TWI631751B - 鋰金屬極板及其應用之鋰金屬電池 - Google Patents

Abstract

本發明揭露一種鋰金屬極板及其應用之鋰金屬電池，所述之鋰金屬極板包含集電層、鋰金屬層、絕緣框體、多孔電性絕緣層及離子擴散層；集電層具有井結構，其底表面設置有鋰金屬層，而絕緣框體形成於井結構的開口邊緣並向下延伸以完全遮蔽井結構的內側表面且緊鄰鋰金屬層的頂表面，俾使井結構的內側表面不會外露，因此鋰金屬析出時，會限制在井結構內且不會大量生長在井結構的內側表面，以避免鋰金屬在集電層上大量地生長，且同時可以限制鋰金屬生長的範圍與方向，避免鋰突觸不斷向上生長而發生穿刺的情形，以提高鋰金屬電池的安全性。

Description

鋰金屬極板及其應用之鋰金屬電池

本發明係有關一種鋰電池的極板，特別是指一種鋰金屬極板及其應用之鋰金屬電池。

現有以鋰為活性材料的電池系統係具有工作電壓高(3.6V)、能量密度大(120Wh/kg)、重量輕、壽命長及環保性佳等優點，在以鋰為活性材料的電池系統中，充電式金屬鋰電池是最早發展的鋰電池系統，雖然具有很高的能量密度，但由於金屬鋰的化性很強、易與電解質反應，造成金屬鋰電池有不穩定和安全性的問題。基於安全性的考量，近年來，多改以研發較為新型的充電式鋰高分子電池的，其係以高分子電解質取代原本有機溶劑以做為電池內的電解液，大大提高了鋰電池在使用上的安全性。

對於電池系統而言，除了過去對於安全性的高度要求外，為了提供電子產品能具有更長的操作時間，電池系統的使用壽命又再次成為電池系統研發的重要議題，故許多電池系統的研究方向，係由追求電池系統的安全性轉向電池系統的壽命。而由過去以鋰電池系統的發展進程來說，雖然金屬鋰電池系統在過去因為安全性的因素而被中斷，但不可否認的是，由於金屬鋰電池系統的活性材料係直接採用金屬鋰，故與其他離子鋰電池系統或鋰高分子電池系統相較，金屬鋰電池系統所提供的能量密度係大於該些鋰化合物的電池系統。

惟，金屬鋰係為一種非常活潑的金屬，若非在適當的儲存環境或是良好的操作環境下，金屬鋰本身係相當容易發生激烈的氧化還原反應。也因此，在實際的應用上，金屬鋰電池若能有效地克服其使用時的安全性疑慮並降低其在製程或儲存時的困難性，其實是非常符合現行可攜式的智慧型電子產品的需求。

有鑑於上述，本發明遂針對上述習知技術之缺失，提出一種鋰金屬極板及其應用之鋰金屬電池，以有效克服上述之該等問題。

本發明之目的在提供一種鋰金屬極板及其應用之鋰金屬電池，藉由具有井結構的集電層，俾使鋰金屬電池中的鋰金屬電池中的鋰金屬可在特定的區域中析出。

發明之目的在提供一種鋰金屬極板及其應用之鋰金屬電池，藉由一多孔電性絕緣層俾使鋰金屬電池中在充電下所形成的鋰金屬樹枝狀結晶，被限制在特定高度下生長，同時由於因為多孔電性絕緣層之機械應力存在關係，進而限制垂直生長高度，迫使鋰金屬樹枝狀結晶往水平方向成長，使得井結構內部的空間可被沈積的鋰金屬相當程度的利用，而不會發生鋰金屬樹枝狀結晶刺穿電性絕緣層，藉以避免內部短路的問題，同時也因機械應力的限制，也可避免因鋰金屬樹枝狀結晶往垂直方向持續增長，而將明顯增加了電池的厚度。

