储能复合粒子、电池负极材料以及电池的制作方法

专利名称：储能复合粒子、电池负极材料以及电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种储能复合粒子，且尤其涉及一种具有新颖结构的储能复合粒子， 能储存高电容量且具有良好的体积膨胀/收缩特性。
背景技术：
锂电池已大量应用于笔记型计算机、行动电话、数字相机、摄影机、PDA、蓝牙耳机和无线3C用品等。现有的商品化锂电池的负极材料主要是以碳粉材料为主，例如采用中间相碳微球(Mesocarbon Microbeads, MCMB)与人工石墨，其克电容量(capacity)分别为 MCMB(310mAh/g)、人工石墨(350mAh/g)。然而，以碳为主体的负极材料已经达到理论电容量 372mAh/g的瓶颈，无法符合未来高功率以及高能量密度锂电池的需求。承上述，高电容量负极材料是高能量锂电池的关键材料。有研究者提出硅基 (Silica-based)负极材料以得到高克电容量(3，800mAh/g)。然而，硅基负极材料具有高不可逆容量的特性，且硅基负极材料在充电后会产生400%的体积膨胀。更详细而言，在锂电池的充放电过程中，会因为锂离子嵌入/嵌出硅基负极材料， 而使硅基负极材料发生材料膨胀及收缩，如此，会导致硅基负极材料碎裂，使得内部阻抗增加，而降低锂电池的使用性。

发明内容
本发明提供一种储能复合粒子，具有新颖的结构，具有高电容量以及良好的体积膨胀/收缩特性。本发明提供一种电池负极材料以及电池，使用了上述的储能复合粒子，而具有良好的高克电容量(high capacity)、高库伦效率(high coulombefficiency)以及长循环寿命。本发明提出一种储能复合粒子，包括碳膜、导电碳材、储能颗粒以及导电碳须。碳膜围绕出一空间。导电碳材与储能颗粒设置于该空间内。导电碳须电性连接导电碳材、储能颗粒与碳膜，且导电碳须从空间内延伸到空间外。在本发明的一实施例中，上述的储能颗粒是选自于纳米硅基颗粒、纳米异质复合颗粒及其组合。在本发明的一实施例中，上述的纳米异质复合颗粒的材料是选自于Mg、Ca、CU、Sn、 Ag、Al、SiC、Si0、Ti02、Zn0、Si-Fe-P, Si-P, Si-Fe, Si_Cu、Si-Al、Si-Ni、Si-Ti、Si-Co 及其组合。在本发明的一实施例中，上述的储能颗粒选用纳米硅基颗粒以及纳米异质复合颗粒，且纳米异质复合颗粒相对于纳米硅基颗粒的重量百分比为0. 1 5. 0wt%。在本发明的一实施例中，上述的储能颗粒相对于储能复合粒子的重量百分比为 10 50wt%。
在本发明的一实施例中，上述的导电碳材相对于储能复合粒子的重量百分比为 50 80wt%。在本发明的一实施例中，上述的储能复合粒子更包括一导电基质，设置于空间内。在本发明的一实施例中，上述的导电基质的材料是选自于碳材、金属、有机材料、 无机材料及其组合。在本发明的一实施例中，上述的导电基质相对于储能复合粒子的重量百分比为 5 10wt%。在本发明的一实施例中，上述的碳膜的材质包括浙青的碳化物、或树脂的碳化物。在本发明的一实施例中，该储能复合粒子的表面积为6 15m2/g。在本发明的一实施例中，上述的储能复合粒子更包括多数个孔隙，设置于导电基质内。在本发明的一实施例中，上述的孔隙的尺寸介于Inm lOOOnm。本发明再提出一种电池负极材料，包括上述的储能复合粒子、导电碳以及黏着剂；其中，储能复合粒子、导电碳与黏着剂的重量组成比例为75 15 10。在本发明的一实施例中，上述的粘着剂包括水性丙烯酸酯。本发明又提出一种电池，包括负极极板、正极极板以及离子导电层。负极极板上设置有上述的电池负极材料。正极极板对应于负极极板而设置。离子导电层电性连接负极极板与正极极板。在本发明的一实施例中，上述的正极极板的材料包括锂。基于上述，本发明的储能复合粒子采用碳膜包覆导电碳材、储能颗粒的新颖结构。 由于在储能复合粒子内具有足够的空间与孔隙，可提供给储能颗粒因充电过程所产生体积膨胀的缓冲，而能防止储能复合粒子产生碎裂。再者，导电碳材、导电碳须与导电基质可形成三维导电网络，提供良好的电子传输的路径。因此，储能复合粒子可同时具有长循环寿命及高克电容量的优点。以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。


