專利名稱：鋰離子電池陽極保護層及其制造方法
技術領域：
本發明涉及鋰離子電池，且特別是具有鈍性保護層的鋰離子電池。
背景技術：
由于一次電池不符環保要求，因此近年來可充電的二次電池系統逐漸受到重視。現今便攜式電子產品如數碼相機、手機、筆記本電腦皆需要輕量化的電池，且隨著便攜式電子產品的快速發展和普及，這種可重復充電放電的鋰離子電池因兼具重量輕、高電壓值與高能量密度等特點，使得其市場需求量與日俱增。相較于傳統的鉛蓄電池、鎳氫電池、鎳鋅電池、鎳鎘電池，鋰離子電池具有工作電壓高、能量密度大、重量輕、壽命長及環保性佳等優點，也是未來應用于可撓式電池的最佳選擇。因此，對鋰離子電池的諸如輕質耐用、高電壓、高能量密度與高安全性等的要求也越來越高，其尤其在輕型電動車、電動車、大型儲電產業上的應用及拓展潛力極高。所謂的二次鋰離子電池，是指利用鋰離子在陰、陽極材料中進行可循環充電與放電的電池。一般市面已商業化的二次鋰離子電池上仍大量使用中間相碳微球(meso carbonmicro bead, MCMB)作為陽極材料主體，在初始的充放電循環中，中間相碳微球表面與電解質發生反應，在陽極上形成固體電解質界面(solid electrolyte interface, SEI),此固體電解質界面可避免陽極材料表面崩解與電解質分解，進而穩定電池充放電循環，因此固體電解質界面對于電池壽命具有決定性影響。近幾年，隨著鋰離子電池進入新能源汽車與儲能系統中，鋰離子電池在電動車與動力電池的市場規模逐漸成長，因此對于鋰離子電池在高溫操作下的需求也逐漸提升。然而，在高溫環境下操作，一般鋰離子電池的固體電解質界面(SEI)極易分解，容易造成電池膨脹或性能衰退，并導致電池的循環壽命受到嚴重影響。

發明內容
本發明提供鋰離子電池，其中陽極表面上具有鈍性保護層，因而能夠在高溫下運作。本發明還提供鋰離子電池的制造方法，其中，在陽極表面上預先形成鈍性保護層。本發明提出鋰離子電池，其包括陽極、陰極、隔離膜、電解質溶液及鈍性保護層。陰極設置于陽極的對向。隔離膜設置于陽極與陰極之間，隔離膜與陽極、陰極共同定義出容置區域。電解質溶液設置于容置區域內。鈍性保護層設置于陽極的表面上，其中鈍性保護層為薄膜沉積層，且厚度為Inm至I μ m。依照本發明實施方式的鋰離子電池，上述薄膜沉積層例如由選自由柱狀結構的氧化物、薄膜狀結構的氧化物、片狀結構的氧化物、針狀結構的氧化物、陣列狀結構的氧化物、不規則纏繞狀結構的氧化物及線狀結構的氧化物所組成的群組中的至少一種所組成。依照本發明實施方式的鋰離子電池，上述鈍性保護層包括金屬氧化物或氧化硅。上述金屬氧化物例如是三氧化二鋁(Al2O3)、二氧化鈦(TiO2)、二氧化鉿(HfO2)、或上述物質的混合物。依照本發明實施方式的鋰離子電池，上述陽極包括鋰離子嵌入(intercalation，insertion)材料結構的電位小于2V的材料。依照本發明實施方式的鋰離子電池，上述陽極包括選自由人造石墨、天然石墨、碳粉、碳纖維、碳納米管、1^六1、1^211、1^忑1、1^3〇(1、1^3513、1^451、1^4.4 13、1^4.4511、1^(:6、1^3卩6隊、Li2 6Co0 4N> Li2.6Cu0.4N、SnO> SnO2 > GeO、GeO2> ln20、ln203、PbO、PbO2 > Pb2O3> Pb3O4> Ag2O> AgO>Ag2O3, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, SiO、ZnO, CoO、NiO 及 FeO 所組成的群組的材料。依照本發明實施方式的鋰離子電池，上述鋰離子電池于55°C以上的溫度下操作。