[發明專利]LiCoO2的沉積有效
| 申請號： | 201010161517.0 | 申請日： | 2005-12-07 |
| 公開（公告）號： | CN101931097A | 公開（公告）日： | 2010-12-29 |
| 發明（設計）人： | 張紅梅;理查德·E·德馬雷;邵梅 | 申請（專利權）人： | 希莫菲克斯公司 |
| 主分類號： | H01M10/0585 | 分類號： | H01M10/0585;H01M4/525;H01M10/052;H01M10/0562 |
| 代理公司： | 中科專利商標代理有限責任公司 11021 | 代理人： | 王旭 |
| 地址： | 美國加*** | 國省代碼： | 美國;US |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | licoo sub 沉積 | ||
本申請是PCT國際申請日為2005年12月7日、國家申請號為200580042305.8(原國際申請號PCT/US2005/044781)、發明名稱為《LiCoO2的沉積》的申請的分案申請。?
相關申請?
本發明要求下列臨時申請的優先權：2005年2月8日由Hongmei?Zhang和Richard?E.Demaray提交的臨時申請60/651,363；和2004年12月8日由相同的發明人提交的臨時申請60/634,818，每一份臨時申請的全部內容都通過引用結合在此。?
發明背景?
技術領域
本發明涉及薄膜固態電池，具體而言，涉及用于電池制造的LiCoO2膜和層的沉積。?
相關技術的論述?
固態薄膜電池典型地通過將薄膜層疊在襯底上使得所述膜協同產生電壓而形成。所述薄膜典型地包含集電極、陰極、陽極和電解質。可以使用包括濺射和電鍍的多種沉積方法沉積所述薄膜。適于這種應用的襯底常規上是能夠在空氣中經受至少一次高達約2小時的至少700℃的高溫退火處理，以使LiCoO2膜結晶的高溫材料。這種襯底可以是具有合適結構和材料性能的任何適合的材料，例如在LiCoO2的存在下經受后續高溫處理的半導體晶片、金屬片(例如鈦或鋯)、陶瓷如氧化鋁或其它材料，所述LiCoO2可以在這些溫度循環過程中與用于電池的大多數材料經受顯著的界面反應。?
人們已經將除LiCoO2以外的其它含鋰的混合金屬氧化物評價為結晶?能儲存陰極材料，其包含Ni、Nb、Mn、V并且有時還包含Co，而且包含其它過渡金屬氧化物。典型地，以非晶態形式沉積所述陰極材料，然后在退火處理中加熱所述材料以形成結晶材料。在LiCoO2中，例如，在700℃以上的退火將沉積的非晶膜轉變為結晶態。然而，這種高溫退火嚴重限制了可以用作襯底的材料，誘導與含鋰陰極材料的破壞性反應，并且通常需要使用昂貴的貴金屬如金。這些高熱預算的方法(即，長時間周期的高溫)與半導體或MEM器件加工不相容，并且限制了襯底材料的選擇，增加成本并且降低這些電池的產量。?
已知可以實現非晶LiCoO2在貴金屬上的結晶。在Kim等中論述了這種結晶的一個實例，其中如x射線衍射數據顯示，在貴金屬上的LiCoO2非晶層在700℃的20分鐘常規爐退火實現了LiCoO2材料的結晶。Kim，Han-Ki和Yoon，Young?Soo，″Characteristics?of?rapid-thermal-annealed?LiCoO2，cathodefilm?for?an?all-solid-state?thin?film?microbattery，″J.Vac.Sci.Techn.A?22(4)，2004年7月/8月。在Kim等中，在沉積于高溫MgO/Si襯底上的鉑膜上沉積LiCoO2膜。在Kim等中表明，這些結晶膜能夠構成功能性全固態Li+離子電池的含Li+離子陰極層。?
有很多參考文獻都公開了一種能夠提供LiCoO2膜的離子束輔助方法，所述LiCoO2膜通過小角x射線衍射(XRD)顯示出一些可觀察到的結晶組成。在美國專利申請09/815,983(公布號US2002/001747)、09/815,621(公布號US?2001/0032666)和09/815,919(公布號US?2002/0001746)中找到了這些膜的一些實例。這些參考文獻公開與沉積源并行使用第二前側離子束或其它離子源以在襯底表面獲得離子通量與LiCoO2蒸氣通量的交迭區。這些參考文獻沒有一份公開了在沉積過程中的膜溫度數據或膜的其它溫度數據以支持低溫處理的主張。?
很難通過濺射材料層或通過使用離子通量的轟擊形成均勻的沉積。使用來自相對于襯底占據不相同的位置和范圍的兩種源的兩種均勻的同步分布，極大地增加在實現均勻的材料沉積中所涉及的困難。這些參考文獻沒有公開薄膜電池的可靠制造所需的均勻的材料沉積。人們對有利于電池產品的材料均勻性的良好認識的規定是5％的1-∑(one-sigma)的材料均勻性是在薄膜制備中的標準。發現約86％具有這種均勻性的膜對于電池制造是?可接受的。?
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