[发明专利]三维电池及其制造方法

说明书

相关申请的交叉参考

根据35 U.S.C.section 119(e)，本申请要求以下优先权：(i)2007年1月12 日提交的美国临时申请No.60/884,836，名称为“三维锂电池的电极及其制造方法”； (ii)2007年1月12日提交的美国临时申请No.60/884,828，名称为“使用骨架结 构的三维电池及其制造方法”；以及(iii)2007年1月12日提交的美国临时申请 No.60/884,846，名称为“三维锂电池的隔膜构造”；其全部内容通过参考合并其中。

背景技术

1.本发明的技术领域

根据本发明原理的实施一般涉及电池技术领域，更具体地为三维储能系统及 装置，例如电池和电容器，以及它们的制造方法。

2.背景技术

现有的储能装置，例如电池、燃料电池和电化学电容器，一般具有二维层状 结构(例如，平板或螺旋卷绕板)，其中每个板的表面积粗略等于它的几何面积(忽 略孔隙率和表面粗糙度)。

图1示出现有储能装置，例如锂离子电池的截面图。电池15包括阴极集电器 10，其上装配阴极11。这一层被隔膜12覆盖，在隔膜12上方放置阳极集电器13 和阳极14组件。有时这个组由另一个隔膜层(未示出)覆盖在阳极集电器13上， 并卷绕填充到筒中组装成电池15。在充电过程，锂离开阴极11并以锂离子的形式 通过隔膜12进入阳极14。根据所用的阳极，锂离子嵌入(例如，位于阳极材料的 基体中而不是形成合金)或者形成合金。在放电过程，锂离开阳极14，通过隔膜 12迁移并通过到阴极11。

文献中已经提出三维电池为了提高电池的容量和活性物质利用率。已经提出 三维结构可以用于提供比二维、板状电池结构更高的表面积和更高的能量。由于 增加可以获得小几何面积之外的能量，制造三维能量存储装置是有益的。

下面的参考文献可以进一步帮助解释本领域的情况，并作为非必要主题在此 通过参考合并其中：Long e al.，“三维电池结树”，Chemical Reviews，(2004)，104， 4463-4492；Chang Liu，FOUNDATIONS OF MEMS，第十章，1-55页(2006)； Kanamura et.al.“可充电锂电池的LiCoO₂正极的电泳(electrophoretic)制造”，Journal of Power Sources，97-98(2001)294-297；Caballero et al.“用电泳沉积制备高电压锂离 子电池的LiNi_0.5Mn_1.5O₄薄膜电极”，Journal of Power Sources，156(2006)583-590； Wang and Cao，“溶胶电泳沉积的五氧化钒膜的Li⁺-嵌入电化学/电变色性能”， Electrochimica Acta，51，(2006)，4865-4872；Nishizawa et al.“聚吡咯涂覆的尖晶石 LiMn₂O₄纳米管的模板合成及其作为锂电池阴极活性材料的性能”，Journal of Power Sources，1923-1927，(1997)；Shembel et al.“液态聚合物电解质的锂二次电池用 薄层电解硫氧化钼”，5^th Advanced Batteries and Accumulators，ABA-2004，锂聚合物 电解质；和Kobin et al.“分子蒸汽沉积(Molecular Vapor Deposition)——一种改善 MEMS装置的分子涂覆气相沉积技术”，SEMI technical Symposium：Innovations in Semiconductor Manufacturing(STS：ISM)，SEMICON West 2004，2004 Semiconductor Equipment and Materials International.

期望制造一种可以提供非常高能量和能量密度的三维电化学能量装置，同时 阐述上述观点或本领域的其它限制。

发明内容