TWI818500B - 電池正極材料及其製造方法 - Google Patents
電池正極材料及其製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- TWI818500B TWI818500B TW111113124A TW111113124A TWI818500B TW I818500 B TWI818500 B TW I818500B TW 111113124 A TW111113124 A TW 111113124A TW 111113124 A TW111113124 A TW 111113124A TW I818500 B TWI818500 B TW I818500B
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- carbon
- cathode material
- lithium
- colloid
- ceramic
- Prior art date
Links
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 title claims abstract description 21
- 238000000034 method Methods 0.000 title description 20
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 192
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 145
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 claims abstract description 107
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 55
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims abstract description 47
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims abstract description 47
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 13
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 229910000625 lithium cobalt oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- BFZPBUKRYWOWDV-UHFFFAOYSA-N lithium;oxido(oxo)cobalt Chemical compound [Li+].[O-][Co]=O BFZPBUKRYWOWDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- NRJJZXGPUXHHTC-UHFFFAOYSA-N [Li+].[O--].[O--].[O--].[O--].[Zr+4].[La+3] Chemical compound [Li+].[O--].[O--].[O--].[O--].[Zr+4].[La+3] NRJJZXGPUXHHTC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 claims abstract description 6
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 claims abstract description 6
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- NPDXHCPLBBTVKX-UHFFFAOYSA-K [Zr+4].P(=O)([O-])([O-])[O-].[Li+] Chemical compound [Zr+4].P(=O)([O-])([O-])[O-].[Li+] NPDXHCPLBBTVKX-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims abstract description 6
- 235000010443 alginic acid Nutrition 0.000 claims abstract description 6
- 229920000615 alginic acid Polymers 0.000 claims abstract description 6
- CVJYOKLQNGVTIS-UHFFFAOYSA-K aluminum;lithium;titanium(4+);phosphate Chemical compound [Li+].[Al+3].[Ti+4].[O-]P([O-])([O-])=O CVJYOKLQNGVTIS-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims abstract description 6
- WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N beta-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 239000001768 carboxy methyl cellulose Substances 0.000 claims abstract description 6
- 235000010948 carboxy methyl cellulose Nutrition 0.000 claims abstract description 6
- 239000008112 carboxymethyl-cellulose Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229940105329 carboxymethylcellulose Drugs 0.000 claims abstract description 6
- GVGUFUZHNYFZLC-UHFFFAOYSA-N dodecyl benzenesulfonate;sodium Chemical compound [Na].CCCCCCCCCCCCOS(=O)(=O)C1=CC=CC=C1 GVGUFUZHNYFZLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 239000008103 glucose Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229960001031 glucose Drugs 0.000 claims abstract description 6
- 235000001727 glucose Nutrition 0.000 claims abstract description 6
