CN107946541B - 锂金属极板及其应用的锂金属电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种锂金属极板及其应用的锂金属电池，所述的锂金属极板包括集电层、锂金属层、绝缘框体、多孔电性绝缘层及离子扩散层；集电层具有井结构，其底表面设置有锂金属层，而绝缘框体形成于井结构的开口边缘并向下延伸以完全遮蔽井结构的内侧表面且紧邻锂金属层的顶表面，以使井结构的内侧表面不会外露，因此锂金属析出时，会限制在井结构内且不会大量生长在井结构的内侧表面，以避免锂金属在集电层上大量地生长，且同时可以限制锂金属生长的范围与方向，避免锂突触不断向上生长而发生穿刺的情形，以提高锂金属电池的安全性。

Description

锂金属极板及其应用的锂金属电池
技术领域
本发明涉及一种锂电池的极板，特别是指一种锂金属极板及其应用的锂金属电池。
背景技术
现有以锂为活性材料的电池系统具有工作电压高（3.6 V）、能量密度大（120 Wh/kg）、重量轻、寿命长及环保性佳等优点，在以锂为活性材料的电池系统中，充电式金属锂电池是最早发展的锂电池系统，虽然具有很高的能量密度，但由于金属锂的化学性很强、易与电解质反应，造成金属锂电池有不稳定和安全性的问题。基于安全性的考虑，近年来，多改以研发较为新型的充电式锂高分子电池，其以高分子电解质取代原本有机溶剂以作为电池内的电解液，大大提高了锂电池在使用上的安全性。
对于电池系统而言，除了过去对于安全性的高度要求外，为了提供电子产品能具有更长的操作时间，电池系统的使用寿命又再次成为电池系统研发的重要议题，故许多电池系统的研究方向，由追求电池系统的安全性转向电池系统的寿命。而由过去以锂电池系统的发展进程来说，虽然金属锂电池系统在过去因为安全性的因素而被中断，但不可否认的是，由于金属锂电池系统的活性材料直接采用金属锂，故与其他离子锂电池系统或锂高分子电池系统相较，金属锂电池系统所提供的能量密度大于这些锂化合物的电池系统。
但是，金属锂为一种非常活泼的金属，若非在适当的储存环境或是良好的操作环境下，金属锂本身相当容易发生激烈的氧化还原反应。也因此，在实际的应用上，金属锂电池若能有效地克服其使用时的安全性疑虑并降低其在工艺或储存时的困难性，其实是非常符合现行可携式的智能型电子产品的需求。
有鉴于上述，本发明遂针对上述现有技术的缺点，提出一种锂金属极板及其应用的锂金属电池，以有效克服上述的这些问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锂金属极板及其应用的锂金属电池，借由具有井结构的集电层，以使锂金属电池中的锂金属电池中的锂金属可在特定的区域中析出。
本发明的目的在于提供一种锂金属极板及其应用的锂金属电池，借由一多孔电性绝缘层以使锂金属电池中在充电下所形成的锂金属树枝状结晶，被限制在特定高度下生长，同时由于因为多孔电性绝缘层的机械应力存在关系，进而限制垂直生长高度，迫使锂金属树枝状结晶往水平方向成长，使得井结构内部的空间可被沉积的锂金属相当程度的利用，而不会发生锂金属树枝状结晶刺穿电性绝缘层，借以避免内部短路的问题，同时也因机械应力的限制，也可避免因锂金属树枝状结晶往垂直方向持续增长，而将明显增加了电池的厚度。
