TWI713246B - 鋰離子電池之陽極材料及其製備方法 - Google Patents

鋰離子電池之陽極材料及其製備方法 Download PDF

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Abstract

本發明係有關一種鋰離子電池之陽極材料及其製備方法，藉由在陽極材料中添加鈰離子、氟離子或其組合，形成具有鈰、氟摻雜之鈦鈮氧化物。並以此改善石墨作為陽極所面臨問題(不穩定、安全性差等)，並進一步製備出高安全性、循環壽命良好之鋰離子電池。

Description

鋰離子電池之陽極材料及其製備方法
本發明係有關一種鋰離子電池，尤其是一種鋰離子電池之陽極材料及其製備方法。
近年來，隨著科技的進步，電子產品主要朝向於可攜式及便利性發展，電子產品的功能日趨複雜，但其體積卻日趨小巧的情況下，從而對電池的性能要求也日益提高。
電池依其運作原理可分為物理電池和化學電池。其中化學電池又可分為原電池（一次電池）和蓄電池（二次電池）。原電池使用後不能充電而必須丟棄，常見的如錳乾電池、鹼性乾電池、水銀電池及不可充電的鋰電池等等。蓄電池則使用後可充電而重複多次使用，常見的如鉛蓄電池、鎳鎘電池、鎳氫電池及可充電的鋰電池等等。
因二次電池可重複多次充放電使用，現今已成為可攜帶式電子產品的主要供電來源。其中鋰金屬的原子量小，重量輕，無記憶效應且具有最大的工作電壓及高能量密度。以鋰作為電極可提供較高運作電壓及較高電量。
但直接使用鋰金屬有安全上的顧慮，故多改用鋰離子來傳遞電量。目前於手機、筆記型電腦、隨身聽、錄放影機、電動工具及電動車輛等日常生活用品中均廣泛應用鋰離子電池。
構成鋰離子電池的每種材料皆會對電池的性能產生影響，其中影響較大的主要有三種，即正極(陰極)、負極(陽極)、電解液。其中當正極(陰極)材料的容量提高時，電池的功率密度就會提高；而負極(陽極)材料的容量提高時，電池的功率密度亦會提高，這表明了正極(陰極)、負極(陽極)材料的性能是提高鋰離子電池性能的關鍵所在。
鋰離子電池的負極(陽極)是由負極活性物質碳材料或非碳材料、粘合劑和添加劑混合製成糊狀膠合劑均勻塗抹在銅箔兩側，經乾燥、滾壓而成。負極材料是鋰離子電池儲存鋰的主體，使鋰離子在充放電過程中嵌入與脫出。
負極材料主要分為以下三類：碳材料(石墨類)、金屬氧化物材料以及合金材料。而好的負極材料應該滿足如下要求：比能量高、相對鋰電極的電極電勢低、充放電反應可逆性好、與電解液和粘結劑的兼容性好、比表面積小(＜10m 2/g) 、振實密度高(＞2.0g/cm 3) 、嵌鋰過程中尺寸和機械穩定性好、資源豐富、價格低廉、在空氣中穩定、無毒副作用等。
當前主要使用的負極材料是天然石墨和人造石墨，其中天然石墨主要使用在3C領域，而人造石墨主要使用在動力領域。由石墨來當鋰離子電池之負極(陽極)材料優缺點如下：優點：(1)石墨來源廣泛，儲量豐富；(2)經過改性後振實密度較高；(3)電化學性能較為穩定；(4)實際比容量密度可以與理論比容量相接近。
然而，以石墨作為其負極材料，仍有下列缺點：(1)克容量不足，難以滿足動力電池的實際需求；(2)純度較低，副反應較多；(3)層狀結構穩定性較差，經過長時間充放電迴圈後易坍塌，導致比容量嚴重下降以及儲能壽命大幅度縮短；(4)倍率性能較差，不能進行大電流充放電，因在大電流充電時鋰金屬容易還原於石墨表面而生成鋰枝晶，導致正負極短路而發生安全性問題。
因此，改善傳統石墨負極的上述問題(不穩定、安全性差等)，並進一步製備出高安全性、循環壽命良好之負極(陽極)材料為本領域技術人員所要解決的問題。