- GELKBWJHTRAYNV-UHFFFAOYSA-K lithium iron phosphate Chemical compound [Li+].[Fe+2].[O-]P([O-])([O-])=O GELKBWJHTRAYNV-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims abstract description 6
- KUJOABUXCGVGIY-UHFFFAOYSA-N lithium zinc Chemical compound [Li].[Zn] KUJOABUXCGVGIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 claims abstract description 6
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 claims abstract description 6
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 claims abstract description 6
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 claims abstract description 6
- 229940080264 sodium dodecylbenzenesulfonate Drugs 0.000 claims abstract description 6
- DAJSVUQLFFJUSX-UHFFFAOYSA-M sodium;dodecane-1-sulfonate Chemical compound [Na+].CCCCCCCCCCCCS([O-])(=O)=O DAJSVUQLFFJUSX-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 6
- FHVDTGUDJYJELY-UHFFFAOYSA-N 6-{[2-carboxy-4,5-dihydroxy-6-(phosphanyloxy)oxan-3-yl]oxy}-4,5-dihydroxy-3-phosphanyloxane-2-carboxylic acid Chemical compound O1C(C(O)=O)C(P)C(O)C(O)C1OC1C(C(O)=O)OC(OP)C(O)C1O FHVDTGUDJYJELY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 229940072056 alginate Drugs 0.000 claims abstract description 4
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 claims description 166
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 claims description 99
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims description 44
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims description 44
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 24
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 19
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 18
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 17
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 15
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 14
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 12
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 11
- -1 lithium nickel cobalt aluminum Chemical compound 0.000 claims description 10
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 10
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 5
- SOXUFMZTHZXOGC-UHFFFAOYSA-N [Li].[Mn].[Co].[Ni] Chemical compound [Li].[Mn].[Co].[Ni] SOXUFMZTHZXOGC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- ZYXUQEDFWHDILZ-UHFFFAOYSA-N [Ni].[Mn].[Li] Chemical compound [Ni].[Mn].[Li] ZYXUQEDFWHDILZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000000783 alginic acid Substances 0.000 claims description 2
- 229960001126 alginic acid Drugs 0.000 claims description 2
- 238000001694 spray drying Methods 0.000 claims description 2
- 229910000664 lithium aluminum titanium phosphates (LATP) Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- 229910000572 Lithium Nickel Cobalt Manganese Oxide (NCM) Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- SFKQQYOXXWIJSA-UHFFFAOYSA-N [Li+].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[Al+3].[Mn++].[Co++].[Ni++] Chemical compound [Li+].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[Al+3].[Mn++].[Co++].[Ni++] SFKQQYOXXWIJSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- NDPGDHBNXZOBJS-UHFFFAOYSA-N aluminum lithium cobalt(2+) nickel(2+) oxygen(2-) Chemical compound [Li+].[O--].[O--].[O--].[O--].[Al+3].[Co++].[Ni++] NDPGDHBNXZOBJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- FRMOHNDAXZZWQI-UHFFFAOYSA-N lithium manganese(2+) nickel(2+) oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mn+2].[Ni+2].[Li+] FRMOHNDAXZZWQI-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N Ethyl acetate Chemical compound CCOC(C)=O XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 7
