CN1392624A - 具有改良负极结构的锂蓄电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种锂蓄电池包括：正极；和负极，该负极还包含一种迭片结构，这种迭片结构包括：能够支撑锂离子的锂离子支撑层；以及和锂离子支撑层直接接触的无定形锂基层。
Description
技术领域
本发明涉及一种锂蓄电池和制备这种锂蓄电池的方法，更具体而言涉及一种锂蓄电池，该蓄电池的负极包括金属锂作为活性材料，以及制备这种蓄电池的方法。
背景技术
对于本领域技术人员而言，已知负极包括金属锂作为活性材料的非水电解质锂蓄电池不仅具有能量密度高和电动势大的优点，也有在负极锂金属表面形成树枝状晶体的不利因素。在最坏的情况下，生长的树枝状晶体可能突出隔离物而接触阳极，导致由于正负极之间生长的树枝状晶体而形成的短路。这种短路的形成不仅产生电池功能障碍，还引起反常的化学反应和正常热量的产生，这导致电池的安全问题以及电池循环特性可能的退化作用。
为了抑制锂金属表面树枝状晶体的生长，使锂离子在负极表面均匀分布是有效的。为了得到这种所需的锂离子的均匀分布，在负极锂金属和电解质之间的界面上提供一个具有均匀锂离子浓度的层是一种有效的方法。
作为选择，过去建议将金属锂和其它金属，例如铝，铋，铅或铟混合形成合金，或在负极金属锂表面形成一层氧化物层来抑制树枝状晶体的生长。
然而，上述常规建议与负极包含金属锂时相比有低运行电压和低能量密度的缺点。
此外，作为选择，日本公开专利申请号7-296812公开了作为金属锂箔的代替物，在负极表面形成无定形锂层或无定形锂合金层，其中无定形层使得活性点，例如作为树枝状晶体生长奇点的晶粒难以形成。然而，经证实无定形层的形成不足以获得所需的电池性能和特性。
而且，日本公开专利申请号6-36800公开了在锂金属负极上蒸发的多孔绝缘膜。但是经证实多孔绝缘膜的形成使得难以控制多孔绝缘膜的均匀厚度，也难以控制锂离子的分布。
还有，日本公开专利申请号2001-076710公开了在金属上形成半导体膜，其中半导体膜和电解质接触。随着具有电子传导性的电解质例如四氰基醌二甲烷的分解，引发了不合需要的还原反应。这使得难以长期保持高功效。
再者，日本公开专利申请号59-31570公开了一种固态薄膜锂蓄电池，该蓄电池包括含锂的固态电解质薄膜。
还有，日本公开专利申请号5-266894公开了一种具有迭片结构的电池，该迭片结构为固态电解质层夹在负极和正极层之间，正、负极均包括锂金属或锂合金作为活性材料。
还有，日本公开专利申请号6-223820公开了一种含有锂离子传导的聚合物膜的锂蓄电池，该聚合物膜用等离子体增强的化学蒸发沉积法形成于锂电极表面。
还有，日本公开专利申请号6-290773公开了一种形成于负极表面的无定形金属锂层。
还有，Journal of Electrochem.Society 143卷，p3208，(1996)公开了一种通过真空蒸发在金属锂上形成的玻璃态电解质。类似地，USP5,314,765公开了通过真空蒸发在金属锂上形成玻璃态电解质。然而，这些常规技术的缺点在于金属锂表面不均匀的氧化物膜，使得在金属锂上难以获得玻璃态电解质膜所需的均匀性。
此外，日本公开专利申请号9-199180和10-144295公开了在碳电极板上锂的蒸发。但是这些常规技术的不利之处在于碳本身是不可逆的电容成分，且有和锂起反应的位点，在碳电极板上导致不合需要的锂金属的不稳定性。
