伸丙酯之環狀碳酸酯或諸如碳酸二甲酯及碳酸二乙酯之鏈狀碳酸酯。此等有機溶劑可單獨使 用或以兩個或兩個以上類型之組合使用。在某些實施例中，電解質30亦可包含諸如以下各項之添加劑或穩定劑：VC(碳酸乙烯酯)、VEC(碳酸乙烯伸乙酯)、EA(乙酸伸乙酯)、TPP(磷酸三苯酯)、磷氮烯、LiBOB、LiBETI、LiTFSI、BP(聯二苯)、PS(亞硫酸伸丙酯)、ES(亞硫酸伸乙酯)、AMC(碳酸烯丙基甲酯)及APV(己二酸二乙烯酯)。
鋰離子電池100之陽極20可為任何已知類型，諸如金屬鋰、石墨、鈦酸鋰、矽及其類似物，且可包含一或兩側上沈積有導電顆粒的導電基板，諸如銅箔或其他金屬箔。在某些實施例中，導電顆粒可包含石墨烯碳顆粒，(例如)如美國申請案第13/836,415號中所揭示，該案以引用之方式併入本文中。含石墨烯碳顆粒之陽極材料可包括石墨烯碳顆粒與鋰反應性顆粒(諸如，Si及/或Sn)之混合物及黏合劑。
根據本發明之實施例，鋰離子電池100之陰極10包括含鋰活性材料、石墨烯碳顆粒及黏合劑。如下文更充分描述，石墨烯碳顆粒可以熱方式產生。陰極可包含導電基板，例如包含Al之金屬箔、塗有碳之鋁箔、多孔鋁(aluminum-celmet)或其類似物。本陰極材料之塗層可在基板上沈積及固化以形成具有5微米或10微米至500微米(例如，20微米或25微米至200微米，例如50微米至100微米)之典型乾膜厚度的塗層。
陰極塗層之含鋰活性材料可包括LiFePO4、塗有碳之磷酸鋰鐵、氧化鋰鈷、鋁酸鋰鎳鈷、錳酸鋰、錳酸鋰鎳鈷及其類似物。在某些實施例中，含鋰活性材料包含經固化陰極塗層材料之50至99.9重量百分比(例如，80至99.5重量百分比，或87至99重量百分比)。
在某些實施例中，石墨烯碳顆粒包含經固化陰極塗層材料之0.25至25重量百分比(例如，0.5至10重量百分比，或1或2至8重量百分比)。
根據本發明之實施例，選擇添加至陰極塗層材料之石墨烯碳顆粒 的類型及量，以便將陰極材料之電阻降低至通常低於300歐姆/平方(例如，低於250歐姆/平方，或低於240歐姆/平方，或低於200歐姆/平方，或低於150歐姆/平方)之位準。可藉由標準市售四點測試探針以歐姆/平方為單位量測電阻。
黏合劑可通常包括聚偏二氟乙烯(PVDF)、丙烯酸系聚合物、諸如羧甲基纖維素之纖維素製品及其類似物。在某些實施例中，黏合劑包含經固化陰極塗層材料之0.25至25重量百分比(例如，0.5至10重量百分比，或1或2至8重量百分比)。在某些實施例中，可添加諸如丙烯酸系聚合物之分散劑，例如，石墨烯碳顆粒可在與黏合劑混合之前首先與分散劑混合。
在某些實施例中，導電碳顆粒可視情況添加至陰極塗層材料。碳顆粒可呈碳黑、石墨及/或碳奈米球形式。添加至陰極塗層材料之導電碳顆粒的量可多達陰極塗層材料固體之25重量百分比(例如，0.25至10重量百分比，或1或2至8重量百分比)。當包括導電碳顆粒時，石墨烯碳顆粒對導電碳顆粒之重量比可通常介於1：99至99：1(例如，80：20至20：80，或45：55至55：45)範圍內。
在某些實施例中，陰極塗層材料可包括視情況選用之添加劑，諸如總量為10重量百分比之非以熱方式產生的石墨烯碳顆粒。非以熱方式產生之石墨烯碳顆粒可自商業來源(例如，自Angstron、XG Sciences及其他商業來源)獲得。其他視情況選用之添加劑包括總量為15重量百分比之表面活性劑、流變改質劑、腐蝕抑制劑及其類似物。