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 6
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 4
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 4
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylacetamide Chemical compound CN(C)C(C)=O FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 2
- 239000011244 liquid electrolyte Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- KQNPFQTWMSNSAP-UHFFFAOYSA-N isobutyric acid Chemical compound CC(C)C(O)=O KQNPFQTWMSNSAP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 239000002048 multi walled nanotube Substances 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 239000002109 single walled nanotube Substances 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/362—Composites
- H01M4/366—Composites as layered products
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/362—Composites
- H01M4/364—Composites as mixtures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/04—Processes of manufacture in general
- H01M4/0471—Processes of manufacture in general involving thermal treatment, e.g. firing, sintering, backing particulate active material, thermal decomposition, pyrolysis
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/131—Electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/136—Electrodes based on inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/139—Processes of manufacture
- H01M4/1391—Processes of manufacture of electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/139—Processes of manufacture
- H01M4/1397—Processes of manufacture of electrodes based on inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
- H01M4/485—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of mixed oxides or hydroxides for inserting or intercalating light metals, e.g. LiTi2O4 or LiTi2OxFy
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
- H01M4/50—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese
- H01M4/505—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese of mixed oxides or hydroxides containing manganese for inserting or intercalating light metals, e.g. LiMn2O4 or LiMn2OxFy
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
- H01M4/52—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron
- H01M4/525—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron of mixed oxides or hydroxides containing iron, cobalt or nickel for inserting or intercalating light metals, e.g. LiNiO2, LiCoO2 or LiCoOxFy
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
- H01M4/5825—Oxygenated metallic salts or polyanionic structures, e.g. borates, phosphates, silicates, olivines
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
- H01M4/621—Binders
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
- H01M4/621—Binders
