TWI759002B - 正極材料、正極及包含其之電池 - Google Patents

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Abstract

本揭露提供一正極材料、包含其之正極及電池。本揭露所述正極材料可包含一活性粒子，以及一修飾層，其中該修飾層披覆於該活性粒子表面或周圍。根據本揭露實施例，該修飾層可為一組合物的反應產物，其中該組合物可包含：陶瓷導體化合物、有機導電化合物、以及耦合劑。根據本揭露實施例，該陶瓷導體化合物之重量為50至84重量份、該有機導電化合物之重量為16至50重量份、以及該陶瓷導體化合物與該有機導電化合物的總重為100重量份。根據本揭露實施例，該耦合劑添加量為0.05wt%至10wt%，以該陶瓷導體化合物與該有機導電化合物的總重為基準。

Description

正極材料、正極及包含其之電池
本揭露關於一種正極材料、正極及包含其之電池。
現行液態鋰離子電池之重量能量密度偏低，循環壽命有限，導致單位蓄電成本居高不下。為了進一步提高下游應用產品安全性，採用全固態電解質取代傳統液態電解液的全固態電池成為業界積極推動的發展方向。
全固態電池的發展存在電極與固態電解質之間阻抗高的問題，由於無機陶瓷導體具有高離子傳導性，以無機陶瓷導體材料改質鋰金屬氧化物被視為解決方案之一，但無機陶瓷導體材料與鋰金屬氧化物之間容易發生裂痕，導致降低循環性能與倍率放電能力。
因此，業界目前仍需發展新的電池電極材料及組配設計以解決習知技術所遭遇到的問題，並延長電池壽命以及提升電池性能。
根據本揭露實施例，本揭露提供一種正極材料，用於形成一電池的正極，例如鋰離子電池的正極。該正極材料可包含一活性粒子，以及一修飾層，披覆或包覆該活性粒子。根據本揭露實施例，該修飾層可為一組合物的反應產物，其中該組合物可包含：陶瓷導體化合物、有機導電化合物、以及耦合劑。根據本揭露實施例，該陶瓷導體化合物之重量為50至84重量份、該有機導電化合物之重量為16至50重量份、以及該陶瓷導體化合物與該有機導電化合物的總重為100重量份。根據本揭露實施例，該耦合劑添加量為0.05wt%至10wt%，以該陶瓷導體化合物與該有機導電化合物的總重為基準。
根據本揭露某些實施例，本揭露提供一種正極，例如鋰離子電池的正極。該正極可包含一正極集電層，以及一正極活性層，其中該正極活性層可配置於該正極集電層之上。該正極活性層包含本揭露所述正極材料、一導電添加劑、及一黏著劑。
根據本揭露某些實施例，本揭露提供一種電池，例如鋰離子電池。該電池可包含本揭露所述正極、一隔離膜以及一負極，其中該負極藉由該隔離膜與該正極相隔。
以下針對本揭露所述正極材料、正極及包含其之電池作詳細說明。應了解的是，以下之敘述提供許多不同的實施例或例子，用以實施本發明之不同樣態。以下所述特定的元件及排列方式僅為簡單描述本發明。當然，這些僅用以舉例而非本發明之限定。此外，在不同實施例中可能使用重複的標號或標示。這些重複僅為了簡單清楚地敘述本發明，不代表所討論之不同實施例及/或結構之間具有任何關連性。
本揭露提供一種正極材料，用於形成一電池的正極，例如鋰離子電池的正極。本揭露所述正極材料包含一活性粒子，以及一修飾層披覆該活性粒子。該修飾層係一有機/無機複合材料，其中該有機/無機複合材料係藉由有機導電化合物透過耦合劑與陶瓷導體化合物結合所形成。在一些實施例中，該修飾層包覆該活性粒子。與僅由無機材料所組成的修飾層之正極材料相比，本揭露所述正極材料可藉由該修飾層的組成成分設計(由有機/無機複合材料所構成)降低修飾層脆裂現象的發生。此外，該由有機/無機複合材料所構成之修飾層可在活性粒子表面形成穩定的固態電解質介面(solid-electrolyte interphase，SEI)，使得該正極材料兼具導離子與導電子之雙重功效，提供低界面阻抗與優異的倍率放電性能；另外，亦可改善高鎳活性粒子放熱量高的情形，進一步提升鋰離子電池在使用上的安全性。
本揭露所述正極材料可進一步與一導電添加劑、及一黏著劑分散於一溶劑中，形成一正極漿料。該正極漿料可塗佈於一正極集電層上，並在烘烤後形成一正極。本揭露所述之正極係適合作為電池(例如鋰離子電池)之正極。包含本揭露所述正極的鋰離子電池，尤其是鋰離子二次電池或鋰高分子類固態電池，除了有較高的安全性與較佳的大電流放電(C-Rate)能力外，同時兼具優異的循環壽命(Cycle Life)。
根據本揭露實施例，本揭露提供一種正極材料，用於形成一電池的正極，例如鋰離子電池的正極。請參照第1圖，該正極材料10可包含一活性粒子12，以及一修飾層14，披覆或包覆該活性粒子12。根據本揭露實施例，該修飾層可為一組合物的反應產物。根據本揭露實施例，該組合物可包含：陶瓷導體化合物、有機導電化合物、以及耦合劑。根據本揭露實施例，該陶瓷導體化合物之重量可為50至84重量份(例如55重量份、60重量份、65重量份、70重量份、75重量份、或80重量份)、該有機導電化合物之重量可為16至50重量份(例如20重量份、25重量份、30重量份、35重量份、40重量份或45重量份)、以及該陶瓷導體化合物與該有機導電化合物的總重為100重量份。根據本揭露實施例，該耦合劑添加量可為0.05wt%至10wt%(例如0.1 wt%、0.2 wt%、0.5 wt%、1wt%、2wt%、3wt%、4wt%、5wt%、6wt%、7wt%、8wt%、或9wt%)，以該陶瓷導體化合物與該有機導電化合物的總重為基準。
根據本揭露實施例，在該修飾層中，該陶瓷導體化合物與該有機導電化合物(或由該有機導電化合物所衍生的化合物)的重量比取決於該組合物中陶瓷導體化合物與該有機導電化合物的重量比。根據本揭露實施例，該陶瓷導體化合物與該有機導電化合物(或由該有機導電化合物所衍生的化合物)的重量比為約5:1至3:2，例如約4:1、約3:1、或2:1。若在該修飾層中陶瓷導體化合物的重量比過高，則會造成電池性能劣化(例如電容量損失、重量能量密度下降)。若在該修飾層中陶瓷導體化合物的重量比過低，則會使得離子傳遞困難影響電池性能。
根據本揭露實施例，在該組合物中添加有機導電化合物，可使得有機導電化合物的網絡結構透過耦合劑包覆陶瓷導體化合物，降低修飾層脆裂現象的發生，如此一來可避免陶瓷導體化合物由該活性粒子上脫落。此外，該由有機/無機複合材料所構成之修飾層可在活性粒子表面形成穩定的固態電解質介面(solid-electrolyte interphase，SEI)，使得該正極材料兼具導離子與導電子之雙重功效，提供低界面阻抗與優異的倍率放電性能；另外，亦可改善高鎳活性粒子放熱量高的情形，進一步提升鋰離子電池在使用上的安全性。
