TWI407620B - 儲能複合粒子、電池負極材料以及電池 - Google Patents

Description

儲能複合粒子、電池負極材料以及電池

本發明是有關於一種儲能複合粒子，且特別是有關於一種具有新穎結構的儲能複合粒子，能儲存高電容量且具有良好的體積膨脹/收縮特性。

鋰電池已大量應用於筆記型電腦、行動電話、數位相機、攝影機、PDA、藍牙耳機和無線3C用品等。

習知的商品化鋰電池的負極材料主要是以碳粉材料為主，例如：採用中間相碳微球(Mesocarbon Microbeads,MCMB)與人工石墨，其克電容量分別為MCMB(310mAh/g)、人工石墨(350mAh/g)。然而，以碳為主體的負極材料已經達到理論電容量372mAh/g的瓶頸，無法符合未來高功率以及高能量密度鋰電池的需求。

承上述，高電容量負極材料是高能量鋰電池的關鍵材料。有研究者提出矽基(Silica-based)負極材料以得到高克電容量(3,800 mAh/g)。然而，矽基負極材料具有高不可逆容量的特性，且矽基負極材料在充電後會產生400%的體積膨脹。

更詳細而言，在鋰電池的充放電過程中，會因為鋰離子嵌入/嵌出矽基負極材料，而使矽基負極材料發生材料膨脹及收縮，如此，會導致矽基負極材料碎裂，使得內部阻抗增加，而降低鋰電池的使用性。

有鑑於此，本發明提供一種儲能複合粒子，具有新穎的結構，具有高電容量以及良好的體積膨脹/收縮特性。

本發明提供一種電池負極材料以及電池，使用了上述的儲能複合粒子，而具有良好的高克電容量、高庫倫效率以及長循環壽命。

本發明提出一種儲能複合粒子，包括：碳膜、導電碳材、儲能顆粒以及導電碳鬚。碳膜圍繞出一空間。導電碳材與儲能顆粒設置於該空間內。導電碳鬚電性連接導電碳材、儲能顆粒與碳膜，且導電碳鬚從空間內延伸到空間外。

在本發明的一實施例中，上述的儲能顆粒是選自於奈米矽基顆粒、奈米異質複合顆粒及其組合。

在本發明的一實施例中，上述的奈米異質複合顆粒的材料是選自於Mg、Ca、Cu、Sn、Ag、Al、SiC、SiO、TiO₂ 、ZnO、Si-Fe-P、Si-P、Si-Fe、Si-Cu、Si-Al、Si-Ni、Si-Ti、Si-Co及其組合。

在本發明的一實施例中，上述的儲能顆粒選用奈米矽基顆粒以及奈米異質複合顆粒，且奈米異質複合顆粒相對於奈米矽基顆粒的重量百分比為0.1～5.0 wt%。

在本發明的一實施例中，上述的儲能顆粒相對於儲能複合粒子的重量百分比為10～50 wt%。

在本發明的一實施例中，上述的導電碳材相對於儲能複合粒子的重量百分比為50～80 wt%。

在本發明的一實施例中，上述的儲能複合粒子更包括一導電基質，設置於空間內。

在本發明的一實施例中，上述的導電基質的材料是選自於碳材、金屬、有機材料、無機材料及其組合。

在本發明的一實施例中，上述的導電基質相對於儲能複合粒子的重量百分比為5～10 wt%。

在本發明的一實施例中，上述的碳膜的材質包括：瀝青的碳化物、或樹脂的碳化物。

在本發明的一實施例中，該儲能複合粒子的表面積為6～15 m² /g。

在本發明的一實施例中，上述的儲能複合粒子更包括：多數個孔隙，設置於導電基質內。

在本發明的一實施例中，上述的孔隙的尺寸介於1 nm～1000nm。

本發明再提出一種電池負極材料，包括：上述的儲能複合粒子、導電碳以及黏著劑；其中，儲能複合粒子、導電碳與黏著劑的重量組成比例為75：15：10。

在本發明的一實施例中，上述的黏著劑包括：水性丙烯酸酯。

本發明又提出一種電池，包括：負極極板、正極極板以及離子導電層。負極極板上設置有上述的電池負極材料。正極極板對應於負極極板而設置。離子導電層電性連接負極極板與正極極板。