- H01M4/622—Binders being polymers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
- H01M4/624—Electric conductive fillers
- H01M4/625—Carbon or graphite
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M2004/021—Physical characteristics, e.g. porosity, surface area
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M2004/023—Gel electrode
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
- H01M2004/028—Positive electrodes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
一種電池正極材料，包括正極材料、陶瓷材料以及含碳膠體。正極材料包括鋰鎳鈷錳、鋰鎳鈷鋁、鋰鎳錳、氧化鈷鋰、磷酸鋰鐵、鋰鎳鈷錳鋁或其組合。陶瓷材料圍繞正極材料，包括摻雜鎵、鋁或鉭的鋰鑭鋯氧化物、鈦酸鋅鋰、磷酸鈦鋁鋰、磷酸鋯鋰、鋯酸鋰或其組合。含碳膠體包覆正極材料，包括黏著劑以及含碳導電材料，其中黏著劑包括聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、十二烷基磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、葡萄糖、羧甲基纖維素、海藻酸鹽或其組合，且含碳導電材料包括奈米碳管。
Description
本發明是有關於一種電池正極材料及其製造方法。
電池通常由正極及負極置於電解液中所形成。正極進行還原反應，將導電離子(如Li
+)還原成不帶電荷的原子(如Li)，亦稱為陰極。而負極於放電時發生氧化反應，亦稱為陽極。一般而言，正極端的正極材料是由正極導電單元與導電漿料混拌後應用於電極片上，並組裝成電池。正極材料必須具有良好的導電性而且可以穩定大量的導電離子(如Li
+)，以增加整體的離子與電子導電性。
固態電池是以固態電解質取代傳統的液態電解質。然而，在電極片壓密且無液態電解質進行離子傳導的情況下，正極的鋰遷出效率差，無法有效發揮其預計容量與充放電狀況。因此，本案提出一種正極材料，以提升正極在固態電池之能量發揮及倍率性能。
根據本發明之各種實施方式，提供一種電池正極材料，包括正極材料、陶瓷材料、及第一含碳膠體。正極材料包括鋰鎳鈷錳、鋰鎳鈷鋁、鋰鎳錳、氧化鈷鋰、磷酸鋰鐵、鋰鎳鈷錳鋁或其組合。陶瓷材料圍繞正極材料，包括摻雜鎵、鋁或鉭的鋰鑭鋯氧化物、鈦酸鋅鋰、磷酸鈦鋁鋰、磷酸鋯鋰、鋯酸鋰或其組合。第一含碳膠體包覆正極材料，包括黏著劑以及含碳導電材料，其中黏著劑包括聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、十二烷基磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、葡萄糖、羧甲基纖維素、海藻酸鹽或其組合，且含碳導電材料包括奈米碳管。
根據本發明之某些實施方式，正極材料：陶瓷材料：黏著劑：含碳導電材料之重量比為100：0.5~2.5：0.1~1：0.1~0.5。
根據本發明之某些實施方式，正極材料的一粒徑與陶瓷材料的粒徑比為約4000~8000：50~350。
根據本發明之某些實施方式，陶瓷材料附著於正極材料的表面，且第一含碳膠體包覆陶瓷材料及正極材料。
根據本發明之某些實施方式，第一含碳膠體包覆正極材料的表面，且陶瓷材料附著於第一含碳膠體之上。
根據本發明之某些實施方式，正極材料及陶瓷材料分散於第一含碳膠體中，且第一含碳膠體包覆正極材料及陶瓷材料。
根據本發明之某些實施方式，電池正極材料更包含
第二含碳膠體包覆正極材料、陶瓷材料以及第一含碳膠體。
根據本發明之某些實施方式，奈米碳管具有長度為約0.5微米至約15微米。
根據本發明之某些實施方式，奈米碳管包含約70~80wt%的第一奈米碳管、10~20%wt的第二奈米碳管、以及0~10wt%的第三奈米碳管。根據本發明之某些實施方式，其中第一奈米碳管具有小於約1微米之長度，第二奈米碳管具有約1微米至小於8微米之長度，且第三奈米碳管具有約8~15微米之長度。
根據本發明之各種實施方式，提供一種電池正極材料的製造方法，包括混合正極材料、陶瓷材料、黏著劑及含碳導電材料，以形成混合團塊，其中正極材料包括鋰鎳鈷錳、鋰鎳鈷鋁、鋰鎳錳、氧化鈷鋰、磷酸鋰鐵、鋰鎳鈷錳鋁或其組合，陶瓷材料包括摻雜鎵、鋁或鉭的鋰鑭鋯氧化物、鈦酸鋅鋰、磷酸鈦鋁鋰、磷酸鋯鋰、鋯酸鋰或其組合，黏著劑包括聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、十二烷基磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、葡萄糖、羧甲基纖維素、海藻酸鹽或其組合，且含碳導電材料包括奈米碳管；噴霧乾燥混合團塊，以形成複合物；以及燒結複合物。
根據本發明之某些實施方式，混合正極材料、陶瓷材料、黏著劑及含碳導電材料包括：將正極材料與第一含碳膠體混合，形成正極材料前驅物，其中第一含碳膠體包含第一黏著劑及第一含碳導電材料；將陶瓷材料與第二含碳膠體混合，形成陶瓷材料膠體，其中第二含碳膠體包含第二黏著劑及第二含碳導電材料；以及將正極材料前驅物及陶瓷材料膠體混合。
根據本發明之某些實施方式，混合正極材料、陶瓷材料、黏著劑及含碳導電材料包括：將正極材料與含碳膠體混合，形成正極材料前驅物，其中含碳膠體包含黏著劑及含碳導電材料；以及將陶瓷材料及溶劑與正極材料前驅物混合。
根據本發明之某些實施方式，燒結複合物包括在約800
oC~880
oC的溫度下於惰性氣體中進行燒結。
以下將以圖式揭露本發明之複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。並且為求清楚說明，元件之大小或厚度可能誇大顯示，並未依照原尺寸作圖。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。
在本文中使用空間相對用語，例如「下方」、「之下」、「上方」、「之上」等，這是為了便於敘述一元件或特徵與另一元件或特徵之間的相對關係，如圖中所繪示。這些空間上的相對用語的真實意義包含其他的方位。例如，當圖式上下翻轉180度時，一元件與另一元件之間的關係，可能從「下方」、「之下」變成「上方」、「之上」。此外，本文中所使用的空間上的相對敘述也應作同樣的解釋。
第1圖為根據本發明之某些實施方式繪示的電池正極材料100的示意圖。如第1圖所示，電池正極材料100包括正極材料10、陶瓷材料20以及含碳膠體30。陶瓷材料20附著於正極材料10的表面，且含碳膠體30包覆陶瓷材料20及正極材料10。具體而言，含碳膠體30形成薄層包覆在陶瓷材料20及正極材料10的表面。