發明之目的在提供一種鋰金屬極板及其應用之鋰金屬電池，藉由在集電層的井結構內設置有離子擴散層，離子擴散層內有顆粒狀結構或纖維狀結構材料與孔洞分布，其中鋰金屬電池中的鋰金屬可以在離子擴散層的孔洞內進行沈積與溶解，同時沈積過程中鋰金屬更可以依附於離子擴散層的顆粒狀結構或纖維狀結構形成保護鋰金屬表面的(SEI)，由於鋰金屬沈積與溶解的尺寸變化(15~20um)相對於固態電解質界面的厚度(10~50nm)差別太大，若無支撐則每次沈積與溶解都會相當的破壞固態電解質界面，而破壞固態電解質界面則需要損耗可逆容量(鋰離子濃度)，因此本發明設計離子擴散層內的顆粒狀結構或纖維狀結構材料成為支撐固態電解質界面在鋰金屬沈積與溶解的結構材料，或是更甚者，部分顆粒狀或纖維結構材料直接參與此固態電解質界面的形成，進而支撐固態電解質界面，並使鋰金屬沈積(plating)與溶解(striping)過程減少持續生成固態電解質界面進而減少可逆容量的損失。

本發明之目的在提供一種鋰金屬極板及其應用之鋰金屬電池，藉由離子擴散層以在採用液態或膠態電解液的系統中，離子擴散層內的顆粒狀與纖維狀結構材料可以協助電解液依附其表面，並進而在鋰金屬 沈積與溶解過程中，因為鋰金屬的體積佔據與釋放，而使電解液順利移入與移出離子擴散層的孔洞空間，這同時有助於持續維持良好的鋰金屬與電解質介面完整性，進而減少沈積介面電阻增加程度與介面過電壓之形成並大幅改善沈積厚度不均問題。

達上述之目的，本發明係提供一種鋰金屬極板，其係包含一集電層、至少一鋰金屬層、至少一絕緣框體、一多孔電性絕緣層以及至少一離子擴散層，集電層係具有至少一井結構，井結構具有一內側表面及一底表面，鋰金屬層設置於井結構的底表面，絕緣框體形成於井結構的開口邊緣，並在水平方延伸而覆蓋部分的集電層上表面，在垂直方向上延伸至局部的內側表面以緊鄰鋰金屬層的頂表面，俾使井結構的內側表面完全被遮蔽以電性絕緣，多孔電性絕緣層則係覆蓋於絕緣框體上且具有複數個穿孔，離子擴散層為多孔性的且設置於井結構內，且完全位於多孔電性絕緣層的下方而未突出於穿孔，其中，穿孔的孔徑係小於井結構的孔徑。

發明尚提供一種鋰金屬電池，其係包含一鋰金屬極板、一正極極板、一電性絕緣層以及一封裝膠框，其中鋰金屬極板係包含一集電層、至少一鋰金屬層、至少一絕緣框體、一多孔電性絕緣層以及至少一離子擴散層，其中，集電層係具有至少一井結構，井結構具有一內側表面及一底表面，鋰金屬層設置於井結構的底表面，絕緣框體形成於井結構的開口邊緣，並在水平方延伸而覆蓋部分的集電層上表面，在垂直方向上延伸至局部的內側表面以緊鄰鋰金屬層的頂表面，俾使井結構的內側表面完全被遮蔽以電性絕緣，多孔電性絕緣層則係覆蓋於絕緣框體上且具有複數個穿孔，離子擴散層為多孔性的且設置於井結構內，且完全位於多孔電性絕緣層的下方而未突出於穿孔，其中，穿孔的孔徑係小於井結構的孔徑，且封裝膠框環設於第一集電層與第二集電層內側表面周緣。

發明尚提供一種鋰金屬電池，其係包含一鋰金屬極板、一正極極板、一電性絕緣層以及一封裝膠框，其中鋰金屬極板係包含一集電層、至少一鋰金屬層、至少一絕緣框體、一多孔電性絕緣層以及至少一離子擴散層，其中，集電層係具有至少一井結構，井結構具有一內側表面及一底表面，鋰金屬層設置於井結構的底表面，絕緣框體形成於井結構的開口邊緣，並在水平方延伸而覆蓋部分的集電層上表面，在垂直方向上延伸至局 部的內側表面以緊鄰鋰金屬層的頂表面，俾使井結構的內側表面完全被遮蔽以電性絕緣，多孔電性絕緣層則係覆蓋於絕緣框體上且具有複數個穿孔，離子擴散層為多孔性的且設置於井結構內，且完全位於多孔電性絕緣層的下方而未突出於穿孔，其中，穿孔的孔徑係小於井結構的孔徑，且鋰金屬電池的封裝膠框係與絕緣框體對應設置並彼此黏合。

