本发明专利技术实施例预期利用薄膜或层沉积处理以及其它形成电化学装置与装置部件的相关方法来形成电化学装置与装置部件，电化学装置与装置部件诸如电池单元或超级电容。在一实施例中，提供电池双层单元。电池双层单元包括：阳极结构，阳极结构包括导电集电基板、多个通过包括多个柱状凸出物的导电微结构形成于导电集电基板上的穴部以及沉积于多个穴部内部与上方的阳极活性粉末；绝缘隔离物层，绝缘隔离物层形成于多个穴部上；及阴极结构，阴极结构接合于绝缘隔离物上。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】压缩粉末3D电池电极的制造专利技术的背景专利
本专利技术的实施例大致关于锂离子电池与电池单元部件，更明确地，本专利技术的实施例是关于利用形成三维多孔结构的处理来制造这种电池与电池单元部件的系统与方法。相关技术的描述高容量的能量存储装置(例如，锂离子(Li离子)电池)用于越来越多的应用中， 应用包括便携式电子产品、医疗器械、运输工具、并网型大能量存储器、可再生能量存储器及不间断电源(UPS)。一种电池单元电极制造的方法主要基于在导电集电器上狭缝涂覆阴极或阳极活性材料的粘性粉末浆料混合物，接着为长期加热以形成干燥浇铸片并避免破裂。最终通过调整最终层的密度与多孔性的压缩或压延(calendaring)确定干燥(蒸发溶剂)后的电极的厚度。粘性浆料的狭缝涂覆是高度发展的制造技术，这技术相当依赖浆料的配方、形成与同构型。形成的活性层易受到干燥处理的速率与热细节的影响。由于干燥的浇铸片必须良好地附着至金属集电器，所述混合物通常包括促进粘附的粘合剂。进一步通过压缩处理提高粘合，压缩处理调整活性片的密度并也将某些粘合微粒嵌入金属集电器。在此技术的其它问题与限制中为缓慢且昂贵的干燥部件，所述干燥部件具有大且长的覆盖区域与用于蒸发可挥发部件的精心收集和再循环系统两者。这些其中有许多可挥发有机化合物，所述可挥发有机化合物需要额外的精细减弱系统。再者，这些电极类型得到的导电性也限制了电极的厚度并从而限制了电极的体积。对于大部分能量存储应用，能量存储装置的充电时间与能量容量是重要的参数。此外，这种能量存储装置的尺寸、重量与/或价钱为显著的规格。因此，技术中需要充电较快、容量较高的能量存储装置，所述装置较小、较轻并可在高制造速率下更具成本效益地加以制造。
技术实现思路
本专利技术的实施例预期利用薄膜或薄层沉积处理以及其它相关方法(用于形成电化学装置与装置部件)来形成电化学装置与装置部件，电化学装置与装置部件诸如电池单元或超级电容。在一实施例中，提供电池双层单元。电池双层单元包括阳极结构，所述阳极结构包括导电集电基板、多个通过包括多个柱状凸出物的导电微结构形成于所述导电集电基板上的穴部和沉积于所述多个穴部内部与上方的阳极活性粉末；绝缘隔离物层，所述绝缘隔离物层形成于所述多个穴部上；及阴极结构，所述阴极结构接合于所述绝缘隔离物上。在另一实施例中，提供用于电化学电池装置中的阳极电极结构。阳极结构包括导电集电基板；容纳层，包括多个通过导电微结构形成于所述导电集电基板的一个或多个表面上的多孔穴部，所述导电微结构包括形成于多个柱状凸出物上的多个中孔(meso-porous)结构；及阳极活性粉末，所述阳极活性粉末沉积于所述多个穴部内部与上方。在另一实施例中，提供用于电化学电池装置中的阳极电极结构。阳极结构包括集电器金属薄片基板，所述集电器金属薄片基板上沉积有容纳层，所述容纳层由多个自薄壁多孔状导电微结构形成的穴部或井部构成，薄壁多孔状导电微结构包括多个包含穴部壁或在穴部壁上形成的树状结构或其它多孔状形式。