图1为本发明实施例的一种储能复合粒子的示意图；图2为本发明实施例的又一种储能复合粒子的示意图；图3A与图;3B为本发明实施例的一种储能复合粒子的聚焦离子束扫描式电子显微系统(Focused Ion Beam equipped Scanning Electron Microscope,FIB-SEM)的照片图；图4为本发明实施例的一种电池负极材料的示意图；图5为本发明实施例的一种电池的示意图；图6 图17分别表示比较例1、比较例2、实施例1 10的最后电容量与循环次数的关系图。其中，附图标记100,210 储能复合粒子110:碳膜
120 导电碳材
130 储能颗粒
130a纳米硅基颗粒
130b纳米异质复合
140 导电碳须
150 导电基质
160 孔隙
200 电池负极材料
220 导电碳
230 粘着剂
300 金属板
400 电池
410 负极极板
420 正极极板
430 离子导电层
S 空间
具体实施例方式本发明提出一种具有新颖结构的储能复合粒子，具有高克电容量、高库伦效率以及长循环寿命的优点，能够用来制作高电容量及充放电特性良好的电池。以下，将举出数个实施例来说明本发明的储能复合粒子、及使用此储能复合粒子的电池负极材料与电池。[储能复合粒子]图1为本发明实施例的一种储能复合粒子的示意图。请参照图1，储能复合粒子 100包括碳膜110、导电碳材120、储能颗粒130以及导电碳须140。碳膜110围绕出一空间S。导电碳材120与储能颗粒130设置于该空间S内。导电碳须140电性连接导电碳材 120、储能颗粒130与碳膜110，且导电碳须140从空间S内延伸到空间S外。更详细而言，可利用多数个导电碳材120与多数个储能颗粒130组成一个类球状
的微米粒子(尺寸小于15 μ m)，且利用碳膜110包覆该类球状的微米粒子。导电碳须140
从导电碳材120、碳膜110的表面长出而构成导电网络。借此，可得到上述的具有新颖结构
的储能复合粒子100。由于储能复合粒子100具有足够空间S、能对于储能颗粒130因充电
过程产生体积膨胀既行缓冲，所以储能复合粒子100在多次充放电循环之后仍不会产生碎 m农。请继续参照图1，碳膜110的厚度可小于0.5 μ m (微米)，碳膜110的材质可以是
浙青的碳化物、树脂的碳化物或适当的材质。此储能复合粒子100的表面积可为6 15m2/ g°另外，导电碳材120的尺寸可为Iym 4μπι。可通过导电碳材120的微米等级的尺寸，使得导电碳材120与储能颗粒130(纳米等级的尺寸)的混浆过程中，不易造成粒子凝集。导电碳材120可选用片状的石墨(具有良好的导电特性)，以在储能复合粒子100 内形成良好的导电网络。导电碳材120相对于储能复合粒子100的重量百分比可为50 80wt%。通过调整导电碳材120的重量百分比，可适当地控制所形成导电网络的导电程度。储能颗粒130的尺寸可为30nm(纳米) 150歷。储能颗粒130相对于储能复合粒子100的重量百分比可为10 50wt%。通过调整储能颗粒130的重量百分比，可使储能复合粒子100具有所需的电容量。上述的储能颗粒130可选自于纳米硅基颗粒130a、纳米异质复合颗粒130b及其组合。更详细而言，虽然图1绘示的是纳米硅基颗粒130a与纳米异质复合颗粒130b同时存在的情形，然而，也可单独采用纳米硅基颗粒130a、或单独采用纳米异质复合颗粒130b。当储能颗粒130选用纳米硅基颗粒130a以及纳米异质复合颗粒130b时，纳米异质复合颗粒130b相对于纳米硅基颗粒130a的重量百分比可为0. 