无烯烃隔板的锂离子电池的制作方法

本公开内容的实施方式一般地涉及隔板、包括所述隔板的诸如电池及电容器之类的高性能电化学装置、及用于制造该隔板及装置的方法。

背景技术：

1、快速充电、高容量的能量储存装置、诸如电容器及锂离子(li-ion)电池，用在愈来愈多应用中，包括可携式电子装置、医药、输送、并网大型能量储存装置、可再生能量储存装置、及不断电电源(ups)。

2、锂离子电池一般包括阳极电极、阴极电极、以及定位在该阳极电极与该阴极电极之间的隔板。该隔板是电绝缘体，提供阴极电极与阳极电极之间的实体分离与电分离。该隔板一般是由微孔聚乙烯与聚烯烃制成。电化学反应(即充电及放电)期间，锂离子在两个电极之间经由电解质(electrolyte)输送穿过隔板中的孔。因此，期望有高孔隙度以增加离子传导性。然而，当循环期间形成的锂枝晶(lithiumdendrites)在电极之间产生短路时，一些高孔隙度的隔板容易遭受电短路。

3、目前，电池单元(batterycell)的制造商购买隔板，然后在分开的工艺中将隔板与阳极电极及阴极电极层叠在一起。其他隔板一般是通过下述方式制作：湿式或干式挤出聚合物然后拉伸而在聚合物中产生孔洞(撕裂部)。隔板也是锂离子电池中最昂贵的部件之一，且占了电池单元的材料成本超过20％。

4、对于多数能量储存应用而言，能量储存装置的充电时间与容量是重要的参数。此外，此能量储存装置的尺寸、重量、和/或花费可为重要的限制。使用目前可得的隔板有许多缺点。也就是，此类可得的材料限制由此材料建构的电极的最小尺寸，遭受电短路，涉及复杂制作方法及昂贵的材料。再者，目前的隔板设计经常遭受锂枝晶生长，而可能导致短路的电路。

5、因此，此技术中需要更快充电、更高容量的能量储存装置，且该装置有更小、更轻、且能够更节省成本地制造的隔板。

技术实现思路

1、本公开内容的实施方式一般地涉及隔板、包括前述隔板的诸如电池及电容器之类的高性能电化学装置、及用于制造该隔板及装置的方法。一个实施方式中，提供一种形成用于电池的隔板的方法。该方法包括，将金属材料暴露于蒸发工艺，该金属材料待沉积于处理区域中定位的电极结构的表面上。该方法进一步包括使反应性气体流入该处理区域中。该方法进一步包括使该反应性气体与蒸发的金属材料反应，以在该电极结构的该表面上沉积陶瓷隔板层。

2、另一实施方式中，提供一种形成电池的方法。该方法包括：在正极结构的表面上沉积陶瓷隔板层。该陶瓷隔板层通过下述方式沉积于该正极结构的该表面上：将待沉积于该正极结构的该表面上的金属材料暴露于蒸发工艺；使反应性气体流入该处理区域中；及使该反应性气体与蒸发的金属材料反应，以沉积该陶瓷隔板层。用该陶瓷隔板层将该正极结构与负极结构接合，该陶瓷隔板层介于该负极结构与该正极结构之间。

3、又一另外的实施方式中，提供一种形成电池的方法。该方法包括：在负极结构的表面上沉积陶瓷隔板层。该陶瓷隔板层通过下述方式沉积于该负极结构的该表面上：将待沉积于该负极结构的该表面上的金属材料暴露于蒸发工艺；使反应性气体流入该处理区域中；及使该反应性气体与蒸发的金属材料反应，以在该负极结构上沉积该陶瓷隔板层。用该陶瓷隔板层将该负极结构与正极结构接合，该陶瓷隔板层介于该负极结构与该正极结构之间。

4、又一另外的实施方式中，提供一种形成电池的方法。该方法包括：在正极结构的表面上沉积第一陶瓷隔板层。该陶瓷隔板层通过下述方式沉积于该正极结构的表面上：将待沉积于该正极结构的该表面上的金属材料暴露于蒸发工艺；使反应性气体流入该处理区域中；及使该反应性气体与蒸发的金属材料反应，以沉积该陶瓷隔板层。该方法进一步包括，在负极结构的表面上沉积第二陶瓷隔板层。该第二陶瓷隔板层通过下述方式沉积于该负极结构的该表面上：将待沉积于该负极结构的该表面上的金属材料暴露于蒸发工艺；使反应性气体流入该处理区域中；及使该反应性气体与蒸发的该金属材料反应，以在该负极结构上沉积该第二陶瓷隔板层。将该负极结构与正极结构接合在一起，以形成该电池。

5、又一另外的实施方式中，提供一种形成用于电池的隔板的方法。该方法包括：将金属材料暴露于蒸发工艺，该金属材料待沉积于定位在处理区域中的电极结构的表面上。该方法进一步包括：使反应性气体流入该处理区域中。该方法进一步包括：使该反应性气体与蒸发的金属材料反应，以在该电极结构的该表面上沉积陶瓷隔板层。使该反应性气体流入该处理区域中包括：使潮湿的氧气流入该处理区域中。