本发明的目的在于提供一种锂金属极板及其应用的锂金属电池，借由在集电层的井结构内设置有离子扩散层，离子扩散层内有颗粒状结构或纤维状结构材料与孔洞分布，其中，锂金属电池中的锂金属可以在离子扩散层的孔洞内进行沉积与溶解，同时沉积过程中锂金属还可以依附于离子扩散层的颗粒状结构或纤维状结构形成保护锂金属表面的固态电解质界面(SEI)，由于锂金属沉积与溶解的尺寸变化（15~20um）相对于固态电解质界面的厚度(10~50nm)差别太大，若无支撑则每次沉积与溶解都会相当的破坏固态电解质界面，而破坏固态电解质界面则需要损耗可逆容量（锂离子浓度），因此本发明设计离子扩散层内的颗粒状结构或纤维状结构材料成为支撑固态电解质界面在锂金属沉积与溶解的结构材料，或是更甚者，部分颗粒状或纤维结构材料直接参与此固态电解质界面的形成，进而支撑固态电解质界面，并使锂金属沉积(plating)与溶解(striping)过程减少持续生成固态电解质界面进而减少可逆容量的损失。
本发明的目的在于提供一种锂金属极板及其应用的锂金属电池，借由离子扩散层以在采用液态或胶态电解液的系统中，离子扩散层内的颗粒状与纤维状结构材料可以协助电解液依附其表面，并进而在锂金属沉积与溶解过程中，因为锂金属的体积占据与释放，而使电解液顺利移入与移出离子扩散层的孔洞空间，这同时有助于持续维持良好的锂金属与电解质接口完整性，进而减少沉积接口电阻增加程度与接口过电压的形成并大幅改善沉积厚度不均问题。
为达上述的目的，本发明提供一种锂金属极板，其包括一集电层、至少一锂金属层、至少一绝缘框体、一多孔电性绝缘层以及至少一离子扩散层，集电层具有至少一井结构，井结构具有一内侧表面及一底表面，锂金属层设置于井结构的底表面，绝缘框体形成于井结构的开口边缘，并在水平方向延伸而覆盖部分的集电层的上表面，在垂直方向上延伸至局部的内侧表面以紧邻锂金属层的顶表面，以使井结构的内侧表面完全被遮蔽以电性绝缘，多孔电性绝缘层则覆盖于绝缘框体上且具有多个穿孔，离子扩散层为多孔性的且设置于井结构内，且完全位于多孔电性绝缘层的下方而未突出于穿孔，其中，穿孔的孔径小于井结构的孔径。
本发明还提供一种锂金属电池，其包括一锂金属极板、一正极极板、一电性绝缘层以及一封装胶框，其中，锂金属极板包括一集电层、至少一锂金属层、至少一绝缘框体、一多孔电性绝缘层以及至少一离子扩散层，其中，集电层具有至少一井结构，井结构具有一内侧表面及一底表面，锂金属层设置于井结构的底表面，绝缘框体形成于井结构的开口边缘，并在水平方向延伸而覆盖部分的集电层上表面，在垂直方向上延伸至局部的内侧表面以紧邻锂金属层的顶表面，以使井结构的内侧表面完全被遮蔽以电性绝缘，多孔电性绝缘层则覆盖于绝缘框体上且具有多个穿孔，离子扩散层为多孔性的且设置于井结构内，且完全位于多孔电性绝缘层的下方而未突出于穿孔，其中，穿孔的孔径小于井结构的孔径，且封装胶框环设于第一集电层与第二集电层的内侧表面周缘。
本发明还提供一种锂金属电池，其包括一锂金属极板、一正极极板、一电性绝缘层以及一封装胶框，其中，锂金属极板包括一集电层、至少一锂金属层、至少一绝缘框体、一多孔电性绝缘层以及至少一离子扩散层，其中，集电层具有至少一井结构，井结构具有一内侧表面及一底表面，锂金属层设置于井结构的底表面，绝缘框体形成于井结构的开口边缘，并在水平方向延伸而覆盖部分的集电层上表面，在垂直方向上延伸至局部的内侧表面以紧邻锂金属层的顶表面，以使井结构的内侧表面完全被遮蔽以电性绝缘，多孔电性绝缘层则覆盖于绝缘框体上且具有多个穿孔，离子扩散层为多孔性的且设置于井结构内，且完全位于多孔电性绝缘层的下方而未突出于穿孔，其中，穿孔的孔径小于井结构的孔径，且锂金属电池的封装胶框与绝缘框体对应设置并彼此黏合。