1 5. Owt%。通过调整纳米异质复合颗粒130b相对于纳米硅基颗粒130a的重量百分比，可以使储能复合粒子100 同时具有高电容量以及长循环寿命。纳米异质复合颗粒130b的材料可以是选自于Mg、Ca、Cu、Sn、Ag、Al、SiC、Si0、Ti02、 ZnO、Si-Fe-P, Si-P, Si-Fe, Si_Cu、Si-Al、Si-Ni、Si-Ti、Si-Co 及其组合。可注意到，纳米异质复合颗粒130b可采用金属(如Mg、Ca、Cu、Sn、Ag、Al)或是这些金属的合金、硅碳化物(如SiC)、硅氧化物(如SiO)、金属氧化物(如TiO2、ZnO)、硅磷化物(如Si-P)、硅基金属磷化物(如Si-Fe-P)、或是硅与金属的组成物(如Si-Fe, Si-Cu, Si-ΑΙ, Si-Ni, Si-Ti, Si-Co)等。更详细而言，纳米异质复合颗粒130b可由异质物质所组成(例如上述的硅与金属的组成物)，而异质物质(金属)可增加硅基材料的延展性结构与导电性。以锂电池为例， 在锂电池的充电过程中，当锂离子嵌入硅基材料形成锂硅合金时，纳米异质复合颗粒130b 会产生体积膨胀。然而，由于异质物质(金属)所提供的延展特性，所以可减少硅基材料的应力变化，也产生了避免纳米异质复合颗粒130b产生碎裂的效果。图2为本发明实施例的又一种储能复合粒子的示意图。请参照图2，此储能复合粒子102与上述的储能复合粒子100类似，相同的元件标示以相同的符号。可注意到，如图2 所示的储能复合粒子102可更包括导电基质150，设置于空间S内。请继续参照图2，导电碳材120、储能颗粒130、导电碳须140都分布于导电基质 150中。导电基质150的材质可以是选自于碳材、金属、有机材料、无机材料及其组合。导电基质150相对于储能复合粒子100的重量百分比可为5 IOwt %。导电基质150使得导电碳材120、储能颗粒130、导电碳须140与碳膜110之间进一步彼此电性连接，能够降低储能复合粒子102的表面电阻，达到高功率特性。值得注意的是，储能复合粒子102可更包括多数个孔隙160，设置于导电基质150 内。孔隙160可进一步提供储能颗粒130在膨胀时的体积缓冲效果，亦即，孔隙160提供作为高电容量的储能颗粒130体积膨胀的缓冲层，使储能复合粒子100不易碎裂。上述孔隙 160的尺寸可介于Inm lOOOnm。另外，孔隙160也有利于电解液导入与离子的快速进出， 以提供离子的扩散路径。孔隙160也增加了硅基负极材料的表面积，提高离子的反应面积。图3A与图:3B为本发明实施例的一种储能复合粒子的聚焦离子束扫描式电子显微系统(Focused Ion Beam equipped Scanning Electron Microscope，FIB-SEM)的照片图。请参照图3A，图3A显示储能复合粒子剖面，储能复合粒子的组成是采用下述的实例 7(Si+SiC/Carbon)0
如图3A所示的储能复合粒子具有与图2相类似的结构，亦即，在储能复合粒子102 中具有多数个孔隙160、且表面具有碳膜110，且碳膜110包覆导电碳材、储能颗粒与导电基质等(未显示于图3A中)。特别是，如图:3B所示，在碳膜110的表面形成了多个条状的导电碳须140，以形成导电网络。从图2、图3A与图:3B可看出，可制备出尺寸约为15 μ m的颗粒大小均勻的储能复合粒子102。该储能复合粒子102的内部由高容量硅基纳米颗粒(储能颗粒130)、导电碳须140及片状石墨(导电碳材120)及孔隙160所组成，孔隙160是由数纳米至微米分布。 储能复合粒子102的表面有厚度小于500nm的碳膜110及导电碳须140所覆盖。综上所述，由于碳膜110将导电碳材120、储能颗粒130等包围起来，所以当储能颗粒130在充电过程产生体积膨胀，空间S能够提供缓冲的效果，可避免储能复合粒子100产生碎裂。