[发明专利]电化学能量源及设置有该电化学能量源的电子装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种改进的电化学能量源。本发明还涉及一种设置有该电化学能量源的电子装置。

背景技术

基于固态电解质的电化学能量源在本领域中是已知的。这些(平面)能量源或者“固态电池”有效地将化学能转变为电能且可以用作便携电子装置的电源。这些电池可以小规模地用于向例如微电子模块，更具体地为集成电路(IC)供应电能。这种电池的示例披露于国际专利申请WO 00/25378，其中固态薄膜微电池直接制作在特定衬底上。在该制作过程中，第一电极、中间固态电解质以及第二电极相继沉积在该衬底上成为叠层。尽管与其他固态电池相比，这种已知微电池通常呈现优异的性能，不过这种已知微电池存在诸多缺点。WO 00/25378的这种已知微电池的主要缺点为至少部分围绕该叠层向该叠层应用屏蔽封装，由于工作时两个电极的显著膨胀和收缩，该封装通常容易破裂。

本发明的目的是提供一种改进的电化学能量源，其不遭受至少一个上述缺点。

发明内容

该目的可以通过提供根据导言的电化学能量源来实现，该电化学能量源包括：衬底，以及沉积在所述衬底上的至少一个叠层，该叠层包括：第一电极；第二电极；以及中间固态电解质，分隔所述第一电极和第二电极；以及沉积在所述衬底和叠层之间的至少一个电子传导阻挡层，该阻挡层用于至少基本阻止所述叠层的活性物质向所述衬底的扩散，其中该能量源还包括至少部分围绕所述叠层的至少一个材料层，以及置于所述叠层和围绕材料层之间的用于减小所述叠层的膨胀和收缩时所述围绕材料层中应力的应力减小机构。通过在该围绕材料层和叠层之间应用该材料应力减小机构，该电化学能量源工作时(多个)电极的膨胀和收缩引起的该围绕材料层和叠层界面的材料应力的积累可得以补偿。该围绕层和/或叠层的劣化，且特别是破裂或断裂可以按照这种方式得以抵消。由于在本发明的电化学能量源中应用该材料应力减小机构，电化学能量源的设计自由度可以显著增大。具体而言，由于该材料应力减小机构的应用，可应用的围绕层的选择自由度增大。在本发明的电化学能量源中，因此可以想到应用基本刚性的围绕层来至少部分覆盖该叠层。至少部分围绕该叠层的材料层可以具有各种属性。围绕材料层可以用作保全该叠层内的活性物质的封装，和/或可以用于防止围绕该封装的诸如氧气或氮气的气氛化合物进入该叠层，从而保护该叠层以确保根据本发明的电化学能量源的长期性能。

然而，也可以想到该围绕材料层用于另外目的，因为该围绕材料层例如也可以用作间隔物以分隔根据本发明的电化学能量源的两个不同叠层。

该第一电极优选地包括阳极，且该第二电极优选地包括阴极。通常在将该叠层沉积在衬底上时沉积该阳极和阴极。优选地，根据本发明的能量源的至少一个电极用于存储至少一种下述元素的活性物质：氢(H)、锂(Li)、铍(Be)、镁(Mg)、铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)、钠(Na)和钾(K)、或者分配到元素周期表的1族或2族的任何其他合适元素。这样，根据本发明的能量系统的电化学能量源可以基于各种插入(intercalation)机制，且因此适于形成不同类型的电池，例如锂离子电池、NiMH电池等。在优选实施例中，至少一个电极，更优选地阳极，包括至少一种下述材料：C、Sn、Ge、Pb、Zn、Bi、Sb、Li和优选掺杂的Si。这些材料的组合也可以用于形成(多个)电极。优选地，n型或p型掺杂Si，或者像SiGe或SiGeC这样的掺杂的Si相关化合物，用作电极。而且，倘若电极的材料用于前述活性物质的插入和存储，其他合适的材料-优选地分配到元素周期表的12至16族之一的任何其他合适元素-也可以应用为阳极。前述材料尤为适于应用在锂离子电池中。对于应用氢基能量源的情形，阳极优选地包括氢化物形成材料，诸如AB₅型材料，特别是LaNi₅，以及诸如镁基合金，特别是Mg_xTi_1-x。

用于锂离子基能量源的阴极优选地包括至少一种金属氧化物基材料，例如LiCoO₂、LiNiO₂、LiMnO₂，或这些材料的组合，例如Li(NiCoMn)O₂。对于氢基能量源的情形，阴极优选地包括Ni(OH)₂和/或NiM(OH)₂，其中M由选自例如Cd、Co或Bi的一种或多种元素形成。