根據本揭露實施例，該陶瓷導體化合物可為摻雜或未摻雜的含鈦之磷酸鹽，其中該含鈦之磷酸鹽具有式(I)之結構： Lix My Tiz (PO4 )t 式(I) ，其中M可為Al、Fe或Cr，且0.1≤x≤3，0.1≤y≤3，1≤z≤3，以及1≤t≤3。舉例來說x可為0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、1.5、2、2.5、或3；y可為0.4、0.8、1、1.2、1.4、1.5、1.6、1.7、2、2.5、或3；z可為1、1.2、1.4、1.5、1.6、1.7、2、2.5、或3；以及，t可為1、1.2、1.4、1.5、1.6、1.7、2、2.5、或3。舉例來說，M係Al，x為2、y為1、z為1、t為3。根據本揭露實施例，M係Fe，x為1.5、y為0.5、z為1.2、t為2.9。根據本揭露實施例，M係Cr，x為2、y為1.2、z為2、t為3。
根據本揭露實施例，當該陶瓷導體化合物係摻雜的含鈦之磷酸鹽以及M係Al或Fe時，該摻雜的元素可為Cr、Zr、Sn、Ge、S、或上述之組合。根據本揭露實施例，當該陶瓷導體化合物係摻雜的含鈦之磷酸鹽以及M係Cr時，該摻雜的元素係Zr、Sn、Ge、S、或上述之組合。根據本揭露實施例，該摻雜元素的量可為1x10-9 atom%至1 atom%，上述原子百分比係以該含鈦之磷酸鹽的總原子數為基準。例如M係Al，摻雜元素為Cr及S，其中Cr含量為0.0024 atom%、以及S含量為0.005 atom%。
根據本揭露實施例，該含鈦之磷酸鹽可為含鋰鈦之磷酸鹽，例如為磷酸鋰鋁鈦氧化物、磷酸鋰鐵鈦氧化物、 或磷酸鋰鉻鈦氧化物。根據本揭露實施例，該含鋰鈦之磷酸鹽可為摻雜的磷酸鋰鋁鈦氧化物或摻雜的磷酸鋰鐵鈦氧化物， 其中該摻雜的元素可為Cr、Zr、Sn、Ge、S、或上述之組合。根據本揭露實施例，該含鋰鈦之磷酸鹽可為摻雜的磷酸鋰鉻鈦氧化物， 其中該摻雜的元素可為Zr、Sn、Ge、S、或上述之組合。
根據本揭露實施例，該有機導電化合物可為具有苯胺基團(aniline moiety)、吡咯基團(pyrrole moiety)、馬來醯亞胺基團(maleimide moiety)、或醯亞胺基團(imide moiety)之化合物。
根據本揭露實施例，本揭露所述有機導電化合物可為聚合物，例如聚苯胺(polyaniline)、聚乙炔(polyacetylene)、聚苯乙炔(polyphenylvinylene)、聚對苯(poly-p-phenylene)、聚吡咯(polypyrrole)、聚噻吩(polythiophene)、聚醯亞胺(polyimide)、或上述之組合。該聚合物的重量平均分子量可為約10,000至1,000,000，例如約30,000至1,000,000、30,000至900,000、50,000至800,000、80,000至750,000、或100,000至600,000。該聚合物的聚合物分散性指數(PDI)可為約1.3至3.0，例如1.5、1.7、1.9、2.1、2.3、2.5、2.7、或2.9。
根據本揭露實施例，該有機導電化合物可為馬來醯亞胺化合物，其中該馬來醯亞胺化合物可為馬來醯亞胺、雙馬來醯亞胺、或上述之組合。
根據本揭露實施例，該馬來醯亞胺具有式(II)或式(III)所示之結構
Figure 02_image001
Figure 02_image003
式(II)             式(III) ，其中Ra 可為氫、C1-8 烷基、-RNH2 、-C(O)CH3 、-CH2 OCH3 、-CH2 S(O)CH3 、-C6 H5 、-CH2 (C6 H5 )CH3 、或矽烷取代的芳香基；Y可為-H、C1-8 烷基、-S(O)-Rc 、-CONH2 、-C(CF3 )3 等；Rb 可各自獨立為-H、-F、-Cl、-Br、-HSO3 、-SO2 、或C1-8 烷基；R可為C1-8 烷撐基；以及，Rc 可為C1-8 烷基。
根據本揭露實施例，C1-8 烷基可為直鏈或分支(linear or branched)鏈的烷基。舉例來說，C1-8 烷基可為甲基(methyl)、乙基(ethyl)、丙基(propyl)、丁基(butyl)、戊基(pentyl)、己基(hexyl)、庚基(heptyl)、辛基(octyl)、或其異構體(isomer)。根據本揭露實施例，1-8 烷撐基可為直鏈或分支(linear or branched)鏈的烷撐基。舉例來說，C1-8 烷撐基(alkylene)可為甲撐基(methylene)、乙撐基(ethylene)、丙撐基(propylene)、丁撐基(butylene)、戊撐基(pentylene)、己撐基(hexylene)、庚撐基(heptylene)、辛撐基(octylene)或其異構體(isomer)。
根據本揭露實施例，該馬來醯亞胺可為馬來醯亞胺-苯基代甲烷(maleimide-phenylmethane)、苯基馬來醯亞胺(phenyl-maleimide)、甲苯基馬來醯亞胺(methylphenyl maleimide)、二甲基苯基馬來醯亞胺(dimethylphenyl-maleimide)、乙烯基馬來醯亞胺(ethylenemaleimide)、硫化馬來醯亞胺(thio-maleimid)、馬來醯亞胺酮(ketone-maleimid)、亞甲基馬來醯亞胺(methylene- maleinimid)、馬來醯亞胺甲醚(maleinimidomethylether)、馬來醯亞胺基-乙二醇(maleimido- ethandiol)、4-苯醚-馬來醯亞胺(4-phenylether-maleimid)、4-馬來醯亞胺-苯碸(4, maleimido-phenylsulfone)、或上述之組合。
根據本揭露實施例，該雙馬來醯亞胺具有式(IV)或式(V)所示之結構
Figure 02_image005
Figure 02_image007
式(IV)            式(V) ，其中Rd 可為C1-8 烷撐基、-RNHR-、-C(O)CH2 -、-CH2 OCH2 -、-C(O)- 、-O-、-O-O-、-S-、-S-S-、-S(O)- 、-CH2 S(O)CH2 -、-(O)S(O)- 、-C6 H5 -、-CH2 (C6 H5 )CH2 -、-CH2 (C6 H5 )(O)- 、伸苯基、伸聯苯基、取代的伸苯基或取代的伸聯苯基；Re 可為C1-8 烷撐基、-C(O)-、-C(CH3 )2 -、-O-、-O-O-、-S-、-S-S-、-(O)S(O)-、或-S(O)-；以及，R可為C1-8 烷撐基。