在某些實施例中，陰極塗層材料可自包含含水溶劑或有機溶劑之分散液或溶液產生。有機溶劑之實例包括N-甲基-2-吡咯啶酮及其類似物。分散液中所含有之溶劑量可通常介於25至90重量百分比(例如，40至75重量百分比，或55至70重量百分比)範圍內。
如本文中所使用，術語「石墨烯碳顆粒」意謂具有包含sp2鍵結 碳原子之單原子厚度的平面薄片之一或多層之結構的碳顆粒，該等碳原子密集填充於蜂巢晶格中。堆疊層之平均數目可少於100，例如，少於50。在某些實施例中，堆疊層之平均數目為30或更少，諸如20或更少，10或更少，或在一些情況下，5或更少。石墨烯碳顆粒可實質上平坦，然而，平面薄片之至少一部分可實質上彎曲、捲曲、起皺或彎折。顆粒通常並不具有球狀或等軸形態。
在某些實施例中，存在於本發明之電極組合物中之石墨烯碳顆粒具有在垂直於碳原子層之方向上量測的不大於10奈米、不大於5奈米或在某些實施例中不大於4奈米或3奈米或2奈米或1奈米(諸如，不大於3.6奈米)之厚度。在某些實施例中，石墨烯碳顆粒可為1原子層直至3、6、9、12、20或30原子層厚或更厚。在某些實施例中，存在於本發明之組合物中之石墨烯碳顆粒具有在平行於碳原子層之方向上量測的至少50奈米(諸如，大於100奈米)、在一些情況下大於100奈米直至500奈米或大於100奈米直至200奈米之寬度及長度。可以具有大於3：1(諸如，大於10：1)之相對高縱橫比(縱橫比定義為顆粒之最長尺寸對顆粒之最短尺寸的比)的超薄片、小片或薄片形式提供石墨烯碳顆粒。在某些實施例中，石墨烯碳顆粒之至少一部分可具有較低縱橫比，例如，顆粒中之一些可為實質上等軸或球狀。
在某些實施例中，本發明之電極組合物中所使用之石墨烯碳顆粒具有相對低的氧含量。舉例而言，即使在具有不大於5奈米或不大於2奈米之厚度時，本發明之組合物之某些實施例中所使用的石墨烯碳顆粒仍可具有不大於2原子量百分比(諸如，不大於1.5或1原子量百分比)或不大於0.6原子量百分比(諸如，約0.5原子量百分比)之氧含量。可使用諸如在D.R.Dreyer等人的Chem.Soc.Rev.39,228-240(2010)中所描述的X射線光電子光譜法測定石墨烯碳顆粒之氧含量。
在某些實施例中，本發明之電極組合物中所使用之石墨烯碳顆粒 具有至少50平方公尺/公克(諸如，70至1000平方公尺/公克)或在一些情況下200至1000平方公尺/公克或200至400平方公尺/公克之B.E.T.比表面積。如本文中所使用，術語「B.E.T.比表面積」係指基於期刊「美國化學學會學報」60,309(1938)中描述之布魯諾爾艾米特泰勒(Brunauer-Emmett-Teller)方法根據ASTMD 3663-78標準藉由氮吸附而測定之比表面積。
在某些實施例中，本發明之電極組合物中所使用之石墨烯碳顆粒具有0.5：1至1.5：1(例如，0.7：1至1.4：1)之典型拉曼光譜法(532nm雷射)2D/G峰比。如本文中所使用，術語「2D/G峰比」係指2692cm-1處之2D峰的強度對1,580cm-1處之G峰的強度的比。
