形成结晶层的方法，形成电池组半电池的方法技术

本发明专利技术提供了一种在基板上形成固态电池组的结晶阴极层的方法，该方法包括：远离一个或多个溅射靶产生等离子体以用于形成阴极层，使用等离子体从一个或多个靶产生溅射材料，并将溅射材料沉积在基板上，从而形成结晶阴极层。层。层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】形成结晶层的方法，形成电池组半电池的方法


[0001]本公开涉及形成结晶层的方法，例如固态电池组电池(solid
‑
state battery cells)的阴极层。
[0002]本专利技术涉及形成结晶层的方法。更具体地，但不排他地，本专利技术涉及在基板上形成结晶层的方法、形成固态电池组的结晶阴极层的方法、形成固态电池组半电池的方法、形成固态电池组电池的方法和形成固态电池组的方法。本专利技术还涉及根据这种方法制造的涂覆基板、固态电池组半电池、固态电池组电池以及固态电池组。

技术介绍

[0003]固态电池组包含阴极材料。这种材料通常是含锂离子的材料，例如LiCoO2。它们可以使用等离子体或溅射沉积技术来沉积，但是通常需要退火以产生用作阴极材料的高能结晶材料。退火工艺通常包括在沉积到基板上之后将含锂材料加热到大约400℃的温度。这需要大量的能量，并使与含锂材料相关的任何其它材料(例如下方的基板)暴露在这种不希望的温度下。
[0004]本专利技术寻求缓解上述问题。替代地或附加地，本专利技术寻求提供一种在基板上形成结晶层的改进方法。