根據本揭露實施例，該雙馬來醯亞胺可為N,N’-雙馬來醯亞胺-4,4’-二苯基代甲烷(N,N’-bismaleimide-4,4’-diphenylmethane)、1,1’-(亞甲基雙-4,1-亞苯基)雙馬來醯亞胺[1,1’-(methylenedi-4,1-phenylene)bismaleimide]、N,N’-(1,1’-二苯基-4,4’-二亞甲基)雙馬來醯亞胺[N,N’-(1,1’-biphenyl-4,4’-diyl) bismaleimide]、N,N’-(4-甲基-1,3-亞苯基)雙馬來醯亞胺[N,N’-(4-methyl-1,3-phenylene)bismaleimide]、1,1’-(3,3’-二甲基-1,1’-二苯基-4,4’-二亞甲基)雙馬來醯亞胺[1,1’-(3,3’dimethyl-1,1’-biphenyl-4,4’-diyl)bismaleimide]、N,N’-乙烯基二馬來醯亞胺(N,N’-ethylenedimaleimide)、N,N’-(1,2-亞苯基)二馬來醯亞胺[N,N’-(1,2-phenylene)dimaleimide]、N,N’-(1,3-亞苯基)二馬來醯亞胺(N,N’-(1,3- phenylene)dimaleimide)、N,N’-雙馬來醯亞胺硫(N,N’-thiodimaleimid)、N,N’-雙馬來醯亞胺二硫(N,N’-dithiodimaleimid)、N,N’-雙馬來醯亞胺酮(N,N’-ketonedimaleimid)、N,N’-亞甲基雙馬來醯亞胺(N,N’-methylene-bis-maleinimid)、雙馬來醯亞胺甲-醚(bis-maleinimidomethyl-ether)、1,2-雙馬來醯亞胺基-1,2-乙二醇(1,2-bis-(maleimido)-1,2-ethandiol)、N,N’-4,4’-二苯醚-雙馬來醯亞胺(N,N’-4,4’-diphenylether-bis-maleimid)、4, 4’-雙馬來醯亞胺-二苯碸(4, 4’-bis(maleimido)-diphenylsulfone)、或上述之組合。
根據本揭露實施例，該耦合劑包含至少一種具有式(VI)所示結構之化合物
Figure 02_image009
式(VI) ，其中R1 至R4 各自獨立為-OH、-OCn H2n+1 、-Cn H2n NH2 、-Cn H2n SH、-Cn H2n NCO、-Cn H2n NHCONH2 、或 -Cn H2n OCOCHCHR5 ，且R1 至R4 至少一者為-Cn H2n NH2 、-Cn H2n SH、-Cn H2n NCO、-Cn H2n NHCONH2 、或 -Cn H2n OCOCHCHR5 ；n各自獨立為1-5之整數；以及，R5 各自獨立為氫或甲基。
根據本揭露實施例，該耦合劑可具有式(VI)所示結構之化合物，且該耦合劑可例如為3-甲基丙烯醯氧基三甲氧基矽烷(3-methacryloxypropyl trimethoxysilane)、3-甲基丙烯醯氧基三乙氧基矽烷(3-methacryloxypropyl triethoxysilane)、3-胺丙基三甲氧基矽烷(3-aminopropyltrimethoxysilane)、3-胺丙基三乙氧基矽烷(3-aminopropyltriethoxysilane，ATPES)、3-硫丙基三甲氧基矽烷(3-mercaptopropyltrimethoxysilane，MPTMS)、3-硫丙基三乙氧基矽烷(3-mercaptopropyltriethoxysilane)、3-丙烯酸丙基三甲氧基矽烷(3-acryloxypropyl trimethoxysilane)、3-丙烯酸丙基三乙氧基矽烷(3-acryloxypropyl triethoxysilane)、3-脲基丙基三乙氧基矽烷(3-Ureidopropyltriethoxysilane)、3-異氰酸丙基三乙氧基矽烷(3-Isocyanatepropyltriethoxysilane)、或上述之組合。
根據本揭露實施例，該活性粒子可為鋰金屬氧化物。舉例來說，該鋰金屬氧化物可為鋰鎳鈷鋁氧化物(lithium nickel cobalt aluminum oxide，NCA)、鋰鎳鈷錳氧化物(lithium nickel cobalt manganese oxide，LNCM)、鋰鈷氧化物(lithium cobalt oxide)、鋰錳氧化物(lithium  manganese oxide)、鋰鎳氧化物(lithium nickel oxide)、或上述之組合。
根據本揭露實施例，該活性粒子之粒徑可介於1μm至20μm之間。若活性粒子之尺寸過小，則不易分散。若活性粒子之尺寸過大，則離子導電度不佳。
根據本揭露實施例，該修飾層佔該正極材料總重的0.1wt%至10wt%。換言之，該修飾層之重量與該正極材料總重之比值為約0.001至0.1，例如約0.002、0.005、0.01、0.02、0.05、或0.08。
根據本揭露實施例，該修飾層包含該有機導電化合物，且該有機導電化合物即具有網絡(network)結構。該耦合劑可使該有機導電化合物與陶瓷導體形成有效的化學鏈結。
根據本揭露實施例，該正極材料的製備方式可包含以下步驟。首先，將有機導電化合物與耦合劑分散或溶於一溶劑中，得到一第一溶液。該溶劑可例如為N-甲基吡咯烷酮(NMP)、N, N-二甲基甲醯胺(DMF)、N, N-二甲基乙醯胺(DMAc)、吡咯烷酮(pyrrolidone)、N-月桂基吡咯烷酮(N-dodecylpyrrolidone)、γ-丁酸內酯(γ- butyrolactone)、或上述之組合。該第一溶液的固含量可例如為1wt%至20 wt%，以該第一溶液的總重為基準。接著，將該第一溶液在25℃至90℃下攪拌10至120分鐘後，將陶瓷導體化合物加入該溶液中，得到一混合物。在此，該陶瓷導體化合物與該有機導電化合物的重量比為約5:1至3:2，以及該耦合劑的添加量為0.05wt%至10wt%(以該陶瓷導體化合物與該有機導電化合物的總重為基準)。接著，將上述混合物加熱至50℃至100℃並反應60分鐘至240分鐘，得到一第二溶液。接著，將該第二溶液與活性粒子進行混合，並在50℃至100℃下攪拌60分鐘至240分鐘。接著，將所得產物在90℃至150℃下烘乾30分鐘至360分鐘，得到本揭露所述之正極材料。
根據本揭露實施例，本揭露亦提供一種用於電池(例如鋰離子電池)的正極。根據本揭露實施例，請參照第2圖，該正極20包含一正極集電層22，以及一正極活性層24，配置於該正極集電層22之上。根據本揭露實施例，該正極活性層24包含上述正極材料、一導電添加劑、及一黏著劑。
根據本揭露實施例，本揭露所述用於電池(例如鋰離子電池)的正極20可由該正極集電層22以及該正極活性層24所組成。
根據本揭露實施例，在該正極活性層24中，該正極材料可具有一重量百分比為約96wt%至99.8wt%(例如約96.5wt%、97wt%、97.5wt%、98wt%、98.5wt%、99wt%、或99.5wt%)、該導電添加劑可具有一重量百分比為約0.1wt%至2wt%(例如約0.2wt%、0.4wt%、0.6wt%、0.8wt%、1.0wt%、1.2wt%、1.4wt%、1.6wt%、或1.8wt%)、以及該黏著劑可具有一重量百分比為約0.1wt%至2wt%(例如約0.2wt%、0.4wt%、0.6wt%、0.8wt%、1.0wt%、1.2wt%、1.4wt%、1.6wt%、或1.8wt%)，以該正極材料、該導電添加劑、及該黏著劑之總重為基準。若導電添加劑之比例過低，則電池充放電性能較差。若導電添加劑之比例過高，則電池容量下降。若黏著劑之比例過低，則無法成膜。若黏著劑之比例過高，則膜的性質硬脆。
