集流体结构、锂电池电芯及其锂电池制造技术

本实用新型专利技术涉及锂电池领域，具体包括集流体结构、锂电池电芯及其锂电池，其中所述集流体包括两个相对的主表面，其中一个主表面上形成金属氟化物正极层，以作为一锂电池电芯的正极结构，利用具有高压、高容特性的金属氟化物作为正极材料，可获得具有高体积容量密度、高倍率特性的锂电池电芯及锂电池。通过在集流体的两个面上设置正负极，以形成正负共极的集流体，可实现高容量多个锂电池电芯叠层制备，从而实现大面积全固态锂电池的制备，还可直接利用集流体作为锂电池的电极，从而简化所述锂电池的封装结构。

Fluid collecting structure, lithium battery core and lithium battery

The utility model relates to the field of lithium batteries, in particular to a collector structure, a lithium battery battery battery and a lithium battery thereof, wherein the collector fluid comprises two opposite main surfaces, one of which forms a metal fluoride cathode layer to act as a cathode structure of a lithium battery battery battery battery cell and utilizes gold with high voltage and high capacitance characteristics. As a fluoride cathode material, lithium batteries and lithium batteries with high volume density and high rate characteristics can be obtained. By setting positive and negative electrodes on the two surfaces of the collector to form a positive and negative cathode collector, the stacked preparation of multiple lithium battery batteries with high capacity can be realized, thereby realizing the preparation of large area all-solid-state lithium battery, and the collector can be directly used as the electrode of the lithium battery, thereby simplifying the lithium battery packaging structure.

