[發(fā)明專利]集流體結(jié)構(gòu)、鋰電池電芯及其鋰電池

在審

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• 申請日: 2017-12-19
• 公開（公告）號(hào): CN109935888A
• 公開（公告）日: 2019-06-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張曉琨
• 申請（專利權(quán)）人: 成都亦道科技合伙企業(yè)（有限合伙）
• 主分類號(hào): H01M10/0525
• 分類號(hào): H01M10/0525;H01M10/0585;H01M4/131;H01M4/133;H01M4/134;H01M10/0562;H01M10/42
• 代理公司: 成都帝鵬知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 51265
• 代理人: 黎照西

本發(fā)明涉及鋰電池領(lǐng)域，具體包括集流體結(jié)構(gòu)、鋰電池電芯及其鋰電池，其中所述集流體包括兩個(gè)相對(duì)的主表面，其中一個(gè)主表面上形成柱狀晶體正極層，以作為一鋰電池電芯的正極結(jié)構(gòu)。本發(fā)明所提供的鋰電池電芯及其鋰電池可實(shí)現(xiàn)多個(gè)鋰電池電芯之間串聯(lián)或并聯(lián)連接。通過在集流體的兩個(gè)面上設(shè)置正負(fù)極，以形成正負(fù)共極的集流體，可實(shí)現(xiàn)多個(gè)鋰電池電芯疊層制備，從而實(shí)現(xiàn)低成本全固態(tài)鋰電池的大規(guī)模制備和推廣。還可直接利用集流體作為鋰電池的電極，從而簡化所述鋰電池的封裝結(jié)構(gòu)。

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明涉及鋰電池領(lǐng)域，特別涉及一種集流體結(jié)構(gòu)、鋰電池電芯及其鋰電池。

【背景技術(shù)】

全固態(tài)鋰電池是由于其安全性、循環(huán)性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)成為二次電池的重要發(fā)展方向，同時(shí)由于金屬鋰元素原子半徑小、具有最低的電化學(xué)勢，全固態(tài)鋰電池相比其他鈉離子電池具有更大的市場應(yīng)用潛力。

目前鋰電池電芯材料體系，能量密度只能達(dá)到250-300Wh/kg。其本質(zhì)問題是電池電極材料限制，具體來說負(fù)極材料使用石墨或者C-Si負(fù)極，正極采用磷酸鐵鋰、三元材料和鈷酸鋰造成了上述結(jié)果。

現(xiàn)有基于固相燒結(jié)等方法的固態(tài)鋰電池由于無法保證大面積材料制備的均勻性，無法根本解決鋰枝晶的產(chǎn)生，其原因是無法保證電極表面的電場均勻分布，只能用于制備小面積電池樣品。現(xiàn)有技術(shù)無法滿足大面積全固態(tài)鋰電池的制備需求。

上述問題限制了低成本全固態(tài)鋰電池的大規(guī)模制備和推廣。

【發(fā)明內(nèi)容】

為克服現(xiàn)有無法實(shí)現(xiàn)低成本全固態(tài)鋰電池的大規(guī)模制備和推廣的問題，本發(fā)明提供了一種集流體結(jié)構(gòu)、鋰電池電芯及其鋰電池。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題提供一技術(shù)方案如下：一種集流體結(jié)構(gòu)，其包括集流體，所述集流體包括兩個(gè)相對(duì)的主表面，其中一個(gè)主表面上形成柱狀晶體正極層，以作為一鋰電池電芯的正極結(jié)構(gòu)，另一主表面上形成負(fù)極層，以作為另一鋰電池電芯的負(fù)極結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題提供又一技術(shù)方案如下：一種鋰電池電芯，其包括第一集流體，該第一集流體包括兩個(gè)相對(duì)的主表面，其中一個(gè)主表面上形成柱狀晶體正極層，以作為該鋰電池電芯的正極結(jié)構(gòu)，另一主表面上形成負(fù)極層，以作為另一鋰電池電芯的負(fù)極結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述柱狀晶體正極層的厚度為10nm-100μm；所述柱狀晶體正極層包括V、Mo、Mn、Ni、Fe、Co、Cr、Ti或Bi金屬元素中一種或幾種組合的金屬氧化物和含鋰金屬氧化物。

優(yōu)選地，所述鋰電池電芯包括第二集流體以及形成在第二集流體一表面的負(fù)極層，該負(fù)極層包括鋰硅碳復(fù)合負(fù)極層，該負(fù)極層面向所述柱狀晶體正極層。

優(yōu)選地，所述鋰硅碳復(fù)合負(fù)極層包括沉積形成在所述負(fù)極集流體之上的硅-鋰合金，碳納米顆粒復(fù)合在硅-鋰合金之內(nèi)。

優(yōu)選地，所述鋰硅碳復(fù)合負(fù)極層朝向所述正極結(jié)構(gòu)的表面形成一碳基材料層或所述鋰硅碳復(fù)合負(fù)極層朝向所述第二集流體的表面形成一碳基材料層。

優(yōu)選地，在所述柱狀晶體正極層與所述鋰硅碳復(fù)合負(fù)極層之間填充形成包覆所述柱狀晶體的第一電解質(zhì)層，所述第一電解質(zhì)層的厚度為1nm-50μm。

優(yōu)選地，所述鋰電池電芯包括形成在所述第一電解質(zhì)層面向所述負(fù)極層的一面上的第二電解質(zhì)層，所述第二電解質(zhì)層的厚度為1-3000nm。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題提供一技術(shù)方案如下：一種鋰電池，其包括至少兩個(gè)連續(xù)疊層設(shè)置的鋰電池電芯，直接疊加設(shè)置的至少兩個(gè)鋰電池電芯之間共用一正負(fù)共極集流體，該正負(fù)共極集流板包括兩個(gè)相對(duì)的主表面，其中一個(gè)主表面上形成柱狀晶體正極層，以作為其中一鋰電池電芯的正極結(jié)構(gòu)，另一主表面上形成負(fù)極層，以作為另一鋰電池電芯的負(fù)極結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，共用一正負(fù)共極集流體的兩個(gè)鋰電池電芯之間為串聯(lián)或并聯(lián)連接。