藉由本發明所揭露的鋰金屬極板及其應用之鋰金屬電池，係可利用集電層的井結構、絕緣框體、多孔電性絕緣層與離子擴散層，俾使鋰金屬可在特定區域析出，且不會發生刺穿鋰金屬電池中的電性絕緣層，故不會發生內部短路的問題。

底下藉由具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。

10‧‧‧鋰金屬極板

102‧‧‧集電層、第一集電層

104‧‧‧絕緣框體

106‧‧‧鋰金屬層

108‧‧‧離子擴散層

110‧‧‧多孔電性絕緣層

H‧‧‧穿孔

W‧‧‧井結構

AD1‧‧‧第一黏著層

AD2‧‧‧第二黏著層

20‧‧‧電性絕緣層

30‧‧‧正極極板

302‧‧‧第二集電層

304‧‧‧正極活性材料層

40‧‧‧封裝膠框

50a、50b‧‧‧鋰金屬電池

第1圖係為本發明之一種鋰金屬極板的截面結構示意圖。

第2圖係為本發明之另一種鋰金屬極板的截面結構示意圖。

第3圖係為本發明之再一種鋰金屬極板的截面結構示意圖。

第4圖係為本發明之一種鋰金屬電池的截面結構示意圖。

第5圖係為本發明之另一種鋰金屬電池的截面結構示意圖。

如第1圖所示，其係分別表示本發明所揭露之鋰金屬極板的截面結構示意圖。本發明所揭露之金屬鋰極板10係包含一集電層102、至少一鋰金屬層106、至少一絕緣框體104、一多孔電性絕緣層110以及至少一離子擴散層108，其中，集電層102係具有至少一井結構W，井結構W具有一內側表面及一底表面，鋰金屬層106設置於井結構W的底表面，絕緣框體104形成於井結構W的開口邊緣，並在水平方延伸而覆蓋部分的集電層102上表面，在垂直方向上延伸至局部的內側表面以緊鄰鋰金屬層106的頂表面，俾使井結構W的內側表面完全被遮蔽以電性絕緣，多孔電性絕緣層110則係覆蓋於絕緣框體104上且具有複數個穿孔H，離子擴散層108為多孔性的且設置於井結構W內，且完全位於多孔電性絕緣層110的下方而未突出於穿孔H，值得一提的是，穿孔H的孔徑係小於井結構W的孔徑。

由於鋰金屬層106設置於集電層102的底表面，且具有一定的厚度，因此，部分的井結構W的內側表面係由鋰金屬層106的側表面所遮蔽，而井結構W的內側表面的其餘部分則係由絕緣框體104延著內側表面垂直向下延伸，直至緊鄰鋰金屬層106的頂表面，而將整個井結構W的內側表面完全遮蔽，以確保沒有可導電的集電層102裸露在外，如此，則可有效避免鋰金屬大量的析出在與其電位相近的集電層102表面上，此外，由於在井結構W內設置有離子擴散層108，其係可與鋰金屬層106直接地或間接地接觸，抑或是未與鋰金屬層106接觸，離子擴散層108可完全填滿井結構W或部分地填入井結構W內，但完全不超出多孔電性絕緣層110的穿孔H，也完全不會填入至多孔電性絕緣層110的穿孔H內。

請同時參閱第1圖與第2圖所示，多孔電性絕緣層110的穿孔孔徑為一致的，如第1圖所示之態樣，或者是，多孔電性絕緣層110的穿孔孔徑為不同的，此一態樣則如第2圖所示。另外，當集電層102具有多於一個井結構W時，井結構W的開口尺寸也可以為單一尺寸或多種尺寸，因此，在實際的應用上，具有單一穿孔孔徑尺寸的多孔電性絕緣層110，係可搭配具有單一井結構W開口尺寸的集電層102，也可搭配具有不同井結構W開口尺寸的集電層102，反之，對於具有不同穿孔孔徑尺寸的多孔電性絕緣層110也可依照不同的電池設計需求，而搭配不同結構的集電層102，但無論上述何種結構的組合，所述的穿孔孔徑係必須小於井結構W的開口尺寸。對多孔電性絕緣層110來說，當穿孔孔徑尺寸的分布範圍大於0且不大於1微米，對集電層102來說，無論井結構W的開口具有單一尺寸或具有多種尺寸，開口尺寸的分布範圍係不小於50微米，且可能的最大尺寸係決定於電池活性區域尺寸，另外，井結構W的深度係介於15~40微米。

