自組裝碳基材電池負(fù)極結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明揭示一種自組裝碳基材電池負(fù)極結(jié)構(gòu)。上述自組裝碳基材電池負(fù)極結(jié)構(gòu)包含碳基材、第一修飾層位于碳基材上、以及第二修飾層位于第一修飾層上。上述第一修飾層與第二修飾層的組成包含有機(jī)高分子。藉由自組裝分子設(shè)計(jì)，高分子鍍層對碳基材進(jìn)行表面改質(zhì)，以提升高分子表面鍍層與碳基材之間的接合性和均勻性，進(jìn)而更加延長使用此一表面改質(zhì)后的碳基材作為電極的電池的性能。
【專利說明】自組裝碳基材電池負(fù)極結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明關(guān)于一種碳基材電極結(jié)構(gòu)，特別是關(guān)于一種自組裝碳基材電池負(fù)極結(jié)構(gòu)及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子電池的發(fā)展在很大的程度上取決于高性能正、負(fù)極材料的開發(fā)與應(yīng)用。目前實(shí)用的中間相碳微球材料(MCMB)的制備成本偏高。而天然和人造石墨方面，為了降低初期不可逆電容量和提升循環(huán)壽命，需要以浙青類芳烴化合物材料進(jìn)行表面改質(zhì)，制備過程中需要1300°C以上的高溫下實(shí)現(xiàn)碳化，其中，原材料(浙青類芳烴化合物)價(jià)格波動(dòng)大，以及高溫碳化下所產(chǎn)生的環(huán)境污染與能源大量消耗，皆不是長久永續(xù)經(jīng)營的方向。
[0003]鋰離子電池的發(fā)展在很大的程度上取決于高性能正、負(fù)極材料的開發(fā)與應(yīng)用。目前廣泛應(yīng)用的中間相碳微球材料(MCMB)的制備成本頗高，而使用天然或人造石墨來作為電極材料時(shí)，為了降低初期的不可逆電容量與提升電池的循環(huán)壽命，通常需要先以浙青類芳烴化合物材料來進(jìn)行表面改質(zhì)，而且在制備過程中需要藉由1300°C以上的高溫環(huán)境來實(shí)現(xiàn)碳化。其中，所使用的原材料(浙青類芳烴化合物)價(jià)格波動(dòng)大，以及高溫碳化下所產(chǎn)生的環(huán)境污染與能源大量消耗，皆不是長久永續(xù)經(jīng)營的方向。
[0004]有鑒于此，開發(fā)可有效增加表面鍍層與石墨基材之間的接合性和均勻性，進(jìn)而大幅降低電池初期不可逆電容量與延長電池的循環(huán)壽命，且不會(huì)產(chǎn)生大量環(huán)境污染與不需消耗大量能源來進(jìn)行碳化的碳基材電極結(jié)構(gòu)及其制備方法，是一項(xiàng)相當(dāng)值得產(chǎn)業(yè)重視的課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于上述的發(fā)明背景中，為了符合產(chǎn)業(yè)上的要求，本發(fā)明提供一種自組裝碳基材電池負(fù)極結(jié)構(gòu)及其制備方法，上述自組裝碳基材電池負(fù)極結(jié)構(gòu)不僅制程簡易、成本便宜，更具有大幅降低電池初期不可逆電容量與延長電池的循環(huán)壽命等優(yōu)越性能，更好的是，不需消耗大量能源來進(jìn)行碳化以達(dá)到環(huán)保與簡約的目標(biāo)，進(jìn)而可有效提升產(chǎn)業(yè)競爭力。
[0006]本發(fā)明的一目的在于提供一種自組裝碳基材電池負(fù)極結(jié)構(gòu)及其制備方法，藉由采用復(fù)數(shù)層高分子對天然或人造石墨材料的石墨基材進(jìn)行表面改質(zhì)，以提升高分子表面鍍層與石墨基材之間的接合性和均勻性，進(jìn)而大幅降低使用此一表面改質(zhì)后的石墨基材作為電極的電池的初期不可逆電容量。