本發明之主要目的係提供一種鋰離子電池之陽極材料及其製備方法，藉由在陽極材料中添加含鈰離子化合物、含氟離子化合物或其組合，形成具有鈰、氟摻雜之鈦鈮氧化物。並以此改善傳統石墨作為陽極所面臨問題(不穩定、安全性差等)，並進一步製備出高安全性、循環壽命良好之鋰離子電池。
為了達到上述目的及功效，本發明揭示了一種鋰離子電池之陽極材料，其成分包含：一鈦離子；一鈮離子；以及一鈰離子；其中，該陽極材料之化學式為Ti xCe yNb zO α，其0＜x≦2、0＜y＜0.2、2≦z≦10、6＜α≦29。
且，本發明亦揭示一種鋰離子電池之陽極材料，其成分包含：一鈦離子；一鈮離子；以及一氟離子；其中，該陽極材料之化學式為Ti xNb yO zF α，其0＜x≦2、2≦y≦10、6≦z≦29、0＜α≦0.5。
又，本發明揭示了一種鋰離子電池之陽極材料，其成分包含：一鈦離子；一鈮離子；一鈰離子；以及一氟離子；其中，該陽極材料之化學式為Ti xCe yNb zO αF β，其0＜x≦2、0＜y＜0.2、2≦z≦10、6＜α≦29、0＜β＜0.2。
又，本發明揭示了一種鋰離子電池之陽極材料之製備方法，其步驟包含：取一含鈦化合物、一含鈮化合物、一含鈰離子化合物以及一溶劑於一研磨裝置中，研磨形成一混合漿料；將該混合漿料進行一乾燥處理，形成一前驅粉體；以及將該前驅粉體於800℃~1300℃下進行一煅燒處理，反應形成一陽極材料；其中，該陽極材料之化學式為Ti xCe yNb zO α，其0＜x≦2、0＜y＜0.2、2≦z≦10、6＜α≦29。
又，本發明揭示了一種鋰離子電池之陽極材料之製備方法，其步驟包含：取一含鈦化合物、一含鈮化合物、一含氟離子化合物以及一溶劑於一研磨裝置中，研磨形成一混合漿料；將該混合漿料進行一乾燥處理，形成一前驅粉體；以及將該前驅粉體於800℃~1300℃下進行一煅燒處理，反應形成一陽極材料；其中，該陽極材料之化學式為Ti xNb yO zF α，其0＜x≦2、2≦y≦10、6≦z≦29、0＜α≦0.5。
又，本發明亦揭示了一種鋰離子電池之陽極材料之製備方法，其步驟包含：取一含鈦化合物、一含鈮化合物、一含鈰離子化合物、一含氟離子化合物以及一溶劑於一研磨裝置中，研磨形成一混合漿料；將該混合漿料進行一乾燥處理，形成一前驅粉體；以及將該前驅粉體於800℃~1300℃下進行一煅燒處理，反應形成一陽極材料；其中，該陽極材料之化學式為Ti xCe yNb zO αF β，其0＜x≦2、0＜y＜0.2、2≦z≦10、6＜α≦29、0＜β＜0.2。
又，本發明亦揭示了一種鋰離子電池之陽極材料之製備方法，其步驟包含：取一含鈦化合物、一含鈮化合物及一含鈰離子化合物於一研磨裝置中，研磨形成一混合粉體；以及將該混合粉體於800℃~1300℃下進行一煅燒處理，反應形成一陽極材料；其中，該陽極材料之化學式為Ti xCe yNb zO α，其0＜x≦2、0＜y＜0.2、2≦z≦10、6＜α≦29。
又，本發明亦揭示了一種鋰離子電池之陽極材料之製備方法，其步驟包含：取一含鈦化合物、一含鈮化合物及一含氟離子化合物於一研磨裝置中，研磨形成一混合粉體；以及將該混合粉體於800℃~1300℃下進行一煅燒處理，反應形成一陽極材料；其中，該陽極材料之化學式為Ti xNb yO zF α，其0＜x≦2、2≦y≦10、6≦z≦29、0＜α≦0.5。
又，本發明亦揭示了一種鋰離子電池之陽極材料之製備方法，其步驟包含：取一含鈦化合物、一含鈮化合物、一含鈰離子化合物及一含氟離子化合物於一研磨裝置中，研磨形成一混合粉體；以及將該混合粉體於800℃~1300℃下進行一煅燒處理，反應形成一陽極材料；其中，該陽極材料之化學式為Ti xCe yNb zO αF β，其0＜x≦2、0＜y＜0.2、2≦z≦10、6＜α≦29、0＜β＜0.2。
