荷，且在步驟SllO執(zhí)行清洗?？扇绮襟ES104與S106中同樣的方式執(zhí)行施加與清洗。在此時(shí)，隔板將具有厚度實(shí)質(zhì)上約為所用的陶瓷顆粒直徑的兩倍的陶瓷涂層。
[0024]以如所需達(dá)成陶瓷涂層的期望厚度的那樣多的次數(shù)重復(fù)步驟S104至S110。
[0025]圖2繪示完成的隔板結(jié)構(gòu)，且所述結(jié)構(gòu)的一個(gè)表面受到涂布。本發(fā)明的實(shí)施例使用現(xiàn)存的電池隔板，并且使用上述方法以陶瓷顆粒涂層修飾所述隔板。一些實(shí)施例中，隔板一般為聚烯烴制成的約25微米厚的結(jié)構(gòu)。適合用于本發(fā)明中的可購(gòu)得的隔板包括例如:Polypore (Celgard)生產(chǎn)的聚合性多孔隔板、Toray Tonen (電池隔板膜(BSF))、SK Energy (鈕離子電池隔板(LiBS))、Evonik 工業(yè)(SEPAR10N)、Asahi Kasei (Hipore)、DuPont (Energain)等。
[0026]圖2顯示的范例中，已將約3微米厚的涂層施加在隔板的面向電池結(jié)構(gòu)中的負(fù)極的表面上。然而，一些實(shí)施例中，隔板的雙側(cè)皆可受到涂布。這樣的實(shí)施例中，整體涂布的隔板結(jié)構(gòu)可為約16微米厚，且或許薄如10微米厚。
[0027]上述實(shí)施例成功地以較少?gòu)U棄物且較高產(chǎn)率(相較于當(dāng)前的陶瓷涂布技術(shù))達(dá)成更致密更均勻的具有更佳受控厚度的膜。然而，發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，在上述工藝中并非總是能夠可靠地使用微米顆粒形成膜，因?yàn)橛袝r(shí)難以使所述顆粒附著至表面。取而代之使用納米顆?？朔藛?wèn)題，但納米顆粒需要額外的層施加循環(huán)方能達(dá)成期望的膜厚。
[0028]因此，本發(fā)明的替代性實(shí)施例涉及用于形成陶瓷涂層干式方法，而非前述的濕式工藝。一個(gè)示范干式工藝涉及使用物理氣相沉積(PVD)技術(shù)且不需要使用顆粒。圖3是繪示根據(jù)本發(fā)明這些實(shí)施例的示范工藝。
[0029]如圖3中所示，處理開(kāi)始于制備膜源材料(步驟S302)。這可包括溶劑中的S12或Al2O3,且較佳為具有界面活性劑分子的水性溶劑，以適當(dāng)分散顆粒。
[0030]步驟S304中，將隔板結(jié)構(gòu)放置在PVD腔室中，所述PVD腔室諸如來(lái)自美國(guó)加州圣克拉拉市的應(yīng)用材料公司的Endura Impulsive PVD或Aristo工具。隔板結(jié)構(gòu)可包括Si02、Al2O3、鋰傳導(dǎo)陶瓷氧化物(諸如石榴石組成物的摻雜變異物)、鈣鈦礦、反鈣鈦礦與鋰傳導(dǎo)硫化物，而聚合性隔板作為基質(zhì)。
[0031]步驟S306中，處理持續(xù)到期望厚度的材料沉積為止，之后將涂布的隔板移出PVD腔室。
[0032]應(yīng)注意，為了將膜形成在隔板結(jié)構(gòu)的雙側(cè)上，可重復(fù)步驟S304與S306。
[0033]本發(fā)明的發(fā)明人已注意到，結(jié)合圖3于上文所述的實(shí)施例有勝于先前實(shí)施例的某些優(yōu)點(diǎn)。例如，所得的涂布結(jié)構(gòu)具有增加的熱穩(wěn)定度與增加的可濕潤(rùn)性。再者，所得的涂布結(jié)構(gòu)具有增強(qiáng)的離子傳導(dǎo)性，認(rèn)為這是由進(jìn)入隔板材料孔隙中的5102或八1 203分子之間的液體表面交互作用所造成。這容許整個(gè)隔板結(jié)構(gòu)得以在厚度上減少至低于10微米，且膜厚是在納米的量級(jí)。
[0034]圖4繪示示范性鋰離子電池結(jié)構(gòu)，所述電池結(jié)構(gòu)具有根據(jù)本發(fā)明的上述實(shí)施例的任一個(gè)的涂布隔板。鋰離子單元400的范例的剖面示意圖顯示于圖4中，具有集電器402、陽(yáng)極涂層404、涂布隔板408、陰極涂層412與集電器414。除了集電器412與414之外的所有部件也含有鋰離子電解質(zhì)。
[0035]在根據(jù)本發(fā)明的鋰離子單元的實(shí)施例中，在陽(yáng)極的碳石墨(LiC6)晶體結(jié)構(gòu)的原子層中與陰極的鋰鈷氧化物(LiCoO)或鋰錳氧化物(LiMnO4)中含有鋰。需要圖4中顯示的其它層傳導(dǎo)電子與帶正電的鋰離子。所述層可于圓筒內(nèi)彼此于內(nèi)側(cè)卷繞或一起壓成矩形平坦層O
[0036]集電器402可以是銅板，而集電器414可以是鋁板。在404、408與412中浸漬的電解質(zhì)可包含液體/膠體或固態(tài)聚合物，且可彼此不同。涂布的隔板408可以是如上述實(shí)施例的任一個(gè)中所述的隔板。