【技术实现步骤摘要】
集流体结构、锂电池电芯及其锂电池
本技术涉及锂电池领域，特别涉及一种集流体结构、锂电池电芯及其锂电池。
技术介绍
全固态锂电池是由于其安全性、循环性能优良等优点成为二次电池的重要发展方向，同时由于金属锂元素原子半径小、具有最低的电化学势，全固态锂电池相比其他钠离子电池具有更大的市场应用潜力。影响全固态锂电池性能的三个核心因素是安全性、比容量和高倍率特性。现有技术中，锂电池电芯材料体系采用最为成熟的石墨负极，其理论容量只有270mAh/g，而正极材料是磷酸铁锂、三元材料和钴酸锂等比容量较低的材料，造成电池能量密度只能达到250-300Wh/kg。而当前使用的正极与负极的组合、无法实现大电压充电，造成当前锂电池低倍率的现状。因此，亟待提供针对锂电池低倍率的解决方案。
技术实现思路
为克服现有锂电池倍率特性不佳的问题，本技术提供了一种集流体结构、锂电池电芯及其锂电池。本技术为解决上述技术问题提供一技术方案如下：一种集流体结构，其包括集流体，所述集流体包括两个相对的主表面，其中一个主表面上形成金属氟化物的正极层，以作为一锂电池电芯的正极结构，另一主表面上形成负极层，以作为另一锂电池电芯的负极结构。本技术为解决上述技术问题提供又一技术方案如下：一种锂电池电芯，其包括第一集流体，该第一集流体包括两个相对的主表面，其中一个主表面上形成金属氟化物正极层，以作为该锂电池电芯的正极结构，另一主表面上形成负极层，以作为另一锂电池电芯的负极结构。优选地，所述金属氟化物正极层的厚度为10nm-100μm；所述金属氟化物正极层中包括Ag、Cu、Li、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Ag、Sn或Bi中的任一种或几种的金属元素组合的氟化物。优选地，所述锂电池电芯包括第二集流体以及形成在第二集流体面向所述正极层表面的负极层，所述金属氟化物正极层与所述负极层之间的厚度比与组成所述金属氟化物正极层与所述负极层的材料之间的体积比容量呈反比。优选地，所述正极层包括金属氟化物的柱状晶体；所述负极层包括锂硅碳复合负极层。优选地，所述锂硅碳复合负极层包括沉积形成在所述负极集流体之上的硅锂复合合金，碳纳米颗粒复合在硅锂复合合金之内。优选地，所述锂硅碳复合负极层朝向所述正极结构的表面形成一碳基材料层或所述锂硅碳复合负极层朝向所述第二集流体的表面形成一碳基材料层。优选地，在所述正极层与所述负极层之间形成第一电解质层，所述第一电解质层的厚度为1nm-50μm。优选地，所述锂电池电芯还包括形成在所述第一电解质层面向所述负极层一面上的第二电解质层，所述第二电解质层的厚度为1-3000nm。本技术为解决上述技术问题提供一技术方案如下：一种锂电池，其包括至少两个连续叠层设置的锂电池电芯，直接叠加设置的至少两个锂电池电芯之间共用一正负共极集流体，该正负共极集流体包括两个相对的主表面，其中一个主表面上形成金属氟化物的正极层，以作为其中一锂电池电芯的正极结构，另一主表面上形成负极层，以作为另一锂电池电芯的负极结构。与现有技术相比，本技术所提供的集流体结构、锂电池电芯及其锂电池，具有如下的有益效果：本技术所提供的集流体结构、锂电池电芯及锂电池，其中集流体包括两个相对的主表面，其中一个主表面上形成金属氟化物的正极层，以作为一锂电池电芯的正极结构，另一主表面上形成负极层，以作为另一锂电池电芯的负极结构。采用金属氟化物作为正极层，基于其高压及高容的特性，可使所述正极层的体积比容量显著增加，同时也可改善锂电池倍率特性。进一步地，通过在集流体的两个面上设置正负极，以形成正负共极的集流体，可实现多个锂电池电芯叠层制备，从而实现大面积全固态锂电池的制备。利用正负共极的集流体还可降低锂电池电芯、锂电池的整体厚度。进一步地，利用正负共极的集流体，可实现多个锂电池电芯之间为串联连接。当锂电池中锂电池电芯串联连接时，可直接利用集流体作为锂电池的电极，除了可简化所述锂电池的封装结构之外，还可实现同时串联几百个锂电池电芯，从而获得电压可达到千伏且容量较大的锂电池。在本技术中，所述锂电池电芯包括第二集流体以及形成在第二集流体面向所述正极层表面的负极层，所述金属氟化物正极层与所述负极层之间的厚度比与组成所述金属氟化物正极层与所述负极层的材料之间的体积比容量呈反比。基于正极层与负极层材料的不同设置不同的厚度，可进一步提高正极层的利用率，从而可提高锂电池的性能。在本技术中，进一步可将金属氟化物做成柱状晶体结构，采用金属氟化物柱状晶体结构可以为锂离子在充放电的过程中提供畅通的扩散和迁移通道，柱状晶体目的是匹配高性能的负极实现正极材料的最大利用，提高锂嵌入和脱出的效率。所述锂电池电芯及锂电池可进一步采用直接在负极集流体面向正极结构的一面上形成的锂硅碳复合负极层。采用金属氟化物柱状晶体正极材料与锂硅碳复合负极材料相匹配，可提高正极层的利用率，并可进一步获得高压高容锂电池的制备。本技术所提供的的锂电池电芯及锂电池，其还包括一碳基材料层，所述碳基材料层可形成于负极层与所述第二集流体之间形成一碳基材料层或所述碳基材料层可形成于所述负极层朝向所述正极结构的一面上。所述碳基材料层的设置可增强导电性，从而提高所述锂电池电芯及锂电池的稳定性和安全性。本技术所述锂电池电芯及锂电池中在所述柱状晶体正极层与所述负极层之间填充形成第一电解质层，所述第一电解质层的厚度为1nm-50μm。所述第一电解质层可包覆所述柱状晶体正极层。本技术所述锂电池电芯及锂电池中在所述第一电解质层的表面还可形成一第二电解质层。所述第二电解质层的设置，可进一步提高所述电解质层的平整度，从而可提高负极表面电场分布均匀度，同时也可增加电解质层的硬度，防止正负极接触而造成短路。【附图说明】图1是本技术第一实施例所提供的集流体结构的层结构示意图。图2是本技术第二实施例所提供的锂电池电芯的层结构示意图。图3是图2中所示另一实施方式的锂电池电芯的层结构示意图。图4是图2中所示又一实施方式的锂电池电芯的层结构示意图。图5A是本技术第三实施例所提供的锂电池电芯其中一具体实施方式的层结构示意图。图5B是本技术第三实施例所提供的锂电池电芯另一一具体实施方式的层结构示意图。图6是本技术第四实施例所提供的锂电池的结构示意图。图7是本技术第五实施例所提供的锂电池的结构示意图。图8是本技术第六实施例所提供的锂电池的结构示意图。图9是本技术第七实施例所提供的锂电池的制备方法的流程示意图。【具体实施方式】为了使本技术的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施实例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。请参阅图1，本技术的第一实施例提供一种集流体结构100，所述集流体结构100包括一集流体101，所述集流体101包括两个相对的主表面109，其中一个主表面109上形成正极层102，以作为一锂电池电芯的正极结构，另一主表面109上形成负极层103，以作为另一锂电池电芯的负极结构。在本技术中，所述正极层102可为包括金属氟化物，其中金属元素包括Ag、Cu、Li、Ti、V、Cr、Mn、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种集流体结构，其特征在于：包括集流体，所述集流体包括两个相对的主表面，其中一个主表面上形成金属氟化物的正极层，以作为一锂电池电芯的正极结构，另一主表面上形成负极层，以作为另一锂电池电芯的负极结构。

【技术特征摘要】
1.一种集流体结构，其特征在于：包括集流体，所述集流体包括两个相对的主表面，其中一个主表面上形成金属氟化物的正极层，以作为一锂电池电芯的正极结构，另一主表面上形成负极层，以作为另一锂电池电芯的负极结构。2.一种锂电池电芯，其特征在于：其包括第一集流体，该第一集流体包括两个相对的主表面，其中一个主表面上形成金属氟化物正极层，以作为该锂电池电芯的正极结构，另一主表面上形成负极层，以作为另一锂电池电芯的负极结构。3.如权利要求2中所述锂电池电芯，其特征在于：所述金属氟化物正极层的厚度为10nm-100μm；所述金属氟化物正极层中包括Ag、Cu、Li、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Ag、Sn或Bi中的任一种或几种的金属元素组合的氟化物。4.如权利要求2中所述锂电池电芯，其特征在于：所述锂电池电芯包括第二集流体以及形成在第二集流体面向所述正极层表面的负极层，所述金属氟化物正极层与所述负极层之间的厚度比与组成所述金属氟化物正极层与所述负极层的材料之间的体积比容量呈反比。5.如权利要求4中所述锂电池电芯，其特征在于：所述正极层包括金属氟化物...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓琨，
申请(专利权)人：成都亦道科技合伙企业有限合伙，
类型：新型
国别省市：四川,51