CN109935910B - 一种锂电池电芯、锂电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
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，其中锂电池电芯包括依次堆叠的第一集流体、负极层、电解质层、正极层以及第二集流体，所述第一集流体和第二集流体上均匀设置导电触点和/或栅线，所述锂电池包括一个或多个依次堆叠设置的锂电池电芯单元，两个相邻的锂电池电芯单元之间共用一正负共极集流体，所述多个锂电池电芯单元之间相互串联连接；所述锂电池电芯和电池制备方法通过PVD与涂布工艺，使锂电池电芯各层之间，以及离锂电池中各个锂电池电芯单元之间依次密实堆叠串联设置。本发明上述技术方案中的锂电池电芯或电池，具有工作电压高、充电或放电效率高，使用寿命高，且可大面积制备等。
Description
【技术领域】
本发明涉及锂电池领域，尤其涉及一种锂电池电芯、锂电池及其封装方法。
【背景技术】
锂电池技术由于其能量密度大、循环寿命长、自放电率地等优点，已在消费电子产品领域取得巨大成功，并且被认为是电动交通工具动力电源和大规模能源存储的理想解决方案。
目前，锂电池电芯中基本构成单元一般以并联方式相互连接，电芯中各基本构成单元的并联工作电流通过正、负极层集耳流入/流出。上述连接方法存在工作电压较低，为了提高充电或放电功率，往往需要提高工作电流，大工作电流会导致电冲击导致的电池老化衰减过程加快。此外，电流由面积较小的极耳分布至整个集流体过程中，易于产生不均匀的电流分布和不均匀的热分布，这导致一个平面内各部分电池材料的工作状态不同，电池整体性能下降。若外部用电设备需高电压驱动，则需通过附加的变换电路升压，增加了电源管理系统的复杂性。
【发明内容】
为克服目前锂电池电芯或电池工作电压低，充电或放电功率，集流体电流和热分布和不均匀的问题，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，其包括依次堆叠的第一集流体、负极层、电解质层、正极层、第二集流体以及基底，所述第一集流体和第二集流体远离所述电解质层的面设有集电结构，所述集电结构包括设置于集流体上导电触点，所述导电触点在集流体上均匀分布，定义所述锂电池电芯中第二集流体以及第一集流体远离电解质层的一侧为两相对的端面，所述基底包括依次远离所述锂电池端面的第二基底和第一基底，所述第一集流体和/或第二集流体上固定和/或直接形成所述导电触点，所述第一基底和/或第二基底上设有通孔，所述通孔内填充有连接所述第二集流体或第一集流体的导电触点。
优选地，两端面之间的电芯表面为电芯侧面，所述电解质层侧面与所述锂电池电芯侧面平齐，或部分覆设于所述锂电池电芯的侧面上。
优选地，所述锂电池电芯还包括界面修饰层，所述界面修饰层设置于正极层与电解质层之间，以及负极层与电解质层之间，所述界面修饰层主要包括固态电解质。
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，其包括一个或多个如上述的锂电池电芯组成的锂电池电芯单元，多个所述锂电池电芯单元依次堆叠设置，两个相邻的锂电池电芯单元之间共用一正负共极集流体，所述正负共极集流体一面形成一锂电池电芯单元的正极层，一面形成另一锂电池电芯单元的层负极层，所述多个锂电池之间相互串联连接。
优选地，所述锂电池具有一相对设置的第一集流体和第二集流体，定义所述锂电池中第一集流体和第二集流体远离电解质层的一侧为两相对的端面，两端面之间的锂电池表面为锂电池侧面，所述锂电池还包括一封装结构，所述封装结构包括从靠近锂电池到远离锂电池，依次叠设的阻挡层、阻隔层和保护层，所述封装结构覆设于所述电池侧面，或覆设于锂电池侧面以及锂电池侧面结合处的部分端面上。
优选地，电解质层侧面与所述锂电池侧面平齐，或覆设于所述锂电池的侧面上，所述封装结构覆设于所述电解质层远离锂电池侧面上，或覆设于所述电解质层远离锂电池侧面的表面以及锂电池侧面结合处的部分端面上。
优选地，所述锂电池还包括一基底，所述第二基底为PI薄膜，所述第一基底为玻璃，所述第一基底与所述第二基底以及所述第二基底与所述电池端面之间可分离设置。
本发明为解决上述技术问题提供一技术方案如下：一种锂电池电芯制备方法，其包括：
S11，提供一预制第一集流体，或提供一基底，并在基底上溅射或蒸发沉积一第一集流体；
S12，在第一集流体一表面上蒸镀沉积形成负极层；
S13，在负极层远离所述第一集流体的表面上溅射沉积或涂布形成电解质层；
S14，在电解质层远离所述负极层的表面上溅射沉积或涂布形成正极层；
S15，在正极层远离所述电解质层的表面上溅射或蒸发沉积一第二集流体或热压复合一预制第二集流体；
S16，在所述第二集流体和第一集流体远离所述电解质层的表面形成集电结构。
本发明为解决上述技术问题提供一技术方案如下：一种锂电池制备方法，其包括：
S21，提供一预制第一集流体，或提供一基底，并在基底上溅射或蒸发沉积一第一集流体；
S22，在第一集流体一表面上蒸镀沉积形成负极层；
S23，在负极层远离所述第一集流体的表面上溅射沉积或涂布形成电解质层；
S24，在电解质层远离所述负极层的表面上溅射沉积或涂布形成正极层；
