[发明专利]制造锂电池的方法

说明书

一种制造具有衬底集流体的电池的方法，其中该方法包括：在衬底面上形成细长且对齐的具有直立壁的电传导结构；其中该壁形成有覆盖所述壁的第一电极层，和在该第一电极层上提供的固态电解质层；并且其中第二电极层通过利用电极层覆盖该电解质层而形成；以及形成与该第二电极层电接触的顶部集流体层，其中该第二电极层通过绝缘体与该传导结构屏蔽，该绝缘体覆盖所述传导结构邻近其端侧的一部分。

技术领域

本发明涉及一种制造用于电化学或电光装置的锂电池的方法。

背景技术

对于像例如用于(混合动力)电动车辆(EV、PHEV)的便携式电子应用和车用应用来说，电池系统需要具有最优能量密度以提供最小系统重量及体积。为了实现高能量密度，基于锂金属的电池(即，具有锂金属作为阳极)是有吸引力的，这是因为该金属的能量密度可达到约3800mAh/g的高水平。US 6168884公开了锂金属阳极的平面设计，该锂金属阳极通过将锂镀覆在阳极集流体上在最初充电期间原位形成，所述阳极集流体不与锂形成金属间化合物。阳极集流体夹在固态电解质与上覆盖层之间。

具有配有非平面设计的集流体的可再充电锂离子固态电池也是众所周知的。已知类型的薄膜电池结构公开于例如WO 2010032159中，其内容通过引证而被包括，其中例如全固态组合物沉积在3D微图案化结构上。在此方面，其中早期电池结构利用液体电解质，全固态组合物利用固态类型的电解质，所述固态类型的电解质在使用时本质上更安全。在这些结构中，不计其数的材料正在或已经用于例如如在US 20110117417中所公开的个别电极。

DE102011121681公开了用于液体电解质的柱体几何形状，其中通过分离这些柱体顶部而防止其上形成树枝晶。柱体在电解质流体或凝胶中延伸且远离阴极板。

在放电电池模式下，阳极是“负电极”，正电流从阴极流到阳极，所述阴极是“正电极”。在放电期间，这些功能相反。与充电模式无关，电化学关系的特征可在于负电极材料与正电极材料之间的电荷交换，负电极材料的功函数或氧化还原电势低于正电极材料的功函数或氧化还原电势。

例如，已知负电极(阳极)材料是Li4Ti5O12(LTO)；LiC6(石墨)；Li4.4 Si(硅)和Li4.4Ge(锗)，已知正电极(阴极)材料是LiCOO2(LCO)、LiCoPO4、(掺杂的)LiMn2O4(LMO)、LiMnPO4、LiFePO4(LFP)、LiFePO4F(LFPF)、LiCO1/3Ni1/3Mn1/3O2(LCNMO)、硫或基于硫的化合物像Li_xS。

已知(固态)电解质可包括诸如Li7La3Zr2O12(LLZO)的石榴石、诸如La0.57Li0.33TiO3(LLTO)的钙钛矿、碘化锂(LiI)、磷酸锂(Li3PO4)和氮氧化磷锂(LiPON)。另外，已知在有机溶剂(诸如碳酸亚乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯)中的锂盐(诸如LiPF6、LiBF4或LiClO4)的在室温下具有约10mS/cm的典型导电性。电解质在最初充电时分解并形成称为固体电解质中间相(SEI)的固体层。

也可包括像聚氧化乙烯(PEO)的固体聚合物分隔器，此类聚合物如现有技术已知通常由于其间具有锂盐而具有传输能力。尤其在一些实例中，已经对锂及卤化物材料进行处理，诸如四氟化锂铝(LiAlF4)的四卤化锂铝。

一旦这种结构制作在可弯曲金属箔上，它们即可以大规模方法制造，例如卷对卷工艺，其中可完成以下操作：1)使其盘绕、卷绕或堆叠以增大每单位体积的能量或功率密度。2)将其合并在柔性装置上，像柔性显示器、招牌等。