[0007]本發(fā)明的另一目的在于提供一種自組裝碳基材電池負(fù)極結(jié)構(gòu)及其制備方法，藉由采用復(fù)數(shù)層高分子對天然或人造石墨材料的石墨基材進(jìn)行表面改質(zhì)，以減少充放電期間上述表面改質(zhì)后的石墨基材的體積變化所造成的結(jié)構(gòu)破壞與剝落現(xiàn)象，進(jìn)而更加延長使用此一表面改質(zhì)后的石墨基材作為電極的電池的循環(huán)壽命。
[0008]本發(fā)明的另一目的在于提供一種自組裝碳基材電池負(fù)極結(jié)構(gòu)及其制備方法，藉由采用自組裝分子設(shè)計(jì)導(dǎo)入復(fù)數(shù)層高分子鍍層對天然或人造石墨材料的石墨基材進(jìn)行表面改質(zhì)，以提升高分子表面鍍層與石墨基材之間的接合性和均勻性，進(jìn)而更加延長使用此一表面改質(zhì)后的石墨基材作為電極的電池的性能。
[0009]本發(fā)明的另一目的在于提供一種自組裝碳基材電池負(fù)極結(jié)構(gòu)及其制備方法，藉由采用自組裝分子設(shè)計(jì)導(dǎo)入復(fù)數(shù)層高分子鍍層對天然或人造石墨材料的石墨基材進(jìn)行表面改質(zhì)，上述的復(fù)數(shù)層高分子鍍層的制備方法不需使用高達(dá)一千多度的高溫來進(jìn)行碳化，進(jìn)而可有效達(dá)到節(jié)約能源與環(huán)境保護(hù)的目標(biāo)。
[0010]根據(jù)以上所述的目的，本發(fā)明揭示了一種自組裝碳基材電池負(fù)極結(jié)構(gòu)及其制備方法。上述自組裝碳基材電池負(fù)極結(jié)構(gòu)包含碳基材、第一修飾層位于上述碳基材上、與第二修飾層位于上述第一修飾層上。其中上述第二修飾層的組成具有至少一極性或離子性官能基可與上述第一修飾層相互吸引并形成物理性或化學(xué)性的鏈接，以達(dá)到自組裝的效果。上述的第一修飾層與第二修飾層可藉由升溫干燥程序形成于碳基材表面。上述的第一修飾層的組成在升溫干燥過程中可由碳基材表面滲透進(jìn)入碳基材內(nèi)部的奈米級或微米級的缺陷或孔洞，使得第一修飾層與碳基材之間形成較強(qiáng)的包覆均勻性。上述第一修飾層更可改變碳基材的極性，進(jìn)而有利于吸引第二修飾層的高分子組成得以均勻包覆。更好的是，根據(jù)本說明書的自組裝碳基材電池負(fù)極結(jié)構(gòu)及其制備方法可不需使用極高溫的制程，以達(dá)到節(jié)約能源與環(huán)境保護(hù)的目標(biāo)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1A至圖1C為根據(jù)本說明書的自組裝碳基材電池負(fù)極結(jié)構(gòu)的第一高分子鍍膜與第二高分子鍍膜在升溫干燥程序中的變化示意圖。
[0012]圖2為一根據(jù)本說明書自組裝碳基材電池負(fù)極結(jié)構(gòu)的制備方法的流程示意圖。
[0013]圖3為一根據(jù)本說明書的表面改質(zhì)后的石墨基材的掃描式電子顯微鏡(ScanningElectron Microscopy)照片不意圖。
[0014]圖4為一根據(jù)本說明書的雙層高分子鍍膜的石墨電極與采用浙青包覆的石墨電極的第一次充放電曲線圖；以及。
[0015]圖5為不同碳基材的電池循環(huán)壽命的比較圖。
[0016]圖號說明:
[0017]120碳基材
[0018]140第一修飾層
[0019]160第二修飾層
[0020]220混合碳基材與第一高分子溶液以形成具有第一高分子鍍膜的碳基材
[0021]240混合具有第一高分子鍍膜的碳基材與第二高分子溶液
[0022]260進(jìn)行升溫干燥程序
[0023]262第一升溫程序
[0024]264第二升溫程序。
【具體實(shí)施方式】
