[发明专利]极层复合材料

说明书

本发明公开一种极层复合材料。本发明的极层复合材料包含至少一种活性材料，该活性材料表面设置有一层人工钝性膜(APF)，来有效阻隔电解液与活性材料的接触，避免不必要的锂离子消耗，同时在人工钝性膜外部形成中层与外层，中层与外层均具有胶态/液态电解质与固态电解质，但胶态/液态电解质与固态电解质在中层与外层的比例不相同，以降低电荷转移电阻以及降低有机溶剂的量的目的下达到最佳的离子传导方式。

技术领域

本发明涉及一种极层复合材料，特别是一种应用于锂离子二次电池系统的极层复合材料。

背景技术

现有的锂离子二次电池主要是通过液态电解质作为锂离子传输媒介，然而液态电解质的易挥发特性，对人体及环境都会造成不良影响；同时，液态电解质的易燃性对于电池使用者来说，也是极大的安全隐患。

再者，目前锂电池性能不稳定的原因之一，主要是因为电极表面活性较大(负极)与电压较高(正极)，在电极与电解液的直接接触下会导致两者间界面产生不稳定，进而产生所谓的放热反应在这两者接触接口上形成钝性保护膜，这些反应会消耗液态电解质与锂离子，同时也会产生热。一旦发生局部短路，局部温度快速升高，此时钝性保护膜将变得不稳定，同时会释放出热；而该放热反应是可累积的，因而使得电池整体的温度持续上升。一旦电池温度增加至热逃逸反应(thermal runaway)的起始温度(或诱发温度(triggertemp))，则会引发热失控的现象，进而造成电池的破坏现象，例如爆炸或者起火，在使用上造成相当大的安全性顾虑。

近年来，固态电解质成为另一研究关注重点，其具有与液态电解质相似的离子导电率，但却没有液态电解质的易于蒸发与燃烧的性质，同时，与活性材料表面的界面相对稳定(无论是化学性还是电化学特性)。然而固态电解质不同于液态电解质，其与活性材料的接触面小、且接触面不良、电荷转移反应常数较低，因此存在着与极层内正负极的活性材料的电荷转移界面阻值较大问题，不利于锂离子有效传输，因此目前仍旧难以完全取代液态电解质。

为解决上述问题，本发明提出一种新型的极层复合材料。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种极层复合材料，可解决上述已知技术的缺陷，利用人工钝性膜(APF)有效阻隔电解液与活性材料的接触，并避免不必要的锂离子消耗与其所导致的锂电池的衰减。

本发明的另一目的在于提供一种极层复合材料，利用浓度差异构建出胶态/液态电解质与固态电解质不同分布的中层与外层，来解决固态电解质与活性材料直接接触所产生的高电荷转移电阻与低接触面积，并尽量降低有机溶剂的量，提高电池的使用安全性。

为达到上述目的，本发明提供一种极层复合材料，其包含活性材料、人工钝性膜、中层以及外层，所述人工钝性膜形成且包覆于活性材料表面，然后中层以及外层再依序包覆于其外，且中层与外层均具有胶态/液态电解质与固态电解质，其中，所述中层的胶态/液态电解质的含量大于固态电解质的含量，所述外层的固态电解质的含量大于胶态/液态电解质的含量，通过活性材料表面直接包覆人工钝性膜的方法，藉以大幅降低或避免胶态/液态电解质与活性材料的直接接触，而能够减少不必要的锂离子消耗所导致的锂电池的衰减，同时利用浓度差异所形成的中层以及外层，除了能大幅降低液态/胶态电解质的使用量外，更可解决固态电解质与活性材料直接接触所产生的高电荷转移电阻与低接触面积所衍生的问题，因而可在兼顾安全性的情况下达到最佳的离子传导方式。

下文通过具体实施例详加说明，使得更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的效果。

附图说明

图1为本发明的实施例所提供的极层复合材料的结构的示意图。

图2为本发明的极层复合材料的局部放大示意图。

图3为本发明的极层复合材料的另一局部放大示意图。

图4为本发明的极层复合材料应用于锂电池的实施例示意图。