无烯烃隔板的锂离子电池制造技术

本公开内容的实施方式一般地涉及隔板、包括上述隔板的诸如电池及电容器之类的高性能电化学装置、及用于制造该隔板及装置的方法。一个实施方式中，提供一种形成用于电池的隔板的方法。该方法包括，将金属材料暴露于蒸发工艺，该金属材料待沉积于定位在处理区域中的电极结构的表面上。该方法进一步包括将反应性气体流进该处理区域。该方法进一步包括使该反应性气体与该蒸发的金属材料反应，以在该电极结构的该表面上沉积陶瓷隔板层。构的该表面上沉积陶瓷隔板层。构的该表面上沉积陶瓷隔板层。

【技术实现步骤摘要】
无烯烃隔板的锂离子电池
[0001]本申请是申请日为2018年07月17日申请的申请号为201880065997.5，并且专利技术名称为“无烯烃隔板的锂离子电池”的专利技术专利申请的分案申请。


[0002]本公开内容的实施方式一般地涉及隔板、包括所述隔板的诸如电池及电容器之类的高性能电化学装置、及用于制造该隔板及装置的方法。

技术介绍

[0003]快速充电、高容量的能量储存装置、诸如电容器及锂离子(Li
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ion)电池，用在愈来愈多应用中，包括可携式电子装置、医药、输送、并网大型能量储存装置、可再生能量储存装置、及不断电电源(UPS)。
[0004]锂离子电池一般包括阳极电极、阴极电极、以及定位在该阳极电极与该阴极电极之间的隔板。该隔板是电绝缘体，提供阴极电极与阳极电极之间的实体分离与电分离。该隔板一般是由微孔聚乙烯与聚烯烃制成。电化学反应(即充电及放电)期间，锂离子在两个电极之间经由电解质(electrolyte)输送穿过隔板中的孔。因此，期望有高孔隙度以增加离子传导性。然而，当循环期间形成的锂枝晶(lithiumdendrites)在电极之间产生短路时，一些高孔隙度的隔板容易遭受电短路。
[0005]目前，电池单元(batterycell)的制造商购买隔板，然后在分开的工艺中将隔板与阳极电极及阴极电极层叠在一起。其他隔板一般是通过下述方式制作：湿式或干式挤出聚合物然后拉伸而在聚合物中产生孔洞(撕裂部)。隔板也是锂离子电池中最昂贵的部件之一，且占了电池单元的材料成本超过20％。
[0006]对于多数能量储存应用而言，能量储存装置的充电时间与容量是重要的参数。此外，此能量储存装置的尺寸、重量、和/或花费可为重要的限制。使用目前可得的隔板有许多缺点。也就是，此类可得的材料限制由此材料建构的电极的最小尺寸，遭受电短路，涉及复杂制作方法及昂贵的材料。再者，目前的隔板设计经常遭受锂枝晶生长，而可能导致短路的电路。
[0007]因此，此技术中需要更快充电、更高容量的能量储存装置，且该装置有更小、更轻、且能够更节省成本地制造的隔板。

