[發(fā)明專利]三維薄膜電池

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201580044474.9
• 申請(qǐng)日: 2015-08-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106663841A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋道英;秉圣·利奧·郭
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 應(yīng)用材料公司
• 主分類號(hào): H01M10/0585
• 分類號(hào): H01M10/0585;H01M10/04;H01M4/66
• 代理公司: 北京律誠(chéng)同業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11006
• 代理人: 徐金國(guó),趙靜

本申請(qǐng)主張2014年8月27日提出申請(qǐng)的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)第62/042,557號(hào)的權(quán)益。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開(kāi)內(nèi)容的實(shí)施方式一般涉及薄膜電池及其制造方法，更具體言的、但并不排他的，是涉及其中一個(gè)基板的表面和集電器是經(jīng)由激光處理三維重建的薄膜電池。

背景技術(shù)

薄膜電池(TFBs)可以包含多個(gè)層的薄膜堆疊，這些層包括集電器、陰極(正極)、固態(tài)電解質(zhì)及陽(yáng)極(負(fù)極)。薄膜電池通常被制造成二維(2D)裝置，而且電池的性能(例如倍率性能和容量利用率)會(huì)受限于Li在嵌入/脫嵌工藝期間必須擴(kuò)散通過(guò)的陰極-電解質(zhì)和陽(yáng)極-電解質(zhì)界面的表面積。此外，已知的薄膜電池會(huì)在各個(gè)界面及制造和操作的各個(gè)階段出現(xiàn)剝離/脫層，這些階段例如陰極退火之后、電解質(zhì)沉積之后、陽(yáng)極沉積之后、封裝沉積之后、或在電池循環(huán)測(cè)試期間。

明顯地，需要有在薄膜電池堆疊的層之間誘發(fā)更大粘合強(qiáng)度并在陰極與電解質(zhì)及/或陽(yáng)極與電解質(zhì)之間提供更大界面表面積以提高電池性能的薄膜電池結(jié)構(gòu)及制造方法。

發(fā)明內(nèi)容

本公開(kāi)內(nèi)容的一些實(shí)施方式是關(guān)于薄膜電池(TFBs)，所述薄膜電池的其中一個(gè)基板的表面和集電器是在電池薄膜堆疊制造期間經(jīng)由激光處理三維重建的，隨后沉積后續(xù)的層，使得陰極/陽(yáng)極與電解質(zhì)之間的界面接觸區(qū)域?yàn)榕c基板/集電器的三維重建表面大致一致的三維表面。當(dāng)與具有平面界面層的薄膜電池堆疊相比時(shí)，在陰極/陽(yáng)極層與電解質(zhì)層之間生成的三維結(jié)構(gòu)界面預(yù)期可改良薄膜電池性能(例如倍率性能和容量利用率)，并提高薄膜電池堆疊內(nèi)的層間的粘合強(qiáng)度從而足以減少剝離/脫層。

依據(jù)一些實(shí)施方式，一種薄膜電池可以包含：包含基板表面的基板；形成在所述基板表面上的第一集電器(FCC)層，所述FCC層具有第一FCC表面和第二FCC表面，并且其中所述第一FCC表面與所述基板接觸，而且所述第二FCC表面為第一三維表面；沉積在所述第一集電器上的第一電極層，以及沉積在所述第一電極層上的電解質(zhì)層；其中所述第一電極層與所述電解質(zhì)層之間的界面為第二三維表面，所述第二三維表面大致與所述第一三維表面一致。此外，在實(shí)施方式中，所述基板表面為第三三維表面，而且所述第一三維表面大致與所述第三三維表面一致。

依據(jù)一些實(shí)施方式，一種制造薄膜電池的方法可以包含：提供基板；三維重建所述基板的表面以形成重建基板表面；在所述重建基板表面上沉積第一集電器(FCC)層；在所述FCC層上沉積電極層；以及在所述電極層上沉積電解質(zhì)層；其中所述電極層與所述電解質(zhì)層之間的界面為第一三維表面，所述第一三維表面大致與所述重建基板表面一致。

依據(jù)一些進(jìn)一步的實(shí)施方式，一種制造薄膜電池的方法可以包含：提供基板；在所述基板的表面上沉積第一集電器(FCC)層；三維重建所述FCC層的表面以形成重建FCC表面；在所述重建FCC表面上沉積第一電極層；以及在所述第一電極層上沉積電解質(zhì)層；其中所述第一電極層與所述電解質(zhì)層之間的界面為第一三維表面，所述第一三維表面大致與所述重建FCC表面一致。

依據(jù)一些實(shí)施方式，一種依據(jù)一些實(shí)施方式用于制造薄膜電池的設(shè)備可以包括：第一系統(tǒng)，用于三維重建所述基板的表面以形成重建基板表面；第二系統(tǒng)，用于在所述重建基板表面上沉積第一集電器(FCC)層；第三系統(tǒng)，用于在所述FCC層上沉積電極層；以及第四系統(tǒng)，用于在所述電極層上沉積電解質(zhì)層；其中所述電極層與所述電解質(zhì)層之間的界面為第一三維表面，所述第一三維表面大致與所述重建基板表面一致。所述第一系統(tǒng)可以包含例如激光剝蝕圖案化系統(tǒng)，在實(shí)施方式中所述第一系統(tǒng)可以包含離子濺射系統(tǒng)，而且在實(shí)施方式中所述第一系統(tǒng)可以包含機(jī)械粗糙化系統(tǒng)(例如珠擊機(jī)(beadblaster))。

依據(jù)一些進(jìn)一步的實(shí)施方式，一種依據(jù)一些實(shí)施方式用于制造薄膜電池的設(shè)備可以包括：第一系統(tǒng)，用于在所述基板的表面上沉積第一集電器(FCC)層；第二系統(tǒng)，用于三維重建所述FCC層的表面以形成重建FCC表面；第三系統(tǒng)，用于在所述重建FCC表面上沉積第一電極層；以及第四系統(tǒng)，用于在所述第一電極層上沉積電解質(zhì)層；其中所述第一電極層與所述電解質(zhì)層之間的界面為第一三維表面，所述第一三維表面大致與所述重建FCC表面一致。所述第二系統(tǒng)可以包含例如激光剝蝕圖案化系統(tǒng)，在實(shí)施方式中所述第二系統(tǒng)可以包含離子濺射系統(tǒng)，而且在實(shí)施方式中所述第二系統(tǒng)可以包含機(jī)械粗糙化系統(tǒng)(例如珠擊機(jī))。

附圖說(shuō)明