原因在于，在浸润于电解质的环境下，当金属锂极板10A的电位接近于0伏特时，集电层14的电位相当接近于金属锂层12的电位，因此锂离子容易在此一接口上发生沉积反应，换言之，集电层14与离子导通层16相邻的表面在电化学反应的过程中容易发生锂金属析出而形成锂突触，由于离子导通层16具有相当多的空隙，故当锂突触自集电层14朝向金属锂层12生长，当锂突触通过离子导通层16的空隙接触到金属锂层12后，即在集电层14与金属锂层12之间形成具有使集电层14与锂金属层12做电子导通的锂树枝状结晶(锂突触)结构成分的离子导通层16结构(其结构型态类图7C结构)，与现有的供电单元相较，在一般的供电单元内若发生锂金属析出而产生锂突触(树枝状结晶)，将会导致隔离层被刺穿而产生内部短路的问题，故有害于供电单元的效能，不过，由于本发明所公开的锂突触产生于集电层14在与金属锂层12相邻的表面上，因此生成的锂突触不但不会破坏电池内部结构，故不会造成内部短路的问题，更可因为锂突触的形成能增加集电层14与金属锂层12的电性连接表面积，进而降低电池内部的阻值。
[0086]请参照图9A所示，其为本发明公开的电池芯的一种实施状态的结构示意图，其中，以上述图7A所公开的金属锂极板10A为例说明。
[0087]在本实施状态中的电池芯BC包括两个第一极板单元20以及一个第二极板单元10A，其中，每个第一极板单元20各自包括一活性材料层22、一第一集电层24及一隔离层26，第一集电层24设置在活性材料层22的一侧，隔离层26则设置在活性材料层22的另一侦牝换言之，活性材料层22夹设在第一集电层24与隔离层26之间；第二极板单元10A则夹设在两个第一极板单元20之间，且第二极板单元10A包括具有孔洞Η的第二集电层14、位于孔洞Η的开口 0端部的闸层142、离子导通层16、金属锂层12、离子导通层16、具有孔洞Η的第二集电层14以及位于孔洞Η的开口 0端部的闸层142，换言之，第二极板单元10Α上下两侧的第二集电层14与第一极板单元20的隔离层26彼此相邻设置。
[0088]另外，图9Β为本发明公开的金属锂极板的一种封装状态的结构示意图，为使上述的第二极板单元10Α可单独存在于一般的环境中，还可在第二极板单元10Α的周缘设置封装单元30，可以本实施状态为例，封装单元30可由阻水、阻气的材质所构成，且其型态可为框状或其他形状，举例来说，封装单元30可为单层的硅胶封框，或是多层的硅胶封框，于此虽以三层的硅胶封框为例说明，但仅为一种举例并非限制本发明的范围。不过，封装单元30并非第二极板单元10Α的必要结构，举例来说，当第二极板单元10Α不具有单独的封装单元时，其可在与第一极板单元20组装后再一并封装。
[0089]更详细来说，当第一极板单元20的隔离层26含吸有介质后(例如:电解液，但图未显示)，通过适当的工艺方法(例如:热压合)以将第一极板单元20与第二极板单元10Α彼此黏着，如此即完成电池芯BC的组装，因此，当电池芯BC开始进行充电时，介质会自第一极板单元20向第二极板单元10Α流动，同时将大量的离子锂带往第二极板单元10Α，首先由第二极板单元10Α的第二集电层14的开口 0进入并以与闸层142接触，使闸层142进行合金化反应，因此介质中大量的离子锂会快速地与闸层142进行合金化反应并形成含锂的合金物，使第二极板单元10Α中的第二集电层14、闸层142及离子导通层16的电位均接近于金属锂层12的电位，也即使整体的第二极板单元10Α的电位接近于相对0伏特的状态。
[0090]并且，当介质中的离子锂在反复多次的充、放电过程后，也就是由于多次的合金化与去合金化反应后，势必出现些许不可避免的耗损，例如有部分无法完全还原的闸层-锂合金游离在介质中、或部分形成锂突触而消耗掉的离子锂，此时仍可通过填充在孔洞Η内的合金物质以做为金属锂层12桥梁并将金属锂层12的离子锂导回电池芯内部的化学系统中，以提供足量的离子锂至电池芯BC中，可有效地延长整体电池芯的寿命。
[0091]以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所述的特征及精神所做的均等变化或修饰，均应属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种金属锂极板，其特征在于:其包括: 一金属锂层； 多个闸层；以及 一集电层，其具有多个孔洞，各孔洞具有至少一开口，这些闸层设置于这些孔洞，该金属锂层与该闸层对应设置。2.如权利要求1所述的金属锂极板，其特征在于:该闸层覆盖该开口。3.如权利要求1所述的金属锂极板，其特征在于:该闸层覆盖该开口且填入该孔洞。4.如权利要求1所述的金属锂极板，其特征在于:该闸层填入该孔洞。5.权利要求1所述的金属锂极板，其特征在于:该闸层不完全覆盖该集电层。6.如权利要求1所述的金属锂极板，其特征在于:该孔洞为贯通孔及/或盲孔。7.如权利要求1所述的金属锂极板，其特征在于:该金属锂层覆盖该开口。8.如权利要求1所述的金属锂极板，其特征在于:该金属锂层覆盖该开口且填入该孔洞。9.如权利要求1所述的金属锂极板，其特征在于:该金属锂层填入该孔洞。10.如权利要求1所述的金属锂极板，其特征在于:该金属锂层完全覆盖该集电层。11.如权利要求1所述的金属锂极板，其特征在于: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。12.如权利要求1所述的金属锂极板，其特征在于:该金属锂层与这些闸层彼此远离设置。13.如权利要求1所述的金属锂极板，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。14.如权利要求13所述的金属锂极板，其特征在于: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。15.如权利要求13所述的金属锂极板，其特征在于:该离子导通层还具有电子导通性。16.如权利要求13所述的金属锂极板，其特征在于: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。17.如权利要求13所述的金属锂极板，其特征在于: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入口 ο18.如权利要求17所述的金属锂极板，其特征在于: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。19.如权利要求17所述的金属锂极板，其特征在于: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。20.如权利要求1所述的金属锂极板，其特征在于: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。21.如权利要求1所述的金属锂极板，其特征在于: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。22.如权利要求21所述的金属锂极板，其特征在于: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。23.如权利要求21所述的金属锂极板，其特征在于: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%。24.如权利要求1所述的金属锂极板，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。
【专利摘要】一种金属锂极板，其包括一金属锂层、多个闸层及一集电层，集电层具有多个开口，这些闸层设置于这些孔洞处，金属锂层与这些闸层对应设置。本发明所公开的金属锂极板在未进行氧化还原反应前，可利用闸层、集电层中至少的一以阻隔金属锂层，而金属锂极板在介质的加入后，其中的闸层会发生合金化反应，由于闸层的合金物质的结构较为松散，故可通过闸层的合金物质以使离子导通至金属锂层并使其能反馈离子锂，更同时维持闸层的电位，使其能保持在接近于金属锂层的电位。
【IPC分类】H01M4/64, H01M4/134
【公开号】CN105280883
【申请号】CN201510411871
【发明人】杨思枬
【申请人】辉能科技股份有限公司, 辉能控股股份有限公司
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2015年7月14日
【公告号】EP2975673A1, US20160020461