本發明還提出鋰離子電池陽極保護層的制造方法，其包括下列步驟。預先提供鋰離子電池的陽極。在鋰離子電池的陽極表面上以薄膜沉積法形成具有氧化物的鈍性保護層，且鈍性保護層的厚度為Inm至I μ m。依照本發明實施方式的鋰離子電池的制造方法，上述薄膜沉積法包括原子層沉積(atomic layer deposition, ALD)、化學氣相沉積(chemical vapor deposition, CVD)或脈沖激光沉積(pulse laser deposition)。依照本發明實施方式的鋰離子電池的制造方法，氧化物選自由柱狀結構的氧化物、薄膜狀結構的氧化物、片狀結構的氧化物、針狀結構的氧化物、陣列狀結構的氧化物、不規則纏繞狀結構的氧化物及線狀結構的氧化物所組成的群組中的至少一種。基于上述，本發明的鋰離子電池藉由在陽極表面上設置特定厚度的鈍性保護層，因而能夠使鋰離子電池在高溫(約55°C以上)環境中操作仍具有良好的電池效率，并能夠改善電池的循環壽命。 此外，本發明的鋰離子電池的制造方法在封裝前預先于陽極表面上形成鈍性保護層，不需要另外改變電池結構或者陽極材料、電解質溶液配方即可與現有的制程相整合，因此可以有效降低制作成本并同時提升高溫操作下的電池性能。為使本發明的上述特征和優點能更明顯易懂，下文中以實施例為例并結合附圖進行詳細說明。


圖1A是依照本發明一個實施方式的鋰離子電池的剖面示意圖。圖1B是圖1A中的M部分的局部放大示意圖。圖2是依照本發明的一個實施方式的鋰離子電池的制造步驟的流程圖。圖3A及圖3B分別是根據實施例1的鋰離子電池陽極表面在進行ALD處理之前及之后的SEM圖像。圖4A為實施例1的鋰離子電池陽極表面的柱狀物SEM圖像，圖4B為圖4A中譜(Spectrum) 12區域的元素分析數據圖。圖5顯示實施例1-3及比較實施例1-2的鋰離子電池的充電放電循環次數與電池容量的關系曲線圖。主要組件符號說明100:鋰離子電池102:陽極
102a:陽極金屬箔102b:陽極活性物質104:陰極104a:陰極金屬箔104b:陰極活性物質106:隔離膜108:電解質溶液110:鈍性保護層112:封裝結構M:部分R:容置區域S202、S204、S206、S208、S210、S212、S214:步驟
具體實施例方式圖1A是依照本發明一個實施方式的鋰離子電池的剖面示意圖。圖1B是圖1A的M部分的局部放大示意圖。請參照圖1A及圖1B，鋰離子電池100包括陽極102、陰極104、隔離膜106、電解質溶液108以及鈍性保護層110。陰極104設置于陽極102的對向，且隔離膜106設置于陽極102與陰極104之間，使得陽極102、陰極104與隔離膜106共同定義出容置區域R。電解質溶液108設置于容置區域R內。鈍性保護層110設置于陽極102的表面上，其中鈍性保護層110為薄膜沉積層，其材料包括氧化物，且其厚度約為Inm至Ιμπι。此外，鋰離子電池100還包括封裝結構112，此封裝結構112可為一般的鋁箔封裝袋，其用以包覆在陽極102、陰極104以及隔離膜106的外側。陽極102包括陽極金屬箔102a及陽極活性物質102b。可通過在陽極金屬箔102a上顆粒涂布或靶材濺鍍陽極活性物質102b而構成陽極。陽極金屬箔102a例如是銅箔、鋁箔、鎳箔或高導電性不銹鋼箔。陽極活性物質102b例如是鋰離子嵌入(intercalation，insertion)材料結構的電位小于2V的材料,其可選自由碳化物、LiAl、LiZn、Li3B1、Li3Cd、Li3Sb、Li4S1、Li4 4Pb、Li4 4Sn、LiC6、Li3FeN2、Li2 6Co0 4N、Li2 6Cu0 4N、SnO、SnO2Λ GeO、GeO2Λln20、ln203、PbO、PbO2Λ Pb2O3Λ Pb3O4Λ Ag20、AgO、Ag203、Sb203、Sb2O4Λ Sb2O5Λ SiO、ZnO、CoO、NiO及FeO所組成的群組。