[发明专利]无烯烃隔板的锂离子电池

说明书

本公开内容的实施方式一般地涉及隔板、包括上述隔板的诸如电池及电容器之类的高性能电化学装置、及用于制造该隔板及装置的方法。一个实施方式中，提供一种形成用于电池的隔板的方法。该方法包括，将金属材料暴露于蒸发工艺，该金属材料待沉积于定位在处理区域中的电极结构的表面上。该方法进一步包括将反应性气体流进该处理区域。该方法进一步包括使该反应性气体与该蒸发的金属材料反应，以在该电极结构的该表面上沉积陶瓷隔板层。

技术领域

本公开内容的实施方式一般地涉及隔板、包括所述隔板的诸如电池及电容器之类的高性能电化学装置、及用于制造该隔板及装置的方法。

背景技术

快速充电、高容量的能量储存装置、诸如电容器及锂离子(Li-ion)电池，用在愈来愈多应用中，包括可携式电子装置、医药、输送、并网大型能量储存装置、可再生能量储存装置、及不断电电源(UPS)。

锂离子电池一般包括阳极电极、阴极电极、以及定位在该阳极电极与该阴极电极之间的隔板。该隔板是电绝缘体，提供阴极电极与阳极电极之间的实体分离与电分离。该隔板一般是由微孔聚乙烯与聚烯烃制成。电化学反应(即充电及放电)期间，锂离子在两个电极之间经由电解质(electrolyte)输送穿过隔板中的孔。因此，期望有高孔隙度以增加离子传导性。然而，当循环期间形成的锂枝晶(lithium dendrites)在电极之间产生短路时，一些高孔隙度的隔板容易遭受电短路。

目前，电池单元(battery cell)的制造商购买隔板，然后在分开的工艺中将隔板与阳极电极及阴极电极层叠在一起。其他隔板一般是通过下述方式制作：湿式或干式挤出聚合物然后拉伸而在聚合物中产生孔洞(撕裂部)。隔板也是锂离子电池中最昂贵的部件之一，且占了电池单元的材料成本超过20％。

对于多数能量储存应用而言，能量储存装置的充电时间与容量是重要的参数。此外，此能量储存装置的尺寸、重量、和/或花费可为重要的限制。使用目前可得的隔板有许多缺点。也就是，此类可得的材料限制由此材料建构的电极的最小尺寸，遭受电短路，涉及复杂制作方法及昂贵的材料。再者，目前的隔板设计经常遭受锂枝晶生长，而可能导致短路的电路。

因此，此技术中需要更快充电、更高容量的能量储存装置，且该装置有更小、更轻、且能够更节省成本地制造的隔板。

发明内容

本公开内容的实施方式一般地涉及隔板、包括前述隔板的诸如电池及电容器之类的高性能电化学装置、及用于制造该隔板及装置的方法。一个实施方式中，提供一种形成用于电池的隔板的方法。该方法包括，将金属材料暴露于蒸发工艺，该金属材料待沉积于处理区域中定位的电极结构的表面上。该方法进一步包括使反应性气体流入该处理区域中。该方法进一步包括使该反应性气体与蒸发的金属材料反应，以在该电极结构的该表面上沉积陶瓷隔板层。

另一实施方式中，提供一种形成电池的方法。该方法包括：在正极结构的表面上沉积陶瓷隔板层。该陶瓷隔板层通过下述方式沉积于该正极结构的该表面上：将待沉积于该正极结构的该表面上的金属材料暴露于蒸发工艺；使反应性气体流入该处理区域中；及使该反应性气体与蒸发的金属材料反应，以沉积该陶瓷隔板层。用该陶瓷隔板层将该正极结构与负极结构接合，该陶瓷隔板层介于该负极结构与该正极结构之间。

又一另外的实施方式中，提供一种形成电池的方法。该方法包括：在负极结构的表面上沉积陶瓷隔板层。该陶瓷隔板层通过下述方式沉积于该负极结构的该表面上：将待沉积于该负极结构的该表面上的金属材料暴露于蒸发工艺；使反应性气体流入该处理区域中；及使该反应性气体与蒸发的金属材料反应，以在该负极结构上沉积该陶瓷隔板层。用该陶瓷隔板层将该负极结构与正极结构接合，该陶瓷隔板层介于该负极结构与该正极结构之间。