综上所述，需要研制一种能够克服上述难题的新型锂蓄电池和制造这种电池的新方法。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种避免上述问题的新型蓄电池，该蓄电池有一个锂基金属负极。
本发明的另一个目的是提供一种有锂基金属负极的新型蓄电池，该负极表面具有高度稳定性，能够抑制树枝状晶体在其上的基本生长。
本发明的再一个目的是提供一种具有锂基金属负极的新型蓄电池，该负极使电池具有高能量密度。
本发明的另一个目的是提供一种具有锂基金属负极的新型蓄电池，该负极使电池具有高电动势。
本发明的另一个目的是提供一种具有锂基金属负极的新型蓄电池，该负极使电池显示所需的循环特征。
本发明的另一个目的是提供一种具有锂基金属负极的新型蓄电池，该负极使电池具有高安全性。
本发明的另一个目的是为能够避免上述问题的蓄电池提供一种新型的锂基金属负极结构。
本发明的另一个目的是为蓄电池提供一种新型的锂基金属负极结构，其中该电极结构提供高表面稳定性，其抑制树枝状晶体在其表面的基本生长。
本发明的另一个目的是为蓄电池提供一种新型的锂基金属负极结构，其中该电极结构使电池具有高能量密度。
本发明的另一个目的是为蓄电池提供一种新型的锂基金属负极结构，其中该电极结构使电池具有高电动势。
本发明的另一个目的是为蓄电池提供一种新型的锂基金属负极结构，其中该电极结构使电池显示所需的循环特征。
此外，本发明的另一个目的是为蓄电池提供一种新型的锂基金属负极结构，其中该电极结构使电池具有高安全性。
本发明附加的目的之一是提供一种制造用于避免上述问题的蓄电池的锂基金属负极结构的新方法。
本发明再一个附加的目的是提供一种制造克服上述问题的、具有锂基金属负极的蓄电池的新方法。
本发明提供一种锂蓄电池，该蓄电池包括：正极；负极，该负极还包括一种迭片结构，其中包括：能够支撑锂离子的锂离子支撑层；以及和锂离子支撑层直接接触的无定形锂基层。
从下面的描述中将会很清楚本发明的上述和其它目的、特征和优点。
附图说明
本发明优选的实施方案将参照相应的附图进行详细描述。
图1是本发明第一优选实施方案中锂蓄电池负极结构的说明性实施方案的部分示意性横截面正视图。
图2是本发明第一优选实施方案中锂蓄电池的说明性实施方案的部分示意性横截面正视图。
具体实施方式
本发明的第一方面是锂蓄电池，包括：正极；负极，该负极还包括一种迭片结构，其中包括：能够支撑锂离子的锂离子支撑层；以及和锂离子支撑层直接接触的无定形态锂基层。
优选无定形锂基层包含锂金属和锂合金其中之一。
还优选锂离子支撑层包括至少一种玻璃状固态电解质。
还优选锂离子支撑层包括至少一种聚合物电解质。
还优选锂离子支撑层包括至少一种碳材料。
还优选锂离子支撑层包括卤化锂。
还优选锂离子支撑层包括至少一种多孔膜。
还优选锂离子支撑层包括选自下列材料的复合材料：至少一种玻璃状固态电解质、至少一种聚合物电解质、至少一种碳材料、卤化锂和至少一种多孔膜。
还优选锂离子支撑层的厚度为0.1μm～20μm。
还优选无定形锂基层的厚度为1μm～30μm。
还优选负极和正极是相互层叠的，以便锂离子支撑层能够插入无定形锂基层和阳极层之间。
还优选负极、附加的隔离膜和正极是层叠的，以便附加的隔离膜能够插入锂离子支撑层和阳极层之间。
本发明的第二个方面是用于锂蓄电池的负极结构。该结构包括：一种迭片结构，其中包括：能够支持锂离子的锂离子支撑层；以及和锂离子支撑层直接接触的无定形锂基层。
还优选无定形锂基层包含锂金属和锂合金其中之一。
还优选锂离子支撑层包括选自下列材料的至少一种：至少一种类似玻璃的固态电解质、至少一种聚合物电解质、至少一种碳材料、卤化锂和至少一种多孔膜。
