TW201230453A

TW201230453A - Electrospinning for integrated separator for lithium-ion batteries

Info

Publication number: TW201230453A
Application number: TW100132248A
Authority: TW
Inventors: Mahendra C Orilall; Raman Talwar; Karl M Brown; Lu Yang; Hooman Bolandi; Victor Pebenito; Connie P Wang; Robert Z Bachrach
Original assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 2010-09-30
Filing date: 2011-09-07
Publication date: 2012-07-16
Also published as: JP6227411B2; US20120082884A1; TWI632722B; US20150372271A1; US9871240B2; WO2012050682A2; JP2013539186A; CN103168384B; US9065122B2; WO2012050682A3; CN103168384A; KR20130108594A

Description

201230453 六、發明說明：【發明所屬之技術領域】本發明的實施例大體上關於高容量的能量儲存裝置，並且更特別地關於具有整合隔離件的電池與製造此種電池的方法。【先前技術】快速充電的高容量的能量儲存裝置（諸如超級電容與鋰離子電池）用在成長數量的應用中，包括用在可攜式電子裝置、醫療、運輸、格柵連接的大能量儲存、可更新的能量儲存、與不斷電系統（UPS)。電極、陰極電極與隔離電極之間。隔離件是在典型地，鋰離子電池包括陽極件’隔離件位在陽極電極與陰極陽極與陰極電極之間提供實體與電性分離的電子絕緣體。典型地，隔離件是由微多孔乙烯與聚烯烴製成，並且隔離件在-個別的製造步驟中被施加。在電化學反應期間（即在充電與放㈣間）’㈣電解質將輯子輸: 。因此’期望具有高當循環期間所形成的間產生短路時，一些通過兩電極之間的隔離件中的細孔孔隙度以增加離子導電率。然而，鐘樹突（lithium dendrites)在電極之尚孔隙度的隔離件易遭受短路。目前’電池單元製造業者構買隔離件’接著該歧隔離件在個別處理步驟中隨同陽極與陰極被壓疊在令其 201230453 他隔離件是藉由聚以在聚合物中產生子電池中最昂貴的超過20%。合物的濕式或乾式擠出且接著被伸展孔洞（裂縫）而製成。隔離件亦是鋰離部件之一且佔電池單元的材料成本的部分的能量儲存應用，能量儲存裝置的充電時門與谷I疋重要的參數。此外，此種能量儲存裝置的尺、 θ與或耗費會疋明顯的限制。電流隔離件的使用具有許多缺失。士令祕 , 也就疋說，此種材料限制了從此種材料 =建構的電極的最小尺寸、遭受電性短路、需要複雜的製造方法與昂責的材料。、此技術領域中需要可更快速地充電的具有更高容量的能量儲存裝置，該些能量館存裝置具有更小、更 =的隔離件’並且該些能量儲存農置能以更符合經濟效益的方式來製造。【發明内容】本發明的實施例大體卜關#古a β 、貝夕J人遐上關於向容量的能量儲存裝置，並且更特別地關於具有整人陪、 ’登口 ^離件的電池與製造此種電池的方法。在—實施例中，描祉 Ύ 提仏—種經離子電池，鐘離子電池具有電極結構。鋰離雕卞電池包含：陽極堆疊；陰極堆疊；及多孔電紡絲聚合物 . 初隔離件，多孔電紡絲聚合物隔離件包含一奈米纖維骨 ^ θ竹、，。構。％極堆疊包含：陽極電流收集器；及陽極結構， # %極結構被形成在陽極電 201230453 流收集器的第一表面上方。陰隼恶.芬降搞社姓 “隹-包含：陰極電流收七梭、、。構㈣成在陰極電流收集器的第一表面上方。多孔電紡 _ ^ 队σ视知離件位在陽極結構與陰極結構之間。

在另一實施例中，接供一德rl·' + _L 紅仏種形成電極結構的方法。此方法包含下列步驟：提供第一電極結構；及將奈米纖維骨幹結構直接地電纺絲在第—電極結構的表^，㈣成多孔電纺絲聚合物隔離件。在又另-實施例中，提供一種用於在撓性導電基材上方形成整合隔離件的線上基材處㈣統。線上基材處理系統包含：微結構形成腔室’微結構形成腔室用於在挽性導電基材上方形成電極結構的至少_部分；電纺絲腔室，電纺絲腔室用於直接地在電極結構上形成多孔電纺絲聚合物隔離件的至少一部分；及基材傳送機構，基材傳送機構設以在此等腔室之間傳送撓性導電基材。基材傳送機構包含：饋送筒’饋送筒設置在各個腔室的處理容積的外面，並且饋送筒設以將撓性導電基材的一部分保持在各個腔室的處理容積内；及接取筒，接取筒設置在處理容積的外面，並且接取筒設以將撓性導電基材的一部分保持住，其中基材傳送機構設以致動饋送筒與接取筒以將撓性導電基材移動進與出各個腔室，並且基材傳送機構將撓性導電基材保持在各個腔室的處理容積中。 201230453 【實施方式】本發明的實㈣大體上關於高容量的㊣量儲存裝置，並且更特別地關於具有整合隔離件的電池與製造此種電池的方法。在特定實施例中，提供電料整合隔離件在電池電極上的直接沉積。隔離件可以是能達到低成本的單層或能達到效能改善的多層。電紡絲隔離件可包含多孔聚合物。電紡絲聚合物可包含多種聚合物。多孔聚合物可包含聚合物纖維，該些聚合物纖維直接地被電紡絲在諸如陰極與/或陽極的電極上，電紡絲隔離件還可包含陶瓷微粒。陶瓷微粒可以併同聚合物纖維被共沉積。隨後，陶瓷聚合物被沉積在多孔聚合物結構的細孔中。在將聚合物電紡絲的特定實施例中，聚合物可具有隨機或「似義大利麵條（spaghetti-like)」的網路。陶瓷微粒可被沉積在多孔的「似義大利麵條」的網路的細孔内。此種聚合物纖維的一實例包括半結晶的聚醯胺，諸如熔點溫度（Tm)為約250。(：的耐綸_6,6。另一實例是熔點溫度為約 17〇°C的聚偏二氟乙烯（PVDF)纖維。另一實例是諸如 PVDF-HFP(聚偏二氟乙烯+六氟丙烯）的共聚物。可將塗覆的陰極結構和陽極結構壓疊在一起，以形成電池單元堆疊。電紡絲是電性力量會產生喷流的技術，噴流源自聚合物浴液。喷流可源自毛細管的尖端或可在無針製程中導出。當施加足夠高的電壓到聚合物溶液的液滴或臈時， 201230453 液體的本體變成充電的’並且靜電排斥會抵消表面張力，並且液滴在液體流從表面喷出的臨界點處被伸展。此喷出點稱為泰勒錐（Tylor cone)。若液體的分子内聚力足夠高，則流分散不會發生（若流分散發生，則液滴會被電喷灑）且形成了一充電的液體喷流。隨著喷流在飛行中乾燥’電流流動模式從歐姆的改變成傳送的，此是因為電荷遷移到纖維的表面。接著，喷流被一攪打製程伸長，其中該攪打製程是由纖維中的小彎曲處所開始的靜電排斥而造成，直到喷流最後被沉積在一接地的收集器上。由此彎曲不穩定性所造成的纖維的伸長與薄化會導致具有奈米尺度直徑的均勻纖維的形成。