上述作為陽極活性物質102b的碳化物例如是人造石墨、天然石墨、碳粉、碳纖維、碳納米管、石墨烯、或上述物質的混合物。在一個實施方式中，當陽極活性物質102b為碳粉時,其粒徑約介于30nm至30 μ m之間。陰極104包括陰極金屬箔104a及陰極活性物質104b。可通過在陰極金屬箔102a上涂布或者濺鍍陰極活性物質104b而構成陰極電極芯。陰極金屬箔104a例如是銅箔、鋁箔、鎳箔或高導電性不銹鋼箔。陰極活性物質104b的材料例如是鋰金屬、鋰與過渡金屬的混合氧化物(lithium mixed transition metal oxide),其可為 LiMn02、LiMn204、LiCoO2' Li2Cr2O7' Li2CrO4, LiNiO2' LiFeO2' LiNixCoyO2' LiFePO4' LiMnxNiyO2' LiMnxCoyNizO2'LiMca5Mr^5O4、或上述材料的組合， 其中O < X < 1、0 < y < 1、0 < z < Ι,χ+y+z之和為1，且Mc為二價金屬。
在一個實施方式中，上述陽極102及陰極104分別進一步包括高分子粘合劑(polymerbinder)(未繪示)，其用以將陽極活性物質102b附著于陽極金屬箔102a上以及將陰極活性物質104b附著于陰極金屬箔104a上，并增加陽極、陰極電極芯的機械性質。合適的高分子粘合劑可為聚偏氟乙烯(polyvinylidene fluoride, PVDF)、苯乙烯-丁二烯橡膠(styrene-butadiene rubber, SBR)、聚酸胺(polyamide)、三聚氰胺樹脂(melamineresin)、或上述物質的組合。
位于陽極102與陰極104之間的隔離膜106包括絕緣材料，其例如是聚乙烯(polyethylene, PE)、聚丙烯(polypropylene, PP)或上述材料的多層復合結構如PE/PP/PE0
電解質溶液108的主要成分為有機溶劑、鋰鹽以及添加劑。有機溶劑例如是Y-丁內酯(Y-butyrolactone, GBL)、碳酸乙烯酯(ethylene carbonate, EC)、碳酸丙烯酯(propylene carbonate, PC)、碳酸二乙酯(diethyl carbonate, DEC)、乙酸丙酯(propyl acetate,PA)、碳酸二甲酯(dimethyl carbonate,DMC)、碳酸甲乙酯(ethylmethylcarbonate, EMC)、或上述物質的組合。鋰鹽例如是 LiPF6、LiBF4, LiAsF6, LiSbF6, LiClO4,LiAlCl4, LiGaCl4, LiN03、LiC (SO2CF3) 3、LiN (SO2CF3) 2、LiSCN, LiO3SCF2CF3^ LiC6F5SO3'LiO2CCF3^ LiSO3F, LiB(C6H5)4, LiCF3SO3、或上述物質的組合。添加劑例如是碳酸亞乙烯酯(vinylene carbonate, VC)。
