[发明专利]锂离子电池负极材料添加剂及其锂离子电池和负极材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池，特别涉及一种采用生物化学分子配方的锂离子电池负极材料添加剂、和利用该添加剂的锂离子电池及负极材料。

背景技术

电池主要可分为一次电池(Primary Battery)与二次电池(Secondary Battery)，其中一次电池是将化学能转换成电能，且无法透过充电电能再转换成化学能，所以一旦电池内部的化学物质消失殆尽，即无法继续供电，例如水银电池、碳锌电池、碱性电池等；二次电池则可通过充电方式继续重复，例如镍镉电池、镍氢电池与锂离子电池等。

此外，近年来二次电池可广泛应用于多种可携式电子产品，如移动电话、个人数字助理(PDA)、笔记型计算机、数字相机、数字摄影机等，其中又以锂离子电池最常受到使用，即将电极片卷绕或堆栈后，与隔离纸及电解液组合，再放入不锈钢壳或铝制的硬壳或铝软包装膜中(如我国专利公告号第481935号的“制造新锂离子软包装电池之方法”)。锂离子电池轻薄短小，且具有单位面积较其它二次充电电池高的能量密度特性。然而，在软包装锂离子电池中通常以石墨或碳材料做为负极，由于其中易含有天然成分的杂质，使得完成充电后的碳材料负极中的锂离子会和杂质形成复合物，造成锂离子电池整体的阻抗增加及内部自放电情况产生，而降低电池的储存寿命。此外，锂离子电池正极中以锂钴氧化合物为主要的导电物质，由于其高能量密度特性，在过充电时，则可能造成电池发热高温甚至爆炸。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂离子电池负极材料添加剂和使用该添加剂的锂离子电池和负极材料，本发明采用特殊的生物化学材料作为添加剂，将该添加剂添加到锂离子电池的负极材料中，可有效改善锂离子电池在储藏时自放电及过充电的高温发热的情形。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

为达以上目的，本发明揭露一种锂离子电池负极材料添加剂，包含有由乳酸细菌、酵母菌、光合细菌和格兰氏阴性菌中的至少一种经由代谢途径所产生的代谢产物，且这些代谢产物的特性为尾端或支链上具有磷酸根离子或醋酸根离子的化合物，这些化合物包括有丙酮酸(Pyruvate)、乙醛(Acetaldehyde)、乙醇(Ethanol)、磷酸甘油酸(Phosphoglycerate)、二氧化碳(CO₂)、三磷酸腺嘌呤酸核苷酸(ATP)、双磷酸腺嘌呤酸核苷酸(ADP)、乳酸(Lactate)、氧气(O₂)、柠檬酸(Citrate)、草酰乙酸(Oxaloacetate)、延胡索酸(Fumarate)、苹果酸(Malate)和琥珀酸(Succinate)的稳定相状态化合物、不稳定相状态化合物及其顺反异构物所构成的群组组合中的至少一种。

本发明的另一目的在于提供一种锂离子电池负极材料，包含碳材料和有效量的上述添加剂，添加剂的含量为总含量的0.01-14％。

本发明的又一目的在于提供一种锂离子电池，该锂离子电池具有正极材料、负极材料及液体或固体电解质，其中正极材料为锂钴氧、锂锰氧或磷酸锂铁，而负极材料则为碳材料并使用本发明上述的添加剂。

本发明采用特殊的生物化学材料作为添加剂，将该添加剂添加到锂离子电池的负极材料中，可有效改善锂离子电池在储藏时自放电及过充电的高温发热的情形。

附图说明

图1为本发明锂离子电池负极材料添加剂添加于锂离子电池负极材料中的反应机制示意图；

图2为本发明锂离子电池负极材料添加剂加入锂离子电池后自放电(压降)情形减缓的示意图，其中曲线a与曲线b分别代表使用添加剂及未使用添加剂的情形；

图3与图4为本发明使用添加剂及未使用添加剂的锂离子电池负极材料的过充电曲线比较，其中曲线c、e代表使用添加剂的情形，曲线d、f代表未使用添加剂的情形，而温度骤然转折上升的点称为热奔现象；

图5为本发明使用添加剂的锂离子电池的电性表现，其中实线与虚线分别代表0.5C和1C单周充放电曲线；

图6为本发明使用添加剂的锂离子电池的电性表现，在此为1C充放电循环测试结果。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

本发明所提供的锂离子电池负极材料添加剂是多种生物化学分子的混合物，该添加剂的来源为乳酸细菌、酵母菌、光合细菌及格兰氏阴性菌其中的一种或多种经由代谢途径所产生的代谢产物，其代谢途径包含有氧呼吸作用、无氧呼吸作用、光合作用及糖解作用等。上述四种微生物的主要代谢途径及其代谢产物如表1所示。