儘管特定設備（在此所述的實施例可被實施在該特定設備中）是沒有限制的’將實施例實施在美國加州聖大克勞拉市的應用材料公司所販售的網系筒-至-筒系統 (web-based roll-to-roll system)上是特別有利的。示範的筒-至-筒與不連續的基材系統（在此所述的實施例可被實施在該示範的筒-至-筒與不連續的基材系統上）更詳細地被描述在共同受讓的美國專利申請案第12/620,788號 (代理人卷號 APPM/012922/EES/AEP/ESONG)、共同受讓的美國專利申請案第12/839,051號（代理人卷號 APPM/014080/EES/AEP/ESONG)及共同受讓的美國專利申請案第12/880,564號（代理人卷號APPM/015469/ AEP/LES/ESONG)中，該美國專利申請案第12/620,788 號授予給Lopatin等人且具有「APPARATUS AND 201230453 METHOD FOR FORMING 3D NANOSTRUCTURE ELECTRODE FOR ELECTROCHEMICAL BATTERY AND CAPACITOR」的發明名稱且現已被公開為 US 2010/0126849，該美國專利申請案第12/839,051號是在西元2010年7月19日提出申請而授予給Bachrach等人且具有「COMPRESSED POWDER 3D BATTERY ELECTRODE MANUFACTURING」的發明名稱且現已被公開為 US 2011/0129732，該美國專利申請案第 12/8 80,5 64號是在西元2010年9月13曰提出申請而授予給 Bachrach 等人且具有「SPRAY DEPOSITION MODULE FOR AN IN-LINE PROCESSING SYSTEM」的發明名稱，所有的該等美國專利申請案整體以引用之方式在此被併入本文。會影響纖維形成的參數包括溶液性質（例如導電率、表面張力、黏度與彈性）、毛細管之間的距離、在毛細管尖端處的電位與外界環境參數（例如濕度、溶液溫度與空氣黏度）。聚合物溶液或形成隔離件的溶液可包含被稀釋在溶劑系統中的一或更多種聚合物。示範的聚合物材料包括羧甲基纖維素（CMC)、耐綸-6,6、聚丙烯酸（PAA)、聚乙烯醇（PVA)、聚乳酸（PLA)、聚乙烯-共-醋酸乙烯酯、 PEVA/PLA、聚曱基丙稀酸甲酯（PMMA)/四氫全氟丙稀酸辛酯（TAN)、聚氧乙烯（PEO)、聚曱基丙烯酸甲酯 (PMMA)、聚醯胺（PA)、聚己内酯（PCL)、聚乙醯亞胺 201230453 (PEI)、聚己内醯胺、聚乙烯（PE)、聚乙烯對苯二曱酸酯 (PET)、聚烯烴、聚苯醚（PPE)、聚氯乙烯（PVC)、聚偏二氯乙烯（PVDC)、聚偏二氟乙烯（PVDF)、聚（偏二氟乙烯-共-六氟丙烯）（PVDF-HFP)、聚乙烯吡啶、聚乳酸（PLA)、聚丙烯（PP)、聚丁烯（PB)、聚丁烯對苯二甲酸酯樹脂 (PBT)、聚醯胺（PA)、聚醯亞胺（PI)、聚碳酸酯（PC)、聚四氟乙烯（PTFE)、聚笨乙烯（PS)、聚酯（PE)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS)、聚曱基丙烯酸曱酯（PMMA)、聚縮醛（POM)、聚砜（PES)、苯乙烯-丙烯腈共聚物（SAN)、聚丙烯腈（PAN)、苯乙烯-丁二烯橡膠（SBR)、乙烯醋酸乙烯酯（EVA)、苯乙烯-馬來酸酐共聚合物（SMA)與上述的組合。聚合物可包含形成隔離件的溶液的總重量的約0.5 wt.%至約 30 wt.%。形成隔離件的溶液還包含一溶劑系統。溶劑系統可包含能溶解一或更多種聚合物成分的任何溶劑。示範的容易系統包括N-曱基吡咯酮（NMP)、丙酮、乙烯乙酯、乙酸丙醋、水、曱酸、二甲基甲醯胺、二氣曱烧、四氛。夫喃、異丙醇與上述的組合。溶劑系統可包含形成隔離件的溶液的剩餘部分。溶劑系統可包含形成隔離件的溶液的總重量的約70 wt.%至約99.5 wt·%。形成隔離件的溶液還可包含無機成分。可從各種材料來選擇無機成分，該等各種材料和電池材料與併入有整合隔離件的化學相容。無機材料可以是陶瓷材料。示範的陶瓷材料包括BaTi03、Hf02(二氧化铪）、SrTi03、 10 201230453

Ti〇2(二氧化鈦）、Si〇2(二氧化碎）、Ai2〇3(氧化銘）、 zr〇2(二氧化鍅）、Sn〇2、Ce〇2、Mg〇、Ca〇、Y2〇3、CaC〇3 與上述的組合。在一實施例中，從包含si〇2、Al2〇3、

MgO與上述的組合的群組中選擇陶瓷微粒。可選擇陶瓷微粒的尺寸，而使得微粒尺寸小於聚合物纖維的直徑且微粒不會堵塞沉積系統。在特定實施例中，陶究微粒可具有約5 nm至約〇 3 _的微粒尺寸。微粒的直徑可小於300 nm或小於1〇〇請且更典型地為約iOdOnm。陶£微粒的小微粒尺寸使得在循環過程期間所形成的鐘樹大更難以生長通過隔離件且造成短路。可使用溶膠-凝膠製程將陶竟微粒添加到聚合物溶液。在溶膠-凝膠製程中’將無機前驅物添加到聚合物溶液’並且該等無機前驅物反應而在聚合物溶液中形成陶竟微粒。舉例而言，將諸如如4與τ_)4的無機前驅物添加到聚合物溶液，並且該等無機前驅物反應而形成叫溶膠微粒。因此，用於陶曼微粒的前㈣被添加到 :合物溶液。隨著前驅物混合，或在一些情況中，隨著前驅物需要加熱混合物或需要在纖維已經被電紡絲之後加熱纖維’陶瓷微粒可形成。加熱溫度將低於聚合物纖維的熔點溫度。可從聚合物熔融物來形成聚合物纖維。在高溫會熔融的聚合物可用在熔融製程中。聚合物熔融物的電紡絲類似於將聚合物溶液電紡絲的製程但是聚合物熔融物的電糸是被執行在真空環境中。典型地，充電的熔融喷 201230453 流基材（熔融物被沉積在該基材上）是在真空環境中被封裝。能以熔融形態被電紡絲的示範的聚合物包括聚乙烯 (PE)、聚丙烯（PP)、耐綸_12、pA_12、聚乙烯對苯二甲酸酯（PET)、聚亞烯萘（PEN)、pET/pEN混合物與上述的組合0 第1A圖是根據在此所述的實施例的部分的鋰離子電池單元雙層100的示意圖，經離子電池單元雙層1〇〇具有電紡絲隔離件115。第1B圖是根據在此所述的實施例的部分的鋰離子電池單元12〇的未意圖，鋰離子電池單兀120具有電紡絲隔離件。根據在此所述的一實施例，鋰離子電池單元100、12〇電連接到一負載1〇1。鋰離子電池單元雙層1 00的主要作用部件包括：陽極結構 l〇2a、l〇2b;陰極結構1〇3a、1〇3b;隔離件層⑺乜、1〇朴；電纺絲隔離件115;電流收集器ln、113;及一電解質（未圖不）’電解質位在介於該等隔離件層1〇4a、i〇4b之間的區域内。鐘離子電池單元12G的主要作用部件包括：陽極心構102b ;陰極結構1〇3b ;電紡絲隔離件ιΐ5 :電收集器111、113;及—電解質（未圖示），電解質位在介於該等電流收集器lu、113之間的區域内。各種材料可被用作為電解質，例如位在有機溶劑中的鋰鹽。可以電解質將輯子電池單元1⑽、12G密封在適當的封裝件中，其中該封裝件具有供電流收集器111與113所用的導線。陽極結構1〇2a、102b、陰極結構l〇3a、l〇3b、電、、方絲隔離件115與流體可滲透的隔離件層104a、l〇4b被 12 201230453 浸沒在電解f中’其中電解質位在介於隔離件層104a、屬之間的區域中。應瞭解，圖上顯示部分的示範性結構’並且在特定實施例中’隔離件層1〇钧與難是以電紡絲隔離件層(類似於電紡絲隔離件層ιΐ5)來替換，接著是替換相應的陽極結構、陰極結構與電流收集器。陽極結構H)2b與陰極結構嶋作為㈣子電池1〇〇的半單元。陽極、㈣嶋包括—金屬陽極電流收集器 ill與一第—含電解質材料（諸如用於保留住鋰離子的碳系嵌入型主材料）。類似地，陰極結構103b包括一陰極電流收集胃113與一第二含電解質材料(諸如用於保留住鋰離子的金屬氧化物電流收集器lu與113是由諸如金屬的導電材料製成。在一實施例中，陽極電流收集器 111包含銅，並且陰極電流收集器113包含鋁。在特定實施例中，電紡絲隔離件層！ i 5用於避免陽極結構丨〇2b與陰極結構103b中的部件之間的直接電接觸。位在鋰離子電池單元1〇〇、12〇的陰極側或正電極上的含電解質多孔材料可包含一含鋰金屬氧化物，諸如二氧化結鐘（LiCo〇2)或二氧化鐘鐘（LiMn〇2)。含電解質多孔材料可由層壓的氧化物（諸如氧化鈷鋰）、撖欖石（諸如磷酸鐵鋰）或尖晶石（諸如氧化錳鋰）製成。在非鋰的實施例中’示範的陰極可由二硫化鈦（Til)製成。示範的含鋰氧化物可以是層壓的氧化物（諸如二氧化鈷鋰（Lic〇〇2)或混合的金屬氧化物（諸如LiNixC〇1.2xMn02 、 LiNio.sMnuOr Li(Ni0.8Co0.15Al0.05)O2、LiMn204)。示範 13 201230453 的Θ &L J^可以疋鐵橄欖石（LiFep〇4)和其變形（諸如