借由本发明所公开的锂金属极板及其应用的锂金属电池，其可利用集电层的井结构、绝缘框体、多孔电性绝缘层与离子扩散层，以使锂金属可在特定区域析出，且不会发生刺穿锂金属电池中的电性绝缘层，故不会发生内部短路的问题。
附图说明
图1为本发明的一种锂金属极板的截面结构示意图；
图2为本发明的另一种锂金属极板的截面结构示意图；
图3为本发明的再一种锂金属极板的截面结构示意图；
图4为本发明的一种锂金属电池的截面结构示意图；
图5为本发明的另一种锂金属电池的截面结构示意图。
附图标记说明
10 锂金属极板
102 集电层、第一集电层
104 绝缘框体
106 锂金属层
108 离子扩散层
110 多孔电性绝缘层
H 穿孔
W 井结构
AD1 第一黏着层
AD2 第二黏着层
20 电性绝缘层
30 正极极板
302 第二集电层
304 正极活性材料层
40 封装胶框
50a、50b 锂金属电池。
具体实施方式
如图1所示，其表示本发明所公开的锂金属极板的截面结构示意图。本发明所公开的金属锂极板10包括一集电层102、至少一锂金属层106、至少一绝缘框体104、一多孔电性绝缘层110以及至少一离子扩散层108，其中，集电层102具有至少一井结构W，井结构W具有一内侧表面及一底表面，锂金属层106设置于井结构W的底表面，绝缘框体104形成于井结构W的开口边缘，并在水平方向延伸而覆盖部分的集电层102的上表面，在垂直方向上延伸至局部的内侧表面以紧邻锂金属层106的顶表面，以使井结构W的内侧表面完全被遮蔽以电性绝缘，多孔电性绝缘层110则覆盖于绝缘框体104上且具有多个穿孔H，离子扩散层108为多孔性的且设置于井结构W内，且完全位于多孔电性绝缘层110的下方而未突出于穿孔H，值得一提的是，穿孔H的孔径小于井结构W的孔径。
由于锂金属层106设置于集电层102的底表面，且具有一定的厚度，因此，部分的井结构W的内侧表面被锂金属层106的侧表面所遮蔽，而井结构W的内侧表面的其余部分则由绝缘框体104延着内侧表面垂直向下延伸，直至紧邻锂金属层106的顶表面，而将整个井结构W的内侧表面完全遮蔽，以确保没有可导电的集电层102裸露在外，如此，则可有效避免锂金属大量的析出在与其电位相近的集电层102表面上，此外，由于在井结构W内设置有离子扩散层108，其可与锂金属层106直接地或间接地接触，抑或是不与锂金属层106接触，离子扩散层108可完全填满井结构W或部分地填入井结构W内，但完全不超出多孔电性绝缘层110的穿孔H，也完全不会填入至多孔电性绝缘层110的穿孔H内。
请同时参阅图1与图2所示，多孔电性绝缘层110的穿孔H的孔径是一致的，如图1所示的实施例，或者是，多孔电性绝缘层110的穿孔H的孔径是不同的，此一实施例则如图2所示。另外，当集电层102具有多于一个井结构W时，井结构W的开口尺寸也可以为单一尺寸或多种尺寸，因此，在实际的应用上，具有单一穿孔H孔径尺寸的多孔电性绝缘层110可搭配具有单一井结构W开口尺寸的集电层102，也可搭配具有不同井结构W开口尺寸的集电层102，反之，对于具有不同穿孔H孔径尺寸的多孔电性绝缘层110也可依照不同的电池设计需求，而搭配不同结构的集电层102，但无论上述何种结构的组合，所述的穿孔H孔径必须小于井结构W的开口尺寸。对多孔电性绝缘层110来说，当穿孔H孔径尺寸的分布范围不大于1微米时，对集电层102来说，无论井结构W的开口具有单一尺寸或具有多种尺寸，开口尺寸的分布范围不小于50微米，且可能的最大尺寸决定于电池活性区域尺寸，另外，井结构W的深度介于15~40微米之间。