另外，除了上述的孔徑尺寸外，多孔電性絕緣層110的開孔率係介於25%~80%之間，集電層102的開孔率係介於40%~99.5%之間，其中所述的高開孔率態樣的實現必須搭配相當具有細窄封裝邊緣的鋰金屬極板(未顯示此態樣)，且多孔電性絕緣層110的厚度係介於1~25微米之間，集電層102的厚度係介於16~50微米之間，而根據集電層102的厚度與井結構W的深度計算，整個集電層102扣除了井結構W的深度後所剩餘的集電層102底部厚度約介於1~10微米之間。

而就材料與結構而言，集電層102的材料可為金屬或任何導電的材質所構成者，一般常見的有銅、鎳、鋼，或其組合合金。基於電容量的要求與設計，鋰金屬層106的厚度可介於0.3~5微米之間。多孔電性絕緣層110則至少必須為其表面不具電子導電性的材質所構成的結構，就結構上而言，當多孔電性絕緣層110為單層結構體時，其構成的材料則係為絕緣材料，可例如為絕緣高分子材料、絕緣陶瓷材料、絕緣玻璃材料、絕緣纖維材料、或上述材料之任意組合，其中絕緣高分子材料可為聚醯亞胺、聚乙烯對苯二甲酸酯、聚胺酯、聚丙烯酸、環氧樹脂或矽膠，絕緣纖維材料可為FR4等級的玻璃纖維材料，常見的材料可為FR4環氧樹脂玻璃纖維材料，而當多孔電性絕緣層110為多層結構體時，其構成的材料除了上述的絕緣材料之外，亦可為包覆有上述材料的任何材質，或是覆蓋有上述材料的任何材質。另外，離子擴散層108的結構為多孔的結構，其係可為高分子材料、陶瓷材料、玻璃材料、纖維材料或上述材料之組合所構成，離子擴散層108的的多孔結構係可為粒子堆積所構成的孔洞、或纖維狀材料所構成的孔洞，其中粒子狀材料係可為陶瓷顆粒，高分子顆粒與玻璃顆粒，纖維狀結構材料可為高分子纖維材料或玻璃纖維材料，且更可將離子擴散層108的顆粒狀與纖維狀結構材料之表面改質為帶有正或負電荷的表面，舉例來說，帶有正電荷的離子擴散層108表面，係可有效減少表面電雙層產生，因此可減少鋰離子在遷移時所產生的極化現象，而帶有負電荷的離子擴散層108表面則可使鋰離子分布更為均勻。

再請參照第3圖所示，其係為本發明所揭露之鋰金屬極板的截面結構示意圖。與上述態樣不同的是，此態樣中的絕緣框體104本身為多層的結構，其結構可例如為在絕緣框體104內更包含有一第一黏著層AD1，第一黏著層AD1在材料上的選取係可選自於熱固型高分子材料、熱塑型高分子材料或兩者之組合的材料，其中，熱固型高分子材料可選自於矽膠、環氧樹脂、壓克力樹脂及上述材料之組合，熱塑型高分子材料則可選自於聚乙烯、聚丙烯、熱塑性聚醯亞胺、熱塑型聚氨酯...等材料，同時，若採用液態或膠態電解液系統，則此所述的第一黏著層AD1最好是不被電解液影響而減少黏著力的材料，例如矽膠、聚乙烯、聚丙烯、熱塑性聚醯亞胺...等，俾以可在長時間接觸液態或膠態電解液系統的情況下，仍可提供良好 的黏著能力。此外，在絕緣框體104與多孔電性絕緣層110之間，亦可藉由第二黏著層AD2以將絕緣框體104與多孔電性絕緣層110彼此黏合(亦可用以與集電層102黏合，於此未繪示)，所述的第二黏著層AD2的材質係可與第一黏著層AD1的材質相同，或是依據不同需求而選取不同的材料，相似於上述，在液態電解質系統或膠態電解質系統中，第二黏著層AD2在材料的選取上亦傾向於選取不與電解液(尤其是極性有機溶劑)反應的材質，例如但不限於矽膠、聚乙烯、聚丙烯、熱塑性聚醯亞胺...等，避免因為與電解液長時間的接觸而發生溶解、膨潤裂化等反應。而為了達到薄化的目的，第一黏著層AD1的厚度應盡量控制在1~30微米之間，第二黏著層AD2的厚度則應盡量控制在1~30微米之間。不過，上述的第一黏著層AD1與第二黏著層AD2係可選擇性的設置，換言之，在特定的電池設計下，可僅採用第一黏著層AD1或第二黏著層AD2，亦或是同時使用第一黏著層AD1與第二黏著層AD2。