LiFe 卜 xMgP04)、UMoP〇4、UCoP04、LiNiP04、

Li3V2(P〇4)3、LiV〇P〇4、LiMp2〇7 或 UFei 5p2〇7。示範的氟磷酸鹽可以是 LiVP〇4F、LiAlP04F、Li5V(P04)2F2、 Li5Cr(P04)2F2、Li2CoP〇4F 或 Li2NiP〇4F。示範的石夕酸鹽可以是 Li2FeSi04、Li2MnSi〇4 或 Li2V0Si04。示範的非裡化合物是Na5V2(P〇4；)2F3。

位在鋰離子電池單元100、12〇的陽極側或負極上的含電解質多孔材料可由上述的材料（例如被分散在聚合物母體中的石墨微粒’與/或各種細微粉末（例如微尺度或奈米尺度尺寸的粉末））製成。此外，矽、錫或鈦酸鋰 (Li4Ti50丨2)的微珠可併同石墨微珠來使用或用於取代石墨微珠，以提供導電核心陽極材料。示範的陰極材料、陽極材料與應用方法進一步地被描述在共同受讓的美國專利申請案第12/839,051號（代理人卷號 APPM/014080/EES/AEP/ESONG)與共同受讓的美國專利申請案第 12/953,134 號（代理人卷號 APPM/014493/LES/AEP/ESONG)中，該美國專利申請案第12/83 9,051號是在西元2010年7月19日提出申請且具有「COMPRESSED POWDER 3D BATTERY ELECTRODE MANUFACTURING」的發明名稱且現已被公開為 US 2011/0129732，該美國專利申請案第 12/953,134號是在西元2010年1月13曰提出申請且具有「GRADED ELECTRODE TECHNOLOGIES FOR HIGH 201230453 ENERGY LITHIUM-ION BATTERIES」的發明名稱且現已被公開為US 2011/01685 50,此兩美國專利申請案整體以引用之方式在此被併入本文。應瞭解，儘管第〗圖圖示一鋰離子電池單元雙層1〇〇,在此所述的實施例不局限在鋰離子電池單元雙層結構。亦應瞭解，陽極與陰極結構可以串聯或並聯的方式連接。第2圖是陰極堆疊202與陽極堆疊222的一實施例的剖視圖’陰極堆疊202與陽極堆疊222具有根據在此所述的實施例而形成的電紡絲聚合物隔離件。第3圖是製程流程圖，該製程流程圖概述用於根據在此所述的實施例而形成第2圖的陰極堆疊202與陽極堆疊222的方法 3〇〇的一實施例，陰極堆疊202與陽極堆疊222具有位在陰極堆疊202與陽極堆疊222之間的電紡絲隔離件 115。在一實施例中，陰極堆疊202包含雙層陰極結構 206、隔離件層i〇4b與電紡絲隔離件115。在方塊302 ’形成雙層陰極結構2〇6。在一實施例中，雙層陰極結構206包含一第一陰極結構1〇3a、一陰極電 >·/»·收集器113與一第二陰極結構10 3 b，如第2圖所卞。在一實施例中，陰極堆疊202包含單—層陰極結構，如第1B圊所示。陰極結構103a、103b可包含用於保留住鋰離子的任何結構。在特定實施例中，陰極結構1〇3a、1〇3b在整個陰極電極結構中具有級化微粒尺寸。在特定實施例中，^ 極結構103a、103b包含多層結構，其中該等層包含具= 15 201230453 不同尺寸與/或性質的陰極活性材料。示範的陰極結構被描述在共同受讓的美國專利申請案第12/953,134號（代理人卷號APPM/014493/LES/AEP/ESONG)中，該美國專利申請案第12/953,134號是在西元2010年1月13曰提出申請且具有「GRADED ELECTRODE TECHNOLOGIES FOR HIGH ENERGY LITHIUM-ION BATTERIES」的發明名稱且現已被公開為US 2011/0168550。在一實施例中，陰極結構l〇3a、103b包含多孔結構，該多孔結構包含陰極活性材料。在一實施例中，陰極活性材料選自包含下述化合物的群組：二氧化鈷鋰 (LiCo02)、二氧化錳鋰（LiMn02)、二硫化鈦（TiS2)、 LiNixCo^jxMnOz ' LiMn204 ' LiFeP04 ' LiFe,.xMgP〇4 '

LiMoP04、LiCoP04、Li3V2(P〇4)3、LiV0P04、LiMP2〇7、 LiFeuPjC^、LiVP04F、LiAlP〇4F、Li5V(P04)2F2、 Li5Cr(P04)2F2、Li2CoP04F、Li2NiP04F、Na5V2(P〇4)2F3、 Li2FeSi04、Li2MnSi04、Li2V0Si04、LiNi02 與上述的組合。在一實施例中’陰極結構還包含黏結劑，該黏結劑選自包含下述化合物的群組：聚偏二氟乙烯（PVDF)、羧甲基纖維素（CMC)與水溶性黏結劑，諸如苯乙稀_ 丁二烯橡膠（SBR)、導電黏結劑、與其他低或非溶劑型黏結劑。在一實施例中’可使用粉末施加技術來施加陰極結構’粉末施加技術包括但不限於篩選技術、靜電喷灑技術、熱或火焰喷灑技術、電漿噴灑技術、流體化床塗覆技術、狹縫塗覆技術、筒塗覆技術與上述的組合’所有 201230453 的該些技術對於熟習此技術領域的人士是已知的。在特定實施例中’陰極電極具有級化孔隙度，以致孔隙度在整個陰極電極結構中會改變。在形成有雙側雙層電極（如第2圖所示的雙層陰極結構206)的特定實施例中，可使用雙側沉積製程將陰極結構l〇3a與陰極結構1 〇3b同時地沉積在陰極電流收集器i丨3的相對側上。舉例而言，雙側靜電喷灑製程是使用相對喷灑施加器，以沉積陰極活性材料在基材的相對側上。雙側靜電喷灑腔室的示範的實施例被揭示在共同受讓的美國專利申請案第 12/880,564號中，該美國專利申請案第i2/88〇,564號具