S25，在正极层远离所述电解质层的表面上溅射或蒸发沉积一正负共极极集流体或热压复合一预制正负共极极集流体；
S26，在正负共极集流体远离所述正极层的表面上蒸镀沉积形成第二负极层；
S27，在第二负极层远离所述正负共极集流体的表面上溅射沉积或涂布形成第二电解质层；
S28，在第二电解质层远离所述第二负极层的表面上溅射沉积或涂布形成第二正极层；
S29，重复上述S25-S28直到锂电池中锂电池电芯达到所需最后一正极层；
S21`，在最后一层正极层上所述电解质层的表面上溅射或蒸发沉积一第二集流体或热压复合一预制第二集流体。
优选地，所述锂电池制备方法还包括，
S31，提供一预制第一集流体，或提供一基底，并在基底上溅射或蒸发沉积一第一集流体；
S32，在第一集流体一表面上溅射沉积或涂布形成正极层；
S33，在正极层远离所述第一集流体的表面上溅射沉积或涂布形成电解质层；
S34，在电解质层远离所述正极层的表面上蒸镀沉积形成负极层；
S35，在负极层远离所述电解质层的表面上溅射或蒸发沉积一正负共极极集流体或热压复合一预制正负共极极集流体；
S36，在正负共极集流体远离所述正极层的表面上溅射沉积或涂布形成第二正极层；
S37，在第二正极层远离所述正负共极集流体的表面上溅射沉积或涂布形成第二电解质层；
S38，在第二电解质层远离所述第二正极层的表面上蒸镀沉积形成负极层；
S39，重复上述S35-S38直到锂电池中锂电池电芯达到所需最后一负极层；
S31`，在最后一层负极层上远离所述电解质层的表面上溅射或蒸发沉积一第二集流体或热压复合一预制第二集流体；
S32`，在所述第二集流体和第一集流体远离所述电解质层的表面，形成集电结构；
S33`，提供一预制封装结构，并热压复合于锂电池上，或直接在锂电池上逐层形成封装结构。
相对于现有技术，本发明所提供的锂电池电芯、锂电池及其制备方法，具有如下的有益效果：
本发明所说提供的锂电池电芯，各层之间依次密实堆叠设置，且电芯厚度薄、面积大，进而使单个电芯容量可达2000Wh以上；并且对电芯集流体进行进行优化设计，在集流体上均匀设置导电触点和/或栅网，进而可使大面积电芯中使集流体面内电流分布均一，进而实现了锂电池电芯集流体在高电压下保持低电流密度。相应地，热分布均一，大大减缓了电冲击导致的锂电池电芯的衰减，延长电芯的使用寿命，也使锂电池电芯可达到10C以上充放电。
本发明所述提供的锂电池，通过将多个锂电池电芯进行堆叠设置，并且每相邻的两个锂电池电芯之间共用一正负共极集流体，进而实现多个堆叠串联连接，可是锂电池达到超过1500V的输出电压；同时，各个电芯中各层之间密实堆叠，以及各电芯之间密实堆叠串联连接，使锂电池可实现1200Wh/kg以上的能量密度，单个电芯容量可达2000Wh以上。
进一步的，通过对锂电池的集流体或基底上均匀设置导电触点和/栅线，进而可使大面积锂电池中使集流体面内电流分布均一，进而实现了锂电池集流体在高电压下保持低电流密度。相应地，热分布均一，大大减缓了电冲击导致的电池衰减，延长电芯的使用寿命，大大降低了电源管理的难度，同时，也实现了锂电池10C以上充放电。
本发明所述提供的锂电池电芯的制备方法，通过PVD与高精度涂布工艺，实现了锂电池电芯各层之间依次密实堆叠设置，且锂电池电芯厚度薄、面积大，进而使单个锂电池电芯容量可达2000Wh以上，最后，通过对锂电池电芯的集流体或基底上均匀设置导电触点和/栅线，进而可使大面积锂电池电芯中集流体表面电流分布均一，进而实现了锂电池电芯集流体在高电压下保持低电流密度。相应地，热分布均一，大大减缓了电冲击导致的锂电池电芯衰减，延长锂电池电芯的使用寿命，大大降低了电源管理的难度，同时，也实现了锂电池电芯10C以上充放电。
本发明提供的锂电池的制备方法，通过PVD与高精度涂布工艺，实现了锂电池电芯单元各层之间依次密实堆叠设置，且电芯厚度薄、面积大，进而使单个电芯容量可达2000Wh以上；同时，通过相邻锂电池电芯单元共用一正负共极集流体，进一步使各锂电池电芯单元之间密实堆叠；同时也使各锂电池电芯单元之间无需外部电路，接即可实现串联连接，进而使锂电池具有超过1500V的输出电压，也使锂电池达到1200Wh/kg以上的能量密度。最后，通过对锂电池的集流体或基底上均匀设置导电触点和/栅线，进而可使大面积锂电池中使集流体面内电流分布均一，进而实现了锂电池集流体在高电压下保持低电流密度。相应地，热分布均一，大大减缓了电冲击导致的锂电池衰减，延长锂电池的使用寿命，大大降低了电源管理的难度，同时，也实现了锂电池10C以上充放电。
【附图说明】
图1是本发明锂电池电芯结构示意图。
图2是本发明锂电池电芯集流体集电结构示意图。
图3是本发明图1中锂电池电芯一变形示意图。
图4A是本发明图1中锂电池电芯另一变形示意图。
图4B是本发明图4A中锂电池电芯一变形示意图。
图5A是本发明图1中锂电池电芯另一变形示意图。
图5B是本发明图5A中锂电池电芯另一变形示意图。
图6A是本发明中锂电池结构示意图。
图6B是本发明中锂电池封装结构示意图。
图6C是本发明中图6A中锂电池变形示意图。
图6D是图6C中A部放大示意图。
图7是本发明第三实施例中锂电池结构示意图。
图8是本发明第四实施例中锂电池结构示意图。
图9和图10是本发明第五实施例中锂电池电芯制备方法流程示意图。