另外，除了上述的穿孔H孔径尺寸外，多孔电性绝缘层110的开孔率介于25%~80%之间，集电层102的开孔率介于40%~99.5%之间，其中，所述的高开孔率实施例的实现必须搭配相当具有细窄封装边缘的锂金属极板(未显示此实施例)，且多孔电性绝缘层110的厚度介于1~25微米之间，集电层102的厚度介于16~50微米之间，而根据集电层102的厚度与井结构W的深度计算，整个集电层102扣除了井结构W的深度后所剩余的集电层102底部厚度约介于1~10微米之间。
而就材料与结构而言，集电层102的材料可为金属或任何导电的材质，一般常见的有铜、镍、钢或其组合合金。基于电容量的要求与设计，锂金属层106的厚度可介于0.3~5微米之间。多孔电性绝缘层110则至少必须为其表面不具电子导电性的材质所构成的结构，就结构上而言，当多孔电性绝缘层110为单层结构体时，其构成的材料则为绝缘材料，可例如为绝缘高分子材料、绝缘陶瓷材料、绝缘玻璃材料、绝缘玻璃纤维材料或上述材料的任意组合，其中，绝缘高分子材料可为聚酰亚胺、聚乙烯对苯二甲酸酯、聚氨酯、聚丙烯酸、环氧树脂或硅胶，绝缘玻璃纤维材料可为FR4等级的玻璃纤维材料，常见的材料可为FR4环氧树脂玻璃纤维材料，而当多孔电性绝缘层110为多层结构体时，其构成的材料除了上述的绝缘材料之外，也可为包覆有上述材料的任何材质，或是覆盖有上述材料的任何材质。另外，离子扩散层108的结构为多孔的结构，其可为高分子材料、陶瓷材料、玻璃材料、纤维材料或上述材料的组合所构成，离子扩散层108的多孔结构可为粒子堆积所构成的孔洞或纤维状材料所构成的孔洞, 其中，粒子状材料可为陶瓷颗粒、高分子颗粒或玻璃颗粒，纤维状结构材料可为高分子纤维材料或玻璃纤维材料，且还可将离子扩散层108的颗粒状与纤维状结构材料的表面改质为带有正或负电荷的表面，举例来说，带有正电荷的离子扩散层108表面可有效减少表面电双层产生，因此可减少锂离子在迁移时所产生的极化现象，而带有负电荷的离子扩散层108表面则可使锂离子分布更为均匀
再请参照图3所示，其为本发明所公开的锂金属极板的截面结构示意图。与上述实施例不同的是，此实施例中的绝缘框体104本身为多层的结构，其结构可例如为在绝缘框体104内还包括一第一黏着层AD1，第一黏着层AD1在材料上的选取可选自于热固型高分子材料、热塑型高分子材料或两者的组合的材料，其中，热固型高分子材料可选自于硅胶、环氧树脂、亚克力树脂及上述材料的组合，热塑型高分子材料则可选自于聚乙烯、聚丙烯、热塑性聚酰亚胺、热塑型聚氨酯等材料，同时，若采用液态或胶态电解液系统，则此所述的第一黏着层AD1最好是不被电解液影响而减少黏着力的材料，例如硅胶、聚乙烯、聚丙烯、热塑性聚酰亚胺等，以可在长时间接触液态或胶态电解液系统的情况下，仍可提供良好的黏着能力；此外，在绝缘框体104与多孔电性绝缘层110之间还设置有第二黏着层AD2，也可借由第二黏着层AD2以将绝缘框体104与多孔电性绝缘层110彼此黏合(也可用以与集电层102黏合，在此未绘示)，所述的第二黏着层AD2的材质可与第一黏着层AD1的材质相同，或是依据不同需求而选取不同的材料，相似于上述，在液态电解质系统或胶态电解质系统中，第二黏着层AD2在材料的选取上也倾向于选取不与电解液(尤其是极性有机溶剂)反应的材质，例如但不限于硅胶、聚乙烯、聚丙烯、热塑性聚酰亚胺等，避免因为与电解液长时间的接触而发生溶解、膨润裂化等反应。而为了达到薄化的目的，第一黏着层AD1的厚度应尽量控制在1~30微米之间，第二黏着层AD2的厚度则应尽量控制在1~30微米之间。不过，上述的第一黏着层AD1与第二黏着层AD2可选择性的设置，换言之，在特定的电池设计下，可仅采用第一黏着层AD1或第二黏着层AD2，也或是同时使用第一黏着层AD1与第二黏着层AD2。
