CN108110219A - 电池电极结构及其制作方法 - Google Patents

电池电极结构及其制作方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108110219A
CN108110219A CN201710011321.5A CN201710011321A CN108110219A CN 108110219 A CN108110219 A CN 108110219A CN 201710011321 A CN201710011321 A CN 201710011321A CN 108110219 A CN108110219 A CN 108110219A
Authority
CN
China
Prior art keywords
conductive layer
electrode structure
cell electrode
reaction
lithium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201710011321.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108110219B (zh
Inventor
黄伟钦
庄传胜
林得耀
刘松河
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Industrial Technology Research Institute ITRI
Original Assignee
Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Industrial Technology Research Institute ITRI filed Critical Industrial Technology Research Institute ITRI
Publication of CN108110219A publication Critical patent/CN108110219A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108110219B publication Critical patent/CN108110219B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/131Electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20Direct sintering or melting
    • B22F10/28Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/10Sintering only
    • B22F3/105Sintering only by using electric current other than for infrared radiant energy, laser radiation or plasma ; by ultrasonic bonding
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F7/00Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
    • B22F7/06Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools
    • B22F7/08Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools with one or more parts not made from powder
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K15/00Electron-beam welding or cutting
    • B23K15/0046Welding
    • B23K15/0086Welding welding for purposes other than joining, e.g. built-up welding
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K15/00Electron-beam welding or cutting
    • B23K15/0046Welding
    • B23K15/0093Welding characterised by the properties of the materials to be welded
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/0006Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring taking account of the properties of the material involved
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/34Laser welding for purposes other than joining
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/04Welding for other purposes than joining, e.g. built-up welding
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/23Arc welding or cutting taking account of the properties of the materials to be welded
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • H01M10/0525Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04Processes of manufacture in general
    • H01M4/0402Methods of deposition of the material
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04Processes of manufacture in general
    • H01M4/0402Methods of deposition of the material
    • H01M4/0421Methods of deposition of the material involving vapour deposition
    • H01M4/0423Physical vapour deposition
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04Processes of manufacture in general
    • H01M4/0402Methods of deposition of the material
    • H01M4/0421Methods of deposition of the material involving vapour deposition
    • H01M4/0428Chemical vapour deposition
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04Processes of manufacture in general
    • H01M4/0471Processes of manufacture in general involving thermal treatment, e.g. firing, sintering, backing particulate active material, thermal decomposition, pyrolysis
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/134Electrodes based on metals, Si or alloys
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/136Electrodes based on inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139Processes of manufacture
    • H01M4/1391Processes of manufacture of electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139Processes of manufacture
    • H01M4/1395Processes of manufacture of electrodes based on metals, Si or alloys
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139Processes of manufacture
    • H01M4/1397Processes of manufacture of electrodes based on inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/485Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of mixed oxides or hydroxides for inserting or intercalating light metals, e.g. LiTi2O4 or LiTi2OxFy
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/50Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese
    • H01M4/505Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese of mixed oxides or hydroxides containing manganese for inserting or intercalating light metals, e.g. LiMn2O4 or LiMn2OxFy
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/52Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron
    • H01M4/525Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron of mixed oxides or hydroxides containing iron, cobalt or nickel for inserting or intercalating light metals, e.g. LiNiO2, LiCoO2 or LiCoOxFy
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/5825Oxygenated metallic salts or polyanionic structures, e.g. borates, phosphates, silicates, olivines
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/30Process control
    • B22F10/36Process control of energy beam parameters
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/40Radiation means
    • B22F12/41Radiation means characterised by the type, e.g. laser or electron beam
    • B22F12/43Radiation means characterised by the type, e.g. laser or electron beam pulsed; frequency modulated
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/10Sintering only
    • B22F3/105Sintering only by using electric current other than for infrared radiant energy, laser radiation or plasma ; by ultrasonic bonding
    • B22F2003/1051Sintering only by using electric current other than for infrared radiant energy, laser radiation or plasma ; by ultrasonic bonding by electric discharge
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2302/00Metal Compound, non-Metallic compound or non-metal composition of the powder or its coating
    • B22F2302/25Oxide
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2302/00Metal Compound, non-Metallic compound or non-metal composition of the powder or its coating
    • B22F2302/45Others, including non-metals
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • B22F2998/10Processes characterised by the sequence of their steps
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/34Coated articles, e.g. plated or painted; Surface treated articles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/50Inorganic material, e.g. metals, not provided for in B23K2103/02 – B23K2103/26
    • B23K2103/52Ceramics
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00Processes of additive manufacturing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00Products made by additive manufacturing
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00Batteries for particular applications
    • H01M2220/30Batteries in portable systems, e.g. mobile phone, laptop
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25Process efficiency
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

本发明公开一种电池电极结构及其制作方法。该电池电极结构包括:一基材、第一导电层以及多个反应粒子。基材具有一个基材表面。第一导电层位于基材表面上。每一个反应粒子具有第一部分以及第二部分。其中,第一部分与第一导电层的表面共形(conformally engaged)结合;第二部分突出于第一导电层的表面。