在本發明的一實施例中，上述的正極極板的材料包括：鋰。

基於上述，本發明的儲能複合粒子採用碳膜包覆導電碳材、儲能顆粒的新穎結構。由於在儲能複合粒子內具有足夠的空間與孔隙，可提供給儲能顆粒因充電過程所產生體積膨脹之緩衝，而能防止儲能複合粒子產生碎裂。再者，導電碳材、導電碳鬚與導電基質可形成三維導電網路，提供良好的電子傳輸的路徑。因此，儲能複合粒子可同時具有長循環壽命及高克電容量的優點。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

本發明提出一種具有新穎結構的儲能複合粒子，具有高克電容量、高庫倫效率以及長循環壽命的優點，能夠用來製作高電容量及充放電特性良好的電池。以下，將舉出數個實施例來說明本發明的儲能複合粒子、及使用此儲能複合粒子的電池負極材料與電池。

[儲能複合粒子]

圖1為本發明實施例的一種儲能複合粒子的示意圖。請參照圖1，儲能複合粒子100包括：碳膜110、導電碳材120、儲能顆粒130以及導電碳鬚140。碳膜110圍繞出一空間S。導電碳材120與儲能顆粒130設置於該空間S內。導電碳鬚140電性連接導電碳材120、儲能顆粒130與碳膜110，且導電碳鬚140從空間S內延伸到空間S外。

更詳細而言，可利用多數個導電碳材120與多數個儲能顆粒130組成一個類球狀的微米粒子(尺寸小於15μm)，且利用碳膜110包覆該類球狀的微米粒子。導電碳鬚140從導電碳材120、碳膜110的表面長出而構成導電網路。藉此，可得到上述之具有新穎結構的儲能複合粒子100。由於儲能複合粒子100具有足夠空間S、能對於儲能顆粒130因充電過程產生體積膨脹既行緩衝，所以儲能複合粒子100在多次充放電循環之後仍不會產生碎裂。

請繼續參照圖1，碳膜110的厚度可小於0.5μm(微米)，碳膜110的材質可以是瀝青的碳化物、樹脂的碳化物或適當的材質。此儲能複合粒子100的表面積可為6～15 m² /g。

另外，導電碳材120的尺寸可為1μm～4μm。可藉由導電碳材120之微米等級的尺寸，使得導電碳材120與儲能顆粒130(奈米等級的尺寸)之混漿過程中，不易造成粒子凝集。導電碳材120可選用片狀的石墨(具有良好的導電特性)，以在儲能複合粒子100內形成良好的導電網路。導電碳材120相對於儲能複合粒子100的重量百分比可為50～80 wt%。藉由調整導電碳材120的重量百分比，可適當地控制所形成導電網路的導電程度。

儲能顆粒130的尺寸可為30nm(奈米)～150nm。儲能顆粒130相對於儲能複合粒子100的重量百分比可為10～50 wt%。藉由調整儲能顆粒130的重量百分比，可使儲能複合粒子100具有所需的電容量。

上述的儲能顆粒130可選自於奈米矽基顆粒130a、奈米異質複合顆粒130b及其組合。更詳細而言，雖然圖1繪示的是奈米矽基顆粒130a與奈米異質複合顆粒130b同時存在的情形，然而，也可單獨採用奈米矽基顆粒130a、或單獨採用奈米異質複合顆粒130b。

當儲能顆粒130選用奈米矽基顆粒130a以及奈米異質複合顆粒130b時，奈米異質複合顆粒130b相對於奈米矽基顆粒130a的重量百分比可為0.1～5.0 wt%。藉由調整奈米異質複合顆粒130b相對於奈米矽基顆粒130a的重量百分比，可以使儲能複合粒子100同時具有高電容量以及長循環壽命。

