[发明专利]集流体结构、锂电池电芯及其锂电池

说明书

本发明涉及锂电池领域，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。

【技术领域】

本发明涉及锂电池领域，特别涉及一种集流体结构、锂电池电芯及其锂电池。

【背景技术】

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。

【发明内容】

为克服现有锂电池倍率特性不佳的问题，本发明提供了一种集流体结构、锂电池电芯及其锂电池。

本发明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。

本发明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，所述柱状晶体正极层的厚度为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。

本发明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，本发明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：