[发明专利]具有热加工部件的高能量密度多层电池单元及其制造方法

权利要求书

1.一种制造单片集成的高能量密度固态电池器件的方法，所述方法包括：

在一个或多个沉积室中在基底上依次地或分别地形成一个或多个堆叠的单片集成的高能量密度固态电化学电池单元，每个高能量密度固态电化学电池单元包括：

第一阻挡层；

阴极集电极，其形成在所述第一阻挡层之上，

阴极层，其包括形成在阴极集电极上的嵌入金属-1、金属-2和金属-3氧化物或磷酸盐化合物的无定形或晶体电荷载体；

固态阳极层，其配置为在充电过程和放电过程期间进行电化学插入或离子镀，

阳极集电极，其形成在固态阳极层之上，以及

第二阻挡层，其配置为防止负极材料的氧化；

将一个或多个堆叠的单片集成的高能量密度固态电化学电池单元退火至高于600℃的目标温度至少60分钟；和

串联或并联电连接一个或多个堆叠的单片集成的高能量密度固态电化学电池单元，其中，使用激光烧蚀、选择性蚀刻或机械掩膜中的一个端接一个或多个堆叠的单片集成的高能量密度固态电化学电池单元以形成单片集成的高能量密度固态电池器件。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，形成一个或多个堆叠的单片集成的高能量密度固态电化学电池单元包括选自以下的过程：热蒸发、相变液体进料器辅助热蒸发、电子束气相沉积、射频磁控溅射、直流磁控溅射、物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积、低压化学气相沉积(LPCVD)、原子层沉积(ALD)、直接激光写入(DLW)、溅射、微波等离子体增强化学气相沉积(MPECVD)、脉冲激光沉积(PLD)、纳米压印、离子注入、激光烧蚀、喷涂沉积、喷涂热解、喷涂涂覆和等离子喷涂。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，形成嵌入金属-1、金属-2和金属-3的氧化物或磷酸盐化合物的所述电荷载体包括从蒸发源蒸发电荷载体金属或电荷载体化合物，并蒸发来自由蒸发速度和氧化源控制的三种不同蒸发源或另一蒸发源的金属-1，金属-2和金属-3前体，氧化源包括背景氧、离子束源或等离子源，其中蒸发方法包括通过热手段的物理气相沉积(PVD)，通过动量传递的PVD，通过直接材料传递的物理沉积(PD)，通过背景气体的反应性PVD，化学气相沉积(CVD)或通过背景气体的反应性CVD，其中蒸发源配置为通过皮带进料器，螺旋进料器，线材进料器，料筒进料器，棒料进料器，颗粒进料器，液相进料器，相变进料器或储料器送纸器接收源材料。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，嵌入金属-1、金属-2和金属-3的氧化物或磷酸盐化合物的电荷载体是使用气相传输沉积形成的，并且包括将电荷载体材料的连续粉末进料提供到蒸发源中的步骤。

5.根据权利要求2所述的方法，其中，粉末进料到蒸发源中的传递速率与一个或多个腔室的蒸气温度以及基底的温度相关。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，形成嵌入金属-1、金属-2和金属-3的氧化物或磷酸盐化合物的电荷载体包括在真空环境下从至少两个蒸发源蒸发电荷载体金属-1、金属-2和金属-3前体的化合物。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，金属-1、金属-2和金属-3选自元素周期表的第5、7、8、9、10和13族，其包括Fe、Al、V、Mn、Co、Ni或其组合。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述电荷载体包括锂、镁、钠、镧和来自元素周期表的第1或2族的其他金属，并且其中，所述电荷载体化合物包括氧化物、过氧化物、超氧化物、乙酸盐、碳酸盐、碳化物、柠檬酸盐、铝酸盐、酰胺、叠氮化物、铍化物、硼酸盐、氢化物、氢氧化物、酰亚胺、氧化钴、二异丙基酰胺、氟化物、六氟磷酸盐、次氯酸盐、碘化物、磷酸铜、磷酸铝、偏硼酸盐、钼酸盐、铌酸盐、硝酸盐、氮化物、亚硝酸盐、乳清酸盐、高氯酸盐、硬脂酸盐、琥珀酸盐、硫酸盐、硫化物、亚硫酸盐、钽矿、四氯铝酸盐、四氟硼酸盐、四(五氟苯基)硼酸盐、四甲基哌啶、钛酸盐、三硼酸盐、三乙基硼氢化物、钨酸盐或其组合的电荷载体。