金属锂极板的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种极板，特别是指一种具有闸层的金属锂极板。
【背景技术】
[0002]与现有的非锂系统的电池系统相比较，以锂为活性材料的电池系统具有工作电压高(3.6 V)、能量密度大(120 Wh/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，虽然具有很高的能量密度，但由于金属锂的化性很强、易与电解质反应，造成金属锂电池有不稳定和安全性不佳的问题。基于安全性的考虑，充电式锂电池的发展逐渐由充电式金属锂电池转成充电式锂合金电池与充电式离子锂电池两大系统，然而，因液态的充电式离子锂电池中采用含有有机溶剂的电解液，易挥发、燃烧，且又因为电池封装无法完全密封，因此有电解液漏液的可能，在安全性上也造成相当大的疑虑。近年来，主要针对上述锂电池的安全性考虑，多改以研发较为新型的充电式锂高分子电池的，其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，大大提高了锂电池在使用上的安全性。
[0003]不过，近年来却因为许多可携式的智能型电子产品不断地问世，每个时代的产品为了求新求变，在产品的性能表现上不断地提升，因此对于电池系统而言，除了过去对于安全性的高度要求外，为了使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，但不容否认的是，金属锂为一种非常活泼的金属，若不在适当的储存环境或是良好的操作环境下，金属锂本身相当容易发生激烈的氧化还原反应。也因此，在实际的应用上，金属锂电池若能有效地克服其使用时的安全性问题并降低其在制作或储存时的困难，其实是非常符合现行可携式的智能型电子产品需求的。
[0004]有鉴于此，本发明遂针对上述现有技术的缺失，提出一种以金属锂为材料的极板，以有效克服上述的问题。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在提供一种金属锂极板，其利用集电层、闸层中的至少之一以密封金属锂层，使金属锂可直接制作成类似于一般锂化合物所构成的极板结构，故仅需应用在现行的工艺技术即可制作出能量密度高于一般锂化合物的电池系统。
[0006]本发明的另一目的在提供一种金属锂极板，其中的闸层可在介质作用下与离子锂及/或金属锂层发生合金化反应，故可让闸层的结构逐渐转变为微粒化锂合金物质的型态并且使之整体体积膨胀(因为堆积不紧密产生大量孔隙)，并提供离子锂与金属锂层进行电化学反应的路径。
[0007]本发明的又一目的在提供一种金属锂极板，其可将一般的正极极板直接组装于金属锂极板以构成一含有金属锂的供电单元。
[0008]为达上述之目的，本发明提供一种金属锂极板，所述的金属锂极板包括一金属锂层、多个闸层及一集电层，集电层具有多个孔洞，各孔洞具有至少一开口，这些闸层对应设置于这些孔洞，金属锂层系与这些闸层对应设置。本发明所公开之金属锂极板中的闸层可在介质作用下与离子锂及/或金属锂层发生合金化反应，故可让闸层的闸层的原结构逐渐转变为微粒化锂合金物质的型态并且使之整体体积膨胀(因为堆积不紧密产生大量孔隙)，并提供离子锂与金属锂层进行电化学反应的路径。另外，本发明所公开的金属锂极板更可与一般的正极极板直接组装，以构成具有高能量密度的供电单元。
[0009]其中，该闸层覆盖该开口。
[0010]其中，该闸层覆盖该开口且填入该孔洞。
[0011]其中，该闸层填入该孔洞。
[0012]其中，该闸层不完全覆盖该集电层。
[0013]其中，该孔洞为贯通孔及/或盲孔。
[0014]其中，该金属锂层覆盖该开口。
[0015]其中，该金属锂层覆盖该开口且填入该孔洞。
[0016]其中，该金属锂层填入该孔洞。
