[发明专利]一种锂电池正极结构、全固态薄膜锂电池结构

说明书

本发明涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种锂电池正极结构、全固态薄膜锂电池结构。所述锂电池正极结构包括集流体及设置在集流体上的正极复合薄膜层，所述正极复合薄膜层包括叠加设置的至少两层单一薄膜层和至少一层添加层，任意相邻设置的两层单一薄膜层之间设置一层所述添加层，所述单一薄膜层包括正极活性材料，所述添加层包括电子导电层和/或离子导电层；或者所述添加层包括混合导电层；所述电子导电层具有电子传导性能，所述离子导电层具有离子传导性能，所述混合导电层同时具有离子传导和电子传导性能，添加层的设置很好的减小由于单一薄膜层本身传导性差造成的阻抗，增强单一薄膜层的导电离子的传导性能，提高电池的导电性能。

【技术领域】

本发明涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种锂电池正极结构、全固态薄膜锂电池结构。

【背景技术】

随着5G移动通信网络的发展，智能化、大屏化、轻质化及超长待机成为智能终端的发展趋势，因此智能终端对其能源模块提出了更高的技术需求，尤其是如何在要求产品轻薄化的基础上提高能源模块的能量密度和功率密度。采用半导体工艺制备的全固态薄膜电池被认为是比较理想的能源模块之选，它具有能量密度高、功率密度高、循环寿命长及安全性高的特点。但其面容量密度相对较低，这主要是由于薄膜电极存在一定的厚度，当其厚度增加之后其电极性能难以得到保证，同时其不含有增强电子和离子传导能力的添加剂材料，只能靠电极本身的动力学传输，导致其导电性能不理想。不同的电极材料，其离子传导和电子传导能力会不同。例如LiCoO₂的电子电导率约为10^-3S/cm，而锂离子电导率仅约为10^-8S/cm(离子扩散系数约为10^-14cm²/s)。根据离子扩散距离公式在扩散时间不变的状态下，如果其离子扩散系数提升两个数量级，其薄膜厚度将对应提升一个数量级，其面容量密度将对应提升一个数量级。其较差的锂离子传导能力使得电芯的内阻增加，电芯内部极化增大，容量保有率下降，此外动力学的不足造成电池倍率性能降低，与之对应的功率密度下降。因此如何改善电极的传输动力学特性，即薄膜电极中离子和电子的传导性，是解决全固态薄膜电池面容量密度低的关键所在。

【发明内容】

为克服目前固态锂电池电极传输动力学差的缺陷，本发明提供一种锂电池正极结构、全固态薄膜锂电池结构。

本发明为了解决上述技术问题，提供一种锂电池正极结构，所述锂电池正极结构包括集流体及设置在集流体上的正极复合薄膜层，所述正极复合薄膜层包括叠加设置的至少两层单一薄膜层和至少一层添加层，任意相邻设置的两层单一薄膜层之间设置一层所述添加层，所述单一薄膜层包括正极活性材料，所述正极活性材料是通过锂离子脱嵌反应机制或转换反应机制进行充放电的电极材料；所述添加层包括电子导电层和/或离子导电层；或者所述添加层包括混合导电层；所述电子导电层具有电子传导性能，所述离子导电层具有离子传导性能，所述混合导电层同时具有离子传导和电子传导性能；所述添加层为非连续薄膜；当所述添加层包括离子导电层时，任意相邻设置的两层单一薄膜层之间设置一层所述离子导电层；所述离子导电层包括LiTaO3、LiNbO3、Li2SiO3、LiPON、xLi2S-yP2S5硫化物玻璃、陶瓷或微晶玻璃电解质、NASICON型Li1+yAyTi2-x-yMx(PO4)3、反钙钛矿型Li3OX、Li2OHX、钙钛矿型Li3xLa(2-3x)/3TiO3中的任一种或者几种；Li1+yAyTi2-x-yMx(PO4)3中：0≤x＜2,0≤y≤2，0≤x+y≤2，A包括Al、Ga、In、Sc、Y中的任一种，M为Ge、Zr、Hf中的任一种；反钙钛矿型Li3OX，中：X包括Cl、F、Br、I中的任一种；Li2OHX中：X包括Cl、F、Br、I中的任一种；钙钛矿型Li3xLa(2-3x)/3TiO3中：0.04≤x≤0.16；石榴石型Li7+yLa3Zr2-x-yMxAyO12中：0≤x＜2,0≤y≤2和0≤x+y≤2，A包括Al、Ga、In、Sc、Y中的任一种，M包括Ge、Zr、Hf中的任一种；所述离子导电层厚度为2-50nm。