[0037]雖然已參考本發(fā)明的較佳實(shí)施例特別描述本發(fā)明，但對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言應(yīng)易于了解，可不背離本發(fā)明的精神與范圍制作形式與細(xì)節(jié)上的改變與修飾。申請(qǐng)人希望所附的權(quán)利要求書(shū)涵蓋此類(lèi)改變與修飾。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種方法，包括以下步驟: 制備用于電化學(xué)儲(chǔ)存裝置的隔板；及 利用受控的工藝使陶瓷層涂布至所述隔板，所述陶瓷層具有期望厚度。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述受控的工藝包含以下步驟: 使具有陶瓷顆粒的第一層涂布至所述隔板，第一層的陶瓷顆粒具有第一電荷； 使具有陶瓷顆粒的第二層涂布至所述第一層，第二層的陶瓷顆粒具有與所述第一電荷相反的第二電荷；及 重復(fù)所述涂布步驟直到獲得具有所述期望厚度的陶瓷涂層為止。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述受控的工藝包含以下步驟: 制備源材料，所述源材料包含陶瓷材料?’及 在PVD腔室中將所述陶瓷層沉積在所述隔板上，直到獲得所述期望厚度為止。
4.如權(quán)利要求1或2的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述陶瓷顆粒包含納米顆粒。
5.如權(quán)利要求1或2的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述陶瓷顆粒包含微米顆粒。
6.如權(quán)利要求1、2或3的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述陶瓷層包含Al203與S12中的一種。
7.如權(quán)利要求1、2或3的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述陶瓷層包含離子傳導(dǎo)陶瓷。
8.如權(quán)利要求1、2或3的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述隔板包含多孔聚烯烴。
9.如權(quán)利要求2所述的方法，所述方法進(jìn)一步包含以下步驟:通過(guò)控制含有所述陶瓷顆粒的溶液中的pH值，將電荷給予所述陶瓷顆粒。
10.如權(quán)利要求2所述的方法，所述方法進(jìn)一步包含以下步驟:通過(guò)將帶電荷聚電解質(zhì)附接所述陶瓷顆粒，將電荷給予所述陶瓷顆粒。
11.如權(quán)利要求1、2或3的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述期望厚度小于5微米。
12.如權(quán)利要求1、2或3的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述陶瓷層形成在下述中的一個(gè)上:所述隔板的面向陽(yáng)極側(cè)，以及所述隔板的面向陰極側(cè)。
13.如權(quán)利要求1、2或3的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述陶瓷層形成在所述隔板的面向陽(yáng)極側(cè)與所述隔板的面向陰極側(cè)兩者上。
14.一種隔板，具有如權(quán)利要求1至13的任一項(xiàng)所述的方法形成的涂層。
15.一種電池，所述電池具有隔板，所述隔板具有如權(quán)利要求1至13的任一項(xiàng)所述的方法形成的涂層。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明大體上關(guān)于諸如鋰離子電池的電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存裝置，且尤其是關(guān)于一種對(duì)此類(lèi)儲(chǔ)存裝置中的隔板提供具受控厚度的均勻陶瓷涂層的方法。本發(fā)明的一些實(shí)施例利用分散于溶劑中的納米/微米尺寸顆粒的層疊式涂布，所述溶劑可以是水性或非水性。本發(fā)明的其它實(shí)施例利用諸如PVD的干式工藝，以于多孔聚烯烴隔板上沉積陶瓷膜。根據(jù)本發(fā)明的某些方面，此方式的優(yōu)點(diǎn)包括以較少?gòu)U棄物且較高產(chǎn)率(相較于當(dāng)前的陶瓷涂布技術(shù))達(dá)成更致密更均勻的具有更佳受控厚度的膜的能力。陶瓷涂布的隔板的優(yōu)點(diǎn)是單元的安全性增加。
【IPC分類(lèi)】H01M2-16, H01M2-14
【公開(kāi)號(hào)】CN104838518
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201380064318
【發(fā)明人】蘇布拉曼亞·P·赫爾勒, 約瑟夫·G·戈登二世
【申請(qǐng)人】應(yīng)用材料公司
【公開(kāi)日】2015年8月12日
【申請(qǐng)日】2013年12月11日
【公告號(hào)】WO2014093519A1, WO2014093519A8