[发明专利]电极复合材料、电极复合材料的制作方法以及充电电池电极

说明书

本发明公开了一种电极复合材料、电极复合材料的制作方法以及充电电池电极，电极复合材料包括多个电极复合材料颗粒，其中各电极复合材料颗粒包括核心层及壳层。各核心层包括碳基质、多个纳米活性颗粒以及多个石墨颗粒。纳米活性颗粒和石墨颗粒均随机散布于碳基质中。壳层覆盖核心层的表面，且壳层的莫氏硬度高于2。

技术领域

本发明涉及一种充电电池的电极材料，尤其涉及一种用于充电电池电极的复合材料、此复合材料的制作方法以及具有此复合材料的充电电池电极。

背景技术

近年来，充电电池被应用于各种技术领域中，例如由锂金属或锂合金作为电极材料的锂离子电池广泛地应用于电子装置、交通工具、国防军事和航空航天等领域。以锂离子电池举例说明，一般而言，锂离子电池的负极电极的活性物质多由石墨制成，但因石墨的电容量较低，因此有进一步开发采用高电容量材料或是高电容量材料与石墨混合的复合物来作为负极电极的材料。

目前普遍使用的高电容量材料为硅或金属氧化物，但硅与金属氧化物在充放电过程中体积会膨胀过大，而导致电极结构崩解，进而在一定次数的充放电循环后，充电电池的电容量就会大幅下降。为了延长充电电池的使用寿命，部分业者会减少高电容量材料在电极中的比例，但这阻碍了电容量的提升。

此外，为了增加充电电池的能量密度，电极中的活性材料涂层一般会进一步被辗压，以增加活性材料涂层的压实密度。然而，在碾压过程中，活性材料涂层中的高电容量材料容易脆裂、粉化，致使材料结构稳定性受到影响，进而降低了充电电池的电容量与使用寿命。

发明内容

鉴于以上的问题，本揭露提供一种电极复合材料、电极复合材料的制作方法以及充电电池电极。其中，电极复合材料解决现有电极材料难以兼顾使用寿命以及电容量提升的问题。

根据本揭露的一实施例，提供了一种电极复合材料，包括多个电极复合材料颗粒，其中各电极复合材料颗粒包括核心层及壳层。各核心层包括碳基质、多个纳米活性颗粒以及多个石墨颗粒。纳米活性颗粒和石墨颗粒均随机散布于碳基质中。壳层覆盖核心层的表面，且壳层的莫氏硬度高于2。

根据本揭露的一实施例，其中纳米活性颗粒各自包括活性材料以及保护层，保护层包覆活性材料，且保护层为活性材料的氧化物、氮化物或碳化物。

根据本揭露的一实施例，其中各纳米活性颗粒中的活性材料选自IVA族元素、银(Ag)、锌(Zn)、铝(Al)、砷(As)、铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)、铜(Cu)、其金属化合物以及其合金所组成的群组。

根据本揭露的一实施例，其中该纳米活性颗粒中的活性材料与保护层之间无任何间隙。

根据本揭露的一实施例，其中各纳米活性颗粒中的保护层在各纳米活性颗粒中所占的体积百分比小于23.0％。

根据本揭露的一实施例，其中保护层在各纳米活性颗粒中所占的体积百分比小于等于10.0％。

根据本揭露的一实施例，其中各复合材料颗粒中的纳米活性颗粒与碳基质之间无任何间隙。

根据本揭露的一实施例，其中壳层为金属或陶瓷。

根据本揭露的一实施例，其中壳层为金、氧碳化硅、氮化钛、或其组合。

根据本揭露的一实施例，其中各电极复合材料颗粒的壳层顺向性覆盖核心层。

根据本揭露的一实施例，其中各电极复合材料颗粒的壳层直接接触该核心层的碳基质。

根据本揭露的一实施例，其中各电极复合材料颗粒的壳层的厚度为50纳米至2微米。

根据本揭露的一实施例，其中各电极复合材料颗粒的核心层的部分表面会暴露出于壳层。

根据本揭露的一实施例，提供包括上述电极复合材料的一种充电电池电极。