(57)【要約】      （修正有）【課題】安全性を大きく改善できるリチウム金属電極および関連するリチウム金属電池の提供。【解決手段】リチウム金属電極１０ａは、集電体１０２、多孔性電気絶縁層１０４、イオン拡散層１０８、およびリチウム金属層１０６を備える。多孔性電気絶縁層１０４は、より大きなスルーホールＨ１を有する絶縁層１０４ａ、およびより小さなスルーホールＨ２を有する阻止層１０４ｂを備える。集電体１０２は絶縁層１０４ａの片側上に配置され、阻止層１０４ｂは絶縁層１０４ａの他の側上に配置される。リチウムデンドライトは、大部分絶縁層１０４ａのスルーホールＨ１内に析出し、阻止層１０４ｂのために上方に析出しない。したがって、リチウムデンドライトは電気絶縁体を貫通せず、その結果、リチウム金属電池の安全性を大きく改善できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
集電体と、
少なくとも１つの第１のスルーホールを有し、前記集電体の一方の面を部分的に前記少なくとも１つの第１のスルーホールに応じて露出させ、前記集電体の前記一方の面の残りの部分を覆うように当該集電体の当該一方の面上に配置された絶縁層、および、当該絶縁層上に前記集電体に隣接せずに配置され、前記少なくとも１つの第１のスルーホールよりも小さな直径を有する複数の第２のスルーホールを有する阻止層を有する、前記集電体に隣接して配置された多孔性電気絶縁層と、
前記絶縁層の前記少なくとも１つの第１のスルーホールの内部、且つ、前記阻止層および前記第２のスルーホールの下側に完全にあるように配置された、多孔性を有する少なくとも１つのイオン拡散層と、
前記絶縁層の前記少なくとも１つの第１のスルーホールに応じて露出した前記集電体の前記一方の面上に配置されたリチウム金属層と、
を備えるリチウム金属電極。
【請求項２】
前記集電体は固体または多孔質であることを特徴とする、請求項１に記載のリチウム金属電極。
【請求項３】
前記絶縁層および／または前記阻止層は単層構造または多層構造であることを特徴とする、請求項１に記載のリチウム金属電極。
【請求項４】
前記絶縁層および／または前記阻止層の材料は、絶縁重合体材料、絶縁セラミック材料、絶縁ガラス材料、絶縁ガラス繊維材料、およびそれらの組合せからなる群から選択されることを特徴とする、請求項３に記載のリチウム金属電極。
【請求項５】
前記絶縁層の開口比は４０％−９９．５％の範囲であることを特徴とする、請求項１に記載のリチウム金属電極。
【請求項６】
前記絶縁層は、前記少なくとも１つの第１のスルーホールとして、複数の第１のスルーホールを有することを特徴とする、請求項１に記載のリチウム金属電極。
【請求項７】
前記絶縁層の前記複数の第１のスルーホールの直径は一様である、または、一様ではないことを特徴とする、請求項６に記載のリチウム金属電極。
【請求項８】
前記複数の第１のスルーホールの直径は５０ミクロン以上であることを特徴とする、請求項７に記載のリチウム金属電極。
【請求項９】
前記絶縁層の開口比は２５％−８０％の範囲であることを特徴とする、請求項１に記載のリチウム金属電極。
【請求項１０】
前記第２のスルーホールの直径は一様である、または、一様ではないことを特徴とする、請求項１に記載のリチウム金属電極。
【請求項１１】
前記第２のスルーホールの直径は１ミクロン以下であることを特徴とする、請求項１０に記載のリチウム金属電極。
【請求項１２】
前記多孔性電気絶縁層の厚さは１６−６５ミクロンの範囲であることを特徴とする、請求項１に記載のリチウム金属電極。
【請求項１３】
前記絶縁層の厚さは１５−４０ミクロンの範囲であることを特徴とする、請求項１に記載のリチウム金属電極。
【請求項１４】
前記阻止層の厚さは１−２５ミクロンの範囲であることを特徴とする、請求項１に記載のリチウム金属電極。
【請求項１５】
前記リチウム金属層の厚さは０．３−５ミクロンの範囲であることを特徴とする、請求項１に記載のリチウム金属電極。
