[发明专利]复合物层及具有该复合物层的锂电池

说明书

本发明主要公开了一种复合物层及具有该复合物层的锂电池，该复合物层应用于一锂电池之中。依据本发明的设计，复合物层主要包括一纤维膜与一无机添加物，其中纤维膜与无机添加物之间具有一重量比，且重量比介于5:95至20:80之间。特别地，在锂电池包含本发明的复合物层的情况下，除了可最大程度地减少电解质的分解和抑制锂树枝晶状物的生长之外，最重要的是，其容量保持率和库伦效率获得显著的提升。

技术领域

本发明涉及锂电池的有关技术领域，尤其涉及应用于锂电池之中的一种复合物层。

背景技术

随着科技的快速发展，从手机到汽车，许多现代科技化设备皆需要搭载可充电储能电池用于提供所需电能。在这方面，具有锂金属阳极的锂离子电池于是成为最广泛利用的一种可充电储能电池。研究数据显示，相较于石墨的最高容量(Capacity)仅有372mAh/g，锂因具有3860mAh/g的高容量而被视为最理想的电池阳极。

图1为一种商用锂金属电池的立体分解图。图1的锂金属电池1’为钮扣电池(或称钱币型电池)，其基础结构包括：底盖10’、顶盖16’、阴极材料17’、铝集流体13’、包含电解质的隔离膜12’、锂阳极11’、铜集流体14’、以及弹簧片15’。长期涉及锂离子电池的设计与制作的工程师应当知道，树枝状结晶(dendrite)是一个发生在锂阳极11’的显著问题。在锂阳极11’进行放电反应时，锂阳极11’会释放出锂离子进入到电解质(Electrolyte)之中。相反地，当锂阳极11’进行充电反应时，锂阳极11’内部的锂离子因通过外电路接收电子而还原成金属锂。从而，在重复性的循环充放电之后，在锂阳极11’表面上会一个固态电解质介相(Solid-electrolyte interphase,SEI)层。受到所述SEI层的影响，在进行充电反应时，还原的金属锂无法均匀地分布在锂阳极11’之上，反而形成像树枝状一般的结构，称之为锂树枝晶状物(dendrite)。

故而，随着锂金属电池1’的充放电次数的增加，成长在锂阳极11’之上的树枝晶状物也就越茂盛。研究发现，越发成长的树枝晶状物可能会穿过隔离膜12’而延伸至阴极材料17’，从而在锂阳极11’和阴极材料17’之间形成短路，导致锂金属电池1’释放过量电流。更严重者，最终大量的电流导致锂金属电池1’爆炸。已知，美国专利号US9,666,850B2揭示将一聚合物覆层(polymeric coating)涂覆在锂阳极11’有助于提升电池使用安全性。可惜的是，实验数据显示聚合物覆层的化学及/或机械性质仍不够稳定，且其离子电导率和热稳定性亦有待改善。

由上述说明可知，用于延长电池使用寿命且提升其安全性的习知方案仍具有加以改善的空间。有鉴于此，本发明的发明人极力加以研究发明，而终于研发完成本发明的一种应用于锂电池之中的一种复合物层。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种复合物层，其应用于一锂电池之中。依据本发明的设计，所述复合物层包括一纤维膜与一无机添加物，其中该纤维膜与该无机添加物之间具有一重量比，且该重量比介于5:95至20:80之间。特别地，在锂电池包含本发明的复合物层的情况下，除了可最大程度地减少电解质的分解和抑制锂树枝晶状物的生长之外，最重要的是，其容量保持率和库伦效率获得显著的提升，同时其每循环衰退率获得显著减少。

因此，为达成上述目的，本发明提出所述复合物层的一实施例，其应用于一锂电池之中，且包括一纤维膜与一无机添加物，其中该纤维膜与该无机添加物之间具有一重量比，且该重量比介于5:95至20:80之间。

本发明同时提出一种锂电池，其特征在于所述锂电池内含包括一纤维膜与一无机添加物的一复合物层，其中该纤维膜与该无机添加物之间具有一重量比，且该重量比介于5:95至20:80之间。

在一实施例中，该纤维膜由多条聚合物纤维组成，且该无机添加物是掺杂在该纤维膜之中或包含于所述聚合物纤维之内，从而使所述复合物层具有大于8MPa的一杨氏模数(Young's modulus)。