Description

电池电极结构及其制作方法
技术领域
本发明涉及一种电池电极结构及其制作方法。
背景技术
随着资讯电信产与移动装置业的发展,电子装置持续地小型化、轻量化、薄型化、与可携带化,用来提供可携式电子装置操作电力的电池需求也随之增加。二次电池(secondary battery)具有可充放电、高能量密度(energy density)、高电压及长循环寿命等技术优势,目前已广泛应用于移动电话、笔记型电脑(notebook)等移动装置类用、电动汽车用等的电源。
典型的二次电池,以锂二次电池为例,是由阴极、阳极、电解质溶液及提供阴极与阳极之间的锂离子传输路径的分隔件所构成,当锂离子从阴极活性材料(例如锂金属氧化物)离开而迁移到阳极活性材料(例如石墨系材料)时,会发生氧化还原反应而产生电能,并形成化合物嵌入(Intercalation)阳极活性材料中间层内。现有的阴极和阳极结构,一般采用浆料涂布技术将阴极和阳极活性材料和导电碳黑与黏着剂混合直接涂布于导电基板上。
由于活性材料致密度会影响电容量,采用浆料涂布技术制作具高致密度活性材料的阴极和阳极结构是一大挑战。加上,浆料中的黏着剂会影响电流的传输效率,因此欲通过增加活性材料的厚度来提高二次电池的电容量有其极限,导致阴极和阳极结构的电容量不易扩充。
因此,本领域亟需一种具高致密度活性材料、低黏着剂的电池电极结构及其制作方法。
发明内容
为解决上述问题,本发明提供一种电池电极结构,包括:一基材、第一导电层以及多个反应粒子。基材具有一个基材表面。第一导电层位于基材表面上。每一个反应粒子具有第一部分以及第二部分。其中,第一部分与第一导电层的表面共形(conformally engaged)结合;第二部分突出于第一导电层的表面。
在本发明的另一个实施例是提供一种电池电极结构的制作方法,包括下述步骤:首先提供基材,并于该基材表面形成第一导电层。接着,烧结/熔融多个反应粒子,使每一个反应粒子的第一部分与第一导电层的表面共形结合,并使每一个反应粒子的第二部分突出于第一导电层的表面。
附图说明
为了对本发明的上述实施例及其他目的、特征和优点能更明显易懂,特举数个较佳实施例,并配合所附附图,作详细说明如下:
图1A至图1E是根据本发明的一实施例所绘示的一种电池电极结构的制作工艺结构剖视图;
图2A至图2C是根据本发明的不同实施例,分别绘示不同图案化导电层的结构剖视图;
图3A至图3D是根据本发明的不同实施例,分别绘示不同图案化导电层的结构上视图;
图4是根据本发明的一实施例所绘示的一种电池电极结构的结构剖视图;
图5A至图5D是根据本发明的一实施例所绘示的一种电池电极结构的制作工艺结构剖视图;
图6是根据本发明的一实施例所绘示具有多个堆叠图案化导电层的电池电极结构的部分结构透视图;
图7是根据本发明的一实施例所绘示具有多个堆叠图案化导电层的电池电极结构的部分结构透视图;
图8是根据本发明的一实施例所绘示具有多个堆叠图案化导电层的电池电极结构的部分结构透视图;
图9A至图9E是根据本发明的一实施例所绘示的一种电池电极结构的制作工艺结构剖视图;
图10A至图10C是根据本发明的再一实施例所绘示的一种电池电极结构的制作工艺结构剖视图。
符号说明
100、400、500、600、700、800、900、1000:电池电极结构
101:基材
101a:基材表面
102、202、202’、202”、302、302’、302”、302”’、502、602、702、802、902:图案化导电层
102a、202a、202a’、202a”、302a、302a’、502a、602a、612a、702a、802a:导电凸块
102b、302b、302b’、302b”、502b:开口
102c、202c、202’、202”、502c:立壁
103:反应材料粉体
104、104’、404、404’:反应粒子
104a、404a:反应粒子的第一部分
104b、404b:反应粒子的第二部分
104c、404c:反应粒子的第三部分
104d、404d:反应粒子的第四部分
105:其他导电材料
106:聚焦能量束
107:凹室
108:导电材料粉体
404f:合金界面
θ1、θ2、θ2’、θ2”:非平角
具体实施方式
本发明所公开的实施例是有关于一种电池电极的结构及其制作方法。为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂,特举数个实施例,并配合所附附图详细描述如下。
但必须注意的是,这些特定的实施案例与方法,并非用以限定本发明。本发明仍可采用其他特征、元件、方法及参数来加以实施。较佳实施例的提出,仅是用以例示本发明的技术特征,并非用以限定本发明的权利要求。该技术领域中具有通常知识者,将可根据以下说明书的描述,在不脱离本发明的精神范围内,作均等的修饰与变化。在不同实施例与附图之中,相同的元件,将以相同的元件符号加以表示。
请参照图1A至图1E,图1A至图1E是根据本发明的一实施例所绘示的一种电池电极结构100的制作工艺结构剖视图。制作电池电极结构100的方法包括下述步骤:首先提供基材101(如图1A所绘示)。在本发明的一些实施例中,电池电极结构100的基材101可以是一种导电板材,例如包含铜、铝或其他合适金属元素的金属板材。
接着,在基材101的表面101a上形成图案化导电层102(如图1B所绘示)。在本发明的一些实施例中,图案化导电层102的制作方法可以包括下述步骤:先提供导电材料粉体108(例如,钛(Ti)、金(Gu)、银(Ag)、铁(Fe)、铝(Al)、铜(Cu)或前述的元素为主元素的合金材料,以及任意组合所构成的复合金属粉体)全面地平铺于基材表面101a。再以激光、电子束、电弧或上述任意组合来提供一个聚焦能量束106,对这些导电材料粉体108进行烧结/熔融。然后,再移除未被烧结/熔融的导电材料粉体108。
