[發明專利]具有熱加工部件的高能量密度多層電池單元及其制造方法

在審

• 申請號: 201880059715.0
• 申請日: 2018-09-07
• 公開（公告）號: CN111108632A
• 公開（公告）日: 2020-05-05
• 發明（設計）人: A.M.薩斯特里;汪家偉;陳彥宏;張香春;金賢哲;鄭明途
• 申請（專利權）人: 戴森技術有限公司
• 主分類號: H01M4/04
• 分類號: H01M4/04;H01M4/1391;H01M10/0562;H01M10/0585;H01M6/40
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 陳钘

1.一種制造單片集成的高能量密度固態電池器件的方法，所述方法包括：

在一個或多個沉積室中在基底上依次地或分別地形成一個或多個堆疊的單片集成的高能量密度固態電化學電池單元，每個高能量密度固態電化學電池單元包括：

第一阻擋層；

陰極集電極，其形成在所述第一阻擋層之上，

陰極層，其包括形成在陰極集電極上的嵌入金屬-1、金屬-2和金屬-3氧化物或磷酸鹽化合物的無定形或晶體電荷載體；

固態陽極層，其配置為在充電過程和放電過程期間進行電化學插入或離子鍍，

陽極集電極，其形成在固態陽極層之上，以及

第二阻擋層，其配置為防止負極材料的氧化；

將一個或多個堆疊的單片集成的高能量密度固態電化學電池單元退火至高于600℃的目標溫度至少60分鐘；和

串聯或并聯電連接一個或多個堆疊的單片集成的高能量密度固態電化學電池單元，其中，使用激光燒蝕、選擇性蝕刻或機械掩膜中的一個端接一個或多個堆疊的單片集成的高能量密度固態電化學電池單元以形成單片集成的高能量密度固態電池器件。

2.根據權利要求1所述的方法，其中，形成一個或多個堆疊的單片集成的高能量密度固態電化學電池單元包括選自以下的過程：熱蒸發、相變液體進料器輔助熱蒸發、電子束氣相沉積、射頻磁控濺射、直流磁控濺射、物理氣相沉積(PVD)、化學氣相沉積、低壓化學氣相沉積(LPCVD)、原子層沉積(ALD)、直接激光寫入(DLW)、濺射、微波等離子體增強化學氣相沉積(MPECVD)、脈沖激光沉積(PLD)、納米壓印、離子注入、激光燒蝕、噴涂沉積、噴涂熱解、噴涂涂覆和等離子噴涂。

3.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，形成嵌入金屬-1、金屬-2和金屬-3的氧化物或磷酸鹽化合物的所述電荷載體包括從蒸發源蒸發電荷載體金屬或電荷載體化合物，并蒸發來自由蒸發速度和氧化源控制的三種不同蒸發源或另一蒸發源的金屬-1，金屬-2和金屬-3前體，氧化源包括背景氧、離子束源或等離子源，其中蒸發方法包括通過熱手段的物理氣相沉積(PVD)，通過動量傳遞的PVD，通過直接材料傳遞的物理沉積(PD)，通過背景氣體的反應性PVD，化學氣相沉積(CVD)或通過背景氣體的反應性CVD，其中蒸發源配置為通過皮帶進料器，螺旋進料器，線材進料器，料筒進料器，棒料進料器，顆粒進料器，液相進料器，相變進料器或儲料器送紙器接收源材料。

4.根據權利要求3所述的方法，其中，嵌入金屬-1、金屬-2和金屬-3的氧化物或磷酸鹽化合物的電荷載體是使用氣相傳輸沉積形成的，并且包括將電荷載體材料的連續粉末進料提供到蒸發源中的步驟。

5.根據權利要求2所述的方法，其中，粉末進料到蒸發源中的傳遞速率與一個或多個腔室的蒸氣溫度以及基底的溫度相關。

6.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，形成嵌入金屬-1、金屬-2和金屬-3的氧化物或磷酸鹽化合物的電荷載體包括在真空環境下從至少兩個蒸發源蒸發電荷載體金屬-1、金屬-2和金屬-3前體的化合物。

7.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，金屬-1、金屬-2和金屬-3選自元素周期表的第5、7、8、9、10和13族，其包括Fe、Al、V、Mn、Co、Ni或其組合。

8.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，所述電荷載體包括鋰、鎂、鈉、鑭和來自元素周期表的第1或2族的其他金屬，并且其中，所述電荷載體化合物包括氧化物、過氧化物、超氧化物、乙酸鹽、碳酸鹽、碳化物、檸檬酸鹽、鋁酸鹽、酰胺、疊氮化物、鈹化物、硼酸鹽、氫化物、氫氧化物、酰亞胺、氧化鈷、二異丙基酰胺、氟化物、六氟磷酸鹽、次氯酸鹽、碘化物、磷酸銅、磷酸鋁、偏硼酸鹽、鉬酸鹽、鈮酸鹽、硝酸鹽、氮化物、亞硝酸鹽、乳清酸鹽、高氯酸鹽、硬脂酸鹽、琥珀酸鹽、硫酸鹽、硫化物、亞硫酸鹽、鉭礦、四氯鋁酸鹽、四氟硼酸鹽、四(五氟苯基)硼酸鹽、四甲基哌啶、鈦酸鹽、三硼酸鹽、三乙基硼氫化物、鎢酸鹽或其組合的電荷載體。