当储能复合粒子100、102具有纳米异质复合颗粒130b与孔隙160时，由于异质物质所提供的延展性以及孔隙160所提供的缓冲空间，所以也能达到避免储能复合粒子100、 102产生碎裂的效果。并且，导电碳材120、导电碳须140与导电基质150能够形成三维导电网络，提升电子传输的效率。[电池负极材料与电池]图4为本发明实施例的一种电池负极材料的示意图。请参照图4，电池负极材料 200可设置在金属板300上，且电池负极材料200可包括储能复合粒子210、导电碳220以及粘着剂230 ；其中，储能复合粒子210可采用上述记载的储能复合粒子100、102，且储能复合粒子210、导电碳220与粘着剂230的重量组成比例可为75 15 10。上述的粘着剂230可包括水性丙烯酸酯，使储能复合粒子210与导电碳220能彼此粘着。另外，金属板 300可以采用铜等导电性良好的金属来进行集电。可注意到，多个储能复合粒子210之间能够利用各自的碳膜110及导电碳须140 而彼此电性连接，有助于增加多个储能复合粒子210之间的接触面积，降低多个储能复合粒子210之间的接触阻抗，达到高电子传导能力。图5为本发明实施例的一种电池的示意图。请参照图5，电池400包括负极极板 410、正极极板420以及离子导电层430。负极极板410上设置有上述的电池负极材料200。 正极极板420对应于负极极板410而设置。离子导电层430电性连接负极极板410与正极极板420。正极极板420的材料可包括锂。以下，将举出本发明的储能复合粒子100、102的数个实例、并和商品化碳材(MCMB 1028)与Si/Graphite等两个比较例进行比较，以说明本发明的储能复合粒子100、102确实具有高克电容量、高库伦效率以及长循环寿命等优点。另外，还举出利用本发明的储能复合粒子的电池负极材料的制作实例如下。[本发明的储能复合粒子的实例][实例 1 Si/Carbon]利用高速搅拌方式，将高容量纳米硅与碳材分散均勻。继之，使用喷雾造粒与机械装置产生多孔隙二次粒子。接着，使用浙青作为碳前驱物，使多孔隙二次粒子表面包覆一层均勻的碳前驱物。再来，经过高温(950°C )碳化处理，使碳膜包覆于外部。最后，可得到具有多孔隙的储能复合粒子，亦即，Si/Carbon (实例1)。[实例 2 6 Si +Mg/Carbon, Si +Ca/Carbon, Si +Cu/Carbon, Si +Ag/Carbon, Si +Al/Carbon]利用高速搅拌方式，先将高容量纳米硅与碳材分散均勻后，缓慢加入已溶解的金属前驱物，其中，实例2是加入Mg (NO3) 2、实例3是加入Ca (NO3) 2、实例4是加入Cu (CH3COO) 2、 实例5是加入AgN03、实例6是加入Al (NO3) 3。接着，使用喷雾造粒与机械装置产生多孔隙二次粒子。再来，以浙青作为碳前驱物，使多孔隙二次粒子表面包覆一层均勻的碳前驱物。继之，再经过高温(800 1000°C ) 碳化处理，使碳膜包覆于外部。最后，可得到具多孔隙的储能复合粒子，亦即，Si+Mg/ Carbon (实例 2)、Si+Ca/Carbon (实例 3)、Si+Cu/Carbon (实例 4)、Si+Ag/Carbon (实例 5)、 Si+Al/Carbon (实例 6)。[实例 7 :Si+SiC/Carbon]以高速搅拌方式，先将高容量纳米硅与碳分散均勻。接着，使用喷雾造粒与机械装置产生多孔隙二次粒子。继之，以浙青作为碳前驱物，使多孔隙二次粒子表面包覆一层均勻的碳前驱物。接着，再经过高温(1100°c)碳化处理，使碳膜包覆于外部。最后，得到具多孔隙的储能复合粒子，亦即，Si+SiC/Carbon (实例7)。[实例 8 9 :Si+SiO/Carbon、Si+Ti02/Carbon]以高速搅拌方式，先将高容量纳米硅、纳米氧化物与碳材分散均勻，其中，实例8 加入的纳米氧化物是SiO，实例9加入的纳米氧化物是Ti02。