本發明提供一實施例，其內容在於鋰離子電池之陽極材料之製備方法，其中於取一含鈦化合物之步驟中，該含鈦化合物係選自由一氧化鈦、一硫酸鈦、一四異丙醇鈦、一硫酸氧鈦、一四氟化鈦、一鈦酸丁酯、一四氯化鈦、一三氯化鈦所組成之群組之其中之一或其組合。
本發明提供一實施例，其內容在於鋰離子電池之陽極材料之製備方法，其中於取一含鈦化合物、一含鈮化合物之步驟中，該含鈮化合物係選自由一氧化鈮、一乙醇鈮、一草酸鈮、一五氯化鈮、一草酸鈮銨所組成之群組之其中之一或其組合。
本發明提供一實施例，其內容在於鋰離子電池之陽極材料之製備方法，其中該含鈰離子化合物係選自由一氧化鈰、一氫氧化鈰、一硝酸鈰、一碳酸鈰、一醋酸鈰所組成之群組之其中之一或其組合。
本發明提供一實施例，其內容在於鋰離子電池之陽極材料之製備方法，其中該含氟離子化合物係選自由一氟化氨、一氫氟酸所組成之群組之其中之一或其組合。
為使 貴審查委員對本發明之特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以實施例及配合說明，說明如後：
有鑑於傳統石墨作為陽極會面臨到許多問題。據此，本發明遂提出一種鋰離子電池之陽極材料及其製備方法，以解決習知技術所造成之問題。
以下將進一步說明本發明之一種鋰離子電池之陽極材料及其製備方法其包含之特性、所搭配之結構及方法：
首先，本發明之第一實施例之鋰離子電池之陽極材料，其成分包含：一鈦離子；一鈮離子；以及一鈰離子；其中，該陽極材料之化學式為Ti xCe yNb zO α，其0＜x≦2、0＜y＜0.2、2≦z≦10、6＜α≦29。又本發明之該陽極材料之較佳化學式為Ti 0.99Ce 0.01Nb 2O 7以及Ti 1.99Ce 0.01Nb 10O 29。
並請參閱第1圖，其係為本發明之第一實施例之步驟流程圖。如圖所示，一種鋰離子電池之陽極材料之製備方法，其步驟包含：
S1：取含鈦化合物、含鈮化合物、含鈰離子化合物以及溶劑於研磨裝置中，研磨形成混合漿料；
S2：將混合漿料進行乾燥處理，形成前驅粉體；以及
S3：將前驅粉體於800℃~1300℃下進行煅燒處理，反應形成陽極材料。
本發明之第一實施例之該陽極材料之化學式為Ti xCe yNb zO α，其中0＜x≦2、0＜y＜0.2、2≦z≦10、6＜α≦29。
接續，如步驟S1所示，取一含鈦化合物(一氧化鈦)、一含鈮化合物(一氧化鈮)、一含鈰離子化合物(一氧化鈰)依化學式(Ti 0.99Ce 0.01Nb 2O 7以及Ti 1.99Ce 0.01Nb 10O 29)之比例置入於一研磨裝置(係一行星式球磨機)中，並加入適量之該溶劑(一乙醇或一水)為介質以輔助混合，並由該行星式球磨機研磨混合2-5小時(較佳實施例為3小時)後，形成一混合漿料。
又，除了單獨使用該氧化鈦外，本發明之該含鈦化合物又選自由該氧化鈦、一硫酸鈦、一四異丙醇鈦、一硫酸氧鈦、一四氟化鈦、一鈦酸丁酯、一四氯化鈦、一三氯化鈦所組成之群組之其中之一或其組合。同理，除單獨使用該氧化鈮外，本發明之該含鈮化合物又選自由該氧化鈮、一乙醇鈮、一草酸鈮、一五氯化鈮、一草酸鈮銨所組成之群組之其中之一或其組合。又，除單獨使用該氧化鈰外，本發明之該含鈰離子化合物又選自由該氧化鈰、一氫氧化鈰、一硝酸鈰、一碳酸鈰、一醋酸鈰所組成之群組之其中之一或其組合。
再，如步驟S2所示，將該混合漿料於40℃~90℃下進行一乾燥處理，形成一前驅粉體。最後如步驟S3所示，將該前驅粉體置入一高溫爐中，並以約800℃~1300℃(較佳實施例為1100℃)下進行一煅燒處理(煅燒環境氣體為空氣，時間約9-15小時，較佳實施例為12小時)，反應形成該陽極材料(為Ti 0.99Ce 0.01Nb 2O 7以及Ti 1.99Ce 0.01Nb 10O 29)。