图11是本发明第六实施例中锂电池电芯制备方法流程示意图。
图12是本发明第七实施例中锂电池制备方法流程示意图。
图13是本发明第九实施例中锂电池制备方法流程示意图。
【具体实施方式】
为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施实例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1和图2，本发明的第一实施例中，提供了一种锂电池电芯100，所述锂电池电芯100包括依次堆叠的第一集流体101、负极层102、电解质层103、正极层104以及第二集流体105。所述第一集流体101和第二集流体105远离所述电解质层103的面上，设置有集电结构106。所述集电结构106包括设置于集流体上的导电触点1061和/或栅线1062，所述导电触点1061和栅线1062在第一集流体101和第二集流体105上均匀分布。进一步的，所述导电触点1061和栅线1062优选为导电金属材料。
所述第一集流体101和第二集流体105主要包括Cu、Ni、Au、Al或C中任一种或多种；进一步的，所述第二集流体105和第一集流体101优选为Cu或Cu合金。所述集流体可采用溅射、蒸发等物理气相沉积工艺制备，亦可为一预制集流体。所述第一集流体101和第二集流体105的厚度可为200nm-10μm；进一步的，所述第一集流体101和第二集流体105的厚度还可为3μm-10μm；具体地，所述第一集流体101和第二集流体105的厚度可为200nm、500nm、1μm、3μm、5μm、8μm或10μm。
所述负极层102包括金属锂、金属锂与硅、碳或其中之一的复合负极层、硅负极层、硅碳复合负极层、石墨负极层、钛酸锂负极层、碳基负极层中的一中或多种。优选地，金属锂与硅和/或碳的复合负极层。所述负极层102可通过蒸镀工艺制备在第一集流体101的一表面沉积获得，所述负极层102的厚度可为200nm-3μm；进一步的，所述负极层102的厚度还可为500nm-2.5μm；具体地，所述负极层102的厚度可为200nm、500nm、800nm、1μm、1.5μm、2μm、2.5μm或3μm。
所述正极层104包括钴酸锂正极层、氟化铜及其衍生物正极层、氟化碳及其衍生物正极层、磷酸铁锂及其衍生物正极层、尖晶石结构富锂锰基正极层、镍钴锰三元正极层及其衍生物正极层或镍钴铝三元正极层及其衍生物正极层中的一种或几种。所述正极层104可通过溅射工艺或涂布工艺获得。所述正极层104优选为多个紧密排布的大尺寸柱状晶晶体1041，所述正极层104优选为单层紧密排布的柱状晶正极层。
进一步地，所述柱状晶晶体1041沿所述正极层104厚度方向的尺寸1-100μm；优选地，所述正极层104的厚度还可为3-90μm；具体地，所述正极层的厚度可为1μm、2μm、3
μm、4μm、5μm、10μm、50μm、80μm、90μm或100μm。所述正极层104的厚度可为1-100μm；优选地，所述正极层104的厚度还可为5-90μm；具体地，所述正极层104的厚度可为1μm、5μm、10μm、50μm、80μm、90μm或100μm。
所述电解质层103设置于正极层104与负极层102之间，本发明中所述电解质层103优选为固态电解质但不限制于固态电解质。所述电解质层103包括聚合物固态电解质层、陶瓷固态电解质层、聚合物-陶瓷复合固态电解质层或具有聚合物结构特征的无机材料固态电解质层中的一种或几种。所述电解质层103可通过溅射或涂布获得，其厚度为10nm-100μm；进一步地，所述电解质层103的厚度还可为1-90μm；具体地，所述电解质层103的厚度可为10nm、25nm、35nm、50nm、80nm、100nm、200nm、350nm、500nm、800nm、1μm、2μm、5μm、8μm、9μm、10μm、20μm、30μm、50μm或100μm。
请进一步参阅图3，本发明的另一些实施例中，所述电解质层103与所述负极层102，以及与所述正极层104之间还设置有界面修饰层108。所述界面修饰层108主要包括用于优化所述电解质层103与所述负极层102，以及电解质层103与所述正极层104之间的界面性能，降低界面阻抗，促进锂离子传导和抑制界面副反应。
本发明的另一些实施例中，所述锂电池电芯100还包括基底109，所述第一集流体101和/或第二集流体105远离所述电解质层103的一面设置于所述基底109上。所述基底109与所述第一集流体101和第二集流体105可分离设置。
请进一步参阅图4A和图4B，进一步的，所述基底109自靠近所述第一集流体101和第二集流体105到远离的方向依次包括可分离设置的第二基底1092和第一基底1091。所述第一基底1091为硬质基底，优选为玻璃；所述第二基底1092为柔性基底，优选为PI薄膜。同时所述第一基底1091和/或第二基底1092开设有通孔1093，所述通孔1093内填充有导电材料并电连接与所述第一集流体101和第二集流体105；优选的，所述通孔1093中的填充金属导电触点。