接着，使用喷雾造粒与机械装置产生多孔隙二次粒子。继之，以浙青作为碳前驱物，使多孔隙二次粒子表面包覆一层均勻的碳前驱物。接着，再经过高温(1100°c)碳化处理，使碳膜包覆于外部。最后，可得到具有多孔隙的储能复合粒子，亦即，Si+Si0/Carbon (实例 8)、Si+Ti02/Carbon (实例 9)。[实例 10 :Si+SiFeP/Carbon]利用高速搅拌方式，先将高容量纳米硅与碳分散均勻后，再缓慢加入金属前驱物水溶液(如=C6Fe2O12 · 5 (H2O))及磷酸溶液。接着，使用喷雾造粒与机械装置产生多孔隙二次粒子。再来，以浙青作为碳前驱物，使多孔隙二次粒子表面包覆一层均勻的碳前驱物。继之，再经过高温(IOO(TC)碳化处理，使碳膜包覆于外部。最后，可得到具多孔隙的储能复合粒子，亦即，Si+SiFeP/Carbon (实例 10)。[硬币电池(coincell)的制作方式的实例][负极极板的制作过程]首先，提供上述实施例1 10的储能复合粒子为负极材料，加入水性丙烯酸酯胶粘着剂(LA13》与导电碳，且以储能复合粒子、水性丙烯酸酯胶粘着剂、导电碳为 75 10 15的比例称重。随后，加入一定比例的去离子水混合均勻成为浆料。接着，将上述浆料涂布于铜箔(14 15 μ m)上，以形成负极极板，此负极极板经过热风烘干后，再进行真空烘干，以除去溶剂。[电池的制作过程]在将负极极板组装成电池之前，负极极板先经辗压，再将负极极板冲压成直径为 13mm的钱币型负极极板。接着，以锂金属作为正极极板，对向于负极极板而设置。在正极极板与负极极板之间提供离子导电层，例如采用电解质液为IM LiPF6-EC/EMC/DMC (体积比例 1:1: l)+2wt% VC，而完成电池的制作，其中，LiPF6为六氟磷锂、EC为碳酸乙烯酯 (ethylene carbonate，EC)、EMC 爲碳酸甲乙酯(ethyl methylcarbonate，EMC)、DMC 爲碳酸二甲酯(dimethyl carbonate，DMC)、VC 为碳酸亚乙烯酯(vinylene carbonate，VC)。上述电池的充放电范围为2. OV 5mV。形成充放电电流为0. 005C,以测得材料的各种电化学特性。循环寿命测试条件为0. 2C充电/0. 5C放电。[比较例1]以商业化石墨(中间相碳微球，MCMB 1028)，进行上述硬币电池的制作与测试。[比较例2]将纳米硅颗粒(50-150 μ m)、人工石墨(1_4 μ m)、软浙青与溶剂均勻混合后再进行四天湿式球磨。然后，将溶剂移除并真空烘干。最后，粉体再经过高温(ιοοο )碳化处理，得到具多孔隙Si/graphite复合负极材料，并上述硬币电池的制作与测试。表一显示实例1 10以及比较例1 2的循环寿命测试结果，而图6 图17分别表示比较例1、比较例2、实施例1 10的最后电容量与循环次数的关系图。[表一]实例1 10以及比较例1 2的循环寿命测试结果
\充负极复合材料电容 量 (mA h/g)放电容量 (mAh/g)库伦效率 (%)循环次数最后电容量 (mAh/g)循环保持率 (%)比较例-1MCMB10213433048910021070比较例-2Si/Graphite4864499210025356实例-1Si/Carbon5734858510034671实例-2Si+Mg/Carbon6665277910036068实例-3Si+Ca/Carbon4503467710031792实例-4Si+Cu/Carbon7005868410043073实例-5Si+Ag/Carbon5924177010037590实例-6Si+Al/Carbon633554889440874实例-7Si+SiC/Carbon5474868920031765实例-8Si+SiO/Carbon5304528510043997实例-9Si+Ti02/Carbon6705358010042479实例-10Si+SiFeP/Carbon5554458020034177其中，循环保持率=(最后电容量/放电容量)xlOO %，数值大代表循环寿命长，反之，数值小代表循环寿命短。