[0025]本發(fā)明在此所探討的方向?yàn)橐环N自組裝碳基材電池負(fù)極結(jié)構(gòu)及其制備方法。為了能徹底地了解本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳盡的制程步驟或組成結(jié)構(gòu)。顯然地，本發(fā)明的施行并未限定于該領(lǐng)域的技藝者所熟習(xí)的特殊細(xì)節(jié)。另一方面，眾所周知的組成或制程步驟并未描述于細(xì)節(jié)中，以避免造成本發(fā)明不必要的限制。本發(fā)明的較佳體系會(huì)詳細(xì)描述如下，然而除了這些詳細(xì)描述之外，本發(fā)明還可以廣泛地施行在其他的體系中，且本發(fā)明的范圍不受限定，以其之后的專利范圍為準(zhǔn)。
[0026]本發(fā)明的一實(shí)施例揭露一種自組裝碳基材電池負(fù)極結(jié)構(gòu)。上述的自組裝碳基材電池負(fù)極結(jié)構(gòu)包含一碳基材、第一修飾層、與第二修飾層。上述第一修飾層位于上述碳基材之上，上述第二修飾層位于上述第一修飾層之上。上述的碳基材可以是選自下列一者或其組合:天然石墨(nature graphite)、人造石墨(artificial graphite)、中間相碳微球(MCMB)、軟碳、硬碳。
[0027]上述第一修飾層的組成包含一第一有機(jī)高分子，且上述第一有機(jī)高分子具有至少一可形成氫鍵(hydrogen bonding)的末端極性官能基。上述的至少一末端極性官能基可以是選自下列一者或其組合:氫氧基(-0H)、一級胺基(-NH2)、二級胺基(-NH)、氟(-F)。在根據(jù)本實(shí)施例的一較佳范例中，上述的第一有機(jī)高分子可以是一無溶劑型液態(tài)高分子。根據(jù)本實(shí)施例的設(shè)計(jì)，上述第一有機(jī)高分子單獨(dú)存在時(shí)，在室溫(約25°C)至一高溫狀態(tài)(例如200°C )下，可維持液體型態(tài)。上述第一有機(jī)高分子可以是選自下列群組中的一者或其組合:聚乙二醇辛基苯基醚、聚氧乙烯山梨糖醇酐單月桂酸酯。在根據(jù)本實(shí)施例的一較佳范例中，上述第一有機(jī)高分子的平均分子量約為400-2200。例如，當(dāng)上述第一有機(jī)高分子為聚乙二醇辛基苯基醚時(shí)，其平均分子量可以是500-2000。
[0028]根據(jù)本實(shí)施例，上述第二修飾層的組成包含一第二有機(jī)高分子。上述第二有機(jī)高分子具有至少一極性或離子性官能基，上述極性或離子性官能基可以是位于第二有機(jī)高分子的主鏈或是側(cè)鏈，且上述極性或離子性官能基可與上述第一有機(jī)高分子的末端極性官能基之間相互吸引并形成物理性或化學(xué)性的鏈接，進(jìn)而形成自組裝(self-assembly)的效果。更好的是，在根據(jù)本實(shí)施例的一較佳范例中，上述第二有機(jī)高分子的極性或離子性官能基可與上述第一有機(jī)高分子的末端極性官能基之間可形成氫鍵。更好的是，在根據(jù)本實(shí)施例的一較佳范例中，在提供適當(dāng)能量后，上述第二有機(jī)高分子的極性或離子性官能基可與上述第一有機(jī)高分子的末端極性官能基之間可形成化學(xué)鍵結(jié)。上述極性或離子性官能基可以是選自下列一者或其組合:氫氧基(-0H)、一級胺基(-NH2)、二級胺基(-NH)、氟(-F)。上述第二有機(jī)高分子的極性或離子性官能基與上述第一有機(jī)高分子的末端極性官能基不同時(shí)為氟。在根據(jù)本實(shí)施例的一較佳范例中，上述第二高分子的鏈長大于第一高分子的鏈長。在根據(jù)本實(shí)施例的一較佳范例中，上述第二有機(jī)高分子可以是選自下列群組中的一者或其組合:聚烯丙胺(PAA)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙二醇(PEG)、羧甲基纖維素(CMC)、甲基纖維素(MC)、聚丙烯酸(PAA)、聚偏氟乙烯(PVdF)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚苯胺。在根據(jù)本實(shí)施例的一較佳范例中，上述第二有機(jī)高分子的平均分子量約為2000-200000。例如，當(dāng)上述第二有機(jī)聞分子為聚烯丙胺(PAA)時(shí),其平均分子量可以是3000-200000。當(dāng)上述第二有機(jī)聞分子為聚乙烯醇(PVA)時(shí)，其平均分子量可以是2000-180000。