在本发明的一实施例中,聚焦能量束106并非对平铺于基材表面101a的导电材料粉体108进行全面性的烧结/熔融。而是根据预设的激光扫描路径来对平铺于基材表面101a的导电材料粉体108进行烧结/熔融。因此聚焦能量束106只会聚焦在特定区域的导电材料粉体108上,用于在基材表面101a上形成具有多个金属凸块102a的图案化导电层102。
提供聚焦能量束106对导电材料粉体108进行烧结/熔融的方式,包括大气等离子体熔射(Air Plasma Spray,APS)法、选择性激光烧结(Selective Laser Sintering,SLS)、直接金属激光烧结(Direct Metal Laser Sintering,DMSL)、选择性激光熔融(SelectiveLaser Melting,SLM)、电子束熔融(Electron Beam Melting,EBM)或上述的方法的任意组合来对这些导电材料粉体进行烧结/熔融与固化成型。而在本实施例中,则是采用40W的长型光斑激光,对这些导电材料粉体进行烧结/熔融,以形成图案化导电层102。
然而,图案化导电层102的制作方法并不以此为限。例如,在本发明的一些实施例中,图案化导电层102的制作方可以包括下述步骤:采用沉积制作工艺,例如先采用物理气相沉积或化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition,CVD)制作工艺于基材表面101a形成一导电材料层(未绘示)。之后,再通过进光掩模刻蚀制作工艺来移除一部分的导电材料层,以形成具有多个金属凸块102a的图案化导电层102。
其中,图案化导电层102的每一个金属凸块102a具有至少一个立壁102c可与基材表面101a夹一个非平角θ。例如,在本实施例中,图案化导电层102的金属凸块102a的立壁102c与基材表面101a直交,形成一个实质为90°的非平角θ1。但金属凸块102a的形状并不以此为限,而是可根据电池电极结构100的不同设计而有所不同。
例如请参照图2A至图2C,图2A至图2C是根据本发明的不同实施例,分别绘示不同图案化导电层202、202’和202”的结构剖视图。其中,每一个导电凸块202a的形状不同,立壁202c的表面可以是平面(如图2B所绘示的立壁202c’)、曲面(如图2C所绘示的立壁202c”)或上述二者的组合(如图2A所绘示的立壁202c)。导电凸块202a、202a’和202a”的侧壁202c、202c’或202”的轮廓的切线,分别与基材101的表面101a形成一个非平角θ2、θ2’和θ2”。
图案化导电层102的多个金属凸块102a可定义出一个网格(grid)结构,而将一部分的基材表面101a由网格结构的开口102b暴露于外。在本发明的其他实施例中,网格结构开口102b的平均口径实质介于10微米(μm)至200微米之间。网格结构的形式,请参照图3A至图3D,图3A至图3D是根据本发明的不同实施例,分别绘示不同图案化导电层302、302’、302”和302”’的结构上视图。
在图3A所绘示的实施例中,图案化导电层302包括由多个彼此直交的条状导电凸块302a所定义出的网格结构。其中,网格结构具有多个规律排列,且尺寸相同的方形开口302b。在图3B所绘示的实施例中,图案化导电层302’包括由多个彼此交叉的条状导电凸块302a’所定义出的网格结构。其中,网格结构具有多个规律排列,且尺寸相同的菱形开口302b’。在图3C所绘示的实施例中,图案化导电层302”包括由网状导电凸块302a’所定义出的网格结构。其中,网格结构具有多个规律排列的六边形开口302b”。在图3D所绘示的实施例中,图案化导电层302”’包括由网状导电凸块302a”’所定义出的网格结构。其中,网格结构具有多个不对称五角形开口302b”’所排列而成的花纹结构。
值得注意的是,图案化导电层102的网格结构的形态并不以此为限。在本发明的其他实施例中,图案化导电层102的网格结构,可以包含多个规则或不规则排列的开口,且这些开口可以具有相同或不同的形状。
接着,提供包含有多个反应粒子104的反应材料粉体103覆盖于图案化导电层102和由开口102b所暴露的一部分基材表面101a上(如图1C所绘示)。在本发明的一些实施例中,反应粒子104包括一种阳极材料,其可选自于由锂、碳、硅、镁、铜、镍、铝、钛、锡等一或多种上述元素所组成的合金或氧化物,或上述材料所组成的复合材料。例如,反应粒子104可以是:多孔性硅碳(Si-C)陶瓷颗粒、硅碳铜(Si-C-Cu)陶瓷颗粒、硅铜(Si-Cu)陶瓷颗粒、镁/镍/硅陶瓷颗粒、镁/镍合金颗粒或上述颗粒的任意组合。反应粒子104的平均粒径实质介于1微米至10微米之间。
而在本发明的另一些实施例中,反应粒子104包含一阴极材料,选自于由锂钴系、磷酸锂铁(lithium iron phosphate,LiFePO4)、磷酸锂锰(lithium manganese ironphosphate,LiMnPO4)、锂锰系、锂镍系、锂钴镍锰三元系等锂系氧化物或化合物,及上述任意组合所组成的复合材料。例如,反应粒子104可以是磷酸锂铁陶瓷颗粒、磷酸锂锰陶瓷颗粒、锂/锰合金颗粒、锂/镍合金颗粒或上述颗粒的任意组合。另外,反应材料粉体103中还可包括其他导电材料105。例如重量百分比含量实值介于0.5至20之间的铝、铜或二者的合金。