有「SPRAY DEPOSITION MODULE FOR AN IN-LINE PROCESSING SYSTEM」的發明名稱且是在西元2〇1〇年 9月13日提出申請而授予給Bachrach等人》在方塊3 04中，一多孔電紡絲隔離件i丨5可被沉積在陰極結構206的表面上。可使用第4至8圖中所描述的任何方法來沉積電紡絲隔離件丨丨5。多孔電紡絲隔離件 115包含一或更多種聚合物。多孔電紡絲隔離件還可包含無機填料或陶瓷微粒。示範的陶瓷微粒包括 Pb(Zr，Ti)〇3 (ρζτ)、 PB(Mg3Nb2/3)03--PbTi03 (ΡΜΝ-ΡΤ)、BaTi03、Hf02(二氧化铪）、SrTi03、Ti02(二氧化鈦）、Si〇2(二氧化矽）、 Al2〇3(氧化铭）、zr〇2(二氧化旬、Sn〇2、Ce〇2、Mg〇、 CaO Υζ〇3、CaCO；}與上述的組合。在一實施例中，陶瓷微粒選自包含下述化合物的群組：si〇2、Al2〇3、Mg〇 17 201230453 與上述的組合。在特定實施例中，陶瓷微粒可具有約50 nm 至約〇. 5 μηι 的微粒尺寸。陶瓷微粒的小微粒尺寸使得在循環過程期間所形成的鋰樹突更難以生長通過隔離件且造成短路。在特定實施例中，陶瓷微粒漿還可包含黏結劑，黏結劑選自PVDF、羧甲基纖維素（CMC)與苯乙烯丁二烯橡膠（SBR)。在一實施例中，整合電紡絲隔離件i 1 5包含約10-60 wt.%的黏結劑，而剩餘部分是陶瓷微粒。電紡絲隔離件可包含奈米纖維，該等奈米纖維的直徑為約50 nm至1000 nm，例如1〇〇 nm至2〇〇 nm。電紡絲隔離件的厚度可為約1 至約1 〇〇 μηι，例如約i μπι至約20 μιη。電紡絲隔離件的孔隙度可為約4〇%至約 90%(相較於由相同材料所形成的實心膜而言）。在方塊306中，形成陽極堆疊222。在一實施例中，陽極堆疊222包含一雙層陽極結構226與一隔離件1〇扣在一實施例中，雙層陽極結構226包含一第一陽極結構 102a、一陽極電流收集器111與一第二陽極結構102b，如第2圖所示。在一實施例中，陽極堆疊222包含單一層陽極結構，如第1B圖所示。在一實施例中，陽極結構丨〇2a、1 〇2b可以是碳系多孔結構（石墨或硬碳）而具有約5-15 μιη的微粒尺寸。在一實施例中，鋰嵌入型碳陽極被分散在聚合黏結劑的母體中。可添加碳黑，以提升功率效能。用於黏結劑母體的聚合物是由熱塑型聚合物或其他聚合物（包括具有橡膠 18 201230453 彈性的聚合物）製成。聚合黏結劑用於將活性材料粉末黏結在一起，以避免裂缝形成且促進對收集器箔的黏附。聚合黏結劑的量可位在1 wt·%至40 wt.%。陽極結構 102a、102b的含電解質多孔材料玎由上述的材料（例如被分散在聚合物母體中的石墨微粒’與/或各種細微粉末 (例如微尺度或奈米尺度尺寸的粉末））製成。此外’矽、錫或鈦酸鋰（Li4Ti5012)的微珠可併同石墨微珠來使用或用於取代石墨微珠，以提供導電核心陽極材料。

在一實施例中，陽極結構包含導電微結構’導電微結構是藉由使用在高於限制電流（^)的電流密度下的高鍍覆速率電鍍製程所進行的三維柱狀材料生長而形成。導電微結構是藉由擴散受限的電化學鍵覆製程來形成，其中電鍍限制電流被符合或被超過，藉此產生低密度的金屬中等多孔/柱狀結構，而不是產生傳統的高密度的共形膜。藉由在此所述的實施例可設想出不同組態的導電微結構。導電微結構可包含材料’該等材料選自包含下述元素的群組：銅、錫、矽、鈷、鈦 '上述的合金與上述的組合。用於形成導電微結構的示範的鍍覆溶液與製程條件被描述在共同受讓的美國專利申請案第12/696,422 號中，該美國專利申請案第12/696,422號是在西元2010 年1月29日提出申請而授予給Lopatin等人且具有「POROUS THREE DIMENSIONAL COPPER, TIN, COPPER-TIN, COPPER-TIN-COBALT, AND

