通过热喷涂原位沉积电池活性锂材料制造技术

本文提供形成薄膜电池的电化学层的方法与设备。将包括散布于携带媒介的电化学活性前体微粒的前体混合物提供至处理腔室，并利用亦提供至腔室的可燃气体混合物进行热处理。通过热能将前体转换成纳米晶体，并将纳米晶体沉积于基板上。当纳米晶体沉积于表面上时可与第二前体混合以提高附着力与导电率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术实施例大致关于锂离子电池，更明确地，关于利用薄膜沉积处理制造上述电池的方法。
技术介绍
充电快速、高容量的能量储存装置(诸如，超级电容器与锂(Li)离子电池)用于数目渐增的应用中，应用包括可携式电子产品、医疗装置、运输工具、并网型大能量储存器、可更换能量储存器及不间断电源(UPS)。现代可充电能量储存装置中，集电器由导电体所制成。正集电器(阴极)的材料的示例包括铝、不锈钢与镍。负集电器(阳极)的材料的示例包括铜(Cu)、不锈钢与镍(Ni)。上述集电器可为箔、膜或薄板的形式，厚度通常在约6至50 μ m之间。 一般的锂离子电池由电解液或固体聚合物电解质所分隔的碳阳极与锂金属氧化物或磷酸盐阴极所组成，电解液由有机溶剂(例如，碳酸乙烯酯)中的锂盐(诸如，LiPF5,LiBF4或LiClO4)所组成，而固体聚合物电解质(例如，聚氧化乙烯)与锂盐复合和/或由液态电解质所填充。阴极材料通常选自锂过渡金属氧化物，诸如LiMn204、LiCo02、LiNi02、或Ni、Li、Mn与Co氧化物的组合，且包括导电微粒(诸如，碳或石墨)及接合物材料。阴极材料被视为锂嵌入化合物，其中导电材料的数量范围在约O. 1%至约15%重量百分比。可将阴极材料以糊状物施加至导电板电极并在热滚轮间挤压，或以溶液或浆状物喷涂在导电板电极上，并将得到的基板干燥以移除液态载体。经常将石墨用来作为阳极材料，且可以是锂嵌入中间相碳微球(MCMB)粉末的形式，由直径约10 μ m的MCMB所构成。将锂嵌入MCMB粉末散布于聚合接合物基质中。接合物基质的聚合物由热塑性聚合物(包括具有橡胶弹性的聚合物)所构成。聚合接合物用以将MCMB材料粉末结合在一起以排除破裂形成并避免集电器表面上MCMB粉末的碎裂。聚合接合物的数量范围在约O. 5%至约15%重量百分比之间。可用糊状物施加并在热滚轮间挤压，或者用液态溶液施加，并将得到的基板干燥以移除溶剂。某些Li-离子电池利用由微孔聚烯烃聚合物(例如，聚乙烯泡棉)所制成的分隔板，该些分隔板在不同的制造步骤中应用。分隔板通常填充满上述的液态电解质以构成完成体电池。随着薄膜Li-离子电池应用持续成长，亟需较小、较轻且可更具成本效益地制造的薄膜Li-离子电池。
技术实现思路
本文所述实施例提供在基板上形成层的方法，该方法通过提供第一前体至处理腔室、耦接能量至第一前体中以形成经活化的前体、引导经活化的前体朝向基板、混合经活化的前体与第二前体以形成沉积混合物、并在基板上沉积包括由经活化的前体所形成的纳米晶体的层。其他实施例提供在基板上形成电化学膜的设备，该设备具有封围基板支撑件与分配器的处理腔室，分配器包括活化腔室，该活化腔室流体连通于前体源；电功率源，该电功率源耦接至活化腔室；混合区，该混合区流体连通于活化腔室，混合区具有指向基板支撑件的出口 ；及第一管道，该第一管道具有配置于基板支撑件附近且与混合区间隔开的开口。其他实施例提供在基板的导电表面上形成电化学膜的设备，该设备具有持续移动的基板输送器及配置于基板输送器上的分配器，分配器包括具有多个喷嘴的活化腔室，该些喷嘴朝向基板输送器延伸并指向与基板输送器移动方向垂直的方向，活化腔室流体连通于一个或多个电化学前体源；电功率源，该电功率源耦接至活化腔室；环状管道，该环状管道围绕各个喷嘴配置，以携带可燃气体混合物至各个喷嘴末端处的混合区域；及多个头，该多个头配置于基板输送器附近并与多个喷嘴间隔开，各个头自管道延伸以分配第二前体。其他实施例提供在基板上形成层的方法，该方法通过提供电化学沉积材料的浆状物至处理腔室；提供包括过量碳的可燃气体至处理腔室；形成电化学沉积材料的纳米晶体；及在基板上沉积纳米晶体。 其他实施例提供在基板上形成电化学层的方法，该方法通过形成包括电化学前体的浆状物，电化学前体包括锂；在惰性气体中雾化前体混合物；将雾化的前体与包括过量碳的可燃气体混合物流入处理腔室；让可燃气体混合物反应以形成电化学前体的纳米晶体，纳米晶体由含碳涂层所涂覆；使处于流(Stream)中的纳米晶体离开处理腔室并朝向基板流动；添加聚合物接合物至流以形成沉积混合物；及在基板上沉积该沉积混合物。其他实施例提供在基板上形成电化学膜的设备，该设备具有封围基板支撑件与分配器的处理腔室，分配器具有干燥腔室，该干燥腔室流体连通于前体源与可燃混合物源；点火源，该点火源耦接至干燥腔室；及接合物喷涂端口，该接合物喷涂端口配置于基板支撑件附近且与分配器间隔开。