[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

一種制造單片集成的高能量密度固態電池器件的方法。該方法可以包括定位基底并依次地或分別地以串聯或并聯配置沉積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。這些電池單元中的每一個可以具有第一阻擋層、沉積覆蓋在第一阻擋層上的陰極集電極、覆蓋在導電層上的陰極、陽極、沉積覆蓋在負極材料的固態層上的陽極集電極、以及第二阻擋層。該方法還可以包括將一個或多個堆疊的電池單元快速加熱至目標溫度至少60分鐘，并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串聯或并聯電連接并端接以形成單片集成的高能量密度固態電池器件。

技術領域

本發明涉及用于制造固態電化學器件的技術。更具體地，本發明提供了具有熱處理部件的高能量密度多層電池單元。

背景技術

電池可用于多種應用，例如便攜式電子設備(手機、個人數字助理、音樂播放器、攝像機等)、電動工具、軍用電源(通信、照明、成像等)、航空航天應用的電源(衛星電源)和車輛應用的電源(混合動力汽車、插電式混合動力汽車和全電動汽車)。這種電池的設計還適用于以下情況：電池不是系統中唯一的電源，并且由燃料電池單元、其他電池、IC引擎或其他燃燒裝置、電容器、太陽能電池單元等提供額外的功率。

在固態薄膜電池中，本領域技術人員試圖制造多層或堆疊的固態電池，但是由于制造問題而被限制為僅幾個堆疊的電池單元。事實證明，迄今為止，只有微型固態電池已經商業化用于信用卡或RFID標簽。本領域技術人員無法制造可用于代替傳統技術的薄膜固態電池，特別是那些在消費電子產品或汽車中廣泛使用的薄膜固態電池。

隨著應用繼續要求諸如這些電池的能量源具有更大的功率和效率，用于改進固態薄膜電池器件的技術仍然是人們高度期望的。

發明內容

根據本發明，提供了一種與電化學電池單元的制造有關的方法。更具體地，本發明提供一種制造固態薄膜電池器件的方法。僅通過舉例的方式，已經使用鋰基電池描述了本發明，但是應認識到可以用相同或類似的方式設計其他材料，例如鋅，銀，銅，鈷，鐵，錳，鎂和鎳。

計算設計工具的缺乏以及需要通過反復試驗過程以實現接近最佳設計的高資本支出從而限制了可以大規模生產的固態電池的設計。

發明人已經完成了一種計算設計工具集，該工具集利用了基于物理學的代碼和優化算法來獲得一組專門設計用于多種應用的固態電池優化設計。這種工具的示例已經在2011年5月17日公布的題為“用于電化學系統的設計和制造的計算方法(COMPUTATIONALMETHOD FOR DESIGN AND MANUFACTURE OF ELECTR℃HEMICAL SYSTEMS)”的美國專利7,945,344中進行了描述，該專利已共同轉讓，并且在此通過引用并入本文。發明人還使用了一組新的工廠優化計算，該計算除其他參數外，還包括單元操作的數量及其處理速率，以實現高利潤的生產和投資回報。這種工具的示例已在2012年5月24日提交的美國序列號13/359,374中進行了描述，其題為“制造固態混合薄膜能量存儲和轉換期間的制造設施的設計方法(METHODOLOGY FOR DESIGN OF A MANUFACTURING FACILITY FORFABRICATION OF SOLID STATE HYBRID THIN FILM ENERGY STORAGE AND CONVERSIONDEVICES)”，其已共同轉讓，并且在此通過引用并入本文。如果沒有這些工具，將很難為基底、陰極集電極、陰極、固態電解質、陽極和陽極集電極計算最佳材料和層厚度。計算可盈利地生產電池所需的處理速率也將很困難。這是同類設計中唯一經過計算和實驗驗證的設計工作，經過多年的工作和對數以百萬計的固態電池設計的評估，已經生成了一組最佳設計。