由表一与图6可知，比较例1为商业化石墨，放电容量约304mAh/g、库伦效率约89%、最后电容量为210mAh/g，可计算出循环保持率为70% (循环次数为100次)。由表一与图7可知，比较例2与商业化石墨相较，放电容量提升了 45%、库伦效率达到92%，然而循环保持率为56% (循环次数为100次)，相较于比较例1是较差的。由表一与图8可知，实例1的储能复合粒子(Si/Carbon)的结果表现优越，具有高放电容量G85mAh/g)及高循环保持率71% (循环次数为100次)。可知，具有孔隙结构的储能复合粒子(Si/Carbon)有较好的循环寿命表现。这是因为在储能复合粒子的结构内具有较多的孔隙，可提供给储能颗粒作为缓冲空间，能够有效地提升循环寿命。由表一与图9 图13可知，在高容量硅基/碳复合材料中，若采用金属型式的异质物掺杂，实例2 实例6的循环保持率表现分别为68% (Si+Mg/Carbon、循环次数为100 次)、92% (Si+Ca/Carbon、循环次数为 100 次)、73% (Si+Cu/Carbon、循环次数为 100 次)、 90% (Si+Ag/Carbon、循环次数为100次)以及74% (Si+Al/Carbon、循环次数为94次)。 特别是，将实例3 6与比较例2 (Si/graphite)及实例1 (Si/Carbon)相较，可知实例3 6的循环寿命明显较长。另外，实例2 (Si+Mg/Carbon)与实例1 (Si/Carbon)的循环寿命相近。整体观之，金属异质物掺杂对高容量硅基/碳复合材料的循环寿命有明显的改善。这是因为金属具有高导电度与延展性，可改善储能颗粒的物理性质。由表一与图14 图15可知，如高容量硅基/碳复合材料中，若采用金属氧化物型式的异质物掺杂，实例8 实例9的循环保持率表现分别为97% (Si+SiO/Carbon、循环次数为100次)、79% (Si+TiR/Carbon、循环次数为100次)。将实例8 9与比较例2 (Si/ graphite,56% )及实施例1 (Si/Carbon、71 % )相较，可知实例8 9的循环寿命较长。由于金属氧化物可作为储能颗粒产生膨胀的缓冲层，可改善储能颗粒因膨胀所导致的碎裂问题，来达到高稳定电容量特性。由表一与图16可知，如高容量硅基/碳复合材料中，若采用合金型式的异质物掺杂，实例10的循环保持率表现为: % (Si+SiFeP/Carbon、循环次数为200次)，与比较例2(Si/graphite、56%、循环次数为100次)、实施例1 (Si/Carbon、71 %、循环次数为100 次)、以及如图17所示的实例7(Si+SiC/Carbon、65%、循环次数为200次)相较，可知实例 10的循环寿命较长。硅基合金异质物可作为硅基材料膨胀的缓冲层，可增加硅基材料的延性组织结构及提升硅基材料的导电性。因此，能够增加电子传导能力，且降低硅基应力的发生。结果是，能够改善硅基材料膨胀问题，达到长循环寿命特性。另外，在实例7的Si+SiC/ Carbon复合负极材料也具有类似的性质。综上所述，本发明的储能复合粒子、电池负极材料以及电池至少具有以下几个优占.(1)储能复合粒子可具有多数个孔隙，有利于电解液导入与离子的快速进出，以提供离子的扩散路径。这些孔隙也增加储能复合粒子的表面积，可提高离子的反应面积。另外，多数个孔隙可提供作为高电容量储能颗粒膨胀的缓冲层，使储能复合粒子不易碎裂。(2)储能颗粒可采用纳米异质复合颗粒。纳米异质复合颗粒的异质物质可增加储能颗粒的延性组织结构及导电性，可防止高电容量储能颗粒在充放电过程中产生碎裂。并且，还能够降低储能颗粒与导电基质之间的接触阻抗，有助于稳定储能复合粒子的循环寿命。