[0029]根據(jù)本實(shí)施例，將上述第一修飾層與第二修飾層設(shè)置于碳基材上的制程可包含一升溫干燥程序。上述的升溫干燥程序可以是烘箱加熱、噴霧干燥、攪拌干燥、或其他一習(xí)知該項(xiàng)技藝者所熟知的干燥方式。
[0030]在根據(jù)本實(shí)施例的一較佳范例中，上述的升溫干燥程序可以是一逐步升溫的過程。在逐步升溫的過程中，上述的第一高分子與第二高分子將發(fā)生關(guān)鍵性的變化。圖1A至圖1C分別為根據(jù)本實(shí)施例的自組裝碳基材電池負(fù)極結(jié)構(gòu)在升溫干燥程序中的示意圖。首先，在升溫干燥程序一開始，溫度為Ttl，碳基材120表面的第一修飾層140中的第一高分子與第二修飾層160中的第二高分子均為液態(tài)，如圖1A所示。在根據(jù)本實(shí)施例的一較佳范例中，溫度Ttl可以是20°C。上述隨著溫度漸漸升高至T1，如圖1B所示，第二修飾層160中的第二高分子將隨著溶劑逐漸揮發(fā)而變成固態(tài)。在根據(jù)本實(shí)施例的一較佳范例中，溫度T1可以是200°C。此時(shí)，第一修飾層140中的第一高分子仍可維持液態(tài)，使得第一修飾層140與第二修飾層160之間產(chǎn)生微相分離。由于第一高分子仍為液態(tài),使得第一高分子可以容易由碳基材120表面滲透進(jìn)入碳基材120內(nèi)部的奈米級或微米級的缺陷或孔洞。亦即，第一修飾層140對于碳基材120可發(fā)揮極佳的包覆均勻性，使得作為電極的碳基材在電池充放電期間因?yàn)轶w積變化所造成的結(jié)構(gòu)破壞與剝落現(xiàn)象可大幅降低，進(jìn)而可延長電池的循環(huán)壽命。另一方面，第一修飾層140也具有改變碳基材120極性的效果，使得第二修飾層160可以在碳基材120上發(fā)揮極佳的包覆均勻性與接合性。
[0031]上述第一修飾層140與第二修飾層160將隨著升溫干燥程序中不同的的干燥溫度、干燥時(shí)間，以及第一高分子和第二高分子的分子設(shè)計(jì)比例(如黏度、固含量等)等因素，而呈現(xiàn)出不同的狀態(tài)，包含液態(tài)、溶膠凝膠態(tài)與固態(tài)等。在升溫干燥程序的后期，如圖1C所示，第一修飾層140與第二修飾層160的界面將會(huì)發(fā)生交聯(lián)現(xiàn)象。上述交聯(lián)現(xiàn)象可以是第一聞分子與第二聞分子之間發(fā)生脫水反應(yīng)而形成化學(xué)鍵結(jié)，或是第一聞分子與第二聞分子之間因?yàn)闅滏I而形成的物理鍵結(jié)。在上述第一修飾層140與第二修飾層160間發(fā)生交聯(lián)現(xiàn)象后，第一修飾層140也將漸漸轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)，進(jìn)而讓上述碳基材120的表面形成由至少兩種高分子所組成的高分子鍍膜。當(dāng)上述碳基材120應(yīng)用于電池電極時(shí)，由于上述碳基材120的表面具備此一高分子鍍膜，將可大幅降低上述電池的初期不可逆電容量。更好的是，根據(jù)本實(shí)施例的設(shè)計(jì)，關(guān)于上述第一修飾層140與第二修飾層160的交聯(lián)現(xiàn)象，上述第一高分子與第二高分子在升溫干燥程序中，可藉由極性、電性、甚至氫鍵或凡得瓦力等分子間作用力而形成自組裝的效果。隨著所提供能量的增加，例如加熱，上述第一高分子與第二高分子之間可進(jìn)一步形成穩(wěn)固的化學(xué)鍵結(jié)。第一高分子與第二高分子之間的自組裝特性不僅能讓上述的第一修飾層140與第二修飾層160的結(jié)構(gòu)更致密，更可有效提升第一修飾層140與第二修飾層160之間的連結(jié)性，使得上述的第一修飾層140與第二修飾層160可對碳基材120提供更好的均勻包覆性，并可有效提升根據(jù)本實(shí)施例的自組裝碳基材電池負(fù)極結(jié)構(gòu)的性能。