接續，在第4圖中係顯示本發明所揭露之鋰金屬電池的截面結構示意圖。鋰金屬電池50a係包含鋰金屬極板10、正極極板30(包含正極活性材料層302、第二集電層304)、電性絕緣層20與封裝膠框40，鋰金屬極板與10正極極板30對應設置，電性絕緣層20則係夾設在正極極板30與鋰金屬極板10之間，封裝膠框40環設在鋰金屬極板10的第一集電層102與正極極板的第二集電層302內側表面的周緣，俾使完全密封鋰金屬電池50a，且大部分的封裝膠框40在正投影方向上，係不超過鋰金屬極板10及/或正極極板30的邊緣，也就是說，大部分的封裝膠框40係設置在鋰金屬極板10的第一集電層102及/或正極極板30的第二集電層302的邊緣內側，而非外露於第一集電層102及/或第二集電層302的邊緣。

上述的說明係指大部分的封裝膠框40的態樣，舉例來說，在特定的態樣下，由於第一集電層102與第二集電層302的尺寸並不相同，例如可為第一集電層102稍微大於第二集電層302的態樣，因此仍會有部分的封裝膠框40外露於第一集電層102及/或第二集電層302的邊緣。

另外，在第5圖中則揭露本發明的另一種鋰金屬電池的截面結構示意圖。鋰金屬電池50b係包含鋰金屬極板10、正極極板30(包含正極活性材料層302、第二集電層304)、電性絕緣層20與封裝膠框40，鋰金屬極板 10與正極極板30對應設置，電性絕緣層20則係夾設在正極極板30與鋰金屬極板10之間，不同的是，本實施態樣中的封裝膠框40係對應於絕緣框體104而設置，換言之，封裝膠框係黏著於絕緣框體104，俾使每個井結構W的開口都完全被封裝膠框40與絕緣框體104密封。封裝膠框40與絕緣框體104之間更有一輔助黏著層(圖未顯示)。

其中，上述的電性絕緣層20必須具有離子導通的能力，且係可為高分子隔離層、具有塗層的高分子隔離層、陶瓷隔離層或為固態電解質。當鋰金屬電池50a、50b為液態電解質系統、膠態電解質系統或混合式的電解質系統時，所述的電性絕緣層20可為高分子隔離層、具有塗層的高分子隔離層或陶瓷隔離層，當鋰金屬電池50a、50b為固態電解質系統時，則電性絕緣層20係直接為固態電解質層。