接续，在图4中显示本发明所公开的锂金属电池的截面结构示意图。锂金属电池50a包括锂金属极板10、正极极板30(包括正极活性材料层302、第二集电层304)、电性绝缘层20与封装胶框40，锂金属极板10与正极极板30对应设置，电性绝缘层20则夹设在正极极板30与锂金属极板10之间，封装胶框40环设在锂金属极板10的第一集电层102与正极极板30的第二集电层302内侧表面的周缘，以使完全密封锂金属电池50a，且大部分的封装胶框40在正投影方向上为不超过锂金属极板10及/或正极极板30的边缘，也就是说，大部分的封装胶框40设置在锂金属极板10的第一集电层102及/或正极极板30的第二集电层302的边缘内侧，而非外露于第一集电层102及/或第二集电层302的边缘。
上述的说明是指大部分的封装胶框40的状态，举例来说，在特定的状态下，由于第一集电层102与第二集电层302的尺寸并不相同，例如可为第一集电层102稍微大于第二集电层302的状态，因此仍会有部分的封装胶框40外露于第一集电层102及/或第二集电层302的边缘。
另外，在图5中则公开本发明的另一种锂金属电池的截面结构示意图。锂金属电池50b包括锂金属极板10、正极极板30(包括正极活性材料层302、第二集电层304)、电性绝缘层20与封装胶框40，锂金属极板10与正极极板30对应设置，电性绝缘层20则夹设在正极极板30与锂金属极板10之间，不同的是，本实施例中的封装胶框40对应于绝缘框体104而设置，换言之，封装胶框黏着于绝缘框体104，以使每个井结构W的开口都完全被封装胶框40与绝缘框体104密封。封装胶框40与绝缘框体104之间还有一辅助黏着层(图未显示)。
其中，上述的电性绝缘层20必须具有离子导通的能力，且可为高分子隔离层、具有涂层的高分子隔离层、陶瓷隔离层或为固态电解质。当锂金属电池50a、50b为液态电解质系统、胶态电解质系统或混合式的电解质系统时，所述的电性绝缘层20可为高分子隔离层、具有涂层的高分子隔离层或陶瓷隔离层，当锂金属电池50a、50b为固态电解质系统时，则电性绝缘层20直接为固态电解质层。
上述为本发明所公开的主要结构特征，以下则说明本发明的反应机制。首先，由于锂金属极板中的集电层上具有井结构，在井结构的底表面上，为使锂离子在锂金属层中的传导距离与速度能够几乎一致，设置在井结构底表面上的锂金属层尽可能为一具有均一厚度的结构，而锂离子在充满电解质的离子扩散层中进行氧化还原、沉积等等反应，因此，带电荷（无论正、负）的离子扩散层表面可更有助于上述锂离子的氧化还原反应或沉积反应，举例来说，在离子扩散层的区域内有颗粒状结构或纤维状结构材料与孔洞分布，其中，锂金属电池中的锂金属可以在离子扩散层的孔洞内进行沉积与溶解，同时沉积过程中锂金属还可以依附于离子扩散层的颗粒状结构或纤维状结构形成保护锂金属表面的固态电解质界面(SEI)，由于锂金属沉积与溶解的尺寸变化（15~20um）相对于固态电解质界面的厚度(10~50nm)差别太大，若无支撑则每次沉积与溶解都会相当的破坏固态电解质界面，而破坏固态电解