粉末沉积于多个穴部内部与上方。净沉积可经调整以致可在压延处理中确定最终密度与厚度。绝缘隔离物可形成于活性材料容纳层上。在另一实施例中，以相似的方式提供并形成用于电化学电池装置中的阴极电极结构。阴极电极结构包括形成于集电器基板上的容纳层。纳米-图案化或微-图案化的容纳层基板包括形成为纳米-图案化或微-图案化基板中的多个穴部的铝或铝的合金。粉末沉积于多个穴部内部与上方，而绝缘隔离物形成于活性材料层上。·又另一实施例中，提供电池单元。电池单元包括阳极电极结构，所述阳极电极结构包括金属集电器基板；容纳层，所述容纳层具有多个通过多孔状导电微结构形成于表面上的穴部，多孔状导电微结构包括多个形成于多个柱状凸出物上的树状结构或其它结构。粉末沉积于多个穴部内部与上方，绝缘隔离物形成于容纳层上，而以相似方式制成的阴极电极结构形成于绝缘隔离物上。又另一实施例中，提供用于电化学电池装置中的阳极电极结构。阳极电极结构包括基板，所述基板具有导电表面；多个穴部，所述多个穴部通过导电微结构形成于表面上，导电微结构包括多个形成于多个柱状凸出物上的树状结构；粉末，所述粉末沉积于所述多个穴部上；及绝缘隔离物，所述绝缘隔离物形成于所述多个穴部上。在一实施例中，柱状凸出物利用电镀处理加以形成。在另一实施例中，柱状凸出物利用模压(embossing)处理加以形成。又另一实施例中，提供用于电化学装置中的阴极电极结构。阴极电极结构包括微-图案化的导电集电基板，导电集电基板包括铝或铝的合金；多个穴部，所述多个穴部形成于微-图案化基板的一个或多个表面上；及阴极活性粉末，所述阴极活性粉末沉积于多个穴部内部与上方。在某些实施例中，绝缘隔离物层形成于多个穴部上。又另一实施例中，提供电池。电池包括阳极结构，阳极结构包括具有导电表面的基板、多个通过导电微结构(导电微结构包括多个形成于多个柱状凸出物上的树状结构)形成于表面上的穴部及沉积于多个穴部上的粉末；绝缘隔离物，所述绝缘隔离物形成于多个穴部上；及阴极结构，所述阴极结构形成于绝缘隔离物上。又另一实施例中，提供处理柔性导电基板的基板处理系统。基板处理系统包括微结构形成腔室，所述微结构形成腔室设以在柔性导电基板上形成多个导电穴部；活性材料沉积腔室，所述活性材料沉积腔室用以在所述多个导电穴部上沉积电-活性粉末；及基板传送机构，所述基板传送机构设以在腔室之间传送所述柔性导电基板，所述基板传送机构包括设以保持柔性导电基板的一部分的供给滚轴以及设以保持柔性导电基板的一部分的回收滚轴，其中基板传送机构设以使供给滚轴与回收滚轴活动以传送柔性导电基板进出各个腔室，并在各个腔室的处理空间中固持柔性导电基板。在某些实施例中，柔性导电基板具有基本垂直的方向。在某些实施例中，柔性导电基板具有基本水平的方向。附图简沭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)来对如上简短概述的本专利技术作更具体的描述。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限制本专利技术的范围，因为本专利技术可允许其它等效的实施例。