如圖1B所示，鈍性保護層110設置于陽極活性物質102b的表面上，且鈍性保護層110為薄膜沉積層。鈍性保護層110例如是由具有連續三維結構的氧化物均勻分布在陽極活性物質102b的表面上而形成，且與容置區域R內的電解質溶液108相接觸，因而可以利用鈍性保護層110減緩電解質溶液108在陽極活性物質102b的表面上的分解。舉例而言，連續三維結構的氧化物選自由柱狀結構的氧化物、薄膜狀結構的氧化物、片狀結構的氧化物、針狀結構的氧化物、陣列狀結構的氧化物、不規則纏繞狀結構的氧化物及線狀結構的氧化物所組成的群組中的至少一種。鈍性保護層110包括金屬氧化物或二氧化硅(SiO2),上述金屬氧化物例如是過渡金屬(B族)、IIIA族、IVA族金屬的氧化物。在一個實施方式中，鈍性保護層110中所含的金屬氧化物可為三氧化二鋁(Al2O3)、二氧化鈦(TiO2)、二氧化鉿(HfO2)、或上述物質的混合物。此外，形成鈍性保護層110的方法例如是在陽極活性物質102b表面上進行原子層沉積(atomic layer deposition, ALD)、化學氣相沉積(chemicalvapor deposition, CVD)或脈沖激光沉積(pulse laser deposition),只要能夠形成厚度約1nm至1 μ m的鈍性保護層110就均為本發明所保護的范圍。在一個實施方式中，鈍性保護層Iio的厚度約為1Onm至100nm。
由于本發明實施方式采用的鈍性保護層110的電子導電性較低，為了兼顧改善高溫操作下的電池壽命以及電池本身充放電的電化學反應，因此鈍性保護層110的厚度選擇極為重要。若鈍性保護層110的厚度太薄(例如小于1nm)，則無法達到有效保護陽極102的效果，電池高溫性能依舊衰退迅速。另一方面，若鈍性保護層110的厚度太厚(例如超過1 μ m)，則會妨礙陽極102與陰極104之間的電子、鋰離子傳遞，無論是在高溫還是室溫下操作，電池性能皆不佳。此外，雖然圖1A及圖1B中的鈍性保護層110是以薄膜狀為例，但本發明并不限于此，只要能夠使陽極具有由連續三維結構的氧化物形成的均勻鈍性保護層就均為本發明所保護的范圍。
特別說明的是，目前一般的鋰離子電池是在初始的充放電循環中，藉由陽極活性物質與電解質溶液中有機小分子添加劑發生電化學反應，而于陽極表面形成固體電解質界面(solid electrolyte interface, SEI)這樣的特殊有機物質來作為保護層。然而，電化學反應發生在封裝后的電池內部而難以控制，使得陽極表面上生成的固體電解質界面(SEI)的表面分布程度及厚度皆不均勻。此外，部分所生成的固體電解質界面(SEI)在高溫下極易分解，導致電池性能衰退。采用其它解決辦法如改用不會生成固體電解質界面(SEI)的電極材料、或者于電解質溶液中添加不同種類的添加劑以改善固體電解質界面(SEI)的性質、或在制備電極之前針對電極表面進行改性，則會使得電池制備步驟變為更加繁瑣，進而影響鋰離子電池在高溫環境(如電動車)中的實用性。
相對于此，本發明實施方式藉由在陽極102(陽極活性物質102b)的表面上預先形成均勻且厚度適中的鈍性保護層110，可有助于避免由電解質分解產生的副產物(如氫氟酸，HF)所造成的陽極活性物質102b表面腐蝕、崩解，進而能夠穩定電池充放電循環并改善鋰離子電池在高溫(如55°C以上)環境下的循環壽命，因此可有效運用于電動車引擎使用環境。此外，本發明可以直接在現成商業化陽極電極芯表面使用現有技術來形成人工的鈍性保護層110，因此在不需要改變任何電池設計、電極材料與電解質溶液的情形下，便能夠有效提高電池在高溫下的充放電循環壽命，極具產業競爭力。
接下來將說明鋰離子電池的制造方法。須注意的是，以下所述的流程主要是為了詳細說明本發明鋰離子電池的制造方法在組裝鋰離子電池之前先于陽極表面制備出鈍性保護層結構，以使熟悉此項技術者能夠據以實施，但并非用以限定本發明的范圍。至于鋰離子電池的其它構件的材料、組成物、形成方式及順序，均可依所屬技術領域中具有通常知識者所知的技術制作，或依前述實施方式，而不限于下述實施方式所述。圖2是依照本發明一個實施方式的鋰離子電池的制造步驟流程圖。