【請求項１６】
前記集電体は第１の密着層によって前記絶縁層に密着することを特徴とする、請求項１に記載のリチウム金属電極。
【請求項１７】
前記第１の密着層の厚さは１−３０ミクロンの範囲であることを特徴とする、請求項１６に記載のリチウム金属電極。
【請求項１８】
前記絶縁層は第２の密着層によって前記阻止層に密着することを特徴とする、請求項１に記載のリチウム金属電極。
【請求項１９】
前記第２の密着層の厚さは１−３０ミクロンの範囲であることを特徴とする、請求項１８に記載のリチウム金属電極。
【請求項２０】
前記少なくとも１つのイオン拡散層は、アニオンおよび／またはカチオンを運ぶ帯電面を有するようにさらに処理されることを特徴とする、請求項１に記載のリチウム金属電極。
【請求項２１】
リチウム金属電極であって、
第１の集電体と、
少なくとも１つの第１のスルーホールを有し、前記第１の集電体の一方の面を部分的に前記少なくとも１つの第１のスルーホールに応じて露出させ、前記第１の集電体の前記一方の面の残りの部分を覆うように当該第１の集電体の当該一方の面上に配置された絶縁層、および、当該絶縁層上に前記第１の集電体に隣接せずに配置され、前記少なくとも１つの第１のスルーホールよりも小さな直径を有する複数の第２のスルーホールを有する阻止層を有する、前記第１の集電体に隣接して配置された多孔性電気絶縁層と、
前記絶縁層の前記少なくとも１つの第１のスルーホールの内部、且つ、前記阻止層および前記第２のスルーホールの下側に完全にあるように配置された、多孔性を有する少なくとも１つのイオン拡散層と、
前記絶縁層の前記少なくとも１つの第１のスルーホールに応じて露出した前記第１の集電体の前記一方の面上に配置されたリチウム金属層と、
を有するリチウム金属電極と、
前記リチウム金属電極に対応して配置され、第２の集電体および正極活物質層を有する正極電極と、
前記正極電極と前記リチウム金属電極の間に配置され、少なくとも１つの電解質を有する電気絶縁体と、
密封のため、前記リチウム金属電極の前記第１の集電体と前記正極電極の前記第２の集電体との双方の内周のみに配置された密封フレームと、
を備えたことを特徴とするリチウム金属電池。
【請求項２２】
前記電気絶縁体は、イオン導電性であり、重合体セパレータ、コーティングを有する重合体セパレータ、セラミックセパレータ、または固体セパレータであることを特徴とする、請求項２１に記載のリチウム金属電池。
【請求項２３】
前記密封フレームの大部分は、前記リチウム金属電極および／または前記正極電極の周囲内に直交して配置されることを特徴とする、請求項２１に記載のリチウム金属電池。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電極に関し、詳細にはリチウム金属電極およびそれに関連するリチウム金属電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在のリチウム以外の電池システムと比較して、リチウム電池システムには、高い動作電圧（最大３．６Ｖ）、高いエネルギー密度（最大１２０Ｗｈ／ｋｇ）、軽量、より長いサイクル寿命、環境に優しいなどの利点がある。
リチウム電池システムの研究の歴史によれば、最も早く開発されたリチウム電池は、再充電可能なリチウム金属電池であり、この電池はかなり高いエネルギー密度を有するが、その一方で、電解質に対する化学反応能力が高いために、安定性および安全性に関して深刻な問題がある。リチウム金属電池システムの安全性の問題を考慮すれば、再充電可能なリチウム電池の開発は、再充電可能なリチウム合金電池システムおよび再充電可能なリチウムイオン電池システムに徐々に集中している。
【０００３】
電池システムの性能に関しては、安全性の要件を除き、電池システムの容量が機器の動作継続期間をサポートするのに十分であることを保証することが重要である。その結果として、電池システムの容量は、再び重要な開発問題になっている。過去には、リチウム金属電池システムの開発は、その安全性の問題のために中断された。