根據本揭露實施例，該導電添加劑可為一用於鋰電池正極之導電添加劑，例如碳黑、導電石墨、奈米碳管、碳纖維、或石墨烯。根據本揭露實施例，該黏著劑可包含聚乙烯醇、聚四氟乙烯、羧甲基纖維素鈉、聚偏氟乙烯、聚苯乙烯丁二烯共聚物、氟化橡膠、聚氨脂、聚乙烯基吡咯烷酮、聚丙烯酸乙脂、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚丁二烯、聚丙烯酸、或上述的組合。添加該黏著劑的目的係使正極活性層24可直接配置於該正極集電層22之上，並避免該正極活性層24由該正極集電層22上脫落。
根據本揭露實施例，該用於正極之黏著劑可包含聚乙烯醇、聚四氟乙烯、羧甲基纖維素鈉、聚偏氟乙烯、聚苯乙烯丁二烯共聚物、氟化橡膠、聚氨脂、聚乙烯基吡咯烷酮、聚丙烯酸乙脂、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚丁二烯、聚丙烯酸、或上述的組合。
根據本揭露實施例，該正極集電層22可包含金屬箔，例如鋁箔、鍍碳鋁箔、不鏽鋼箔材、或其他金屬箔材(如白金、鈦等)。
根據本揭露實施例，該正極的製備方式可包含以下步驟。首先，將該正極材料、該導電添加劑、及該黏著劑分散於一溶劑(例如：N-甲基吡咯烷酮(NMP)、N, N-二甲基甲醯胺(DMF)、N, N-二甲基乙醯胺(DMAc)、吡咯烷酮(pyrrolidone)、N-月桂基吡咯烷酮(N-dodecylpyrrolidone)、γ-丁酸內酯(γ- butyrolactone)、或上述之組合。)，得到一正極漿料，該正極漿料的固含量可為40wt%至80wt%。接著，提供一正極集電層。接著，將該正極漿料液以一塗佈製程形成在該正極集電層的表面形成一塗層。該塗佈製程可例如為網印、旋轉塗佈法(spin coating)、棒狀塗佈法(bar coating)、刮刀塗佈法(blade coating)、滾筒塗佈法(roller coating)、溶劑澆鑄法(solvent casting)、或浸漬塗佈法(dip coating)。接著，對該塗層進行一乾燥製程(製程溫度可為90℃至180℃)，得到該正極活性層。至此，完成本揭露所述正極的製備。
根據本揭露實施例，請參照第3圖，本揭露亦提供一種電池100，例如鋰離子電池。該電池100包含上述正極20、一隔離膜30、以及一負極40。其中，該負極40以隔離膜30與該正極20相隔。根據本揭露實施例，該電池100可更包含一電解液50，且該電解液設置於該正極20與負極40之間。換言之，該正極、隔離膜與負極的相互堆疊結構是浸泡於該電解液50中。也就是電解液是散佈於整個電池100內。根據本揭露某些實施例，本揭露所述正極活性層係24係配置於該隔離膜50及該正極集電層22之間。
根據本揭露實施例，本揭露所述電池100可由該正極20、該隔離膜30、該負極40、以及該電解液50所組成。
根據本揭露實施例，該隔離膜30可包括絕緣材料，例如聚乙烯(PE)、聚丙烯(polypropylene，PP)、聚四氟乙烯膜、聚醯胺膜、聚氯乙烯膜、聚二氟乙烯膜、聚苯胺膜、聚亞醯胺膜、不織布、聚對苯二甲二乙酯(polyethylene terephthalate)、聚苯乙烯(polystyrene，PS)、纖維素(cellulose)、或上述組合。舉例來說，該隔離膜可例如為PE/PP/PE多層複合結構。根據本揭露實施例，該隔離膜可具有一多孔結構。亦即隔離膜的孔隙均勻分布在整片隔離膜中。
根據本揭露實施例，該電解液50可包含溶劑及鋰鹽(或含鋰化合物)。根據本揭露實施例，該溶劑可為有機溶劑，例如酯類溶劑、酮類溶劑、碳酸酯類溶劑、醚類溶劑、烷類溶劑、醯胺類溶劑、或上述之組合。根據本揭露實施例，該溶劑可為1,2-二乙氧基乙烷(1,2-diethoxyethane)、1,2-二甲氧基乙烷(1,2-dimethoxyethane)、1,2-二丁氧基乙烷(1,2-dibutoxyethane) 、四氫呋喃(tetrahydrofuran)、2-甲基四氫呋喃(2-methyl tetrahydrofuran)、二甲基乙醯胺(dimethylacetamide，DMAc)、N-甲基吡咯烷酮(N-methyl-2-pyrrolidone，NMP)、乙酸甲酯(methyl acetate)、乙酸乙酯(ethyl acetate)、丁酸甲酯(methyl butyrate)、丁酸乙酯(ethyl butyrate)、丙酸甲酯(methyl propionate)、丙酸乙酯(ethyl propionate)、乙酸丙酯(propyl acetate，PA)、丁基內酯(γ-butyrolactone，GBL)、碳酸乙烯酯(ethylene carbonate，EC)、碳酸丙烯(propylene carbonate，PC)、碳酸二乙酯(diethyl carbonate，DEC)、碳酸甲乙酯(ethylmethyl carbonate，EMC)、碳酸二甲酯(dimethyl carbonate，DMC)、碳酸乙烯基酯(vinylene carbonate)、碳酸丁烯酯(butylene carbonate)、碳酸二丙基酯(dipropyl carbonate)、或上述之組合。根據本揭露實施例，該鋰鹽(或含鋰化合物)可例如為LiPF6 、LiClO4 、LiFSI(雙氟磺醯亞胺鋰鹽)、LiDFOB(二氟草酸硼酸鋰)、LiBF4 、LiSO3 CF3 、LiN(SO2 CF3 )2 、LiN(SO2 CF2 CF3 )2 、LiAsF6 、LiSbF6 、LiAlCl4 、LiGaCl4 、LiNO3 、LiC(SO2 CF3 )3 、LiSCN、LiO3 SCF2 CF3 、LiC6 F5SO3 、LiO2 CCF3 、LiSO3 F、LiB(C6 H5 )4 、LiB(C2 O4 )2 (LiBOB)、LiFePO4 、Li7 La3 Zr2 O12 、LiLaTi2 O6 、Li2.9 PO3.3 N0.46 、Li3 PO4 、Li1.3 Al0.3 Ti0.7 (PO4 )3 、Li3.6 Si0.6 P0.4 O4 、Li5 La3 Ta2 O12 、或上述之組合。
根據本揭露實施例，該負極40可包含一負極集電層42，以及一負極活性層44，配置於該負極集電層42之上，其中該負極活性層44包含一負極材料。。在一些實施例中，該負極活性層更包含一黏著劑，其中，該負極材料可具有一重量百分比為約98wt%至99.9wt%(例如約98.5wt%、99wt%、或99.5wt%)、以及該黏著劑可具有一重量百分比為約0.1wt%至2wt%(例如約0.2wt%、0.4wt%、0.6wt%、0.8wt%、1.0wt%、1.2wt%、1.4wt%、1.6wt%、或1.8wt%)，以該負極材料及該黏著劑之總重為基準。根據本揭露實施例，該用於負極之黏著劑可包含聚乙烯醇、聚四氟乙烯、羧甲基纖維素鈉、聚偏氟乙烯、聚苯乙烯丁二烯共聚物、氟化橡膠、聚氨脂、聚乙烯基吡咯烷酮、聚丙烯酸乙脂、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚丁二烯、聚丙烯酸、或上述的組合。根據本揭露實施例，該負極集電層可為金屬箔，例如銅箔、鎳箔或鋁箔。