还优选锂离子支撑层的厚度为0.1μm～20μm。
还优选无定形锂基层的厚度为1μm～30μm。
本发明的第三方面是一种形成锂蓄电池负极结构的方法。该方法包括：制造一种和锂离子支撑层直接接触的无定形锂基层。
本发明的第四方面是一种形成锂蓄电池电极结构的方法。该方法包括：通过形成和锂离子支撑层直接接触的无定形锂基层来形成一种负极结构；且将负极结构和正极结构层叠，以便将锂离子支撑层插入无定形锂基层和锂离子支撑层之间。
本发明的第五方面是一种形成锂蓄电池电极结构的方法，该方法包括：通过形成和锂离子支撑层直接接触的无定形锂基层来形成一种负极结构；并将负极结构和附加的隔离膜及正极结构层叠，以便将隔离膜插入锂离子支撑层和锂离子支撑层之间。
下面将详细描述本发明的一个优选实施方案。提供一种锂蓄电池，其负极结构包括至少一种锂离子支撑层和一种在锂离子支撑层之上的无定形锂基金属层。用于无定形锂基金属层的锂基金属当然可以是金属锂或任何锂合金。本发明者证实本发明的上述负极结构即使在循环充/放电过程之后仍然保持了所需的高度稳定性，即提供所需的诸如充/放电特性之类的循环特性，本发明的上述负极结构还很好地抑制了负极表面上树枝状晶体的生长。
本发明者还证实对于锂离子支撑层，可以任选并优选使用至少一种玻璃状固体电解质、聚合物固态电解质、碳材料、卤化锂材料和多孔膜，或至少其中两种的混合物，或其复合物或组合物。
在锂离子支撑层上形成无定形锂金属层或无定形锂合金层，以形成锂蓄电池的负极结构。
以下将参照附图描述本发明的锂蓄电池的实例。图1是本发明第一优选实施方案中锂蓄电池负极结构的说明性优选实施方案的部分示意性横截面正视图。图2是本发明第一优选实施方案中锂蓄电池的说明性实施方案的部分示意性横截面正视图。
如图1所示，负极结构的说明性优选实施方案包括锂离子支撑层2，无定形锂基的金属层3和集电层4。无定形锂基的金属层3和锂离子支撑层2直接接触，集电层4也和无定形锂基金属层3直接接触。无定形锂基金属层3可以包括无定形锂金属或无定形锂合金。无定形锂基金属层3位于锂离子支撑层2上的迭片结构是本发明的实质。无定形锂基金属层3上的集电层4的附加迭片结构是本发明所任选的。集电层4提供电子传导性。
对于锂离子支撑层2，可以任选并优选地单独使用至少一种玻璃状固体电解质、聚合物固态电解质、碳材料、卤化锂材料和多孔膜，或至少其中两种的混合物，或其复合物或组合物或其迭片结构。
就用于锂离子支撑层2的玻璃状固体电解质而言，可以任选并优选地选择各种氧化物和各种硫化物，其中每种可包括下列物质中的至少一种：锂、钙、钠、镁、铍、钾、硅、磷、硼、氮、铝和各种过渡金属。典型的实例为SiO2，Li3PO4，B2O3，P2S5，P2O5，LiSO4，LixPOyNz和Li2O，及其混合物或复合物。特别优选的实例是Li2O，SiO2，P2O5和LixPOyNz。
就锂离子支撑层2的聚合物固态电解质而言，可以任选并优选地选择聚环氧乙烷(PEO)，聚环氧丙烷(PPO)，聚偏氟乙烯(PVDF)，聚丙烯腈(PAN)，及其衍生物。
就锂离子支撑层2的碳材料而言，可以任选并优选地选择金刚石形碳、石墨、无定形碳和碳纳米管。特别优选金刚石形碳和石墨。
就用于锂离子支撑层2的卤化锂而言，可以任选并优选地选择氟化锂，氯化锂，溴化锂和碘化锂。特别优选氟化锂。
就锂离子支撑层2的多孔膜而言，可以任选并优选地选择单层或多层非织造织物或聚烯烃多孔膜，例如聚乙烯或聚丙烯。特别优选聚乙烯多孔膜。