奈米異質複合顆粒130b的材料可以是選自於Mg、Ca、Cu、Sn、Ag、Al、SiC、SiO、TiO₂ 、ZnO、Si-Fe-P、Si-P、Si-Fe、Si-Cu、Si-Al、Si-Ni、Si-Ti、Si-Co及其組合。可注意到，奈米異質複合顆粒130b可採用金屬(如Mg、Ca、Cu、Sn、Ag、Al)或是這些金屬的合金、矽碳化物(如SiC)、矽氧化物(如SiO)、金屬氧化物(如TiO₂ 、ZnO)、矽磷化物(如Si-P)、矽基金屬磷化物(如Si-Fe-P)、或是矽與金屬的組成物(如Si-Fe、Si-Cu、Si-Al、Si-Ni、Si-Ti、Si-Co)等。

更詳細而言，奈米異質複合顆粒130b可由異質物質所組成(例如上述的矽與金屬的組成物)，而異質物質(金屬)可增加矽基材料的延展性結構與導電性。以鋰電池為例，在鋰電池的充電過程中，當鋰離子嵌入矽基材料形成鋰矽合金時，奈米異質複合顆粒130b會產生體積膨脹。然而，由於異質物質(金屬)所提供的延展特性，所以可減少矽基材料的應力變化，也產生了避免奈米異質複合顆粒130b產生碎裂的效果。

圖2為本發明實施例的又一種儲能複合粒子的示意圖。請參照圖2，此儲能複合粒子102與上述的儲能複合粒子100類似，相同的元件標示以相同的符號。可注意到，如圖2所示的儲能複合粒子102可更包括導電基質150，設置於空間S內。

請繼續參照圖2，導電碳材120、儲能顆粒130、導電碳鬚140都分佈於導電基質150中。導電基質150的材質可以是選自於碳材、金屬、有機材料、無機材料及其組合。導電基質150相對於儲能複合粒子100的重量百分比可為5～10 wt%。導電基質150使得導電碳材120、儲能顆粒130、導電碳鬚140與碳膜110之間進一步彼此電性連接，能夠降低儲能複合粒子102的表面電阻，達到高功率特性。

值得注意的是，儲能複合粒子102可更包括：多數個孔隙160，設置於導電基質150內。孔隙160可進一步提供儲能顆粒130在膨脹時的體積緩衝效果，亦即，孔隙160提供作為高電容量的儲能顆粒130體積膨脹之緩衝層，使儲能複合粒子100不易碎裂。上述孔隙160的尺寸可介於1 nm～1000nm。另外，孔隙160也有利於電解液導入與離子的快速進出，以提供離子的擴散路徑。孔隙160也增加了矽基負極材料的表面積，提高離子的反應面積。

圖3A與圖3B為本發明實施例的一種儲能複合粒子的聚焦離子束掃描式電子顯微系統(Focused Ion Beam equipped Scanning Electron Microscope,FIB-SEM)的照片圖。請參照圖3A，圖3A顯示儲能複合粒子剖面，儲能複合粒子的組成是採用下述的實例7(Si+SiC/Carbon)。

如圖3A所示的儲能複合粒子具有與圖2相類似的結構，亦即，在儲能複合粒子102中具有多數個孔隙160、且表面具有碳膜110，且碳膜110包覆導電碳材、儲能顆粒與導電基質等(未顯示於圖3A中)。特別是，如圖3B所示，在碳膜110的表面形成了多個條狀的導電碳鬚140，以形成導電網路。

從圖2、圖3A與圖3B可看出，可製備出尺寸約為15μm的顆粒大小均勻的儲能複合粒子102。該儲能複合粒子102的內部由高容量矽基奈米顆粒(儲能顆粒130)、導電碳鬚140及片狀石墨(導電碳材120)及孔隙160所組成，孔隙160是由數奈米至微米分佈。儲能複合粒子102的表面有厚度小於500 nm的碳膜110及導電碳鬚140所覆蓋。

綜上所述，由於碳膜110將導電碳材120、儲能顆粒130等包圍起來，所以當儲能顆粒130在充電過程產生體積膨脹，空間S能夠提供緩衝的效果，可避免儲能複合粒子100產生碎裂。當儲能複合粒子100、102具有奈米異質複合顆粒130b與孔隙160時，由於異質物質所提供的延展性以及孔隙160所提供的緩衝空間，所以也能達到避免儲能複合粒子100、102產生碎裂的效果。並且，導電碳材120、導電碳鬚140與導電基質150能夠形成三維導電網路，提昇電子傳輸的效率。