根據本揭露某些實施例，本揭露所述負極活性層係44係配置於該隔離膜50及該負極集電層42之間。根據本揭露實施例，該負極材料包含碳材、鋰、過渡金屬氧化物、含鋰化合物、含矽材料、或上述之組合。根據本揭露實施例，該碳材可包含介穩相球狀碳(MCMB)、氣相成長碳纖維(VGCF)、奈米碳管(CNT)、焦炭、碳黑、石墨、石墨烯、乙炔黑、碳纖維、或上述之組合。根據本揭露實施例，該含鋰化合物可包含LiAl、LiMg、LiZn、Li3 Bi、Li3 Cd、Li3 Sb、Li4 Si、Li4.4 Pb、Li4.4 Sn、LiC6 、Li3 FeN2 、Li2.6 Co0.4 N、或Li2.6 Cu0.4 N。根據本揭露實施例，該含矽材料可包含氧化矽、碳修飾之氧化矽、矽碳或純矽材料、或上述之組合。根據本揭露實施例，該過渡金屬氧化物可包含Li4 Ti5 O12 、或TiNb2 O7 。
為了讓本揭露之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例配合所附圖示，作詳細說明如下：
製備例1： 將聚苯胺(PANI)(商品編號為CM-PAD9901，由阡陌生物科技公司製造)分散或溶於N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，得到一聚苯胺溶液，其中該聚苯胺溶液的固含量為5wt%(即PANI與NMP的重量比為5 : 95)。接著，在聚苯胺溶液中添加3-胺丙基三乙氧基矽烷(3-aminopropyltriethoxysilane，ATPES)作為耦合劑，其中該ATPES與PANI的重量比為1:100。接著，將所得溶液在25℃下均勻攪拌60分鐘後，將磷酸鋰鋁鈦氧化物(LATP)(商品編號為Nanomyte® LATP，由NEI Corporation製造)(其中Li/Al/Ti/PO4 之莫爾比為=2 / 1 / 1 / 3 )加入該溶液，得到一混合物，其中LATP與PANI的重量比例為2:1。接著，將該混合物在70℃下攪拌180分鐘，得到漿料(1)。
製備例2： 將馬來醯亞胺(maleimide，結構為
Figure 02_image011
)分散或溶於N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，得到一馬來醯亞胺溶液，其中該馬來醯亞胺溶液的固含量為5wt%(即馬來醯亞胺與NMP的重量比為5 : 95)。接著，在馬來醯亞胺溶液中添加3-胺丙基三乙氧基矽烷(3-aminopropyltriethoxysilane，ATPES)作為耦合劑，其中該ATPES與馬來醯亞胺的重量比為0.2:100。接著，將所得溶液在25℃下均勻攪拌60分鐘後，將磷酸鋰鋁鈦氧化物(LATP)(商品編號為Nanomyte® LATP，由NEI Corporation製造)(其中Li/Al/Ti/PO4 之莫爾比為=2/ 2 / 2/3)加入該溶液，得到一混合物，其中LATP與馬來醯亞胺的重量比例為3:2。接著，將該混合物在70℃下攪拌180分鐘，得到漿料(2)。
製備例3： 將聚苯胺(PANI)(商品編號為CM-PAD9901，由阡陌生物科技公司製造)(純度為99.2%)分散或溶於N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，得到一聚苯胺溶液，其中該聚苯胺溶液的固含量為5wt%(即PANI與NMP的重量比為5 : 95)。接著，在聚苯胺溶液中添加3-胺丙基三乙氧基矽烷(3-aminopropyltriethoxysilane，ATPES)作為耦合劑，其中該ATPES與PANI的重量比為2:100。接著，將所得溶液在25℃下均勻攪拌60分鐘後，將磷酸鋰鋁鈦氧化物(LATP)(商品編號為Nanomyte® LATP，由NEI Corporation製造)(其中Li/Al/Ti/PO4之莫爾比為=2/1/1/ 3)加入該溶液，得到一混合物，其中LATP與PANI的重量比例為4:1。接著，將該混合物在70℃下攪拌180分鐘，得到漿料(3)。
製備例4： 將馬來醯亞胺(maleimide，結構為
Figure 02_image011
)分散或溶於N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，得到一馬來醯亞胺溶液，其中該馬來醯亞胺溶液的固含量為5wt%(即馬來醯亞胺與NMP的重量比為5 : 95)。接著，在馬來醯亞胺溶液中添加3-硫丙基三甲氧基矽烷(3-mercaptopropyltrimethoxysilane，MPTMS)作為耦合劑，其中該MPTMS與馬來醯亞胺的重量比為0.2:100。接著，將所得溶液在25℃下均勻攪拌60分鐘後，將磷酸鋰鋁鈦氧化物(LATP)(商品編號為Nanomyte® LATP，由NEI Corporation製造)(其中Li/Al/Ti/PO4 之莫爾比為=2 / 1 / 1 / 3)加入該溶液，得到一混合物，其中LATP與馬來醯亞胺的重量比例為3:2。接著，將該混合物在70℃下攪拌180分鐘，得到漿料(4)。
製備例5： 將聚吡咯(PPy)(商品編號為577030，由Sigma-Aldrich製造)分散或溶於N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，得到一聚吡咯溶液，其中該聚吡咯溶液的固含量為5wt%(即PPy與NMP的重量比為5 : 95)。接著，在聚吡咯溶液中添加3-胺丙基三乙氧基矽烷(3-aminopropyltriethoxysilane，ATPES)作為耦合劑，其中該ATPES與PPy的重量比為1:100。接著，將所得溶液在25℃下均勻攪拌60分鐘後，將磷酸鋰鋁鈦氧化物(LATP)(商品編號為Nanomyte® LATP，由NEI Corporation製造)(其中Li/Al/Ti/PO4 之莫爾比為=2 / 1 / 1 / 3)加入該溶液，得到一混合物，其中LATP與PPy的重量比例為3:2。接著，將該混合物在100℃下攪拌150分鐘，得到漿料(5)。
製備例6： 將馬來醯亞胺(maleimide，結構為
Figure 02_image011
)與聚苯胺(PANI)(商品編號為CM-PAD9901，由阡陌生物科技公司製造)分散或溶於N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，得到一溶液，其中聚苯胺與馬來醯亞胺的重量比為1:4。該溶液的固含量為5wt%(即馬來醯亞胺及聚苯胺之總重與NMP的重量比為5 : 95)。接著，在溶液中添加3-胺丙基三乙氧基矽烷(3-aminopropyltriethoxysilane，ATPES)作為耦合劑，其中該ATPES與馬來醯亞胺及聚苯胺之總重的重量比為0.1:100。接著，將所得溶液在90℃下均勻攪拌60分鐘後，將磷酸鋰鋁鈦氧化物(LATP)(商品編號為Nanomyte® LATP，由NEI Corporation製造)(其中Li/Al/Ti/PO4 之莫爾比為=2 / 1 / 1 / 3)加入該溶液，得到一混合物，其中LATP與馬來醯亞胺及聚苯胺之總重的重量比例為1:1。接著，將該混合物在70℃下攪拌180分鐘，得到漿料(6)。