上述係為本發明所揭露的主要結構特徵，以下則係說明本發明的反應機制。首先，由於鋰金屬極板中的集電層上具有井結構，在井結構的底表面上，為使鋰離子在鋰金屬層中的傳導距離與速度能夠幾乎一致，設置在井結構底表面上的鋰金屬層盡可能為一具有均一厚度的結構，而鋰離子在充滿電解質的離子擴散層中進行氧化還原、沉積...等等反應，因此，帶電荷(無論正、負)的離子擴散層表面係可更有助於上述鋰離子的氧化還原反應或沉積反應，舉例來說，在離子擴散層的區域內有顆粒狀結構或纖維狀結構材料與孔洞分布，其中鋰金屬電池中的鋰金屬可以在離子擴散層的孔洞內進行沈積與溶解，同時沈積過程中鋰金屬更可以依附於離子擴散層的顆粒狀結構或纖維狀結構形成保護鋰金屬表面的固態電解質界面(SEI)，由於鋰金屬沈積與溶解的尺寸變化(15~20um)相對於固態電解質界面的厚度(10~50nm)差別太大，若無支撐則每次沈積與溶解都會相當的破壞固態電解質界面，而破壞固態電解質界面則需要損耗可逆容量(鋰離子濃度)，因此本發明設計離子擴散層內的顆粒狀結構或纖維狀結構材料成為支撐(SEI)在鋰金屬沈積與溶解的結構材料，或是更甚者，部分顆粒狀或纖維結構材料直接參與此(SEI)的形成，進而支撐(SEI)，並使鋰金屬沈積(plating)與溶解(striping)過程減少持續生成(SEI)進而減少可逆容量的損失，同時藉由電解液與離子擴散層的顆粒狀與纖維狀材料結構表面的依附性(表面張力)，可將液態或膠態電解質均勻且連續地引導到位於絕緣結構層 底部的鋰金屬層，俾使離子交換的效率能夠提升，且因為離子擴散層的表面更可經過表面處理以使其帶有電荷(正或負都可)，因此除了可有助於電解質的分布外，離子絕緣層中顆粒狀材料結構或纖維狀結構若其上多帶正電荷則可以協助減少集電層表面因電雙層而產生之鋰離子遷移極化，其若多帶負電荷則會使鋰離子分布更為均勻，同時也有利於鋰金屬不定向地生長。

另外，由於井結構與多孔電性絕緣層的孔徑設計，俾使鋰金屬可完全在集電層的井結構內成長，換言之，當鋰金屬析出時，一般而言係沿著垂直方向生長出類似於樹枝狀結晶的鋰金屬，但因為多孔電性絕緣層的穿孔孔徑小於鋰突觸的結晶尺寸，因而析出的鋰金屬無法持續往垂直方向生長，進而改向水平方向進行結晶，且同時因為離子擴散層提供良好的結晶條件，故使得鋰金屬更傾向在井結構中析出並沉積，故不易導致刺穿電性絕緣層的問題。

而在本發明所揭露的鋰金屬電池結構中，係可搭配兩種封裝膠框的電池設計，其中一種態樣係為在整個鋰金屬極板的周緣予以密封，如第4圖所示，而另一種態樣則係為將每個井結構都予以獨立地封裝，如第5圖所示，無論上述何種封裝態樣，對於鋰金屬電池本身的電性特性、安全特性都不會造成影響，其主要造成的影響係在於鋰金屬電池的可撓性，舉例來說，僅封裝在鋰金屬極板邊緣的鋰金屬電池，一般而言，係可具有較佳的可撓曲性，而將每個井結構周緣都予以密封的鋰金屬電池結構則在可撓性上較差於上述的態樣。

綜上所述可知，由於多孔電性絕緣層必須要能夠提供一定的限制鋰金屬生長方向的能力，故其機械障礙力必須達到一定的強度，也因此，更必須選取具有較高楊氏模數的材料。此外，鋰金屬電池的封裝膠框的設置密度若提高，則可有助於提高整體鋰金屬電池的結構強度，但卻降低了鋰金屬電池的可撓曲性，反之，若鋰金屬電池的封裝膠框的設置密度較低，則可使得鋰金屬電池整體的結構變得較為柔軟，也就會較易於彎折。

與習知技術相比，本發明揭露的鋰金屬極板及其應用之鋰金屬電池，係可藉由不導電的多孔結構層，俾以有效地限制鋰金屬析出的方向與區域，進而可避免鋰金屬電池容易發生鋰析出刺穿的情形，有效提高 鋰金屬電池的安全性。

唯以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍。故即凡依本發明申請範圍所述之特徵及精神所為之均等變化或修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

Claims (35)