[電池負極材料與電池]

圖4為本發明實施例的一種電池負極材料的示意圖。請參照圖4，電池負極材料200可設置在金屬板300上，且電池負極材料200可包括：儲能複合粒子210、導電碳220以及黏著劑230；其中，儲能複合粒子210可採用上述記載的儲能複合粒子100、102，且儲能複合粒子210、導電碳220與黏著劑230的重量組成比例可為75：15：10。上述的黏著劑230可包括水性丙烯酸酯，使儲能複合粒子210與導電碳220能彼此黏著。另外，金屬板300可以採用銅等導電性良好的金屬來進行集電。

可注意到，多個儲能複合粒子210之間能夠利用各自的碳膜110及導電碳鬚140而彼此電性連接，有助於增加多個儲能複合粒子210之間的接觸面積，降低多個儲能複合粒子210之間的接觸阻抗，達到高電子傳導能力。

圖5為本發明實施例的一種電池的示意圖。請參照圖5，電池400包括：負極極板410、正極極板420以及離子導電層430。負極極板410上設置有上述的電池負極材料200。正極極板420對應於負極極板410而設置。離子導電層430電性連接負極極板410與正極極板420。正極極板420的材料可包括鋰。

以下，將舉出本發明的儲能複合粒子100、102的數個實例、並和商品化碳材(MCMB 1028)與Si/Graphite等兩個比較例進行比較，以說明本發明的儲能複合粒子100、102確實具有高克電容量、高庫倫效率以及長循環壽命等優點。另外，還舉出利用本發明的儲能複合粒子的電池負極材料的製作實例如下。

[ 本發明的儲能複合粒子的實例] [實例1：Si/Carbon]

利用高速攪拌方式，將高容量奈米矽與碳材分散均勻。繼之，使用噴霧造粒與機械裝置產生多孔隙二次粒子。接著，使用瀝青作為碳前驅物，使多孔隙二次粒子表面包覆一層均勻的碳前驅物。再來，經過高溫(950℃)碳化處理，使碳膜包覆於外部。最後，可得到具有多孔隙的儲能複合粒子，亦即，Si/Carbon (實例1)。

[實例2～6：Si+Mg/Carbon、Si+Ca/Carbon、Si+Cu/Carbon、Si+Ag/Carbon、Si+Al/Carbon]

利用高速攪拌方式，先將高容量奈米矽與碳材分散均勻後，緩慢加入已溶解之金屬前驅物，其中，實例2是加入Mg(NO₃ )₂ 、實例3是加入Ca(NO₃ )₂ 、實例4是加入Cu(CH₃ COO)₂ 、實例5是加入AgNO₃ 、實例6是加入Al(NO₃ )₃ 。

接著，使用噴霧造粒與機械裝置產生多孔隙二次粒子。再來，以瀝青作為碳前驅物，使多孔隙二次粒子表面包覆一層均勻的碳前驅物。繼之，再經過高溫(800～1000℃)碳化處理，使碳膜包覆於外部。最後，可得到具多孔隙的儲能複合粒子，亦即，Si+Mg/Carbon(實例2)、Si+Ca/Carbon(實例3)、Si+Cu/Carbon(實例4)、Si+Ag/Carbon(實例5)、Si+Al/Carbon(實例6)。

[實例7：Si+SiC/Carbon]

以高速攪拌方式，先將高容量奈米矽與碳分散均勻。接著，使用噴霧造粒與機械裝置產生多孔隙二次粒子。繼之，以瀝青作為碳前驅物，使多孔隙二次粒子表面包覆一層均勻的碳前驅物。接著，再經過高溫(1100℃)碳化處理，使碳膜包覆於外部。最後，得到具多孔隙的儲能複合粒子，亦即，Si+SiC/Carbon(實例7)。

[實例8～9：Si+SiO/Carbon、Si+TiO ₂ /Carbon]