请进一步参阅图5A和图5B，在本发明的另一些实施例中，定义所述锂电池电芯100中第二集流体105以及第一集流体101远离电解质层103的一侧为两相对的端面1001，两端面1001之间的为锂电池电芯100的侧面1002。电解质层103的侧面与所述锂电池电芯100的侧面1002平齐，或部分覆设于所述锂电池电芯100的侧面1002上。可以理解，所述锂电池电芯100的侧面1002上，还可覆设一层电解质层103。通过在锂电池电芯100的侧面1002上覆设，只传导锂离子，而不传导电子的电解质层103，进而有效防止锂电池电芯100的正极层104与负极层,以及第二集流体105与第一集流体101之间发生短路，破坏电池结构，威胁使用者人身安全。
请参阅图6A-6B,本发明的第二实施例中，提供了一锂电池10，所述锂电池10包括一个上述实施例中锂电池电芯组成的锂电池电芯100和封装结构19，所述封装结构19覆设于锂电池电芯100的侧面1002上。所述封装结构19从靠近锂电池电芯100到远离锂电池电芯100，依次叠设的阻挡层191、阻隔层192和保护层193。所述阻挡层191为包括LiF、LiCl、PEI、PPSU、PSU或PTEE中的一种或几种，其主要用于抑制锂电池10中锂金属或锂合金中生成锂枝晶生成；所述阻隔层192主要为铝金属薄膜，其主要用于隔绝外界氧气或水分进入锂电池10中，进而破坏锂电池10内锂金属或锂合金；所述保护层193主要包括聚酰胺材料或聚酯材料之一种或几种，其主要用于防止外界机械力损伤锂电池10。
所述封装结构19覆设于所述锂电池电芯100的侧面1002，或覆设于锂电池电芯100的侧面1002和锂电池电芯100的侧面1002结合处的部分端面1001上。可以理解，上述锂电池电芯100的侧面1002即为所述锂电池10的侧面。
所述封装结构19可以逐层形成于锂电池电芯100上；所述封装结构19还可为一预制封装膜，通过热压复合于所述锂电池电芯100上，进而形成所述锂电池10。
本发明的一些实施例中，所述锂电池电芯100的侧面1002上覆设有电解质层103，所述封装结构19覆设与所述电解质层103远离所述锂电池电芯100的面上，进而形成锂电池10。
请参阅图6C和图6D，进一步的，所述锂电池10还包括设置于第二集流体105和/或第一集流体101远离电解质层103的面上的基底17，所述基底17与所述第一集流体101和第二集流体105可分离设置。
进一步的，所述基底17自远离所述第一集流体101和第二集流体105方向依次包括可分离设置的第二基底172和第一基底171。所述第一基底171为硬质基底，优选为玻璃；所述第二基底172为柔性基底，优选为PI薄膜。同时，所述锂电池10可仅包括第二基底172，进而形成柔性锂电池。
进一步的，时所述第一基底171和/或第二基底172开设有通孔173，所述通孔173内填充有导电材料并电连接与所述第一集流体101和第二集流体105；优选的，所述通孔173中的填充金属导电触点。更进一步的，所述基底17面积大于所述锂电池电芯100的第二集流体105或第一集流体101的面积，所述封装结构19覆设于锂电池电芯100的部分基底17上。
请参阅图7，本发明的第三实施例中，提供了一锂电池20，所述锂电池20包括两个上述锂电池电芯100和锂电池电芯单元200。所述锂电池电芯100和锂电池电芯单元200堆叠设置，所述锂电池电芯100和锂电池电芯单元200共用一正负共极集流体25。即所述锂电池电芯100依次堆叠设置有第一集流体101、负极层102、电解质层103、正极层104以及一正负共极集流体25；所述锂电池电芯单元200的负极层202直接形成于，所正负共极集流体25远离所述正极层104的面上，然后再负极层202上依次堆叠设置电解质层203、正极层204和第二集流体205。其中，所述第一集流体101作为锂电池20的第一集流体21；所述第二集流体205作为锂电池20的第二集流体105。可以理解，相互堆叠且共用一正负共极集流体25的锂电池电芯100和锂电池电芯单元200之间为串联连接。
进一步的，定义上述第二集流体205以及第一集流体101远离电解质层103或电解质层203的一侧为锂电池20两相对的端面26，两个端面26之间为锂电池20的侧面27。
所述锂电池20还包括一封装结构29，所述封装结构29覆设于锂电池20的侧面27上。进一步的，所述封装结构29还可覆设于锂电池的侧面27上，或覆设于锂电侧面27，以及锂电侧面27结合处的部分端面26上。
所述封装结构29可以逐层形成于锂电池20上；所述封装结构29还可为一预制封装膜，通过热压复合于所述锂电池20上。
本发明的另一些实施例中，所述锂电池电芯100的侧面1002和锂电池电芯单元200的侧面2002上，覆设有电解质层103和电解质层203，所述封装结构29覆设与所述电解质层103远离所述锂电池电芯100和电解质层203远离所述锂电池电芯单元200的面上，进而形成锂电池20。
进一步地，所述锂电池20包括一基底28，所述基底28设置与所述锂电池20的第二集流体25和/或第一集流体21远离电解质层的面上。所述基底28其他限定与上述实施例中相同，在此不再赘述；本实施例中所述锂电池20其它限定与上述其它实施例中相同，在次不再赘述。
