用于制造電鍍元件的方法和電鍍元件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于制造電鍍元件的方法以及涉及電鍍元件。
【背景技術(shù)】
[0002]對于很多應(yīng)用領(lǐng)域來說需要非常平的電池組(Batterie)。這種微電池組例如在US 2011/0300432 Al 中做了描述。
[0003]發(fā)表物Akedo Room Temperature Impact Consolidat1n (RTIC) ofFine Ceramic Powder by Aerosol Deposit1n Method and Applicat1ns toMicrodevices^, J.Th.Spray Technol., 2008 描述了用于氣溶膠沉積的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在此背景下利用本發(fā)明介紹根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的用于制造電鍍元件的方法和電鍍元件。有利的構(gòu)型方式從相應(yīng)從屬權(quán)利要求和隨后的描述中得出。
[0005]在英文中稱為aerosol deposit1n method (ADM)的氣溶膠沉積方法可以用于制造電鍍元件。在此，尤其可以通過氣溶膠沉積來制造電鍍元件的至少一個電極。
[0006]用于制造電鍍元件的方法包括下列步驟:
提供襯底；
將第一電極涂敷到襯底上；
將分隔器涂敷到第一電極上；以及
將第二電極涂敷到分隔器上，其中電極中的至少一個以復(fù)合電極的形式在使用氣溶膠沉積方法的情況下被涂敷。
[0007]所述電鍍元件可以表示電池組或蓄電池。例如可以涉及微電池組。襯底可以是剛性或柔性的元件。第一電極可以被涂敷到襯底的表面上。第一電極可以表示電鍍元件的陰極并且第二電極可以表示電鍍元件的陽極，或者相反。分隔器可以被構(gòu)造用于傳導(dǎo)第一電極和第二電極之間的離子。電極和分隔器可以分別以層的形式來形成。在此可以涉及納米范圍或毫米范圍中的薄層。根據(jù)不同的實(shí)施方式，電極之一、兩個電極、一個電極和分隔器或兩個電極和分隔器可以通過氣溶膠沉積來涂敷。在氣溶膠沉積時，一種或多種適用于構(gòu)造層的粉末、材料或物質(zhì)通過一個或多個噴嘴涂敷到表面上，以便構(gòu)造表面上的層。氣溶膠可以理解為由例如以粉末或粒子形式存在的固體物質(zhì)和氣體組成的混合物。該氣體可以用于將物質(zhì)以粒子束的形式以高速度涂敷到表面上。
[0008]復(fù)合電極可以在使用氣溶膠沉積方法的情況下從具有不同物質(zhì)的一種或多種粉末混合物中沉積。所述一種或多種粉末混合物可以包含用于在復(fù)合電極內(nèi)構(gòu)造多個傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)的傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)材料以及用于在復(fù)合電極內(nèi)存儲離子的活性材料。
[0009]在涂敷復(fù)合電極形式的電極的步驟中，可以使用氣溶膠沉積方法來涂敷不同的物質(zhì)，以便形成復(fù)合電極。不同的物質(zhì)可以在沉積過程期間化合以便形成復(fù)合電極。通過不同的物質(zhì)可以在復(fù)合電極內(nèi)構(gòu)造不同的功能結(jié)構(gòu)。
[0010]例如在使用氣溶膠沉積方法來涂敷復(fù)合電極形式的電極的步驟中可以涂敷用于在復(fù)合電極內(nèi)構(gòu)造多個傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)的傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)材料以及用于在復(fù)合電極內(nèi)存儲離子的活性材料。傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)可以針對離子以及電子來說是有傳導(dǎo)能力的。為了實(shí)現(xiàn)離子傳導(dǎo)能力，例如可以將合適的固體離子導(dǎo)體用作傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)材料。為了實(shí)現(xiàn)電子傳導(dǎo)能力例如可以將碳化合物、金屬的、有機(jī)的或陶瓷的材料用作傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)材料。例如可以使用氧化物、磷酸鹽、硫化物或氟化物作為活性材料。用于構(gòu)造傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)以及用于存儲離子的不同的材料可以以粉末形式存在并且通過到復(fù)合電極的氣溶膠沉積來沉積。由此可以非常精確地調(diào)整復(fù)合電極的期望的成分。
