集流体结构、锂电池电芯及其锂电池制造技术

本发明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柱状晶体正极层，以作为一锂电池电芯的正极结构。本发明专利技术所提供的锂电池电芯及其锂电池可实现多个锂电池电芯之间串联或并联连接。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，从而实现低成本全固态锂电池的大规模制备和推广。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。

【技术实现步骤摘要】
集流体结构、锂电池电芯及其锂电池
本专利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。目前锂电池电芯材料体系，能量密度只能达到250-300Wh/kg。其本质问题是电池电极材料限制，具体来说负极材料使用石墨或者C-Si负极，正极采用磷酸铁锂、三元材料和钴酸锂造成了上述结果。现有基于固相烧结等方法的固态锂电池由于无法保证大面积材料制备的均匀性，无法根本解决锂枝晶的产生，其原因是无法保证电极表面的电场均匀分布，只能用于制备小面积电池样品。现有技术无法满足大面积全固态锂电池的制备需求。上述问题限制了低成本全固态锂电池的大规模制备和推广。
技术实现思路
为克服现有无法实现低成本全固态锂电池的大规模制备和推广的问题，本专利技术提供了一种集流体结构、锂电池电芯及其锂电池。本专利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柱状晶体正极层，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。本专利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柱状晶体正极层，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，所述柱状晶体正极层的厚度为10nm-100μm；所述柱状晶体正极层包括V、Mo、Mn、Ni、Fe、Co、Cr、Ti或Bi金属元素中一种或几种组合的金属氧化物和含锂金属氧化物。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一表面的负极层，该负极层包括锂硅碳复合负极层，该负极层面向所述柱状晶体正极层。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-锂合金，碳纳米颗粒复合在硅-锂合金之内。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，在所述柱状晶体正极层与所述锂硅碳复合负极层之间填充形成包覆所述柱状晶体的第一电解质层，所述第一电解质层的厚度为1nm-50μm。优选地，所述锂电池电芯包括形成在所述第一电解质层面向所述负极层的一面上的第二电解质层，所述第二电解质层的厚度为1-3000nm。本专利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，该正负共极集流板包括两个相对的主表面，其中一个主表面上形成柱状晶体正极层，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。优选地，共用一正负共极集流体的两个锂电池电芯之间为串联或并联连接。与现有技术相比，本专利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：本专利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柱状晶体正极层，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。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，从而简化所述锂电池的封装结构。此外，在本专利技术中利用具有柱状晶体结构的正极材料作为正极层，从而其所形成的完整的柱状晶体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材料以提高正极材料锂嵌入和脱出的效率。在本专利技术中，所述锂电池电芯及锂电池可进一步采用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。采用锂硅碳复合负极层可进一步提高锂电池的能量密度，从而获得高性能锂电池电芯及其锂电池。本专利技术所提供的的锂电池电芯及锂电池中，还包括一碳基材料层，所述碳基材料层可形成于锂硅碳复合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锂硅碳复合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。本专利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锂硅碳复合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，因此具有较大表面积，故形成第一电解质层可为锂电池中的电解质与正极层之间提供更多的反应界面，有利于电池充放电过程的完全反应。本专利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，可进一步提高所述第一电解质层的平整度及负极表面电场分布均匀度，同时也可增加第一电解质层的硬度，防止正负极接触而造成短路。【附图说明】图1是本专利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是本专利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4A是本专利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4B是本专利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5是本专利技术第四实施例所提供的锂电池的结构示意图。图6是本专利技术第五实施例所提供的锂电池的结构示意图。图7是本专利技术第六实施例所提供的锂电池的结构示意图。图8是本专利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】为了使本专利技术的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施实例，对本专利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专利技术，并不用于限定本专利技术。请参阅图1，本专利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上形成柱状晶体正极层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。本专利技术此处及以下所有实施例中，针对所述集流体材质的限定如下：所述集流体可包括Cu、Al、Ni、Ag、Au、Cr、Ta、Ti、Mo等其它金属中的一种或几种的组合所获得的单质金属或金属合金。请参阅图2，本专利技术的第二实施例提供一种锂电池电芯10，其包括第一集流体11及第二集流体12，其中，所述第一集流体11包括两个相对的主表面110，其中一个主表面110上形成正极层111，以作为所述锂电池电芯10的正极结构，另一主表面上形成负极层112，以作为另一锂电池电芯10的负极结构。所述第二集流体12同样也包括两个相对的主表面120，其中一个主表面120上形成负极层121，以作为所述锂电池电芯10的负极结构，而在所述第二集流体12的另一主表本文档来自技高网...

【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柱状晶体正极层，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柱状晶体正极层，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柱状晶体正极层，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：所述柱状晶体正极层的厚度为10nm-100μm；所述柱状晶体正极层包括V、Mo、Mn、Ni、Fe、Co、Cr、Ti或Bi金属元素中一种或几种组合的金属氧化物和含锂金属氧化物。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一表面的负极层，该负极层包括锂硅碳复合负极层，该负极层面向所述柱状晶体正极层。5.如权利要求4中所述锂电池电芯，其特征在于：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-锂合金，碳纳米颗粒复...

【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：发明
国别省市：四川,51