[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

说明书

一种制造单片集成的高能量密度固态电池器件的方法。该方法可以包括定位基底并依次地或分别地以串联或并联配置沉积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。这些电池单元中的每一个可以具有第一阻挡层、沉积覆盖在第一阻挡层上的阴极集电极、覆盖在导电层上的阴极、阳极、沉积覆盖在负极材料的固态层上的阳极集电极、以及第二阻挡层。该方法还可以包括将一个或多个堆叠的电池单元快速加热至目标温度至少60分钟，并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串联或并联电连接并端接以形成单片集成的高能量密度固态电池器件。

技术领域

本发明涉及用于制造固态电化学器件的技术。更具体地，本发明提供了具有热处理部件的高能量密度多层电池单元。

背景技术

电池可用于多种应用，例如便携式电子设备(手机、个人数字助理、音乐播放器、摄像机等)、电动工具、军用电源(通信、照明、成像等)、航空航天应用的电源(卫星电源)和车辆应用的电源(混合动力汽车、插电式混合动力汽车和全电动汽车)。这种电池的设计还适用于以下情况：电池不是系统中唯一的电源，并且由燃料电池单元、其他电池、IC引擎或其他燃烧装置、电容器、太阳能电池单元等提供额外的功率。

在固态薄膜电池中，本领域技术人员试图制造多层或堆叠的固态电池，但是由于制造问题而被限制为仅几个堆叠的电池单元。事实证明，迄今为止，只有微型固态电池已经商业化用于信用卡或RFID标签。本领域技术人员无法制造可用于代替传统技术的薄膜固态电池，特别是那些在消费电子产品或汽车中广泛使用的薄膜固态电池。

随着应用继续要求诸如这些电池的能量源具有更大的功率和效率，用于改进固态薄膜电池器件的技术仍然是人们高度期望的。

发明内容

根据本发明，提供了一种与电化学电池单元的制造有关的方法。更具体地，本发明提供一种制造固态薄膜电池器件的方法。仅通过举例的方式，已经使用锂基电池描述了本发明，但是应认识到可以用相同或类似的方式设计其他材料，例如锌，银，铜，钴，铁，锰，镁和镍。

计算设计工具的缺乏以及需要通过反复试验过程以实现接近最佳设计的高资本支出从而限制了可以大规模生产的固态电池的设计。

发明人已经完成了一种计算设计工具集，该工具集利用了基于物理学的代码和优化算法来获得一组专门设计用于多种应用的固态电池优化设计。这种工具的示例已经在2011年5月17日公布的题为“用于电化学系统的设计和制造的计算方法(COMPUTATIONALMETHOD FOR DESIGN AND MANUFACTURE OF ELECTR℃HEMICAL SYSTEMS)”的美国专利7,945,344中进行了描述，该专利已共同转让，并且在此通过引用并入本文。发明人还使用了一组新的工厂优化计算，该计算除其他参数外，还包括单元操作的数量及其处理速率，以实现高利润的生产和投资回报。这种工具的示例已在2012年5月24日提交的美国序列号13/359,374中进行了描述，其题为“制造固态混合薄膜能量存储和转换期间的制造设施的设计方法(METHODOLOGY FOR DESIGN OF A MANUFACTURING FACILITY FORFABRICATION OF SOLID STATE HYBRID THIN FILM ENERGY STORAGE AND CONVERSIONDEVICES)”，其已共同转让，并且在此通过引用并入本文。如果没有这些工具，将很难为基底、阴极集电极、阴极、固态电解质、阳极和阳极集电极计算最佳材料和层厚度。计算可盈利地生产电池所需的处理速率也将很困难。这是同类设计中唯一经过计算和实验验证的设计工作，经过多年的工作和对数以百万计的固态电池设计的评估，已经生成了一组最佳设计。