优选的锂离子支撑层2的厚度可以为0.1μm～20μm。如果锂离子支撑层2的厚度小于0.1μm，则锂离子支撑层2不足以支撑锂离子。如果锂离子支撑层2的厚度大于20μm，则会导致负极的大阻抗。
如上所述，无定形锂金属或无定形锂合金的无定形锂基金属层3形成于锂离子支撑层2上。无定形锂基金属层3的优选厚度可以为1μm～30μm。如果无定形锂基金属层3的厚度小于1μm，则作为负极活性材料的锂金属的量不足。如果无定形锂基金属层3的厚度大于30μm，则难以获得所需的无定形锂基金属层3的锂离子分布的均匀性。换言之，如果无定形锂基金属层3的厚度介于上述所需的1μm～30μm厚度范围，则意味着有足够量的作为负极活性材料的锂金属，且无定形锂基金属层3可以具有所需的锂离子分布的均匀性。
无定形锂基金属层3可以任选并优选地用任何可用的方法形成，代表性的方法包括融化溶液冷却法，液体快速冷却法，雾化法，真空蒸发法，溅射法，等离子体增强的化学蒸发沉淀法，光化学蒸发沉淀法，和热化学蒸发沉淀法。
用于无定形锂基金属层3的锂合金可以是二元、三元或四元合金或多系统合金。可以和锂形成合金的金属的典型实例为Al，Si，Ag，Te，Pb，Sn，In，Cd，Bi，Ba，Ca，Pt，Mg，Zn，La和Eu。
包括在锂离子支撑层2上的无定形锂金属层或无定形锂合金层3的负极1确保了改善活性材料表面锂离子分布的均匀性。
具体地，玻璃状固态电解质，聚合物固态电解质，碳材料，卤化锂和多孔膜中的每种都具有优良的锂离子支撑性和高度的物理和化学稳定性。这有利于抑制不希望出现的在充/放电过程中锂金属表面树枝状晶体的生长，并还能改善电池的循环效率和使用寿命。
此外，如上所述，活性锂金属表面被惰性的锂离子支撑层所覆盖。这种惰性的锂离子支撑层有利于并有效地抑制不希望出现的金属锂或锂合金和湿气的反应，该湿气可能在组装电池过程中进入或由电解质、正极和隔离物带入。
在用上述方法制成上述负极1之后，就可以用已知的技术将改良的负极1，电解质层和正极6组装成锂蓄电池10。电解质层可以是固态或者液态。
具体而言，可以用可用的已知方法之一，例如真空蒸发法，溅射法和化学蒸发沉淀法，在锂离子支撑层2上形成无定形锂金属层3或无定形锂合金层3来制成负极1。也分别制成正极6。
负极1和正极6可以任选并优选组合以使锂离子支撑层2直接和正极6接触，且锂离子支撑层2起到将无定形锂金属层3或无定形锂合金层3与正极6分开的隔离物作用。
作为选择，还可以任选并优选地将附加的隔离物7插入负极1和正极6之间，以使锂离子支撑层2直接和插入的隔离物7接触，并通过插入的隔离物7与正极6分开，由此无定形锂金属层3或无定形锂合金层3和正极6之间被锂离子支撑层2和插入的隔离物7两者分开。
任选并优选地，上述负极可以还包括集电层4，如图1所示，该集电层4与无定形锂金属层3或无定形锂合金层3接触。
正极6的制备方式可以是将复合氧化物、电导性材料、粘合剂和溶剂的混合物应用到基片或基层上。复合氧化物一般可以用LixMO2表示，其中“M”代表至少一种过渡金属。例如，优选的复合氧化物实例可以是LixCoO2，LixNiO2，LixMn2O4，LixMnO3和LixNiyC1-yO2。优选的导电性材料实例可以一般为碳黑。优选的粘合剂的实例可以是PVDF。优选的溶剂实例为N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)。优选的基片或基层实例可以是铝箔。
如果附加的隔离物7被插入负极1和正极6之间，则隔离物7可任选并优选包括选自各种聚烯烃例如聚乙烯和聚丙烯多孔膜和氟树脂中的一种。在负极1中，锂离子支撑层2可以是疏水性的。
