[实用新型]正极结构及其锂离子电芯、锂电池

说明书

本实用新型涉及锂电池领域，其包括一种正极结构及其锂电池电芯、锂电池，其中正极结构包括正极集流体及形成在正极集流体之上的单晶正极层，所述单晶正极层包括至少一层MO_x氧化物单晶正极晶体，所述MO_x氧化物单晶正极晶体的材质包括含V、Mo、Mn、Ni、Fe、Co、Cr、Ti或Bi中一种或几种组合的金属氧化物或含锂金属氧化物、过渡金属磷酸盐。本实用新型还包括一具有上述正极结构的锂电池。在本实用新型中，通过直接在正极集流体上形成包括MO_x氧化物单晶正极晶体的单晶正极层，其所形成的完整的大单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。本实用新型所提供的锂电池具有高的容量密度及循环性能，且热力学性能优异。

【技术领域】

本实用新型涉及锂电池领域，特别涉及一种正极结构及其锂电池电芯、锂电池。

【背景技术】

传统锂离子充电电池一般采用的是有机电解液，在有过度充电、内部短路等异常情况时可能导致电解液发热，有自燃甚至爆炸的危险。例如被称为“梦想航机”的波音787在2013年接连发生电池故障，最后由于电池缺陷被迫全球停飞；近来三星公司因电池“爆炸门”事件，目前已在全球召回430万台手机，造成了重大经济损失。因此，研发安全、可靠的电池具有十分重要的意义。

锂金属固态锂电池因具有高能量密度、良好的热稳定性以及安全性能高等优点，成为了研究的热点。该类型电池以固态解质材料取代了传统锂电池中的液态电解液。消除了电解液腐蚀和泄露的安全隐患，热稳定性更高；不必封装液体，支持串行叠加排列和双极结构，提高生产效率；电化学稳定窗口宽(可达5V以上)，可以匹配高电压电极材料；常规正极材料一般为锂嵌入式的化合物为锂与过渡金属的复合氧化物(Li_xMO₂)，其理论容量较低基本都在300mA/g以下，造成电池整体的容量仍不高，主要受正极材料性能的限制。因此，研发性能优良的正极材料可大幅度提高锂金属固态电池的容量。

【实用新型内容】

为克服现有锂离子固态电池性能不佳的问题，本实用新型提供了一种正极结构及其锂电池电芯、锂电池。

本实用新型解决技术问题的技术方案是提供一技术方案：一种正极结构，其包括正极集流体及形成在正极集流体之上的单晶正极层，所述单晶正极层包括至少一层MO_x氧化物单晶正极晶体，所述MO_x氧化物单晶正极晶体的材质包括含V、Mo、Mn、Ni、Fe、Co、Cr、Ti或Bi中一种或几种组合的金属氧化物或含锂金属氧化物、过渡金属磷酸盐。

优选地，所述MO_x氧化物单晶正极晶体致密排列且沿一方向规则排布。

优选地，每个所述MO_x氧化物单晶正极晶体的尺寸为1-130μm。

优选地，所述单晶正极层的厚度为1-130μm。

优选地，所述正极集流体的厚度为0.1-10μm。

本实用新型解决技术问题的技术方案是提供又一技术方案：一种锂电池电芯，其包括如上所述正极结构及与正极结构叠加设置的负极结构。

优选地，所述锂电池电芯包括液态电解质及隔膜，所述隔膜设置在所述正极结构与所述负极结构之间，其中，液态电解质浸润所述正极结构、隔膜及负极结构。

优选地，所述锂电池电芯包括固态电解质，所述固态电解质设置在所述正极结构与负极结构之间。

优选地，所述负极结构包括负极层，所述负极层的材质为锂金属。

本实用新型解决技术问题的技术方案是提供又一技术方案：一种锂电池，其包括如上所述锂电池电芯。

与现有技术相比，本实用新型所提供的正极结构及其锂电池电芯、锂电池具有如下的有益效果：