然后,提供聚焦能量束106对反应材料粉体103进行烧结/熔融,用于将反应材料粉体103中的反应粒子104共形地结合在图案化导电层102的立壁102c表面上(如图1D所绘示)。在本实施例中,聚焦能量束106对覆盖于图案化导电层102和基材表面101a上的反应材料粉体103进行全面式烧结/熔融,使烧结/熔融后的反应粒子104可共形地结合在图案化导电层102的立壁102c表面上,以及共形地结合在由开口102b暴露于外的一部分基材表面101a上。在本发明的一些实施例中,聚焦能量束106可以仅沿着预设的激光扫描路径来对覆盖于图案化导电层102上的反应材料粉体103进行部分的烧结/熔融。因此,烧结/熔融后的反应粒子104仅会共形地结合在图案化导电层102的立壁102c表面上。
提供聚焦能量束106对反应材料粉体103进行烧结/熔融的方式,包括大气等离子体熔射、选择性激光烧结、直接金属激光烧结、选择性激光熔融、电子束熔融或上述的方法的任意组合来对这些导电材料粉体进行烧结/熔融与固化成型。而在本实施例中,则是采用功率范围实值介于5至100W的选择性激光烧结,对反应材料粉体103进行全面性的烧结/熔融,以使烧结/熔融后的反应粒子104可共形地结合在图案化导电层102的立壁102c表面上,以及共形地结合在由开口102b暴露于外的一部分基材表面101a上。
被烧结/熔融后共形地结合在图案化导电层102立壁102c表面上的每一个反应粒子104包括一第一部分104a以及一第二部分104b。其中,第一部分104a会与其所接触的立壁102c表面或基材表面101a共形结合;而第二部分104b则突出于立壁102c的表面或基材表面101a。被烧结/熔融后共形地结合在基材表面101a上的每一个反应粒子104’包括一第三部分104c以及一第四部分104d。其中,第三部分104c会与暴露于外的一部分基材表面101a共形结合;第四部分104d突出于暴露于外的基材表面101a。其中,反应粒子104和104’与图案化导电层102或基材101的结合方式,会因为反应粒子104以及与其结合的图案化导电层102和/或基材101的材料不同而有所差异。
详言之,例如当采用磷酸锂铁陶瓷颗粒来作为反应粒子104进行烧结,将反应粒子104和104’结合在铝质基材表面101a以及具有铜质网格结构的图案化导电层102的立壁102c表面上时。由于反应粒子104和104’属于(磷酸锂铁)陶瓷结构,在烧结/熔融过程中仍呈现固态形式,因此一部分的反应粒子104(第一部分104a和第三部分104c)会陷入熔融态的铝质基材表面101a或铜质网格结构的立壁102c表面;而在铝质基材101或铜质网格结构的立壁102c中定义出一个凹室107。待固化成型之后,反应粒子104和104’的第一部分104a和第三部分104c会共形地嵌设于凹室107之中。另一部分的反应粒子104(第二部分104b和第四部分104d)则会向凹室107外部延伸,凸设于铝质基材表面101a或铜质网格结构的立壁102c表面上。
又例如,当采用镁/镍合金颗粒来作为反应粒子404和404’进行烧结,将反应粒子404结合在铜质基材表面101a以及具有铜质网格结构的图案化导电层102的立壁102c表面上时(如图4所绘示)。由于,反应粒子404和404’属于(镁/镍)合金结构,在烧结/熔融过程中有一部分的反应粒子404(第一部分404a和第三部分404c)呈现熔融态,会与基材表面101a或铜质网格结构的立壁102c表面熔融态的铜质进行混合,待固化成型之后,会产生一个合金界面404f由基材表面101a或立壁102c的表面延伸进入基材101或铜质网格结构之中,或者共形地包覆在铜质基材表面101a以及铜质网格结构的立壁102c的表面上。另一部分的反应粒子404(第二部分404b和第四部分404d)则会,凸设于铜质基材表面101a或铜质网格结构的立壁102c的表面上。
后续,移除未被烧结/熔融反应材料粉体103,即可完成如图1E所绘示的电池电极结构100。由于,陶瓷材料的反应粒子104直接嵌设在图案化导电层102的立壁102c或基材101之中(图1E所绘示),或者直接延伸进入图案化导电层102的立壁102c或基材101之中(如图4所绘示的反应粒子404),而与图案化导电层102或基材101紧密结合。因此,在电池充放电过程中较不易因为反应离子(例如,锂离子)的嵌入与释放而松脱掉落,影响电池的使用寿命。
若将采用浆料涂布技术所制作而成的电池电极结构当作比较例,与前述实施例的电池电极结构100与来进行比较,可发现,当电池电极结构100与比较例具有相同厚实,电池电极结构100的电容量高于比较例的电容量约20%至40%。另外,由于反应粒子104可与图案化导电层102及导电基板101电性接触,不会影响电流的传输效率。因此,可通过增加反应粒子的密度、图案化导电层102的厚度或图案化导电层102的立壁102c表面积来增加电池的电容量。
例如在本发明的一些实施例中,可通过增加图案化导电层的堆叠层数来增加电池的电容量。请参照图5A至图5D,图5A至图5D是根据本发明的另一实施例所绘示的一种电池电极结构500的制作工艺结构剖视图。电池电极结构500的制作工艺是接续图1D所绘示的电池电极结构100,包括下述步骤:首先提供导电材料粉体108,全面地平铺于基材表面101a,并且覆盖图案化导电层102(如图5A所绘示)。
接着,再以激光、电子束、电弧或上述任意组合来提供一个聚焦能量束106,沿着预设的激光扫描路径来对这些导电材料粉体108进行烧结/熔融,用于在图案化导电层102上形成另一个具有网格结构的图案化导电层502(如图5B所绘示)。其中,图案化导电层502的网格结构具有多个开口502b,且每一个开口502b与图案化导电层102的网格结构的一个开口102b相互对应,并至少部分重叠。在本发明的一些实施例中,图案化导电层502的网格结构的开口502b可以与对应开口102b完全重叠。
移除未被烧结/熔融的导电材料粉体108之后,提供包含有多个反应粒子104的反应材料粉体103覆盖于图案化导电层502和由开口502b暴露于外的一部分基材表面101a上。并提供聚焦能量束106对反应材料粉体103进行烧结/熔融,用于将反应材料粉体103中的反应粒子104共形地结合在图案化导电层502的立壁502c表面上(如图5C所绘示)。后续,移除未被烧结/熔融反应材料粉体103即可完成如图5D所绘示的电池电极结构500。
