[发明专利]活性材料球极层结构

说明书

本发明教导一种活性材料球极层结构，其主要包含数个由活性材料颗粒所组成的活性材料球、位于活性材料球内部的第一混合式电解质与位于活性材料球外部的第二混合式电解质。上述的第一混合式电解质主要是由具有较大变形量的电解质所组成，第二混合式电解质主要是由较小变形量的电解质所组成。本发明利用第一混合式电解质来有效控制活性材料球内活性材料颗粒的位置以及减少其所衍生的问题，再配合第一混合式电解质与第二混合式电解质于活性材料球内外不同的设置，来于降低电荷转移电阻，同时亦可提供活性材料球体积扩张的阻力。

技术领域

本发明涉及一种极层结构，特别是一种活性材料球极层结构。

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形成钝性保护膜于此两者接触接口上，此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；而此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炼锁反应(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，对于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，故目前仍旧难以完全取代液态电解质。

再者，在锂离子电池负极材料上，因为传统石墨碳负极材料的理论比容量仅372mAh/g，这限制了锂离子电池能量密度的提升，而硅因为具有高达4200mAh/g的理论比容量，成为目前的研究重点。但单质硅在作为负极时会因为充放电过程产生巨大的体积变化(高达300％)，容易导致电解质与单质硅之间形成空乏接口，导致电极性能继续下降。

如何能有效且大量的应用固态电解质，同时又能兼顾极层电性容量的提升，即为本领域亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种活性材料球极层结构，其利用活性材料球配合用浓度差异或性质差异所建构出的活性材料球内部与外部双型态电解质，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。

本发明的另一目的在于提供一种活性材料球极层结构，藉由活性材料球内外不同浓度与性质的电解质配置，内部电解质可解决活性材料体积剧烈变化所产生空乏区的问题，而外部电解质则能提供活性材料体积扩张的阻力。

为达到上述目的，本发明提供一种活性材料球极层结构，包含复数个活性材料球与第二混合式电解质，其中活性材料球包含复数个活性材料颗粒、第一导电材料、第一黏着剂以及第一混合式电解质，藉由活性材料球以及不同性质的第一与第二混合式电解质分布，使活性材料球内部的第一混合式电解质可解决因活性材料颗粒体积剧烈变化所产生空乏区的问题，而活性材料球外部的第二混合式电解质则能提供活性材料球在体积扩张时的阻力，同时，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。

下文藉由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、特点及其所达成的功效。

附图说明

图1为本发明的活性材料球的结构示意图。