正極材料10包括鋰鎳鈷錳(lithium nickel cobalt manganese oxide；NCM)、鋰鎳鈷鋁(lithium nickel cobalt aluminum oxide；NCA)、鋰鎳錳(lithium nickel manganese oxide；LNMO)、氧化鈷鋰(lithium cobalt oxide；LCO)、磷酸鋰鐵(lithium iron phosphate；LFP)、鋰鎳鈷錳鋁(lithium nickel cobalt manganese aluminum oxide；NCMA)或其組合或多單晶組合。此處的多單晶組合係指上述材料的多晶、單晶及二者的組合。在一些實施方式中，正極材料10可以為1：1混合的LCO及NCM或1：1混合的LCO及NCMA。在一些實施方式中，正極材料10具有粒徑為約4~8微米。正極材料10的粒徑對電池倍率、容量具有影響性。當粒徑小於4微米時，可能因比表面積過大，較難混合均勻。當粒徑大於8微米時，則可能容易產生正極材料10在極板堆疊密度不佳及塗佈輾壓值較低等問題。而正極材料10在正極極板上的堆疊狀況將影響電池能量密度。
陶瓷材料20包括摻雜鎵、鋁或鉭的鋰鑭鋯氧化物(lithium lanthanum zirconium oxide；LLZO)、鈦酸鋅鋰(lithium zinc titanate；LZTO)、磷酸鈦鋁鋰(lithium aluminum titanium phosphate；LATP)、磷酸鋯鋰(lithium-zirconium phosphate；LZPO)、鋯酸鋰(lithium zirconate；LZO)或其組合。在一些實施例中，摻雜鎵、鋁或鉭的鋰鑭鋯氧化物中鎵、鋁及鉭的摻雜比例為鎵：鋁：鉭=1~0.8：0.2~0.05：0.1~0.05。在一些實施方式中，陶瓷材料20具有粒徑為約50~350奈米。當粒徑小於50奈米時，陶瓷材料20的活性物質容易與混合過程中的環境水氣與溶劑發生反應而鈍化，而喪失提升離子導通率的效果。若陶瓷材料20的粒徑過大，可能使得正極材料10包覆在陶瓷材料20表面，造成材料間難以均勻結合。在一些實施方式中，正極材料10的粒徑與陶瓷材料20的粒徑比為約4000~8000：50~350。具體而言，可以根據所使用的正極材料10的粒徑選擇合適的陶瓷材料20的粒徑。若包覆到正極材料10的陶瓷材料20顆粒太大可能會造成包覆不均勻或是包覆過厚的問題，使得導通路徑過遠而造成反效果。選擇上述粒徑比範圍內的正極材料10及陶瓷材料20，在混合包覆上具備較適合的包覆度，使得正極材料10表面包覆較完整，在燒結後的厚度較一致。在一些實施方式中，陶瓷材料20的重量為正極材料10的重量的0.5~10%。正極材料10為鋰離子來源，若陶瓷材料20的比例過多，可能會
降低容量來源，使有效電容量下降。若陶瓷材料20的比例過少可能無法提升鋰離子傳導率，且沒有保護正極材料10及提升容量引出率的效果。藉由將陶瓷材料20修飾於正極材料10的表面，可以提供鋰離子移動的路徑，讓正極材料10內部的鋰離子可以更快速脫出、嵌入，進而提升電池正極材料100的鋰離子傳導率及整體電導率。
含碳膠體30包括黏著劑及含碳導電材料(未圖示)。具體而言，含碳導電材料可以分布在黏著劑中。在一些實施方式中，黏著劑包括聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、十二烷基磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、葡萄糖、羧甲基纖維素、海藻酸鹽或其組合。在一些實施方式中，黏著劑在燒結後會碳化，形成導電碳源。黏著劑在碳化過程中會生成碳披覆於正極材料10，以改善正極材料10電導度差的問題。因此，黏著劑的量將影響碳披覆的厚度及有效性。在一些實施方式中，黏著劑的重量為正極材料10的0.5~2.5%。當黏著劑含量過多可能會造成碳披覆過厚，導致容量引出率差及不可逆電容高的問題。當黏著劑含量過少可能會造成碳披覆過薄，導致電導度不足、容量引出率差。在一些實施方式中，黏著劑可以將散布於其中的含碳導電材料包覆正極材料10及陶瓷材料20的表面，以形成導電路徑。因此，過少的黏著劑難以使陶瓷材料20與正極材料10有效接合。
在一些實施方式中，含碳導電材料包括奈米碳管。在一些實施方式中，奈米碳管可以為單壁奈米碳管、多壁
奈米碳管或其組合。在一些實施方式中，奈米碳管可以具有長度為約0.5~15微米。在一些實施方式中，含碳導電材料包括70~80wt%的第一奈米碳管、10~20%wt的第二奈米碳管、以及0~10wt%的第三奈米碳管。在一些實施方式中，第一奈米碳管、第二奈米碳管及第三奈米碳管的長度不同。在一些實施方式中，第一奈米碳管具有小於約1微米的長度、第二奈米碳管具有約1微米至小於8微米的長度、且第三奈米碳管具有約8~15微米的長度。舉例而言，長度小於約1微米的奈米碳管提供電池正極材料100表面電導；長度為約1微米至小於8微米的奈米碳管提供電池正極材料100球體內亞空間之電導橋梁；長度為約8~15微米的奈米碳管提供電池正極材料100整顆球體的電導包覆與膨脹抑制。在一些實施方式中，含碳導電材料的重量為正極材料10的0.1~0.5%。含碳導電材料可以在正極材料10及陶瓷材料20周圍形成導電性的架橋，使得電子可以在不同的正極材料10之間傳導。藉由使用含碳導電材料，可以提升電導度、以及提升電池正極材料100的循環性能與熱穩定性能。過多的含碳導電材料導致容量引出率差及不可逆電容高的問題。過少的含碳導電材料則無法有效提升電導度。在一些實施方式中，正極材料10：陶瓷材料20：黏著劑：含碳導電材料之重量比為100：0.5~2.5：0.1~1：0.1~0.5。
第2圖為根據本發明之某些實施方式繪示的電池正極材料200的示意圖。如第2圖所示，電池正極材料200
包括正極材料10、陶瓷材料20以及含碳膠體30。具體而言，含碳膠體30形成薄層包覆於正極材料10的表面，而陶瓷材料20進一步附著於含碳膠體30之上。含碳膠體30包括黏著劑及含碳導電材料(未圖示)。含碳導電材料可以分布在黏著劑中。在一些實施方式中，黏著劑可以將散布於其中的含碳導電材料包覆正極材料10的表面，並且陶瓷材料20藉由黏著劑附著於正極材料10的表面上，以形成導電路徑。電池正極材料200的正極材料10、陶瓷材料20以及含碳膠體30的粒徑、材料、組成比例等細節可以參考上述電池正極材料100的實施方式，故在此不再贅述。
第3圖為根據本發明之某些實施方式繪示的電池正極材料300的示意圖。如第3圖所示，電池正極材料300包括正極材料10、陶瓷材料20以及含碳膠體30。具體而言，正極材料10及陶瓷材料20分散於含碳膠體30中，且含碳膠體30形成薄層包覆於正極材料10及陶瓷材料20的表面。含碳導電材料可以分布在黏著劑中。在一些實施方式中，黏著劑可以將散布於其中的含碳導電材料包覆正極材料10及陶瓷材料20的表面，並且使正極材料10及陶瓷材料20可以黏著在一起，以形成導電路徑。電池正極材料300的正極材料10、陶瓷材料20以及含碳膠體30的粒徑、材料、組成比例等細節可以參考上述電池正極材料100的實施方式，故在此不再贅述。
第4圖為根據本發明之某些實施方式繪示的電池正極材料400的示意圖。如第4圖所示，電池正極材料400包括正極材料10、陶瓷材料20、第一含碳膠體31及第二含碳膠體32。一部分的陶瓷材料20附著於正極材料10的表面，且第一含碳膠體31形成薄層包覆陶瓷材料20及正極材料10。一部分的陶瓷材料20分散於第二含碳膠體32中，且第二含碳膠體32進一步包覆正極材料10、陶瓷材料20及第一含碳膠體31。電池正極材料400的正極材料10及陶瓷材料20的大小、材料、組成比例等細節可以參考上述電池正極材料100的實施方式，故在此不再贅述。
