單片集成薄膜固態鋰電池設備的製作方法

2023-09-23 21:02:55

單片集成薄膜固態鋰電池設備的製作方法
【專利摘要】一種單片集成薄膜固態鋰電池設備，用於向移動通信設備供電。所述電池設備包括在大於兩層至小於一百萬層範圍內的多層鋰電化學電池單元。所述鋰電化學電池單元並聯或串聯連接，以符合空間體積。所述多個層被配置為形成利用自終止或後終止連接器構造並聯布置或串聯布置的多個電化學電池單元。
【專利說明】單片集成薄膜固態鋰電池設備
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種單片集成薄膜固態鋰電池設備。更具體地，涉及一種單片集成薄膜固態鋰電池設備，其包括層疊構造的範圍在二至一百萬層的多層鋰電化學電池單元，用於汽車、蜂窩電話、智慧型手機、可攜式電子產品或其它應用。
【背景技術】
[0002]一般的電化學電池單元通常使用液體電解質。這類電池單元通常用於許多常規應用。製造電化學電池單元的替代技術包括固態電池單元。這種固態電池單元主要出於試驗階段，難以製造並且未能成功大規模生產。儘管有前途，但是由於電池單元結構和製造技術的限制未能實現固態電池單元。在整個說明書中尤其是下文中描述了這些和其它限制。
實用新型內容
[0003]在優選實施例中，本方法和電池使用特定的過程和設計參數。可以通過數值技術利用選擇的上下界確定參數，以獲得對於一些應用的期望結果。作為例子，這類數值技術包括2011年5月17日公布的美國專利N0.7，945，344中描述的在先方法中描述的那些。在優選實施例中，本電池結構使用來自在前述美國專利中所描述的技術的信息。
[0004]在特定的實施例中，本發明提供一種單片集成薄膜固態鋰電池設備，包括層疊構造的範圍在二至一百萬層的多層鋰電化學電池單元，其用於汽車、蜂窩電話、智慧型手機、可攜式電子產品或其它應用。所述設備具有:襯底，提供用於多個沉積的固態電化學電池單元組件的基礎；導電層，被配置為陰極集流體，該陰極集流體放置為覆蓋所述襯底；陰極電極材料，包括覆蓋所述導電層的基於釩的氧化物；電解質材料，被配置為覆蓋所述陰極電極材料的電解質。所述電解質材料能夠使鋰離子在充電過程和放電過程中往復移動。所述設備具有負電極材料的固態層，被配置為在充電過程和放電過程中能夠進行電化學插入或離子電鍍的陽極；導電層，被配置為陽極集流體，其被放置被覆蓋負電極材料的所述固態層；以及第二阻擋層，提供更好的附`接並且防止負電極材料氧化。
[0005]在優選實施例中，所述多層鋰電化學電池單元被配置有後終止或自終止集流體，該後終止或自終止集流體的體積比500瓦特?小時/公升的體積能量密度增加至少20%，並且其中，所述設備設置在行動電話或移動裝置中。
[0006]在優選實施例中，所述單片集成薄膜固態鋰電池設備具有通過在I瓦特的操作功率以下的總操作能量除以所述設備的總體積來提供的體積能量密度。
[0007]在優選實施例中，通過按下述順序進行物理氣相沉積並重複執行100次以上但少於3000次來提供所述多層鋰電化學電池單元，該順序為阻擋層、陰極集流體、陰極、電解質、陽極、陽極集流體、陽極阻擋層。
[0008]在優選實施例中，通過在襯底層之上按下述順序進行物理氣相沉積並按該順序重複執行2次以上來提供所述多層鋰電化學電池單元，以減少襯底層數並增加所述固態鋰電池的體積能量密度，所述順序為陰極集流體、陰極、電解質、陽極、陽極集流體、陽極、電解質、陰極、陰極集流體。