在某些實施例中，本發明之電極組合物中所使用之石墨烯碳顆粒具有0.3：1至0.9：1(例如，0.35：1至0.85：1，或0.45：1至0.65：1)之典型拉曼光譜法(532奈米雷射)D/G峰比。如本文中所使用，術語「D/G峰比」係指1,350cm-1處之D峰的強度對1,580cm-1處之G峰的強度的比。
在某些實施例中，本發明之電極組合物中所使用之石墨烯碳顆粒具有相對低的體密度。舉例而言，本發明之某些實施例中所使用之石墨烯碳顆粒的特徵在於具有小於0.2g/cm3(諸如，不大於0.1g/cm3)之體密度(敲緊密度)。出於本發明之目的，藉由在具有可讀刻度之玻璃量筒中置放0.4公克石墨烯碳顆粒來測定石墨烯碳顆粒之體密度。將量筒舉起大致一英吋且藉由將量筒底部撞擊於硬表面上而敲擊100次，以允許石墨烯碳顆粒在量筒內沈降。隨後量測顆粒之體積，藉由使0.4公克除以經量測體積而計算體密度，其中體密度以g/cm3表示。
在某些實施例中，本發明之電極組合物中所使用之石墨烯碳顆粒的壓縮密度及百分比緻密度小於石墨粉末及某些類型之實質上平坦之石墨烯碳顆粒的壓縮密度及百分比緻密度。較低壓縮密度及較低百分比緻密度目前分別被認為促成比展現較高壓縮密度及較高百分比緻密 度的石墨烯碳顆粒更佳之分散及/或流變性質。在某些實施例中，石墨烯碳顆粒之壓縮密度為0.9或更小，諸如小於0.8，小於0.7，諸如0.6至0.7。在某些實施例中，石墨烯碳顆粒之百分比緻密度小於40%，諸如小於30%，諸如25%至30%。
出於本發明之目的，自壓縮之後給定顆粒塊的經量測之厚度計算石墨烯碳顆粒之壓縮密度。具體言之，藉由使0.1公克石墨烯碳顆粒在1.3公分壓模中在15,000磅力下經受冷壓45分鐘來測定量測厚度，其中接觸壓力為500MPa。隨後根據以下方程式自此量測厚度計算石墨烯碳顆粒之壓縮密度：
石墨烯碳顆粒之百分比緻密度隨後被測定為如上文所測定之石墨烯碳顆粒之經計算壓縮密度對2.2g/cm3(石墨密度)的比。
在某些實施例中，緊接在混合之後及在稍後之時間點處(諸如，在10分鐘或20分鐘或30分鐘或40分鐘處)，石墨烯碳顆粒具有至少100微西門子之經量測液體體導電率(bulk liquid conductivity)，諸如至少120微西門子，諸如至少140微西門子。出於本發明之目的，石墨烯碳顆粒之液體體導電率被如下測定。首先，藉由水浴音波處理器音波處理包含丁基賽珞蘇中之0.5%石墨烯碳顆粒溶液的樣品歷時30分鐘。緊隨音波處理，將樣品置放於標準經校準電解電導池(K=1)中。將費雪科學AB 30(Fisher Scientific AB 30)電導計(conductivity meter)引入樣品以量測樣品之導電率。標繪約40分鐘之過程中的導電率。
根據某些實施例，定義為遠程互連性之滲濾可發生於導電石墨烯碳顆粒之間。此類滲濾可減小塗層組合物之電阻率。在某些實施例中，以熱方式產生之石墨烯顆粒可包含具有不同形態之顆粒，諸如具有相對高縱橫比之板狀顆粒及具有相對低縱橫比之通常等軸或球狀顆 粒的雙峰式分佈。導電石墨烯顆粒可佔據塗層內之最小體積，使得顆粒形成連續或幾乎連續之網。在此情況下，石墨烯碳顆粒之縱橫比可影響滲濾所需之最小體積。此外，石墨烯碳顆粒之表面能可與彈性體橡膠之表面能相同或類似。否則，顆粒可趨向於在經處理時絮凝或反混合。
