[實用新型]正極結構及其鋰離子電芯、鋰電池

有效

• 申請號: 201721784931.0
• 申請日: 2017-12-19
• 公開（公告）號: CN207602687U
• 公開（公告）日: 2018-07-10
• 發明（設計）人: 張曉琨
• 申請（專利權）人: 成都亦道科技合伙企業（有限合伙）
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/58;H01M10/058;H01M10/052;H01M4/131;H01M4/136
• 代理公司: 成都帝鵬知識產權代理事務所(普通合伙) 51265
• 代理人: 黎照西

本實用新型涉及鋰電池領域，其包括一種正極結構及其鋰電池電芯、鋰電池，其中正極結構包括正極集流體及形成在正極集流體之上的單晶正極層，所述單晶正極層包括至少一層MO_x氧化物單晶正極晶體，所述MO_x氧化物單晶正極晶體的材質包括含V、Mo、Mn、Ni、Fe、Co、Cr、Ti或Bi中一種或幾種組合的金屬氧化物或含鋰金屬氧化物、過渡金屬磷酸鹽。本實用新型還包括一具有上述正極結構的鋰電池。在本實用新型中，通過直接在正極集流體上形成包括MO_x氧化物單晶正極晶體的單晶正極層，其所形成的完整的大單晶體可以為鋰離子在充放電的過程中提供暢通的擴散和遷移通道。本實用新型所提供的鋰電池具有高的容量密度及循環性能，且熱力學性能優異。

【技術領域】

本實用新型涉及鋰電池領域，特別涉及一種正極結構及其鋰電池電芯、鋰電池。

【背景技術】

傳統鋰離子充電電池一般采用的是有機電解液，在有過度充電、內部短路等異常情況時可能導致電解液發熱，有自燃甚至爆炸的危險。例如被稱為“夢想航機”的波音787在2013年接連發生電池故障，最后由于電池缺陷被迫全球停飛；近來三星公司因電池“爆炸門”事件，目前已在全球召回430萬臺手機，造成了重大經濟損失。因此，研發安全、可靠的電池具有十分重要的意義。

鋰金屬固態鋰電池因具有高能量密度、良好的熱穩定性以及安全性能高等優點，成為了研究的熱點。該類型電池以固態解質材料取代了傳統鋰電池中的液態電解液。消除了電解液腐蝕和泄露的安全隱患，熱穩定性更高；不必封裝液體，支持串行疊加排列和雙極結構，提高生產效率；電化學穩定窗口寬(可達5V以上)，可以匹配高電壓電極材料；常規正極材料一般為鋰嵌入式的化合物為鋰與過渡金屬的復合氧化物(Li_xMO₂)，其理論容量較低基本都在300mA/g以下，造成電池整體的容量仍不高，主要受正極材料性能的限制。因此，研發性能優良的正極材料可大幅度提高鋰金屬固態電池的容量。

【實用新型內容】

為克服現有鋰離子固態電池性能不佳的問題，本實用新型提供了一種正極結構及其鋰電池電芯、鋰電池。

本實用新型解決技術問題的技術方案是提供一技術方案：一種正極結構，其包括正極集流體及形成在正極集流體之上的單晶正極層，所述單晶正極層包括至少一層MO_x氧化物單晶正極晶體，所述MO_x氧化物單晶正極晶體的材質包括含V、Mo、Mn、Ni、Fe、Co、Cr、Ti或Bi中一種或幾種組合的金屬氧化物或含鋰金屬氧化物、過渡金屬磷酸鹽。

優選地，所述MO_x氧化物單晶正極晶體致密排列且沿一方向規則排布。

優選地，每個所述MO_x氧化物單晶正極晶體的尺寸為1-130μm。

優選地，所述單晶正極層的厚度為1-130μm。

優選地，所述正極集流體的厚度為0.1-10μm。

本實用新型解決技術問題的技術方案是提供又一技術方案：一種鋰電池電芯，其包括如上所述正極結構及與正極結構疊加設置的負極結構。

優選地，所述鋰電池電芯包括液態電解質及隔膜，所述隔膜設置在所述正極結構與所述負極結構之間，其中，液態電解質浸潤所述正極結構、隔膜及負極結構。

優選地，所述鋰電池電芯包括固態電解質，所述固態電解質設置在所述正極結構與負極結構之間。

優選地，所述負極結構包括負極層，所述負極層的材質為鋰金屬。

本實用新型解決技術問題的技術方案是提供又一技術方案：一種鋰電池，其包括如上所述鋰電池電芯。

與現有技術相比，本實用新型所提供的正極結構及其鋰電池電芯、鋰電池具有如下的有益效果：