第一含碳膠體31及第二含碳膠體32可以分別包括黏著劑及含碳導電材料。在一些實施方式中，含碳導電材料可以包含第4圖所示的不同長度的奈米碳管33、34、35。舉例而言，含碳導電材料可以包含70~80wt%的奈米碳管33、10~20%wt的奈米碳管34、以及0~10wt%的奈米碳管35。在一些實施方式中，奈米碳管33具有小於約1微米的長度、奈米碳管34具有約1微米至小於8微米的長度，奈米碳管35具有約8~15微米的長度。在一些實施方式中，第一含碳膠體31的材料、組成比例及/或厚度可以與第二含碳膠體32相同。在其他實施方式中，第一含碳膠體31的材料、組成比例及/或厚度可以與第二含碳膠體32不同。黏著劑的材料、含量，以及奈米碳管33、34、35的含量等細節可以參考上述電池正極材料100的實施方式，故在此不再贅述。
第5圖至第8圖為根據本發明之某些實施方式繪示的電池正極材料的製造方法500流程圖。如第5圖所示，方法500包含操作510、520及530。
請先參照第5圖及第6圖，說明電池正極材料100(如第1圖所示)的製造方法。在方法500的操作510中，混合正極材料10、陶瓷材料20、黏著劑及含碳導電材料，以形成混合團塊100a。
如第6圖所示，操作510可以包含子操作502、504及506。在子操作502中，將正極材料10與第一含碳膠體31混合，形成正極材料前驅物40。在一些實施方式中，第一含碳膠體31包含第一黏著劑及第一含碳導電材料。正極材料10、第一黏著劑及第一含碳導電材料可以為前述任意的正極材料、黏著劑及含碳導電材料，在此不再贅述。在一些實施方式中，混合正極材料10與第一含碳膠體31是在約30
oC~40
oC的溫度下進行。在一些實施方式中，可以將正極材料10與第一含碳膠體31混合乳化30分鐘，形成混合膠體。之後，對混合膠體進行噴霧乾燥，以形成正極材料前驅物40。
請繼續參考第6圖。在子操作504中，將陶瓷材料20與第二含碳膠體32混合，形成陶瓷材料膠體42。在一些實施方式中，第二含碳膠體32包含第二黏著劑及第二含碳導電材料。陶瓷材料20、第二黏著劑及第二含碳導電材料可以為前述任意的陶瓷材料、黏著劑及含碳導電材料，在此不再贅述。在一些實施方式中，第二含碳膠體32可以與第一含碳膠體31相同。在其他實施方式中，第二含碳膠體32與第一含碳膠體31不同。在一些實施方式中，混合陶瓷材料20與第二含碳膠體32是在約25
oC~45
oC的溫度下進行。在一些實施方式中，可以將陶瓷材料20與第二含碳膠體32混合乳化1小時，以形成均勻(homogeneous)混合的陶瓷材料膠體42。
之後，在子操作506中，將正極材料前驅物40及陶瓷材料膠體42混合，以形成混合團塊100a。在一些實施方式中，於行星式攪拌機中以轉速約800 rpm混合正極材料前驅物40及陶瓷材料膠體42，時間為1小時。
請繼續參考第5圖，在方法500的操作520中，噴霧乾燥混合團塊100a，以形成複合物。具體而言，複合物可以具有第1圖所示的結構。在一些實施方式中，噴霧乾燥混合團塊100a後，形成粉末狀的複合物。複合物可以具有陶瓷材料20附著於正極材料10的表面，而含碳膠體包覆正極材料10及陶瓷材料20。
在方法500的操作530中，燒結複合物。在一些實施方式中，燒結複合物包括在約800
oC~880
oC的溫度下於惰性氣體中進行燒結。例如，在氮氣下(以2L/分鐘通入)，以5
oC/分鐘的升溫速率升溫至800~880
oC，之後保持溫度燒結複合物約6小時，以形成如第1圖所示的電池正極材料100。
請參照第5圖及第7圖，說明電池正極材料200(如第2圖所示)的製造方法。在方法500的操作510中，混合正極材料10、陶瓷材料20、黏著劑及含碳導電材料，以形成混合團塊200a。
如第7圖所示，操作510可以包含子操作502’及508。在子操作502’中，將正極材料10與含碳膠體30混合，形成正極材料前驅物40。在一些實施方式中，含碳膠體30包含黏著劑及含碳導電材料。正極材料10、黏著劑及含碳導電材料可以為前述任意的正極材料、黏著劑及含碳導電材料，在此不再贅述。在一些實施方式中，可以將正極材料10與第一含碳膠體31混合乳化30分鐘，形成混合膠體。之後，對混合膠體進行噴霧乾燥，以形成正極材料前驅物40。
請繼續參考第7圖。在子操作508中，將陶瓷材料20及溶劑22與正極材料前驅物40混合。在一些實施方式中，溶劑22包括乙醇、異丙醇、二甲基乙醯胺(Dimethylacetamide,DMAC)、N-甲基吡咯烷酮(Methylpyrrolidone,NMP)、乙酸乙酯(Ethyl acetate,EA)、及二甲基甲醯胺(Dimethylformamide,DMF)等無水溶劑或低含水量溶劑(小於約200ppm)其類似者或其組合。在一些實施方式中，可以將陶瓷材料20置於溶劑中，再與正極材料前驅物40混合，形成混合團塊200a。在一些實施方式中，於行星式攪拌機中以轉速約800rpm混合正極材料前驅物40、陶瓷材料20及溶劑22，時間為1小時。
請繼續參考第5圖，在方法500的操作520中，噴霧乾燥混合團塊200a，以形成複合物。具體而言，複合物可以具有第2圖所示的結構。在一些實施方式中，噴霧乾燥混合團塊200a後，形成粉末狀的複合物。複合物可
以具有含碳膠體30包覆正極材料10，而陶瓷材料20藉由含碳膠體30附著於正極材料10之上。
在方法500的操作530中，燒結複合物。在一些實施方式中，燒結複合物包括在約800℃~880℃的溫度下於惰性氣體中進行燒結。例如，在氮氣下(以2L/分鐘通入)，以5℃/分鐘的升溫速率升溫至800~880℃，之後保持溫度燒結複合物約6小時，以形成如第2圖所示的電池正極材料200。
請參照第5圖及第8圖，說明電池正極材料300(如第3圖所示)的製造方法。在方法500的操作510中，混合正極材料10、陶瓷材料20、黏著劑及含碳導電材料，以形成混合團塊300a。如第8圖所示，將正極材料10、陶瓷材料20及含碳膠體30混合。在一些實施方式中，含碳膠體30包含黏著劑及含碳導電材料。正極材料10、陶瓷材料20、黏著劑及含碳導電材料可以為前述任意的正極材料、陶瓷材料、黏著劑及含碳導電材料，在此不再贅述。在一些實施方式中，可以將正極材料10、陶瓷材料20與含碳膠體30混合乳化2小時，形成混合膠體。
請繼續參考第5圖，在方法500的操作520中，噴霧乾燥混合團塊300a，以形成複合物。具體而言，複合物可以具有第3圖所示的結構。在一些實施方式中，噴霧乾燥混合團塊300a後，形成粉末狀的複合物。複合物可以具有正極材料10與陶瓷材料20散布於含碳膠體30中且被含碳膠體30包覆。
在方法500的操作530中，燒結複合物。在一些實施方式中，燒結複合物包括在約800
oC~880
oC的溫度下於惰性氣體中進行燒結。例如，在氮氣下(以2L/分鐘通入)，以5
oC/分鐘的升溫速率升溫至800~880
oC，之後保持溫度燒結複合物約6小時，以形成如第3圖所示的電池正極材料300。
如上所述，根據本發明的實施方式，提供電池正極材料及製造正極材料的方法。本發明的電池正極材料具有陶瓷材料修飾及結合於正極材料表面。藉由添加奈微化的陶瓷材料，可以提供鋰離子移動的路徑。也就是說，可以藉由陶瓷材料建立導電路徑而增加導電性。因此，當電池正極材料應用於固態電池時，可以提升鋰離子傳導及整體電導率，進而提升固態電池的能量發揮及倍率性能。
雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10:正極材料
20:陶瓷材料
22:溶劑
30:含碳膠體
31:第一含碳膠體
32:第二含碳膠體
33, 34, 35:奈米碳管
40:正極材料前驅物
42:陶瓷材料膠體
100, 200, 300, 400:電池正極材料
100a, 200a, 300a:混合團塊
500:方法