又，除了依照步驟S2~S3的濕式製法外，本發明之鋰離子電池之陽極材料之製備方法可使用乾式製法，其步驟如下：
S1’：取含鈦化合物、含鈮化合物及含鈰離子化合物於研磨裝置中，研磨形成混合粉體；以及
S2’：將混合粉體於800℃~1300℃下進行煅燒處理，反應形成陽極材料；
其該陽極材料之化學式為Ti xCe yNb zO α，其中0＜x≦2、0＜y＜0.2、2≦z≦10、6＜α≦29。
步驟S1’~S2’與步驟S1~S3之使用材料皆相同，差異在於不使用該溶劑，步驟S1’係直接形成一混合粉體，並直接於步驟S2’中進行該煅燒處理，形成該陽極材料。
並請參閱第2A-2B圖以及第3A-3B圖，其係分別為其係為本發明之對照組(為TiNb 2O 7及Ti 2Nb 10O 29)之實驗結果圖以及本發明之第一實施例(為Ti 0.99Ce 0.01Nb 2O 7以及Ti 1.99Ce 0.01Nb 10O 29)之實驗結果圖。為量測該陽極材料之電化學性能，將材料(對照組為TiNb 2O 7及Ti 2Nb 10O 29，本發明之第一實施例為Ti 0.99Ce 0.01Nb 2O 7以及Ti 1.99Ce 0.01Nb 10O 29)、碳黑(super-P)及聚偏二氟乙烯(PVDF)以重量比70:20:10均勻混合，並溶於N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，再將混合均勻之漿料塗佈於銅箔上，並以100℃真空乾燥隔夜。乾燥後，極板經輾壓後沖片為極片後，組裝成CR2032型的鈕扣電池，參考電極為鋰金屬，隔離膜為聚丙烯材質之半透膜，電解液則為1M之LiPF 6(溶於體積比為1: 1的碳酸乙烯酯(EC)及碳酸二甲酯(DMC))。
並將組裝好之鈕扣電池以電壓電流儀進行恆電流充放電測試，以0.1C進行測試時，其結果：如第2A圖所示，對照組TiNb 2O 7其放電容量僅283.2mAh/g，且如第2B圖所示，對照組Ti 2Nb 10O 29其放電容量也僅有246.9mAh/g。然，本發明之第一實施例之實驗結果如第3A圖所示，Ti 0.99Ce 0.01Nb 2O 7其放電容量高達292.5mAh/g，遠比第2A圖之結果(283.2mAh/g)還高。且，如第3B圖所示，Ti 1.99Ce 0.01Nb 10O 29其放電容量則高達274.9mAh/g，遠比第2B圖之結果(246.9mAh/g)還要高出許多。
由上結果可知，本發明之該陽極材料在添加鈰元素後，其放電容量比未添加鈰元素之對照組明顯提高。
又，本發明之第二實施例之鋰離子電池之陽極材料，其成分包含：該鈦離子；該鈮離子；以及一氟離子；其中，該陽極材料之化學式為Ti xNb yO zF α，其0＜x≦2、2≦y≦10、6≦z≦29、0＜α≦0.5。
又本發明之該陽極材料之較佳化學式為TiNb 2O 6.95F 0.1以及Ti 2Nb 10O 28.95F 0.1。
並請參閱第4圖，其係為本發明之第二實施例之步驟流程圖。如圖所示，一種鋰離子電池之陽極材料之製備方法，其步驟包含：
S4：取含鈦化合物、含鈮化合物、含氟離子化合物以及溶劑於研磨裝置中，研磨形成混合漿料；
S5：將混合漿料進行乾燥處理，形成前驅粉體；以及
S6：將前驅粉體於800℃~1300℃下進行煅燒處理，反應形成陽極材料。
本發明之第二實施例之該陽極材料之化學式為Ti xNb yO zF α，其中0＜x≦2、2≦y≦10、6≦z≦29、0＜α≦0.5。
接續，如步驟S4所示，取該含鈦化合物(該氧化鈦)、該含鈮化合物(該氧化鈮)、一含氟離子化合物(一氟化氨)依化學式(TiNb 2O 6.95F 0.1以及Ti 2Nb 10O 28.95F 0.1)之比例置入於該研磨裝置(係該行星式球磨機)中，並加入適量之該溶劑(該乙醇或該水)為介質以輔助混合，並由該行星式球磨機研磨混合2-5小時(較佳實施例為3小時)後，形成該混合漿料。
