[发明专利]将固态锂低压冷结合至金属基材的方法

说明书

提供将锂板结合至其它金属基材的方法，其中使用预成型有具有施加在其中的凹陷的表面的锂板，其中该表面紧贴所述基材放置，这减小了实现界面结合所需的力。

背景

诸如锂电池和电致变色玻璃等发展中市场有对于锂金属气相沉积在各种材料上的薄涂层的需求。许多气相沉积方法通过在受控真空条件下将等离子体能量引导到锂表面上，将锂从固态锂转移结合至金属基材（“锂靶”）。由于其相对低的熔点和低的机械强度，锂靶的锂部分必须牢固地附着或结合至具有良好传热性能的较强的导电基材，以保持尺寸刚性并避免过度熔化。基材通常是金属板，例如铜、不锈钢或钛。理想情况下，基材不应与锂反应或合金化以避免锂的污染。

合适的锂靶可以通过将熔融锂浇铸到金属基材上以实现焊接型结合来制造。虽然该方法提供了可接受的结合强度，但它有几个缺点。将基材加热至锂的熔点以上以确保良好的润湿可能由于热应力而潜在地使基材变形。处理熔融锂的方法由于必须在惰性气氛如真空或氩气中处理熔融锂以避免来自与空气反应的锂的污染和燃烧而进一步复杂。最后，与任何浇铸方法一样，由于随着锂在凝固过程中从液相变为固相而发生的体积变化，尺寸控制是困难的。

通过在室温或接近室温下将固态锂板冷结合至基材来制造锂靶的方法是可用的。用于冷结合以形成所述靶的选项包括使用粘合剂或直接冷焊，其中金属在足够高的压力下被压制在一起以产生机械和冶金结合。在一些情况下，基材中的次表面冷却通道限制了可以施加而不损坏基材的压力量。US 8,864,954列举了使用诸如铟（In）或填充有银（Ag）的环氧树脂的“粘附”层来将锂附着至基材。由于锂与常见粘合剂如环氧树脂的过度反应性，使用粘合剂将锂结合至基材具有挑战性。这些粘附层将不需要的污染物引入到溅射工艺中，并使从废弃靶中回收残留锂复杂化。

因此，需要制造锂靶的方法，其不具有目前可用的方法的缺点。

发明内容

本发明通过提供包括在压力下使锂板表面与基材表面接触的方法来满足上述需求，其中锂板表面具有施加在其中的多个凹陷(indentations)，并且该方法在环境条件下进行，以由此将锂板表面结合至基材表面。

此外，本发明提供了包括在压力下使锂板表面与基材表面接触的方法，其中锂板表面具有施加在其中的多个凹陷，并且其中该方法在小于约80℃下在露点小于约-35℃的空气环境中进行，以由此将锂板表面结合至基材表面。

此外，本发明提供了包括在压力下使锂板表面与基材表面接触的方法，其中锂板表面具有施加在其中的多个凹陷，并且其中该方法在80℃或更高的温度下在基本上惰性气氛中进行，以由此将锂板表面结合至基材表面。基本上惰性气氛可以包括例如氩气或真空。

本发明还提供了上述方法中的任一种，其中多个凹陷中的每一个独立地具有至锂板表面中的至少约1mm但不超过约4mm的深度。多个凹陷优选地在锂板表面中产生占形成所述结合所涉及的锂板表面的总体积约20％至约80％，或约40％至约80％的总空隙空间。如在描述和要求保护本发明中使用的，术语“表面”意指产生锂板和基材之间的结合所涉及的锂板或基材的部分，且术语“多个”意指两个或更多个。

本发明还提供了根据本发明的任一种方法结合的锂板和基材。如在此使用的术语“基材”和“金属基材”可以表示相同的事物。虽然如附图例示和本文所述的锂板和基材是优选的，但在本发明的方法中有用的锂板和基材不限于在此例示和描述的那些。