[0009]根據本發明的另一實施例，提供一種單片集成薄膜固態鋰電池設備，用於向移動通信設備供電，所述電池設備包括在大於兩層至小於一百萬層範圍內的多層鋰電化學電池單元，所述鋰電化學電池單元並聯或串聯連接，以符合空間體積。所述空間體積為50立方釐米及更小，用於智慧型手機、平板電腦和可攜式電子產品，其中，所述多個層被配置為形成利用自終止或後終止連接器構造並聯布置或串聯布置的多個鋰電化學電池單元。
[0010]在優選實施例中，所述的設備進一步包括襯底，所述多層鋰電化學電池單元被布置為覆蓋所述襯底，其中，所述覆蓋的多個層沒有任何中間襯底構件，其中，所述多個層被配置為形成利用自終止或後終止連接器構造並聯布置或串聯布置的多個鋰電化學電池單元，並且具有500瓦特?小時/公升及更大的能量密度。
[0011]在優選實施例中，本發明提供一種方法和設備，該設備利用具有後終止集流體或自終止集流體的稜柱多層結構，其可行的體積符合能量密度比常規電池技術所涉及的280瓦特?小時/千克增加大於20%的。如在此使用的，雖然可能有些許變化，但是術語稜柱與本領域技術人員已知的定義一致。在特定實施例中，所述方法和設備包括由大於100且小於3000個並聯電池單元組成的多層結構，符合能量密度優化運算。圖1中示出此構造的一些結果，包括在離子和電子電導率範圍內的陰極厚度對能量密度的曲線圖。在特定實施例中，多層結構包括具有厚度在約0.2和約2.0之間的層的陰極層，例如符合
7.2cmX 3.2cmX0.5cm的稜柱袋電池單元。當然，可以有其它變型、改進和替換。
[0012]在優選實施例中，單個鋰電化學電池單元包括通過按順序的物理氣相沉積過程沉積的覆蓋襯底的多個層，該順序為陰極阻擋層、陰極集流體、陰極、電解質、陽極、陽極集流體和陽極阻擋層。在特定實施例中，薄膜固態電化學電池單元設備中的襯底層為隨後層提供機械支撐。因此，它必須具有能夠承受由隨後沉積在其上的層所引起的重量和應力的硬度。在一個實施例中，薄的 聚合物尤其是諸如聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)的那些聚合物被用作襯底，該襯底的厚度小於10微米。在另一實施例中，金屬化PET，其是在PET之上塗布很薄的銅層(例如，0.1微米)，被用於防止氧氣和水分從襯底擴散到陰極和陰極集流體中。PET上的金屬化金屬的厚度為埃米量級。
[0013]在優選實施例中，在電化學電池單元設備的襯底和陰極集流體之間的陰極阻擋層用於抑制鋰與襯底內的水分反應。金屬的氧化物、氮化物或磷酸鹽優選用於此層。該金屬的種類來自周期表中的4、10、11、13和14族。此層的厚度為0.1微米量級或更小量級。在另一優選實施例中，磷酸鋰(LixPOy,其中x+y〈=7)可以作為陰極阻擋層。
[0014]在另一優選實施例中，在電化學電池設備中陰極集流體和陽極集流體是從陰極收集電流並將電流傳輸到外部負載所必需的。電導率在107S/m或更高量級。所述陰極集流體和所述陽極集流體由選自周期表的10、11和13族的導電金屬製成，或者其中，所述陰極集流體和所述陽極集流體由電導率高於107S/m的銅材料製成。陰極和陽極集流體需要在它們的工作電壓下化學穩定。在一個實施例中，集流體的厚度在約0.1和約2微米之間。
[0015]在優選實施例中，陰極電極材料包括非晶或晶體鋰化過渡金屬氧化物和鋰化過渡金屬磷酸鹽，其中，金屬來自周期表的3至12族。優選地，陰極電極材料包括導電率在10_6至10_2S/m (優選小於10_3S/m)範圍內並且離子擴散率在I X 10_16至I X lO—V/s範圍內的非晶鋰化的基於釩的氧化物。基於釩的氧化物覆蓋導電層，陰極集流體材料特徵是具有厚度在約0.2和約2微米之間的層。通過過程條件可以調整電導率。
