电化学能量源以及提供有该电化学能量源的电子设备制造技术

基于固态电解质的电化学能量源是本领域公知的。这些（平面的）能量源或者固态电池将化学能有效地转化为电能，并可以用作便携式电子设备的功率源。本发明专利技术涉及一种改进的电化学能量源。本发明专利技术还涉及一种提供有该电化学能量源的电子设备。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种改进的电化学能量源。本专利技术还涉及一种提供有该电化学能量源的电子设备。
技术介绍
基于固态电解质的电化学能量源是本领域公知的。这些(平面的)能量源或者"固态电池"，将化学能有效地转化为电能，且可以用作便携式电子设备的功率源。这种小尺寸的电池可用于供给电能，例如为微电子模块供给电能，更具体的，为集成电路(ic)供给电能。国际专利申请WO00/25378中公开了其一种示例，其中固态薄膜微型电池直接形成在特定基板上。在制造过程中，第一电极、中间固态电解质和第二电极依次沉积在基板上以形成堆。基板可能是平的或弯曲的，以实现二维或三维的电池堆。己知电池的主要缺陷是体积能量密度，因而已知电池的性能相对不良。本专利技术的目的是提供相对有效的电化学能量源。
技术实现思路
本专利技术的目的可通过提供根据前序的电化学能量源来获得，该电化学能量源包括沉积在基板上的至少一个电池，每个电池包括第一电极、沉积在第一电极上的固态电解质和沉积在固态电解质上的第二电极；其中至少固态电解质的面对第二电极的表面至少部分地被图案化。通过此方式，和传统的相对平滑的电解质接触表面相比，显著地增加了电解质和第二电极之间的有效接触表面积，从而成比例地提高根据本专利技术的电化学能量源的倍率性能(rate capability)。可通过各种方法实现电解质的面对第二电极的(上)表面的图案化(并且在沉积第二电极之前)，这些方法包括选择性湿化学刻蚀、物理刻蚀(反应离子刻蚀)、机械压印(mechanical imprinting)以及化学机械抛光(CMP)。图案化电解质后，将第二电极沉积在图案化电解质顶部上。第一电极通常包括阴极，第二电极通常包括阳极(或者反之亦然)。每个电极通常还包括集电器。通过集电器，电池易于与电子设备连接。优选地，集电器由至少一种以下材料制成Al、 Ni、 Pt、 Au、 Ag、 Cu、 Ta、 Ti、 TaN禾卩TiN。也可使用其它类型的集电器，例如优选掺杂的诸如Si、 GaAs、 InP的半导体材料。增加电解质间接触表面积的电解质图案可以通过各种方法来成形。优选地，电解质的图案化表面提供有多个凹部(cavity),具体的是柱体、沟槽、缝隙或孔，这些具体的凹部可通过相对精确的方式被应用。通过此方式，也可相对精确地预定电化学能量源性能的提高。本文中应注意，己发现对于增加有效表面积而言，图案化电解质通常比仅仅图案化电极其中之一更有效和更有益。当只有第一电极被图案化时，预期只有液态电解质(因而不是固态电解质)可以被有效地应用。固态电解质的面对第一电极的表面基本上是平的。然而，可以想象，第一电极被图案化，电解质沉积在图案化的第一电极的顶部上。此沉积步骤之后，在沉积第二电极之前，电解质将(进一步)被图案化。因此，为了进一步提高电化学源的倍率性能，将第一电极的面对电解质的表面图案化(在沉积电解质前)是有利的。第一电极的图案化表面优选提供有多个凹部，具体的是柱体、沟槽、缝隙或孔。在优选实施方式中，阴极由选自LiCo02、 LiMn204、 LiFeP04、 V205、Mo03、 W03和LiNi02的至少一种材料制成。已发现，至少这些材料非常适于应用到锂离子能量源，并且此外，这些材料具有预定的最佳退火温度范围或者温度范围(上文括号中所引用的)，基于此温度范围，可确定最佳沉积顺序。基于质子的能量源中阴极的示例为Ni(OH)2和NiM(OH)2，其中M由选自诸如Cd、 Co或Bi的一种或多种元素构成。清楚的是，其它阴极材料也可用于根据本专利技术的电化学能量源。阳极优选由选自Si、 SnOx、 Li4Ti5012、 SiOx、 LiSiON、 LiSnON和LiSiSnON的至少一种材料制成，具体的是LixSiSno.870L2oN,.72。