リチウムイオンシステムおよびリチウム重合体システムと比較して、リチウム金属システムのエネルギー密度は、他のシステムよりもはるかに高い。しかしながら、リチウム金属が高い化学的活性を有するので、リチウム金属が適切な条件の下で保存されない、または動作させられない場合、非常に激しい酸化還元反応が発生する。事実上、リチウム金属電池システムは、リチウム金属の安全性、加工、および保存の問題を克服できる場合にのみ現在のスマート電気機器に好適である。
【０００４】
しかしながら、リチウムイオン電池システムの電解質は、有機溶媒を含む液体であり、その結果、蒸発点火問題が必然的に発生する。さらに、電池の密封が不十分なために電解質が漏れて、これが安全性の問題を引き起こす。
近年、安全性を保証するために、再充電可能なリチウム重合体電池システムが開発された。リチウム電池システムの安全性を改善するために、当初の有機溶媒は重合体電解質に置き換えられた。
【０００５】
したがって、上記の問題を克服するためにリチウム金属電極が提供される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
リチウム金属電極およびそれに関連するリチウム金属電池を提供することが本発明の目的である。リチウム金属電極の多孔性電気絶縁層の絶縁層が、リチウムデンドライト析出に特有の領域を提供できる。
【０００７】
リチウム金属電極およびそれに関連するリチウム金属電池を提供することが本発明の目的である。多孔性電気絶縁層の阻止層が、阻止層の構造強度のために、充電中にリチウムデンドライトが析出する高さを効率的に抑制する。リチウムデンドライトは主に水平方向に析出し、その結果、絶縁層によって形成された特有の領域は、リチウムデンドライト析出のために非常に効率的に使用される。したがって、リチウムデンドライトは電気絶縁体を貫通せずに、電池の内部短絡を回避する。その一方で、リチウムデンドライトは、垂直方向に向かうのではなく放射方向に向かって析出し、その結果、電池の厚さが通常状態から極端に外れて確認されることがない。
【０００８】
リチウム金属電極およびそれに関連するリチウム金属電池を提供することが本発明の目的である。多孔性電気絶縁層のイオン拡散層は多孔性であり、粒子および／または繊維から作られる。リチウムデンドライトはイオン拡散層の小孔の内部で析出し、剥離する。析出の間、リチウムデンドライトはイオン拡散層の粒子および／または繊維に付着して、固体電解質界面（ｓｏｌｉｄ  ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ  ｉｎｔｅｒｆａｃｅ、ＳＥＩ）の強度を高める。ＳＥＩの厚さ（およそ１０〜５０ナノメートル）と比較して、リチウムデンドライトの析出／剥離の体積変化（１５〜２０ミクロン）はあまりにも大きすぎ、ＳＥＩは、イオン拡散層からの支持を提供することがなければ、リチウムデンドライトの析出および／または剥離の間にひどく損傷する。粒子および／または繊維を有するイオン拡散層は、ＳＥＩのための支持を提供して、電池の容量損失を低減でき、特定の条件の下で、ＳＥＩを形成する反応と反応さえできる。
【０００９】
リチウム金属電極およびそれに関連するリチウム金属電池を提供することが本発明の目的である。イオン拡散層の粒子および／または繊維によって生成された面および／または小孔は、液体および／またはゲルの電解質のための分岐の役割を果たすことが可能であり、その結果、リチウムデンドライトの析出／剥離は、電解質の連続界面にとってより効率的になる可能性がある。また、リチウムデンドライトと電解質の間の界面は、完全な状態を保つことが可能であり、その結果、界面の抵抗を低減でき、界面の過電圧を制御することによってリチウムデンドライト析出の一様性を現すことが可能である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、集電体、多孔性電気絶縁層、少なくとも１つのイオン拡散層、およびリチウム金属層を備えるリチウム金属電極を開示し、そこでは、多孔性電気絶縁層は、絶縁層および阻止層を備える。
