[发明专利]可再充电电池

说明书

一种高容量和高性能的可再充电电池，其包含具有改善的表面粗糙度的阴极材料层。提供阴极材料层，其中阴极材料层的至少上部由纳米颗粒(即，颗粒尺寸小于0.1μm的颗粒)组成。在一些实施例中，阴极材料层的下部(或基部)由颗粒尺寸大于形成阴极材料层的上部的纳米颗粒的颗粒组成。在其它实施例中，阴极材料层的整体由纳米颗粒组成。在任一实施例中，介电材料的共形层可设置在阴极材料层的上部的最顶表面上。介电材料的共形层的存在可以进一步改善阴极材料层的平滑度。

背景技术

本发明涉及一种可再充电电池。更具体地讲，本申请涉及高容量和高性能的可再充电电池，在一些实施例中，该可再充电电池可为固态电池。

近年来，对诸如例如计算机、移动电话、跟踪系统、扫描仪、医疗设备、智能手表和健身设备的便携式电子设备的需求日益增加。便携式电子设备的一个缺点是需要在设备本身内包括电源。通常，电池被用作这种便携式电子设备的电源。电池必须具有足够的容量以便至少在便携式电子设备被使用的时间长度内为该设备供电。足够的电池容量可以导致电源与便携式电子设备的其余部分相比非常重和/或大。因此，需要具有足够能量储存的更小尺寸和更轻重量的电源。这种电源可以被实现在更小和更轻重量的便携式电子设备中。

常规电池的另一个缺点是一些电池包含潜在易燃和有毒的材料，该材料可能泄露并且可能受到政府法规的限制。因此，在一些情况下，希望提供一种电源，即电池，其是安全的、固态的并且在许多充电/放电寿命周期内可再充电；可再充电电池是一种可以被充电、放电到负载中并且被再充电多次的电池类型，而非可再充电电池(或所谓的原电池)以完全充电状态被供应，并且一旦放电就被丢弃。

在一些常规可再充电电池中，阴极材料可利用薄膜沉积工艺来形成，该薄膜沉积工艺诸如例如溅射或蒸发。薄膜沉积工艺通常限于形成厚度小于5μm的阴极材料层，并且这种工艺产量低、拥有成本高。在其它常规可再充电电池中，可利用基于浆料的沉积工艺形成阴极材料。基于浆料的沉积工艺提供具有粗糙形态(即，通过表面光度法测量的大于2μm均方根的表面粗糙度)的阴极材料层。

发明内容

提供了一种高容量和高性能的可再充电电池，其包含具有改善的表面粗糙度(2μm均方根或更小)的阴极材料层。“高容量”是指一种可再充电电池，其具有100mAh/gm或更大的容量。在一些实施例中，可再充电电池可以是固态电池。术语“固态电池”在这里用来表示其部件全部处于固态的电池。提供一种阴极材料层，其中阴极材料层的至少上部由纳米颗粒(即，颗粒尺寸小于0.1μm的颗粒)组成。在一些实施例中，阴极材料层的下部(或基部)由颗粒尺寸大于形成阴极材料层的上部的纳米颗粒的颗粒组成。在其它实施例中，阴极材料层的整体由纳米颗粒组成。在任一实施例中，介电材料的共形层可设置在阴极材料层的上部的最顶表面上。介电材料的共形层的存在可以进一步改善阴极材料层的平滑度。

在本申请的一个实施例中，可再充电电池包括位于阴极集流体表面上的阴极材料双层结构。在该实施例中，阴极材料双层结构包括由具有第一颗粒尺寸的第一颗粒组成的下部和由具有小于第一颗粒尺寸的第二颗粒尺寸的第二颗粒组成的上部。电解质(固体型、液体型或凝胶型)位于阴极材料双层结构的上部的表面上。阳极区位于电解质上，并且阳极集流体位于阳极区上。

在本申请的另一个实施例中，可再充电电池包括位于阴极集流体的表面上的阴极材料层。在该实施例中，阴极材料层由颗粒尺寸全部小于0.1μm的纳米颗粒组成。电解质(固体型、液体型或凝胶型)位于阴极材料层的表面上。阳极区位于电解质上，并且阳极集流体位于阳极区上。

在本申请的又一个实施例中，可再充电电池包括位于阴极集流体的表面上的阴极材料层。在该实施例中，阴极材料层至少包括由颗粒尺寸小于0.1μm的纳米颗粒组成的上部，并且其中阴极材料层的最顶表面具有2μm均方根或更小的表面粗糙度。电解质(固体型、液体型或凝胶型)位于阴极材料层的表面上。阳极区位于电解质上，并且阳极集流体位于阳极区上。

在上述实施例的任一个中，可在阴极材料(双)层的暴露表面上形成介电材料的共形层，以进一步改善阴极材料(双)层的平滑度。