活性材料的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明是有关一种活性材料，特别是指一种可直接在一般环境下储存并操作的活性材料。
【背景技术】
[0002]为使电能供应元件能够提供电能，在电能供应元件中必须采用适当的活性材料以做为化学能与电能转换的原材料，举例来说，在一般的锂电池中最常采用的活性材料包含有锂化合物、含碳化合物等，其中在锂化合物中具有较高能量密度的活性材料为纯的锂金属，不过因为锂金属的化学活性非常高，一旦接触到空气中的水气、氧气便会开始发生氧化还原反应，因此若要在电能供应元件中使用锂金属以做为活性材料的原材料，则必须提供适当的环境予以储存，例如环境中所含有的水气、氧气含量都必须相当的低，并在温、湿度亦受到良好控制的操作环境下方可进行制作，使得锂金属的电能供应元件的制作成本大幅增加。此外，因为锂金属为一种非常活泼的金属，若非在适当的储存环境或是良好的操作环境下，则锂金属本身相当容易发生激烈的氧化还原反应，亦即，燃烧反应的产生，由此可知，锂金属在使用的安全性上是令人相当堪虑的。
[0003]再者，众所皆知若电能供应单元的极层的反应单元，如锂，若为微米或纳米级，更能因为表面积的增加，因此提高电化学的特性。因此在目前的技术针对此趋势提出了一种以碳酸锂作为壳层来包覆微米级或纳米级球状锂金属的概念，借以解决因为锂金属过高的化学活性而导致难以储存或操作的问题。但是随着粒径的减小，高表面积的因素仍导致碳酸锂的活性依然不低，因此还是非常容易在一般的极层的浆料混制过程产生反应，例如与含有PVDF的NMP溶液产生反应，因此需必须使用低极性的溶液，如甲苯，来进行浆料混制，但低极性的溶液对人体往往是高毒性，且对环境造成污染。
[0004]有鉴于上述，本发明遂针对上述现有技术的缺失，提出一种崭新的活性材料，以有效克服上述的该等问题。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在提供一种活性材料，其借助于锂活性物质外形成一完全包覆锂活性物质的复合层，由至少一保护层及至少一结构层组成，以将外部环境中的水气、氧气等物质完全隔绝在外，使具有高度化学反应性的锂活性物质得以储存在一般的环境，并减少活性材料在进行工艺时对环境控制的依赖度。
[0006]本发明的另一目的在提供一种活性材料，其包覆于锂活性物质外之复合层于活性材料进行氧化还原反应时更兼具提供离子导电通道、结构强度，俾使反应后的保护层材料仍可在一定空间范围内被限制或固定，而不至于完全远离锂活性物质，进而使活性材料在反复进行合金化与去合金化反应的过程中，不致因结构松散而发生结构崩坏的情形。
[0007]本发明的另一目的在提供一种活性材料，其复合层中保护层包含一第一保护材料，且该材料是可为非合金态或合金态，且能与锂金属/锂离子形成合金的材料的含量不小于0.1%。
[0008]本发明的另一目的在提供一种活性材料，其应用于电能供应元件中，包含一锂活性物质以及一复合层。复合层将锂活性物质完全包覆，复合层包含有一保护层以及一结构层。保护层包含有一第一保护材料并能与锂金属/锂离子形成合金。结构层与锂金属/锂离子为化学钝性。
[0009]根据本发明的一实施例，其中，保护层包覆于锂活性物质的外表面。
[0010]根据本发明的一实施例，其中，保护层被结构层所包覆。
[0011]根据本发明的一实施例，其中，结构层局部包覆于锂活性物质的外表面。
[0012]根据本发明的一实施例，其中，结构层为多孔性材料所构成。
[0013]根据本发明的一实施例，其中，结构层更包含复数贯通孔及/或盲孔。
[0014]根据本发明的一实施例，其中，结构层选自于聚合物材料、陶瓷材料、纤维材料、金属材料、固态电解质、胶态电解质及其组合。
[0015]根据本发明的一实施例，其中，结构层的材料为金属材料，选自于铜、镍、铁、铜合金、镍合金、铁合金或上述材料的组合。
[0016]根据本发明的一实施例，其中，保护层及结构层交错设置。
[0017]根据本发明的一实施例，其中，锂活性物质的材料选自于锂金属、锂化合物及其组入口 ο
[0018]根据本发明的一实施例，其中，保护层的成分中包含金属及/或类金属，而金属及/或类金属包含铝、锡、矽、铝合金、锡合金、矽合金或可形成锂合金的材料。
[0019]根据本发明的一实施例，其中，保护层中金属的含量为100%。
[0020]根据本发明的一实施例，其中，保护层除第一保护材料外更至少包含一第二保护材料，且第一保护材料及/或第二保护材料为非合金态及/或合金態，且在保护层中第一保护材料的含量不小于0.1%，且第二保护材料与锂金属/锂离子为化学钝性。
[0021]根据本发明的一实施例，其中，更借助一介质以进行氧化还原反应，且介质提供锂离子。
[0022]根据本发明的一实施例，其中，介质中的锂离子与保护层的至少一部分发生合金化反应。
[0023]根据本发明的一实施例，其中，介质包含液态电解质、固态电解质、胶态电解质、液态离子、含锂盐的有机溶液、含锂盐的无机溶液或上述材料的组合。
[0024]根据本发明的一实施例，其中，结构层更具有导电性。
[0025]根据本发明的一实施例，活性材料更包含一阻隔层，其将锂活性物质与复合层分隔开，阻隔层与锂为化学钝性。
[0026]根据本发明的一实施例，其中，阻隔层更具有电子导电性。
[0027]根据本发明的一实施例，其中，阻隔层更具有离子导电性。
[0028]根据本发明的一实施例，其中，阻隔层紧邻锂活性物质的外表面。
[0029]根据本发明的一实施例，其中，复合层包覆于阻隔层的外表面。
[0030]根据本发明的一实施例，其中，阻隔层为导电聚合物或多孔性导电层。
[0031]根据本发明的一实施例，其中，多孔性导电层为添加有导电颗粒的不导电聚合物或网状结构的金属。
[0032]根据本发明的一实施例，其中，阻隔层包含有至少一钝性金属区以及至少一空乏区。钝性金属区位于锂活性物质外表面上，与锂为化学钝性。空乏区邻设于钝性金属区，且位于复合层与锂活性物质间。
[0033]根据本发明的一实施例，其中，钝性金属区的材料为铜、镍、铁、铜合金、镍合金、铁合金或上述材料的组合。
[0034]根据本发明的一实施例，其中，空乏区为无填入物质的间隙。
[0035]底下借助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、特点及其所达成之功效。
【附图说明】
[0036]图1A为本发明揭露的活性材料的一种实施态样的结构示意图。
[0037]图1B为本发明揭露的活性材料的另一种实施态样的结构示意图。
[0038]图1C为本发明揭露的活性材料的另一种实施态样的结构示意图。
[0039]图2A为本发明揭露的活性材料的另一种实施态样的结构示意图。
[0040]图2B为本发明揭露的活性材料的另一种实施态样的结构示意图。
[0041]图3A为本发明揭露的活性材料的另一种实施态样的结构示