請參照表1，係為漿料(1)至漿料(6)的起始物及比例：
表1
  有機導體化合物 陶瓷導體化合物 耦合劑 耦合劑(wt%) (以有機導體化合物及陶瓷導體化合物總重為基準) 陶瓷導體化合物與有機導體化合物重量比
漿料(1) PANI LATP ATPES 0.33 2:1
漿料(2) 馬來醯亞胺 LATP ATPES 0.08 3:2
漿料(3) PANI LATP ATPES 0.4 4:1
漿料(4) 馬來醯亞胺 LATP MPTMS 0.08 3:2
漿料(5) PPy LATP ATPES 0.4 3:2
漿料(6) PANI/馬來醯亞胺(1:4) LATP ATPES 0.05 1:1
實施例1 將製備例1所得之漿料(1)(其所含固形份為1重量份)與96.83重量份鋰鎳鈷錳氧化物(LiNii Mnj Cok O2 ;其中i:0.83~0.85;j:0.4~0.5;k:0.11~0.12)(商品編號為NMC811-S85E，由寧波容百新能源科技公司製造)混合，並在60 ℃下攪拌120 分鐘，得到改質的鋰鎳鈷錳氧化物(固形份為97.83重量份)。接著，將0.99重量份的導電碳(商品編號為super-p，由Timcal公司製造)、奈米碳管溶液(奈米碳管溶於NMP中)(溶液之固含量為2.2%，固形份為0.3重量份)、以及1.39重量份之黏著劑(商品編號為PVDF5130，由Solvay公司製造)加入該改質的鋰鎳鈷錳氧化物中，均勻分散攪拌後，得到鋰離子電池正極漿料。
接著，將鋰離子電池正極漿料塗佈於一鋁箔(作為正極集電層)(購自安全企業，厚度為12微米)上。在乾燥後，得到一具有正極活性層的正極。接著，提供一負極(其中負極活性層為SiO/C(氧化矽與碳的混合物) (編號為KYX-2，購自凱金新能源)、負極集電層為銅箔(商品編號BFR-F，購自長春公司))以及一隔離膜(型號為Celgard 2320, AsahiKasei)。接著，依照負極/隔離膜/正極的順序排列，注入電解液(包含LiPF6 及溶劑，其中溶劑為碳酸乙烯酯(ethylene carbonate，EC)及碳酸二乙酯(diethyl carbonate，DEC)(EC與DEC的體積比為1:1)，LiPF6 濃度為1.1M)，封裝後形成標準電池芯(Jelly Roll)(尺寸為65mm(高)x 55mm(寬)x 65mm(長))。接著，對該電池進行測試，結果如表2所示。
實施例2 依實施例1所述方式進行，除了將實施例1所述製備例1所得之漿料(1)置換成製備例2所得之漿料(2)，得到標準電池芯(Jelly Roll)。接著，對該電池進行測試，結果如表2所示。
實施例3 依實施例1所述方式進行，除了將實施例1所述製備例1所得之漿料(1)置換成製備例3所得之漿料(3)，並將漿料(3)所含固形份提昇由1重量份提昇至1.5重量份，得到標準電池芯(Jelly Roll)。接著，對該電池進行測試，結果如表2所示。
實施例4 依實施例1所述方式進行，除了將實施例1所述製備例1所得之漿料(1)置換成製備例4所得之漿料(4)，得到標準電池芯(Jelly Roll)。接著，對該電池進行測試，結果如表2所示。
實施例5 依實施例1所述方式進行，除了將實施例1所述製備例1所得之漿料(1)置換成製備例5所得之漿料(5)，得到標準電池芯(Jelly Roll)。接著，對該電池進行測試，結果如表2所示。
表2
實施例1 實施例2 實施例3 實施例4 實施例5
電極片電阻 (mΩ) 93.4 102.5 130.0 114.9 96.8
電極附著力 (gf) 485.7 558.0 498.2 412.5 428.9
電池電阻 (mΩ) 30 31 36 34 32
1st 放電電容 (mAh) 5585 5459.4 5119.6 5173 5242.5
0.2C放電(%) 100% 100% 100% 100% 100%
0.5C放電(%) 96.9% 94.5% 95.0% 95.8% 93.8%
1C 放電 (%) 94.0% 92.3% 92.1% 93.5% 89.5%
2C 放電 (%) 90.1% 90.6% 93.5% 88.1% 85.5%
3C 放電 (%) 82.3% 87.2% 81.4% 85.5% 80.2%
放熱 (J/g) 553 729 689 824 890
在此，正極片電阻的量測方式為四點探針阻抗量測儀；電極附著力的量測方式為拉力測試機；電池電阻的量測方式為電池內阻測試儀；放電電容的量測方式為電池充放電設備；放電百分比的量測方式為電池充放電設備；以及，電池放熱的量測方式為差式掃描熱卡分析儀。
實施例6 依實施例1所述方式進行，除了將實施例1所述製備例1所得之漿料(1)置換成製備例6所得之漿料(6)，得到標準電池芯(Jelly Roll)。接著，對該電池進行測試，結果如表3所示。
實施例7 依實施例1所述方式進行，除了將實施例1所使用的漿料(1)其所含固形份由1重量份提昇至5重量份，得到標準電池芯(Jelly Roll)。接著，對該電池進行測試，結果如表3所示。
實施例8 依實施例3所述方式進行，除了將實施例3所使用的漿料(3)其所含固形份由1重量份降低至0.5重量份，得到標準電池芯(Jelly Roll)。接著，對該電池進行測試，結果如表3所示。
實施例9 依實施例6所述方式進行，除了將實施例6所使用的漿料(6)其所含固形份由1重量份增加至5重量份，得到標準電池芯(Jelly Roll)。接著，對該電池進行測試，結果如表3所示。
表3
　 實施例6 實施例7 實施例8 實施例9
電極片電阻 (mΩ) 108.5 101.1 99.5 130.0
電極附著力(gf) 392.9 428.5 458.5 382.5
比較例1 將標準鋰離子電池正極漿料(包含97.3%NMC811(LiNii Mnj Cok O2 ;其中i:0.83~0.85;j:0.4~0.5;k:0.11~0.12)(商品編號為NMC811-S85E，由寧波容百新能源科技公司製造)、1%Super-P(導電碳粉，購自Timcal)、1.4%PVDF-5130、0.3%奈米碳管(商品編號為TUBALL™ BATT NMP 0.4%PVDF SOLVAY SOLEF® 5130，購自OCSiAl)塗佈於一鋁箔(作為正極集電層)(購自安全企業，厚度為12微米)上。在乾燥後，得到一具有正極活性層的正極。接著，提供一負極，其中負極活性層為SiO/C(編號為KYX-2，購自凱金新能源)、負極集電層為銅箔(商品編號為BFR-F，購自長春公司) 以及一隔離膜(型號為Celgard 2320)。接著，依照負極/隔離膜/正極的順序排列，注入電解液(包含LiPF6 及溶劑，其中溶劑為碳酸乙烯酯(ethylene carbonate，EC)及碳酸二乙酯(diethyl carbonate，DEC)(EC與DEC的體積比為1:1)，LiPF6 濃度為1.1M)，封裝後形成標準電池芯(Jelly Roll)(尺寸為65mm(高)x55mm(寬)x 65mm(長))。接著，對該電池進行測試，結果如表4所示。