請參照圖2，進行步驟S202，制備陰極，其例如是在陰極金屬箔上形成陰極活性物質。在一個實施方式中，可通過涂布或濺鍍在陰極金屬箔上形成陰極活性物質，之后經過適當處理(如干燥、壓縮并剪裁)而形成陰極電極芯。
進行步驟S204，制備陽極，其包括先形成陽極電極芯(步驟S206)以及于陽極電極芯表面上以薄膜沉積法形成鈍性保護層(步驟S208)，其中鈍性保護層包括氧化物且厚度為Inm至I μ m。具體而言，在步驟S206中，通過顆粒涂布或者靶材濺鍍在陽極金屬箔上形成陽極活性物質，并經過適當處理(如干燥、壓縮并剪裁)而形成陽極電極芯。
之后，在步驟S208中，進行薄膜沉積如原子層沉積(ALD)、化學氣相沉積(CVD)或脈沖激光沉積(pulse laser deposition)等法，以在陽極活性物質表面上形成均勻且具有連續三維結構的氧化物，以形成作為鈍性保護層的薄膜沉積層，并使其厚度控制在約Inm至Ιμπι的范圍內。在此說明的是，鈍性保護層中所包含的連續三維結構的氧化物選自由柱狀結構的氧化物、薄膜狀結構的氧化物、片狀結構的氧化物、針狀結構的氧化物、陣列狀結構的氧化物、不規則纏繞狀結構的氧化物及線狀結構的氧化物所組成的群組中的至少一種，其可根據所選用的薄膜沉積法的制程條件等參數而有所不同。上述鈍性保護層的材料包括金屬氧化物或氧化硅。在一個實施方式中，當使用ALD來制備金屬氧化物作為鈍性保護層時，所導入的前體可為三甲基招(trimethyl aluminum)、鈦酸四異丙酯(tetraisopropyl Titanate)、鉿酸四異丙酯(tetra isopropyl hafnate)或上述物質的混合物。在此說明的是，有關陽極表面上鈍性保護層的細節可以依據前述實施方式進行調整、變化及應用，故于此不再贅述。
進行步驟S210，以隔離膜將陽極與陰極隔開，其中陽極、陰極與隔離膜共同定義出容置區域。隔離膜例如可選用PP或其它合適材料。
進行步驟S212，于容置區域內加入電解質溶液，其中電解質溶液包括有機溶劑、鋰鹽以及添加劑。
進行步驟S214，以封裝結構包覆在陽極、陰極以及隔離膜的外側，從而完成鋰離子電池結構的制作。
特別說明的是，在進行鋰離子電池的封裝之前，預先于陽極表面上形成厚度適中且均勻的鈍性保護層，因此不需要另外改變電池結構、對陽極活性物質表面作改良或是調整電解質溶液的配方，即可在現有的電極芯表面制備出人工鈍性保護層。而在特定高溫度環境下，此人工鈍性保護層的連續三維結構的氧化物組成能夠有效保護陽極電極芯結構并改善電池循環壽命。
為證實本發明實施方式的鋰離子電池及其制造方法確實改善鋰離子電池在高溫環境下的循環壽命，接下來將以實施例說明其特性。以下實施例的數據結果僅是用來說明本發明實施方式所制作出的鋰離子電池在經過多次充電放電循環測試后的電性能測量結果，但并非用以限定本發明的范圍。
實施例1
將鋰金屬剪裁至適當形狀后置放于鋁箔或是不銹鋼片上以形成陰極電極芯。如以鈷酸鋰-石墨全電池而言，則LiCoO2為電池的陰極電極芯。
將91重量份的中間相碳微球(meso carbon micro bead,MCMB)(人造石墨)、6重量份的PVDF及5重量份的乙炔黑分散于NMP中，并將此漿料涂布于銅箔上，之后干燥、壓縮并剪裁以形成陽極電極芯。將陽極電極芯置于高濕度環境下(如相對濕度>95%)24小時，以使其表面吸附足夠水氣的羥基官能團。之后，將此陽極電極芯置入ALD儀的腔體中，緊閉該腔體，控制溫度為120°C，并以下述順序操作:(1)由氬氣導入金屬氧化物的前體，此前體為三甲基招(trimethyl aluminum),待腔體內壓升為IOtorr后維持此壓力4秒；(2)抽去腔體內氣體使內壓降至0.5torr后維持12秒；(3)導入水分子蒸汽，待至腔體內壓升為IOtorr后維持此壓力4秒；(4)抽去腔體內氣體使內壓降至0.5torr后維持12秒。在本實施例中，此循環共進行50次以于陽極表面形成約5nm至20nm厚度的三氧化二鋁(Al2O3)作為鈍性保護層。經實驗證實，鈍性保護層厚度可為反應循環次數所控制，本技術經500次的循環反應測試后，可以得到約50nm至200nm的厚度。