[0016]在特定實施例中，此電化學電池設備的固態玻璃電解質包括離子電導率在Kr5至l(T4S/m範圍內的非晶鋰磷氧氮。通過氮濃度和蒸發過程條件可以調整玻璃電解質的離子電導率。此玻璃電解質材料被配置為覆蓋陰極電極材料的電解質。此玻璃電解質材料能夠在充電過程和放電過程期間使鋰離子往復移動，玻璃電極材料的特徵是具有厚度在約0.1和約I微米之間的層。
[0017]在特定實施例中，在充電過程和放電過程期間，在此設備中被配置為陽極的負電極材料固態層能夠將鋰電化學地插入主晶格中或電鍍Li離子。此固態陽極層的層厚度在約0.2和約3微米之間。陽極的層厚度可以是陰極層厚度大小的若干倍，從而可以確保足夠的鋰濃度以便在陰極和陽極之間通過電解質往復移動。
[0018]在優選實施例中，此設備中的陽極阻擋層覆蓋陽極集流體。此陽極阻擋層用於抑制鋰與外部空氣中的水分反應。金屬的氧化物、氮化物或磷酸鹽優選用於此層。這種金屬來自周期表中的4、10、11、13和14族。這些金屬氧化物、金屬氮化物或金屬磷酸鹽容易蒸發和沉積。在此方法和結構中，該層的厚度在0.1微米量級或更小量級。在一個優選實施例中，磷酸鋰(LixPOy,其中x+y〈=7 )用作陽極阻擋層。
[0019]相比常規技術實現的益處。根據具體實施例，可以實現這些益處中的一個或多個。優選地，本電池設備具有以下特徵:
[0020]比常規電池的高至少1.5倍的比/體積能量密度；
[0021]熱量散失的機會減少；
[0022]不產生氣體；
[0023]不需要擔心液體洩漏；以及
[0024]對於目標應用，具有最佳的電池容量利用率。
[0025]根據所述實施例，可以實現這些益處的一個或多個。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1是與iPhone4 (2011年的)電池相比的薄膜固態鋰電池性能的簡化圖；
[0027]圖2A是在稜柱袋狀封裝(prismatic pouch package)中的薄膜固態電池的簡化圖，圖2B是圖2A的薄膜固態電池的剖視圖；
[0028]圖2C是在稜柱金屬封裝(prismatic metallic package)中的薄膜固態電池的簡化圖，圖2D是圖2C的薄膜固態電池的剖視圖；
[0029]圖3A是根據本發明實施例的電化學電池單元的剖視圖的簡化圖；
[0030]圖3B是根據本發明實施例的電化學電池單元的透視圖的簡化圖；
[0031]圖3C是根據本發明實施例的電化學電池單元的透視圖的簡化圖；
[0032]圖4A至4C是薄膜固態電池設備的簡化流程圖；
[0033]圖5是圖示根據本發明實施例的電化學電池單元的剖面的簡化圖；
[0034]圖6A是圖示常規(例如2011年的)智慧型手機的重量和體積的簡化圖；
[0035]圖6B是與在實施例之一中使用的電池設備相比用於常規智慧型手機中的電池的體積能量密度的簡化圖；
[0036]圖6C是與在實施例之一中使用的電池設備相比用於常規智慧型手機中的電池的重量能量密度的簡化圖；
[0037]圖7是在本發明的實施例中描述的電化學電池單元設備的掃描電子顯微圖像；以及
[0038]圖8是根據本發明實施例的電池單元設備的電池放電曲線的簡化圖。
【具體實施方式】