又，除了單獨使用該氧化鈦外，本發明之該含鈦化合物又選自由該氧化鈦、該硫酸鈦、該四異丙醇鈦、該硫酸氧鈦、該四氟化鈦、該鈦酸丁酯、該四氯化鈦、該三氯化鈦所組成之群組之其中之一或其組合。同理，除單獨使用該氧化鈮外，本發明之該含鈮化合物又選自由該氧化鈮、該乙醇鈮、該草酸鈮、該五氯化鈮、該草酸鈮銨所組成之群組之其中之一或其組合。又，除單獨使用該氟化氨外，本發明之該含氟離子化合物又選自由該氟化氨、一氫氟酸所組成之群組之其中之一或其組合。
再，如步驟S5所示，將該混合漿料於40℃~90℃下進行該乾燥處理，形成該前驅粉體。最後如步驟S6所示，將該前驅粉體置入該高溫爐中，並以約800℃~1300℃(較佳實施例為1100℃)下進行該煅燒處理(煅燒環境氣體為空氣，時間約9-15小時，較佳實施例為12小時)，反應形成該陽極材料(為TiNb 2O 6.95F 0.1以及Ti 2Nb 10O 28.95F 0.1)。
又，除了依照步驟S5~S6的濕式製法外，本發明之鋰離子電池之陽極材料之製備方法可使用乾式製法，其步驟如下：
S3’：取含鈦化合物、含鈮化合物及含氟離子化合物於研磨裝置中，研磨形成混合粉體；以及
S4’：將混合粉體於800℃~1300℃下進行煅燒處理，反應形成陽極材料；
其該陽極材料之化學式為Ti xNb yO zF α，其中0＜x≦2、2≦y≦10、6≦z≦29、0＜α≦0.5。
步驟S3’~S4’與步驟S4~S6之使用材料皆相同，差異在於不使用該溶劑，步驟S3’係直接形成該混合粉體，並直接於步驟S4’中進行該煅燒處理，形成該陽極材料。
接續，為量測該陽極材料之電化學性能，將該材料(對照組為TiNb 2O 7及Ti 2Nb 10O 29，本發明之第二實施例為TiNb 2O 6.95F 0.1以及Ti 2Nb 10O 28.95F 0.1)、碳黑(super-P)及聚偏二氟乙烯(PVDF)以重量比70:20:10均勻混合，並溶於N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，再將混合均勻之漿料塗佈於銅箔上，並以100℃真空乾燥隔夜。乾燥後，極板經輾壓後沖片為極片後，組裝成CR2032型的鈕扣電池，參考電極為鋰金屬，隔離膜為聚丙烯材質之半透膜，電解液則為1M之LiPF 6(溶於體積比為1: 1的碳酸乙烯酯(EC)及碳酸二甲酯(DMC))。組裝好之鈕扣電池以阻抗分析儀進行阻抗分析，得知TiNb 2O 6.95F 0.1之阻抗為53.0 ohm以及Ti 2Nb 10O 28.95F 0.1之阻抗為18.5 ohm。
而對照組TiNb 2O 7之阻抗為73.9 ohm以及Ti 2Nb 10O 29之阻抗為27.8 ohm。故TiNb 2O 6.95F 0.1之阻抗(53.0 ohm)遠低於TiNb 2O 7之阻抗(73.9 ohm)，且Ti 2Nb 10O 28.95F 0.1之阻抗(18.5 ohm)也遠遠低於Ti 2Nb 10O 29之阻抗(27.8 ohm)。
由上結果可知，本發明之第二實施例之該陽極材料(TiNb 2O 6.95F 0.1以及Ti 2Nb 10O 28.95F 0.1)與對照組(TiNb 2O 7及Ti 2Nb 10O 29)相比，其阻抗遠遠低於其對照組。
又，本發明之第三實施例之鋰離子電池之陽極材料，其成分包含：該鈦離子；該鈮離子；該鈰離子；以及該氟離子；其中，該陽極材料之化學式為Ti xCe yNb zO αF β，其0＜x≦2、0＜y＜0.2、2≦z≦10、6＜α≦29、0＜β＜0.5。