质界面则需要损耗可逆容量（锂离子浓度），因此本发明设计离子扩散层内的颗粒状结构或纤维状结构材料成为支撑固态电解质界面(SEI)在锂金属沉积与溶解的结构材料，或是更甚者，部分颗粒状或纤维结构材料直接参与此固态电解质界面(SEI)的形成，进而支撑固态电解质界面(SEI)，并使锂金属沉积(plating)与溶解(striping)过程减少持续生成固态电解质界面(SEI)，进而减少可逆容量的损失，同时借由电解液与离子扩散层的颗粒状与纤维状材料结构表面的依附性（表面张力），可将液态或胶态电解质均匀且连续地引导到位于绝缘结构层底部的锂金属层，以使离子交换的效率能够提升，且因为离子扩散层的表面还可经过表面处理以使其带有电荷（正或负都可），因此除了可有助于电解质的分布外，离子绝缘层中颗粒状材料结构或纤维状结构若其上多带正电荷则可以协助减少集电层表面因电双层而产生的锂离子迁移极化，其若多带负电荷则会使锂离子分布更为均匀，同时也有利于锂金属不定向地生长。
另外，由于井结构与多孔电性绝缘层的孔径设计，以使锂金属可完全在集电层的井结构内成长，换言之，当锂金属析出时，一般而言沿着垂直方向生长出类似于树枝状结晶的锂金属，但因为多孔电性绝缘层的穿孔孔径小于锂突触的结晶尺寸，因而析出的锂金属无法持续往垂直方向生长，进而改向水平方向进行结晶，且同时因为离子扩散层提供良好的结晶条件，故使得锂金属更倾向在井结构中析出并沉积，故不易导致刺穿电性绝缘层的问题。
而在本发明所公开的锂金属电池结构中，其可搭配两种封装胶框的电池设计，其中一种实施例是在整个锂金属极板的周缘予以密封，如图4所示，而另一种实施例则是将每个井结构都予以独立地封装，如图5所示，无论上述何种封装实施例，对于锂金属电池本身的电性特性、安全特性都不会造成影响，其主要造成的影响在于锂金属电池的可挠性，举例来说，仅封装在锂金属极板边缘的锂金属电池，一般而言，可具有较佳的可挠曲性，而将每个井结构周缘都予以密封的锂金属电池结构则在可挠性上较差于上述的实施例。
综上所述可知，由于多孔电性绝缘层必须要能够提供一定的限制锂金属生长方向的能力，故其机械障碍力必须达到一定的强度，也因此，更必须选取具有较高杨氏模数的材料。此外，锂金属电池的封装胶框的设置密度若提高，则可有助于提高整体锂金属电池的结构强度，但却降低了锂金属电池的可挠曲性，反之，若锂金属电池的封装胶框的设置密度较低，则可使得锂金属电池整体的结构变得较为柔软，也就会较易于弯折。
与现有技术相比，本发明公开的锂金属极板及其应用的锂金属电池，其可借由不导电的多孔结构层，以有效地限制锂金属析出的方向与区域，进而可避免锂金属电池容易发生锂析出刺穿的情形，有效提高锂金属电池的安全性。
但以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的专利保护范围。故即凡依本发明申请范围所述的特征及精神所作的均等变化或修饰，均应包括于本发明的申请专利范围内。

Claims (35)

1.一种锂金属极板，其特征在于，其包括：
一集电层，其具有至少一井结构，该井结构具有一内侧表面及一底表面；
至少一锂金属层，该锂金属层设置于该集电层的该井结构的该底表面,该锂金属层具有一平均厚度，以遮蔽该井结构局部的该内侧表面；
至少一绝缘框体，该绝缘框体形成于该井结构的开口边缘，并在水平方向延伸而覆盖部分的该集电层的上表面，在垂直方向上延伸至局部的该内侧表面以紧邻该锂金属层的顶表面，以使该井结构的该内侧表面完全被遮蔽以电性绝缘；
