[发明专利]能量储存装置中的三维含铜电极的固态电解质界面所用的钝化膜

说明书

背景

技术领域

本发明实施例大致关于锂-离子电池，更明确地关于利用形成三维结构的薄膜沉积处理制造上述电池的系统与方法。

相关技术描述

快速充电、高容量的能量储存装置(诸如，超级电容器与锂-离子(Li⁺)电池)用于越来越多种应用中，应用包括便携式电子、医疗、运输、并网型大能量储存器、可再生能量储存器与不间断电源供应器(UPS)。在现代可充电能量储存装置中，集电器由导电体所制成。用于正集电器(阴极)的材料实例包括铝、不锈钢与镍。用于负集电器(阳极)的材料实例包括铜(Cu)、不锈钢与镍(Ni)。上述集电器形状可为箔、膜或薄板，其厚度通常在约6至50μm之间。

Li-离子电池的正电极中的活性电极材料通常选自锂过渡金属氧化物(诸如，LiMn₂O₄、LiCoO₂与/或LiNiO₂)，且包括导电微粒(诸如，碳或石墨)与接合材料。上述正电极材料被视为锂-嵌入化合物，其中导电材料的数量在重量百分比0.1％至15％之间。

通常将石墨作为负电极的活性电极材料，且其形态可为锂-嵌入中间相碳微球(MCMB)粉末，所述粉末由直径约10μm的MCMB所构成。将锂-嵌入MCMB粉末分散于聚合接合物基质中。接合物基质的聚合物由热塑性聚合物(包括具有橡胶弹性的聚合物)所构成。聚合接合物用以将MCMB材料粉末接合在一起，以排除破裂形成并避免MCMB粉末在集电器表面上瓦解。聚合接合物的数量为重量百分比2％至30％之间。

Li-离子电池的隔离器通常由微-多孔聚乙烯与聚烯烃所构成，且在单独的制造步骤中加以应用。

对于大部分能量储存应用而言，能量储存装置的充电时间与容量系重要的参数。此外，上述能量储存装置的尺寸、重量和/或成本亦为重要的限制因素。

因此，本领域中需要更快速充电、更高容量、较小且较轻且可更具成本效应地加以制造的能量储存装置。

发明内容

本发明实施例大致关于锂-离子电池，且更明确地关于利用形成三维结构的薄膜沉积处理制造上述电池的系统与方法。在一个实施例中，提供用来形成能量储存装置的阳极结构。所述阳极结构包括导电基板、形成于基板上的多个导电微结构、形成于导电微结构上的钝化膜、以及形成于导电微结构上的绝缘分隔层，其中导电微结构包括柱状凸出部。

在另一实施例中，提供形成阳极结构的方法。该方法包括在导电基板上沉积多个导电微结构并在导电微结构上形成钝化膜。

在又一实施例中，提供处理挠性基板的基板处理系统。所述处理系统包括：第一镀覆腔室，所述第一镀覆腔室经配置以在挠性基板的一部分上镀覆包括第一导电材料的导电微结构；第一清洗腔室，所述第一清洗腔室邻近第一镀覆腔室而设置，所述第一清洗腔室经配置以利用清洗流体从挠性基板的所述部分上清洗且移除任何残余镀覆溶液；第二镀覆腔室，所述第二镀覆腔室邻近第一清洗腔室而设置，所述第二镀覆腔室经配置以在导电微结构上沉积第二导电材料；第二清洗腔室，第二清洗腔室邻近第二镀覆腔室而设置，所述第二清洗腔室经配置以从挠性基板的所述部分清洗且移除任何残余镀覆溶液；表面改性腔室，所述表面改性腔室经配置以在挠性基板的所述部分上形成钝化膜；基板传送机构，所述基板传送机构经配置以在腔室之间传送挠性基板，所述基板传送机构包括经配置以保留挠性基板的一部分的进料辊以及经配置以保留挠性基板的一部分的卷绕辊，其中基板传送机构经配置以激活进料辊与卷绕辊，以将挠性基板移动进出各个腔室，并将挠性基板固持在各个腔室的处理空间中。

在又一实施例中，提供制造电池单元的方法。所述方法包括：在基板的导电表面上形成导电微结构；在导电微结构上形成钝化膜；在钝化膜上沉积流体可穿透的电绝缘分隔层；在电绝缘分隔层上沉积活性阴极材料；利用薄膜金属沉积处理在活性阴极材料上沉积集电器；并在集电器上沉积介电层，其中导电微结构包括电镀处理形成的柱状凸出部。

在又一实施例中，提供制造电池单元的方法。所述方法包括藉由第一薄膜沉积处理形成阳极结构，第一薄膜沉积处理包括在第一基板的导电表面上形成导电微结构、在导电微结构上沉积钝化膜、在钝化膜上沉积流体可穿透的电绝缘分隔层、并在电绝缘分隔层上沉积活性阴极材料；藉由第二薄膜沉积处理形成阴极结构，第二薄膜沉积处理包括在基板的导电表面上形成导电微结构、在导电微结构上沉积活性阴极材料；并使阳极结构与阴极结构结合在一起。

附图说明