比較例2 將標準鋰離子電池正極漿料(包含97.3%NMC811(LiNii Mnj Cok O2 ;其中i:0.83~0.85;j:0.4~0.5;k:0.11~0.12)(商品編號為NMC811-S85E，由寧波容百新能源科技公司製造)、1%Super-P(導電碳粉，購自Timcal)、1.4%PVDF-5130、以及0.3%奈米碳管(商品編號為TUBALL™ BATT NMP 0.4%PVDF SOLVAY SOLEF® 5130，購自OCSiAl))塗佈於一鋁箔(作為正極集電層)(購自安全企業，厚度為12微米)上。在乾燥後，得到一具有正極活性層的正極。接著，提供一負極，其中負極活性層為SiO/C(編號為KYX-2，購自凱金新能源)、負極集電層為銅箔(商品編號為BFR-F，購自長春公司)以及一隔離膜(型號為Celgard 2320)。接著，依照負極/隔離膜/正極的順序排列，注入電解液(包含LiPF6 及溶劑，其中溶劑為碳酸乙烯酯(ethylene carbonate，EC)及碳酸二乙酯(diethyl carbonate，DEC)(EC與DEC的體積比為1:1)，LiPF6 濃度為1.1M)，封裝後形成標準電池芯(Jelly Roll)(尺寸為65mm(高)x 55mm(寬)x 65mm(長))。接著，對該電池進行測試，結果如表4所示。
比較例3 將標準鋰離子電池正極漿料(包含97.3%NMC811(LiNii Mnj Cok O2 ;其中i:0.83~0.85;j:0.4~0.5;k:0.11~0.12)(商品編號為NMC811-S85E，由寧波容百新能源科技公司製造)、1%Super-P(導電碳粉，購自Timcal)、1.4%PVDF-5130、以及0.3%奈米碳管(商品編號為TUBALL™ BATT NMP 0.4%PVDF SOLVAY SOLEF® 5130，購自OCSiAl))塗佈於一鋁箔(作為正極集電層)(購自安全企業，厚度為12微米)上。在乾燥後，得到一具有正極活性層的正極。接著，提供一負極，其中負極活性層為SiO/C(編號為KYX-2，購自凱金新能源)、負極集電層為銅箔(商品編號為BFR-F，購自長春公司)以及一隔離膜(型號為Celgard 2320)。接著，依照負極/隔離膜/正極的順序排列，注入電解液(包含LiPF6 及溶劑，其中溶劑為碳酸乙烯酯(ethylene carbonate，EC)及碳酸二乙酯(diethyl carbonate，DEC)(EC與DEC的體積比為1:1)，LiPF6 濃度為1.1M)，封裝後形成標準電池芯(Jelly Roll)(尺寸為65mm(高)x 55mm(寬)x 65mm(長))。接著，對該電池進行測試，結果如表4所示。
比較例4 將標準鋰離子電池正極漿料(包含97.3%NMC811(LiNii Mnj Cok O2 ;其中i:0.83~0.85;j:0.4~0.5;k:0.11~0.12)(商品編號為NMC811-S85E，由寧波容百新能源科技公司製造)、1%Super-P(導電碳粉，購自Timcal)、1.4%PVDF-5130、以及0.3%奈米碳管(商品編號為TUBALL™ BATT NMP 0.4%PVDF SOLVAY SOLEF® 5130，購自OCSiAl))塗佈於一鋁箔(作為正極集電層)(購自安全企業，厚度為12微米)上。在乾燥後，得到一具有正極活性層的正極。接著，提供一負極，其中負極活性層為SiO/C(編號為KYX-2，購自凱金新能源)、負極集電層為銅箔 (商品編號為BFR-F，購自長春公司)以及一隔離膜(型號為Celgard 2320)。接著，依照負極/隔離膜/正極的順序排列，注入電解液(包含LiPF6 及溶劑，其中溶劑為碳酸乙烯酯(ethylene carbonate，EC)及碳酸二乙酯(diethyl carbonate，DEC)(EC與DEC的體積比為1:1)，LiPF6 濃度為1.1M)，封裝後形成標準電池芯(Jelly Roll)(尺寸為65mm(高)x 55mm(寬)x 65mm(長))。接著，對該電池進行測試，結果如表4所示。
比較例5 將標準鋰離子電池正極漿料(包含97.3%NMC811(LiNii Mnj Cok O2 ;其中i:0.83~0.85;j:0.4~0.5;k:0.11~0.12)(商品編號為NMC811-S85E，由寧波容百新能源科技公司製造)、1%Super-P(導電碳粉，購自Timcal)、1.4%PVDF-5130、以及0.3%奈米碳管(商品編號為TUBALL™ BATT NMP 0.4%PVDF SOLVAY SOLEF® 5130，購自OCSiAl))塗佈於一鋁箔(作為正極集電層)(購自安全企業，厚度為12微米)上。在乾燥後，得到一具有正極活性層的正極。接著，提供一負極，其中負極活性層為SiO/C(編號為KYX-2，購自凱金新能源)、負極集電層為銅箔 (商品編號為BFR-F，購自長春公司)以及一隔離膜(型號為Celgard 2320)。接著，依照負極/隔離膜/正極的順序排列，注入電解液(包含LiPF6 及溶劑，其中溶劑為碳酸乙烯酯(ethylene carbonate，EC)及碳酸二乙酯(diethyl carbonate，DEC)(EC與DEC的體積比為1:1)，LiPF6 濃度為1.1M)，封裝後形成標準電池芯(Jelly Roll)(尺寸為65mm(高)x 55mm(寬)x 65mm(長))。接著，對該電池進行測試，結果如表4所示。
表4
比較例1 比較例2 比較例3 比較例4 比較例5
電極片電阻 (mΩ) 141.0 139.2 133.9 176.5 208.3
電極附著力 (gf) 320.5 303.7 272.9 293.5 274.0
電池電阻 (mΩ) 45 36 40 47 -
1st 放電電容 (mAh) 5087 5114 5103 5000 -
0.2C放電(%) 100% 100% 100% 100% -
0.5C放電(%) 92.3% 95.0% 94.5% 92.1% -
1C 放電 (%) 89.2% 91.5% 90.8% 90.5% -
2C 放電 (%) 80.1% 80.2% 82.5% 82.2% -
3C 放電 (%) 72.3% 77.0% 75.0% 76.1% -
放熱 (J/g) 1330.5 990.2 965.8 1121.2 -
由表2至表4可得知，當使用本揭露所述正極材料來製備鋰離子電池的正極時，除了可改善所得鋰離子電池正極的片電阻值以及電極附著力外，可進一步降低電池的電阻及放熱量、以及提昇在大電流放電(C-Rate)的能力。