又本發明之該陽極材料之較佳化學式為Ti 0.99Ce 0.01Nb 2O 6.95F 0.1以及Ti 1.99Ce 0.01Nb 10O 28.95F 0.1。
並請參閱第5圖，其係為本發明之第三實施例之步驟流程圖。如圖所示，一種鋰離子電池之陽極材料之製備方法，其步驟包含：
S7：取含鈦化合物、含鈮化合物、含鈰離子化合物、含氟離子化合物以及溶劑於研磨裝置中，研磨形成混合漿料；
S8：將混合漿料進行乾燥處理，形成前驅粉體；以及
S9：將前驅粉體於800℃~1300℃下進行煅燒處理，反應形成陽極材料。
本發明之第三實施例之該陽極材料之化學式為Ti xCe yNb zO αF β，其中0＜x≦2、0＜y＜0.2、2≦z≦10、6＜α≦29、0＜β＜0.5。
接續，如步驟S7所示，取該含鈦化合物(該氧化鈦)、該含鈮化合物(該氧化鈮)、該含鈰離子化合物(該氧化鈰)以及該含氟離子化合物(該氟化氨)依化學式(Ti 0.99Ce 0.01Nb 2O 6.95F 0.1以及Ti 1.99Ce 0.01Nb 10O 28.95F 0.1)之比例置入於該研磨裝置(係該行星式球磨機)中，並加入適量之該溶劑(該乙醇或該水)為介質以輔助混合，並由該行星式球磨機研磨混合2-5小時(較佳實施例為3小時)後，形成該混合漿料。
又，除單獨使用該氧化鈦外，本發明之該含鈦化合物又選自由該氧化鈦、該硫酸鈦、該四異丙醇鈦、該硫酸氧鈦、該四氟化鈦、該鈦酸丁酯、該四氯化鈦、該三氯化鈦所組成之群組之其中之一或其組合。同理，除單獨使用該氧化鈮外，本發明之該含鈮化合物又選自由該氧化鈮、該乙醇鈮、該草酸鈮、該五氯化鈮、該草酸鈮銨所組成之群組之其中之一或其組合。
且，除單獨使用該氧化鈰外，本發明之該含鈰離子化合物又選自由該氧化鈰、該氫氧化鈰、該硝酸鈰、該碳酸鈰、該醋酸鈰所組成之群組之其中之一或其組合。又，除單獨使用該氟化氨外，本發明之該含氟離子化合物又選自由該氟化氨、該氫氟酸所組成之群組之其中之一或其組合。
再，如步驟S8所示，將該混合漿料於40℃~90℃下進行該乾燥處理，形成該前驅粉體。最後如步驟S9所示，將該前驅粉體置入該高溫爐中，並以約800℃~1300℃(較佳實施例為1100℃)下進行該煅燒處理(煅燒環境氣體為空氣，時間約9-15小時，較佳實施例為12小時)，反應形成陽極材料(為Ti 0.99Ce 0.01Nb 2O 6.95F 0.1以及Ti 1.99Ce 0.01Nb 10O 28.95F 0.1)。
又，除了依照步驟S8~S9的濕式製法外，本發明之鋰離子電池之陽極材料之製備方法可使用乾式製法，其步驟如下：
S5’：取含鈦化合物、含鈮化合物、含鈰離子化合物及含氟離子化合物於研磨裝置中，研磨形成混合粉體；以及
S6’：將混合粉體於800℃~1300℃下進行煅燒處理，反應形成陽極材料；
其該陽極材料之化學式為Ti xCe yNb zO αF β，其中0＜x≦2、0＜y＜0.2、2≦z≦10、6＜α≦29、0＜β＜0.2。
步驟S5’~S6’與步驟S7~S9之使用材料皆相同，差異在於不使用該溶劑，步驟S5’係直接形成該混合粉體，並直接於步驟S6’中進行該煅燒處理，形成該陽極材料。
並請參閱第2B圖以及第6圖，其係分別為其係為本發明之對照組(Ti 2Nb 10O 29)之實驗結果圖以及本發明之第三實施例(為Ti 1.99Ce 0.01Nb 10O 28.95F 0.1)之實驗結果圖。為量測該陽極材料之電化學性能，將材料(對照組為Ti 2Nb 10O 29，本發明之第三實施例為Ti 1.99Ce 0.01Nb 10O 28.95F 0.1)、碳黑(super-P)及聚偏二氟乙烯(PVDF)以重量比70:20:10均勻混合，並溶於N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，再將混合均勻之漿料塗佈於銅箔上，並以100℃真空乾燥隔夜。乾燥後，極板經輾壓後沖片為極片後，組裝成CR2032型的鈕扣電池，參考電極為鋰金屬，隔離膜為聚丙烯材質之半透膜，電解液則為1M之LiPF 6(溶於體積比為1: 1的碳酸乙烯酯(EC)及碳酸二甲酯(DMC))。
