[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柱状晶体正极层，以作为一锂电池电芯的正极结构。本发明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。

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。

【发明内容】

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。