可(例如)藉由熱處理製得本發明之電極組合物中利用之石墨烯碳顆粒。根據本發明之實施例，以熱方式產生之石墨烯碳顆粒由在諸如電漿之熱區中加熱至高溫的含碳前驅體材料製成。在熱區中加熱含碳前驅體(諸如，以氣態或液態形式提供之烴)以在熱區中或其下游產生石墨烯碳顆粒。舉例而言，可由美國專利第8,486,363號及第8,486,364號中所揭示之系統及方法製得以熱方式產生之石墨烯碳顆粒。
在某些實施例中，可藉由使用美國專利第8,486,363號中[0022]至[0048]處描述之裝置及方法製得石墨烯碳顆粒，其中(i)將能夠形成雙碳片段物質之一或多個烴前驅體材料(諸如，正丙醇、乙烷、乙烯、乙炔、氯乙烯、1,2-二氯乙烷、烯丙醇、丙醛及/或溴乙烯)引入至熱區(諸如，電漿)中，且(ii)將烴在熱區中加熱至至少1,000℃之溫度以形成石墨烯碳顆粒。在其他實施例中，可藉由使用美國專利第8,486,364號中[0015]至[0042]處描述之裝置及方法製得石墨烯碳顆粒，其中(i)將甲烷前驅體材料(諸如，包含至少50百分比甲烷或在一些情況下至少95或99百分比或更高純度之氣態或液態甲烷的材料)引入至熱區(諸如，電漿)中，且(ii)在熱區中加熱甲烷前驅體以形成石墨烯碳顆粒。此類方法可產生具有上文所描述之特性中之至少一些(在一些情況下所有特性)的石墨烯碳顆粒。
在藉由上文所描述之熱產生法產生石墨烯碳顆粒期間，提供作為可與惰性載氣接觸之饋入材料的含碳前驅體。可在熱區中(例如)由電 漿系統加熱含碳前驅體材料。在某些實施例中，將前驅體材料加熱至3,500℃至20,000℃(諸如，3,600℃至10,000℃)範圍內之溫度。舉例而言，熱區之溫度介於3,700℃至8,000℃(諸如，3,800℃至5,000℃)範圍內。儘管熱區可由電漿系統產生，但應理解，任何其他合適之加熱系統可用於建立熱區，諸如各種類型之爐，包括電加熱管爐及其類似物。
氣態流可與經由至少一個驟冷流注入口注入至電漿腔室中之一或多個驟冷流接觸。驟冷流可冷卻氣態流以促進石墨烯碳顆粒之形成或控制石墨烯碳顆粒之粒徑或形態。在本發明之某些實施例中，在氣態產物流與驟冷流接觸之後，超細顆粒可傳遞通過彙集部件。在石墨烯碳顆粒離開電漿系統之後，其可被收集。任何適合之構件可用於將石墨烯碳顆粒與氣流分離，諸如袋濾器、旋風分離器或基板上之沈積物。
在不受任何理論束縛之情況下，目前認為製造石墨烯碳顆粒之前述方法尤其適合於產生具有相對低厚度及相對高縱橫比結合相對低氧含量之石墨烯碳顆粒，如上文所描述。此外，此類方法目前被認為產生具有實質上彎曲、捲曲、起皺、彎折或等軸形態(在本文中被稱作「3D」形態)之大量石墨烯碳顆粒，而非主要產生具有實質上二維(或平坦)形態之顆粒。此特性被認為反映於上述壓縮密度特性中，且被認為對本發明有益，此係因為目前咸信，當石墨烯碳顆粒之相當大部分具有3D形態時，可促進組合物內之石墨烯碳顆粒之間的「邊緣對邊緣」及「邊緣對面」接觸。此被認為係因為具有3D形態之顆粒與具有二維形態之顆粒相比較不可能在組合物中聚集(歸因於較低凡得瓦爾力)。此外，目前認為即使在具有3D形態之顆粒之間的「面對面」接觸的情況下，由於顆粒可具有一個以上表面平面，因此整個顆粒表面不會以單一「面對面」相互作用的方式與另一單一顆粒嚙合， 而是實情為可參與在其他平面中與其他顆粒之相互作用，包括其他「面對面」相互作用。因此，具有3D形態之石墨烯碳顆粒目前被認為在本組合物中提供最佳導電路徑，且目前被認為適用於獲得本發明之實施例所尋求的電導率特性。