但图案化导电层的堆叠方式并不以此为限。例如请参照图6、图7和图8,图6、图7和图8是根据本发明的实施例分别绘示具有多个堆叠图案化导电层的电池电极结构600、700和800的部分结构透视图。其中,电池电极结构600、700和800分别包含至少两个上下堆叠的图案化导电层。且构成图案化导电层的网格结构并非以彼此重合的方式相互堆叠。
例如在图6中,构成上层图案化导电层602的网格结构的条状导电凸块602a与构成下层图案化导电层612的网格结构的条状导电凸块612a是以60°角彼此交叉重叠,形成一个彼此交错的堆叠架构。又例如在图7,构成上层图案化导电层702的网格结构的条状导电凸块702a和构成图案化导电层712的网格结构的导电凸块712a是以彼此垂直的方式相互堆叠,形成一个彼此直交的堆叠架构。另外如图8所绘示,电池电极结构800可以包括多个由网状图块802a所构成的图案化导电层802。这些图案化导电层802又相互堆叠形成多面体立体架构。
请参照图9A至图9E,图9A至图9E是根据本发明的又一实施例所绘示的一种电池电极结构900的制作工艺结构剖视图。制作电池电极结构900的方法包括下述步骤:首先提供基材101。接着,在基材101的表面101a上形成导电层902。
在本发明的一些实施例中,导电层902的制作方法可以包括下述步骤:先提供导电材料粉体108(例如,钛、金、银、铁或前述的任意组合所构成的金属粉体)全面地平铺于基材表面101a(如图9A所绘示)。再以激光、电子束、电弧或上述任意组合来提供一个聚焦能量束106,对这些导电材料粉体108进行全面的烧结/熔融,用于在基材表面101a上形成一个烧结/熔融的金属薄膜。然后,再移除未被烧结/熔融的导电材料粉体108(如图9B所绘示)。
接着,提供包含有多个反应粒子104的反应材料粉体103覆盖于导电层902上(如图9C所绘示)。其中,反应粒子104可以是由包括锂、碳、硅、镁、铜、镍、铝、钛、锡的阳极材料所构成。例如,多孔性硅碳颗粒、硅碳铜颗粒、硅铜颗粒、镁/镍/硅颗粒、镁/镍合金颗粒或上述颗粒的任意组合所构成的阳极材料。反应粒子104也可以是由选自于由锂钴系、磷酸锂铁、磷酸锂锰、锂锰系、锂镍系、锂钴镍锰三元系等锂系氧化物或化合物,及上述任意组合所组成的阴极复合材料所构成。另外,反应材料粉体103中还包括重量百分比含量实值介于0.5至20之间,材质为铝、铜或以该两种元素为主元素的合金的其他导电材料105。
然后,提供聚焦能量束106对反应材料粉体103进行烧结/熔融,用于将反应材料粉体103中的反应粒子104共形地结合在导电层902的表面上(如图9D所绘示)。在本实施例中,聚焦能量束106是对覆盖于导电层902上的反应材料粉体103进行全面的烧结/熔融。被烧结/熔融后的反应粒子104会共形地结合在导电层902的表面上。且每一个反应粒子104包括一第一部分104a以及一第二部分104b。其中,第一部分104a会与其所接触的导电层902表面共形结合;而第二部分104b则突出于导电层902表面。
后续,移除未被烧结/熔融反应材料粉体103即可完成如图9E所绘示的电池电极结构900。由于,陶瓷材料的反应粒子104直接嵌设在导电层902之中(如图4所绘示的反应粒子404),而与图案化导电层102紧密结合。因此,在电池充放电过程中较不易因为反应离子(例如,锂离子)的嵌入与释放而松脱掉落,影响电池的使用寿命。
在本发明的一些实施例中,更可通过增加反应粒子104的堆叠厚度来增加电池的电容量。例如请参照图10A至图10C,图10A至图10C是根据本发明的再一实施例所绘示的一种电池电极结构1000的制作工艺结构剖视图。电池电极结构1000的制作工艺是接续图9E所绘示的电池电极结构900,包括下述步骤:
首先提供包含有多个反应粒子104和含量较多的其他导电材料105的反应材料粉体103,覆盖于已结合了多个反应粒子104的导电层902表面上(如图10A所绘示)。接着,提供聚焦能量束106对反应材料粉体103进行烧结/熔融,用于在导电层902的表面上共形成反应粒子104的堆叠结构(如图10B所绘示)。后续,移除未被烧结/熔融反应材料粉体103即可完成如图10C所绘示的电池电极结构1000。
在本实施例中,聚焦能量束106是沿着预设的激光扫描路径来对反应材料粉体103进行烧结/熔融,用于在导电层902的表面上形成反应粒子104的立体堆叠图案。而在本发明的另一些实施例中,聚焦能量束106可以对反应材料粉体103进行全面的烧结/熔融,用于在导电层902的表面上共形具有相当厚度的反应粒子层(未绘示)。
根据上述,本发明的实施例是公开一种电池的电池电极结构及其制作方法。其是先在电极的导电基板上形成一导电层;再通过烧结/熔融的方式,将多个反应粒子的一部分共形地结合在导电层的表面上,并使反应粒子的另一部分突出于导电层的表面之外。
由于,反应粒子是共形地结合在导电层的表面之上,可防止反应粒子在充放电过程中,因为反应离子(例如,锂离子)的嵌入与释放而松脱掉落,影响电池的使用寿命。另外,由于反应粒子与图案化导电层以及导电基板直接电性接触,并不会影响电流的传输效率。因此,可通过增加反应粒子的分布密度、图案化导电层的厚度或图案化导电层的堆叠的层数来增加电池的电容量。达到降低制造成本、提高电池的电容量与使用寿命的目的。
虽然结合以上较佳实施例揭露了本发明,然而其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中熟悉此技术者,在不脱离本发明的精神和范围内,可作各种的更动与润饰。因此,本发明的保护范围应以附上的权利要求所界定的为准。