[0032]本發(fā)明的另一實(shí)施例揭露一種自組裝碳基材電池負(fù)極結(jié)構(gòu)的制備方法。上述的自組裝碳基材電池負(fù)極結(jié)構(gòu)的制備方法包含混合碳基材與第一高分子溶液以形成具有第一高分子鍍膜的碳基材、混合上述具有第一高分子鍍膜的碳基材與第二高分子溶液、以及進(jìn)行升溫干燥程序。
[0033]圖2根據(jù)本實(shí)施例的自組裝碳基材電池負(fù)極結(jié)構(gòu)的制備方法的流程示意圖。參照圖2，如步驟220與步驟240所示，依序混合碳基材與第一高分子溶液、第二高分子溶液，使得碳基材表面上依序具有第一高分子鍍膜與第二高分子鍍膜。接下來，如步驟260所示，以上述具有第一高分子鍍膜與第二高分子鍍膜的碳基材進(jìn)行升溫干燥程序。根據(jù)本實(shí)施例的設(shè)計(jì)，上述升溫干燥程序可分為第一升溫程序262與第二升溫程序264。其中，上述第一升溫程序的溫度低于第二升溫程序。上述的升溫干燥程序260可以是一連續(xù)升溫的過程。上述的升溫干燥程序260可以是烘箱加熱、噴霧干燥、攪拌干燥、或其他一習(xí)知該項(xiàng)技藝者所熟知的干燥方式。在根據(jù)本實(shí)施例的一較佳范例中，上述第一升溫程序可以是從20°C升溫至200°C。在根據(jù)本實(shí)施例的一較佳范例中，上述第二升溫程序可以是從200°C升溫至600°C。在根據(jù)本實(shí)施例的一較佳實(shí)施范例中，上述第二升溫程序可以是從100°C升溫至600。。。
[0034]根據(jù)本實(shí)施例，在第一升溫程序262中，上述的第二高分子鍍膜將溶劑逐漸揮發(fā)而變成固態(tài)，進(jìn)而第二高分子鍍膜逐漸形成一第二修飾層。此時(shí)，位于碳基材與第二高分子鍍膜之間的第一高分子仍可維持液態(tài)。如此一來，第一高分子鍍膜中的第一高分子將可由碳基材的表面滲入碳基材內(nèi)部，并對于碳基材內(nèi)部的奈米級或微米級的缺陷或孔洞進(jìn)行填補(bǔ)。
[0035]在第二干燥升溫程序中，第一高分子鍍膜與第二高分子鍍膜的界面將會(huì)發(fā)生交聯(lián)現(xiàn)象。上述交聯(lián)現(xiàn)象可以是第一高分子與第二高分子之間發(fā)生脫水反應(yīng)而形成化學(xué)鍵結(jié)，或是第一高分子與第二高分子之間因?yàn)闅滏I而形成的物理鍵結(jié)。在上述第一高分子鍍膜與第二高分子鍍膜間發(fā)生交聯(lián)現(xiàn)象后，第一高分子鍍膜也將漸漸轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)。亦即，流體狀態(tài)的第一高分子鍍膜在第二升溫程序中隨著溫度升高將逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的第一修飾層。如此一來，上述碳基材的表面可形成由兩種高分子所組成的高分子鍍膜修飾層。
[0036]在根據(jù)本實(shí)施例的一較佳范例中，如果在進(jìn)行升溫干燥程序之前，先以不同高分子溶液來多次重復(fù)步驟240，則在升溫干燥程序之后，將可在碳基材表面上得到由復(fù)數(shù)種高分子所組成的高分子鍍膜修飾層。
