[发明专利]MEMS阳极电池

说明书

本申请公开了一种微加工的微米尺寸的电池，其具有优异的性能属性。该电池使用钛阳极，其被蚀刻而在钛阳极上形成多个突起特征。突起特征上共形地涂布有高导电性金属。之后，在高导电性金属上方形成钛层。之后，将该钛层氧化，以进一步提供小尺寸粗糙度。粗糙度提高表面积，其提升阳极对锂离子的吸收。可以将该电池与钛热底板组合，从而通过从电池中除去热量来进一步增强其性能。

相关申请的交叉引用

本美国非临时专利申请要求2018年12月20日提交的美国临时申请序列号62782367的优先权。该在先申请通过引用全文纳入本文。

关于联邦资助研究的说明

无。

关于缩微胶片附录的声明

无。

背景技术

本发明涉及电池技术。

在目前可用的电源中，用户不得不在功率和能量之间做出选择。对于需要大量功率的应用，如远距离广播无线电信号，电容器可以非常迅速地释放能量，但只能存储少量能量。对于需要大量能量的应用，如长时间播放收音机，燃料电池和电池可以容纳大量能量，但释放或充电缓慢。

锂离子电池(简称LiB)是便携式电子设备中常见的电池，具有能量密度高、记忆效应小、自放电低等优点。现在普遍存在的锂离子电池是可充电的，是锂离子在放电时从负极移动到正极而充电时又返回的电池。与非充电锂电池中使用的金属锂相比，锂离子电池使用插层锂化合物作为一种电极材料。LIB在军事、电池电动汽车和航空航天应用中也越来越受欢迎。

商业上最流行的LiB负极是石墨。正极一般是以下三种材料之一：层状氧化物(如锂钴氧化物)、聚阴离子(如磷酸铁锂)或尖晶石(如锂锰氧化物)。最近，石墨烯基电极(基于石墨烯的二维和三维结构)也被用作锂电池的电极。电解质通常是有机碳酸酯的混合物，例如碳酸乙烯酯或碳酸二乙酯，其含有锂离子的配合物。近年来，由于硅具有较大的理论比容量，人们开始研究硅作为负极材料，但是硅具有一些不理想的机械性能。

化学、性能、成本和安全特性因LIB类型而异。便携式电子设备大多使用基于锂钴氧化物的LiB，其提供高能量密度，但是存在安全风险，特别是在损坏时。

事实上，锂离子电池可能成为安全隐患，因为它们含有可燃的电解质，并且可能持续被加压。纯锂具有很高的反应性，与水剧烈反应形成氢氧化锂(LiOH)和氢气。因此，通常使用非水电介质，并且用密封容器将水分严格地排出在电池组外。若LiB充电过快、被压坏、或者其承受的电力负荷超过了其安全承受能力，则外部短路可能会触发电池爆炸或引发火灾。

最后，LiB比NiCd电池更昂贵，但是能在更宽的温度范围内工作，能量密度更高。它们需要保护电路来限制峰值电压。

因此，商用锂离子电池(LIB)存在许多安全性、成本和可靠性问题。石墨阳极LIB受到过充电、过热和短路的困扰。硅基阳极LiB在充放电过程中会发生较大的体积变化，导致硅的最终破坏和之后的副反应。

发明内容

本申请公开了一种高性能、改进的电池，特别是用于重量较为重要的那些应用。该电池具有出色的性能，具有存储容量更大、充电时间更短、安全性能更好、体积更小等优点。

本发明的一个目的是提供一种相对于锂离子电池具有改进的性能的小形状因子电池的结构。

本发明的另一个目的是提供一种相对于锂离子电池具有更高的安全属性的小形状因子电池的结构。

本发明的另一个目的是提供一种相对于锂离子电池具有改进的再充电性能的小形状因子电池的结构。

本发明的另一个目的是提供一种相对于锂离子电池更便宜、更小且更轻的小形状因子电池的结构。