请参阅图8，本发明的第四实施例中，提供了一种锂电池30，所述锂电池30包括多个堆叠设置的锂电池电芯单元300，进一步的，所述锂电池电芯单元的堆叠个数优选为300-400个。其中，每两个锂电池电芯单元300之间共用一正负共极集流体35。可以理解，两个相邻的锂电池电芯单元300之间为串联连接，进而可以理解，所述锂电池30中的多个锂电池电芯单元300之间相互串联连接。此外，对锂电池30还包括封装结构39和基底38，所述封装结构39和基底38与锂电池30之间的设置方式，以及所述锂电池30的其它限定与上述实施例相同，在此不再赘述。
请参阅图9和图10，本发明的第五实施例中，提供了一种锂电池电芯制备方法S10，其主要包括：
S11，提供一预制第一集流体；
S12，在第一集流体一面上形成负极层；
S13，在负极层远离所述第一集流体的表面上形成电解质层；
S14，在电解质层远离所述负极层的表面上形成正极层；
S15，在正极层远离所述电解质层的表面上形成第二集流体；
S16，在所述第一集流体和第二集流体远离所述电解质层的表面形成集电结构。
通过上述S11-S16而获得锂电池电芯。
本发明中上一实施例的另一实施方式中，所述锂电池电芯制备方法S10，所述步骤S11还包括为：
S11a，提供一预制基底，在所述基底的表面上形成第一集流体；
通过上述S11a-S16而获得锂电池电芯。
本发明上一实施例中的一具体实施方式中，所述锂电池电芯制备方法S10，其包括：
S11b，提供一预制基底，所述基底包括第一玻璃基底和第二PI基底，所述第二及PI基底远离所述第一玻璃基底的表面上溅射或蒸发沉积一第一集流体或热压复合一预制第一集流体；
S12b，在第一集流体远离所述第二PI基底的表面上蒸镀沉积形成负极层；
S13b，在负极层远离所述第一集流体的表面上溅射沉积或涂布形成电解质层；
S14b，在电解质层远离所述负极层的表面上沉积或涂布形成正极层；
S15b，在正极层远离所述电解质层的表面上溅射或蒸发沉积一第二集流体或热压复合一预制第二集流体，进而获得单个锂电池电芯；
S16b，在所述第二集流体和第一集流体远离所述电解质层的表面，通过涂布、丝网印刷或焊接形成集电结构。
本发明的上一实施例的另一实施方式中，所述锂电池电芯制备方法S10，还可为：
S11c，提供一预制基底，所述基底包括第一玻璃基底和第二PI基底，所述第二及PI基底远离所述第一玻璃基底的表面上溅射或蒸发沉积一第一集流体或热压复合一预制第一集流体；
S12c，在第一集流体远离所述第二PI基底的表面上沉积或涂布形成正极层；
S13c，在正极层远离所述第一集流体的表面上溅射沉积或涂布形成电解质层；
S14c，在电解质层远离所述正极层的表面上蒸镀形成负极层；
S15c，在负极层远离所述电解质层的表面上溅射或蒸发沉积一第二集流体或热压复合一预制第二集流体，进而获得单个锂电池电芯；
S16c，在所述第一集流体和第二集流体远离所述电解质层的表面，通过涂布、丝网印刷或焊接形成集电结构。
本发明上述实施例中的另一实施方式中，所述锂电池电芯制备方法S10，还包括：
S17，在基底上均匀开设贯穿基底的通孔，以使基底上第二集流体或第一集流体在通孔处的裸露；
S18，在所述通孔内填充导电材料，形成所述导电触点，并使所述导电触点固定于所述第二集流体或第一集流体上；同时在无基底的一端第一集流体或第二集流体上直接形成导电触点和/或栅线。
本发明的上述实施方式的另一些实施方式中，所述锂电池电芯制备方法S10，还可包括：
S17a，将所述基底从所述第二集流体或第一集流体上剥离。
所述本发明上述实施例的另一实施方式中，所述锂电池电芯制备方法S10，还可包括：
S19，在锂电池电芯的侧面溅射沉积或涂布形成侧封电解质层。
请参阅图11，本发明的第六实施例，提供了一种锂电池制备方法S20，主要包括：
S21，提供一预制第一集流体；
S22，在第一集流体一面上形成负极层；
S23，在负极层远离所述第一集流体的表面上形成电解质层；
S24，在电解质层远离所述负极层的表面上形成正极层；
S25，在正极层远离所述电解质层的表面上形成第二集流体；
S26，在所述第一集流体和第二集流体远离所述电解质层的表面形成集电结构，进而获得单个锂电池电芯单元。
S27，封装所述锂电池电芯单元，形成锂电池。
本实用上一实施例的另一实施方式中，所述锂电池制备方法S20，主要包括：
S21a，提供一预制第一集流体；
S22a，在第一集流体一面上形成正极层；
S23a，在正极层远离所述第一集流体的表面上形成电解质层；
S24a，在电解质层远离所述正极层的表面上形成负极层；
S25a，在负极层远离所述电解质层的表面上形成第二集流体；
S26a，在所述第一集流体和第二集流体远离所述电解质层的表面形成集电结构，进而获得单个锂电池电芯单元。
S27a，封装所述锂电池电芯单元，形成锂电池。
本发明上述实施例的一些具体实施例中，所述锂电池制备方法S20，主要包括：
S21b，提供一预制基底，所述基底包括第一玻璃基底和第二PI基底，所述第二及PI基底远离所述第一玻璃基底的表面上溅射或蒸发沉积一第一集流体或热压复合一预制第一集流体；
S22b，在第一集流体远离所述第二PI基底的表面上蒸镀沉积形成负极层；
S23b，在负极层远离所述第一集流体的表面上溅射沉积或涂布形成电解质层；
S24b，在电解质层远离所述负极层的表面上溅射沉积或涂布形成正极层；
S25b，在正极层远离所述电解质层的表面上溅射或蒸发沉积一第二集流体或热压复合一预制第二集流体；