6、又一另外的实施方式中，提供一种形成电池的方法。该方法包括：在负极结构的表面上沉积陶瓷隔板层。沉积该陶瓷隔板层进一步包括：将金属材料暴露于蒸发工艺，该金属材料待沉积于定位在处理区域中的负极结构的表面上。沉积该陶瓷隔板层进一步包括：使反应性气体流入该处理区域中。沉积该陶瓷隔板层进一步包括：使该反应性气体与蒸发的金属材料反应，而在该负极结构的该表面上沉积该陶瓷隔板层，其中使反应性气体流入该处理区域中包括：使潮湿的氧气流进该处理区域中。该方法进一步包括：用该陶瓷隔板层将该负极结构与正极结构接合，该陶瓷隔板层介于该负极结构与该正极结构之间。

7、又一另外的实施方式中，提供一种形成电池的方法。该方法包括：在正极结构的表面上沉积陶瓷隔板层。沉积该陶瓷隔板层包括：将金属材料暴露于蒸发工艺，该金属材料待沉积于定位在处理区域中的正极结构的表面上。沉积该陶瓷隔板层进一步包括：使反应性气体流入该处理区域中。沉积该陶瓷隔板层进一步包括：使该反应性气体与蒸发的金属材料反应，以在该正极结构的该表面上沉积该陶瓷隔板层。使该反应性气体流入该处理区域中包括：使潮湿的氧气流进该处理区域中。该方法进一步包括：用该陶瓷隔板层将该正极结构与负极结构接合，该陶瓷隔板层介于该负极结构与该正极结构之间。

技术特征：

1.一种形成电极结构的方法，包括：

2.如权利要求1所述的方法，其中所述金属材料选自由下列材料组成的群组：铝(al)、银(ag)、铬(cr)、铜(cu)、铟(in)、铁(fe)、镁(mg)、镍(ni)、锡(sn)、镱(yb)、或前述材料的组合。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述陶瓷层是氢氧化铝氧化物层。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述蒸发工艺是热蒸发工艺或电子束蒸发工艺。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述蒸发工艺包括：将所述金属材料暴露于介于1300摄氏度与1600摄氏度之间的温度。

6.如权利要求1所述的方法，其中所述陶瓷层是无粘结剂的陶瓷层。

7.如权利要求1所述的方法，其中所述陶瓷层具有范围为1纳米至3000纳米的厚度。

8.如权利要求7所述的方法，其中所述陶瓷层具有范围为10纳米至500纳米的厚度。

9.如权利要求1所述的方法，其中所述陶瓷层包括水铝石。

10.如权利要求1所述的方法，其中所述负极结构由石墨或含硅的石墨建造。

11.如权利要求1所述的方法，进一步包括：在所述陶瓷层上沉积凝胶聚合物层。

12.如权利要求11所述的方法，其中所述凝胶聚合物层选自聚偏二氟乙烯(pvdf)、聚环氧乙烷(peo)、聚丙烯腈(pan)、羧甲基纤维素(cmc)、苯乙烯-丁二烯橡胶(sbr)、或前述聚合物的组合。

13.如权利要求1所述的方法，其中在暴露所述金属材料之前，所述锂金属层具有形成在其上的保护膜，并且所述保护膜选自氟化锂、碳酸锂、或上述材料的组合。

14.一种形成电池的方法，包括：

15.如权利要求14所述的方法，其中所述陶瓷层是氢氧化铝氧化物层。

16.如权利要求14所述的方法，其中所述蒸发工艺是热蒸发工艺或电子束蒸发工艺。

17.一种形成电极结构的方法，包括：

18.如权利要求17所述的方法，进一步包括：

19.如权利要求18所述的方法，其中所述金属材料选自由下列材料组成的群组：铝(al)、银(ag)、铬(cr)、铜(cu)、铟(in)、铁(fe)、镁(mg)、镍(ni)、锡(sn)、镱(yb)、或前述材料的组合。

20.如权利要求17所述的方法，其中所述陶瓷层是氢氧化铝氧化物层。

技术总结
本公开内容的实施方式一般地涉及隔板、包括上述隔板的诸如电池及电容器之类的高性能电化学装置、及用于制造该隔板及装置的方法。一个实施方式中，提供一种形成用于电池的隔板的方法。该方法包括，将金属材料暴露于蒸发工艺，该金属材料待沉积于定位在处理区域中的电极结构的表面上。该方法进一步包括将反应性气体流进该处理区域。该方法进一步包括使该反应性气体与该蒸发的金属材料反应，以在该电极结构的该表面上沉积陶瓷隔板层。

技术研发人员：苏布拉曼亚·P·赫尔勒
受保护的技术使用者：应用材料公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13