[发明专利]用于制备无定形硼硅酸锂的方法

说明书

本发明提供用于制备无定形硼硅酸锂化合物或掺杂的硼硅酸锂化合物的气相沉积方法，所述方法包括：提供所述化合物的每种组分元素的蒸气源，其中所述蒸气源至少包括锂源、氧源、硼源和硅源、以及任选的至少一种掺杂剂元素源；以低于约180℃的温度提供基底；输送所述锂、所述氧、所述硼和所述硅以及任选的所述掺杂剂元素的流，其中所述氧的流速为至少约8×10supgt;‑8/supgt;msupgt;3/supgt;/s；以及将来自所述蒸气源的组分元素共沉积到所述基底上，其中所述组分元素在所述基底上反应以形成所述无定形化合物。

技术领域

本发明涉及通过气相沉积制备无定形硼硅酸锂或掺杂的硼硅酸锂化合物的方法。

背景技术

由于薄膜的许多应用，以薄膜形式沉积材料是非常有价值的，并且已知一系列不同的沉积技术。各种技术或多或少地适用于特定的材料，并且所生产的薄膜的品质、组成和性质通常在很大程度上取决于用于其形成的工艺。因此，许多研究致力于开发能够生产适用于特定应用的薄膜的沉积工艺。

薄膜材料的一个重要应用是在固态薄膜单元电池(cell)或电池(battery)例如锂离子单元电池中。这种电池由至少三种部件组成。两个活性电极(阳极和阴极)被电解质隔开。这些部件各自形成为薄膜，依次沉积在支持基底上。还可以提供另外的部件如集流体、界面改性剂和封装体。例如，在制造中，可以将部件按照阴极集流体、阴极、电解质、阳极、阳极集流体和封装体的顺序来沉积。

在锂离子实例中，阳极和阴极能够可逆地储存锂。阳极和阴极材料的其它要求是可以由低质量和体积的材料在每单位所储存的锂离子数量应该尽可能高时实现的高的重量和体积储存容量。所述材料还应该表现出可接受的电子和离子电导，使得离子和电子可以在电池充电和放电过程期间移动通过所述电极。

否则，阳极、阴极和电解质需要不同的性质。阴极应该在高电势下呈现可逆的锂嵌入，而阳极应该在低电势下呈现可逆的锂嵌入。

电解质物理地分隔阳极和阴极，因此它必须具有极低的电子电导率以防止电池短路。然而，为了实现合理的充电和放电性质，该材料的离子电导率必须尽可能高。此外，该材料必须在制造和循环过程期间都是稳定的，并且不与阴极或阳极反应。

固态电池开发中的一个重大挑战是确定具有足够高的离子电导率、低的电子电导率、低的由所需电化学循环产生的机械应力以及可再现的高产生产方法的固体电解质。

作为电解质，已经考虑了结晶性和非结晶性(无定形)材料两者。结晶性材料诸如钛酸镧锂(LLTO)、硫代-LISICON、NASICON-型(Li_1+x+yAl_x(Ti，Ge)_2-xSiyP_3-yO₁₂)和Li₁₀GeP₂S₁₂通常表现出优异的离子电导率(例如在Li₁₀GeP₂S₁₂的情况下最高达1.2×10^-2S cm^-1)，因此似乎是电解质的良好候选物。然而，当应用于电池系统时，这些材料存在问题。在氧化物(LLTO、硫代-LISICON和NASICON-型)的情况下，电解质中的过渡金属易于还原，这导致该材料表现出电子电导率，从而使电池短路。硫化物体系，如Li₁₀GeP₂S₁₂，呈现极高的电导率，但在暴露于空气和水中时易于分解，从而导致有毒H₂S的释放和性能劣化。此外，氧化物和硫化物结晶性电解质两者都需要极高的加工温度。由于这些原因，结晶性电解质尚未用于商业薄膜电池系统中。