S26b，在所述第一集流体和第二集流体远离所述电解质层的表面，通过涂布、丝网印刷或焊接形成集电结构。
S27b，提供一预制封装结构，并热压复合于所述锂电池电芯单元上，或直接在锂电池电芯上逐层沉积或热压复合形成封装结构。
本发明的上一实施例的另一些实施方式中，所述S27c还可为：
S27c，提供一预制封装结构，并热压复合于所述锂电池电芯单元侧面以及与侧面结合处的部分端面上，或直接在锂电池电芯单元侧面以及与侧面结合处的部分端面上逐层沉积或热压复合形成封装结构。
本发明的上述实施例的另一些实施方式中，所述锂电池制备方法S20，还包括：
S28，在基底上均匀开设贯穿基底的通孔，以使通孔处的第二集流体或第一集流体裸露；
S29，在所述通孔内填充导电材料，形成所述导电触点，并使所述导电触点固定于所述第二集流体或第一集流体上；在另一端第一集流体或第二集流体上直接形成导电触点和/或栅线。
本发明的上述实施例的另一些实施方式中，所述锂电池制备方法S20，还包括：
S28a，将所述第一玻璃基底从第二PI基底上玻璃下来，以获得柔性锂电池；在所述第二PI基底上均匀开设贯穿第二PI基底的通孔，以使通孔处的第一集流体或第二集流体裸露；
S29a，在所述通孔内填充导电材料，形成所述导电触点，并使所述导电触点固定于所述第二集流体或第一集流体上；在另一端第一集流体或第二集流体上直接形成导电触点和/或栅线。
本发明的上述实施例的另一些实施方式中，所述锂电池制备方法S20，还包括：
S28b，将所述第一玻璃基底和第二PI基底从所述第二集流体和/或第一集流体上剥离下来，形成无基底锂电池。
S29b，在第一集流体或第二集流体上直接形成导电触点和/或栅线。
请参阅图12，本发明的第八实施例中，提供一种锂电池的制备方法S30，其主要包括：
S31，提供一预制第一集流体，以作为锂电池的第一集流体；
S32，在第一集流体一面上形成负极层；
S33，在负极层远离所述第一集流体的表面上形成电解质层；
S34，在电解质层远离所述负极层的表面上形成正极层；
S35，在正极层远离所述电解质层的表面上形成正负共极集流体，进而获得单个锂电池电芯；
S36，在所述正负共极集流体远离所述正极层的表面上形成负极层，并重复S33-S34；
S37，在正极层远离所述电解质层的表面上形成第二集流体，以作为锂电池的第二集流体；
S38，在所述第一集流体和第二集流体远离所述电解质层的表面，形成集电结构。
S39，对上述堆叠设置和共用集流体的两个锂电池电芯单元进行封装，进而获得两个堆叠串联的锂电池电芯单元的锂电池。
本发明的上述实施例的一具体实施例中，所述锂电池制备方法S30包括：
S31b，提供一预制基底，所述基底包括第一玻璃基底和第二PI基底，所述第二及PI基底远离所述第一玻璃基底的表面上溅射或蒸发沉积一第一集流体或热压复合一预制第一集流体；
S32b，在第一集流体远离所述第二PI基底的表面上蒸镀沉积形成负极层；
S33b，在负极层远离所述第一集流体的表面上溅射沉积或涂布形成电解质层；
S34b，在电解质层远离所述负极层的表面上溅射沉积或涂布形成正极层；
S35b，在正极层远离所述电解质层的表面上溅射或蒸发沉积一第二集流体或热压复合一预制正负共极集流体，进而获得单个锂电池电芯单元；
S36b，在正负共极集流体远离所述正极层的表面上蒸镀沉积形成负极层，并重复S33b-S34b，直至获得锂电池所需的锂电池电芯单元数；
S37b，在正极层远离所述电解质层的表面上形成第二集流体，以作为锂电池的第二集流体；
S38b，在所述第一集流体和第二集流体远离所述电解质层的表面，形成集电结构。
S38b，提供一预制封装结构，并热压复合于所述堆叠设置的锂电池电芯单元侧面以及与侧面结合处的部分端面上，或直接在堆叠设置的锂电池电芯单元侧面以及与侧面结合处的部分端面上逐层沉积或热压复合形成封装结构。
本发明的上述实施例的另一些实施方式中，所述S33b，在负极层远离所述第一集流体的表面上溅射沉积或涂布形成电解质层时，电解质层覆盖所述S31b和S32b中的第一集流体和负极层的侧面；重复S33b时，所述电解质层会将上一电解质层之后形成的的各层侧面进行覆盖。
可以理解，所述锂电池的的侧面覆设一电解质层。进一步的，所述S38b在对对个堆叠设置的锂电池电芯单元进行封装时，所述封装结构设置于所述电解质层远离所述锂电池电芯单元的面上。本实施例中锂电池的制备方法S30的其它限定，与上述实施例中的而相同，在此不再赘述。
请参阅图13，本发明的第九实施例中，提供了一种锂电池的制备方法S40，其包括：
S41，提供一预制基底，所述基底包括第一玻璃基底和第二PI基底，所述第二及PI基底远离所述第一玻璃基底的表面上溅射或蒸发沉积一第一集流体或热压复合一预制第一集流体；
S42，在第一集流体远离所述第二PI基底的表面上蒸镀沉积形成负极层；
S43，在负极层远离所述第一集流体的表面上溅射沉积或涂布形成电解质层；
S44，在电解质层远离所述负极层的表面上溅射沉积或涂布形成正极层；
S45，在正极层远离所述电解质层的表面上溅射或蒸发沉积一正负共极集流体或热压复合一预制正负共极集流体；
S46，在正负共极集流体远离所述正极层的表面上蒸镀沉积形成负极层；
S47，依次重复S45、S46、S43和S44，直至达到锂电池所述的锂电池电芯单元数量；
