[发明专利]混杂薄膜电池组

说明书

相关申请

本申请根据35 U.S.C.§119要求于2005年11月17日提交的美国专利申 请序列第60/737,613号，于2006年1月17日提交的美国专利申请序列第 60/759,479号和于2006年3月16日提交的美国专利申请序列第60/782,792号 的优先权；并且该申请是部分继续申请，根据35 U.S.C.§120要求于2005年8 月23日提交的题为“具有受阻挡层保护的基板的电化学设备(Electrochemical Apparatus with Barrier Layer Protected Substrate)”的美国专利申请序列第 11/209,536号的优先权(该申请是继续申请)，并根据35 U.S.C.§120要求于2005 年6月15日提交的题为″具有受阻挡层保护的基板的电化学设备 (Electrochemical Apparatus with Barrier Layer Protected Substrate)″的美国专利 申请序列第11/374,282号的优先权(该申请由美国临时申请序列第60/690,697 号经过119(e)修改得到，该申请是部分继续申请)，还根据35 U.S.C.§120要求 于2002年8月9日提交的题为″用于包封和端接电子器件的方法和设备 (Methods of and device for encapsulation and termination of electronic devices)″的 美国专利申请序列第10/215,190号的优先权(于2005年7月12日授权为美国 专利第6,916,679号)，这些专利文献的内容都通过参考全文结合于此。

发明领域

本发明的领域涉及电化学设备及其制造方法，尤其涉及固态薄膜二次 (secondary)和一次(primary)电化学设备(包括电池组)的组成、沉积和制造方法。

背景

厚型正阴极(positive cathode)有利于产生高能薄膜电池组。厚型正阴极可 以明显提高每单位面积活性阴极物质的量。不幸的是，使用典型的真空气相方 法生成这类阴极会遇到很多麻烦。

使用典型的真空气相方法制得的阴极具有许多局限性。例如，真空气相沉 积的材料通常如图1所示以圆柱的形式生长。该图是截面图，示意性地显示了 通过真空气相沉积方法生长的电化学设备的正阴极层的三个微观柱体。随着在 沉积过程中柱体生长，这些柱体的基底保持固定在基板表面上，在柱体的高度 生长时，这些基底的截面积实际上保持不变。随着柱体的高度增加，纵横比(柱 高度/柱宽度)增加，由这些柱体组成的阴极膜和整个设备变得在机械意义上不 稳定，通常在纵横比为15附近。因此，对于用真空沉积方法生长的柱体的高 度以及厚度有限制。对于高度的限制直接对应于使用真空气相沉积方法能产生 的阴极的厚度以及每单位面积电化学设备的能量。此外，使用真空气相方法时， 厚型阴极的生长需要花费较长的时间，因此非常昂贵。例如，以真空气相沉积 方法生长的厚度大于约3微米的LiCoO₂正阴极由于沉积时间较长而过份昂贵。

因此，需要一类电化学设备，该电化学设备的阴极可以较厚且可靠的方式 生产，并且该阴极的生产迅速且花费低。此外，希望使用许多众所周知的非气 相沉积技术和方法中的任何方法实现这些要求，这些非气相沉积技术例如浆料 涂布、迈耶(Meyer)棒涂布、直接(direct)和逆转(reverse)辊涂、刮涂、旋涂、电 泳沉积、溶胶-凝胶沉积、喷涂、浸涂和喷墨印刷等。

沉积较厚的阴极以提高电化学设备每单位面积的能量，结果增加了设备的 总厚度。因为毫米、微米或纳米级设备总厚度的增加通常是不希望发生的，因 此设备制造者必须研究如何补偿或弥补这种厚度增加的措施。通常可行且适宜 的方法是最大程度地减小电化学设备中所有不提供能量的部件的厚度和体积。

诸多措施中的一种是减少电化学设备的不提供能量的包装物。封装物和基 板是包装物固有的通常较大的组成部分。