以高速攪拌方式，先將高容量奈米矽、奈米氧化物與碳材分散均勻，其中，實例8加入的奈米氧化物是SiO，實例9加入的奈米氧化物是TiO₂ 。

接著，使用噴霧造粒與機械裝置產生多孔隙二次粒子。繼之，以瀝青作為碳前驅物，使多孔隙二次粒子表面包覆一層均勻的碳前驅物。接著，再經過高溫(1100℃)碳化處理，使碳膜包覆於外部。最後，可得到具有多孔隙的儲能複合粒子，亦即，Si+SiO/Carbon(實例8)、Si+TiO₂ /Carbon(實例9)。

[實例10：Si+SiFeP/Carbon]

利用高速攪拌方式，先將高容量奈米矽與碳分散均勻後，再緩慢加入金屬前驅物水溶液(如：C₆ Fe₂ O₁₂ ‧5(H₂ O))及磷酸溶液。

接著，使用噴霧造粒與機械裝置產生多孔隙二次粒子。再來，以瀝青作為碳前驅物，使多孔隙二次粒子表面包覆一層均勻的碳前驅物。繼之，再經過高溫(1000℃)碳化處理，使碳膜包覆於外部。最後，可得到具多孔隙的儲能複合粒子，亦即，Si+SiFeP/Carbon(實例10)。

[硬幣電池(coin cell)的製作方式的實例] [負極極板的製作過程]

首先，提供上述實施例1～10的儲能複合粒子為負極材料，加入水性丙烯酸酯膠黏著劑(LA132)與導電碳，且以儲能複合粒子、水性丙烯酸酯膠黏著劑、導電碳為75：10：15的比例稱重。隨後，加入一定比例的去離子水混合均勻成為漿料。接著，將上述漿料塗佈於銅箔(14~15μm)上，以形成負極極板，此負極極板經過熱風烘乾後，再進行真空烘乾，以除去溶劑。

[電池的製作過程]

在將負極極板組裝成電池之前，負極極板先經輾壓，再將負極極板沖壓成直徑為13 mm之錢幣型負極極板。

接著，以鋰金屬作為正極極板，對向於負極極板而設置。在正極極板與負極極板之間提供離子導電層，例如採用電解質液為1M LiPF₆ -EC/EMC/DMC(體積比例1:1:1)+2wt% VC，而完成電池的製作。

上述電池的充放電範圍為2.0V～5 mV。形成充放電電流為0.005C，以測得材料的各種電化學特性。循環壽命測試條件為0.2C充電/0.5C放電。

[比較例1]

以商業化石墨(中間相碳微球，MCMB 1028)，進行上述硬幣電池的製作與測試。

[比較例2]

將奈米矽顆粒(50-150μm)、人工石墨(1-4μm)、軟瀝青與溶劑均勻混合後再進行四天濕式球磨。然後，將溶劑移除並真空烘乾。最後，粉體再經過高溫(1000℃)碳化處理，得到具多孔隙Si/graphite複合負極材料，並上述硬幣電池的製作與測試。

表一顯示實例1～10以及比較例1～2的循環壽命測試結果，而圖6～圖17分別表示比較例1、比較例2、實施例1～10的最後電容量與循環次數的關係圖。

其中，循環保持率=(最後電容量/放電容量)x 100%，數值大代表循環壽命長，反之，數值小代表循環壽命短。

由表一與圖6可知，比較例1為商業化石墨，放電容量約304mAh/g、庫倫效率約89%、最後電容量為210mAh/g，可計算出循環保持率為70%(循環次數為100次)。

由表一與圖7可知，比較例2與商業化石墨相較，放電容量提升了45%、庫倫效率達到92%，然而循環保持率為56%(循環次數為100次)，相較於比較例1是較差的。

由表一與圖8可知，實例1的儲能複合粒子(Si/Carbon)的結果表現優越，具有高放電容量(485mAh/g)及高循環保持率71%(循環次數為100次)。可知，具有孔隙結構的儲能複合粒子(Si/Carbon)有較好的循環壽命表現。這是因為在儲能複合粒子的結構內具有較多的孔隙，可提供給儲能顆粒作為緩衝空間，能夠有效地提昇循環壽命。

