[发明专利]具有改良结构的极层复合材料

说明书

本发明公开了一种具有改良结构的极层复合材料。本发明的极层复合材料包含有至少一种活性材料，该活性材料表面设置有人工钝性膜(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，同时于人工钝性膜外部形成一个中层与一个外层，中层与外层皆具有可形变电解质与不可形变电解质，但可形变电解质与不可形变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

本发明有关于一种极层复合材料，特别是一种应用于锂离子二次电池系统的具有改良结构的极层复合材料。

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，也是极大的安全隐忧。

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个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连锁反应(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，使用上造成相当大的安全隐患。

近年来，固态电解质成为另一研究关注重点，其具有相似于液态电解质的离子导电率，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，申请人提出中国专利第201810151689.6号申请案，通过胶态/液态与固态电解质所建立的崭新形态的极层复合材料，能降低电荷转移电阻以及降低有机溶剂的数量的目的下达到最佳的离子传导方式；然而如果能使有机溶剂的使用量更进一步降低，对于锂离子二次电池的安全性与稳定性的提升将会有非常大的帮助。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种具有改良结构的极层复合材料，可解决上述现有技术的缺陷，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具有改良结构的极层复合材料，利用浓度差异建构出双形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数量，提高电池的使用安全性。

为达到上述目的，本发明提供一种具有改良结构的极层复合材料，其包含活性材料、人工钝性膜、中层以及外层，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可形变电解质与不可形变电解质，其中，中层的可形变电解质的含量大于不可形变电解质的含量，外层的不可形变电解质的含量大于可形变电解质的含量，通过活性材料表面直接包覆人工钝性膜的作法，从而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，还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、特点及其所达成的功效。

附图说明

图1为显示本发明的实施例所提供的极层复合材料的改良结构的示意图。