在某些實施例中，可處理石墨烯碳顆粒以便減少或消除雜質。舉例而言，可藉由諸如使用甲苯之索氏萃取或其類似方法的方法處理以熱方式產生之石墨烯碳顆粒以移除任何多環芳族烴(PAH)。
以下實例意欲說明本發明之各種態樣，且並不意欲限制本發明之範疇。
實例
將溶劑級N-甲基-2-吡咯啶酮(Ashland，570.7公克)添加至塑膠容器。當藉由Cowles片(Cowles Blade)攪拌時，分數份添加Kynar HSV 900 PVDF(Arkema，29.3公克)。繼續攪拌，直到PVDF完全溶解為止。藉由將32.79公克PVDF黏合劑溶液與如表1中所列的各種類型及量之含碳添加劑混合來製備多個樣品。將丙烯酸系分散劑用於石墨烯碳顆粒而非直接添加粉末。藉由美國專利申請案第13/309,894號中所揭示之將甲烷用作前驅體材料的熱產生法產生樣品第1至6號中所使用的以熱方式產生之石墨烯碳顆粒。藉由甲苯溶液進一步處理樣品第1至6號之以熱方式產生之石墨烯碳顆粒以萃取任何殘餘低分子量烴污染物。樣品第7至12號中所使用之xGNP-C300石墨烯碳顆粒及樣品第13至18號中所使用之xGNP-C700石墨烯碳顆粒可購自XG Sciences。樣品第19至24號中所使用之Graphene X Technology石墨烯碳顆粒可購自Graphene Technologies。樣品第4至6號、10至12號、16至18號、22至24號及25至27號中所使用之碳黑顆粒為來自Timcal之C-Nergy Super C65顆粒。
將摻合物中之每一者置放於雙非對稱離心混合器中且在2,350 rpm下混合5分鐘。將磷酸鋰鐵(LFP)添加至每一經混合摻合物，且所得組合在雙非對稱離心混合器中在2,350rpm下經受第二次混合歷時5分鐘以產生調配之漿料。電活性鋰化合物係來自Phostech Lithium公司之磷酸鋰鐵Life Power P2批號1110GY195。漿料經調配為含有約35重量百分比的固體部分。固體部分之組分的重量比列於表1中。
針對每一樣品，藉由使用刮漿刀下拉塗覆經調配漿料而在預清洗之鋁箔上製備濕膜。在塗覆漿料之前，藉由丙酮清洗來自Targray之鋁箔合金1085。使用大型自動膜塗佈機(來自MTI公司之MSK-AFA-II)使用可調整刮漿刀以89mm/秒之速率將調配物作為濕膜塗覆於鋁箔上。將此濕膜在烘箱中加熱至120℃之最高溫度歷時至少10分鐘。在冷卻之後，藉由測微器自五個量測值測定以微米為單位之平均乾膜厚度(DFT)，且平均值展示於表1中。自藉由將標準四點探針(來自EDTM公司之R-CheckTM)緊緊按壓於塗層表面上而得出之三個量測值測定薄層電阻(Rs)。平均Rs展示於表1中。圖2至圖5以圖形方式說明列於表1中之各種樣品的薄層電阻。