COPPER-TIN-COBALT-TITANIUM ELECTRODES FOR 19 201230453 BATTERIES AND ULTRA CAPACITORS」的号务 a月名稱，該美國專利申請案第12/696,422號整體以引用之方式在此被併入本文。在一實施例中’電流收集器111與113可包含材料，該材料個別地選自包含下述元素的群組：鋁（A1)、銅 (Zn)、鎳（Ni)、钻（Co)、錫（Sn)、石夕（Si)、猛（Μη)、鎂（Mg)、上述的合金與上述的組合。在一實施例中，陰極電流收集器Π3是鋁’並且陽極電流收集器ln是銅。用於正電流收集器113(陰極）的材料的實例包括鋁、不銹鋼與鎳。用於負電流收集器1 Π (陽極）的材料的實例包括銅 (Cu)、不銹鋼與鎳（Ni)。此種收集器可具有箔、膜或薄板的外形。在特定實施例中，該等收集器的厚度大體上為約 5 μπι 至約 50 μπι。在方塊308中，-多孔電紡絲隔離件115可被沉積在陽極結構226的表面上。可使用第4至8圖巾所述的任何方法來沉積電紡絲隔離件115。在方塊谓中於將陽極堆疊222與陰極堆暴垃人> ” 蚀堆宜2〇2接合在一起之前，電紡絲隔離件可被沉積在陰極谁矗今貝你桠堆疊2〇2、陽極堆疊222或此兩者上。在方塊310中’陰極堆疊202與陽極堆疊起而陰極堆豐202與陽極堆疊222之間形成有電紡、匕隔離件。在一實施例中，可使用壓疊製程以一封裝如Α1/Α12〇3箔）來將陰極堆疊與陽極堆疊 222予以封裝。 ' 20 201230453 第4圖是製程流程圖，該製程流程圖概述用於根據在此所述的實施例而形成電紡絲整合隔離件的另一方法 4〇〇的一實施例。在方塊402中，將一包含第一聚合物材料的聚合物骨幹結構電紡絲在陽極結構或陰極結構的表面上。在方塊404中，使用電紡絲或電喷灑製程將一第二聚合物材料形成在聚合物骨幹結構的上方，以形成整合聚合物隔離件115。第二聚合物材料可用以增強或強化該包含第一聚合物材料的聚合物骨幹結構。第5圖是製程流程圖，該製程流程圖概此所述的實施例而形成電纺絲整合隔離件的另= _的一實施例。在方土鬼5〇2巾，將一第一聚合物材料與-第二聚合物材料同時地電紡絲在陽極結構的表面上或在陰極結構的表面上。在使用多種聚合物材料的特定實施例中，第一聚合物材料層可包3具有南溶點溫度丨了以例如大於鹰^的聚口物材料，並且第二聚合物材料層可包含具有低熔點溫 (m)(例如小於14〇 C )的聚合物材料。在一實施例中，第聚合物材料層包含具有高熔點溫度的聚合物材料，該具有高熔點溫度的聚合物材料選自包含聚酿胺M的群組。在-實施例中’第二聚合物材料層包含較低溶點溫度的聚合物(諸如Tm為約⑽的獄)。因此，在執迅速㈣的期間，較低溶點溫度的聚合物線會被炼化且被熔融在^ ’降低了層中的孔隙度且因而減緩了經離子傳送和相關的電化學反應。 21 201230453 第6圖疋製程流程圖’該製程流程圖概述用於根據在此所述的實施例而形成電紡絲整合隔離件的另一方法 6〇〇的一實施例《在方塊602中，將一包含第一聚合物材料的聚合物骨幹結構電紡絲在陽極結構的表面上或在陰極結構的表面上。在方塊604中，使用例如電喷灑製程將陶瓷材料沉積在聚合物骨幹結構上方，以形成整合聚合物隔離件11 5。第7圖是製程流程圖，該製程流程圖概述用於根據在此所述的實施例而形成電紡絲整合隔離件的另一方法 7〇〇的一實施例。在方塊702中’將摻雜有陶瓷微粒的一聚合物材料同時地電紡絲在陽極結構或陰極結構的表面上。在電紡絲製程之前，可將陶瓷微粒與聚合物溶液混合。在隔離件115包含陶瓷微粒的實施例中，可藉由直接地電紡絲、直接地喷灑或塗覆一陶瓷微粒漿到陰極結構 103a、103b或陽極結構l〇2a、l〇2b的表面上來沉積陶究微粒。在一實施例中，使用粉末施加技術來將陶瓷微粒施加成粉末’粉末施加技術包括但不限於篩選技術、靜電嘴灑技術、熱或火焰喷灑技術、電漿喷灑技術、流體化床塗覆技術、狹缝塗覆技術、筒塗覆技術與上述的組合，所有的該些技術對於熟習此技術領域的人士是已知的。在一實施例中，喷灑製程是一半乾喷灑製程，其中基材在喷巍製程之刖被加熱以促進所沉積的各個層的乾燥。 22 201230453 第8圖是製程流程圖’該製程流程圖概述用於根據在此所述的實施例而形成電紡絲整合隔離件的另一方法 800的一實施例。在方塊802中，一含聚合物液體混合物被沉積在陽極結構與/或陰極結構上。含聚合物液體混合物可以是如在此所述的聚合物溶液或聚合物熔融體。在方塊804中，以超聲波或超音波將含聚合物液體混合物攪拌，以在含聚合物液體混合物内產生駐波。在方塊 806中，施加電壓到經超聲波攪拌的含聚合物液體混合物，以將聚合物材料電紡絲在陰極結構與/或陽極結構的表面上。咸信’超聲波攪拌的使用會從含聚合物液體混合物產生多個喷流’因而導致電紡絲製程的沉積速率的增加。第9圖是製程流程圖，該製程流程圖概述用於根據在此所述的實施例而形成電紡絲整合隔離件的另一方法 900的一實施例。在方塊902中，一含聚合物液體混合物被沉積在平行於陽極表面或陰極表面的一表面上。在方塊904中’以超聲波或超音波將含聚合物液體混合物授拌，以在含聚合物液體混合物内產生駐波。在方塊906 中，施加電壓到經超聲波攪拌的含聚合物液體混合物，以將此聚合物材料電紡絲在陰極結構的表面與/或陽極結構的表面上。第10圖是製程流程圖’該製程流程圖概述用於根據在此所述的實施例而形成電紡絲整合隔離件的另一方法 1000的一實施例。在方塊1002中，—含聚合物液體混 23 201230453 合物被沉積在平行於陽極結構表面或陰極結構表面的一表面上。在方塊1004中，施加電壓到含聚合物液體混合物，以將此聚合物材料電紡絲在陽極結構或陰極結構的表面上。第11圖示意地圖示設備1100的一實施例，設備11〇〇用於根據在此所述的實施例而將一整合隔離件電紡絲在電極表面上。設備1100可位在真空環境中。在注射器 11〇4中的含聚合物液體混合物1102被推擠通過金屬針 1106，金屬針！ 1〇6與電壓供應器111〇耦接。電壓供應器可設以供應約5 kV至120 kV到金屬針U06的尖端。電壓供應器可設以供應約3〇 kV至120 kV到金屬針1丨06 的尖端。電壓供應器可取決於諸如所使用的聚合物的類型、希望的細孔尺寸與生產速率的因素。從金屬針1106的尖端朝向電極結構1116的接地表面 1114放射出一聚合物喷流1112。噴流被一攪打製程伸長，其中該攪打製程是由纖維中的小彎曲處所開始的靜電排斥而造成，直到喷流最後被沉積在電極結構1116的接地表面1114上。可藉由調整聚合物溶液中的溶劑濃度、調整金屬針1106的尖端與電極結構的接地表面1114 之間的間隙距離1120來控制纖維的直徑。金屬針11〇6 的尖端與電極結構的接地表面1114之間的間隙距離 112 0 -占.「馮約1 mm至約1000 mm。聚合物纖維的直徑可為約80 nm至約3〇〇 ηηι。第12圖示意地圖示設備1200的一實施例，設備12〇〇 24 201230453 用於根據在此所述的實施例而將一整合隔離件電紡絲在電極結構1216的接地表面1214上。第12圖所示的設偫 1200是用於無針電紡絲。設備12〇〇可位在真空環境^。一含聚合物液體混合物1202可被配置在容器12〇4中，容器1204經由電極和電壓供應器121〇耦接。電壓供應器可設以供應約5 kV至120 kV到含聚合物液體混合物 1202。電壓供應器可設以供應約3〇让¥至12〇kv到含聚合物液體混合物1202。電壓供應器可取決於諸如所使用的聚合物的類型、希望的細孔尺寸與生產速率的因素。