502, 502’, 504, 506, 508:子操作
510, 520, 530:操作
當讀到隨附的圖式時，從以下詳細的敘述可充分瞭解本揭露的各方面。值得注意的是，根據工業上的標準實務，各種特徵不是按比例繪製。事實上，為了清楚的討論，各種特徵的尺寸可任意增加或減少。
第1圖為根據本發明之某些實施方式繪示的電池正極材料的示意圖。
第2圖為根據本發明之某些實施方式繪示的電池正極材料的示意圖。
第3圖為根據本發明之某些實施方式繪示的電池正極材料的示意圖。
第4圖為根據本發明之某些實施方式繪示的電池正極材料的示意圖。
第5圖為根據本發明之某些實施方式繪示的電池正極材料製造方法流程圖。
第6圖為根據本發明之某些實施方式繪示的電池正極材料製造方法流程示意圖。
第7圖為根據本發明之某些實施方式繪示的電池正極材料製造方法流程示意圖。
第8圖為根據本發明之某些實施方式繪示的電池正極材料製造方法流程示意圖。
10:正極材料
20:陶瓷材料
30:含碳膠體
100:電池正極材料
Claims (14)
- 一種電池正極材料，包括：一正極材料，包括鋰鎳鈷錳、鋰鎳鈷鋁、鋰鎳錳、氧化鈷鋰、磷酸鋰鐵、鋰鎳鈷錳鋁或其組合；複數個陶瓷材料，圍繞該正極材料，包括摻雜鎵、鋁或鉭的鋰鑭鋯氧化物、鈦酸鋅鋰、磷酸鈦鋁鋰、磷酸鋯鋰、鋯酸鋰或其組合；以及一第一含碳膠體，包覆該正極材料及該些陶瓷材料的至少一部份或者該些陶瓷材料的至少一部份附著於該第一含碳膠體之上，該第一含碳膠體包括一黏著劑以及一含碳導電材料，其中該黏著劑包括聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、十二烷基磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、葡萄糖、羧甲基纖維素、海藻酸鹽或其組合，且該含碳導電材料包括一奈米碳管。
- 如請求項1所述之電池正極材料，其中該正極材料：陶瓷材料：黏著劑：含碳導電材料之重量比為100：0.5~2.5：0.1~1：0.1~0.5。
- 如請求項1或2所述之電池正極材料，其中該正極材料的一粒徑與該些陶瓷材料的一粒徑比為約4000~8000：50~350。
- 如請求項1或2所述之電池正極材料，其中 該些陶瓷材料附著於該正極材料的一表面，且該第一含碳膠體包覆該些陶瓷材料及該正極材料。
- 如請求項1或2所述之電池正極材料，其中該第一含碳膠體包覆該正極材料的一表面，且該些陶瓷材料附著於該第一含碳膠體之上。
- 如請求項1或2所述之電池正極材料，其中該正極材料及該些陶瓷材料分散於該第一含碳膠體中，且該第一含碳膠體包覆該正極材料及該些陶瓷材料。
- 如請求項1或2所述之電池正極材料，更包含一第二含碳膠體包覆該正極材料、該些陶瓷材料以及該第一含碳膠體，其中一部分的該些陶瓷材料附著於該正極材料的一表面，一部分的該些陶瓷材料分散於該第二含碳膠體中。
- 如請求項1或2所述之電池正極材料，其中該奈米碳管具有一長度為約0.5微米至約15微米。
- 如請求項8所述之電池正極材料，其中該奈米碳管包含約70~80wt%的一第一奈米碳管、10~20%wt的一第二奈米碳管、以及0~10wt%的一第三奈米碳管。
- 如請求項9所述之電池正極材料，其中該第一奈米碳管具有小於約1微米的長度、該第二奈米碳管具有約1微米至小於8微米的長度、以及該第三奈米碳管具有約8~15微米的長度。
- 一種電池正極材料的製造方法，包括：混合一正極材料、一陶瓷材料、一黏著劑及一含碳導電材料，以形成一混合團塊，其中該正極材料包括鋰鎳鈷錳、鋰鎳鈷鋁、鋰鎳錳、氧化鈷鋰、磷酸鋰鐵、鋰鎳鈷錳鋁或其組合，該陶瓷材料包括摻雜鎵、鋁或鉭的鋰鑭鋯氧化物、鈦酸鋅鋰、磷酸鈦鋁鋰、磷酸鋯鋰、鋯酸鋰或其組合，該黏著劑包括聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、十二烷基磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、葡萄糖、羧甲基纖維素、海藻酸鹽或其組合，且該含碳導電材料包括奈米碳管；噴霧乾燥該混合團塊，以形成一複合物；以及燒結該複合物。
- 如請求項11所述之製造方法，其中混合該正極材料、該陶瓷材料、該黏著劑及該含碳導電材料包括：將該正極材料與一第一含碳膠體混合，形成一正極材料前驅物，其中該第一含碳膠體包含一第一黏著劑及一第一含碳導電材料；將該陶瓷材料與一第二含碳膠體混合，形成一陶瓷材料膠體，其中該第二含碳膠體包含一第二黏著劑及一第二含 碳導電材料；以及將該正極材料前驅物及該陶瓷材料膠體混合。
- 如請求項11所述之製造方法，其中混合該正極材料、該陶瓷材料、該黏著劑及該含碳導電材料包括：將該正極材料與一含碳膠體混合，形成一正極材料前驅物，其中該含碳膠體包含該黏著劑及該含碳導電材料；以及將該陶瓷材料及一溶劑與該正極材料前驅物混合。
- 如請求項11至13中任一項所述之製造方法，其中燒結該複合物包括在約800℃~880℃的溫度下於惰性氣體中進行燒結。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW111113124A TWI818500B (zh) | 2022-04-06 | 2022-04-06 | 電池正極材料及其製造方法 |
| CN202210458462.2A CN114784247A (zh) | 2022-04-06 | 2022-04-27 | 电池正极材料及其制造方法 |
| US17/857,404 US20230327083A1 (en) | 2022-04-06 | 2022-07-05 | Battery cathode material and method of preparing the same |
| EP22189934.7A EP4276943A1 (en) | 2022-04-06 | 2022-08-11 | Battery cathode material and method of preparing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW111113124A TWI818500B (zh) | 2022-04-06 | 2022-04-06 | 電池正極材料及其製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TWI818500B true TWI818500B (zh) | 2023-10-11 |
| TW202341551A TW202341551A (zh) | 2023-10-16 |
Family
ID=82433618
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW111113124A TWI818500B (zh) | 2022-04-06 | 2022-04-06 | 電池正極材料及其製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20230327083A1 (zh) |
| EP (1) | EP4276943A1 (zh) |
| CN (1) | CN114784247A (zh) |
