[发明专利]锂电池负极材料及其制造方法

说明书

本发明提供一种锂电池负极材料制造方法，其包含：将一金属材及一碳材包覆于一硅材表面；进行一高温热处理，令金属材及碳材于硅材表面产生反应，而于硅材表面形成包含金属硅化物、金属氧化物、碳化硅(SiC)及硅氧化物的一复合物层，藉此形成一硅复合材；将一石墨材往复循环通过一高压通道，令石墨材受高压通道摩擦而剥离出多个石墨烯单元；交错混合石墨烯单元与硅复合材而形成一锂电池负极材料。经由碳化硅及石墨烯可提升充/放电维持率，并且经由金属硅化物及金属氧化物可抑制硅材体积膨胀，藉此延长锂电池使用寿命。

技术领域

本发明是关于一种锂电池负极材料及其制造方法；特别言之，是关于一种包含有碳化硅及多层石墨烯层的锂电池负极材料及其制造方法。

背景技术

二次电池的使用于今日已相当普遍。基于二次电池可反复充电、重量轻、高操作电压的特性，可解决往习一次性电池寿命过短、电容量过低的问题，替电子器具的使用带来便利性，并可兼顾环保经济考量。

二次电池的操作基本是基于电化学中的氧化-还原反应。一电化学电池结构中，最基本包含一正极、一负极、设置于正极及负极间的隔离膜以及反应用的电解液。例如图1所绘示的一习知锂电池100整体结构，其采用了常见的圆筒形结构，包含有一正极101、一负极102以及隔离膜103。电解液则被填充于正极101 及负极102之间，并经由隔离膜103的设置，防止正极101及负极102接触而产生短路。

上述的锂电池100于操作时，若为放电状态，则正极101发生还原作用，吸收电子；负极102发生氧化作用，放出电子。于充电状态时，则进行与上述相反的反应。

通常所称的锂电池，是泛称采用锂金属作为负极活性材料的电化学电池。此是因锂金属本身具备活性大、反应电动势高、重量轻等优点。然而，以锂金属作为负极活性材料虽具备上述优点，但其制作成本仍过高；且于电池反复充放电过程中，锂离子将于锂金属表面反复沉积及溶解，而形成树枝状结晶物(Dendritic Structure)。当树枝状结晶物逐渐堆积后，将有机会刺穿隔离膜，并穿过电解液与正极相接触；进而造成电池内部短路，并放出大量的反应热。最终将可能导致电池失效，甚至引起爆炸。

为解决上述使用锂金属作为负极活性材料衍生的电池性能降低、使用上不安全以及成本过高的问题，多种以非金属化合物如碳材、碳复合物等取代锂金属作为锂电池负极材料已被提出。

虽然以上述非金属化合物作为锂电池负极材料可大幅提高操作安全性，然而应用此等非金属化合物制成的锂电池仍遭遇性能不佳、使用寿命过短等问题，并且，其制作方法亦仍过于复杂，不符合成本及经济效益。

缘此，仍亟需开发能应用于现有锂电池的新式的锂电池负极材料，以及能简易制作此等锂电池负极材料的方法，以提高锂电池的效能及使用寿命。

发明内容

明确言之，本发明提供一种锂电池负极材料。经由将包含碳化硅的硅复合材应用于锂电池的负极材料中，可提高锂电池的电容量及循环充放电效率。并且，于硅材表面形成含有金属硅化物、金属氧化物的复合物层，可抑制因硅材积膨胀而导致锂电池效能降低的问题。此外，本发明更将硅复合材与多个石墨烯单元通过高压通道均匀混合，可进一步增加锂电池的电容量及使用寿命。另外，本发明并提供可简易制作上述锂电池负极材料的制造方法，得以降低制造成本。

为达上述目的，于一实施例中，本发明提供一种锂电池负极材料制造方法，包含：将具有催化效果的一金属材及一碳材包覆于一硅材表面；进行一高温热处理，令金属材及碳材于硅材表面产生反应，而于硅材表面形成包含金属硅化物、金属氧化物、碳化硅(SiC)及硅氧化物的一复合物层，以及于硅材表面形成至少一突出物，且突出物的自由端扩大形成一头部，借此形成一硅复合材，并以硅复合材形成一锂电池负极材料。其中透过金属硅化物及金属氧化物的导电性及金属的韧性，提升硅材的导电性及限制硅材于充放电过程中的体积膨胀。高温热处理的温度大于摄氏800度，小于摄氏1200度。