由盖保护的锂微电池制造技术

一种锂微电池，包括含锂活性层的堆叠(2)和覆盖该活性层的堆叠的保护盖(8)。该保护盖通过胶粘剂层(10’)固定到该活性层的堆叠。包括至少一个氧化铝层的缓冲结构(14)设置在活性层的堆叠(2)和胶粘剂层(10’)之间，该缓冲结构(14)与该活性层的堆叠接触。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种锂微电池，包括含锂活性层的堆叠(2)和覆盖该活性层的堆叠的保护盖(8)。该保护盖通过胶粘剂层(10’)固定到该活性层的堆叠。包括至少一个氧化铝层的缓冲结构(14)设置在活性层的堆叠(2)和胶粘剂层(10’)之间，该缓冲结构(14)与该活性层的堆叠接触。【专利说明】由盖保护的锂微电池
本专利技术涉及锂微电池，且更具体地涉及保护活性层不受外部环境损害的密封系统。
技术介绍
锂微电池通常包括由电解质隔开的两个电极(正极和负极)。正极由具有良好离子导电性的材料形成，例如钛硫氧化物(T1S)。电解质是具有高离子导电性的电绝缘体，例如锂磷氮氧化物(LiPON)。最后，负极特性根据微电池技术而变化。 在被称作“锂离子”微电池的微电池中，负极由锂化材料制成，即锂离子被嵌入其中的材料。在“锂金属”微电池中，负极由锂单独制成。 包含锂的材料对空气非常敏感，特别是对氧气和水份。为了防止其氧化，不得不采用惰性且密封的阻挡层将其覆盖。控制密封是及时调整微电池效率的最重要的因素。 密封系统的质量可根据以下三个标准进行评价: 阻挡级别:保护阻挡层的性能以氧化性物质的透过率为标准进行定义。对于锂微电池，所要求的阻挡标准通常在10_4至10_5g/m2/天之间。 机械强度:，密封系统需能适应该微电池的体积在充放电循环期间的变化。若不能，微电池的膨胀和收缩可导致电池中的机械损坏，导致电容量的不可逆减小。 物理-化学相容性:密封系统需与含锂材料化学相容，且后者的制作不能破坏活性层。 锂微电池的密封方法可分为两类:薄层中的密封以及附加元件密封。 通过附加元件的密封方法包括在该微电池的活性层上粘贴例如由玻璃或层叠聚合物材料制成的盖。这类密封符合上述三个标准，阻挡级别特别高。实际上，由于其厚度，所述盖关于氧化性物质的透过率比由聚合物、金属和/或陶瓷制成的薄层的该透过率低。 图1示意性示出了设置有附加元件的密封系统的锂微电池，如文件US2006/0216589 中所描述。 该微电池包括形成在基体4上的活性层的堆叠2。堆叠2容纳于基体4以及面对基体的盖8构形的腔6中。环氧树脂胶粘剂珠10将盖8围绕堆叠2粘固到基体4。 在这个结构中，基体4和盖8形成了微电池的主要表面，分别形成底面和顶面。由于其对于可氧化锂的物质是不能透过的，微电池的表面保护是完全的。为了同时确保将盖8粘固到基体4上并保护该微电池的侧面，胶粘剂珠10在堆叠2周围占据了大片面积。由此基体的大片表面奉献于腔6及密封珠10,导致该微电池有用表面的损失。
技术实现思路
注意到存在提供减小尺寸的锂微电池的需要，该微电池具有有效且紧凑的密封部件。 通过提供一种锂微电池，其包括含锂活性层的堆叠以及覆盖该活性层的堆叠的保护盖，这个需求趋于被满足。该保护盖通过胶粘剂层固定到活性层的堆叠。包括至少一氧化铝缓冲层的缓冲结构设置于活性层的堆叠和胶粘剂层之间。该缓冲结构与所述堆叠相接触。 在一个优选实施例中，该缓冲结构的氧化铝层与胶粘剂层相接触。 在一个优选实施例中，至少该缓冲结构的氧化铝层完全覆盖活性层的堆叠以有效保护该微电池的侧面。 该堆叠优选包括与该缓冲结构接触的金属锂电极。 还提供了一种制作该微电池的方法。该方法包括在含锂活性层的堆叠上沉积包括至少一氧化铝层的缓冲结构，在缓冲结构上沉积可聚合材料层，通过保护盖覆盖活性层的堆叠和可聚合材料层，并交联可聚合材料以将所述盖胶粘到所述活性层的堆叠上的步骤。 氧化铝层优选通过原子层沉积(ALD)来获得。由此在活性层的堆叠上氧化铝沉积是均质的，且所得层对于可氧化活性层的化学物质是不可透过的。 原子层沉积优选由包含铝的第一前驱体以及包含水的第二前驱体实施。 第一和第二前驱体具体以顺序方式使用，从第一前驱体开始。 【专利附图】【附图说明】 通过本专利技术的仅出于非限定性示例目的而给出的且通过附图图示说明的特定实施例的以下说明，其他优势及特征将更明显。 图1，如上文所述，是根据现有技术的锂微电池的示意性描述； 图2是显示沉积在锂层上的胶粘剂层的交联和粘附率的图，其中，由二氧化硅、氮化硅或氧化铝制成的缓冲层插入在胶粘剂层及锂层之间； 图3示出了根据本专利技术的设置有缓冲结构的锂微电池的优选实施例； 图4是根据图3的锂微电池在沉积氧化铝层前后的阻抗图；以及 图5至9示出了根据本专利技术的锂微电池的制作方法的步骤。 【具体实施方式】 为减小密封系统的体积，一个解决方法是直接在微电池活性层的堆叠上而不是在其周围胶粘保护盖。一般用于粘固盖的胶粘剂为可聚合材料。然而，活性层中所含的锂抑制胶粘剂聚合。因此，除非提供了阻挡锂扩散到可聚合材料的适合的缓冲结构，否则不能设想这个解决方法。 经若干试验后，发现包含至少一个氧化铝层的缓冲结构极好地执行了该功能。 缓冲结构的意思是一个或多个能够阻档锂扩散到可聚合层的绝缘材料层。这些材料可具体从包含氧化铝、S12, Si3N4, S1xCy, S1xNy或其组合的列表中选择。 进一步，缓冲结构需具有能够与可聚合材料良好粘结的表面特性以获得盖的良好固定。 优选地，在缓冲结构中，缓冲层包括至少一个设计为与所述可聚合层相接触的氧化铝层。 最后，这个缓冲结构还需具有能够吸收该堆叠的体积变化以及能够对可能损害锂的物质(h2o，o2，n2)形成阻挡的机械特性。 对于这些试验，考虑若干样品，每个具有包括至少一个缓冲层的缓冲结构。每个样品包括被缓冲结构覆盖然后被胶粘剂层覆盖的锂层。在样品间仅缓冲层的特性变化。所研究的缓冲层由氧化娃(S12),氮化娃(Si3N4)和氧化招(Al2O3)制成，具有约30nm到300nm的厚度。胶粘剂是通常用于使用附加盖的密封方法中的环氧树脂，由环氧技术公司(theEpoxy Technology corporat1n)按照货号 0G146-178 出售。 出于比较的目的，图2示出了设置在上述不同缓冲层上的胶粘剂层的粘结率和交联率。 结果显示当被沉积在氧化铝缓冲层而不是由氧化硅或氮化硅制成的缓冲层上时，0G146-178胶粘剂的交联率明显更好。胶粘剂在氧化铝层上的交联率事实上接近99%，然而在S12和Si3N4层上，分别达到40%和50%。此外，与沉积在氧化硅和氮化硅层上的粘结率不同(分别是0%和5% ) ,0G146-178胶粘剂层极好地粘结到氧化铝缓冲层(大约95%的粘结率)。 采用大量缓冲层变形，具体采用碳氧化硅(S1xCy),氮氧化硅(S1xNy),或具有多层结构(例如Si02/Si3N4)制成，获得了相似的结构。 与具有氧化硅和/或氮化硅形成的基料的缓冲层不同，氧化铝缓冲层使得胶粘剂能够完全聚合。换句话说，氧化铝层几乎不透过作为聚合抑制剂的锂离子。 图3示意地示出了一锂微电池，由于采用包含至少一个氧化铝层的缓冲结构，其尺寸减小。 微电池通常包括沉积在基体4上的活性层的堆叠2。微电池的活性层被指定为负电极和正电极(阳极和阴极)以及位于两电极间的电解质。 正极由锂嵌入材料制成的层形成，例如钛硫氧化物T1S，五氧化二钒V2O5或二硫化钛TiS2。电解质层优选由锂磷氮氧化物(LiPON)形成。最后阳极由包含锂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂微电池，包括含锂活性层(18，20，22)的堆叠(2)以及覆盖该活性层的堆叠的保护盖(8)，其特征在于，所述保护盖(8)通过胶粘剂层(10’)固定到所述活性层(18，20，22)的堆叠，并且所述锂微电池包括设置在所述活性层的堆叠(2)和所述胶粘剂层(10’)之间的包括至少一个氧化铝层的缓冲结构(14)，所述缓冲结构(14)与所述活性层(18，20，22)接触。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：M·贝德贾维，H·德斯雷，A·恩纳杰达维，S·波利特，
申请(专利权)人：原子能和代替能源委员会，
类型：发明
国别省市：法国;FR