[0039]根據本發明，提供涉及電化學電池單元製造的技術。更具體地，本發明提供用於製造固態薄膜電池設備的設備和方法。僅通過舉例方式，已經使用基於鋰的電池單元提供本發明，但是應該認識到諸如鋅、銀、銅和鎳的其它材料可以設計為相同或相似形式。此外，這種電池可以用於各種應用，諸如可攜式電子產品(蜂窩電話、個人數字助手、音樂播放器、攝影機等)、電動工具、軍事用途(通信、照明、成像等)的電源、航空應用(衛星的電力)的電源以及車輛應用(混合電動車輛、插電式混合電動車輛以及全電動車輛)的電源。這種電池設計也可應用於電池不是系統中的唯一電源的情形，其中通過燃料電池單元、其它電池、IC發動機或其它燃燒設備、電容器、太陽能電池單元等提供額外的電力。
[0040]隨著智慧型電話和可攜式電子設備功能能力的增加，對具有長壽命的電源的需要也隨之增加。固態鋰電池是向智慧型電話或其它類似的可攜式電子設備供給能量的有前途的候選。根據用途需要，固態鋰電池包括多層串聯或並聯連接的鋰電化學電池單元的更小單元。鋰離子電池目前的缺點是它們的壽命周期短，這是由形成在電池單元內的鋰枝晶(dendrite lithium)的副反應使電極的正極和負極短路導致的。在極度惡劣的環境中，該副反應會導致熱量散失並導致人身傷害。因而，鋰離子電池的目前發展趨勢是開發固態電解質(諸如聚合物電解質)來替代液體電解質，以降低充電和放電過程中鋰枝晶生長的可能性，或使用專用分離器(proprietary separator)來抑制枝晶使正負電極短路。
[0041]然而，薄膜固態鋰電池由於固態層的高硬度而具有防止枝晶生長的優點。此外，由於它的薄膜空間維度，薄膜固態鋰電池也具有高的倍率性能。第二點是，如果用於諸如智慧型電話和可攜式電子設備的應用，需要具有更長的操作時間、更小的體積尺寸和更輕的重量。這些要求需要較高的單位體積和單位質量的能量密度。常規商用鋰離子電池包括多孔電極以及液體或聚合物電解質。由於它的多孔電極和電解質特性，常規商用鋰離子電池在進一步減小其尺寸和重量方面能力受限。此外，常規鋰離子電池需要對電池的總能量無貢獻的若干額外材料，諸如分離器和電解質，這增加了整個電池的體積和質量。此外，那些組件的自重和淨體積降低了鋰離子電池的比能和體積能量密度。另一方面，在此發明中，我們提出一種薄膜固態鋰電池，其利用幾乎所有可用空間體積並且還降低材料的淨重和淨體積，以便進一步增加電池的總能量。
[0042]在實驗環境中已經證明固態電池相比利用液體電解質的常規電池具有若干優點。安全性最重要的一個。固態電池本質上比基於液體電解質的電池更穩定，因為它不含有會導致不良反應(會使得熱量散失，最壞的情形是爆炸)的液體。與常規電池相比，固態電池在相同體積或相同質量情況下可以存儲更多能量。也已經報導過良好的循環性能(大於10，000循環)和良好的高溫穩定性。
[0043]儘管固態電池具有這些傑出的性能，但是未來在市場上獲得這類電池仍有挑戰。為了開發小型性和高能量密度，應該提高這種電池的封裝。為了用於不同於現有應用(射頻識別(RFID))的各種應用，諸如消費性電子產品或電動車輛，應該以低成本發展、大面積和快速的薄膜沉積技術。本技術克服了常規技術的這些和其它限制。
[0044]圖1是與iPhone4現有電池相比的薄膜固態鋰電池性能的簡化圖。
[0045]圖2A-2B和2C-2D是分別以稜柱袋狀封裝和稜柱金屬封裝的薄膜固態電池的簡化圖。在具體實施例中，單片集成薄膜固態鋰電池設備包括多層鋰電化學電池單元。鋰電化學電池單元是可以提供電子能量的薄膜固態鋰電池中的最小單元，並且特徵在於小於100平方釐米的空間區域。在圖2A和2C中，設備100和設備110圖示Sakti3薄膜固態電池的兩種稜柱封裝，在圖2B和2D中設備101和設備111分別描繪設備100和110的剖視圖。在圖2A中，設備100是以稜柱袋狀封裝的電池。另一方面，在圖2C中，設備110是封裝在稜柱金屬殼或塑料殼中的電池。將長(L)和寬(W)乘積的橫截面積限制在小於100平方釐米，稍大於鋰電化學電池的空間面積。