一多孔电性绝缘层，覆盖该井结构的开口且具有多个穿孔，该穿孔的孔径小于该井结构的孔径；以及
至少一离子扩散层，其为多孔性的且设置于该井结构内，且完全位于该多孔电性绝缘层的下方而未突出于这些穿孔。
2.如权利要求1所述的锂金属极板，其特征在于，该集电层的厚度介于16～50微米之间。
3.如权利要求1所述的锂金属极板，其特征在于，该井结构的深度介于15～40微米之间。
4.如权利要求1所述的锂金属极板，其特征在于，该集电层不包括该井结构的厚度介于1～10微米之间。
5.如权利要求1所述的锂金属极板，其特征在于，该集电层的材质选自于铜、镍、钢及上述材料的组合。
6.如权利要求1所述的锂金属极板，其特征在于，该绝缘框体为单层结构或多层结构。
7.如权利要求6所述的锂金属极板，其特征在于，该绝缘框体的材质为绝缘材料、或包覆有绝缘材料的任何材质。
8.如权利要求7所述的锂金属极板，其特征在于，该绝缘材料的材质选自于绝缘高分子材料、绝缘陶瓷材料、绝缘玻璃材料、绝缘玻璃纤维材料及上述材料的组合。
9.如权利要求8所述的锂金属极板，其特征在于，该绝缘高分子材料的材质为聚酰亚胺、聚乙烯对苯二甲酸酯、聚氨酯、聚丙烯酸、环氧树脂或硅胶，且该绝缘玻璃纤维材料为FR4环氧树脂玻璃纤维材料。
10.如权利要求1所述的锂金属极板，其特征在于，该多孔电性绝缘层为单层结构或多层结构。
11.如权利要求10所述的锂金属极板，其特征在于，该多孔电性绝缘层的材质为绝缘材料、或包覆有绝缘材料的任何材质。
12.如权利要求11所述的锂金属极板，其特征在于，该绝缘材料的材质选自于绝缘高分子材料、绝缘陶瓷材料、绝缘玻璃材料、绝缘玻璃纤维材料及上述材料的组合。
13.如权利要求12所述的锂金属极板，其特征在于，该绝缘高分子材料的材质为聚酰亚胺、聚乙烯对苯二甲酸酯、聚氨酯、聚丙烯酸、环氧树脂或硅胶，且该绝缘玻璃纤维材料为FR4环氧树脂玻璃纤维材料。
14.如权利要求1所述的锂金属极板，其特征在于，该多孔电性绝缘层的开孔率介于25％～80％之间。
15.如权利要求1所述的锂金属极板，其特征在于，该多孔电性绝缘层的这些穿孔具有相同的孔径或不相同的孔径。
16.如权利要求15所述的锂金属极板，其特征在于，这些穿孔的孔径不大于1微米。
17.如权利要求1所述的锂金属极板，其特征在于，该多孔电性绝缘层的厚度介于1～25微米之间。
18.如权利要求1所述的锂金属极板，其特征在于，该多孔电性绝缘层还辐射方向的向外延伸覆盖于该绝缘框体上。
19.如权利要求1所述的锂金属极板，其特征在于，该绝缘框体内部还具有一第一黏着层以黏着。
20.如权利要求19所述的锂金属极板，其特征在于，该第一黏着层的材质选自于热固型高分子材料、热塑型高分子材料及上述材料的组合。
21.如权利要求20所述的锂金属极板，其特征在于，该热固型高分子材料选自于硅胶、环氧树脂、亚克力树脂及上述材料的组合，且该热塑型高分子材料选自于聚乙烯、聚丙烯、热塑性聚酰亚胺、热塑型聚氨酯或上述材料的组合。
22.如权利要求19所述的锂金属极板，其特征在于，该第一黏着层的厚度介于1～30微米之间。
23.如权利要求1所述的锂金属极板，其特征在于，该绝缘框体与该多孔电性绝缘层及/或该集电层之间还借由一第二黏着层以黏着。
24.如权利要求23所述的锂金属极板，其特征在于，该第二黏着层的材质选自于热固型高分子材料、热塑型高分子材料及上述材料的组合。