並將組裝好之鈕扣電池以電壓電流儀進行恆電流充放電測試，以0.1C進行測試時，其結果：如第2B圖所示，對照組Ti 2Nb 10O 29其放電容量僅有246.9mAh/g。然，本發明之第三實施例之實驗結果如第6圖所示，Ti 1.99Ce 0.01Nb 10O 28.95F 0.1其放電容量高達272.6mAh/g，遠比第2B圖之結果(246.9mAh/g)還要高出許多。
由上結果可知，本發明之該陽極材料在添加鈰元素後，再進一步添加氟元素，其放電容量比未添加鈰、氟元素之對照組明顯提高。
又，為量測該陽極材料(Ti 0.99Ce 0.01Nb 2O 6.95F 0.1)之電化學性能，將該材料(對照組為TiNb 2O 7，本發明之第三實施例為Ti 0.99Ce 0.01Nb 2O 6.95F 0.1)、碳黑(super-P)及聚偏二氟乙烯(PVDF)以重量比70:20:10均勻混合，並溶於N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，再將混合均勻之漿料塗佈於銅箔上，並以100℃真空乾燥隔夜。乾燥後，極板經輾壓後沖片為極片後，組裝成CR2032型的鈕扣電池，參考電極為鋰金屬，隔離膜為聚丙烯材質之半透膜，電解液則為1M之LiPF 6(溶於體積比為1: 1的碳酸乙烯酯(EC)及碳酸二甲酯(DMC))。組裝好之鈕扣電池以電壓電流儀進行恆電流充放電測試，以0.1C進行測試時，經過10圈充放電循環後，本發明之第三實施例之該陽極材料(Ti 0.99Ce 0.01Nb 2O 6.95F 0.1)保持有首圈充電電容量之95.1％。而對照組(TiNb 2O 7)則僅保持有首圈充電電容量之76.4％。由結果顯示，本發明之第三實施例之該陽極材料(Ti 0.99Ce 0.01Nb 2O 6.95F 0.1)與對照組(TiNb 2O 7)相比，該陽極材料(Ti 0.99Ce 0.01Nb 2O 6.95F 0.1)擁有更高充電容量保持率。
故本發明實為一具有新穎性、進步性及可供產業上利用者，應符合我國專利法專利申請要件無疑，爰依法提出發明專利申請，祈鈞局早日賜准專利，至感為禱。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。
S1~S9:步驟流程
第1圖：其係為本發明之第一實施例之步驟流程圖；
第2A-2B圖：其係為本發明之對照組之實驗結果圖；
第3A-3B圖：其係為本發明之第一實施例之實驗結果圖；
第4圖：其係為本發明之第二實施例之步驟流程圖；
第5圖：其係為本發明之第三實施例之步驟流程圖；以及
第6圖：其係為本發明之第三實施例之實驗結果圖。
S1~S3:步驟流程

Claims (13)

  1. 一種鋰離子電池之陽極材料，其成分包含：一鈦離子；一鈮離子；以及一鈰離子；其中，該陽極材料之化學式為TixCeyNbzOα，其0<x≦2、0<y<0.2、2≦z≦10、6<α≦29。
  2. 一種鋰離子電池之陽極材料，其成分包含：一鈦離子；一鈮離子；以及一氟離子；其中，該陽極材料之化學式為TixNbyOzFα，其0<x≦2、2≦y≦10、6≦z≦29、0<α≦0.5。
  3. 一種鋰離子電池之陽極材料，其成分包含：一鈦離子；一鈮離子；一鈰離子；以及一氟離子；其中，該陽極材料之化學式為TixCeyNbzOαFβ，其0<x≦2、0<y<0.2、2≦z≦10、6<α≦29、0<β<0.2。