[0046]薄膜固態鋰電池中的此最小單元包括按圖3所示順序的襯底201、陰極阻擋層202、陰極集流體203、陰極204、電解質205、陽極206、陽極集流體207、陽極阻擋層208。陰極阻擋層202、陰極集流體203、陰極204、電解質205、陽極206、陽極集流體207和陽極阻擋層208通過使用物理氣相沉積技術沉積在襯底層201之上。
[0047]物理氣相沉積(PVD)過程(通常被稱作薄膜過程)是原子沉積過程，其中，材料從固體或液體原材料被蒸發為原子或分子形式，以蒸汽形式通過真空或低壓氣體等離子體腔被傳送到襯底，在襯底上凝固以形成膜層材料。這裡，術語「薄膜」應用為厚度為幾微米或更小量級的層。PVD過程可以用於利用反應沉積過程沉積元素、合金以及化合物的膜。產生的膜的範圍可以是單晶到非晶、全緻密到小於全緻密、純的到不純的以及薄的到厚的。在特定實施例中，為了最大化電池設備的能量密度，用數學模型來進行幫助。圖4A至4C示出過程流程圖。使用數學模型。利用這些工具，減少了實驗室中進行的反覆試驗，並縮短公司將他們的產品投入商用的時間表。下面詳細描述最終結果。
[0048]薄膜固態電化學電池單元中的襯底層201為隨後的層提供機械支撐。因此，它必須具有能夠承受由隨後沉積在其上的層所引起的重量和應力的硬度。因此，典型的襯底是厚且硬的材料。然而，在此設備中，我們選擇薄聚合物，尤其是聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)，作為我們的襯底，其中該襯底的厚度小於10微米。有時，為了防止氧氣和水分從襯底擴散到陰極和陰極集流體中，因此發明金屬化的PET，其是在PET之上塗布很薄的銅層，該金屬化的PET可以減少陰極的雜質並延長其壽命。PET上的金屬化金屬的厚度為埃米量級。
[0049]在特定實施例中，在設備的襯底和陰極集流體之間的陰極阻擋層202用於抑制鋰與襯底內的水分反應。有機材料可以用於此功能。金屬的氧化物、氮化物或磷酸鹽優選用於此層。所述金屬來自周期表中的4、10、11、13和14族。這些金屬氧化物、金屬氮化物或金屬磷酸鹽容易蒸發和沉積。在特定實施例中，此層的厚度為0.1微米量級或更小量級。一種可能的候選是磷酸鋰(LixPOy,其中x+y〈=7)。
[0050]在此設備中陰極集流體203和陽極集流體207是從陰極收集電流並將電流傳輸到外部負載所必須的。因而，其需要具有在107S/m或更高量級的高電導率。陰極和陽極集流體需要在它們的工作電壓下化學穩定。對於鋰，陰極集流體需要在1.5至5V的範圍內穩定，對於鋰，陽極集流體需要在0至IV的範圍內穩定。儘管集流體是在電化學電池單元中傳送電子所必須的，但是它對電池單元的電能沒有貢獻。因而需要集流體很薄以減小體積和質量，然而，它不能過薄。薄膜的電壓降依賴於薄膜厚度，[0051]φ(X=L)=iL2/2σH
[0052]其中，L是膜長度，H是膜厚度，σ是膜的電導率。因此，該厚度不能小於特定值，以最小化橫跨膜的電壓降。在特定實施例中，集流體的厚度在約0.1和約2微米之間。
[0053]在此設備中，陰極204的電極材料包括非晶或晶體鋰化過渡金屬氧化物和鋰化過渡金屬磷酸鹽，其中，該金屬來自周期表的3至12族，優選是電導率在10_6至10_2S/m (優選小於10_3S/m)範圍內並且離子擴散率在1X10_16至lX10_14m2/s範圍內的非晶鋰化的基於釩的氧化物。基於釩的氧化物覆蓋導電層，陰極電極材料的特徵是具有厚度在約0.2和約2微米之間的層。在特定實施例中，可以通過過程條件調整電導率。