[0011]在使用氣溶膠沉積方法來涂敷復(fù)合電極形式的電極的步驟中還可以涂敷用于形成復(fù)合電極的多孔性和附加地或可替代地彈性的結(jié)構(gòu)材料。多孔性可以理解為:復(fù)合電極具有多個空腔。通過多孔性可以減少電鍍元件運(yùn)行期間的機(jī)械負(fù)荷。尤其可以通過多孔性容納在電鍍元件的充電和放電時出現(xiàn)的活性材料的體積變化并且減少電鍍元件的剩余部件的機(jī)械負(fù)荷。
[0012]在涂敷分隔器的步驟中可以使用氣溶膠沉積方法涂敷分隔器。因此可以利用與電極中的至少一個相同的方法來涂敷分隔器。這使制造電鍍元件變得容易。
[0013]該方法可以包括:將第二分隔器涂敷到第二電極上的步驟，將另外的第一電極涂敷到第二分隔器上的步驟，將第三分隔器涂敷到另外的第一電極上的步驟，以及將另外的第二電極涂敷到第三分隔器上的步驟。通過這種方式可以形成多個相疊堆疊的電鍍區(qū)域或電鍍電池(Zelle)。因此可以形成由多個電鍍電池構(gòu)成的層堆疊。所述電鍍電池例如可以在并聯(lián)電路或者串聯(lián)電路中相互導(dǎo)電地連接。在另外的步驟中可以涂敷另外的分隔器和另外的電極。通過這種方式簡單地實(shí)現(xiàn)不同地確定大小的電鍍元件。
[0014]在此可以在涂敷第一分隔器的步驟中如此涂敷第一分隔器，使得第一分隔器遮蓋第一電極的朝向電鍍元件第一側(cè)的邊緣。在涂敷第二分隔器的步驟中可以如此涂敷第二分隔器，使得第二分隔器遮蓋第二電極的朝向電鍍元件第二側(cè)的邊緣。在涂敷第三分隔器的步驟中可以如此涂敷第三分隔器，使得第三分隔器遮蓋另外的第一電極的朝向電鍍元件第一側(cè)的邊緣。電鍍元件的第一側(cè)和第二側(cè)可以相互相對地布置。通過分隔器層的這種構(gòu)型方式，第一和第二電極可以分別相互能夠?qū)щ姷剡B接。由此可以實(shí)現(xiàn)相疊堆疊地布置的第二電鍍電池的并聯(lián)電路。
[0015]根據(jù)實(shí)施方式，氣溶膠沉積方法可以使用用于涂敷物質(zhì)的多個噴嘴來執(zhí)行。用于沉積層的不同的物質(zhì)或物質(zhì)混合物例如可以通過多個噴嘴來涂敷。用于涂敷物質(zhì)的不同的噴嘴也可以用于不同的層。通過使用多個噴嘴可以加速電鍍元件的制造并且實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的層成分。
[0016]電鍍元件具有下列特征:
由第一電極、第二電極和布置在第一電極和第二電極之間的分隔器組成的層堆疊，其中電極中的至少一個是使用氣溶膠沉積方法沉積的復(fù)合電極。
[0017]層堆疊可以布置在襯底上。電極和分隔器分別可以作為薄層來成形。電極可以分別具有用于連接電線路的接線端。
[0018]復(fù)合電極可以表示使用氣溶膠沉積方法從具有不同物質(zhì)的一種或多種粉末混合物中沉積的電極。該復(fù)合電極可以包含用于在復(fù)合電極內(nèi)構(gòu)造多個傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)的傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)材料以及用于在復(fù)合電極內(nèi)存儲離子的活性材料。
[0019]電鍍元件的復(fù)合電極可以具有多孔性。由于該多孔性，復(fù)合電極可以由許多空腔穿過。多孔性可以適用于在該電鍍元件的運(yùn)行期間減少電鍍元件的機(jī)械負(fù)荷。為了不使得過多的體積不被使用，多孔性應(yīng)該在機(jī)械負(fù)荷方面被最小化，也即例如活性材料的體積變化的百分比份額在運(yùn)行中僅超過盡可能小的安全邊際。
[0020]附加地或可替代地，復(fù)合電極可以彈性地實(shí)施。對此可以在氣溶膠沉積期間將彈性材料綁定到形成復(fù)合電極的層中。通過復(fù)合電極的合適的彈性又可以減少電鍍元件的機(jī)械負(fù)荷。
[0021]電鍍元件可以通過具有復(fù)合電極的電池組層裝置來構(gòu)造，該電池組層裝置共同保證離子和電子運(yùn)輸以及電化學(xué)能量的存儲并且可以在運(yùn)行中接收和適當(dāng)?shù)鼐彌_機(jī)械負(fù)荷。借助于氣溶膠沉積方法制造各個復(fù)合電極或這種電池組層裝置提供這樣的可能性:所沉積的復(fù)合層的成分從開始起在運(yùn)行中調(diào)整接近目標(biāo)組分。
[0022]由此提供用于開發(fā)和制造微電池組的低成本的方法。電鍍元件的所有層可以以相同的方法在相同的設(shè)備上制造。相應(yīng)地不進(jìn)行運(yùn)輸、不進(jìn)行大氣隔絕、不進(jìn)行與環(huán)境或手套箱過程交替的高真空過程。所述方法可以縮放到更大的襯底表面上并且利用匹配甚至是能開發(fā)為有滾動能力的。必要時在該情況下，帶的行進(jìn)速度和行進(jìn)方向和/或用于氣溶膠沉積的設(shè)備的噴嘴的并行化和/或串行化是必需的。由此使得能夠快速地開發(fā)微電池組，使得可以快速地試驗(yàn)以及進(jìn)一步處理不同的成分。電鍍元件