图I是根据本文所述实施例电连接至负载的Li-离子电池双层单元的示意图；图2A-2D是根据本文所述实施例的阳极结构在不同形成阶段的示意横截面图；图3根据本文所述实施例描绘在包括导电微结构与粉末的容纳层上形成隔离物层后的阳极结构；图4A示意性描绘根据本文所述实施例的垂直处理系统的一实施例；图4B是根据本文所述实施例的模压腔室的示意剖面俯视图；·图4C是根据本文所述实施例的粉末沉积腔室的一实施例的示意剖面俯视图；图4D是根据本文所述实施例的压缩腔室的一实施例的示意剖面俯视图；图5A是根据本文所述实施例形成的双侧模压微-图案化基板的透视俯视图；图5B是根据本文所述实施例的模压基板沿着图5A的线5B-5B的横截面图；图6是总结根据本文所述实施例的形成阳极结构的方法的一实施例的处理流程图；图7是总结根据本文所述实施例的形成阴极结构的方法的一实施例的处理流程图；图8是总结根据本文所述实施例的形成阳极结构的方法的一实施例的处理流程图；图9是总结根据本文所述实施例的形成锂离子电池的方法的处理流程图；图IOA是在沉积粉末前铜-锡容纳结构的一实施例的扫描电子显微镜(SEM)图像的不意图；图本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.12.01 US 61/265,577;2010.07.19 US 12/839,0511.一种电池双层单兀,包括 阳极结构，包括 导电集电基板； 多个穴部，所述多个穴部通过导电微结构形成于所述导电集电基板上，所述导电微结构包括多个柱状凸出物；及 阳极活性粉末，所述阳极活性粉末沉积于所述多个穴部内部和上方； 绝缘隔离物层，所述绝缘隔离物层形成于所述多个穴部上 '及 阴极结构，所述阴极结构接合于所述绝缘隔离物上。2.如权利要求I所述的电池双层单元，其特征在于，所述阴极结构包括 微-图案化集电基板，所述微-图案化集电基板包括铝或铝的合金； 多个穴部和柱，所述多个穴部和柱形成于所述微-图案化基板中；及 阴极活性粉末，所述阴极活性粉末沉积于所述微-图案化基板中形成的多个穴部上。3.如权利要求2所述的电池双层单元，其特征在干，所述阴极活性粉末选自包括下列物质的群组锂钴ニ氧化物(LiCoO2)、锂锰ニ氧化物(LiMn02)、ニ硫化钛(TiS2)、LiNixCcv2xMnO2、LiMn2O4、铁橄榄石(LiFePO4)、LiFe1JMgPO4、LiMoPO4' LiCoPO4' Li3V2 (PO4) 3、LiVOPO4, LiMP2O7, LiFe1.5P207、LiVPO4F, LiAlPO4F, Li5V (PO4) 2F2、Li5Cr (PO4) 2F2、Li2CoPO4F,Li2NiPO4F' Na5V2 (PO4) 2F3、Li2FeSiO4' Li2MnSiO4' Li2VOSiO4 以及上述物质的组合。4.如权利要求I所述的电池双层单元，其特征在于，所述导电微结构还包括多个中孔结构。5.如权利要求I所述的电池双层单元，其特征在于，所述阳极活性粉末选自下列石墨、石墨烯硬碳、碳黑、碳涂覆的硅、锡微粒、铜-锡微粒、氧化锡、碳化硅、非晶硅、结晶硅、硅合金、掺杂硅、钛酸锂以及上述物质的组合。6.ー种用于电化学装置的阴极结构，包括 微-图案化导电集电基板，所述微-图案化导电集电基板包括铝或铝的合金； 多个穴部，所述多个穴部形成于所述微-图案化基板的ー个或多个表面上；及 阴极活性粉末，所述阴极活性粉末沉积于所述多个穴部的内部与上方。7.如权利要求6所述的阴极结构，其特征在于，所述多个穴部利用模压技术或纳米-压印技术加以形成。8.如权利要求6所述的阴极结构，其特征在于，所述阴极活性粉末包括选自包括下列物质的群组的微粒...
【专利技术属性】
技术研发人员：R·Z·巴克拉克，S·D·洛帕丁，王品今，多纳德·J·K·欧盖杜，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：
国别省市：
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