作为阴极材料，这些材料适于应用到锂离子电池，且此外，这些材料具有预定的最佳退火温度或者温度范围(上文括号中所引用的)。固态电解质由选自Li5La3Ta2012(石榴石型类)、LiPON、 LiNb03、 LiTa03和Li9SiA108的至少一种材料 制成。这些固态电解质材料适于应用到锂离子电池，并具有已知的最佳 退火温度(上文括号中所引用的)。其它固态电解质材料是原钨酸锂(Li2W04)、氧氮化锂锗(LiGeON)、 Li14ZnGe406 (lisicon)、 Li3N、卩-氧化铝或LiL3TiL7Al。.3(P04)3 (nasicoii型)。质子传导电解质例如可由 TiO(OH)或Zr02Hx形成。优选地，根据本专利技术能量源的至少一个电极适合于储存至少一种以 下元素的活性物质氢(H)、锂(LO、铍(Be)、镁(Mg)、铝(AD、 铜(Cu)、银(Ag)、钠(Na)和钾(K)，或者指定为周期表中第一族或 第二族的任何其它合适的元素。因此，根据本专利技术的能量系统的电化学 能量源可基于各种夹层机理，因而适于形成不同类型(储备型)的电池 单元(battery cell),例如锂离子电池单元、NiMH电池单元等。在优选实 施方式中，至少一个电极，更具体的为电池阳极，包括至少一种以下材 料C、 Sn、 Ge、 Pb、 Zn、 Bi、 Sb、 Li以及优选掺杂的Si。这些材料的 组合还可以用于形成电极。优选地，n型或p型掺杂的Si用作电极，或 者掺杂的Si相关化合物，如SiGe或SiGeC。只要电池电极的材料适合于 夹层和储存上文提及的活性物质，则其它合适的材料也可以用作阳极， 优选指定为周期表中12-16族之一的任何其它合适的元素。上文提及的材 料特别适于应用到基于锂离子的电池单元。如果使用基于氢的电池单元， 阳极优选包括氢化物形成材料，例如ABs型材料，具体的LaNi5，以及例 如基于镁的合金，具体的MgJl.x。在优选实施方式中，第一电极和第二电极中的至少一个电极至少部 分地被图案化。通过图案化或结构化一个或优选两个根据本专利技术的电化 学能量源的电极，获得三维表面积，因而获得每一电极足印表面积的增 加以及至少一个电极和电解质堆之间每一体积的接触表面的增加。接触 表面的这种增加改进能量源的倍率性能，因而提高根据本专利技术的能量源 的性能。以此方式，可以最大化并因此优化能量源中的功率密度。由于 提高了电池性能，根据本专利技术的小尺寸能量源将适合于给小尺寸电子设 备以令人满意的方式供电。此外，由于提高了性能，充分提升了由根据 本专利技术的电化学能量源供电的(小尺寸)电子组件的选择自由性。图案的特征、形状和尺寸可以是各种各样的，如下文所阐述。优选地，至少 一个电极的至少一个表面被基本上规则地图案化，更优选地，所应用的 图案提供有一个或多个凹部，具体的是柱体、沟槽、缝隙或孔，这些具 体的凹部可通过相对精确的方式被应用。通过此方式，也可相对精确地 预定电化学能量源性能的提高。本文中应注意，其上沉积堆的基板的表 面可以是基本平的或者可以被图案化(通过弯曲基板和/或在基板上提供 沟槽、孔和/或柱体)，从而便于产生三维取向的电池。电化学能量源优选包括至少一个阻挡层，该阻挡层沉积在基板和至 少一个电极之间，该阻挡层适合于至少基本上防止电池的活性物质扩散 进入所述基板。以此方式，基板和电化学电池将化学上分离，因而电化 学电池的性能可以相对持久地维持。如本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电化学能量源，包括：　至少一个电池，沉积在基板上，每个电池包括：　第一电极，　固态电解质，沉积在该第一电极上，和　第二电极，沉积在该固态电解质上；　其中至少该固态电解质的面对该第二电极的表面至少部分地被图案 化。

【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：RAH尼森，RHL诺滕，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[]