[發明專利]用于電池應用的多孔非晶硅-碳納米管復合式電極

有效

• 申請號: 201080049787.0
• 申請日: 2010-08-26
• 公開（公告）號: CN102598366A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: V·L·普施帕拉吉;O·那拉瑪蘇;S·文哈弗貝克
• 申請（專利權）人: 應用材料公司
• 主分類號: H01M4/04
• 分類號: H01M4/04;H01M4/38;H01G9/04;C23C10/06;B82B3/00
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 陸勍;劉佳

發明背景

技術領域

本發明的實施例大致關于形成能量儲存裝置的方法。更明確地，本文所述實施例關于形成電池與電化學電容器的方法。

現有技術

充電快速、高容量的能量儲存裝置(諸如，超級電容器與鋰(Li)離子電池)用于數目漸增的應用中，包括便攜式電子產品、醫療裝置、運輸工具、并網型大能量儲存器、可替換能量儲存器及不間斷電源(UPS)應用。各個這些應用中，能量儲存裝置的充電時間與容量是重要的參數。此外，上述能量儲存裝置的尺寸、重量和/或價錢可為顯著的限制因素。此外，低內電阻是高效能所必需的。電阻越低，能量儲存裝置在輸送電能中碰到的限制便越少。舉例而言，超級電容器的實例中，較低的內電阻可讓超級電容器更快速與更有效率地充電與放電。電池的實例中，電池中的內電阻通過減少電池儲存的有用能量的總量以及降低電池輸送數字裝置所需的高電流脈沖的能力來影響性能。

因此，本領域中需要充電較快、容量較高的能量儲存裝置，該能量存儲裝置較小、較輕且具有較長生命周期并可更具成本效益地加以制造。本領域中亦需要可減少儲存裝置的內電阻的電儲存裝置的部件。

發明內容

本發明的實施例大致關于形成能量儲存裝置的方法。更明確地，本文所述實施例關于形成電池與電化學電容器的方法。一實施例中，提供用于電化學裝置中的高表面積電極。高表面積電極包括具有導電表面的基板；基板的導電表面上的多孔非晶硅層，其中多孔非晶硅層具有一連串的互連孔；以及嵌入非晶硅層的一連串的互連孔中的碳納米管。

另一實施例中，提供用于能量儲存裝置中的高表面積電極。高表面積電極包括具有導電表面的基板、以及沉積于導電表面上的多孔非晶硅碳納米管復合式材料。沉積于導電表面上的多孔非晶硅碳納米管復合式材料包括形成于基板的導電表面上的多孔非晶硅層，其中多孔非晶硅層具有一連串的互連孔；以及嵌入多孔非晶硅層的一連串的互連孔中碳納米管。

又一實施例中，提供用于能量儲存裝置中的高表面積電極的形成方法。該方法包括在具有導電表面的集電器上形成非晶硅層、將非晶硅層浸入電解液中以在非晶硅層中形成一連串的互連孔、并在非晶硅層的一連串的互連孔中形成碳納米管。

又另一實施例中，提供制造高表面積電極的方法。該方法包括沉積鋁硅基質于基板上、自硅基質移除鋁以形成具有復數個孔的多孔硅層、并在多孔硅層中的復數個孔中生長碳納米管以形成硅碳納米管基質。

又一實施例中，制造高表面積電極的設備包括第一端；第二端；至少一個材料卷帶(web)，自第一端延伸至第二端；支撐系統，用以支撐自第一端至第二端的至少一個材料卷帶；及多個腔室，配置于第一端與第二端之間，多個腔室適用于且配置成在至少一個材料卷帶上形成高表面積電極，其中至少一個材料卷帶延伸通過多個腔室。

又一實施例中，提供在基板上形成能量儲存裝置的設備，基板包括至少一個導電材料連續卷帶。該設備包括第一端；第二端；支撐系統，用以支撐自第一端延伸至第二端的至少一個導電材料連續卷帶；第一腔室，配置于第一端與第二端之間，用以沉積非晶硅層于至少一個導電材料連續卷帶上；以及第二腔室，配置于第一端與第二端之間，用以暴露非晶硅層于陽極化處理過程。第一腔室包括熱燈絲，適用于在高于1,500℃的表面溫度下被加熱；噴頭，適用于輸送含硅氣體以利用熱絲化學氣相沉積(HWCVD)過程而在至少一個導電材料連續卷帶上形成非晶硅層；及含硅氣體源，與噴頭耦接以輸送含硅氣體至噴頭。第二腔室包括處理容積，適用于容納電解液；陽極組件，配置于電解液中，其中陽極組件可移動以接觸基板并加陽極偏壓于基板；陰極組件，配置于電解液中；一或多個進入噴嘴，配置成分配電解液進入處理容積；及電源，適用于輸送功率至陽極組件與陰極組件，以致陽極化處理非晶硅層以形成互連多孔非晶硅層。

附圖說明

為了更詳細地了解本發明的上述特征，可參照實施例(某些描繪于附圖中)來理解本發明簡短概述于上的特定描述。然而，需注意附圖僅描繪本發明的典型實施例而因此不被視為本發明范圍的限制因素，因為本發明可允許其他等效實施例。

圖1是電連接至負載的Li-離子電池的一實施例的示意圖；

圖2A-2D是根據本文所述實施例形成的高表面積電極的一實施例的示意橫剖面圖；

圖3是根據本文所述實施例形成的具有互連孔的非晶硅層的一實施例的示意橫剖面圖；

圖4是根據本文所述實施例形成的多孔非晶硅碳納米管復合式材料的一實施例的示意橫剖面圖；