[0037]根據(jù)本實(shí)施例，上述的碳基材可以是選自下列一者或其組合:天然石墨(naturegraphite)、人造石墨(artificialgraphite)、中間相碳微球(MCMB)、軟碳、硬碳。上述第一有機(jī)高分子具有至少一可形成氫鍵(hydrogenbonding)的末端極性官能基。上述的至少一末端極性官能基可以是選自下列一者或其組合:氫氧基(-0H)、一級胺基(-NH2)、二級胺基(-NH)、氟(-F)。在根據(jù)本實(shí)施例的一較佳范例中，上述的第一有機(jī)高分子可以是一無溶劑型液態(tài)高分子。根據(jù)本實(shí)施例的設(shè)計(jì)，上述第一有機(jī)高分子單獨(dú)存在時(shí)，在室溫(約25°C )至一高溫狀態(tài)(例如20(TC )下，可維持液體型態(tài)。上述第一有機(jī)高分子可以是選自下列群組中的一者或其組合:聚乙二醇辛基苯基醚、聚氧乙烯山梨糖醇酐單月桂酸酯。在根據(jù)本實(shí)施例的一較佳范例中，上述第一有機(jī)高分子的平均分子量約為400-2200。例如，當(dāng)上述第一有機(jī)高分子為聚乙二醇辛基苯基醚時(shí)，其平均分子量可以是500-2000。
[0038]上述的第二有機(jī)高分子具有至少一極性或離子性官能基，上述極性或離子性官能基可以是位于第二有機(jī)高分子的主鏈或是側(cè)鏈，且上述極性或離子性官能基可與上述第一有機(jī)高分子的末端極性官能基之間相互吸引并形成物理性或化學(xué)性的鏈接，進(jìn)而形成自組裝(self-assembly)的效果。更好的是，在根據(jù)本實(shí)施例的一較佳范例中，上述第二有機(jī)高分子的極性或離子性官能基可與上述第一有機(jī)高分子的末端極性官能基之間可形成氫鍵。更好的是，在根據(jù)本實(shí)施例的一較佳范例中，在提供適當(dāng)能量后，上述第二有機(jī)高分子的極性或離子性官能基可與上述第一有機(jī)高分子的末端極性官能基之間可形成化學(xué)鍵結(jié)。上述極性或離子性官能基可以是選自下列一者或其組合:氫氧基(-0H)、一級胺基(-NH2)、二級胺基(-NH)、氟(-F)。上述第二有機(jī)高分子的極性或離子性官能基與上述第一有機(jī)高分子的末端極性官能基不同時(shí)為氟。在根據(jù)本實(shí)施例的一較佳范例中，上述第二高分子的鏈長大于第一高分子的鏈長。在根據(jù)本實(shí)施例的一較佳范例中，上述第二有機(jī)高分子可以是選自下列群組中的一者或其組合:聚烯丙胺(PAA)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙二醇(PEG)、羧甲基纖維素(CMC)、甲基纖維素(MC)、聚丙烯酸(PAA)、聚偏氟乙烯(PVdF)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚苯胺。在根據(jù)本實(shí)施例的一較佳范例中，上述第二有機(jī)高分子的平均分子量約為2000-200000。例如，當(dāng)上述第二有機(jī)高分子為聚烯丙胺(PAA)時(shí)，其平均分子量可以是3000-200000。當(dāng)上述第二有機(jī)高分子為聚乙烯醇(PVA)時(shí)，其平均分子量可以是2000-180000。
[0039]以下將敘明數(shù)種根據(jù)本實(shí)施例的自組裝碳基材電池負(fù)極結(jié)構(gòu)及其制備方法的較佳范例與比較例的結(jié)構(gòu)、形成方式、與測試結(jié)果。然而，本說明書的范圍應(yīng)以其后的申請專利范圍為準(zhǔn)，而不應(yīng)以下列實(shí)施范例為限。
[0040]范例1: (X-100, PAA)。
[0041]首先將帶有極性官能基的無溶劑型液態(tài)非離子型高分子C14H220(C2H40)n(n=9_10)均勻分散于水中，調(diào)制成濃度為3wt%的水溶液。于所得的3wt%高分子水溶液中加入適當(dāng)比例的石墨基材100wt%(需要表面處理的原石墨材料),以適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速(600rpm)均勻分散，作第一層高分子鍍膜。接著加入2被％具有高極性或離子性官能基的高分子[CH2CH(CH2NH2)]n，以適當(dāng)轉(zhuǎn)速^OOrpm)進(jìn)行第二層高分子鍍膜。均勻攪拌后，進(jìn)行一般干燥或噴霧干燥(120。。)。
[0042]范例2: (X-100, PVA)。