其他实施例提供在基板导电表面上形成电化学膜的设备，该设备具有持续移动的基板输送器及配置于基板输送器上的分配器，分配器包括具有多个喷嘴的纳米晶体形成腔室，该些喷嘴朝向基板输送器延伸并指向与基板输送器移动方向垂直的方向，纳米晶体形成腔室流体连通于一个或多个电化学前体源；可燃气体源，该可燃气体源耦接至纳米晶体形成腔室；及多个头，该多个头配置于基板输送器附近并与多个喷嘴间隔开，各个头自管道延伸以分配第二前体。附图说明为了更详细地了解本专利技术的上述特征，可参照实施例(某些描绘于附图中)来更具体地描述以上简短概述的本专利技术。然而，需注意附图仅描绘本专利技术的典型实施例而因此不被视为本专利技术的范围的限制因素，因为本专利技术可允许其他等效实施例。图I是根据一实施例的Li-离子电池的示意图；图2是总结根据一实施例的方法的流程图；图3是根据一实施例的膜形成设备的示意横剖面图；图4是根据另一实施例的膜形成设备的示意横剖面图；图5A是根据另一实施例的膜形成设备的示意横剖面图；图5B是根据另一实施例的膜形成设备的示意侧视图5C是图5A的设备的放大图；图是根据另一实施例的设备的示意平面图。为了促进理解，尽可能应用相同的元件符号来标示图示中相同的元件。预期一实施例中揭露的元件可有利地用于其他实施例而不需特别详述。详细描述本文所揭露的实施例大致提供在基板上形成膜的方法与设备。一实施例中，膜可为薄膜电池(诸如，Li-离子电池或超级电容器元件)的电化学膜。将包括电化学活性材料微粒的前体或前体的混合物提供至处理腔室，可将能量施加至处理腔室使得前体或前体混合物处于高温状态。高温可自微粒产生纳米晶体，纳米晶体在基板表面上形成层或膜。图I是根据本文实施例电连接至负载101的Li-离子电池100的示意图。Li-离子电池100的主要功能部件包括阳极结构102、阴极结构103、分隔层104及电解质(未显 示)，它们配置于相对集电器111与113之间的区域中。可利用多种材料作为电解质，例如有机溶剂或聚合基质(亦可由有机溶剂所浸透)中的锂盐。电解质存在于集电器111与113间形成的区域中的阳极结构102、阴极结构103、与分隔层104中。阳极结构102与阴极结构103各自作为Li-离子电池100的半电池(half-cell)，并一起形成Li-离子电池100的完整工作电池(working cell)。阳极结构102包括集电器111与第一含电解质材料110 (例如，保留锂离子的碳基嵌入基质材料)。同样地，阴极结构103包括集电器113与保留锂离子的第二含电解质材料112 (例如，金属氧化物)。集电器111与113由导电材料(例如，金属)所构成。某些实例中，分隔层104可以是介电、多孔、流体-可穿透的层，它可用来避免阳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.08.24 US 61/236,3871.ー种在基板上形成层的方法，包括 提供电化学沉积材料的浆状物至处理腔室； 提供包括过量碳的可燃气体至该处理腔室； 形成该电化学沉积材料的纳米晶体；及 在基板上沉积该些纳米晶体。2.如权利要求I所述的方法，其特征在于，该电化学沉积材料包括锂，以及镍、锰与钴的至少ー种。3.如权利要求I所述的方法，其特征在于，该电化学沉积材料的浆状物包括含碳液体。4.如权利要求I所述的方法，其特征在于，形成该电化学沉积材料的纳米晶体包括在该些纳米晶体上形成含碳涂层。5.如权利要求I所述的方法，其特征在于，更包括通过调整该可燃气体中的过量碳的量来控制输入至该电化学沉积材料的热能。6.如权利要求I所述的方法，其特征在于，更包括使处于流中的该些纳米晶体离开该处理腔室并朝向该基板流动，以及添加作为水乳状液的聚合物接合物至该流，其中该电化学沉积材料包括锂、镍、锰、钴与氧。7.如权利要求6所述的方法，其特征在干，该些纳米晶体由含碳涂层所涂覆，并通过在蒸发水的位置处混合该水乳状液进入该纳米晶体流而添加该接合物。8.—种在基板上形成电化学层的方法，包括 形成包括电化学前体的浆状物，该电化学前体包括锂； 在惰性气体中雾化该前体混合物； 将该雾化前体与包括过量碳的可燃气体混合物流入处理腔室中； 让该可燃气体混合物反应以形成该电化学前体的纳米晶体，该些纳米晶体由含碳涂层所涂覆； 使处于流中的该些纳米晶体离开该处理腔室并朝向该基板流动； 添加聚合物接合物至该流以形成沉积混合物；及 在该基板上沉积该沉积混合物。9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，该电化学前体更...

【专利技术属性】
技术研发人员：上泉元，L·杨，K·M·布朗，D·J·K·欧盖杜，V·佩贝尼托，H·博兰迪，石川哲也，R·Z·巴克拉克，LY·陈，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：