1. 一種鋰金屬極板，其係包含：一集電層，其係具有至少一井結構，該井結構具有一內側表面及一底表面；至少一鋰金屬層，該鋰金屬層係設置於該集電層的該井結構的該底表面且遮蔽該井結構局部的該內側表面；至少一絕緣框體，該絕緣框體其係形成於該井結構的開口邊緣，並在水平方延伸而覆蓋部分的該集電層上表面，在垂直方向上延伸至局部的該內側表面以緊鄰該鋰金屬層的頂表面，俾使該井結構的該內側表面完全被遮蔽以電性絕緣；一多孔電性絕緣層，覆蓋該井結構的開口且具有複數個穿孔，該穿孔的孔徑係小於該井結構的孔徑；以及至少一離子擴散層，其係為多孔性的且設置於該井結構內，且完全位於該多孔電性絕緣層的下方而未突出於該些穿孔。
2. 如請求項1所述之鋰金屬極板，其中該集電層的厚度係介於16~50微米之間。
3. 如請求項1所述之鋰金屬極板，其中該井結構的深度係介於15~40微米之間。
4. 如請求項1所述之鋰金屬極板，其中該集電層不包含該井結構的厚度係介於1~10微米之間。
5. 如請求項1所述之鋰金屬極板，其中該集電層的材質係選自於銅、鎳、鋼及上述材料之組合。
6. 如請求項1所述之鋰金屬極板，其中該絕緣框體係為單層結構或多層結構。
7. 如請求項6所述之鋰金屬極板，其中該絕緣框體的材質係為絕緣材料、塗佈有絕緣材料的任何材質或包覆有絕緣材料的任何材質。
8. 如請求項7所述之鋰金屬極板，其中該絕緣材料的材質係選自於絕緣高分子材料、絕緣陶瓷材料、絕緣玻璃材料、絕緣纖維材料及上述材料之組合。
9. 如請求項8所述之鋰金屬極板，其中該絕緣高分子材料的材質係為聚醯亞胺、聚乙烯對苯二甲酸酯、聚胺酯、聚丙烯酸、環氧樹脂或矽膠，且該絕緣纖維材料係為FR4環氧樹脂玻璃纖維材料。
10. 如請求項1所述之鋰金屬極板，其中該多孔電性絕緣層係為單層結構或多層結構。
11. 如請求項10所述之鋰金屬極板，其中該多孔電性絕緣層的材質係為絕緣材料、塗佈有絕緣材料的任何材質或包覆有絕緣材料的任何材質。
12. 如請求項11所述之鋰金屬極板，其中該絕緣材料的材質係選自於絕緣高分子材料、絕緣陶瓷材料、絕緣玻璃材料、絕緣纖維材料及上述材料之組合。
13. 如請求項12所述之鋰金屬極板，其中該絕緣高分子材料的材質係為聚醯亞胺、聚乙烯對苯二甲酸酯、聚胺酯、聚丙烯酸、環氧樹脂或矽膠，且該絕緣纖維材料係為FR4環氧樹脂玻璃纖維材料。
14. 請求項1所述之鋰金屬極板，其中該多孔電性絕緣層的開孔率係介於25%~80%。
15. 如請求項1所述之鋰金屬極板，其中該多孔電性絕緣層的該些穿孔係具有相同的孔徑或不相同的孔徑。
16. 如請求項15所述之鋰金屬極板，其中該些穿孔的孔徑係大於0且不大於1微米。
17. 如請求項1所述之鋰金屬極板，其中該多孔電性絕緣層的厚度係介於1~25微米。
18. 如請求項1所述之鋰金屬極板，其中該多孔電性絕緣層更輻射方向的向外延伸覆蓋於該絕緣框體。
19. 如請求項1所述之鋰金屬極板，其中該絕緣框體內部更具有一第一黏著層以黏著。
20. 如請求項19所述之鋰金屬極板，其中該第一黏著層的材質係選自於熱固型高分子材料、熱塑型高分子材料及上述材料之組 合。
21. 如請求項20所述之鋰金屬極板，其中該熱固型高分子材料係選自於矽膠、環氧樹脂、壓克力樹脂及上述材料之組合，且該熱塑型高分子材料係選自於聚乙烯、聚丙烯、熱塑性聚醯亞胺、熱塑型聚氨酯或上述材料之組合。
22. 如請求項19所述之鋰金屬極板，其中該第一黏著層的厚度係介於1~30微米。
23. 如請求項1所述之鋰金屬極板，其中該絕緣框體與該多孔電性絕緣層及/或該集電層之間更藉由一第二黏著層以黏著。