[0054]此設備固態玻璃電解質205包括離子電導率在10_5至10_4S/m範圍內的非晶鋰磷氧氮。通過氮濃度和蒸發過程條件可以調整玻璃電解質的離子電導率。此玻璃電解質材料被配置為覆蓋陰極電極材料的電解質，玻璃電解質材料能夠在充電過程和放電過程期間使鋰離子往復移動，玻璃電極材料的特徵是具有厚度在約0.1和約I微米之間的層。
[0055]在充電過程和放電過程期間，在此設備中被配置為陽極206的負極材料固態層能夠電化學地將鋰插入主晶格中或電鍍Li離子。該固態陽極層的層厚度在約0.2和約3微米之間，其是陰極容量的若干倍，從而可以確保足夠的鋰濃度以便在陰極和陽極之間通過電解質往復移動。
[0056]在此設備中覆蓋陽極集流體的陽極阻擋層208用於抑制鋰與外部空氣中的水分反應。有機材料可以用於此功能。金屬的氧化物、氮化物或磷酸鹽優選用於此層。該金屬來自周期表中的4、10、11、13和14族。這些金屬氧化物、金屬氮化物或金屬磷酸鹽容易蒸發和沉積。在特定實施例中，此層的厚度為0.1微米量級或更小量級。一種可能的候選是磷酸鋰(LixPOy,其中 x+y〈=7)。
[0057]在特定實施例中，通過物理氣相沉積技術如下所述地在襯底層之上形成電化學電池單元，即按阻擋層、陰極集流體、陰極、電解質、陽極、陽極集流體、陽極阻擋層的順序進行沉積，重複100次以上但少於3000次，以及按陰極集流體、陰極、電解質、陽極、陽極集流體、陽極、電解質、陰極、陰極集流體的順序進行沉積，此順序重複大於2次，以減少襯底層數並且增加固態鋰電池的體積能量密度。圖4A至4C示出物理氣相沉積過程的流程圖。一種向移動通信設備供能的單片集成薄膜固態鋰電池設備，該電池設備包括在多於100層至少於20，000層範圍內的多層鋰電化學電池單元。鋰電化學電池單元並聯或串聯連接以符合空間體積。特定實施例的鋰電池設備進一步包括襯底和重疊的多層，其中，重疊的多層沒有任何中間襯底構件，其中，所述多個層被配置為形成利用自終止(self terminated)或後終止(post terminated)連接器構造而並聯布置或串聯布置的多個電化學電池單元。特定實施例的所述設備具有500瓦特.小時/公升及更大的能量密度。
[0058]為了在這裡示出實施例的一些益處的例子，在以下例子中進行一些實驗。當然，這些例子僅是說明性的，不應該不適當地限制本文的權利要求的範圍。本領域技術人員應該意識到其它變型、改進和替換。
[0059]例子I。iPhone4在2010和2011年很受歡迎。它支持超過425000個應用，通常稱作「App」，這些應用能夠購買和下載。然而，眾所周知，與其它品牌的智慧型手機相比iPhone4的不足是其電池可用時間和壽命缺點。為了延長電池可用時間，蘋果公司淘汰使用AdobeFlash來降低電能消耗。
[0060]在此例子中，我們展示了當前設計的薄膜固態鋰電池可以勝過iPhone4目前的電池，從而可以進一步擴展iPhone4的性能。常規iPhone4電池標稱5.25瓦特.小時(Wh),並且其空間體積為11.5立方釐米。因而，其體積能量密度為約4.60X 105Wh/m3 (=460ffh/L)。在此例子中，我們設計了尺寸為7.2X3.2X0.5(cm3)的薄膜固態電池。基於鋰釩的氧化物用作陰極材料，基於鋰磷氧氮作為電解質和阻擋層，鋰金屬作為陽極，鎳金屬作為集流體，並且聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)作為襯底。如圖5所示按兩種不同方式層疊電化學電池單元，圖5示出根據本發明實施例的電化學電池單元的剖面的簡化圖。在設計400中，按陰極集流體、陰極、電解質、陽極、陽極集流體、陽極、電解質、陰極、陰極集流體、阻擋層的順序覆蓋在一個襯底上來層疊電池單元，重複所述順序幾千次。