雖然本揭露已以數個實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何本技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作任意之更動與潤飾，因此本揭露之保護範圍當視後附之請求項所界定者為準。
10:正極材料 12:活性粒子 14:修飾層 20:正極 22:正極集電層 24:正極活性層 30:隔離膜 40:負極 42:負極集電層 44:負極活性層 50:電解液 100:電池
第1圖為本揭露一實施例所述正極材料的剖面示意圖。 第2圖為本揭露一實施例所述用於電池的正極之剖面示意圖。 第3圖為本揭露一實施例所述電池的示意圖。
20:正極
22:正極集電層
24:正極活性層
30:隔離膜
40:負極
42:負極集電層
44:負極活性層
50:電解液
100:電池

Claims (19)

  1. 一種正極材料，包含： 一活性粒子；以及 一修飾層，披覆該活性粒子，其中該修飾層係一組合物的反應產物，其中該組合物包含： 50至84重量份之陶瓷導體化合物； 16至50重量份之有機導電化合物，其中該陶瓷導體化合物與該有機導電化合物的總重為100重量份；以及 0.05wt%至10wt%之耦合劑，以該陶瓷導體化合物與該有機導電化合物的總重為基準。
  2. 如請求項第1項所述之正極材料，其中該陶瓷導體化合物係摻雜或未摻雜的含鈦之磷酸鹽，其中該含鈦之磷酸鹽具有式(I)之結構： Lix My Tiz (PO4 )t 式(I) 其中，M係Al、Fe或Cr，且0.1≤x≤3，0.1≤y≤3，1≤z≤3，以及1≤t≤3。
  3. 如請求項第2項所述之正極材料，其中當該陶瓷導體化合物係摻雜的含鈦之磷酸鹽以及M係Al或Fe時，該摻雜的元素係Cr、Zr、Sn、Ge、S、或上述之組合。
  4. 如請求項第2項所述之正極材料，其中當該陶瓷導體化合物係摻雜的含鈦之磷酸鹽以及M係Cr時，該摻雜的元素係Zr、Sn、Ge、S、或上述之組合。
  5. 如請求項第2項所述之正極材料，其中該含鈦之磷酸鹽係磷酸鋰鋁鈦氧化物、磷酸鋰鐵鈦氧化物、 或磷酸鋰鉻鈦氧化物。
  6. 如請求項第1項所述之正極材料，其中該有機導電化合物係具有苯胺基團(aniline moiety)、吡咯基團(pyrrole moiety)、馬來醯亞胺基團(maleimide moiety)、或醯亞胺基團(imide moiety)之化合物。
  7. 如請求項第1項所述之正極材料，其中該有機導電化合物係聚苯胺(polyaniline)、聚乙炔(polyacetylene)、聚苯乙炔(polyphenylvinylene)、聚對苯(poly-p -phenylene)、聚吡咯(polypyrrole)、聚噻吩(polythiophene)、聚醯亞胺(polyimide)、馬來醯亞胺化合物、或其上述之組合。
  8. 如請求項第1項所述之正極材料，其中該耦合劑包含至少一種具有式(VI)所示結構之化合物
    Figure 03_image009
    式(VI) ，其中R1 至R4 各自獨立為-OH、-OCn H2n+1 、-Cn H2n NH2 、-Cn H2n SH、或 -Cn H2n OCOCHCHR5 ，且R1 至R4 至少一者為-Cn H2n NH2 、-Cn H2n SH、-Cn H2n NCO、-Cn H2n NHCONH2 、或 -Cn H2n OCOCHCHR5 ；n各自獨立為1-5之整數；以及，R5 各自獨立為氫或甲基。
  9. 如請求項第8項所述之正極材料，其中該耦合劑係具有式(VI)所示結構之化合物，且該耦合劑係3-甲基丙烯醯氧基三甲氧基矽烷(3-methacryloxypropyl trimethoxysilane)、3-甲基丙烯醯氧基三乙氧基矽烷(3-methacryloxypropyl triethoxysilane)、3-胺丙基三甲氧基矽烷(3-aminopropyltrimethoxysilane)、3-胺丙基三乙氧基矽烷(3-aminopropyltriethoxysilane，ATPES)、3-硫丙基三甲氧基矽烷(3-mercaptopropyltrimethoxysilane，MPTMS)、3-硫丙基三乙氧基矽烷(3-mercaptopropyltriethoxysilane)、3-丙烯酸丙基三甲氧基矽烷(3-acryloxypropyl trimethoxysilane)、3-丙烯酸丙基三乙氧基矽烷(3-acryloxypropyl triethoxysilane)、3-脲基丙基三乙氧基矽烷(3-Ureidopropyltriethoxysilane)、3-異氰酸丙基三乙氧基矽烷(3-Isocyanatepropyltriethoxysilane)、或上述之組合。
  10. 如請求項第1項所述之正極材料，其中該活性粒子係鋰金屬氧化物，且該鋰金屬氧化物係鋰鎳鈷鋁氧化物(lithium nickel cobalt aluminum oxide，NCA)、鋰鎳鈷錳氧化物(lithium nickel cobalt manganese oxide，LNCM)、鋰鈷氧化物(lithium cobalt oxide)、鋰錳氧化物(lithium  manganese oxide)、鋰鎳氧化物(lithium nickel oxide)、或上述之組合。
  11. 如請求項第1項所述之正極材料，其中該修飾層之重量與該正極材料總重之比值為0.001至0.1。
  12. 如請求項第1項所述之正極材料，其中該修飾層包含一由該有機導電化合物所構成的網絡結構。
  13. 一種正極，包含： 一正極集電層；以及 一正極活性層，配置於該正極集電層之上，其中該正極活性層包含如請求項第1-12項任一項所述之正極材料、一導電添加劑、及一黏著劑。
  14. 如請求項第13項所述之正極，其中該導電添加劑包含碳黑、導電石墨、奈米碳管、碳纖維、或石墨烯。
  15. 如請求項第13項所述之正極，其中在該正極活性層中，該正極材料具有一重量百分比為96wt%至99.8wt%、該導電添加劑具有一重量百分比為0.1wt%至2wt%、以及該黏著劑具有一重量百分比為0.1wt%至2wt%，以該正極材料、該導電添加劑、及該黏著劑之總重為基準。
  16. 一種電池，包含： 如請求項第13項所述之正極； 一隔離膜；以及 一負極，其中該負極以該隔離膜與該正極相隔。
  17. 如請求項第16項所述之電池，更包含： 一電解液，設置於該正極與該負極之間。
  18. 如請求項第16項所述之電池，其中該負極包含： 一負極集電層；以及 一負極活性層，配置於該負極集電層之上，其中該負極活性層包含一負極材料。
  19. 如請求項第16項所述之電池，其中該負極材料包含碳材、鋰、過渡金屬氧化物、含鋰化合物、合金材料、含矽材料、或上述之組合。
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