[0043]首先將帶有極性官能基的無溶劑型液態(tài)非離子型高分子C14H220(C2H40)n(n=9_10)均勻分散于水中，調(diào)制成濃度為1.5wt%的水溶液。于所得的1.5?〖％高分子水溶液中加入適當(dāng)比例的石墨基材100wt%(需要表面處理`的原石墨材料),以適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速(600rpm)均勻分散，作第一層高分子鍍膜。接著加入1.5#%具有高極性或離子性官能基的高分子(CH2CHOH)n，以適當(dāng)轉(zhuǎn)速^OOrpm)進(jìn)行第二層高分子鍍膜。均勻攪拌后，進(jìn)行一般干燥或噴霧干燥(120。。)。
[0044]范例3: (X-100, PAA)。
[0045]首先將帶有極性官能基的無溶劑型液態(tài)非離子型高分子C14H220(C2H40)n(n=9_10)均勻分散于水中，調(diào)制成濃度為3wt%的水溶液。于所得的3wt%高分子水溶液中加入適當(dāng)比例的軟碳100wt%(需要表面處理的原石墨材料),以適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速(600rpm)均勻分散，作第一層高分子鍍膜。接著加入2被％具有高極性或離子性官能基的高分子[CH2CH(CH2NH2)]n，以適當(dāng)轉(zhuǎn)速^OOrpm)進(jìn)行第二層高分子鍍膜。均勻攪拌后，進(jìn)行一般干燥或噴霧干燥(120。。)。
[0046]比較例1: (Pitch)。
[0047]將10wt%的石油焦浙青與石墨基材(100%)以3D行星式攪拌器作固相混合30min，將混合均勻的粉末于氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行1100°c的熱處理13小時(shí)(包含降溫時(shí)間)。
[0048]比較例2: (PAA)。
[0049]將具有高極性或離子性官能基的高分子[CH2CH(CH2NH2) ]n配制成2wt%的水溶液，于所得的2wt%高分子水溶液中加入適當(dāng)比例的石墨基材100wt%(需要表面處理的原石墨材料)，以適當(dāng)轉(zhuǎn)速^OOrpm)進(jìn)行高分子鍍膜。均勻攪拌后，進(jìn)行一般干燥或噴霧干燥(120。。)。[0050]比較例 3: (PVA)。
[0051 ] 將具有高極性或離子性官能基的高分子(CH2CHOH) n配制成3wt%的水溶液，于所得的3wt%高分子水溶液中加入適當(dāng)比例的石墨基材100wt%(需要表面處理的原石墨材料)，以適當(dāng)轉(zhuǎn)速^OOrpm)進(jìn)行高分子鍍膜。均勻攪拌后，進(jìn)行一般干燥或噴霧干燥(120°C )。
[0052]負(fù)極極片涂布制程范例。
[0053]在本極片涂布制程范例中，所采用的材料如下:
【權(quán)利要求】
1.一種自組裝碳基材電池負(fù)極結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，其包含: 混合碳基材與第一高分子溶液以形成具有第一高分子鍍膜的碳基材； 混合上述具有第一高分子鍍膜的碳基材與第二高分子溶液，以形成第二高分子鍍膜于上述第一高分子鍍膜上；以及 對上述具有第一高分子鍍膜與第二高分子鍍膜的碳基材進(jìn)行升溫干燥程序， 其中上述第一高分子鍍膜的組成包含第一高分子，上述第二高分子鍍膜的組成包含第二高分子，上述第一高分子具有至少一可形成氫鍵的末端極性官能基，上述第二高分子具有至少一極性或離子性官能基，其中上述極性或離子性官能基位于上述第二高分子的主鏈或是側(cè)鏈，且上述極性或離子性官能基可與上述第一高分子的末端極性官能基相互吸引并形成物理性或化學(xué)性的鏈接，其中上述第二高分子的鏈長大于上述第一高分子的鏈長。
2.如權(quán)利要求1所述的自組裝碳基材電池負(fù)極結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，該升溫干燥程序包含一第一升溫程序、與一第二升溫程序，其中，上述第一升溫程序的溫度低于上述第二升溫程序的溫度。
