应后的结构示意图。
[0055]图6C:图5C中闸层经过合金化反应后的结构示意图。
[0056]图6D:图?中闸层经过合金化反应后的结构示意图。
[0057]图7A: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。
[0058]图7B: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，其公开另一种离子导通层的态样。
[0059]图7C:本发明公开之金属锂极板的另一种实施状态的结构示意图，其公开又一种离子导通层的态样。
[0060]图8A:图7A中闸层经过合金化反应后的结构示意图。
[0061]图8B:图7B中闸层经过合金化反应后的结构示意图。
[0062]图8C:图7C中闸层经过合金化反应后的结构示意图。
[0063]图9A:本发明公开的电池芯的一种实施状态的结构示意图。
[0064]图9B:本发明公开的金属锂极板的一种封装状态的结构示意图。
[0065]附图标记说明
10A金属锂极板/第二极板单元
10B金属锂极板
10C金属锂极板
12金属锂层
14集电层/第二集电层
142闸层
16离子导通层
162空乏区
20第一极板单元
22活性材料层
24第一集电层
26隔尚层
30封装单元
A绝缘区域
BC电池芯
Η孔洞
0开口。
【具体实施方式】
[0066]本发明的精神为提供一种金属锂极板，其可将含有金属锂的极板直接在正常环境下储存与操作，更能与一般的正极极板构成能量密度更高且同时兼顾安全性的供电单元。此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，这些闸层设置于这些孔洞，金属锂层与这些闸层对应设置。其中，金属锂层与闸层可相邻设置，或是彼此远离设置，且在相邻设置的状态中，金属锂层与闸层可接触或不接触，而通过介质的加入可使闸层进行合金化反应，进而启动金属锂层的氧化还原反应。另夕卜，还可轻易地与一般极板彼此组装以构成高能量密度的供电单元。
[0067]接着，依据上述本发明的精神，更详细说明如下，虽然下列提出不同的实施状态进行说明，但该些状态为主要实施例，并不因此局限本发明的保护范围。
[0068]首先，请同时参照图1Α与图2Α所示，其中，图1Α为本发明公开的金属锂极板的一种实施状态的结构示意图，图2Α则为图1Α中闸层经过合金化反应后的状态。
[0069]如图所示，其显示本发明的金属锂极板10A的局部截面，最底部为金属锂层12，上方则为具有多个孔洞Η的集电层14，在较远离金属锂层12的一端部，闸层142覆盖孔洞Η的开口 0且并未完全覆盖集电层14的表面，且在本实施例中，闸层142与金属锂层12之间并未有实质的接触。
[0070]因此，就以结构而言，当上述的金属锂极板10Α应用在一供电单元(图未显示)中时，金属锂极板10Α扮演负极极板的角色，而在供电单元内部的电化学系统尚未进行电化学反应之前，闸层142不会与离子锂及/或金属锂发生作用，故闸层142的结构仍相当稳定且完整，因此，在集电层14及/或闸层142的设置下，可使得金属锂层12获得良好的保护而不会直接与介质接触，在制作过程中，金属锂层12也可在较高温、高压的条件下进行操作。然而，当供电单元内的电化学反应开始进行后，即供电单元的正、负极之间存在有电压差的情况下，以进行充电的状态为例，介质所提供的离子锂与游离自正极极板的离子锂开始由正极极板往金属锂极板10Α迀移，在到达金属锂极板10Α后先与闸层142中可与离子锂及/或金属锂反应的材料开始进行合金化反应，故使得闸层142原始的晶格结构逐渐地崩解为晶格松散的合金物质，一旦当闸层142与离子锂所形成的合金物质到达一定量的时候，合金物质会随着介质(电解液)而填入至孔洞Η内，最终通过合金物质中的孔隙以将介质导流至孔洞Η内以形成离子锂的离子通道，并与金属锂层12接触，进而使得金属锂极板10Α中的集电层14、闸层142的电位均接近于金属锂层12的电位，其结构如图2Α所示。其中，所述的介质可例如为液态电解质、固态电解质、胶态电解质、液态离子(1 iquid 1n)或上述材料的组合。