在干燥空气或惰性气体环境中，可以形成锂离子支撑层2，隔离物7和无定形锂金属层3或无定形锂合金层3的迭片结构并包含在电池盒8中。作为选择，迭片结构还可以卷曲成圆柱形电池元件，然后包含于电池盒8中。可以任选并优选地用软质膜9密封电池盒8，该膜9可以包括合成树脂和金属箔的迭片结构，从而制造出电池10。
用于电池的电解质可以是电解质溶液，也可以是聚合物电解质。电解质溶液可以通过将锂盐溶解于有机溶剂来制备。优选的电解质溶液实例为碳酸异丙烯酯(PC)，碳酸亚乙酯(EC)，碳酸二甲酯(DMC)，和碳酸二乙酯(DEC)。优选的锂盐实例为LiPF6，LiBF4，亚氨锂盐和甲基锂盐。
制造本发明锂蓄电池的可用的方法的优选实例如下。制备锂离子支撑层，该层包括至少一种选自玻璃状固态电解质，聚合物固态电解质，碳材料，卤化锂和多孔膜的材料。在锂离子支撑层表面形成无定形锂金属薄膜或无定形锂合金薄膜，以形成负极。正极也用已知的可用方法独立于负极来制备。将正极和负极层叠并和电解质一起包含于电池盒中以形成锂蓄电池。
制造本发明锂蓄电池的可用方法的另一个优选实例如下。制备锂离子支撑层，该层包括至少一种选自玻璃状固态电解质，聚合物固态电解质，碳材料，卤化锂和多孔膜的材料。在锂离子支撑层表面形成无定形锂金属薄膜或无定形锂合金薄膜，以形成负极。正极和隔离物也独立于负极的制备用已知的可用方法制备。负极，隔离物和正极是层叠的并和电解质一起包含于电池盒中形成锂蓄电池。
下面将更详细地描述制造本发明锂蓄电池方法的优选实例。实施例1：(负极1的形成)
制备锂离子支撑层2，该层包括50mm×50mm、厚10μm的正方形聚乙烯多孔膜。锂离子支撑层2作为基质放置于真空蒸发体系的室中。真空蒸发体系的室内压力减小到真空度为1E-5Pa。为了在锂离子支撑层2上形成厚2μm的无定形锂金属层3，从而形成第一种迭片结构，用电子束照射蒸发锂。
采用与上述相同的方式，用电阻加热法在集电器4(包括铜箔)上形成锂-蒸发层3’，从而形成第二种迭片结构。
将第一和第二种迭片结构在室温下组合或相互粘合，其中无定形锂金属层3和锂-蒸发层3’相互间直接接触，以便将无定形锂金属层3和锂-蒸发层3’插入到集电器4和锂离子支撑层2之间，从而形成具有如图1所示的上述迭片结构的负极1。
将负极切成45mm×40mm的大小。将镍盆11焊接到负极1上。(正极6的制备)
将LixMn2O4与碳黑和PVDF混合，进一步分散并混合进作为溶剂的NMP中以制备正极材料。将这种正极材料涂到铝箔13的一个表面上，干燥后在铝箔13上形成厚130μm的涂敷层，从而形成正极6。将铅14粘合在正极6上。(锂蓄电池的制备)
将上述负极1，正极6和隔离物7层叠起来，以便将隔离物7放入负极1和正极6之间，从而形成层叠的电池元件。作为选择，将上述负极1和正极6层叠，其中负极1的锂离子支撑层2直接与正极6接触，从而形成层叠的电池元件。在铝箔的第一个表面上层压聚丙烯膜，同时在铝箔的第二表面上层压尼龙膜，从而形成层压膜15。层叠的电池元件用层压膜15包上。
制备一种包括EC和DEC混合物的溶剂。用该溶剂溶解1mol/L的LiN(C2F5SO2)2，从而制备电解液16。将电解液16注入层压膜15，使层叠的电池元件和层压膜15之间注满电解液16，从而形成锂蓄电池10。(充/放电测试)
在20℃下对锂蓄电池10进行充/放电测试，充电速率为0.1C，放电速率为0.2C，充电电压为4.3V，放电电压为3.0V，放电深度为30％。
