[发明专利]一种锂电芯结构、锂电池结构及其制备方法

说明书

本发明涉及锂电池技术领域，尤其涉及锂电芯结构、锂电池结构及制备方法。锂电芯结构包括叠设的复合聚合物固体电解质、界面修饰层、负极、集流体以及正极，复合聚合物固体电解质包括具有多孔结构的有机物基底膜以及灌注入有机物基底膜的多孔结构内的聚合物固态电解质。复合聚合物固体电解质兼具机物基底膜和通用的聚合物固态电解质，使得其可挠性、界面弹性均显著优于常规陶瓷电解质，易于与电极形成接触良好的界面，因此可改善由于电极体积膨胀收缩导致的界面脱附问题。并且，界面修饰层能很好的抑制负极锂枝晶的形成，提高电池的稳定性能。锂电芯结构的正极和负极共用一个集流体，能很好的降低锂电芯内非活性物质的含量，提高锂电芯结构的导电性能。

【技术领域】

本发明涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种锂电芯结构、锂电池结构及其制备方法。

【背景技术】

自锂电池商业化以来，由于其高比容量、循环寿命长、安全性能好等特点，在电动汽车、3C产品等领域有广泛的应用前景，尤其是全固态锂电池，由于其安全性能高，全固态锂电池是下一代锂电池技术。

很多新兴技术领域对全固态锂电池的能量密度不断提出新的要求，传统的全固态电池通常采用LiCoO₂作为正极材料，钴酸锂的理论克容量仅有270mAh/g，达不到现在对高能量密度的商业需求。同时，传统的全固态锂电池电芯中含有重量占比相对较大的集流体、导电层等非活性部件，非活性部件对电池容量没有贡献，使得固态电池的能量密度难以提升。此外，传统全固态电池的电芯结构设计为：正极材料/固态电解质/负极材料，其中，电极和电解质之间将难以形成像固-液界面那样紧密充分的接触，严重影响锂离子在电极和电解质间传输的效率，导致电荷传输/转移存在瓶颈，且固态电池大多采用锂负极，但是金属锂负极在固态电池中，存在体积膨胀和锂枝晶生长现象，这将产生固态电解质颗粒间，固态电解质和负极的固固接触问题，导致固态电池的长期稳定性循环变差。因此亟待提供针对锂电池能量密度提升和界面问题的解决方案。

【发明内容】

为克服目前固态锂电池稳定性差以及能量密度低的问题，本发明提供一种锂电芯结构、锂电池结构及其制备方法。

本发明为了解决上述技术问题，提供一技术方案如下：一种锂电芯结构，所述锂电芯结构包括依次叠设的复合聚合物固体电解质、界面修饰层、负极、集流体以及正极，所述复合聚合物固体电解质包括具有多孔结构的有机物基底膜以及灌注入所述有机物基底膜的多孔结构内的聚合物固态电解质。

优选地，所述有机物基底膜包括由聚酰亚胺材料形成的薄膜，所述有机物基底膜具有纳米级孔径垂直孔道的多孔结构。

优选地，所述正极为有机正极或者为复合正极，所述复合正极由固态电解质和正极材料复合形成；所述界面修饰层由聚偏氟乙烯基质及分散于其中的氟化石墨组成。

优选地，所述负极由金属锂与离子阻塞型金属复合而成；所述集流体包括金属氮化物或由多层金属组成的叠层薄膜中的一种。

优选地，所述复合聚合物固体电解质的厚度为：8-12μm，所述界面修饰层的厚度为0.5-2μm；所述正极的厚度为1-50um。

为了解决上述技术问题，本发明还提供一种锂电池结构，所述锂电池结构包括如上所述的锂电芯结构，至少两个所述锂电芯结构叠加形成锂电池结构，任意相邻的两个锂电芯结构中一者的正极与另一者的复合聚合物固体电解质贴合。

为了解决上述技术问题，本发明还提供一种锂电池结构的制备方法，包括如下步骤：S1：制备复合聚合物固体电解质，所述复合聚合物固体电解质包括具有多孔结构的有机物基底膜以及灌注入所述有机物基底膜的多孔结构内的聚合物固态电解质；S2：在所述复合聚合物固体电解质的一面形成界面修饰层；S3：在所述界面修饰层上形成负极；S4：在所述负极之上形成集流体；及S5：在所述集流体上形成正极以获得一锂电芯结构。