(3)可利用导电基质来电性连接储能颗粒、导电碳材、碳膜等而形成三维导电网络。特别是，导电碳须可由储能复合粒子的内部延伸到外部，有助于降低储能复合粒子的接触阻抗，使储能复合粒子具有优异的电子导电通路，来达到高功率特性。(4)多个储能复合粒子之间能够利用各自的碳膜及导电碳须而彼此电性连接，有助于增加多个储能复合粒子之间的接触面积，降低多个储能复合粒子之间的接触阻抗，达到高电子传导能力。(5)导电碳材与储能颗粒的尺寸分别为微米等级与纳米等级。导电碳材之微米等级的尺寸有利于将导电碳材与储能颗粒进行混浆的过程，防止粒子的聚集。当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种储能复合粒子，其特征在于，包括一碳膜，围绕出一空间；一导电碳材，设置于该空间内；一储能颗粒，设置于该空间内；以及一导电碳须，电性连接该导电碳材、该储能颗粒与该碳膜，且该导电碳须从该空间内延伸到该空间外。
2.根据权利要求1所述的储能复合粒子，其特征在于，该储能颗粒是选自于纳米硅基颗粒、纳米异质复合颗粒及其组合。
3.根据权利要求2所述的储能复合粒子，其特征在于，该纳米异质复合颗粒的材料是选自于 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 及其组合。
4.根据权利要求2所述的储能复合粒子，其特征在于，该储能颗粒选用纳米硅基颗粒以及纳米异质复合颗粒，且该纳米异质复合颗粒相对于该纳米硅基颗粒的重量百分比为 0. 1 5. Owt%。
5.根据权利要求1所述的储能复合粒子，其特征在于，该储能颗粒相对于该储能复合粒子的重量百分比为10 50wt%。
6.根据权利要求1所述的储能复合粒子，其特征在于，该导电碳材相对于该储能复合粒子的重量百分比为50 80wt%。
7.根据权利要求1所述的储能复合粒子，其特征在于，更包括一导电基质，设置于该空间内。
8.根据权利要求7所述的储能复合粒子，其特征在于，该导电基质的材料是选自于碳材、金属、有机材料、无机材料及其组合。
9.根据权利要求7所述的储能复合粒子，其特征在于，该导电基质相对于该储能复合粒子的重量百分比为5 IOwt%。
10.根据权利要求1所述的储能复合粒子，其特征在于，该碳膜的材质包括浙青的碳化物、或树脂的碳化物。
11.根据权利要求1所述的储能复合粒子，其特征在于，该储能复合粒子的表面积为 6 15m2/g。
12.根据权利要求7所述的储能复合粒子，其特征在于，更包括多数个孔隙，设置于该导电基质内。
13.根据权利要求12所述的储能复合粒子，其特征在于，该些孔隙的尺寸介于Inm IOOOnm0
14.一种电池负极材料，其特征在于，包括权利要求1至13中的任一项所述的储能复合粒子；一导电碳；以及一粘着剂，其中，该储能复合粒子、该导电碳与该粘着剂的重量组成比例为75 15 10。
15.根据权利要求14所述的电池负极材料，其特征在于，该粘着剂包括水性丙烯酸
16.一种电池，其特征在于，包括一负极极板，在该负极极板上设置有如权利要求14至15中的任一所述的电池负极材料；一正极极板，对应于该负极极板而设置；以及一离子导电层，电性连接该负极极板与该正极极板。
17.根据权利要求16所述的电池，其特征在于，该正极极板的材料包括锂。
全文摘要
本发明公开了一种储能复合粒子，包括碳膜、导电碳材、储能颗粒以及导电碳须。碳膜围绕出一空间。导电碳材与储能颗粒设置于该空间内。导电碳须电性连接导电碳材、储能颗粒与碳膜，且导电碳须从空间内延伸到空间外。该储能复合粒子具有高克电容量、高库伦效率以及长循环寿命。此外，还提出使用该储能复合粒子的电池负极材料以及电池。
文档编号H01M10/0525GK102569805SQ20101062401
公开日2012年7月11日 申请日期2010年12月29日 优先权日2010年12月24日
发明者廖世杰, 张彦博, 郑季汝, 陈金铭 申请人:财团法人工业技术研究院