从充/放电特性中计算平均循环效率E(％)，其计算公式如下：
E＝(Q-Qex/(n-1))/Q
其中“Q”表示充电容量(Ah/g)，“Qex”表示过剩的锂金属量(Ah/g)，“n”表示消耗这些过剩的锂金属量所需循环次数，其中假设充电容量减少到第一循环充电容量的80％。
循环测试(充/放电测试)的结果见表1。实施例1中锂蓄电池的平均循环效率E(％)为95.0％。对比例1：
用与上述实施例1相同的方式制备锂蓄电池，但不提供锂离子支撑层，且负极包括经轧制锂金属而制备的锂金属膜。循环效率比较：
经证实实施例1的蓄电池的平均循环效率E(％)为95.0％，而对比例1的蓄电池的平均循环效率E(％)为67.7％。实施例1的95.0％的平均循环效率E(％)比对比例1的67.7％的平均循环效率E(％)高很多。这证明和无定形锂金属或合金层直接接触的锂离子支撑层有助于改善平均循环效率。
即，也证实了锂离子支撑层2能够确保所需的锂金属或合金表面离子浓度的均匀性，且还防止局部锂放电或树枝状结晶的生长。
此外，如上所述，和锂离子支撑层2直接接触的锂金属或合金层3是无定形状态的。锂金属或合金层3的这种无定形状态很可能显示出没有均匀性上的退化，例如无晶粒，也无晶体缺陷。锂金属或合金层3的这种无定形状态提高了所需的锂离子支撑层2的作用。
锂金属或合金本身是不能支持锂离子的。而且，轧制的锂金属膜是多晶型的，且包括晶粒和晶体缺陷，这导致不希望出现的锂金属或合金表面上的锂离子的不均匀性。锂金属或合金表面上锂离子的这种不均匀性允许锂局部放电或树枝状晶体的生长，从而降低循环寿命或损害循环特性。
如上所述，根据本发明，和无定形锂金属或合金层3直接接触的聚乙烯多孔膜的锂离子支撑层2能够支持锂离子，并确保所需的锂离子在锂金属或合金层3表面上的高度均匀性。锂离子在锂金属或合金表面上的这种高度均匀性防止了任何锂局部放电或任何树枝状晶体的生长，从而提高循环寿命或改善循环特性。实施例2：
用与上述实施例1相同的方法制备锂蓄电池，但锂离子支撑层2包含取代了聚乙烯的氟化锂(LiF)。实施例2中锂蓄电池的平均循环效率E(％)为98.5％，高于实施例1。和无定形锂金属或合金层3直接接触的聚乙烯多孔膜锂离子支撑层2能够支撑锂离子，并确保所需的锂离子在锂金属或合金层3表面上的高度均匀性。锂离子在锂金属或合金表面上的这种高度均匀性防止了任何锂局部放电或任何树枝状晶体的生长，从而提高循环寿命或改善循环特性。对比例2：
用与上述实施例1相同的方法制备锂蓄电池，除了通过轧制锂金属制备非无定形态的锂金属膜除外。对比例2中锂蓄电池的平均循环效率E(％)为92.8％。循环效率比较：
经证实实施例1的蓄电池的平均循环效率E(％)为95.0％，而对比例2蓄电池的平均循环效率E(％)为92.8％。实施例1中95.0％的平均循环效率E(％)略高于对比例2中92.8％的平均循环效率E(％)。这证明和锂离子支撑层2直接接触的无定形锂金属或合金层3有助于改善平均循环效率或增强锂离子支撑层2提供的上述作用。实施例3：
用与上述实施例1相同的方法制备锂蓄电池，但锂离子支撑层2包含取代了聚乙烯的聚偏氟乙烯(PVDF)。实施例3中锂蓄电池的平均循环效率E(％)为98.7％，高于实施例1。和无定形锂金属或合金层3直接接触的聚偏氟乙烯(PVDF)锂离子支撑层2能够支撑锂离子，并确保所需的锂离子在锂金属或合金层3表面上的高度均匀性。锂离子在锂金属或合金表面上的这种高度均匀性防止了任何锂局部放电或任何树枝状晶体的生长，从而提高循环寿命或改善循环特性。对比例3：