在陽極表面形成鈍性保護層之后，以掃描電子顯微鏡(scanning electronmicroscopy, SEM)觀測并進行元素分析來鑒定。圖3A及圖3B分別是根據實施例1的鋰離子電池陽極表面在進行ALD處理形成鈍性保護層之前及之后的SEM圖像。圖4A為實施例1的鋰離子電池陽極表面的柱狀物SEM圖像，圖4B為圖4A中譜(Spectrum) 12區域的元素分析數據圖。如圖3B所示，在高結晶性陽極中間相碳微球顆粒之間及表面確實形成有非結晶性的金屬氧化物(Al2O3)薄膜與結構。利用能量色散X射線光譜法(energy-dispersivex-ray spectroscopy, EDS)對陽極中間相碳微球顆粒表面的柱狀物(譜(Spectrum) 12區域)進行元素分析，其結果顯示電極表面的柱狀物具有鋁元素存在，此顯示ALD表面處理的成功性與成分精確性，如圖4A及圖4B所示。
另外,混合2體積份的碳酸丙烯酯(propylene carbonate, PC)、3體積份的碳酸乙烯酯(ethylene carbonate,EC)及 5 體積份的碳酸二乙酯(diethyl carbonate,DEC)作為電解質溶液的有機溶劑。電解質溶液中添加的鋰鹽為LiPF6，濃度為1M。
接著，在使用PP作為隔離膜將陽極及陰極隔開并定義容置區域之后，于陽極及陰極之間的容置區域內加入上述電解質溶液。最后以封裝結構封住上述結構，從而完成鋰離子電池的制造，并在模擬一般電動車使用時的引擎周圍溫度(約55°C )下進行電池充放電測試。
實施例2
除了將上述實施例1在ALD儀腔體中由氬氣導入的金屬氧化物前體替換為鈦酸四異丙酯(tetra isopropyl titanate)而于陽極表面形成二氧化鈦(TiO2)作為鈍性保護層之外，利用ALD對陽極表面進行處理的其余步驟、電極的制作以及電解質溶液的溶劑、鋰鹽種類和比例均與實施例1相同，從而完成鋰離子電池的制作，并在約55°C高溫下進行電池充放電測試。
實施例3
除了將上述實施例1在ALD儀腔體中由氬氣導入的金屬氧化物前體替換為鉿酸四異丙酯(tetra isopropyl hafnate)而于陽極表面形成二氧化鉿(HfO2)作為鈍性保護層之外，利用ALD對陽極表面進行處理的其余步驟、電極的制作以及電解質溶液的溶劑、鋰鹽種類和比例均與實施例1相同，從而完成鋰離子電池的制作，并在約55°C高溫下進行電池充放電測試。
比較實施例1
除了未將上述實施例1中制備好的陽極電極芯經過ALD處理形成鈍性保護層之夕卜，其余的電極制作以及電解質溶液的溶劑、鋰鹽種類和比例均與實施例1相同，從而完成鋰離子電池的制作，并在約55°C高溫下進行電池充放電測試。
比較實施例2
除了使用溶膠-凝膠(sol-gel)法來制備表面具有金屬氧化物的陽極電極芯以夕卜，其余以類似比較實施例1的制程來完成鋰離子電池的制作，并在約55°C高溫下進行電池充放電測試。詳言之，溶膠-凝膠法是先將中間相碳微球顆粒(MCMB)與相對于中間相碳微球顆粒重量為百分之二的鈦酸四異丙酯于純酒精中均勻分散10小時，接著于120°C烤箱中烤干，再升溫至450°C中煅燒八小時。之后，將使用溶膠-凝膠法于表面包覆二氧化鈦(TiO2)的中間相碳微球顆粒按照上述實施例1的作法涂布于銅箔之上，之后干燥、壓縮并剪裁而形成陽極電極芯，且制備好之陽極電極芯并未經過ALD處理。
電性能測量