[0061]在此例子中，表1中列出假設情況。指定兩個設計變量:陰極厚度(在0.2至2 μ m範圍內)和陰極電導率(在10_6至10_5S/m範圍內)，如表2所示。
[0062]表1
[0063]
【權利要求】
1.一種單片集成薄膜固態鋰電池設備，包括層疊構造的範圍在二至一百萬層的多層鋰電化學電池單元，其用於汽車、蜂窩電話、智慧型手機、可攜式電子產品，所述鋰電化學電池單元的特徵是空間區域，包括: 襯底，提供用於多個沉積的固態電化學電池單元組件的基礎； 導電層，被配置為陰極集流體，該陰極集流體放置為覆蓋所述襯底； 陰極電極材料，包括覆蓋所述導電層的基於釩的氧化物； 電解質材料，被配置為覆蓋所述陰極電極材料的電解質，所述電解質材料能夠使鋰離子在充電過程和放電過程中往復移動； 負電極材料的固態層，被配置為在充電過程和放電過程中能夠進行電化學插入或離子電鍍的陽極； 導電層，被配置為陽極集流體，其被放置為覆蓋負電極材料的所述固態層；以及 第二阻擋層，提供更好的附接並且防止負電極材料氧化。
2.根據權利要求1所述的設備，其中，所述多層鋰電化學電池單元被配置有後終止或自終止集流體，該後終止或自終止集流體的體積比500瓦特.小時/公升的體積能量密度增加至少20%， 並且其中，所述設備設置在行動電話或移動裝置中。
3.根據權利要求1所述的設備，其中，通過按下述順序進行物理氣相沉積並重複執行100次以上但少於3000次來提供所述多層鋰電化學電池單元，該順序為阻擋層、陰極集流體、陰極、電解質、陽極、陽極集流體、陽極阻擋層。
4.根據權利要求1所述的設備，其中，通過在襯底層之上按下述順序進行物理氣相沉積並按該順序重複執行2次以上來提供所述多層鋰電化學電池單元，以減少襯底層數並增加所述固態鋰電池的體積能量密度，所述順序為陰極集流體、陰極、電解質、陽極、陽極集流體、陽極、電解質、陰極、陰極集流體。
5.一種單片集成薄膜固態鋰電池設備，用於向移動通信設備供電，所述電池設備包括在大於兩層至小於一百萬層範圍內的多層鋰電化學電池單元，所述鋰電化學電池單元並聯或串聯連接，以符合空間體積。
6.根據權利要求5所述的設備，進一步包括襯底， 所述多層鋰電化學電池單元被布置為覆蓋所述襯底， 其中，所述覆蓋的多個層沒有任何中間襯底構件， 其中，所述多個層被配置為形成利用自終止或後終止連接器構造並聯布置或串聯布置的多個鋰電化學電池單元， 並且具有500瓦特.小時/公升及更大的能量密度。
7.根據權利要求5所述的設備，其中，所述空間體積為50立方釐米及更小，用於智慧型手機、平板電腦和可攜式電子產品， 其中，所述多個層被配置為形成利用自終止或後終止連接器構造並聯布置或串聯布置的多個鋰電化學電池單元。
【文檔編號】H01M10/0525GK203503745SQ201220592300
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年11月9日 優先權日:2011年11月9日
【發明者】C·W·汪, M·朗魯斯, 金永哲, 鍾永東, S·白金漢姆, A·M·沙斯特裡 申請人:Sakti3有限公司