锂金属极板制造技术

本发明专利技术提供一种锂金属极板，其导电结构层具有单侧开口的凹槽，其槽底提供锂金属层设置，而锂金属层上方则依序设置固态电解质层以及电解质储存层，因此锂金属析出时，会受到上方固态电解质层的限制，仅能向上进而推移并压缩其上的电解质储存层，而能有效限制锂金属析出时的生长，避免锂突触不断向上生长而发生穿刺的情形，以提高锂金属电池的安全性。以提高锂金属电池的安全性。以提高锂金属电池的安全性。

【技术实现步骤摘要】
锂金属极板


[0001]本专利技术为有关于一种电极板，特别是一种应用于锂离子二次电池系统的锂金属极板。

技术介绍

[0002]现有以锂为活性材料的电池系统具有工作电压高(3.6V)、能量密度大(120Wh/kg)、重量轻、寿命长及环保性佳等优点，在以锂为活性材料的电池系统中，充电式金属锂电池是最早发展的锂电池系统，虽然此系统具有很高的能量密度，但由于金属锂的化性很强且易与电解质反应，造成金属锂电池有不稳定和安全性的问题。基于安全性的考虑，近年来，多改以高分子电解质取代原本有机溶剂以做为电池内的电解液，以提高锂电池在使用上的安全性。
[0003]对于电池系统而言，除了过去对于安全性的高度要求外，为了提供电子产品能具有更长的操作时间，电池系统的使用寿命又再次成为电池系统研发的重要议题，故许多电池系统的研究方向，由追求电池系统的安全性转向电池系统的寿命。而由过去以锂电池系统的发展进程来说，虽然金属锂电池系统在过去因为安全性的因素而被中断，但不可否认的是，由于金属锂电池系统的活性材料直接采用金属锂，故与其他离子锂电池系统或锂高分子电池系统相较，金属锂电池系统所提供的能量密度大于这些锂化合物的电池系统。
[0004]因此，如何克服金属锂电池系统一直存在的技术瓶颈成为各家电池系统厂商所孜孜矻矻探求的重点。而金属锂电池系统所面临的问题举例来说，于充电过程中，锂金属在电极表面不均匀沉积，导致锂在一些部位沉积速度过快而产生树枝状的结晶，称为枝晶；当枝晶发展到一定程度时，一方面可能会发生折断，产生所谓的死锂，造成不可逆的电池容量衰减；另一方面更为严重的是枝晶将刺破隔离膜，引起电池内部短路和电池爆炸。此外，因为锂有极大的反应活性，可能与电解液反应，产生活性锂的消耗和带来安全性相关问题。
[0005]有鉴于上述，本专利技术遂针对上述缺失，提出一种崭新的锂金属极板，以有效克服上述的这些问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供一种锂金属极板，通过导电结构层、固态电解质层的设置，可使锂金属电池中的锂金属可在特定的区域中析出。
[0007]本专利技术的目的在于提供一种锂金属极板，通过固态电解质层与上方的电解质储存层所形成的结构性限制，可使锂金属电池中在充电下所形成的锂金属树枝状结晶，被限制在特定高度下生长，并迫使锂金属树枝状结晶往水平方向成长，而不会发生锂金属树枝状结晶刺穿电性绝缘层(隔离层)，而能有效避免内部短路的问题，同时也可避免因锂金属树枝状结晶往垂直方向持续增长，所引起的电池厚度的明显增加。
[0008]本专利技术的另一目的在于提供一种锂金属极板，通过多孔性覆盖层、电解质储存层以及固态电解质层的特殊配置，使得锂金属沉积(plating)与溶解(striping)过程中，仅能
推动固态电解质层朝向电解质储存层挤压或释放，使得电解质储存层内所含浸的液态/胶态电解质流出与流入，此部分主要的液态/胶态电解质并无直接接触负极材料(锂金属层)，而能避免液态/胶态电解质的分解以及减少可逆容量的损失。
[0009]为达到上述目的，本专利技术提供一种锂金属极板，包含有导电结构层、锂金属层、固态电解质层、电解质储存层以及多孔覆盖层，导电结构层具有至少一个单侧开口的凹槽，此凹槽的内槽面包含有导电区与绝缘区，锂金属层设置于凹槽并接触于导电区，固态电解质层与电解质储存层依序设置于其上，然后通过多孔覆盖层来设置于导电结构层上，以覆盖凹槽的开口。在上述的架构下，通过固态电解质层的存在，使得含浸有液态/胶态电解质的电解储存层并不与锂金属层直接接触。当锂金属层形成锂金属树枝状结晶时会直接受到固态电解质层的抑制，而固态电解质层上方的电解质储存层又受到多孔覆盖层的限制，因此，锂金属树枝状结晶仅能向上推动固态电解质层朝向电解质储存层挤压，因而可限制锂金属树枝状结晶在特定高度下生长，并迫使锂金属树枝状结晶往水平方向成长，而不会发生锂金属树枝状结晶刺穿电性绝缘层(隔离层)，而能有效避免内部短路的问题。
[0010]以下通过具体实施例详加说明，当更容易了解本专利技术的目的、
技术实现思路
、特点及其所达成的功效。
附图说明
[0011]图1为本专利技术的实施例所提供的锂金属极板的示意图。
[0012]图2为本专利技术的图1的实施例所提供的锂金属极板的导电结构层示意图。
[0013]图3A为本专利技术的实施例所提供的锂金属极板的导电结构层的第一实施例示意图。
[0014]图3B为本专利技术的图3A的实施例所提供的导电结构层所构成的锂金属极板的示意图。
[0015]图4A为本专利技术的实施例所提供的锂金属极板的导电结构层的第二实施例示意图。
[0016]图4B为本专利技术的图4A的实施例所提供的导电结构层所构成的锂金属极板的示意图。
[0017]图5为本专利技术的图4B的实施例所提供的锂金属极板采用绝缘框胶态样的示意图。