從含聚合物液體混合物1202朝向電極結構丨2丨6的接地表面1214放射出聚合物喷流m2a、m2b。喷流被 —攪打製程伸長，其中該攪打製程是由纖維中的小彎曲處所開始的靜電排斥而造成，直到喷流最後被沉積在電極結構1216的接地表面1214上。可藉由調整含聚合物液體混合物1202中的溶劑濃度、調整含聚合物液體混合物1202與電極結構1216的接地表面1214之間的間隙距離1220來控制纖維的直徑。含聚合物液體混合物12〇2 與電極結構12 16的接地表面1 2 14之間的間隙距離丨220 可為約1 mm至約1000 mm。聚合物纖維的直徑可為約 80 nm 至約 300 nm。實例：提供以下假設的非限制實例’以進一步說明在此所述的實施例。然而，沒有意圖將該些實例全部涵蓋在内，並且沒有意圖使該些實例限制在此所述的實施例的範 25 201230453 鳴。實例1 : 使用聚丙烯酸（PAA)佔5 wt.%的水溶液。將少量的氯化鈉添加到溶液，以增加溶液的離子導電率。將溶液裝載到注射器内，注射器具有0.4 mm内徑的平坦毛細管尖端。使用直流-直流轉換器以供應5_3〇 kv到毛細管的尖端而形成液體喷流的泰勒錐，並且使用接地的金屬可移動樣品平台而使該接地的金屬可移動樣品平台作為收集器。尖端與收集器之間的距離從5〇mm改變至2〇〇 mm。紡絲各個樣品長達數分鐘’並且手動地調整液體流速以維持溶液的小液滴在毛細管的尖端p使用利序列匯流排(USB)攝像顯微鏡以在紡絲製程期間觀察來自尖端的液體放射。實例2 : 使用耐綸-6(甲酸）佔10wt.%、二氧化石夕佔5糾％的溶液。將溶液裝載到注射器内，注射器具有〇4随内徑的平坦毛細官尖端。使用直流_直流轉換器以供應w 到毛細管的尖端而形成由液體喷流建構的泰勒錐，並且使用接地的金屬可移動枵σ巫秒勖樣°°千台而使該接地的金屬可移平台作為收集器。尖端與收集器之間的距離從50 7改變至2〇〇_。纺絲各個樣品長達數分鐘，並且手動地調整液體流速以维持溶液的小液滴在毛細管的尖端上。使用通用序列匯流排（USB)攝像顯微鏡以在纺絲製程期間觀察來自尖端的液體放射。、 26 201230453 第13 A和13B圖是所產生的電紡絲不織聚合物纖維的掃瞒式電子顯微鏡（SEM)圖像。如第13A和13B圖所示’ 獲得一電纺絲層’該電紡絲層具有高均勻尺寸分佈的隨機定向纖維’平均的纖維尺寸為約1〇〇_2〇〇 nm。咸信，所獲得的電紡絲層的孔隙度大於9〇%。對於第9A和9B 圖中所示的電紡絲纖維，以針尖端與收集器表面之間的間隔為20 cm且尖端電壓為2〇 kV，而執行此製程。聚合物溶液為PAA佔8 wt.%的水，並且水中添加有〇 65 wt.% NaCl以增加導電率。第14A和14B圖是根據在此所述的實施例而沉積的電紡絲纖維的SEM圖像的示意圖。第14A和14B圖中所示的電紡絲纖維證明了可藉由調整聚合物溶液濃度以及噴流與收集器表面之間的距離變化來控制電紡絲纖維的直徑。對於第14A和14B圖中所示的電紡絲纖維，以針尖端與收集器表面之間的間隔為2〇 cm且尖端電壓為2〇 kV，而執行此製程。第15A和15B圖是根據在此所述的實施例而沉積的裝載有陶瓷的電紡絲纖維的SEM圖像的示意圖。第HA ^ 15B圖證明了一種可進一步操控隔離件性質的方式，該方式是藉由將聚合物溶液裝載有陶竞粉末以提升電紡= 聚合物層的機械強度。帛…15B圖中所產生的氍顯示有多個結塊的si〇2區域，該等結塊的Si〇2區域由絲聚合物纖維來連接。 v 第16圖示意地圖示垂直處理系統16〇〇的—實施例， 27 201230453 垂直處理系統1600用於根據在此所述的實施例形成多孔電紡絲隔離件。處理系統1600可包含複數個處理腔室 1612-1636，處理腔室1612-1636被配置在一線中，各個處理腔室設以對撓性導電基材161〇執行處理步驟。在一實施例中，處理腔室1612_1636是獨立的模組處理腔室，其t各個模組處理腔室在結構上和其他模組處理腔室分離。所以’可獨立地配置、再配置、取代或維持各個獨立的模組處理腔室，而不會彼此影響。處理腔室 16^4636可設以執行同時的雙側製程，以同時地處理撓性導電基材1610的各側。處理系統ι_可包含一微結構形成腔室1612 ,微結構形成腔室1612用於在撓性導電基材上方形成多孔陽極結構的-部分或多孔陰極結構的一部分。在一實施例中’微結構形成腔室是選自鍍覆腔室、壓印腔室、浮雕化腔室與電化學蝕刻腔室。處理系統1600還可包含一第—清洗腔室Μ"，第一清洗腔室1614設以在壓印製程之後使用清洗流體（例如離子水）來，月洗且移除垂直定向的挽性導電基材…〇的部分上的任何殘餘微粒與處理溶液。處理系統1_還可包含一第二微結構形成腔室 1616,第二微結構形成腔室1616設置在第—清洗腔室 ^4的旁邊’第二微結構形成腔室i6i6用於在挽性導電基材上方形成多孔 %極、、構的一部分或多孔陰極結構部分。在-實施例中1二微結構形成腔室1616設 28 201230453 以在撓性導電基材1610的至少一部分上執行蝕刻製程，以形成陰極結構或陽極結構。腔室1612與腔室1616 可各自包含選自壓印腔室、濕式蝕刻腔室、電化學蝕刻腔室、圖案穿孔腔室與上述的腔室的腔室。處理系統1600還可包含一第二清洗腔室1618，第二清洗腔室1618設以在已經執行濕式蝕刻製程之後使用清洗流體（例如去離子水）來清洗且移除撓性導電基材 1610的部分上的任何殘餘微粒蝕刻溶液。在一實施例中，包含空氣刀的腔室1620設置成鄰近於第二清洗腔室 1618。處理系統1600還可包含一預熱腔室1622，預熱腔室 1622設以使撓性導電料161〇暴露於乾燥製程’、，’、以從所沉積的多孔結構移除過量濕氣。在一實施例中，預熱腔室1622含有設以執行乾燥製程（諸如空氣乾燥製程、紅外線乾燥製程、電磁乾燥製程或馬蘭哥尼乾燥製程 (marangoni drying process))的源。處理系統1副還可包含—第—錢塗覆腔室1624, 第-喷麗塗覆腔室1624設以在形成於撓性導電基材 1610上方的多孔陽極或陰極結構之上與/或之内沉積電致活性微粒（諸如陰極活性或陽極活性微粒）。儘管第— 喷灑塗覆腔室1624是以作為喷;麗塗覆腔室來討論第一喷灑塗覆腔室1624可設以執行任何上述的沉積製程。處理系統1600還可包含一後乾燥腔室1626，後乾燥腔室⑻6設置成鄰近於第—喷灌塗覆腔室1624,後乾 29 201230453 燥腔室丨626設以使撓性導電基材161〇暴露於乾燥製程。在一實施例中，後乾燥腔室1626設以執行諸如空氣乾燥製程（例如將導電基材161〇暴露於加熱的氮）、紅外線乾燥製程、馬蘭哥尼乾燥製程或退火製程(例如快速熱退火製程）的乾燥製程。處理系統1600還可包含一第二喷灑塗覆腔室1628，第-喷灑塗覆腔室1628言史置成鄰近於後乾燥腔室 1626。儘管第二喷灑塗覆腔室1628是以作為喷灑塗覆腔室來討論，第二噴灑塗覆腔室1628可設以執行任何上述的沉積製程。在-實施例中，第二噴湛塗覆腔室設以在形成於撓性導電基材161〇上的多孔導電結構上方沉積陽極或陰極活性微粒。在—實施例中，第二喷麗塗覆腔室1628設以在垂直定向的導電基材161〇上方沉積添加物材料（諸如黏結劑）。處理系統1600還可包含-壓縮腔室1630，壓縮腔室 1630設置成鄰近於第二噴灑塗覆腔室1628,壓縮腔室 1630 β又以使撓性導電基材161〇暴露於排程製程 (calendaring process) ’以將所沉積的電致活性微粒壓縮成導電微結構。