适用于制作二次电池的正极的复合材料及其所制得的电池制造技术

本发明专利技术是有关于一种适用于制作二次电池的正极的复合材料及其所制得的电池。该适用于制作二次电池的正极的复合材料，是呈粉末状并具有橄榄石结构或ＮＡＳＩＣＯＮ结构，该复合材料粉末具有粒径介于１０～５００纳米的一次粒子，及由一次粒子组成的粒径大于１微米的二次粒子。该二次电池，包括一负电极、一电解质及一由复合材料制成的正电极，该复合材料呈粉末状并具有橄榄石结构或ＮＡＳＩＣＯＮ结构，且复合材料粉末具有粒径介于１０～５００纳米的一次粒子，及由一次粒子形成的粒径大于１微米的二次粒子。本发明专利技术可大幅提升材料的比表面积，能增加电容量，同时具有制作方便，且形成的电池具有高充放电速率、高电容量，且减少过充电或过放电而可增加电池寿命。

【技术实现步骤摘要】
适用于制作二次电池的正极的复合材料及其所制得的电池
本专利技术涉及一种适用于制作电池的正极的材料及电池，特别是涉及一种可大幅提升材料的比表面积，能增加电容量，同时具有制作方便，且形成的电池具有高充放电速率、高电容量，且减少过充电或过放电而可增加电池寿命的适用于制作二次电池的正极的复合材料及其所制得的电池。
技术介绍
随着电子产品的多元化发展，使得可携式能源的需求与日俱增，例如消费性电子产品、医疗器材、电动脚踏车、电动汽车、电动手工具等领域，都需要可携式电源以作为其电力来源。目前可携式能源则以能够重复使用的二次电池使用较为广泛，而在现有的二次电池种类中，因锂离子二次电池具有高体积比电容、无污染、循环充放特性良好，且无记忆效应等优点较具有发展潜力。又，影响锂离子二次电池的性能表现的因素，是以其用以制作正极的材料较为关键，在已知的用以制作电池的正极的材料中，因为磷酸锂铁化合物或与其相同结构的同性质化合物，例如LiMPO4(此为化合物代表式，M可为锰、钴、镍等过渡金属，及该化学式可为磷酸锂锰、磷酸锂钴、磷酸锂镍等，该化合物代表式以下均称为LiMPO4)，M为Mn、Co、Ni等过渡金属(以下将磷酸锂铁化合物及其同性质化合物一并简称为类磷酸锂铁化合物)，具有良好的电化学特征、无环境污染、安全性较佳、原材料来源丰富、比容量高、循环性能及热稳定性好且充放电效率高等优点，而被认为是极具使用潜力的锂离子电池正极材料之一。然而，目前已知的类磷酸锂铁化合物的电化学性质与理论值仍有一些差距。以电容量为例，类磷酸锂铁化合物的理论值可达170mAh/g，但是美国专利案US 5,910,382所揭露的一种磷酸锂铁化合物的电容量仅大约为120mAh/g，远低于理论值。为了改善磷酸锂铁化合物的电容量特性，大都在维持化合物的橄榄石结构或钠硅康(NASICON，此名称在文献中通常是以英文表示，未见中文译名，故本文直接音译，且以下均称为NASICON)结构下，利用其他元素部分取代或全部取代磷酸锂铁化合物中的锂、铁或磷等元素以增加电容量，其中又以取代铁金属较为常见，例如美国专利案US6,716,372、US 6,815,122等。由于用以取代铁金属的元素通常较不容易取得，使得原料成本较高，以产业使用的成本考量仍受到相当的限制。-->此外，美国专利US 6,632,566号揭露了利用提高磷酸锂铁化合物粉末的比表面积以利于Li+于材料中的扩散，借而可以提高电容量。虽然其实施例所记载的电容量可达约163mAh/g，但其化合物粉末仍然存在有粒径较大且分布不均匀，所以无法在高电流下进行充放电动作的缺点，且从其实施例的资料计算，电池的充放电速率约为1/37C，在实际使用上仍显缓慢，故还有再进行改进的空间。因此，申请人于2005年5月10日在中国台湾提出申请的申请案号为94115023专利技术专利案，提供了一种制作具有橄榄石结构的LixMyPO4化合物的方法，其步骤是将LixMyPO4的离子来源在溶液中混合，再将溶液干燥得一起始物，将该起始物在一含有碳微粒的非氧化性气氛中进行热处理，而制得LixMyPO4化合物。以该方法制得的LixMyPO4化合物可具有较小粒径且分布均匀的粉末。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种新型结构的适用于制作二次电池的正极的复合材料，所要解决的技术问题是使其复合材料的粉末具有纳米级的一次粒子及由一次粒子形成的微米级二次粒子，而可以增加复合材料的比表面积，达到提升电容量的功效，从而更加适于实用。本专利技术的另一目的在于，提供一种新型结构的以上述正极的复合材料所制得的二次电池，所要解决的技术问题是使其复合材料的粉末具有粒径较大的二次粒子且粒径分布均匀，容易与粘结剂及溶剂均匀混合，可直接涂布于电池极板即具有良好的附着性，并降低团聚现象，达到有利于电池之电极的制作、增加充放电速率、减少过充放电现象，及延长电池寿命的功效，从而更加适于实用。本专利技术的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本专利技术提出的一种适用于制作二次电池的正极的复合材料，该复合材料是呈粉末状，并具有橄榄石结构或NASICON结构，且该复合材料粉末具有粒径介于10～500纳米的一次粒子，以及由所述一次粒子形成的粒径大于1微米的二次粒子。本专利技术的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。前述的适用于制作二次电池的正极的复合材料，其中所述的复合材料粉末具有作为基质的A3xM2y(PO4)3化合物的一次粒子，以及由所述一次粒子与附着在部分一次粒子表面上的少量的碳所形成的二次粒子，其中，A为选自锂、钠、钾、铍、镁、硼及铝中的至少其中之一；M为选自钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、钇、锆、铌、钼、铍、镁、钙、锶、硼、铝、锗、锡及镓中的至少其中之一；且0＜x≤1.2，0＜y≤1.6。-->前述的适用于制作二次电池的正极的复合材料，其中所述的复合材料粉末具有介于5～100平方米(平方公尺)/克的比表面积。前述的适用于制作二次电池的正极的复合材料，其中所述的复合材料粉末具有粒径介于1～50微米的二次粒子。本专利技术的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本专利技术提出的一种二次电池，包含一负电极、一电解质及一由一复合材料制成的正电极，该复合材料是呈粉末状并具有橄榄石结构或NASICON结构，且该复合材料粉末具有粒径介于10～500纳米的一次粒子，及由所述一次粒子形成的粒径大于1微米的二次粒子。本专利技术的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。前述的二次电池，其中所述的复合材料粉末具有作为基质的A3xM2y(PO4)3化合物的一次粒子，以及由所述一次粒子与附着在部分一次粒子表面上的少量的碳所形成的二次粒子，其中，A为选自锂、钠、钾、铍、镁、硼及铝中的至少其中之一；M为选自钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、钇、锆、铌、钼、铍、镁、钙、锶、硼、铝、锗、锡及镓中的至少其中之一；且0＜x≤1.2，0＜y≤1.6。前述的二次电池，其中所述的复合材料粉末具有介于5～100平方米/克的比表面积。前述的二次电池，其中所述的复合材料粉末具有粒径介于1～50微米的二次粒子。前述的二次电池，其中所述的正电极是以一可溶于水或N-甲基-四砒咯烷酮溶剂的粘结剂与该复合材料混合所制成。本专利技术与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知，本专利技术的主要
技术实现思路
如下：本专利技术即是依据前申请案说明书所揭露的利用含碳微粒的非氧化性气氛进行热处理，以适量的碳微粒将反应起始物中的M3+还原成M2+，借而制得一具有橄榄石结构的LixMyPO4化合物的
技术实现思路
为基础进一步研发而完成。由于本专利技术是在含碳微粒的非氧化性气氛中进行热处理，所以可利用气氛中的碳微粒抑制起始物在热处理过程中进行晶粒成长，使得所制成的化合物粉末具有纳米级粒径的一次粒子(primary particles)，同时，在热处理过程中会有少量的碳微粒熔融附着于部分一次粒子的表面，并进一步由所述一次粒子与混掺在所述一次粒子之间的碳形成含有粒径可达1微米(μm)以上的二次粒子(secondary particles)的复合材料粉末。以该复合材料粉末作为制作二次电池的正极的材料时，由于该复合材料中化合物的一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于制作二次电池的正极的复合材料，其特征在于该复合材料是呈粉末状，并具有橄榄石结构或钠硅康（ＮＡＳＩＣＯＮ）结构，且该复合材料粉末具有粒径介于１０～５００纳米的一次粒子，以及由所述一次粒子形成的粒径大于１微米的二次粒子。