技术实现思路

[0005]根据本专利技术的第一方面，提供了一种在基板上形成结晶层的方法，该结晶层包含碱金属或碱土金属、至少一种过渡金属和抗衡离子，该方法包括：提供基板；远离用于形成阴极层的一个或多个溅射靶产生等离子体，将等离子体限制在基板和一个或多个溅射靶之间的空间中；使用等离子体从一个或多个靶产生溅射材料，并将溅射材料沉积在基板上，从而形成结晶阴极层。
[0006]溅射靶和基板一起限定了沉积空间，在该沉积空间中可以产生和限制等离子体，从而可以实现等离子体产生和利用的最大效率。在示例中，产生等离子体并将其限制在所述沉积空间(即溅射靶和基板之间)中，以增强并实现工业规模的沉积和靶的充分利用。
[0007]申请人已经发现，可以在基板上沉积包含碱金属或碱土金属、至少一种过渡金属和抗衡离子的结晶材料，而不必在沉积后进行退火。
[0008]本领域技术人员将认识到，抗衡离子通常是化合物的一部分，通常是结晶化合物，占据晶体结构中的晶格位置。
[0009]根据本专利技术的第二方面，提供了一种在基板上形成固态电池组的结晶阴极层的方法，该方法包括：远离一个或多个溅射靶产生等离子体以用于形成阴极层，使用等离子体从一个或多个靶产生溅射材料，并将溅射材料沉积在基板上，从而形成结晶阴极层。
[0010]申请人已经发现，可以将固态电池组的阴极层以高能结晶形式沉积到基板上，而不必在沉积后对阴极层进行退火。
[0011]阴极层可以包含碱金属基(任选锂基)或碱土金属基固态电池组阴极材料。阴极层
可选地包括至少一种过渡金属和抗衡离子。
[0012]为了避免疑问，下面的陈述涉及本专利技术的第一和第二方面的方法。
[0013]等离子体远离等离子体靶产生。在传统的等离子体沉积中，需要靶来产生和维持等离子体。
[0014]在使用中，碱金属或碱土金属通常处于离子状态，并在固态电池组中充当导体。过渡金属可选地具有至少两种正氧化态，并且在用作固态电池组时，一部分过渡金属将在两种氧化态之间被氧化/还原。
[0015]碱金属，如果存在的话，可以任选是锂、钠、钾、铯和铷中的一种或多种，任选锂、钠或钾中的一种或多种，任选锂或钠和任选锂。锂离子有时被用作固态电池组的阴极中的导电物质。碱土金属，如果存在的话，可以任选是镁、钙、锶或钡中的一种或多种，任选镁、钙和钡中的一种或多种，以及任选镁和钙中的一种或两种。
[0016]一种或多种过渡金属可以在周期表的周期4或周期5中。至少一种和可选的每种过渡金属可以可选地选自铁、钴、锰、镍、钛、铌和钒构成的组。阴极材料可以包含一种或多种碱金属、一种或多种过渡金属和(它们中的每一种选自钴、镍、锰、铁、钒、铌和钛构成的组，并且可选地选自钴、镍和锰构成的组)，以及可选地不是碱金属或过渡金属的另一种金属(例如铝)。阴极层或结晶材料可以是氧化物或磷酸盐，并且可以包含锂和至少一种过渡金属，以及可选地多于一种过渡金属，每种过渡金属选自钴、镍、锰、铁、钒、铌和钛构成的组，并且可选地选自钴、镍和锰构成的组。阴极层或结晶材料可以是氧化物或磷酸盐，并且可以由氧(在氧化物的情况下)或磷酸盐(在磷酸盐的情况下)组成，结合锂和至少一种过渡金属，以及可选地多于一种过渡金属，每种过渡金属选自钴、镍、锰、铁、钒、铌和钛构成的组，并且可选地选自钴、镍和锰构成的组，以及可选地是铝。
[0017]抗衡离子的性质并不特别重要。抗衡离子可选地包括PO4、氧化物、二氧化物、硼酸盐和硅酸盐中的一种或多种。
[0018]阴极层或结晶材料可以包括后过渡金属，例如铝。
[0019]阴极层或结晶材料可选地是氧化物，所述氧化物基本上由氧、锂、锰、镍和钴中的一种或多种以及可选的铝组成。
[0020]阴极层或结晶材料可以具有经验式A
a
M1
b
M2
c
O2，其中A是碱金属(可选是锂)，M1是一种或多种过渡金属(可选钴、镍、铌、钒和锰中的一种或多种)(b是过渡金属的总和)，M2是铝，a是0.5至1.5，z是0至0.5。
[0021]可选地，a是1，b是1，c是0。可选地，M1是钴、镍、钒、铌和锰中的一种。
[0022]可选地，a大于1，A是锂。在这种情况下，这些材料有时被称为“富锂”材料。例如，这种富锂材料可以是其中x＝0、0.06、0.12、0.2、0.3和0.4。
[0023]另一种这样的材料是其中y的值大于0.12且等于或小于0.4。
[0024]另一种这样的材料是其中x具有等于或大于0.175且等于或小于0.325的值；并且y具有等于或大于0.05并且等于或小于0.35的值。
[0025]是另一种这样的材料，其中x等于或大于0且等于或小于0.4；y等于或大于0.1且等于或小于0.4；z等于或大于0.02并且等于或小于0.3。
[0026]阴极层或结晶材料可选自：锂钴氧化物、锂锰氧化物、锂镍锰钴氧化物、锂铁磷酸盐、锂镍钴铝氧化物、锂钛氧化物、锂镍氧化物、锂铌氧化物、锂钒氧化物构成的组。
[0027]阴极层或结晶材料可选地选自：LiCoO2,LiNiO2,LiNbO2,LiVO2,LiMnO2,LiMn2O4,Li2MnO3,LiFePO4,LiNiCoAlO2和Li4Ti5O
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构成的组。
[0028]用于产生等离子体的功率与靶上偏压相关的功率之比可以大于或等于1:1，可选地小于或等于7:2，可选地小于或等于3:2。申请人已经发现，这种功率比可能有利于沉积结晶材料，而不需要对如此沉积的材料进行退火。
[0029]等离子体中的实际功率可能小于用于产生等离子体的功率。就此而论，等离子体的产生的效率([等离子体中的实际功率/用于产生等离子体的功率]x100)通常可以是50％至85％，通常约为50％。
[0030]在该方法的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种在基板上形成固态电池组的结晶阴极层的方法，所述方法包括：提供基板；远离一个或多个溅射靶产生等离子体以用于形成阴极层；将所述等离子体限制在所述基板和一个或多个溅射靶之间的空间中；使用所述等离子体从一个或多个靶产生溅射材料；以及在所述基板上沉积溅射材料，从而形成结晶阴极层。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述阴极层包括碱金属基(可选的锂基)或碱土金属基固态电池组阴极材料。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述阴极层包括至少一种过渡金属和抗衡离子。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述阴极层选自：LiCoO2、LiNiO2、LiNbO2、LiVO2、LiMnO2、LiMn2O4、Li2MnO3、LiFePO4、LiNiCoAlO2和Li4Ti5O
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构成的组。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，向所述溅射靶施加偏压，使得用于产生等离子体的功率和与靶上的偏压相关的功率的比率大于1:1。6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述比率小于或等于7:2。7.根据权利要求5或6所述的方法，其中，所述比率小于或等于3:2。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，与所述靶的偏压相关的功率密度大于1Wcm
‑2。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述阴极层包括菱形或六方晶体结构。10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述基板包括柔性基...

【专利技术属性】
技术研发人员：R格鲁亚，
申请(专利权)人：戴森技术有限公司，
类型：发明
国别省市：