3.如權(quán)利要求2所述的自組裝碳基材電池負(fù)極結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，在該第一升溫程序中，該第一高分子鍍膜為液態(tài)且該第二高分子鍍膜逐漸固化為一第二修飾層，其中在該第二升溫程序中，該第一高分子鍍膜逐漸固化為一第一修飾層。
4.如權(quán)利要求1所述的自組裝碳基材電池負(fù)極結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，上述第一高分子是有機(jī)高分子，其中上述第一高分子是選自下列群組中的一者或其組合:聚乙二醇辛基苯基醚、聚氧乙烯山梨糖醇酐單月桂酸酯。
5.如權(quán)利要求1所述的自組裝碳基材電池負(fù)極結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，上述第二高分子是有機(jī)高分子，其中 該第二高分子是選自下列群組中的一者或其組合:聚烯丙胺、聚乙烯醇、聚乙二醇、羧甲基纖維素、甲基纖維素、聚丙烯酸、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚苯胺。
6.如權(quán)利要求2所述的自組裝碳基材電池負(fù)極結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，上述第一升溫程序是從20°C升溫至20(TC，上述第二升溫程序是從100°C升溫至600°C。
7.一種自組裝碳基材電池負(fù)極結(jié)構(gòu)，其特征在于，其包含: 一碳基材； 一第一修飾層，上述第一修飾層位于上述碳基材上，其中上述第一修飾層包含一第一高分子，上述第一高分子具有至少一可形成氫鍵的末端極性官能基；以及 一第二修飾層，上述第二修飾層位于上述第一修飾層上，其中上述第二修飾層包含一第二高分子，其中上述第二高分子具有至少一極性或離子性官能基，其中上述極性或離子性官能基位于上述第二高分子的主鏈或是側(cè)鏈，且上述極性或離子性官能基可與上述第一高分子的末端極性官能基相互吸引并形成物理性或化學(xué)性的鏈接，其中上述第二高分子的鏈長大于上述第一高分子的鏈長。
8.如權(quán)利要求7所述的自組裝碳基材電池負(fù)極結(jié)構(gòu)，其特征在于，上述碳基材選自下列群組中的一者或其組合:天然石墨、人造石墨、中間相碳微球、軟碳、硬碳。
9.如權(quán)利要求7所述的自組裝碳基材電池負(fù)極結(jié)構(gòu)，其中上述第一高分子一無溶劑型液態(tài)聞分子。
10.如權(quán)利要求7所述的自組裝碳基材電池負(fù)極結(jié)構(gòu)，其特征在于，上述第一高分子是有機(jī)高分子，其中上述第一高分子是選自下列群組中的一者或其組合:聚乙二醇辛基苯基醚、聚氧乙烯山梨糖醇酐單月桂酸酯。
11.如權(quán)利要求7所述的自組裝碳基材電池負(fù)極結(jié)構(gòu)，其特征在于，上述第二高分子是有機(jī)高分子，其中該第二高分子是選自下列群組中的一者或其組合:聚烯丙胺、聚乙烯醇、聚乙二醇、羧甲基纖維素、甲基纖維素、聚丙烯酸、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚苯胺。
12.如權(quán)利要求7所述的自組裝碳基材電池負(fù)極結(jié)構(gòu)，其特征在于，該第一修飾層與該第二修飾層藉由 一升溫干燥程序來形成于該碳基材上。
【文檔編號】H01M4/1393GK103887475SQ201310684557
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2013年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月19日
【發(fā)明者】李富生, 吳乃立, 周憲聰, 吳玉祥 申請人:江門市榮炭電子材料有限公司