Claims (20)

1.一种电池电极结构,包括:
基材,具有一基材表面;
第一导电层,位于该基材表面上,且具有一表面;以及
多个第一反应粒子,其中每一该些第一反应粒子具有一第一部分以及一第二部分,该第一部分与该第一导电层的该表面共形(conformally engaged)结合;且该第二部分突出于第一导电层的该表面。
2.如权利要求1所述的电池电极结构,其中该导电层是一图案化导电层,具有至少一导电凸块与该基材表面夹一非平角。
3.如权利要求2所述的电池电极结构,其中该至少一导电凸块定义出一第一网格(grid)结构,具有多个第一开口,将一部分该基材表面暴露于外。
4.如权利要求3所述的电池电极结构,还包括多个第二反应粒子,其中每一该些第二反应粒子具有一第三部分以及一第四部分,该第三部分与暴露于外的一部分该基材表面共形结合;该第四部分突出于暴露于外的该基材表面。
5.如权利要求3所述的电池电极结构,其中该些第一开口具有实质介于10微米(μm)至200微米的一平均口径,该些第一反应粒子具有实质介于1微米至10微米的一平均粒径。
6.如权利要求3所述的电池电极结构,还包括第二导电层,位于该第一导电层上,以定义出一第二网格结构,具有多个第二开口;每一该些第二开口与该些第一开口之一者对应,且至少部分重叠。
7.如权利要求2所述的电池电极结构,其中每一该些第一反应粒子包括一陶瓷材料;该第一部分共形嵌设于该导电凸块的一凹室中,且该第二部分向外延伸突出至该凹室之外。
8.如权利要求2所述的电池电极结构,其中每一该些第一反应粒子包括一金属材料;该第一部分具有一合金界面,由该导电凸块的一表面共形地延伸进入于该导电凸块之中,且该第二部分突出于该导电凸块的该表面。
9.如权利要求1所述的电池电极结构,其中该些第一反应粒子包括一阳极材料,选自于由锂、碳、硅、镁、铜、镍、铝、钛、锡及上述任意组合所组成的一族群。
10.如权利要求1所述的电池电极结构,其中该些第一反应粒子包括一阴极材料,选自于由锂钴系、磷酸锂铁、磷酸锂锰、锂锰系、锂镍系、锂钴镍锰三元系氧化物及化合物,及上述任意组合所组成的一族群。
11.如权利要求1所述的电池电极结构,其中该导电层包括导电层包括一金属材料,选自于由铝、铜、银、金及上述任意组合所组成的一族群。
12.一种电池电极结构的制作方法,包括:
提供一基材,其具有一基材表面;
在该基材表面形成一第一导电层;以及
烧结/熔融多个反应粒子,使每一该些反应粒子的一第一部分与该第一导电层的一表面共形结合,并使每一该些反应粒子的一第二部分突出于该第一导电层的该表面。
13.如权利要求12所述的电池电极结构的制作方法,其中形成该第一导电层的步骤,包括:
提供一导电材料粉体于该基材表面;以及
提供一聚焦能量束于该导电材料粉体,使该导电材料粉体烧结/熔融于该基材表面。
14.如权利要求13所述的电池电极结构的制作方法,其中形成该第一导电层的步骤,包括:使该聚焦能量束沿着一预设激光扫描路径对该导电材料粉体进行烧结/熔融,以形成多个导电凸块与该基材表面夹一非平角,并定义出具有多个第一开口的一第一网格结构。
15.如权利要求14所述的电池电极结构的制作方法,其中烧结/熔融该些反应粒子的步骤包括:
提供一反应材料粉体覆盖于该第一导电层上;以及
提供一聚焦能量束于该反应材料粉体上。
16.如权利要求15所述的电池电极结构的制作方法,在烧结/熔融该些反应粒子之后,还包括:
在该第一导电层上形成一第二导电层,以定义出具有多个第二开口的一第二网格结构;使每一该些第二开口与该些第一开口之一者对应,且至少部分重叠;
提供该反应材料粉体于该第二导电层上;以及
提供一聚焦能量束于该反应材料粉体上。
17.如权利要求15所述的电池电极结构的制作方法,其中该聚焦能量束选自于由激光、电子束、电弧和上述任意组合所组成的一族群。
18.如权利要求12所述的电池电极结构的制作方法,其中该些反应粒子包括一阳极材料,选自于由锂、碳、硅、镁、铜、镍、铝、钛、锡,及上述的任意组合所组成的一族群。
19.如权利要求12所述的电池电极结构的制作方法,其中该些反应粒子包括一阴极材料,选自于由锂钴系、磷酸锂铁、磷酸锂锰、锂锰系、锂镍系、锂钴镍锰三元系氧化物和化合物,及上述任意组合所组成的一族群。
20.如权利要求12所述的电池电极结构的制作方法,其中该第一导电层包括一金属材料,选自于由铝、铜、银、金,及上述任意组合所组成的一族群。
CN201710011321.5A 2016-11-25 2017-01-06 电池电极结构及其制作方法 Active CN108110219B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW105138869A TWI617073B (zh) 2016-11-25 2016-11-25 電池電極結構及其製作方法
TW105138869 2016-11-25