使乾燥的經塗佈箔通過滾軋壓光機(MTI公司)以達成25%至30%壓縮。在真空乾燥之後，使用鋰金屬作為陽極且使用碳酸伸乙酯、碳酸二乙酯及碳酸二甲酯溶劑中之一莫耳LiPF6作為電解質來組裝每一乾式塗佈箔兩個硬幣型半電池式電池。隨後在電池測試器(Arbin Instruments)上使用4.1伏特至2.5伏特之電位窗在對應於0.2C、1.6C及6.4C充電/放電率之電流下各自對硬幣型電池測試5個循環、隨後在對應於1C率之電流下對硬幣型電池測試24個循環。對於藉由C-Nergy Super C65碳黑製得之乾塗佈箔，將在對應於0.2C、0.4、0.8、1.6C、3.2及6.4C充電/放電率之電流下各自進行5個循環用於更好地擷取容量損耗。自每一C率之前5個循環之平均值計算以每公克磷酸鋰鐵毫安小時為單位之放電容量。「C率」係指在以小時計的等於C率值之倒數的時段內將具有恆定電容之電池芯完全放電所需的電流值。舉例而言，0.2C下之放電容量係指在5個小時內將電池完全放電所需之電流值下以每公克磷酸鋰鐵毫安小時/為單位之乾塗佈膜容量。類似地，1C下之放電容量係指在1小時內將電池完全放電所需之電流值下以每公克磷酸鋰鐵毫安小時為單位之乾塗佈膜容量。
來自給定乾塗佈箔的兩個複製電池芯之較高容量硬幣型半電池之放電容量平均值列於表2中。自在1C下之最初充電-放電循環後的放電 容量及1C下之最末充電-放電循環後的放電容量之商計算容量保持力，且根據以下方程式將其報導為百分比：100 x最初循環容量/最末循環容量。
圖6以圖形方式說明在對應於列於表2中之值之各種充電-放電C率下的容量。
表2及圖6中之資料表明本發明之以熱方式產生之石墨烯碳顆粒提供具有高面積負載量(DFT)之陰極塗層，其在高放電率下具有低容量損耗，而習知導電碳C65在高放電率下遭受嚴重的容量損耗。類似地，在多個循環之後，藉由本發明之以熱方式產生之石墨烯碳顆粒製得的陰極塗層具有較高容量保持力。
出於此實施方式之目的，除非其中明確相反地指定，否則應理解本發明可呈現各種替代性變化形式及步驟順序。此外，除任何操作實例中或另有指示外，說明書及申請專利範圍中用於表達(例如)成分數量之所有數目應理解為在所有情況下藉由術語「約」修飾。因此，除非有相反指示，否則以下說明書及隨附申請專利範圍中所闡述之數值參數為近似值，其可視希望由本發明獲得之性質而變化。最低限度，且不試圖限制等效原則在申請專利範圍範疇上的應用，各數值參數至少應根據所報導之有效數位的數目且藉由應用一般捨入技術來解釋。
儘管闡述本發明之廣泛範疇的數值範圍及參數為近似值，但仍儘可能精確地報導特定實例中所闡述之數值。然而，任何數值均固有地含有必然由其各別測試量測中具有之標準差產生的某些誤差。
另外，應理解本文中所述之任何數值範圍意欲包括其中包含之所有子範圍。舉例而言，「1至10」之範圍意欲包括所述最小值1與所述最大值10之間(且包括最小值1及最大值10)的所有子範圍，亦即最小值等於或大於1且最大值等於或小於10。
在本申請案中，除非另外特定陳述，否則單數之使用包括複數，且複數涵蓋單數。另外，在本申請案中，除非另外特定陳述，否則「或」之使用意謂「及/或」，儘管「及/或」可明確地用於某些情況。
熟習此項技術者將易於瞭解，可對本發明作出修改而不偏離先前描述中所揭示之概念。除非申請專利範圍之語言另有明確陳述，否則此等修改被視為包括於低於申請專利範圍內。因此，本文中詳細描述之特定實施例僅為說明性的，且並不限制本發明之範疇，該範疇由所附申請專利範圍及其任何及所有等效物之全部外延給定。