在實施例中，處理系統1 _還包含—第三乾燥腔室 1632’第三乾燥腔t 1632設置成鄰近於電紡絲腔室 1634’第二乾燥腔t 1632設以使撓性導電基材ι6ι〇暴露於諸如空氣乾燥製程(例如將撓性導電基材1610暴露於加熱的氮）紅外線乾燥製程、馬蘭哥尼乾燥製程或退 30 201230453 火製程（例如快速熱退火製程）的乾燥製程。在-實施例中，處理系統1600還包含電纺絲腔室 1634,電纺絲腔室1634設置成鄰近於第三乾燥腔室 ' .1632,電紡絲腔室1634用於根據在此所述的實施例在二性導電基材1610上方形成多孔電纺絲聚合物隔離至少一部分。在-實施例中，處理系統議還包含麗塗覆腔室1636’第三喷灌塗覆腔室1636用於在繞性導電基材1610上方形成多孔電紡絲聚合物隔離件的至少一部分，第三喷灑塗覆腔室1636設置成鄰近於第三噴灑塗覆腔室⑹6。儘管第三喷灌塗覆腔室1636是以作為喷灌塗覆腔室來討論，第三喷灑塗覆腔室1636可設以執行任何上述的沉積製程。在特定實施例中，處理系統還包含額外的處理腔室。額外的模組處理腔室可包含一或更多個處理腔室，該一或更多個處理腔室選自從電化學鍍覆腔室、無電沉 :腔室 '化學氣相沉積腔室、電製增強化學氣相沉積腔室、原子層沉積腔室、清洗腔室、退火腔室、乾燥腔室、 ' 喷灑塗覆腔室、額外的喷腔室、聚合物沉積腔室與上 • 述的組合所構成的處理腔室的群組。亦應瞭解，線上處理系統（in-line processing system)可包括額外的腔室或更少的腔室。處理腔室1612·1636大體上沿著-線來配置，因而垂直定向的導電基材1610的部分可經由饋送筒164〇與接 31 201230453 取筒1 642而被流線型化通過各個腔室。在一實施例中，隨著垂直定向的基材1610離開接取筒1642，基材1610 進一步被處理以形成稜柱組件（prismatic assembly)。亦應瞭解，儘管製程是以用於處理垂直定向的基材來討論，可在具有不同定向（例如水平定向）的基材上執行相同的製程。可併同在此所述的實施例來使用的水平處理系統的細節被揭示在共同受讓的美國專利申請案第 12/620,788號，該美國專利申請案第12/620,788號是在西元2009年11月18日提出申請而具有「APPARATUS AND METHOD FOR FORMING 3D NANOSTRUCTURE ELECTRODE FOR ELECTROCHEMICAL BATTERY AND CAPACITOR」的發明名稱且授予給Lopatin等人且現已被公開為 US2010-0126849，該美國專利申請案第 12/620,788 號的第 5A-5C 圖、第 6A-6E 圖、第 7A-7C 圖與第8A-8D圖以及相應於該等圖的敘述以引用之方式在此被併入本文。在特定實施例中，垂直定向的基材可相對於垂直平面而傾斜。舉例而言，在特定實施例中，基材可相對於垂直平面而傾斜約1°至約20°。在此所述的特定實施例已經說明一種形成高度多孔的奈米纖維的薄膜的技術，該高度多孔的奈米纖維的薄膜可原位地（in-situ)被施加且被用作為用於链離子電池製造的整合隔離件。此整合隔離件沉積技術可容許目前電池製造過程的顯著成本降低以及簡化。儘管上述說明是導向本發明的實施例，可在不悖離本 32 201230453 的其他與進一步實施申凊專利範圍來決定。發明的基本範疇下設想出本發明例，並且本發明的範鳴是由隨附的【圖式簡單說明】因此，可詳細理解本發明之上述特徵結構之方式，即上文簡要概述之本發明之更特定描述可參照實施例進行，其中-些實施例在附圖中圖示。然而，應注意的是，附圖僅圖示本發明之典型實施例，且因此不欲視為會對本發明料構成限制，因為本發明可允許其他等效實施例。第1A圖是根據在此所述的實施例的部分的鋰離子電池單元雙層的示意圖，鋰離子電池單元雙層具有電紡絲聚合物隔離件；第1B圖是根據在此所述的實施例的部分的鋰離子電池單元的示意圖，鋰離子電池單元具有電紡絲聚合物隔離件；第2圖是陰極堆疊與陽極堆疊的一實施例的剖視圖，陰極堆疊與陽極堆疊具有根據在此所述的實施例而形成的電纺絲聚合物隔離件；第3圖是製程流程圖，該製程流程圖概述用於根據在此所述的實施例而形成第2圖的陰極堆疊與陽極堆疊的方法的一實施例；第4圖是製程流程圖，該製程流程圖概述用於根據在 33 201230453 此所述的實施例而形成電紡絲整合隔離件的方法的—實施例；第5圖是製程流程圖，該製程流程圖概述用於根據在此所述的實施例而形成電紡絲整合隔離件的另一方法的一實施例；第6圖是製程流程圖，該製程流程圖概述用於根據在此所述的實施例而形成電紡絲整合隔離件的另一方法的一實施例；第7圖是製程流程圖，該製程流程圖概述用於根據在此所述的實施例而形成電紡絲整合隔離件的另一方法的一實施例；第8圖是製程流程圖，該製程流程圖概述用於根據在此所述的實施例而形成電紡絲整合隔離件的另一方法的一實施例；第9圖是製程流程圖，該製程流程圖概述用於根據在此所述的實施例而形成電紡絲整合隔離件的另一方法的一實施例；第10圖是製程流程圖，該製程流程圖概述用於根據在此所述的實施例而形成電紡絲整合隔離件的另一方法的一實施例；第11圖示意地圖示設備的一實施例’該設備用於根據在此所述的實施例而將一整合隔離件電紡絲在電極表面上；第12圖不意地圖不設備的另一實施例’該设備用於根 34 201230453 據在此所述的實施例而將一整合隔離件電紡絲在電極表面上；第13A和13B圖是根據在此所述的實施例而沉積的電紡絲不織聚合物纖維的掃瞄式電子顯微鏡（Sem)圖像的示意圖；第14A和14B圖是根據在此所述的實施例而沉積的電紡絲纖維的SEM圖像的示意圖；第15A和15B圖是根據在此所述的實施例而沉積的裝載有陶瓷的電紡絲纖維的SEM圖像；以及第16圖示意地圖示根據在此所述的實施例的處理系統的一實施例。為促進理解，在可能時使用相同的元件符號來指定該等圖式共有的相同元件。預期，一個實施例中揭示的元件與特徵結構可有利地用於其他實施例而不需特別詳述。【主要元件符號說明】 100 鋰離子電池單元 l〇2a第一陽極結構 103a第一陰極結構 1〇4 隔離件 104b 隔離件層 113電流收集器 101 負載 102b 第一陽極結構 103b 第一陰極結構 104a 隔離件層 111 電流收集器 115 電紡絲隔離件 35 201230453 120 鋰離子電池單元 202 陰極堆疊 206 陰極結構 222 陽極堆疊 226 陽極結構 300 方法 302-310 方塊 400 方法 402-404 方塊 500 方法 502 方塊 600 方法 602-604 方塊 700 方法 702 方塊 800 方法 802-806 方塊 900 方法 902-906 方塊 1000 方法 1002-1004 方塊 1100 設備 1102 液體混合物 1104 注射器 1106 金屬針 1110 電壓供應器 1112 聚合物喷流 1114 接地表面 1116 電極結構 1120 間隙距離 1200 設備 1202 液體混合物 1204 容器 1210 電壓供應器 1212a 聚合物喷流 1212b 聚合物喷流 1214 接地表面 1216 電極結構 1220 間隙距離 1600 處理系統 1610 導電基材 1612 處理腔室 1614 第一清洗腔室 1616 第二微結構形成腔室 1618 第二清洗腔室 1620 腔室 36 201230453 1622 1626 1630 1634 1640 預熱腔室 1624 第一噴灑塗覆腔室後乾燥腔室 1628 第二喷灑塗覆腔室壓縮腔室 1632 第三乾燥腔室電紡絲腔室 1636 第三喷灑塗覆腔室饋送筒 1642 接取筒 37