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108110219A true CN108110219A (zh) 2018-06-01
CN108110219B CN108110219B (zh) 2020-07-17

Family

ID=62189001

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710011321.5A Active CN108110219B (zh) 2016-11-25 2017-01-06 电池电极结构及其制作方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10644305B2 (zh)
CN (1) CN108110219B (zh)
TW (1) TWI617073B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109014476A (zh) * 2018-08-06 2018-12-18 武汉华工激光工程有限责任公司 金属与pcb板铜箔焊盘的锡焊方法及系统
CN111477843A (zh) * 2020-04-14 2020-07-31 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所南昌研究院 一种3d打印正极材料、其制备方法及应用
CN113020798A (zh) * 2021-03-19 2021-06-25 哈尔滨工业大学 一种飞秒激光增减材加工系统及加工方法

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210351483A1 (en) * 2020-05-05 2021-11-11 James E. Beecham Battery comprising electrode with laser-sintered material and at least one hundred electrode extensions
JP7215964B2 (ja) * 2019-06-04 2023-01-31 株式会社日立製作所 異方性複合材料の造形方法、異方性複合材料を用いた金型
TWI772176B (zh) * 2021-09-09 2022-07-21 行政院原子能委員會核能研究所 電漿噴塗鋰離子正極膜層製作方法
US20230321725A1 (en) * 2022-04-06 2023-10-12 Lawrence Livermore National Security, Llc Systems and methods for laser additive manufacturing for structured battery electrodes

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6198621B1 (en) * 1998-02-05 2001-03-06 Nec Corporation Electric double layer capacitor using polarizable electrode of single particle layer
CN1691371A (zh) * 2004-04-20 2005-11-02 三洋电机株式会社 锂二次电池用电极和锂二次电池
CN101233628A (zh) * 2005-07-28 2008-07-30 松下电器产业株式会社 锂离子二次电池用电极
CN103928711A (zh) * 2013-01-11 2014-07-16 株式会社杰士汤浅国际 蓄电元件及其制造方法
CN105074979A (zh) * 2013-03-29 2015-11-18 株式会社Uacj 集电体、电极结构体、非水电解质电池及蓄电部件

