[发明专利]一种锂电池电芯、锂电池及其制备方法

说明书

本发明涉及锂电池领域，具体包括一种锂电池电芯、锂电池及其制备方法，其中集流体包括两个相对设置的正极面和负极面，其中正极面上形成含锂氧化物柱状晶正极层，以作为一锂电池电芯的正极结构，所述负极层上形成锂硅碳复合负极层，利用具有高压、高容特性的含锂氧化物柱状晶体作为正极材料，可获得具有高容量密度的锂电池电芯及锂电池。通过在集流体的两个面上分别设置分属两个不同锂电池电芯单元的正负极，以形成正负共极的集流体，可实现多个锂电池电芯单元叠层制备，从而实现大容量锂电池的制备，还可直接利用集流体作为锂电池的外电极，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，特别涉及一种锂电池电芯、锂电池及其制备方法。

【背景技术】

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，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，本发明提供了一种锂电池电芯、锂电池及其制备方法。

本发明为解决上述技术问题，提供一技术方案如下：一种锂电池电芯，其包括集流体、柱状晶正极层、锂硅碳复合负极层、隔膜以及液态电解质，所述集流体包括相对设置的第一集流体和第二集流体，所述第一集流体朝向第二集流体方向具有一正极面，所述第二集流体朝向第一集流体方向具有一负极面，所述柱状晶正极层形成于所述正极面上，所述锂硅碳复合负极层形成于所述负极面上，所述隔膜复合于所述柱状晶正极层和锂硅碳复合负极层层之间，所述隔膜内浸润有液态电解质。

优选地，所述第一集流体还包括一与所述正极面相对设置的负极面，所述负极面上形成另一锂电池电芯的锂硅碳复合负极层，所述第二集流体还包括一与负极面相对设置的正极面，所述正极面上形成另一锂电池电芯的柱状晶正极层。

优选地，所述锂硅碳复合负极层靠近所述隔膜的表面上还设置有一保护层，用于防止电解液侵蚀锂硅碳复合负极层，所述柱状晶正极层还设置有一填充层，用于填充集流体与隔膜间的柱状晶正极层中的间隙，所述保护层和填充层为氧化物或硫化物固态类电解质中的任一种或几种。

优选地，其特征在于：所述隔膜一端热压复合于所述保护层远离所述锂硅碳复合负极层表面上，所述隔膜另一端热压复合于柱状晶正极层远离集流体的一端。

优选地，所述柱状晶正极层远离所述集流体的一端直接接触所述隔膜，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含锂氧化物正极材料，所述含锂氧化物正极材料包括钴酸锂正极、镍酸锂正极、锰酸锂正极、磷酸铁锂及其衍生物正极、镍钴锰三元正极及其衍生物正极等、镍钴铝三元正极及其衍生物正极等中的一种或几种。

优选地，所述隔膜主要包括PP薄膜、PE薄膜、PP-PE复合薄膜、PP-陶瓷薄膜或PE陶瓷薄膜中的任一种，所述隔膜的厚度为15-40μm。

优选地，所述液态电解质主要包括锂盐电解质和有机溶剂，所述锂盐电解质主要包括无极锂盐LiAlM、LiM、LiXFn(M为卤族元素，X为B、As、P、Sb等，n等于4或6)以及有机锂盐LiCF₃SO₃、LiN(SO₂CF₃)₂及其衍生物之任一种或几种；所述有机溶剂主要包括PC、EC、DEC、DMC、EC₂DMC或PC₂DMC中的任一种。