【００１１】
本発明は、リチウム金属電極、正極電極、電気絶縁体、および密封フレームを備えるリチウム金属電池を開示し、そこでは、リチウム金属電極は、集電体、多孔性電気絶縁層、少なくとも１つのイオン拡散層、およびリチウム金属層を備える。多孔性電気絶縁層は、絶縁層および阻止層を備える。
【００１２】
リチウム金属電極およびそれに関連するリチウム金属電池によれば、リチウムデンドライトは多孔性電気絶縁層およびイオン拡散層によって画成される特有の領域内部だけで析出し、その結果、リチウムデンドライトは、電池の電気絶縁体を貫通しない。電池の内部短絡は発生せず、電池の安全性を改善できる。
【００１３】
本発明の適用可能性の範囲が、本明細書で以下に提示する詳細な説明からさらに明らかになるであろう。しかしながら、本発明の趣旨および範囲に入るさまざまな変更および修正がこの詳細な説明から当業者に明らかになるので、詳細な説明および具体例は、本発明の好ましい実施形態を示しているが、例示のためだけに提示されていることを理解されたい。
【００１４】
本発明は、本明細書で以下に例示のためだけに提示される詳細な説明から、より完全に理解できるが、本発明を制限しない。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明のリチウム金属電極の横断面図を示す。
【図２】本発明のリチウム金属電極の横断面図を示す。
【図３】本発明のリチウム金属電極の横断面図を示す。
【図４】本発明のリチウム金属電極の横断面図を示す。
【図５】本発明のリチウム金属電極の横断面図を示す。
【図６】本発明のリチウム金属電池の横断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１に示すように、本発明のリチウム金属電極１０ａは、集電体１０２、多孔性電気絶縁層１０４、少なくとも１つのイオン拡散層１０８、およびリチウム金属層１０６を備える。電気絶縁層１０４は、絶縁層１０４ａおよび阻止層１０４ｂを備える。
電気絶縁層１０４は、集電体１０２の面上に配置される。絶縁層１０４ａは、少なくとも１つの第１のスルーホールＨ１を有する。集電体１０２の面のいくつかの部分は第１のスルーホールＨ１に従って露出し、リチウム金属層１０６は、集電体１０２の露出した面上に配置される。リチウム金属層１０６の上には、イオン拡散層１０８が第１のスルーホールＨ１内に配置され、リチウム金属層１０６に隣接する。イオン拡散層１０８は、リチウム金属層１０６と直接または間接的に接触してもよい、または特定の条件の下では、リチウム金属層１０８と全く接触さえしない。
イオン拡散層１０８は、第１のスルーホールＨ１内に完全に配置される、または第１のスルーホールＨ１内に部分的に配置されることが可能である。イオン拡散層１０８は、全部が絶縁層１０４ａ内部に位置決めされ、阻止層１０４ｂの中に入り込まない。すなわち、イオン拡散層１０８は、阻止層１０４ｂの第２のスルーホールＨ２の中に位置しない。場合によっては、絶縁層１０４ａは、２つ以上の第１のスルーホールＨ１を有してもよい。図２に示すように、リチウム金属層１０６およびイオン拡散層１０８は、上記に示すように配置できる。
【００１７】
集電体１０２の材料は、銅、ニッケル、鋼鉄、またはそれらの任意の組合せなどの金属または任意の他の導電材料とすることが可能である。集電体１０２は、固体構造または多孔性構造とすることが可能である。容量および設計の要件に基づき、リチウム金属層１０６の厚さは０．３〜５ミクロンの範囲である。絶縁層１０４ａおよび阻止層１０４ｂを備える多孔性電気絶縁層１０４の外面は、非導電材料から作られる。絶縁層１０４ａおよび／または阻止層１０４ｂが単層構造であるとき、絶縁重合体材料、絶縁セラミック材料、絶縁ガラス材料、絶縁ガラス繊維材料、およびそれらの任意の組合せなどの、絶縁層１０４ａおよび／または阻止層１０４ｂの材料は絶縁されている。