【技术特征摘要】
1、一种适用于制作二次电池的正极的复合材料，其特征在于该复合材料是呈粉末状，并具有橄榄石结构或钠硅康(NASICON)结构，且该复合材料粉末具有粒径介于10～500纳米的一次粒子，以及由所述一次粒子形成的粒径大于1微米的二次粒子。2、根据权利要求1所述的适用于制作二次电池的正极的复合材料，其特征在于其中所述的复合材料粉末具有作为基质的A3xM2y(PO4)3化合物的一次粒子，以及由所述一次粒子与附着在部分一次粒子表面上的少量的碳所形成的二次粒子，其中，A为选自锂、钠、钾、铍、镁、硼及铝中的至少其中之一；M为选自钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、钇、锆、铌、钼、铍、镁、钙、锶、硼、铝、锗、锡及镓中的至少其中之一；且0＜x≤1.2，0＜y≤1.6。3、根据权利要求1所述的适用于制作二次电池的正极的复合材料，其特征在于其中所述的复合材料粉末具有介于5～100平方米/克的比表面积。4、根据权利要求1所述的适用于制作二次电池的正极的复合材料，其特征在于其中所述的复合材料粉末具有粒径介于1～50微米的二次粒子。5、一种二次电池，包含一负电极、一电解质及...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨智伟，
申请(专利权)人：立凯电能科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]