| TW (1) | TWI818500B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024093074A1 (zh) * | 2022-11-02 | 2024-05-10 | 广东邦普循环科技有限公司 | 一种复合包覆改性正极材料及其制备方法与应用 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105247101A (zh) * | 2013-03-15 | 2016-01-13 | Ppg工业俄亥俄公司 | 预处理组合物和涂覆电池电极的方法 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102016215070A1 (de) * | 2016-08-12 | 2018-02-15 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Elektrode für Festkörperzelle mit eingebettetem Leitfähigkeitszusatz |
| US20200280093A1 (en) * | 2017-11-07 | 2020-09-03 | The Regents Of The University Of Michigan | Solid-State Battery Electrolyte Having Increased Stability Towards Cathode Materials |
| CN109860550B (zh) * | 2019-01-25 | 2020-12-15 | 浙江衡远新能源科技有限公司 | 一种固态锂电池复合正极膜的制备方法 |
| CN113745455A (zh) * | 2020-05-27 | 2021-12-03 | 北京卫蓝新能源科技有限公司 | 兼具高安全、高容量和长循环的锂电池用三元正极片及其制备方法和用途 |
| CN113745638A (zh) * | 2020-05-27 | 2021-12-03 | 北京卫蓝新能源科技有限公司 | 兼具高安全、高功率的锂电池用三元正极片及其制备方法和用途 |
| CN111834620A (zh) * | 2020-06-24 | 2020-10-27 | 湖南立方新能源科技有限责任公司 | 一种锂金属电池正极、锂金属电池及其制备方法 |
| US20220020974A1 (en) * | 2020-07-14 | 2022-01-20 | GM Global Technology Operations LLC | Battery separators comprising hybrid solid state electrolyte coatings |
| CN113363415B (zh) * | 2021-03-29 | 2022-05-13 | 万向一二三股份公司 | 一种含固态电解质的高镍三元复合正极及锂离子电池 |
-
2022
- 2022-04-06 TW TW111113124A patent/TWI818500B/zh active
- 2022-04-27 CN CN202210458462.2A patent/CN114784247A/zh active Pending
- 2022-07-05 US US17/857,404 patent/US20230327083A1/en active Pending
- 2022-08-11 EP EP22189934.7A patent/EP4276943A1/en active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105247101A (zh) * | 2013-03-15 | 2016-01-13 | Ppg工业俄亥俄公司 | 预处理组合物和涂覆电池电极的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP4276943A1 (en) | 2023-11-15 |
| TW202341551A (zh) | 2023-10-16 |
| US20230327083A1 (en) | 2023-10-12 |
| CN114784247A (zh) | 2022-07-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11177472B2 (en) | Cathode of all-solid lithium battery and secondary battery using the same | |
| CN108963236B (zh) | 硅材料/碳复合材料及其制备方法、碳包覆的硅材料/碳复合材料及其制备方法 | |
| WO2019227598A1 (zh) | 一种负极材料、负极及负极的制备方法 | |
| WO2022021933A1 (zh) | 非水电解质二次电池用负极材料及其制备方法 | |
| WO2019019410A1 (zh) | 改性无锂负极、其制备方法和含有其的锂离子电池 | |
| JP2014179291A (ja) | 電極材料及び電極並びにリチウムイオン電池 | |
| WO2022016374A1 (zh) | 复合材料及其制备方法和负极 | |
| CN112164776A (zh) | 一种复合包覆的全固态电池正极材料及其制备方法和全固态电池 | |
| CN108682862A (zh) | 一种锂离子电池硅基负极片的制备方法 | |
| JP2019520682A (ja) | 不動態化されたプレリチウム化ミクロン及びサブミクロンｉｖａ族元素粒子及びこの調製方法 | |
| JP2022552267A (ja) | 二次電池用の多機能性工学的粒子及びその製造方法 | |
| TWI818500B (zh) | 電池正極材料及其製造方法 | |
| CN111498829B (zh) | 石墨烯基硅碳复合材料及其制备方法和用途及电池 | |
| CN114256499A (zh) | 一种具备补锂硫化物固态电解质膜的全固态电池制备方法 | |
| CN113193298A (zh) | 一种超薄涂碳隔膜的制备方法及应用 | |
| CN110571406B (zh) | 一种用于锂离子电池的碳材料负极的制备方法 | |
| US11225418B2 (en) | Method of preparing carbon-graphene-lead composite particles | |
| WO2022237091A1 (zh) | 复合负极材料及其制备方法、负极材料及锂离子电池 | |
| TWI578602B (zh) | Method for manufacturing carbon fiber anode material for lithium ion battery | |
| KR20140103653A (ko) | Si/C 복합체, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지용 음극 활물질 | |
| WO2023193562A1 (zh) | 负极片及锂离子电池 | |
| JP4827222B2 (ja) | 全固体型電池の製造方法 | |
| JP2011192499A (ja) | 非水電解質電池用正極および非水電解質電池 | |
| JP3915072B2 (ja) | リチウムイオン二次電池用負極材とその製造方法、及びこれを用いた電池 | |
| TW202400512A (zh) | 矽碳複合材料顆粒及其製造方法 |