絶縁重合体材料は、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリウレタン、ポリアクリレート、エポキシ樹脂、またはシリコーンを含む。絶縁ガラス繊維材料は、ＦＲ４−クラスのエポキシガラス繊維材料を含む。絶縁層１０４ａおよび／または阻止層１０４ｂは、多層構造であるとき、上述の材料の他に、電気的に絶縁された材料、電気的に絶縁されたコーティングを有する任意の材料、または電気的に絶縁された材料によって完全に覆われた任意の材料から作られる。
【００１８】
さらに、イオン拡散層１０８は多孔性であり、重合体材料、セラミック材料、ガラス材料、繊維材料、およびそれらの任意の組合せから作られることが可能である。イオン拡散層１０８の小孔は、粒子スタッキングおよび／または繊維交差によって作られてもよい。粒子は、セラミック粒子、重合体粒子、および／またはガラス粒子を含む。繊維は、重合体繊維および／またはガラス繊維を含む。
イオン拡散層１０８の面は、アニオンおよび／またはカチオンを運ぶ帯電面を有するようにさらに処理されてもよい。たとえば、イオン拡散層１０８のカチオンで帯電した面は、電気二重層効果を低減でき、その結果、充電中のリチウムイオン移動の偏りを低減できる。イオン拡散層１０８のアニオンで帯電した面は、リチウムイオンを分布させるのに役立つ可能性がある。
【００１９】
図２を参照する。リチウム金属電極１０ｂの第１のスルーホールＨ１の直径は一様であり、リチウム金属電極１０ｂの第２のスルーホールＨ２の直径は一様である。
図３に示すように、リチウム金属電極１０ｂの第１のスルーホールＨ１の直径は一様ではなく、リチウム金属電極１０ｂの第２のスルーホールＨ２の直径は一様ではない。すなわち、第１のスルーホールＨ１のサイズはさまざまであってもよく、第２のスルーホールＨ２のサイズはさまざまであってもよい。事実上、一様なサイズの第１のスルーホールＨ１を有する絶縁層１０４ａは、一様ではないサイズの第２のスルーホールＨ２を有する阻止層１０４ｂと結合されてもよい、または一様なサイズの第２のスルーホールＨ２を有する阻止層１０４ｂと結合されてもよい。同様に、一様ではないサイズの第１のスルーホールＨ１を有する絶縁層１０４ａは、一様ではないサイズの第２のスルーホールＨ２を有する阻止層１０４ｂと結合されてもよい、または一様なサイズの第２のスルーホールＨ２を有する阻止層１０４ｂと結合されてもよい。しかしながら、上述のどのような種類の組合せでも、第２のスルーホールＨ２の直径は、第１のスルーホールＨ１よりも小さくなければならない。
ただ１つの第１のスルーホールＨ１を有する絶縁層１０４ａに関しては、第１のスルーホールＨ１のサイズは、電極の活性反応領域以下である。２つ以上の第１のスルーホールＨ１を有する絶縁層１０４ａに関しては、第１のスルーホールＨ１の直径は、これらの第１のスルーホールＨ１が同じサイズを有しても、有さなくても、５０ミクロン未満である。リチウムデンドライトのサイズは１ミクロンよりも大きいので、一様なサイズの第２のスルーホールＨ２および一様ではないサイズの第２のスルーホールＨ２の直径は、１ミクロン未満である。
【００２０】
絶縁層１０４ａの開口比は４０％〜９０．５％の範囲であり、そこでは、高い開口比は、狭い境界を有するリチウム金属電極（図示せず）の場合に現れる。阻止層１０４ｂの開口比は２５％〜８０％の範囲である。絶縁層１０４ａの厚さは１５〜４０ミクロンの範囲であり、阻止層１０４ｂの厚さは１〜２５ミクロンの範囲である。多孔性電気絶縁体１０４全体の厚さは１６〜６５ミクロンの範囲である。
【００２１】
