[发明专利]用于将电化学器件集成到固定设施之内或之上的方法

说明书

相关申请

本申请涉及并要求根据35U.S.C.§119(e)于2009年5月20日提交的S/N61/179,953美国临时专利申请的权益，所述临时申请全篇地援引包含于此。

技术领域

本发明涉及将电化学器件集成到固定设施之内或之上的方法。具体地说，本发明涉及例如通过在保持电化学器件的电化学性能的同时在一段时间内施加热和压力从而将电化学器件集成到固定设施之内或之上的方法。

发明背景

随着新制造技术使例如薄膜电池之类的电化学器件越来越小和越来越薄，这些器件如今能被集成到其它电子设备或固定设施之内或之上。电子设备或固定设施的一些示例是印刷电路板、柔性印刷电路板、半导体芯片、多层印刷电路板、智能卡、信用卡、聚合物和非聚合物叠层、铸件、注塑模、硅晶片、硅晶片夹层、硅晶片叠层、陶瓷支承件和金属支承件。

结果，电化学器件当作为一较大设备的组件而被例如层压、铸造或注塑模制时，其本身受到热应力和机械应力。另外，当通过焊料回流工艺、熔焊或各种其它连接方法固定于电子设备时，电化学器件经受热和机械应力。

当藉由施加热和/或压力将一些电化学器件集成到电子设备和固定设施之内或之上时，已观察到一些不利影响。在一些示例中，包封层以与薄膜电池的其它部分不同的方式机械变形和热变形。因此，包封层的完整性和性能可能至少暂时打个折扣。换句话说，这些变形可能使电化学电池无法保持原样，从而使电池的诸个层彼此分离或剥离。在该丧失完整性的阶段中，环境反应物可能穿透电化学器件的包封层，与电化学器件内的环境敏感组件(例如电极和/或电解质)接触，并且因此降低了电化学器件的性能。

另外也已观察到，电化学器件上的充电电压的某些电平，也就是对电化学器件充电所需的电压，可能使电极材料(阳极和/或阴极)中的至少一种处于亚稳态。“亚稳态”是例如一旦对电化学电池充电后的至少一个电极的状态。例如，对具有Li阳极、Lipon(锂磷氧氮)电解质和LiCoO₂阴极的电化学电池来说，Li_xCoO₂是亚稳态电极，其中x≥0且x＜1.0(随着x减小，充电状态增大)；另一方面，当电池的充电状态或阴极的充电状态改变时，金属性Li阳极的化学状态不变。随着充电状态增大，电极在该例中变得越来越远离其热力学平衡(并且其亚稳态就能量而言高于热力学平衡更多)。在这种状态下，暴露于随时间越来越高的温度和/或压力可能增大电极材料与电化学器件中的其它组件(例如电解质)的化学反应性，这可能导致过早的材料分解。更具体地，给定固态材料的亚稳态是否分解通常关乎作用于材料的温度和时间。如果温度足够高和/或作用的时间足够长，则亚稳态电极的分解可能根据自然目的发生以达到完全稳定状态。替代地，亚稳态电极可与例如与电解质、集电器或电池封装的周围化学物质反应，由此再次从亚稳态转移至稳态。这种状态的结果可能类似于过充电状态下的电化学器件。

因此，例如需要一种方法将电化学电池以最小化或避免前述不利影响的方式集成到设备和电子固定设施之内或之上。

发明内容

本发明的某些示例性实施例的一个目的是克服前述不利影响。如下面进一步详细描述的那样，某些实施例可能涉及一些方法，这些方法例如在集成过程之前对电化学器件放电，限制电化学器件在集成过程中的温度暴露和/或在集成过程中将约束力作用于电化学器件的表面。

根据本发明一些实施例的将电化学器件与固定设施集成的方法包括：提供包含负电极、电解质和正阴极的电化学器件，其中正阴极具有低于正阴极在室温下的充电状态的上稳定极限的充电状态；提供固定设施；在一温度下加热固定设施和电化学器件一段时间；并将电化学器件固定于固定设施。

根据本发明一些实施例的将电化学器件与固定设施集成的方法包括：提供电化学器件，其中该电化学器件是在其稳态下制造的并且之前尚未被充电；提供固定设施；在一温度下加热固定设施和电化学器件一段时间；并将电化学器件固定于该固定设施。

本发明的这些和其它实施例参照下面的附图在下文中予以进一步描述。前述的一般说明和下面的详细说明都仅仅是示例性的和解说性的，而并非如权利要求书那样限制本发明。此外，关于根据本发明的集成方法的具体阐述或理论仅为解说而给出并且不认为是对本说明书或权利要求书的范围的限定。

附图简述

图1示出根据本发明某些实施例的LiCoO₂阴极材料的充电状态及其对比虚拟或实际金属性锂参比电极测得的电压之间的关系的一个示例。