Claims

201230453 七、申請專利範圍：一種鋰離子電池，鐘離子電池包含：該鋰離子電池具有一電極結構，該 —陽極堆疊，該陽極堆疊包含： "'陽極電流收集器；及陽極結構，該陽極結構被形成在該陽極電流收集器的—第一表面上方；一陰極堆疊，該陰極堆疊包含：一陰極電流收集器；及一陰極結構，該陰極結構被形成在該陰極電流收集器的—第一表面上方；及 —多孔電纺絲聚合物隔離件，該多孔電紡絲聚合物隔離件包含—奈米纖維骨幹結構，該多孔電紡絲聚 α物隔離件位在該陽極結構與該陰極結構之間。 2’如叫求項1的鋰離子電池，其中該奈米纖維骨幹結構還包含陶瓷微粒，該等陶瓷微粒被鑲嵌在該奈米纖維骨幹結構的奈米纖維中。 3.如請求項2的鋰離子電池，其中該等陶瓷微粒選自包含下述化合物的群組：Pb(Zr，Ti)〇3 (ΡΖΤ)、 PB(Mg3Nb2/3)03--PbTi03 (PMN-PT)、BaTi03、Hf〇2(二氧化給）、SrTi03、Ti〇2(二氧化钦）、Si〇2(二氧化石夕）、 38 201230453 Al2〇3(氧化鋁）、.zr〇2(-負卟扯、广 ^ 氧化錯）、Sn〇2、Ce〇2、M〇' Ca〇、Y2〇3與上述的組合。 4.如請求項3的鋰離子雷池，1 # 士，電池其中該奈米纖維骨幹結構包含一第一聚合物材料，該坌—取入第一聚合物材料選自聚醯胺、聚丙浠酸（ΡΑΑ)、聚偏二氟乙婦（pvDF)、叛甲基纖維素（CMC)與苯乙烯-丁二烯橡膠（SBR) 5.如請求項4賴離子電池，其中該多孔電料聚合物隔離件還包含一第二聚合物材料，該第二聚合物材料被沉積在該奈米纖維骨幹結構上方’其中該第二聚合物材料不同於該第一聚合物材料。 6. 如請求項4的鋰離子電池，其中該第二聚合物材料選自聚醯胺、聚丙烯酸（PAA)、聚偏二氟乙烯（pvDF)、叛曱基纖維素（CMC)與苯乙稀-丁二稀橡膝（sb r)。 7. 如請求項1的鋰離子電池，其中該陰極結構是一多孔結構’該多孔結構包含一陰極活性材料，該陰極活性材料選自包含下述的群組：二氧化鈷鋰（LiCo02)、二氧化錳鋰（LiMn02)、二硫化鈦（TiS2)、 LiNixC〇j.2xMn〇2' LiMn204' LiFeP04' LiFei.xMgP04 > LiMoP〇4、L1C0PO4、Li3V2(P04)3、LiVOP〇4、 LiMP2〇7、LiFei.5P2〇7、L1VPO4F、LiAlP〇4F、 39 201230453 LisV(P〇4)2F2 、 Li5Cr(P〇4)2F2 、 Li2C〇p〇4F 、 Li2NiP〇4F、Na5V2(P04)2F3、Li2FeSi04、Li2MnSi〇4、 Li2V〇Si〇4、LiNi02與上述的組合。 8. 如請求項3的鋰離子電池，其中該奈米纖維骨幹結構的奈米纖維具有約100 nm至約200 nm的一直徑。 9. 如晴求項3的鋰離子電池，其中相較於由相同材料所形成的一實心膜而言，該奈米纖維骨幹結構具有約 40%至約90%的一孔隙度。 10. 如請求項5的鋰離子電池，其中該第一聚合物材料具有大於200。。的一熔點溫度，並且該第二聚合物材料具有小於140 C的-炼點溫度，以致在熱迅速飛澡的期間，該第二聚合物材料會被溶化且被溶融在一起，降低了層中的孔隙度且_ 又且因而减緩了鋰離子傳送和相關的電化學反應。 11. 一種形成一電極結構的方得幻万法，該方法包含下列步驟：提供一第一電極結構；及將一奈米纖維骨幹沾 ± 开、、°構直接地電紡絲在該第一電極π構的一表面上， _ /成夕孔電紡絲聚合物隔離仵。 40 201230453 12.如請求項U的方法，其中該奈米纖維骨幹結構包含一第一聚合物材料’該第一聚合物材料選自聚丙烯酸 (PAA)、聚偏二氟乙烯（PVDF)、羧甲基纖維素（CMC) 與苯乙烯-丁二烯橡膠（SBR)。 1 3 .如明求項12的方法，其中將該奈米纖維骨幹結構直接地電紡絲的步驟還包含下列步驟：將一第二聚合物材料電紡絲，該第二聚合物材料不同於該第一聚合物材料，該第二聚合物材料選自聚丙烯酸（PAA)、聚偏二氟乙烯（pvDF) 、羧甲基纖維素與苯乙稀丁二稀橡膠（SBR)。 14·如凊求項12的方法，該方法還包含下列步驟：对冬 _ _ 一、昂二聚合物材料電紡絲在該奈米纖維骨幹結構上方，JL if Avt /、中該第二聚合物材料選自聚偏二氟乙烯 ()羧曱基纖維素（CMC)與苯乙烯-丁二烯橡膠 (SBR) 〇 1 5 ·如§青求項12的八= 万法，其中該奈米纖維骨幹結構還包二微粒，4等陶瓷微粒被鑲嵌在該奈米纖維骨幹結構的奈米纖維中。 16.如請求項15的甘 ...万去’其中該等陶瓷微粒選自包含下述化合物的μ ^ 的群組：Pb(Zr,Ti)03 (ΡΖΤ)、 201230453 PbmLaxZn-yTiyCh (PLZT ’x 和 y 是獨立地介於〇與 i 之間）、PB(Mg3Nb2/3)03--PbTi03 (PMN-PT)、BaTi03、 Hf〇2(二氧化給）、SrTi〇3、Ti〇2(二氧化鈦）、si〇2(二氧化石夕）、Al2〇3(氧化鋁）、Zr02(二氧化鍅）、Sn〇2、 Ce02、MgO、CaO、Y2〇3與上述的組合。 ]7·如請求項15的方法，其中將一奈米纖維骨幹結構電紡絲的步驟包含下列步驟：沉積一含聚合物液體混合物在一表面上，該表面平行於該第一電極結構的一表面’其中該含聚合物液體混合物包含該等陶瓷微粒；及施加一電壓到該含聚合物液體混合物，以將鑲嵌有該等陶瓷微粒的該奈米纖維骨幹結構電紡絲在該第一電極結構的該表面上。其中將一奈米纖維骨幹結構直電極結構的一表面上的步驟包 18.如請求項12的方法，接地電紡絲在該第一含下列步驟：將-第-聚合物材料電紡絲，該第一聚合物材料具有大於200。〇的一高熔點溫度（Tm);及將-第二聚合物材料電紡絲，該第二聚合物材料於140 C的-低熔點溫度，以致在熱迅速飛漲的期間’低熔點溫度聚合物線會被熔化且被熔融在— 起’降低了層中的孔隙度且因而減緩了鐘離子傳送和 42 201230453 相關的電化學反應。 9.種用於纟撓性導電基材上方形成一整合隔離件的線上基材處理系統，該線上基材處理系統包含：微、構形成腔室，該微結構形成腔室用於在該撓陡導電基材上方形成—電極結構的至少—部分；一電紡㈣室’該電料職詩直接地在該電極結構上形&-多孔電紡絲聚合物隔離件的至少一部分；及一一基材傳送機構，該基材傳送機構設以在該等腔室之間傳送該撓性導電基材，該基材傳送機構包含：一饋送筒，該饋送筒設置在各個腔室的一處理容積的外面，並且該饋送筒設以將該撓性導電基材的—部分保持在各個腔室的該處理容積内；及、一接取筒，該接取筒設置在該處理容積的外面’並且該接取筒設以將該撓性導電基材的-部分保 2住’其中該基材傳送機構設以致動該等饋送筒與該 $接取筒以將該撓性導電基材移動進與出各個腔 =並且該基材傳送機構將該撓性導電個腔室的該處理容積中。子在各 2二==:線上基#處理“，其中該線上基材電喷灑腔室，該電喷灌腔室用於在該撓性導電 43 201230453 基材上方形成該多孔電紡絲聚合物隔離件的至少一部分。 44