[0071]更详细来说，在供电单元的正、负两极之间尚未有电压差时，供电单元内的化学反应并未受到电能的驱动而进行，因此闸层142不与介质(含有离子锂)发生反应，而当供电单元开始进行充电时，以第一次充电为例，即供电单元进行化成(format1n)时，由于此时的闸层142并未与金属锂层12接触，故闸层142中可与离子锂及/或金属锂反应的成分仅会与介质所提供的离子锂进行合金化反应，也就是在闸层142与介质接触的界面处开始形成合金物质，且随着反应时间的增长，几乎所有闸层142中可与离子锂及/或金属锂反应的成分均与离子锂反应，此时闸层142近乎完全崩解并形成合金物质，随着合金物质的量增多并逐渐填入至集电层14的孔洞Η内，使介质得以通过合金物质而到达金属锂层12的表面并与其进行离子与电子的交换作用，换言之，在供电单元完成化成或多次的充电后，最初用以隔离金属锂层12与介质的闸层142因合金化反应而崩解后，而使得介质可利用崩解的闸层142 (也就是合金物质)以填入至孔洞Η内而与金属锂层12接触，使金属锂层12可参与供电单元内的电化学反应。由此可知，闸层142在电化学反应发生后会因为合金化反应，而由原始的结构崩解成微粒状的合金物质结构，且无法恢复为原始结构，因此，就功能而言，闸层142在供电单元完全未进行电化学反应之前主要利用其金属结构的特性起密封作用，使金属锂层12得以完全被密封而不与任何物质发生作用，不过，一旦经过电化学反应之后，闸层142逐渐崩解为合金物质，换言之，闸层142的金属结构最终将会消失，并以合金状态继续存在于供电单元内。
[0072]另外，所述的金属锂层12的另一主要作用在于使闸层142的电位可近似于金属锂层12的电位，即维持在接近于相对0伏特的状态，也就是可使闸层142维持在可形成金属锂的0伏特，如此方可使介质中的离子锂与闸层142进行合金化反应时所生成的合金物质结构更为细致且均匀。
[0073]另外，除上述的实施状态外，闸层142除覆盖在开口 0上之外，还可进一步填入到孔洞Η内，如图1Β所示，且图1Β中的闸层142在经过合金化反应后的结构示意图则如图2Β所示；或是闸层142完全填入于孔洞Η内，如图1C所示，且图1C中的闸层142在经过合金化反应后的结构示意图则如图2C所示。其中，这些状态虽以闸层142未与金属锂层12接触为例说明，不过实际上，闸层142也可为与金属锂层12接触的结构状态。并且，集电层14的孔洞Η于此虽以贯通孔的形式表示，不过所述的孔洞Η也可以是盲孔，如图1D所示，闸层142在经过合金化反应后的结构示意图则如图2D所示。又，在这些实施状态中的金属锂层12完全覆盖集电层14的一表面，不过当然也可以不完全覆盖集电层14的表面，举例来说，当集电层14的开口 0为贯通孔的开口时，金属锂层12可与闸层142对应地覆盖、覆盖并填入或仅填入至开口 0的另一端，也即，金属锂层12可局部或完全覆盖集电层14。
[0074]为避免锂离子在进入至集电层14之前便先沉积在其外表面上，也为了避免集电层14裸露的外表面在接近过充、放电的状态下发生电镀反应，而产生锂突触，如图1D与图2D所示，集电层14未相邻于金属锂层12的一侧的外表面上有多个绝缘区域Α，此绝缘区域Α不具导电性，其结构型态可如本状态所示的电性绝缘层，或为经过表面处理的电性绝缘表面，例如直接将集电层14裸露的外表面进行表面处理，以使其导电性质钝化。
[0075]另外，所述的集电层14的材料可选自铜、镍、铁、锌、金、银、钛或不与锂发生合金化反应的材料。闸层142可包括一种或多种材料，其包括金属材料及/或类金属材料，且在闸层142的多种材料中，除了可形成锂合金的材料外，还可包括不可形成锂合金的材料，而此两种材料均可以非合金态或合金态的形式存在，举例来说，非合金态的材料可通过图形化的溅镀、蒸镀或电镀来形成，但在闸层142的组成中，可形成锂合金的材料的含量不小于0.1%，其余成分均可为不与锂发生合金化反应的材料，其中，上述的可形成锂合金的材料可以是铝、锡、硅、铝合金、锡合金、硅合金、其他单一金属或合金