用与上述实施例2相同的方法制备锂蓄电池，除了通过轧制锂金属制备非无定形态的锂金属膜外。对比例3中锂蓄电池的平均循环效率E(％)为96.6％。循环效率比较：
经证实实施例2的蓄电池的平均循环效率E(％)为98.5％，而对比例3蓄电池的平均循环效率E(％)为96.6％。实施例2中98.5％的平均循环效率E(％)略高于对比例3中96.6％的平均循环效率E(％)。这证明和锂离子支撑层2直接接触的无定形锂金属或合金层3有助于改善平均循环效率或增强锂离子支撑层2提供的上述作用。实施例4：
用与上述实施例1相同的方法制备锂蓄电池，但锂离子支撑层2包含取代了聚乙烯的金刚石型碳(DLC)。实施例4中锂蓄电池的平均循环效率E(％)为98.8％，高于实施例1。和无定形锂金属或合金层3直接接触的金刚石型碳(DLC)锂离子支撑层2能够支撑锂离子，并确保所需的锂离子在锂金属或合金层3表面上的高度均匀性。锂离子在锂金属或合金表面上的这种高度均匀性防止了任何锂局部放电或任何树枝状晶体的生长，从而提高循环寿命或改善循环特性。对比例4：
用与上述实施例3相同的方法制备锂蓄电池，除了通过轧制锂金属制备非无定形态的锂金属膜外。对比例4中锂蓄电池的平均循环效率E(％)为96.8％。循环效率比较：
经证实实施例3的蓄电池的平均循环效率E(％)为98.7％，而对比例4的蓄电池的平均循环效率E(％)为96.8％。实施例3中98.7％的平均循环效率E(％)略高于对比例4中96.8％的平均循环效率E(％)。这证明和锂离子支撑层2直接接触的无定形锂金属或合金层3有助于改善平均循环效率或增强锂离子支撑层2提供的上述作用。实施例5：
用与上述实施例1相同的方法制备锂蓄电池，但锂离子支撑层2包含取代了聚乙烯的SiO2-Li2O-P2S5。实施例5中锂蓄电池的平均循环效率E(％)为98.6％，高于实施例1。和无定形锂金属或合金层3直接接触的SiO2-Li2O-P2S5锂离子支撑层2能够支撑锂离子，并确保所需的锂离子在锂金属或合金层3表面上的高度均匀性。锂离子在锂金属或合金表面上的这种高度均匀性防止了任何锂局部放电或任何树枝状晶体的生长，从而提高循环寿命或改善循环特性。对比例5：
用与上述实施例4相同的方法制备锂蓄电池，除了通过轧制锂金属制备非无定形态的锂金属膜外。对比例5中锂蓄电池的平均循环效率E(％)为96.9％。循环效率比较：
经证实实施例4的蓄电池的平均循环效率E(％)为98.8％，而对比例5蓄电池的平均循环效率E(％)为96.9％。实施例4中98.8％的平均循环效率E(％)略高于对比例5中96.9％的平均循环效率E(％)。这证明和锂离子支撑层2直接接触的无定形锂金属或合金层3有助于改善平均循环效率或增强锂离子支撑层2提供的上述作用。对比例6：
用与上述实施例5相同的方法制备锂蓄电池，除了通过轧制锂金属制备非无定形态的锂金属膜外。对比例6中锂蓄电池的平均循环效率E(％)为97.1％。循环效率比较：
经证实实施例5的蓄电池的平均循环效率E(％)为98.6％，而对比例6的蓄电池的平均循环效率E(％)为97.1％。实施例5中98.6％的平均循环效率E(％)略高于对比例6中97.1％的平均循环效率E(％)。这证明和锂离子支撑层2直接接触的无定形锂金属或合金层3有助于改善平均循环效率或增强锂离子支撑层2提供的上述作用。
表1
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5(SL) PE LiF PVDF DLC SiO2-Li2O-P2S5E(％) 95.0 98.5 98.7 98.8 98.6“SL”表示锂离子支撑层，“PE”表示聚乙烯多孔膜，“E”表示平均循环效率(％)。