S48，在最后一个锂电池电芯单元的正极层远离电解质层的表面上溅射或蒸发沉积一第二集流体或热压复合一预制第二集流体，一做为锂电池的第二集流体；
S49，在所述第二集流体和第一集流体远离所述电解质层的表面，形成集电结构；
S41`，提供一预制封装结构，并热压复合于多个堆叠设置的锂电池电芯单元侧面以及与侧面结合处的部分端面上，或直接在多个堆叠设置的锂电池电芯单元侧面以及与侧面结合处的部分端面上逐层沉积或热压复合形成封装结构。
本发明上一实施例的另一实施方式中，所述锂电池制备方法S30包括：
S31c，提供一预制第一集流体，或提供一基底，并在基底上溅射或蒸发沉积一第一集流体；
S32c，在第一集流体一表面上溅射沉积或涂布形成正极层；
S33c，在正极层远离所述第一集流体的表面上溅射沉积或涂布形成电解质层；
S34c，在电解质层远离所述正极层的表面上蒸镀沉积形成负极层；
S35c，在负极层远离所述电解质层的表面上溅射或蒸发沉积一正负共极极集流体或热压复合一预制正负共极极集流体；
S36c，在正负共极集流体远离所述正极层的表面上溅射沉积或涂布形成第二正极层；
S37c，在第二正极层远离所述正负共极集流体的表面上溅射沉积或涂布形成第二电解质层；
S38c，在第二电解质层远离所述第二正极层的表面上蒸镀沉积形成负极层；
S39c，重复上述S35c-S38c直到锂电池中锂电池电芯达到所需最后一负极层；
S31c`，在最后一层负极层上远离所述电解质层的表面上溅射或蒸发沉积一第二集流体或热压复合一预制第二集流体；
S32c`，在所述第二集流体和第一集流体远离所述电解质层的表面，形成集电结构；
S33c`，提供一预制封装结构，并热压复合于锂电池上，或直接在锂电池上逐层形成封装结构。
通过上述步骤获得多个锂电池电芯单元的锂电池，并且多个锂电池电芯单元之间堆叠串联连接。本实施例中对锂电池的制备方法S40的其它限定与上述实施例中相同，在此不再赘述。
与现有技术相比，本发明所提供的锂电池电芯、锂电池及其制备方法，具有如下的有益效果：
本发明所说提供的锂电池电芯，各层之间依次密实堆叠设置，且电芯厚度薄、面积大，进而使单个电芯容量可达2000Wh以上；并且对电芯集流体进行进行优化设计，在集流体上均匀设置导电触点和/或栅网，进而可使大面积电芯中使集流体面内电流分布均一，进而实现了锂电池电芯集流体在高电压下保持低电流密度。相应地，热分布均一，大大减缓了电冲击导致的锂电池电芯的衰减，延长电芯的使用寿命，也使锂电池电芯可达到10C以上充放电。
本发明所述提供的锂电池，通过将多个锂电池电芯进行堆叠设置，并且每相邻的两个锂电池电芯之间共用一正负共极集流体，进而实现多个堆叠串联连接，可是锂电池达到超过1500V的输出电压；同时，各个电芯中各层之间密实堆叠，以及各电芯之间密实堆叠串联连接，使锂电池可实现1200Wh/kg以上的能量密度，单个电芯容量可达2000Wh以上。
进一步的，通过对锂电池的集流体或基底上均匀设置导电触点和/栅线，进而可使大面积锂电池中使集流体面内电流分布均一，进而实现了锂电池集流体在高电压下保持低电流密度。相应地，热分布均一，大大减缓了电冲击导致的电池衰减，延长电芯的使用寿命，大大降低了电源管理的难度，同时，也实现了锂电池10C以上充放电。
本发明所述提供的锂电池电芯的制备方法，通过PVD与高精度涂布工艺，实现了锂电池电芯各层之间依次密实堆叠设置，且锂电池电芯厚度薄、面积大，进而使单个锂电池电芯容量可达2000Wh以上，最后，通过对锂电池电芯的集流体或基底上均匀设置导电触点和/栅线，进而可使大面积锂电池电芯中集流体表面电流分布均一，进而实现了锂电池电芯集流体在高电压下保持低电流密度。相应地，热分布均一，大大减缓了电冲击导致的锂电池电芯衰减，延长锂电池电芯的使用寿命，大大降低了电源管理的难度，同时，也实现了锂电池电芯10C以上充放电。
本发明提供的锂电池的制备方法，通过PVD与高精度涂布工艺，实现了锂电池电芯单元各层之间依次密实堆叠设置，且电芯厚度薄、面积大，进而使单个电芯容量可达2000Wh以上；同时，通过相邻锂电池电芯单元共用一正负共极集流体，进一步使各锂电池电芯单元之间密实堆叠；同时也使各锂电池电芯单元之间无需外部电路，接即可实现串联连接，进而使锂电池具有超过1500V的输出电压，也使锂电池达到1200Wh/kg以上的能量密度。最后，通过对锂电池的集流体或基底上均匀设置导电触点和/栅线，进而可使大面积锂电池中使集流体面内电流分布均一，进而实现了锂电池集流体在高电压下保持低电流密度。相应地，热分布均一，大大减缓了电冲击导致的锂电池衰减，延长锂电池的使用寿命，大大降低了电源管理的难度，同时，也实现了锂电池10C以上充放电。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的原则之内所作的任何修改，等同替换和改进等均应包含本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种锂电池电芯，其特征在于：包括依次堆叠的第一集流体、负极层、电解质层、正极层、第二集流体以及基底，所述第一集流体和第二集流体远离所述电解质层的面设有集电结构，所述集电结构包括设置于集流体上导电触点，所述导电触点在集流体上均匀分布，定义所述锂电池电芯中第二集流体以及第一集流体远离电解质层的一侧为两相对的端面，所述基底包括依次远离所述锂电池端面的第二基底和第一基底，所述第一集流体和/或第二集流体上固定和/或直接形成所述导电触点，所述第一基底和/或第二基底上设有通孔，所述通孔内填充有连接所述第二集流体或第一集流体的导电触点。