Family Cites Families (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4760041A (en) 1983-05-31 1988-07-26 The Dow Chemical Company Preparation and use of electrodes
US5494762A (en) 1992-01-16 1996-02-27 Nippondenso Co., Ltd. Non-aqueous electrolyte lithium secondary cell
DE59501852D1 (de) 1994-05-13 1998-05-14 Eos Electro Optical Syst Verfahren und vorrichtung zum herstellen dreidimensionaler objekte
US6251488B1 (en) 1999-05-05 2001-06-26 Optomec Design Company Precision spray processes for direct write electronic components
US6171726B1 (en) 1998-12-24 2001-01-09 Energy Conversion Devices, Inc. Active electrode composition with nonfilbrillating binder
AU2001275164A1 (en) 2000-06-01 2001-12-11 Board Of Regents, The University Of Texas System Direct selective laser sintering of metals
US6863699B1 (en) 2000-11-03 2005-03-08 Front Edge Technology, Inc. Sputter deposition of lithium phosphorous oxynitride material
GB2378150A (en) 2001-07-31 2003-02-05 Dtm Corp Fabricating a three-dimensional article from powder
US7238446B2 (en) 2002-12-24 2007-07-03 Ovonic Battery Company, Inc. Active electrode composition with conductive polymeric binder
US20060263686A1 (en) 2005-05-19 2006-11-23 Medtronic, Inc. Lithium battery manufacturing method
US20080261113A1 (en) * 2006-11-15 2008-10-23 Haitao Huang Secondary electrochemical cell with high rate capability
JP5213006B2 (ja) 2006-12-22 2013-06-19 パナソニック株式会社 三次元形状造形物の製造方法
US9166230B1 (en) * 2007-01-12 2015-10-20 Enovix Corporation Three-dimensional battery having current-reducing devices corresponding to electrodes
DE102007014683A1 (de) 2007-03-27 2008-10-09 Eos Gmbh Electro Optical Systems Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts
US8870974B2 (en) 2008-02-18 2014-10-28 Front Edge Technology, Inc. Thin film battery fabrication using laser shaping
GB0819935D0 (en) 2008-10-30 2008-12-10 Mtt Technologies Ltd Additive manufacturing apparatus and method
JP4404947B1 (ja) 2009-02-12 2010-01-27 株式会社松浦機械製作所 三次元造形物製造方法
EP2424010B1 (en) 2009-04-22 2017-03-22 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Method for producing electrode for battery and coating die used in the method
US8309880B2 (en) 2010-01-29 2012-11-13 Phoenix Silicon International Corporation Coating layer removing apparatus and method for the same
KR101791524B1 (ko) * 2010-10-20 2017-10-30 카운슬 오브 사이언티픽 앤드 인더스트리얼 리서치 리튬 이온 배터리용 고전압 나노 복합체 캐소드 (4.9v)의 제조 방법
DE102010062140B4 (de) 2010-11-29 2014-04-03 Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg Gemeinnützige Stiftung Batterieelektrode und Verfahren zum Herstellen derselben, sowie Batterie
DE102010062143B4 (de) 2010-11-29 2016-08-04 Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg Gemeinnützige Stiftung Batterieelektrode und Verfahren zum Herstellen derselben
JP5598356B2 (ja) 2011-01-28 2014-10-01 日立化成株式会社 リチウムイオン電池用の導電下地塗料
US8426964B2 (en) 2011-04-29 2013-04-23 Industrial Technology Research Institute Micro bump and method for forming the same
JP5252064B2 (ja) * 2011-12-07 2013-07-31 株式会社豊田自動織機 リチウムシリケート系化合物及びその製造方法
CN203236123U (zh) 2012-03-02 2013-10-16 余姚市百立嘉电子有限公司 用于电极片成型的激光切片机
US20130344391A1 (en) 2012-06-18 2013-12-26 Sila Nanotechnologies Inc. Multi-shell structures and fabrication methods for battery active materials with expansion properties
JP2016510941A (ja) * 2013-03-15 2016-04-11 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドApplied Materials,Incorporated より厚い電極製造を可能にするための多層電池電極設計
US9553314B2 (en) 2013-04-12 2017-01-24 The Regents Of The University Of Michigan Pulsed laser chemical vapor deposition and surface modification
US20150056493A1 (en) 2013-08-21 2015-02-26 GM Global Technology Operations LLC Coated porous separators and coated electrodes for lithium batteries
CN203850378U (zh) 2014-04-03 2014-09-24 惠州市恒晔科技有限公司 一种高精度锂电池电极制备装置
CN203936519U (zh) 2014-05-30 2014-11-12 宁德新能源科技有限公司 锂离子电池极片涂层清洗装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6198621B1 (en) * 1998-02-05 2001-03-06 Nec Corporation Electric double layer capacitor using polarizable electrode of single particle layer
CN1691371A (zh) * 2004-04-20 2005-11-02 三洋电机株式会社 锂二次电池用电极和锂二次电池
CN101233628A (zh) * 2005-07-28 2008-07-30 松下电器产业株式会社 锂离子二次电池用电极
CN103928711A (zh) * 2013-01-11 2014-07-16 株式会社杰士汤浅国际 蓄电元件及其制造方法
CN105074979A (zh) * 2013-03-29 2015-11-18 株式会社Uacj 集电体、电极结构体、非水电解质电池及蓄电部件

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109014476A (zh) * 2018-08-06 2018-12-18 武汉华工激光工程有限责任公司 金属与pcb板铜箔焊盘的锡焊方法及系统
CN111477843A (zh) * 2020-04-14 2020-07-31 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所南昌研究院 一种3d打印正极材料、其制备方法及应用
CN111477843B (zh) * 2020-04-14 2022-09-20 江西省纳米技术研究院 一种3d打印正极材料、其制备方法及应用
CN113020798A (zh) * 2021-03-19 2021-06-25 哈尔滨工业大学 一种飞秒激光增减材加工系统及加工方法
CN113020798B (zh) * 2021-03-19 2022-06-14 哈尔滨工业大学 一种飞秒激光增减材加工系统及加工方法

Also Published As

Publication number Publication date
TWI617073B (zh) 2018-03-01
TW201820683A (zh) 2018-06-01
US10644305B2 (en) 2020-05-05
US20180151864A1 (en) 2018-05-31
CN108110219B (zh) 2020-07-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108110219A (zh) 电池电极结构及其制作方法
KR102049983B1 (ko) 전고체 이차전지
US11923510B2 (en) Solid-state battery and method of manufacture thereof
JP7375810B2 (ja) 固体二次電池
JP7484999B2 (ja) 固体電池
JP7047934B2 (ja) 固体電池
JP2017208250A (ja) 全固体リチウム二次電池及びその製造方法
JP2004207112A (ja) 負極およびそれを用いた電池
JP7405151B2 (ja) 固体電池
CN111048825A (zh) 具有非碳电子导电添加剂的固态电极
CN109119677A (zh) 三维电极结构、包括其的二次电池及制造三维结构的方法
CN112635763A (zh) 全固体电池
KR20030028241A (ko) 리튬 이차 전지용 음극 활물질 및 그 제조 방법
JPWO2020110666A1 (ja) 固体電池
EP4095972A1 (en) Battery
WO2021010231A1 (ja) 固体電池
JP2021150055A (ja) 固体電池
JP2019207871A (ja) 電池
CN107112514A (zh) 电气设备用负极活性物质以及使用其的电气设备
CN113016096B (zh) 固体电池
JP2018198142A (ja) 二次電池および二次電池の製造方法
JP7375832B2 (ja) 固体電池
KR102475888B1 (ko) 금속산화물 복합체 및 금속산화물 복합체 제조방법
EP3972027A1 (en) Battery
WO2023171457A1 (ja) 固体電池および固体電池が表面実装された電子デバイス

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant