本发明专利技术涉及在金属基板、聚合物基板、或者掺杂或未掺杂的硅基板上制造高性能薄膜电池组的设备、组合物和方法，所述发明专利技术是通过在基板和本发明专利技术电池组部分之间制造合适的阻挡层而实现，所述阻挡层由例如阻挡亚层组成，从而在整个电池组制造过程以及在该电化学设备整个使用寿命中的任何工作和储存过程中使基板和电池组这两个部分化学上隔开。在本发明专利技术的优选实施方式中，在对ＬｉＣｏＯ↓［２］正阴极进行７００℃沉积后退火工艺时，与在陶瓷基板上制造的薄膜电池组相比，使用由阻挡亚层组成的合适阻挡层在挠性不锈钢薄膜基板上制造的本发明专利技术薄膜电池组的电化学性能没有受到损害。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电化学设备以及阻挡层保护的基板相关申请本申请是2005年6月15日提交的、尚未转让的美国临时专利申请序列第 60/690697号的部分后续申请，并根据35 U. S. C. § 120要求该申请的优选权； 本申请涉及2005年8月23日提交的美国申请序列第11/209536号，并根据35 U.S.C. § 120要求该申请的优选权；这两份申请都通过参考结合于此。专利
本专利技术涉及锂基固态薄膜二次电池组和原电池组的设备、组合物和制造领 域，所述电池组具有提高的容量密度(capacity density)、能量密度以及功率 密度，并且优选具有灵活的形状因数和晶体LiCo02、 LiNi02、 LiMnA阴极与衍 生材料。专利技术背景以下段落描述薄膜电池组领域中主题技术的需求和进展。 可以通过在给定基板上例如按照以下顺序真空沉积分层的电池组组分来 制造薄膜电池组正阴极(positive cathode)集电极、正阴极、负阳极(negative anode)集电极、电解质层(分隔层)、负阳极和包封层。可以采用层叠工艺来代 替沉积工艺步骤(例如参见美国专利6916679 ， Wang等人的143 /.^7ecf2^c力e瓜5"oc. 3203-13 (1996)或美国专利5561004)。薄膜电池组的两个 末端可以任选地不仅包括正性和负性集电层极的延伸部分，还可以沉积有与对 应的集电极电接触的末端触点。正阴极材料在沉积阶段的结晶度可能不够充 分，从而表现出不充分的电化学性质(例如参见上述Wang等人的文献)。因此， 可以在电池组制造过程中通过沉积后的高温(退火)工艺使正阴极发生结晶(例 如参见上述Wang等人的文献，或者Bates等人，"Thin-Film Lithium Batteries" ， 7Vew 7ye/7(/51 i/ ^fi7ecti"OC力e/zn'cs7 7ecA/ cJo^y.' ￡ne_r^7 5Yorsge 5ys^ei7 51/。r i57e"ro/n'c5"(T. Osaka & M. Datta编，Gordon and Breach, 2000))。 在正阴极沉积之后立刻进行的退火工艺可能对用于基板和正阴极集电层的材料选择造成限制，从而限制了薄膜电池组在单位体积和单位重量意义上的容量 密度、能量密度和功率密度。以下进一步详细说明基板对这三个量的影响。锂基固态薄膜二次电池组(可再充电的)和原电池组(不可再充电的)固有 (即没有基板和包封层)的容量、能量和功率的体积和重量密度由正阴极材料的 电容量、能量和功率的体积和重量密度决定。考虑到整体(非薄膜型)和薄膜电 池组的容量、能量、功率的体积和重量密度以及可循环性，对于二次电池组的情况，还有晶体LiMn204、晶体LiMn02和晶体LiNi02的衍生物，晶体LiCo02是 一种可供选择的正阴极材料的例子。已经发现，使用其他过渡金属(形成衍生 物)例如Sc、 Ti、 V、 Cr、 Mn、 Fe、 Co、 Ni、 Cu、 Zn、 Y、 Zr、 Nb、 Mo、 Ru、 Rh、 La、 Hf、 Ta、 W和Re以及选自第l、 2、 13、 14、 15、 16和17族的主族元素对 这些主要的原始正阴极材料进行掺杂时，会改变LiCo02、 LiMn204、 LiMn02和 LiNi02的性质，但是从整体上说，即使有改进也非常小。根据美国专利6280875， Ti基板上的原生氧化钛的惰性尚不足以防止Ti 基板和电池组组分之间发生有害反应。因为基板材料的选择限于能够在正阴极 的退火步骤中形成原生表面氧化物的材料，所以这种途径受到严重的限制。除 了本专利技术以外，尚未成功地将包括不会形成原生表面氧化物的挠性箔的金属基 板用作薄膜电池组的基板。通过例如将高温阴极材料直接沉积到金属基板(包 括挠性箔，除Zr以外)上，然后在例如70(TC高温、在空气中退火l小时，来 制造固态薄膜二次电池组，可能会导致正阴极和基板材料发生的有害反应达到 使得正阴极失去作用的程度。而且，纯Ti和Zr基板也比较昂贵。现有技术的薄膜电池组没有揭示在基板和电池组之间使用有效的阻挡层， 以及从而提供潜在的相反观察资料。本专利技术的目的是，利用本专利技术具有亚层的 阻挡层来克服现有技术薄膜电池组的某些困难问题。专利技术概述通过以下例子更详细描述的本专利技术的各个方面以及实施方式涉及提出了
技术介绍
的某些欠缺以及相关工业中产生的需求。便携式和板上器件的数量持续迅速增加，同时可用的物理尺寸可能縮小。 驱动这些器件的电池组应当保持与所服务器件的需求同步，尽可能地縮减尺 寸，同时例如传输相同的功率。电池组变得越薄，其可能应用的领域就越大。 一种启用的功率器件是薄膜固态电池组。当底面(footprint)是限制因素而容量需求仍"高"时，在可用空间(底面x高度)中尽可能多地组装和堆叠电池组电池是很重要的。具有最高容量、电压、电流、功率和可再充电循环寿命的电池组例如利用了目前最高效的正阴极材料LiCo2、 LiMnA、 LiMn02、"狙02及其衍生材料。将这些材料真空沉积成薄膜时，优选包括在高温对这些材料进行沉积后退 火工艺，以提高它们的结晶度，这与形成它们的全部电化学性质直接相关。要 使得应用这种薄膜电池组的电化学设备变得更薄，应当使这种电化学设备的主 要为惰性、电化学性不活泼的部分变得更薄。 一种途径是将电池组构建在薄金 属箔基板而不是大且厚的陶瓷基板上。与相同底部面积的陶瓷基板相比，金属 箔更柔软、更薄，并且更便宜。而且，金属箔更容易以较大面积获得，使得制 造时节约更多成本。但是，与其他正阴极材料一样，LiCo02是强氧化剂，具有移动性很大、因 此反应性非常大的锂离子。在使沉积的LiCo02膜结晶所需的高温退火温度下， 其与大部分金属和合金以及许多化合物(除了有限数量的惰性陶瓷材料以外) 发生强烈反应。在其他情况下，来自基板的不希望存在的物质会在高温退火过 程中扩散进入LiCo02中，污染正阴极，从而不利地改变其电化学性质。如果保 持退火温度低到足以防止发生反应或者不希望的扩散，则正阴极可能无法完全 晶化，对于可再充电的电池组，其容量、能量、电流和功率性能以及使用寿命 (循环次数)会受到影响。高功率正阴极材料在其结晶状态能展现出其完全的、理想的电化学性质。 由于这些材料在本专利技术中可以例如以其薄膜形式使用，所以通常使用一种常规 的气相薄膜沉积方法对其进行沉积，所述沉积方法例如溅射沉积(RF、脉冲DC 或AC)、电子束蒸发、化学气相沉积、等离子体加强的化学气相沉积、喷雾热 解、离子辅助的电子束蒸发、电子束导向的气相沉积、阴极电弧沉积等。这些 气相方法可能产生的在沉积阶段的正阴极膜不会表现出与由其对应的、充分结 晶的粉末(在整体电池组例如蜂窝电话和摄象机电池组中使用)制造的正阴极 相当的电化学性质。因此，由薄膜方法沉积的这些正阴极的较差的电化学性质 可以归因于在沉积阶段中缺少需要程度的结晶度。然而，通过在较高温度， 一般为200-90(TC，较优选在500-850°C，更优 选在650-80(TC下进行沉积后退火，可以提高结晶度。这些退火步骤中使用的 气氛一般为空气、02、 N2、 Ar、 He、本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种电化学设备，其包括： ａ）基板，选自金属、聚合物、或者掺杂或未掺杂的硅材料，所述基板具有第一侧面； ｂ）位于所述第一侧面上的第一电化学活性电池，其具有负性部分和正性部分，所述这些部分还包括一个或多个端子； ｃ）位于所述第一侧面上的第一阻挡层，该阻挡层将所述第一电化学活性电池和所述基板化学上隔离； ｄ）其中，所述第一阻挡层进一步包括多个亚层。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：SW斯奈德，BJ纽德克尔，
申请(专利权)人：无穷动力解决方案股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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