2.如权利要求1所述的锂电池电芯，其特征在于：两端面之间的电芯表面为电芯侧面，所述电解质层侧面与所述锂电池电芯侧面平齐，或部分覆设于所述锂电池电芯的侧面上。
3.如权利要求2所述的锂电池电芯，其特征在于：所述锂电池电芯还包括界面修饰层，所述界面修饰层设置于正极层与电解质层之间，以及负极层与电解质层之间，所述界面修饰层主要包括固态电解质。
4.一种锂电池，其特征在于：包括一个或多个如权利要求1-3任一项所述的锂电池电芯组成的锂电池电芯单元，多个所述锂电池电芯单元依次堆叠设置，两个相邻的锂电池电芯单元之间共用一正负共极集流体，所述正负共极集流体一面形成一锂电池电芯单元的正极层，一面形成另一锂电池电芯单元的层负极层，所述多个锂电池之间相互串联连接。
5.如权利要求4所述的锂电池，其特征在于：所述锂电池具有一相对设置的第一集流体和第二集流体，定义所述锂电池中第一集流体和第二集流体远离电解质层的一侧为两相对的端面，两端面之间的锂电池表面为锂电池侧面，所述锂电池还包括一封装结构，所述封装结构包括从靠近锂电池到远离锂电池，依次叠设的阻挡层、阻隔层和保护层，所述封装结构覆设于所述电池侧面，或覆设于锂电池侧面以及锂电池侧面结合处的部分端面上。
6.如权利要求5所述的锂电池，其特征在于：电解质层侧面与所述锂电池侧面平齐，或覆设于所述锂电池的侧面上，所述封装结构覆设于所述电解质层远离锂电池侧面上，或覆设于所述电解质层远离锂电池侧面的表面以及锂电池侧面结合处的部分端面上。
7.如权利要求4所述的锂电池，其特征在于：所述第二基底为PI薄膜，所述第一基底为玻璃，所述第一基底与所述第二基底以及所述第二基底与所述电池端面之间可分离设置。
8.一种锂电芯制备方法，用于制备权利要求1-3任一项所述的锂电池电芯，其特征在于包括：
S11，提供一预制第一集流体，或提供一基底，并在基底上溅射或蒸发沉积一第一集流体；
S12，在第一集流体一表面上蒸镀沉积形成负极层；
S13，在负极层远离所述第一集流体的表面上溅射沉积或涂布形成电解质层；
S14，在电解质层远离所述负极层的表面上溅射沉积或涂布形成正极层；
S15，在正极层远离所述电解质层的表面上溅射或蒸发沉积一第二集流体或热压复合一预制第二集流体；
S16，在所述第二集流体和第一集流体远离所述电解质层的表面形成集电结构。
9.一种锂电池制备方法，用于制备一种锂电池，所述锂电池包括一个或多个如权利要求1-3任一项所述的锂电池电芯组成的锂电池电芯单元，其特征在于包括：
S21，提供一预制第一集流体，或提供一基底，并在基底上溅射或蒸发沉积一第一集流体；
S22，在第一集流体一表面上蒸镀沉积形成负极层；
S23，在负极层远离所述第一集流体的表面上溅射沉积或涂布形成电解质层；
S24，在电解质层远离所述负极层的表面上溅射沉积或涂布形成正极层；
S25，在正极层远离所述电解质层的表面上溅射或蒸发沉积一正负共极极集流体或热压复合一预制正负共极极集流体；
S26，在正负共极集流体远离所述正极层的表面上蒸镀沉积形成第二负极层；
S27，在第二负极层远离所述正负共极集流体的表面上溅射沉积或涂布形成第二电解质层；
S28，在第二电解质层远离所述第二负极层的表面上溅射沉积或涂布形成第二正极层；
S29，重复上述S25-S28直到锂电池中锂电池电芯达到所需最后一正极层；
S21`，在最后一层正极层上所述电解质层的表面上溅射或蒸发沉积一第二集流体或热压复合一预制第二集流体；
S22`，在所述第二集流体和第一集流体远离所述电解质层的表面，形成集电结构；
S23`，提供一预制封装结构，并热压复合于锂电池上，或直接在锂电池上逐层形成封装结构。
10.如权利要求9所述锂电池制备方法，其特征在于：所述锂电池制备方法还包括，
S 31，提供一预制第一集流体，或提供一基底，并在基底上溅射或蒸发沉积一第一集流体；
S 32，在第一集流体一表面上溅射沉积或涂布形成正极层；
S 33，在正极层远离所述第一集流体的表面上溅射沉积或涂布形成电解质层；
S 34，在电解质层远离所述正极层的表面上蒸镀沉积形成负极层；
S 35，在负极层远离所述电解质层的表面上溅射或蒸发沉积一正负共极极集流体或热压复合一预制正负共极极集流体；
S 36，在正负共极集流体远离所述正极层的表面上溅射沉积或涂布形成第二正极层；
S 37，在第二正极层远离所述正负共极集流体的表面上溅射沉积或涂布形成第二电解质层；
S 38，在第二电解质层远离所述第二正极层的表面上蒸镀沉积形成负极层；
S 39，重复上述S 35-S 38直到锂电池中锂电池电芯达到所需最后一负极层；
S 31`，在最后一层负极层上远离所述电解质层的表面上溅射或蒸发沉积一第二集流体或热压复合一预制第二集流体；
S 32`，在所述第二集流体和第一集流体远离所述电解质层的表面，形成集电结构；
S 33`，提供一预制封装结构，并热压复合于锂电池上，或直接在锂电池上逐层形成封装结构。
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