充電放電循環測試:
在約55°C的高溫環境下，將實施例1-3及比較實施例1-2的鋰離子電池以固定電流/電壓進行充電放電。首先，以0.7mA的固定電流將電池充電至0.01V，直到電流小于或等于0.07mA。接著，再以固定電流0.7mA將電池放電至截止電壓2V，并重復上述過程20次。測量到的實施例1-3及比較實施例1-2的電池容量(milliamp hours per gram,mAh/g)與電池效率(％ )如下表I所示。另外，圖5繪示實施例1-3及比較實施例1-2的鋰離子電池的充電放電循環次數與電池容量的關系曲線圖。
表I
權利要求
1.一種鋰離子電池，包括: 陽極； 陰極，其設置于所述陽極的對向； 隔離膜，其設置于所述陽極與所述陰極之間，所述隔離膜與所述陽極、所述陰極共同定義出容置區域； 電解質溶液，其設置于所述容置區域內；以及 鈍性保護層，其設置于所述陽極的表面上，其中所述鈍性保護層為薄膜沉積層，且厚度為 Inm 至 I μ m0
2.根據權利要求1所述的鋰離子電池，其中所述鈍性保護層由選自由柱狀結構的氧化物、薄膜狀結構的氧化物、片狀結構的氧化物、針狀結構的氧化物、陣列狀結構的氧化物、不規則纏繞狀結構的氧化物及線狀結構的氧化物所組成的群組中的至少一種所組成。
3.根據權利要求1所述的鋰離子電池，其中所述鈍性保護層包括金屬氧化物或氧化硅。
4.根據權利要求3所述的鋰離子電池，其中所述金屬氧化物為三氧化二鋁、二氧化鈦、二氧化鉿、或上述物質的混合物。
5.根據權利要求1所述的鋰離子電池，其中所述陽極包括鋰離子嵌入材料結構的電位小于2V的材料。
6.根據權利要求1所述的鋰離子電池，其中所述陽極包括選自由人造石墨、天然石墨、碳粉、碳纖維、碳納米管、LiAl、LiZn、Li3B1、Li3Cd、Li3Sb、Li4S1、Li4.4Pb、Li4.4Sn、LiC6、Li3FeN2、Li2.6Co0.4N、Li2.6Cu0.4N、SnO、SnO2、GeCKGeO2、ln20、In2O3> PbO> PbO2 > Pb2O3> Pb3O4> Ag2O>AgO, Ag2O3, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, SiO、ZnO, CoO、NiO 及 FeO 所組成的群組的材料。
7.根據權利要求1所述的鋰離子電池，其中所述鋰離子電池于55°C以上的溫度下操作。
8.—種鋰離子電池陽極保護層的制造方法，包括: 預先提供鋰離子電池的陽極；以及 于所述鋰離子電池的陽極表面以薄膜沉積法形成具有氧化物的鈍性保護層，且所述鈍性保護層的厚度為Inm至I μ m。
9.根據權利要求8所述的鋰離子電池陽極保護層的制造方法，其中所述薄膜沉積法包括原子層沉積、化學氣相沉積或脈沖激光沉積。
10.根據權利要求8所述的鋰離子電池陽極保護層的制造方法，其中所述氧化物選自由柱狀結構的氧化物、薄膜狀結構的氧化物、片狀結構的氧化物、針狀結構的氧化物、陣列狀結構的氧化物、不規則纏繞狀結構的氧化物及線狀結構的氧化物所組成的群組中的至少一種。
全文摘要
本發明為鋰離子電池陽極保護層及制造方法，預先以薄膜沉積法，例如原子層沉積(atomic layer deposition，ALD)，在陽極(102)表面制備出鈍性保護層(110)，使本發明具有在高溫下有效保護陽極電極蕊結構并維持電池循環壽命之功效，其中該鈍性保護層(110)由具立體結構的金屬氧化物組成，該立體結構例如柱狀。
文檔編號H01M4/13GK103199299SQ20121000302
公開日2013年7月10日 申請日期2012年1月6日 優先權日2012年1月6日
發明者王復民, 汪鑫毅, 鄭錦淑 申請人:王復民