図４を参照する。リチウム金属電極１０ｄは、集電体１０２と絶縁層１０４ａの間に配置された第１の密着層ＡＤ１をさらに備える。第１の密着層ＡＤ１の材料は、熱硬化性重合体、熱可塑性重合体、およびそれらの任意の組合せからなるグループから選択され、そこでは、熱硬化性重合体は、シリコーン、エポキシ樹脂、アクリル酸樹脂、およびそれらの任意の組合せからなるグループから選択され、熱可塑性重合体は、ポリエチレン、ポリプロピレン、熱可塑性ポリイミド、熱可塑性ポリウレタン、およびそれらの任意の組合せからなるグループから選択される。
第１の密着層ＡＤ１の材料は、シリコーン、ポリエチレン、ポリプロピレン、熱可塑性ポリイミドなどのような電解質不活性材料から選択される方がさらによい。したがって、第１の密着層ＡＤ１は電解質と、具体的には、液相電解質および／またはゲル相電解質と反応せず、その結果、第１の密着層ＡＤ１の密着能力は低減しない。その上、絶縁層１０４ａおよび阻止層１０４ｂは一体化されないので、図５に示すように、絶縁層１０４ａと阻止層１０４ｂの間に第２の密着層ＡＤ２を提供できる。
第２の密着層ＡＤ２の材料は、第１の密着層ＡＤ１に関して言及した材料から選択できる。しかしながら、絶縁層１０４ａおよび阻止層１０４ｂの材料は事実上、同一にできない。電極をより薄くするために、第１の密着層ＡＤ１の厚さは１〜３０ミクロンの範囲とする方がよく、第２の密着層ＡＤ２の厚さは、同様に１〜３０ミクロンの範囲とする方がよい。それに応じて、電極１０ｄおよび１０ｅ内部でのリチウムイオンの移動距離は低減されず、その結果、電池の容量は減少しない。同様に、第２の密着層ＡＤ２の材料は、電解質と、具体的には、液相電解質および／またはゲル相電解質と反応しない材料を選ぶ方がよく、その結果、第２の密着層ＡＤ２は溶解しない、膨潤しない、および／または劣化しない。
【００２２】
図６にはリチウム金属電池が示されている。リチウム金属電池５０は、リチウム金属電極１０ｂ、正極電極３０、電気絶縁体２０、および密封フレーム４０を備える。第２の集電体３０２および正極活物質層３０４を備える正極電極３０は、リチウム金属電極１０ｂに対応して配置される。電気絶縁体２０は、正極電極３０とリチウム金属電極１０ｂの間に配置される。密封フレーム４０は、密封するために、リチウム金属電極１０ｂの第１の集電体１０２と正極電極３０の第２の集電体３０２の両方だけの内周上に配置される。
密封フレーム４０の大部分は、リチウム金属電極１０ｂおよび／または正極電極３０の周囲の内部に直交して配置される。すなわち、密封フレーム４０の大部分は、リチウム金属電極１０ｂの第１の集電体１０２と正極電極３０の第２の集電体３０２の両方の外周に押し出されるのではなく、リチウム金属電極１０２の内面上に、および正極電極３０２の内面上に配置される。当然のことながら、上述は主に密封フレーム４０の大部分に関する、すなわち、第１の集電体１０２および第２の集電体３０２が同一範囲を有しない場合などの特定の場合には、密封フレーム４０のいくつかの部分は、リチウム金属電極１０ｂの第１の集電体１０２と正極電極３０の第２の集電体３０２の両方の外周に向かって押し出される。
【００２３】
上述の電気絶縁体２０はイオン導電性であり、重合体セパレータ、コーティングを有する重合体セパレータ、セラミックセパレータ、または固体電解質とすることが可能である。リチウム金属電池５０の電解質システムが、液相電解質、ゲル相電解質、またはハイブリッド相電解質を有するとき、電気絶縁体２０は、重合体セパレータ、コーティングを有する重合体セパレータ、および／またはセラミックセパレータから選択できる。リチウム金属電池５０の電解質が固相電解質であるとき、電気絶縁体２０は固体電解質とすることが可能である。
【００２４】
本発明の仕組みが、本明細書で以下に開示される。絶縁層および阻止層は、集電体上に順に配置される。リチウム金属層は、絶縁層の第１のスルーホールに従って露出した集電体の面上に配置される。イオン拡散層は第１のスルーホールの内部に配置される。それに応じて、電解質からのリチウムイオンは、阻止層の第２のスルーホールを通って移動し、絶縁層の第１のスルーホールの内部で、液体電解質および／またはゲル電解質で湿った、または染色されたイオン拡散層に接近する。