技术实现思路

[0008]本公开内容的实施方式一般地涉及隔板、包括前述隔板的诸如电池及电容器之类的高性能电化学装置、及用于制造该隔板及装置的方法。一个实施方式中，提供一种形成用于电池的隔板的方法。该方法包括，将金属材料暴露于蒸发工艺，该金属材料待沉积于处理区域中定位的电极结构的表面上。该方法进一步包括使反应性气体流入该处理区域中。该方法进一步包括使该反应性气体与蒸发的金属材料反应，以在该电极结构的该表面上沉积陶瓷隔板层。
[0009]另一实施方式中，提供一种形成电池的方法。该方法包括：在正极结构的表面上沉积陶瓷隔板层。该陶瓷隔板层通过下述方式沉积于该正极结构的该表面上：将待沉积于该正极结构的该表面上的金属材料暴露于蒸发工艺；使反应性气体流入该处理区域中；及使该反应性气体与蒸发的金属材料反应，以沉积该陶瓷隔板层。用该陶瓷隔板层将该正极结构与负极结构接合，该陶瓷隔板层介于该负极结构与该正极结构之间。
[0010]又一另外的实施方式中，提供一种形成电池的方法。该方法包括：在负极结构的表面上沉积陶瓷隔板层。该陶瓷隔板层通过下述方式沉积于该负极结构的该表面上：将待沉积于该负极结构的该表面上的金属材料暴露于蒸发工艺；使反应性气体流入该处理区域中；及使该反应性气体与蒸发的金属材料反应，以在该负极结构上沉积该陶瓷隔板层。用该陶瓷隔板层将该负极结构与正极结构接合，该陶瓷隔板层介于该负极结构与该正极结构之间。
[0011]又一另外的实施方式中，提供一种形成电池的方法。该方法包括：在正极结构的表面上沉积第一陶瓷隔板层。该陶瓷隔板层通过下述方式沉积于该正极结构的表面上：将待沉积于该正极结构的该表面上的金属材料暴露于蒸发工艺；使反应性气体流入该处理区域中；及使该反应性气体与蒸发的金属材料反应，以沉积该陶瓷隔板层。该方法进一步包括，在负极结构的表面上沉积第二陶瓷隔板层。该第二陶瓷隔板层通过下述方式沉积于该负极结构的该表面上：将待沉积于该负极结构的该表面上的金属材料暴露于蒸发工艺；使反应性气体流入该处理区域中；及使该反应性气体与蒸发的该金属材料反应，以在该负极结构上沉积该第二陶瓷隔板层。将该负极结构与正极结构接合在一起，以形成该电池。
[0012]又一另外的实施方式中，提供一种形成用于电池的隔板的方法。该方法包括：将金属材料暴露于蒸发工艺，该金属材料待沉积于定位在处理区域中的电极结构的表面上。该方法进一步包括：使反应性气体流入该处理区域中。该方法进一步包括：使该反应性气体与蒸发的金属材料反应，以在该电极结构的该表面上沉积陶瓷隔板层。使该反应性气体流入该处理区域中包括：使潮湿的氧气流入该处理区域中。
[0013]又一另外的实施方式中，提供一种形成电池的方法。该方法包括：在负极结构的表面上沉积陶瓷隔板层。沉积该陶瓷隔板层进一步包括：将金属材料暴露于蒸发工艺，该金属材料待沉积于定位在处理区域中的负极结构的表面上。沉积该陶瓷隔板层进一步包括：使反应性气体流入该处理区域中。沉积该陶瓷隔板层进一步包括：使该反应性气体与蒸发的金属材料反应，而在该负极结构的该表面上沉积该陶瓷隔板层，其中使反应性气体流入该处理区域中包括：使潮湿的氧气流进该处理区域中。该方法进一步包括：用该陶瓷隔板层将该负极结构与正极结构接合，该陶瓷隔板层介于该负极结构与该正极结构之间。
[0014]又一另外的实施方式中，提供一种形成电池的方法。该方法包括：在正极结构的表面上沉积陶瓷隔板层。沉积该陶瓷隔板层包括：将金属材料暴露于蒸发工艺，该金属材料待沉积于定位在处理区域中的正极结构的表面上。沉积该陶瓷隔板层进一步包括：使反应性气体流入该处理区域中。沉积该陶瓷隔板层进一步包括：使该反应性气体与蒸发的金属材料反应，以在该正极结构的该表面上沉积该陶瓷隔板层。使该反应性气体流入该处理区域中包括：使潮湿的氧气流进该处理区域中。该方法进一步包括：用该陶瓷隔板层将该正极结构与负极结构接合，该陶瓷隔板层介于该负极结构与该正极结构之间。
附图说明
[0015]以上简要概述的本公开内容的上述特征能够被详细理解的方式、以及本公开内容的更详细描述，可通过参照实施方式获得，一些实施方式绘示于附图中。然而，应注意，附图仅绘示本公开内容的典型实施方式，因而不应被视为对本公开内容的范围的限制，因为本公开内容可容许其他等同有效实施方式。
[0016]图1图示根据本文所述的一或多个实施方式而形成的单元结构的一个实施方式的截面图；
[0017]图2图示根据本文所述的一或多个实施方式而形成的单元结构的另一实施方式的截面图；
[0018]图3图示根据本文所述的一或多个实施方式而形成的单元结构的又一另外的实施方式的截面图；
[0019]图4图示根据本文所述的一或多个实施方式而形成的单元结构的又一另外的实施方式的截面图；
[0020]图5图示根据本文所述的一或多个实施方式概述了形成单元结构本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种形成电极结构的方法，包括：将金属材料暴露于蒸发工艺以形成蒸发的金属材料，所述金属材料待沉积于定位在处理区域中的负极结构上形成的锂金属层的表面上方；使反应性气体流入所述处理区域中，包括：使氧暴露于水蒸气以形成潮湿的氧气；及将所述潮湿的氧气引入所述处理区域；及使所述反应性气体与所述蒸发的金属材料反应，以在所述锂金属层的所述表面上沉积陶瓷层。2.如权利要求1所述的方法，其中所述金属材料选自由下列材料组成的群组：铝(Al)、银(Ag)、铬(Cr)、铜(Cu)、铟(In)、铁(Fe)、镁(Mg)、镍(Ni)、锡(Sn)、镱(Yb)、或前述材料的组合。3.如权利要求1所述的方法，其中所述陶瓷层是氢氧化铝氧化物层。4.如权利要求1所述的方法，其中所述蒸发工艺是热蒸发工艺或电子束蒸发工艺。5.如权利要求1所述的方法，其中所述蒸发工艺包括：将所述金属材料暴露于介于1300摄氏度与1600摄氏度之间的温度。6.如权利要求1所述的方法，其中所述陶瓷层是无粘结剂的陶瓷层。7.如权利要求1所述的方法，其中所述陶瓷层具有范围为1纳米至3000纳米的厚度。8.如权利要求7所述的方法，其中所述陶瓷层具有范围为10纳米至500纳米的厚度。9.如权利要求1所述的方法，其中所述陶瓷层包括水铝石。10.如权利要求1所述的方法，其中所述负极结构由石墨或含硅的石墨建造。11.如权利要求1所述的方法，进一步包括：在所述陶瓷层上沉积凝胶聚合物层。12.如权利要求11所述的方法，其中所述凝胶聚合物层选自聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚环氧乙烷(PEO)、聚丙烯腈(PAN)、羧甲基纤维素(CMC)、苯乙烯
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丁二烯橡胶(SBR)、或前述聚合物的组合。13.如权利要求1所述的方法，其中在暴露所述金属材料之前，所述锂金属层具有形成在其上的保护...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏布拉曼亚，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：