Claims (16)

  1. 一種鋰離子電池電極塗層材料，其包含：80至99.5重量百分比之含鋰活性材料；10重量百分比或以下之以熱方式產生之石墨烯碳顆粒；及黏合劑，其將該含鋰活性材料及該以熱方式產生之石墨烯碳顆粒連在一起以形成塗層，其中該含鋰活性材料及該以熱方式產生之石墨烯碳顆粒係獨立地分散於該黏合劑中，且該以熱方式產生之石墨烯碳顆粒於該塗層中形成連續之網。
  2. 如請求項1之鋰離子電池電極塗層材料，其中該含鋰活性材料包含87至99重量百分比，且該等以熱方式產生之石墨烯碳顆粒包含1至8重量百分比。
  3. 如請求項1之鋰離子電池電極塗層材料，其中該含鋰活性材料包含磷酸鋰鐵、氧化鋰鈷、鋁酸鋰鎳鈷、錳酸鋰、錳酸鋰鎳鈷或其組合。
  4. 如請求項1之鋰離子電池電極塗層材料，其中該等以熱方式產生之石墨烯碳顆粒具有大於3：1之縱橫比，且產生於具有大於3,500℃之溫度的熱區中。
  5. 如請求項1之鋰離子電池電極塗層材料，其中該等以熱方式產生之石墨烯碳顆粒具有0.3奈米至6奈米之平均厚度。
  6. 如請求項1之鋰離子電池電極塗層材料，其中該等以熱方式產生之石墨烯碳顆粒具有大於70平方公尺/公克之B.E.T.比表面積。
  7. 如請求項1之鋰離子電池電極塗層材料，其中該黏合劑包含選自PVDF、丙烯酸系聚合物或其組合之聚合物。
  8. 如請求項1之鋰離子電池電極塗層材料，其進一步包含分散劑。
  9. 如請求項1之鋰離子電池電極塗層材料，其中該電池電極塗層材 料係提供作為導電基板上之層。
  10. 如請求項9之鋰離子電池電極塗層材料，其中該電池電極塗層材料層具有10微米至500微米之厚度。
  11. 如請求項9之鋰離子電池電極塗層材料，其中該電池電極塗層材料層具有20微米至200微米之厚度。
  12. 如請求項1之鋰離子電池電極塗層材料，其中該電池電極塗層材料具有小於240歐姆/平方之電阻率。
  13. 如請求項1之鋰離子電池電極塗層材料，其中該電池電極塗層材料具有小於100歐姆/平方之電阻率。
  14. 一種鋰離子電池陰極塗層材料，其包含：80至99.5重量百分比之含鋰活性材料；10重量百分比或以下之以熱方式產生之石墨烯碳顆粒；及黏合劑，其將該含鋰活性材料及該以熱方式產生之石墨烯碳顆粒連在一起以形成塗層，其中該含鋰活性材料及該以熱方式產生之石墨烯碳顆粒係獨立地分散於該黏合劑中，且該以熱方式產生之石墨烯碳顆粒於該塗層中形成連續之網，其中該材料具有小於200歐姆/平方之電阻率。
  15. 一種鋰離子電池，其包含：陽極；陰極；該陽極與該陰極之間的分離器；及與該陽極及該陰極接觸之電解質，其中該陰極包含80至99.5重量百分比之含鋰活性材料、10重量百分比或以下之以熱方式產生之石墨烯碳顆粒、及黏合劑之塗層，該黏合劑將該含鋰活性材料及該以熱方式產生之石墨烯碳顆粒連在一起以形成塗層，其中該含鋰活性材料及該以熱方式產生之石墨烯碳顆粒係獨立 地分散於該黏合劑中，且該以熱方式產生之石墨烯碳顆粒於該塗層中形成連續之網。
  16. 如請求項15之鋰離子電池，其中該陰極塗層設置於包含金屬箔之導電基板上。
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