由表一與圖9～圖13可知，在高容量矽基/碳複合材料中，若採用金屬型式的異質物掺雜，實例2～實例6的循環保持率表現分別為：68%(Si+Mg/Carbon、循環次數為100次)、92%(Si+Ca/Carbon、循環次數為100次)、73%(Si+Cu/Carbon、循環次數為100次)、90%(Si+Ag/Carbon、循環次數為100次)以及74%(Si+Al/Carbon、循環次數為94次)。特別是，將實例3～6與比較例2(Si/graphite)及實例1(Si/Carbon)相較，可知實例3～6的循環壽命明顯較長。另外，實例2(Si+Mg/Carbon)與實例1(Si/Carbon)的循環壽命相近。整體觀之，金屬異質物掺雜對高容量矽基/碳複合材料之循環壽命有明顯的改善。這是因為金屬具有高導電度與延展性，可改善儲能顆粒的物理性質。

由表一與圖14～圖15可知，如高容量矽基/碳複合材料中，若採用金屬氧化物型式的異質物掺雜，實例8～實例9的循環保持率表現分別為：97%(Si+SiO/Carbon、循環次數為100次)、79%(Si+TiO₂ /Carbon、循環次數為100次)。將實例8～9與比較例2(Si/graphite、56%)及實施例1(Si/Carbon、71%)相較，可知實例8～9的循環壽命較長。由於金屬氧化物可作為儲能顆粒產生膨脹之緩衝層，可改善儲能顆粒因膨脹所導致之碎裂問題，來達到高穩定電容量特性。

由表一與圖16可知，如高容量矽基/碳複合材料中，若採用合金型式的異質物掺雜，實例10的循環保持率表現為：77%(Si+SiFeP/Carbon、循環次數為200次)，與比較例2(Si/graphite、56%、循環次數為100次)、實施例1(Si/Carbon、71%、循環次數為100次)、以及如圖17所示的實例7(Si+SiC/Carbon、65%、循環次數為200次)相較，可知實例10的循環壽命較長。矽基合金異質物可作為矽基材料膨脹的緩衝層，可增加矽基材料的延性組織結構及提升矽基材料之導電性。因此，能夠增加電子傳導能力，且降低矽基應力的發生。結果是，能夠改善矽基材料膨脹問題，達到長循環壽命特性。另外，在實例7的Si+SiC/Carbon複合負極材料也具有類似的性質。

綜上所述，本發明的儲能複合粒子、電池負極材料以及電池至少具有以下幾個優點：

(1)儲能複合粒子可具有多數個孔隙，有利於電解液導入與離子的快速進出，以提供離子的擴散路徑。這些孔隙也增加儲能複合粒子的表面積，可提高離子的反應面積。另外，多數個孔隙可提供作為高電容量儲能顆粒膨脹之緩衝層，使儲能複合粒子不易碎裂。

(2)儲能顆粒可採用奈米異質複合顆粒。奈米異質複合顆粒的異質物質可增加儲能顆粒的延性組織結構及導電性，可防止高電容量儲能顆粒在充放電過程中產生碎裂。並且，還能夠降低儲能顆粒與導電基質之間的接觸阻抗，有助於穩定儲能複合粒子的循環壽命。

(3)可利用導電基質來電性連接儲能顆粒、導電碳材、碳膜等而形成三維導電網路。特別是，導電碳鬚可由儲能複合粒子的內部延伸到外部，有助於降低儲能複合粒子的接觸阻抗，使儲能複合粒子具有優異的電子導電通路，來達到高功率特性。

(4)多個儲能複合粒子之間能夠利用各自的碳膜及導電碳鬚而彼此電性連接，有助於增加多個儲能複合粒子之間的接觸面積，降低多個儲能複合粒子之間的接觸阻抗，達到高電子傳導能力。

(5)導電碳材與儲能顆粒的尺寸分別為微米等級與奈米等級。導電碳材之微米等級的尺寸有利於將導電碳材與儲能顆粒進行混漿的過程，防止粒子的聚集。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故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。