25.如权利要求24所述的锂金属极板，其特征在于，该热固型高分子材料选自于硅胶、环氧树脂、亚克力树脂及上述材料的组合，且该热塑型高分子材料选自于聚乙烯、聚丙烯、热塑性聚酰亚胺、热塑型聚氨酯或上述材料的组合。
26.如权利要求23所述的锂金属极板，其特征在于，该第二黏着层的厚度介于1～30微米之间。
27.如权利要求1所述的锂金属极板，其特征在于，该离子扩散层的材质选自于高分子材料、陶瓷材料、玻璃材料、纤维材料或上述材料的组合。
28.如权利要求1所述的锂金属极板，其特征在于，该离子扩散层还经过表面处理使其带电，且该离子扩散层的表面还带有正电荷或负电荷。
29.如权利要求1所述的锂金属极板，其特征在于，该锂金属层的该平均厚度介于0.3～5um之间。
30.一种锂金属电池，其特征在于，其包括：
一锂金属极板，其包括：
一第一集电层，其具有至少一井结构，该井结构具有一内侧表面及一底表面；
至少一锂金属层，该锂金属层设置于该第一集电层的该井结构的该底表面，该锂金属层具有一平均厚度，以遮蔽该井结构局部的该内侧表面；
至少一绝缘框体，该绝缘框体形成于该井结构的开口边缘，并在水平方向延伸而覆盖部分的该第一集电层的上表面，在垂直方向上延伸至局部的该内侧表面以紧邻该锂金属层的顶表面，以使该井结构的该内侧表面完全被遮蔽以电性绝缘；
一多孔电性绝缘层，覆盖该井结构的开口且具有多个穿孔，该穿孔的孔径小于该井结构的孔径；以及
至少一离子扩散层，其为多孔性的且设置于该井结构内，且完全位于该多孔电性绝缘层的下方而未突出于这些穿孔；
一正极极板，其包括一第二集电层及一正极活性材料层，该正极极板与该锂金属极板对应设置；
一电性绝缘层，其夹设于该正极极板与该锂金属极板之间，该电性绝缘层具有至少一种电解质；以及
一封装胶框，其环设于该锂金属极板的该第一集电层与该正极极板的该第二集电层的内侧表面周缘，以构成密封。
31.如权利要求30所述的锂金属电池，其特征在于，该电性绝缘层为离子导通的，且该电性绝缘层为高分子隔离层、具有涂层的高分子隔离层、陶瓷隔离层或固态电解质。
32.如权利要求30所述的锂金属电池，其特征在于，大部分的该封装胶框在正投影方向上不超过于该锂金属极板及/或该正极极板的边缘。
33.一种锂金属电池，其特征在于，其包括：
一锂金属极板，其包括：
一第一集电层，其具有至少一井结构，该井结构具有一内侧表面及一底表面；
至少一锂金属层，该锂金属层设置于该第一集电层的该井结构的该底表面，该锂金属层具有一平均厚度，以遮蔽该井结构局部的该内侧表面；
至少一绝缘框体，该绝缘框体形成于该井结构的开口边缘，并在水平方向延伸而覆盖部分的该第一集电层的上表面，在垂直方向上延伸至局部的该构的孔径；以及
至少一离子扩散层，其为多孔性的且设置于该井结构内，且完全位于该多孔电性绝缘层的下方而未突出于这些穿孔；
一正极极板，其包括一第二集电层及一正极活性材料层，该正极极板与该锂金属极板对应设置；
一电性绝缘层，其夹设于该正极极板与该锂金属极板之间，该电性绝缘层具有至少一种电解质；以及
至少一封装胶框，其对应于该绝缘框体以设置，该封装胶框及该绝缘框体彼此黏合以构成密封。
34.如权利要求33所述的锂金属电池，其特征在于，该电性绝缘层为离子导通的，且该电性绝缘层为高分子隔离层、具有涂层的高分子隔离层、陶瓷隔离层或固态电解质。
35.如权利要求33所述的锂金属电池，其特征在于，该封装胶框与该绝缘框体之间还有一辅助黏着层。
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