[發明專利]用于將電化學器件集成到固定設施之內或之上的方法

有效

• 申請號: 201080022363.5
• 申請日: 2010-05-20
• 公開（公告）號: CN102439778A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發明（設計）人: S·W·斯奈德;J·A·基廷;P·C·布蘭特納;J·T·坦;B·J·紐德克爾
• 申請（專利權）人: 無窮動力解決方案股份有限公司
• 主分類號: H01M10/26
• 分類號: H01M10/26;H01M4/38
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 錢慰民

相關申請

本申請涉及并要求根據35U.S.C.§119(e)于2009年5月20日提交的S/N61/179,953美國臨時專利申請的權益，所述臨時申請全篇地援引包含于此。

技術領域

本發明涉及將電化學器件集成到固定設施之內或之上的方法。具體地說，本發明涉及例如通過在保持電化學器件的電化學性能的同時在一段時間內施加熱和壓力從而將電化學器件集成到固定設施之內或之上的方法。

發明背景

隨著新制造技術使例如薄膜電池之類的電化學器件越來越小和越來越薄，這些器件如今能被集成到其它電子設備或固定設施之內或之上。電子設備或固定設施的一些示例是印刷電路板、柔性印刷電路板、半導體芯片、多層印刷電路板、智能卡、信用卡、聚合物和非聚合物疊層、鑄件、注塑模、硅晶片、硅晶片夾層、硅晶片疊層、陶瓷支承件和金屬支承件。

結果，電化學器件當作為一較大設備的組件而被例如層壓、鑄造或注塑模制時，其本身受到熱應力和機械應力。另外，當通過焊料回流工藝、熔焊或各種其它連接方法固定于電子設備時，電化學器件經受熱和機械應力。

當藉由施加熱和/或壓力將一些電化學器件集成到電子設備和固定設施之內或之上時，已觀察到一些不利影響。在一些示例中，包封層以與薄膜電池的其它部分不同的方式機械變形和熱變形。因此，包封層的完整性和性能可能至少暫時打個折扣。換句話說，這些變形可能使電化學電池無法保持原樣，從而使電池的諸個層彼此分離或剝離。在該喪失完整性的階段中，環境反應物可能穿透電化學器件的包封層，與電化學器件內的環境敏感組件(例如電極和/或電解質)接觸，并且因此降低了電化學器件的性能。

另外也已觀察到，電化學器件上的充電電壓的某些電平，也就是對電化學器件充電所需的電壓，可能使電極材料(陽極和/或陰極)中的至少一種處于亞穩態。“亞穩態”是例如一旦對電化學電池充電后的至少一個電極的狀態。例如，對具有Li陽極、Lipon(鋰磷氧氮)電解質和LiCoO₂陰極的電化學電池來說，Li_xCoO₂是亞穩態電極，其中x≥0且x＜1.0(隨著x減小，充電狀態增大)；另一方面，當電池的充電狀態或陰極的充電狀態改變時，金屬性Li陽極的化學狀態不變。隨著充電狀態增大，電極在該例中變得越來越遠離其熱力學平衡(并且其亞穩態就能量而言高于熱力學平衡更多)。在這種狀態下，暴露于隨時間越來越高的溫度和/或壓力可能增大電極材料與電化學器件中的其它組件(例如電解質)的化學反應性，這可能導致過早的材料分解。更具體地，給定固態材料的亞穩態是否分解通常關乎作用于材料的溫度和時間。如果溫度足夠高和/或作用的時間足夠長，則亞穩態電極的分解可能根據自然目的發生以達到完全穩定狀態。替代地，亞穩態電極可與例如與電解質、集電器或電池封裝的周圍化學物質反應，由此再次從亞穩態轉移至穩態。這種狀態的結果可能類似于過充電狀態下的電化學器件。

因此，例如需要一種方法將電化學電池以最小化或避免前述不利影響的方式集成到設備和電子固定設施之內或之上。

發明內容

本發明的某些示例性實施例的一個目的是克服前述不利影響。如下面進一步詳細描述的那樣，某些實施例可能涉及一些方法，這些方法例如在集成過程之前對電化學器件放電，限制電化學器件在集成過程中的溫度暴露和/或在集成過程中將約束力作用于電化學器件的表面。

根據本發明一些實施例的將電化學器件與固定設施集成的方法包括：提供包含負電極、電解質和正陰極的電化學器件，其中正陰極具有低于正陰極在室溫下的充電狀態的上穩定極限的充電狀態；提供固定設施；在一溫度下加熱固定設施和電化學器件一段時間；并將電化學器件固定于固定設施。

根據本發明一些實施例的將電化學器件與固定設施集成的方法包括：提供電化學器件，其中該電化學器件是在其穩態下制造的并且之前尚未被充電；提供固定設施；在一溫度下加熱固定設施和電化學器件一段時間；并將電化學器件固定于該固定設施。

本發明的這些和其它實施例參照下面的附圖在下文中予以進一步描述。前述的一般說明和下面的詳細說明都僅僅是示例性的和解說性的，而并非如權利要求書那樣限制本發明。此外，關于根據本發明的集成方法的具體闡述或理論僅為解說而給出并且不認為是對本說明書或權利要求書的范圍的限定。

附圖簡述

圖1示出根據本發明某些實施例的LiCoO₂陰極材料的充電狀態及其對比虛擬或實際金屬性鋰參比電極測得的電壓之間的關系的一個示例。