[0017]其中，该金属锂层完全覆盖该集电层。
[0018]其中，该金属锂层与这些闸层相邻设置，且该闸层与该金属锂层接触或未接触。
[0019]其中，该金属锂层与这些闸层彼此远离设置。
[0020]其中，其还包括:
一离子导通层，其邻设于该金属锂层，且该离子导通层不与该金属锂层发生合金化反应。
[0021]其中，该离子导通层接触至少局部的该集电层及/或局部的该金属锂层及/或局部的该闸层。
[0022]其中，该离子导通层还具有电子导通性。
[0023]其中，该离子导通层的结构型态为多孔层状结构、网状结构、柱状结构或上述结构的组合。
[0024]其中，该离子导通层还包括陶瓷绝缘材料、高分子材料、液态电解质、胶态电解质、固态电解质、液态离子导电材料或上述材料的组合。
[0025]其中，陶瓷绝缘材料包含氧化金属、硫化金属、氮化金属、磷酸化金属或酸化金属。
[0026]其中，该导电材料包括金属材料、合金材料、导电碳材料或上述的组合，且导电碳材料包括碳黑、硬碳、纳米碳管、石墨、石墨烯或其他导电碳。
[0027]其中，该集电层的材料选自铜、镍、铁、锌、金、银、钛或不与锂发生合金化反应的材料。
[0028]其中，该闸层包含至少一可形成锂合金的材料，其包含金属材料及/或类金属材料，且该可形成锂合金的材料与一介质所提供的离子锂发生合金化反应，且该可形成锂合金的材料选自于铝、锡、硅、锂合金、锡合金硅合金或上述材料的组合。
[0029]其中，该介质选自于液态电解质、固态电解质、胶态电解质、液态离子或上述材料的组合。
[0030]其中，该闸层中的该可形成锂合金之材料为非合金态或合金态，且该可形成锂合金之材料的含量不小于0.1%。
[0031]其中，其还包含:
至少一绝缘区域，位于该集电层不与该金属锂层相邻的一侧的外表面，且该绝缘区域为电性绝缘层，或为经过表面处理的电性绝缘表面。
[0032]以下通过具体实施例详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。
【附图说明】
[0033]图1A:本发明公开的金属锂极板的一种实施状态的结构示意图。
[0034]图1B:本发明公开的金属锂极板的另一种实施状态的结构示意图。
[0035]图1C:本发明公开的金属锂极板的另一种实施状态的结构示意图。
[0036]图1D:本发明公开的金属锂极板的另一种实施状态的结构示意图。
[0037]图2A:图1A中闸层经过合金化反应后的结构示意图。
[0038]图2B:图1B中闸层经过合金化反应后的结构示意图。
[0039]图2C:图1C中闸层经过合金化反应后的结构示意图。
[0040]图2D:图1D中闸层经过合金化反应后的结构示意图。
[0041]图3A:本发明公开的金属锂极板的一种实施状态的结构示意图。
[0042]图3B:本发明公开的金属锂极板的另一种实施状态的结构示意图。
[0043]图3C:本发明公开的金属锂极板的另一种实施状态的结构示意图。
[0044]图3D:本发明公开的金属锂极板的另一种实施状态的结构示意图，其公开一种离子导通层的状态。
[0045]图4A:图3A中闸层经过合金化反应后的结构示意图。
[0046]图4B:图3B中闸层经过合金化反应后的结构示意图。
[0047]图4C:图3C中闸层经过合金化反应后的结构示意图。
[0048]图4D:图3D中闸层经过合金化反应后的结构示意图。
[0049]图5A:本发明公开的金属锂极板的一种实施状态的结构示意图。
[0050]图5B:本发明公开的金属锂极板的另一种实施状态的结构示意图。
[0051]图5C:本发明公开的金属锂极板的另一种实施状态的结构示意图。
[0052]图f5D:本发明公开的金属锂极板的另一种实施状态的结构示意图，其公开一种离子导通层的态样。
[0053]图6A:图5A中闸层经过合金化反应后的结构示意图。
[0054]图6B:图5B中闸层经过合金化反