リチウムイオンは、イオン拡散層の粒子および／または繊維によって形成された小孔を通って転送されることが可能である。場合によっては、リチウムイオンはデンドライトとして析出する、またはイオン拡散層の外面上にＳＥＩを形成する。リチウムデンドライトは、イオン拡散層の小孔の内部で析出し、剥離する。析出する間、リチウムデンドライトはイオン拡散層の粒子および／または繊維に付着して、固体電解質界面（ＳＥＩ）の強度を高める。すなわち、ＳＥＩの表面張力は、イオン拡散層にうまく付着することによって解放され、その結果、ＳＥＩははるかに安定する。
ＳＥＩの厚さ（およそ１０〜５０ナノメートル）と比較して、リチウムデンドライトの析出／剥離の体積変化（１５〜２０ミクロン）はあまりにも大きすぎ、ＳＥＩは、イオン拡散層からの支持を提供することがなければ、リチウムデンドライトの析出および／または剥離の間にひどく損傷する。粒子および／または繊維を有するイオン拡散層は、ＳＥＩのための支持を提供して、電池の容量損失を低減でき、特定の条件の下で、ＳＥＩを形成する反応と反応さえできる。
【００２５】
多孔性電気絶縁体層の阻止層は、阻止層の構造強度のために、充電中にリチウムデンドライトの析出の高さを効率的に抑制する。リチウムデンドライトは主に水平方向に析出し、その結果、絶縁層によって形成された特有の領域はリチウムデンドライト析出のために非常に効率的に使用される。したがって、リチウムデンドライトは電気絶縁体を貫通せずに、電池の内部短絡を回避する。その一方で、リチウムデンドライトは、垂直方向に向かうのではなく放射方向に向かって析出し、その結果、電池の厚さが通常状態から極端に外れて確認されることがない。
【００２６】
イオン拡散層の粒子および／または繊維によって生成された面および／または小孔は、液体および／またはゲルの電解質のための分岐の役割を果たすことが可能であり、その結果、リチウムデンドライトの析出／剥離は、電解質の連続界面にとってより効率的になる可能性がある。
また、リチウムデンドライトと電解質の間の界面は、完全な状態を保つことが可能であり、その結果、界面の抵抗を低減でき、界面の過電圧を制御することによってリチウムデンドライト析出の一様性を現すことが可能である。
【００２７】
その結果として、絶縁層と阻止層の両方は、リチウムデンドライトの形成方向を抑制するのに十分な構造強度を有し、その結果、絶縁層および阻止層のヤング率は十分高くなければならない。さらに、リチウム金属電極は、絶縁層が第１のスルーホールをより多く有するときに、より可撓性があるようになり、対照的に、リチウム金属電極は、絶縁層が第１のスルーホールをより少なく有するときに、より剛性を有するようになる。
【００２８】
従来技術と比較して、本発明で開示されるリチウム金属電極およびそれに関連するリチウム金属電池は、電気的に絶縁された多孔性電気絶縁層によって電池の安全性を改善して、リチウムデンドライトの形成の方向および範囲を抑制できる。
【００２９】
このように本発明について説明してきたが。本発明を多くの方法で変えてもよいことは明らかであろう。そのような変更は、本発明の趣旨および範囲からの逸脱と見なされるべきではなく、そのような修正はすべて、以下の特許請求の範囲に含まれることが意図されることは当業者に明らかである。
【図１】
2018073817.tif 000003
【図２】
2018073817.tif 000004
【図３】
2018073817.tif 000005
【図４】
2018073817.tif 000006
【図５】
2018073817.tif 000007
【図６】
2018073817.tif 000008
【外国語明細書】
2018073817000001.pdf