[0018]图6A、6B为本专利技术的实施例所提供的锂金属极板应用于电池系统的示意图。
[0019]附图标记
[0020]10
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锂金属极板
[0021]101
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导电组件
[0022]101b
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盲孔
[0023]102
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绝缘组件
[0024]102h
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穿孔
[0025]11
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导电结构层
[0026]111
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凹槽
[0027]111b
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槽底
[0028]111w
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槽壁
[0029]112
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绝缘区
[0030]113
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导电区
[0031]12
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锂金属层
[0032]13
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固态电解质层
[0033]14
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电解质储存层
[0034]15
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多孔覆盖层
[0035]16
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黏着层
[0036]21
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绝缘框胶
[0037]22
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第一黏着层
[0038]23
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第二黏着层
[0039]31
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正极活性材料层
[0040]32
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正极集电层
具体实施方式
[0041]本专利技术揭露一种锂金属极板，首先请参阅图1，为本专利技术的实施例所提供的锂金属极板的主要示意图。本专利技术所揭露的锂金属极板10主要包含有导电结构层11、锂金属层12、固态电解质层13、电解质储存层14以及多孔覆盖层15。导电结构层11具有至少一个单侧开口的凹槽111，请同时参照图2，其为本专利技术的图1实施例所提供的锂金属极板的导电结构层示意图，其中凹槽111的开口尺寸的范围大于0，或者不小本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂金属极板，该锂金属极板包含有：一导电结构层，具有至少一单侧开口的凹槽，该凹槽的内槽面包含至少一导电区以及至少一绝缘区；一锂金属层，设置于该导电结构层的该凹槽且接触于该导电区；一固态电解质层，可活动地设置于该导电结构层的该凹槽，且覆盖并接触于该锂金属层；一电解质储存层，设置于该导电结构层的该凹槽，且覆盖于该固态电解质层，其内含浸有一液态/胶态电解质；以及一多孔覆盖层，设置于该导电结构层上，其具有多个穿孔，而可供锂离子通过。2.根据权利要求1所述的锂金属极板，其中该导电结构层与该多孔覆盖层间设置有一黏着层，以将该多孔覆盖层黏着固定于该导电结构层上。3.根据权利要求1所述的锂金属极板，其中该导电结构层包含有:一导电组件；以及一绝缘组件，其具有一穿孔，该绝缘组件紧邻设置于该导电组件上以形成该凹槽，并于该凹槽的侧壁形成该绝缘区，该凹槽的槽底形成该导电区。4.根据权利要求3所述的锂金属极板，其中该导电组件为该锂金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨思枬，
申请(专利权)人：英属开曼群岛商辉能控股股份有限公司，
类型：发明
国别省市：