100、210．．．儲能複合粒子

110．．．碳膜

120．．．導電碳材

130．．．儲能顆粒

130a．．．奈米矽基顆粒

130b．．．奈米異質複合顆粒

140．．．導電碳鬚

150．．．導電基質

160．．．孔隙

200．．．電池負極材料

220．．．導電碳

230．．．黏著劑

300．．．金屬板

400．．．電池

410．．．負極極板

420．．．正極極板

430．．．離子導電層

S．．．空間

圖1為本發明實施例的一種儲能複合粒子的示意圖。

圖2為本發明實施例的又一種儲能複合粒子的示意圖。

圖3A與圖3B為本發明實施例的一種儲能複合粒子的聚焦離子束掃描式電子顯微系統(Focused Ion Beam equipped Scanning Electron Microscope,FIB-SEM)的照片圖。

圖4為本發明實施例的一種電池負極材料的示意圖。

圖5為本發明實施例的一種電池的示意圖。

圖6～圖17分別表示比較例1、比較例2、實施例1～10的最後電容量與循環次數的關係圖。

100．．．儲能複合粒子

110．．．碳膜

120．．．導電碳材

130．．．儲能顆粒

130a．．．奈米矽基顆粒

130b．．．奈米異質複合顆粒

140．．．導電碳鬚

S．．．空間

Claims (17)

1. 一種儲能複合粒子，包括：一碳膜，圍繞出一空間；一導電碳材，設置於該空間內；一儲能顆粒，設置於該空間內；以及一導電碳鬚，電性連接該導電碳材、該儲能顆粒與該碳膜，且該導電碳鬚從該空間內延伸到該空間外。
2. 如申請專利範圍第1項所述的儲能複合粒子，其中，該儲能顆粒是選自於奈米矽基顆粒、奈米異質複合顆粒及其組合。
3. 如申請專利範圍第2項所述的儲能複合粒子，其中，該奈米異質複合顆粒的材料是選自於Mg、Ca、Cu、Sn、Ag、Al、SiC、SiO、TiO₂ 、ZnO、Si-Fe-P、Si-P、Si-Fe、Si-Cu、Si-Al、Si-Ni、Si-Ti、Si-Co及其組合。
4. 如申請專利範圍第2項所述的儲能複合粒子，其中，該儲能顆粒選用奈米矽基顆粒以及奈米異質複合顆粒，且該奈米異質複合顆粒相對於該奈米矽基顆粒的重量百分比為0.1～5.0 wt%。
5. 如申請專利範圍第1項所述的儲能複合粒子，其中，該儲能顆粒相對於該儲能複合粒子的重量百分比為10～50 wt%。
6. 如申請專利範圍第1項所述的儲能複合粒子，其中，該導電碳材相對於該儲能複合粒子的重量百分比為50～80 wt%。
7. 如申請專利範圍第1項所述的儲能複合粒子，更包括一導電基質，設置於該空間內。
8. 如申請專利範圍第7項所述的儲能複合粒子，其中該導電基質的材料是選自於碳材、金屬、有機材料、無機材料及其組合。
9. 如申請專利範圍第7項所述的儲能複合粒子，其中該導電基質相對於該儲能複合粒子的重量百分比為5～10 wt%。
10. 如申請專利範圍第1項所述的儲能複合粒子，其中，該碳膜的材質包括：瀝青的碳化物、或樹脂的碳化物。
11. 如申請專利範圍第1項所述的儲能複合粒子，其中，該儲能複合粒子的表面積為6～15 m² /g。
12. 如申請專利範圍第7項所述的儲能複合粒子，更包括：多數個孔隙，設置於該導電基質內。
13. 如申請專利範圍第12項所述的儲能複合粒子，其中，該些孔隙的尺寸介於1 nm～1000nm。
14. 一種電池負極材料，包括：如申請專利範圍第1項至第13項的任一項所述的儲能複合粒子；一導電碳；以及一黏著劑，其中，該儲能複合粒子、該導電碳與該黏著劑的重量組成比例為75：15：10。
15. 如申請專利範圍第14項所述的電池負極材料，其中，該黏著劑包括：水性丙烯酸酯。
16. 一種電池，包括：一負極極板，在該負極極板上設置有如申請專利範圍第14項至第15項的任一項所述的電池負極材料；一正極極板，對應於該負極極板而設置；以及一離子導電層，電性連接該負極極板與該正極極板。
17. 如申請專利範圍第16項所述的電池，其中，該正極極板的材料包括：鋰。