表2
对比例1 对比例2 对比例3 对比例4 对比例5 对比例6
(SL) PE LiF PVDF DLC SiO2-Li2O-P2S5
E(％) 67.7 92.8 96.6 96.8 96.9 97.1
“SL”表示锂离子支撑层，“PE”表示聚乙烯多孔膜，“E”表示平均循环效率(％)。
尽管上面已经结合几个优选的实施方案对本发明进行了描述，应当理解这些实施方案仅仅是提供用来说明本发明，而没有限定意义。对本领域的技术人员而言，在阅读了本申请之后，许多修改和等价材料和技术的替代是显而易见的，而应当清楚所有这样的修改和替代都落在后附的权利要求的真实范围和精神之内。
Claims (20)
1.一种锂蓄电池，该蓄电池包括：
正极；和
负极，该负极还包含一种迭片结构，这种迭片结构包括：
能够支持锂离子的锂离子支撑层；和
和所述锂离子支撑层直接接触的无定形锂基层。
2.权利要求1的锂蓄电池，其中所述的无定形锂基层包括选自锂金属和锂合金中的一种。
3.权利要求1的锂蓄电池，其中所述的锂离子支撑层包含至少一种玻璃状固态电解质。
4.权利要求1的锂蓄电池，其中所述的锂离子支撑层包含至少一种聚合物电解质。
5.权利要求1的锂蓄电池，其中所述的锂离子支撑层包含至少一种碳材料。
6.权利要求1的锂蓄电池，其中所述的锂离子支撑层包含卤化锂。
7.权利要求1的锂蓄电池，其中所述的锂离子支撑层包含至少一种多孔膜。
8.权利要求1的锂蓄电池，其中所述的锂离子支撑层包含选自下列材料的复合材料：至少一种玻璃状固态电解质，至少一种聚合物电解质，至少一种碳材料，卤化锂和至少一种多孔膜。
9.权利要求1的锂蓄电池，其中所述的锂离子支撑层的厚度为0.1微米～20微米。
10.权利要求1的锂蓄电池，其中所述的无定形锂基层的厚度为1微米～30微米。
11.权利要求1的锂蓄电池，其中所述的负极和正极是相互层叠的，以便将所述的锂离子支撑层插入无定形锂基层和正极之间。
12.权利要求1的锂蓄电池，其中负极，附加的隔离膜和正极是层叠的，以便将该附加的隔离膜插入锂离子支撑层和正极之间。
13.一种锂蓄电池的负极结构，该结构包括：一种迭片结构，其包括：
能够支撑锂离子的锂离子支撑层；以及
和该锂离子支撑层直接接触的无定形锂基层。
14.权利要求13的负极结构，其中无定形锂基层包括选自锂金属和锂合金中的一种。
15.权利要求13的负极结构，其中所述的锂离子支撑层包含选自下列材料的至少一种：至少一种玻璃状固态电解质，至少一种聚合物电解质，至少一种碳材料，卤化锂和至少一种多孔膜。
16.权利要求13的负极结构，其中所述锂离子支撑层的厚度为0.1微米～20微米。
17.权利要求13的负极结构，其中所述无定形锂基层的厚度为1微米～30微米。
18.一种形成锂蓄电池负极结构的方法，该方法包括：
形成和锂离子支撑层直接接触的无定形锂基层。
19.一种形成锂蓄电池负极结构的方法，该方法包括：
通过形成与锂离子支撑层直接接触的无定形锂基层来形成负极结构；以及
将负极结构和正极结构层叠，以便将锂离子支撑层插入无定形锂基层和正极支撑层之间。
20.一种形成锂蓄电池负极结构的方法，该方法包括：
通过形成与锂离子支撑层直接接触的无定形锂基层来形成负极结构；以及
将负极结构与附加的隔离膜和正极结构层叠起来，以便将该隔离膜插入锂离子支撑层和正极之间。
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