24. 如請求項23所述之鋰金屬極板，其中該第二黏著層的材質係選自於熱固型高分子材料、熱塑型高分子材料及上述材料之組合。
25. 如請求項24所述之鋰金屬極板，其中該熱固型高分子材料係選自於矽膠、環氧樹脂、壓克力樹脂及上述材料之組合，且該熱塑型高分子材料係選自於聚乙烯、聚丙烯、熱塑性聚醯亞胺、熱塑型聚氨酯或上述材料之組合。
26. 如請求項23所述之鋰金屬極板，其中該第二黏著層的厚度係介於1~30微米。
27. 如請求項1所述之鋰金屬極板，其中該離子擴散層的材質係選自於高分子材料、陶瓷材料、玻璃材料、纖維材料或上述材料之組合。
28. 如請求項1所述之鋰金屬極板，其中該離子擴散層更經過表面處理使其帶電，且該離子擴散層的表面更帶有正電荷或負電荷。
29. 如請求項1所述之鋰金屬極板，其中該鋰金屬層的該平均厚度係介於0.3~5微米。
30. 一種鋰金屬電池，其係包含：一鋰金屬極板，其係包含：一第一集電層，其係具有至少一井結構，該井結構具有一內側表面及一底表面； 至少一鋰金屬層，該鋰金屬層係設置於該第一集電層的該井結構的該底表面且遮蔽該井結構局部的該內側表面；至少一絕緣框體，該絕緣框體其係形成於該井結構的開口邊緣，並在水平方延伸而覆蓋部分的該第一集電層上表面，在垂直方向上延伸至局部的該內側表面以緊鄰該鋰金屬層的頂表面，俾使該井結構的該內側表面完全被遮蔽以電性絕緣；一多孔電性絕緣層，覆蓋該井結構的開口且具有複數個穿孔，該穿孔的孔徑係小於該井結構的孔徑；以及至少一離子擴散層，其係為多孔性的且設置於該井結構內，且完全位於該多孔電性絕緣層的下方而未突出於該些穿孔；一正極極板，其係包含一第二集電層及一正極活性材料層，該正極極板與該鋰金屬極板對應設置；一電性絕緣層，其係夾設於該正極極板與該鋰金屬極板之間，該電性絕緣層係具有至少一種電解質；以及一封裝膠框，其係環設於該鋰金屬極板的該第一集電層與該正極極板的該第二集電層內側表面周緣以構成密封。
31. 如請求項30所述之鋰金屬電池，其中該電性絕緣層係為離子導通的，且該電性絕緣層係為高分子隔離層、具有塗層的高分子隔離層、陶瓷隔離層或固態電解質。
32. 如請求項30所述之鋰金屬電池，其中大部分的該封裝膠框在正投影方向上係不超過於該鋰金屬極板及/或該正極極板的邊緣。
33. 一種鋰金屬電池，其係包含：一鋰金屬極板，其係包含：一第一集電層，其係具有至少一井結構，該井結構具有一內側表面及一底表面；至少一鋰金屬層，該鋰金屬層係設置於該第一集電層的該井結構的該底表面且遮蔽該井結構局部的該內側表面；至少一絕緣框體，該絕緣框體其係形成於該井結構的開口邊緣，並在水平方延伸而覆蓋部分的該第一集電層上表面，在 垂直方向上延伸至局部的該內側表面以緊鄰該鋰金屬層的頂表面，俾使該井結構的該內側表面完全被遮蔽以電性絕緣；一多孔電性絕緣層，覆蓋於該絕緣框體上且具有複數個穿孔，該穿孔的孔徑係小於該井結構的孔徑；以及至少一離子擴散層，其係為多孔性的且設置於該井結構內，且完全位於該多孔電性絕緣層的下方而未突出於該些穿孔；一正極極板，其係包含一第二集電層及一正極活性材料層，該正極極板與該鋰金屬極板對應設置；一電性絕緣層，其係夾設於該正極極板與該鋰金屬極板之間，該電性絕緣層係具有至少一種電解質；以及至少一封裝膠框，其係對應於該絕緣框體以設置，該封裝膠框及該絕緣框體係彼此黏合以構成密封。
34. 如請求項33所述之鋰金屬電池，其中該電性絕緣層係為離子導通的，且該電性絕緣層係為高分子隔離層、具有塗層的高分子隔離層、陶瓷隔離層或固態電解質。
35. 如請求項33所述之鋰金屬電池，其中該封裝膠框與該絕緣框體之間更有一輔助黏著層。