  4. 一種鋰離子電池之陽極材料之製備方法，其步驟包含：取一含鈦化合物、一含鈮化合物、一含鈰離子化合物以及一溶劑於一研磨裝置中，研磨形成一混合漿料；將該混合漿料進行一乾燥處理，形成一前驅粉體；以及將該前驅粉體於800℃~1300℃下進行一煅燒處理，反應形成一陽極材料； 其中，該陽極材料之化學式為TixCeyNbzOα，其0<x≦2、0<y<0.2、2≦z≦10、6<α≦29。
  5. 一種鋰離子電池之陽極材料之製備方法，其步驟包含：取一含鈦化合物、一含鈮化合物、一含氟離子化合物以及一溶劑於一研磨裝置中，研磨形成一混合漿料；將該混合漿料進行一乾燥處理，形成一前驅粉體；以及將該前驅粉體於800℃~1300℃下進行一煅燒處理，反應形成一陽極材料；其中，該陽極材料之化學式為TixNbyOzFα，其0<x≦2、2≦y≦10、6≦z≦29、0<α≦0.5。
  6. 一種鋰離子電池之陽極材料之製備方法，其步驟包含：取一含鈦化合物、一含鈮化合物、一含鈰離子化合物、一含氟離子化合物以及一溶劑於一研磨裝置中，研磨形成一混合漿料；將該混合漿料進行一乾燥處理，形成一前驅粉體；以及將該前驅粉體於800℃~1300℃下進行一煅燒處理，反應形成一陽極材料；其中，該陽極材料之化學式為TixCeyNbzOαFβ，其0<x≦2、0<y<0.2、2≦z≦10、6<α≦29、0<β<0.2。
  7. 一種鋰離子電池之陽極材料之製備方法，其步驟包含：取一含鈦化合物、一含鈮化合物及一含鈰離子化合物於一研磨裝置中，研磨形成一混合粉體；以及將該混合粉體於800℃~1300℃下進行一煅燒處理，反應形成一陽極材料；其中，該陽極材料之化學式為TixCeyNbzOα，其0<x≦2、0<y<0.2、2≦z≦10、6<α≦29。
  8. 一種鋰離子電池之陽極材料之製備方法，其步驟包含： 取一含鈦化合物、一含鈮化合物及一含氟離子化合物於一研磨裝置中，研磨形成一混合粉體；以及將該混合粉體於800℃~1300℃下進行一煅燒處理，反應形成一陽極材料；其中，該陽極材料之化學式為TixNbyOzFα，其0<x≦2、2≦y≦10、6≦z≦29、0<α≦0.5。
  9. 一種鋰離子電池之陽極材料之製備方法，其步驟包含：取一含鈦化合物、一含鈮化合物、一含鈰離子化合物及一含氟離子化合物於一研磨裝置中，研磨形成一混合粉體；以及將該混合粉體於800℃~1300℃下進行一煅燒處理，反應形成一陽極材料；其中，該陽極材料之化學式為TixCeyNbzOαFβ，其0<x≦2、0<y<0.2、2≦z≦10、6<α≦29、0<β<0.2。
  10. 如申請專利範圍第4或5或6或7或8或9項所述之鋰離子電池之陽極材料之製備方法，其中於取一含鈦化合物之步驟中，該含鈦化合物係選自由一氧化鈦、一硫酸鈦、一四異丙醇鈦、一硫酸氧鈦、一四氟化鈦、一鈦酸丁酯、一四氯化鈦、一三氯化鈦所組成之群組之其中之一或其組合。
  11. 如申請專利範圍第4或5或6或7或8或9項所述之鋰離子電池之陽極材料之製備方法，其中於取一含鈦化合物、一含鈮化合物之步驟中，該含鈮化合物係選自由一氧化鈮、一乙醇鈮、一草酸鈮、一五氯化鈮、一草酸鈮銨所組成之群組之其中之一或其組合。
  12. 如申請專利範圍第4或6或7或9項所述之鋰離子電池之陽極材料之製備方法，其中該含鈰離子化合物係選自由一氧化鈰、一氫氧化鈰、一硝酸鈰、一碳酸鈰、一醋酸鈰所組成之群組之其中之一或其組合。
  13. 如申請專利範圍第5或6或8或9項所述之鋰離子電池之陽極材料之製備方法，其中該含氟離子化合物係選自由一氟化氨、一氫氟酸所組成之群組之其中之一或其組合。
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