[发明专利]压缩粉末3D电池电极的制造

说明书

发明的背景

发明领域

本发明的实施例大致关于锂离子电池与电池单元部件，更明确地，本发明的实施例是关于利用形成三维多孔结构的处理来制造这种电池与电池单元部件的系统与方法。

相关技术的描述

高容量的能量存储装置(例如，锂离子(Li离子)电池)用于越来越多的应用中，应用包括便携式电子产品、医疗器械、运输工具、并网型大能量存储器、可再生能量存储器及不间断电源(UPS)。

一种电池单元电极制造的方法主要基于在导电集电器上狭缝涂覆阴极或阳极活性材料的粘性粉末浆料混合物，接着为长期加热以形成干燥浇铸片并避免破裂。最终通过调整最终层的密度与多孔性的压缩或压延(calendaring)确定干燥(蒸发溶剂)后的电极的厚度。粘性浆料的狭缝涂覆是高度发展的制造技术，这技术相当依赖浆料的配方、形成与同构型。形成的活性层易受到干燥处理的速率与热细节的影响。

由于干燥的浇铸片必须良好地附着至金属集电器，所述混合物通常包括促进粘附的粘合剂。进一步通过压缩处理提高粘合，压缩处理调整活性片的密度并也将某些粘合微粒嵌入金属集电器。

在此技术的其它问题与限制中为缓慢且昂贵的干燥部件，所述干燥部件具有大且长的覆盖区域与用于蒸发可挥发部件的精心收集和再循环系统两者。这些其中有许多可挥发有机化合物，所述可挥发有机化合物需要额外的精细减弱系统。再者，这些电极类型得到的导电性也限制了电极的厚度并从而限制了电极的体积。

对于大部分能量存储应用，能量存储装置的充电时间与能量容量是重要的参数。此外，这种能量存储装置的尺寸、重量与/或价钱为显著的规格。

因此，技术中需要充电较快、容量较高的能量存储装置，所述装置较小、较轻并可在高制造速率下更具成本效益地加以制造。

发明内容

本发明的实施例预期利用薄膜或薄层沉积处理以及其它相关方法（用于形成电化学装置与装置部件）来形成电化学装置与装置部件，电化学装置与装置部件诸如电池单元或超级电容。在一实施例中，提供电池双层单元。电池双层单元包括：阳极结构，所述阳极结构包括导电集电基板、多个通过包括多个柱状凸出物的导电微结构形成于所述导电集电基板上的穴部和沉积于所述多个穴部内部与上方的阳极活性粉末；绝缘隔离物层，所述绝缘隔离物层形成于所述多个穴部上；及阴极结构，所述阴极结构接合于所述绝缘隔离物上。

在另一实施例中，提供用于电化学电池装置中的阳极电极结构。阳极结构包括：导电集电基板；容纳层，包括多个通过导电微结构形成于所述导电集电基板的一个或多个表面上的多孔穴部，所述导电微结构包括形成于多个柱状凸出物上的多个中孔(meso-porous)结构；及阳极活性粉末，所述阳极活性粉末沉积于所述多个穴部内部与上方。

在另一实施例中，提供用于电化学电池装置中的阳极电极结构。阳极结构包括集电器金属薄片基板，所述集电器金属薄片基板上沉积有容纳层，所述容纳层由多个自薄壁多孔状导电微结构形成的穴部或井部构成，薄壁多孔状导电微结构包括多个包含穴部壁或在穴部壁上形成的树状结构或其它多孔状形式。粉末沉积于多个穴部内部与上方。净沉积可经调整以致可在压延处理中确定最终密度与厚度。绝缘隔离物可形成于活性材料容纳层上。

在另一实施例中，以相似的方式提供并形成用于电化学电池装置中的阴极电极结构。阴极电极结构包括形成于集电器基板上的容纳层。纳米-图案化或微-图案化的容纳层基板包括形成为纳米-图案化或微-图案化基板中的多个穴部的铝或铝的合金。粉末沉积于多个穴部内部与上方，而绝缘隔离物形成于活性材料层上。

又另一实施例中，提供电池单元。电池单元包括阳极电极结构，所述阳极电极结构包括金属集电器基板；容纳层，所述容纳层具有多个通过多孔状导电微结构形成于表面上的穴部，多孔状导电微结构包括多个形成于多个柱状凸出物上的树状结构或其它结构。粉末沉积于多个穴部内部与上方，绝缘隔离物形成于容纳层上，而以相似方式制成的阴极电极结构形成于绝缘隔离物上。

又另一实施例中，提供用于电化学电池装置中的阳极电极结构。阳极电极结构包括：基板，所述基板具有导电表面；多个穴部，所述多个穴部通过导电微结构形成于表面上，导电微结构包括多个形成于多个柱状凸出物上的树状结构；粉末，所述粉末沉积于所述多个穴部上；及绝缘隔离物，所述绝缘隔离物形成于所述多个穴部上。在一实施例中，柱状凸出物利用电镀处理加以形成。在另一实施例中，柱状凸出物利用模压(embossing)处理加以形成。