能量存储的方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本申请通常涉及用于使用电池或超级电容器的能量存储的方法和装置。
【背景技术】
[0002]存在对可印刷的能量存储装置的越来越多的兴趣，诸如由于低成本和机械灵活性的超级电容器和电池。对于任何种类的能量存储装置，传统的或可印刷的装置，最小化内部电容非常重要，由于装置的功率输出很大程度上依赖于等效的串联电阻(ESR)。任何减少的ESR中将产生直接的功率输出的改进。对于超级电容器，低ESR特别重要，因为它主要用于高电流应用。在电极与集电体之间的界面电阻贡献超级电容器的整体ESR的显著部分。对于可印刷的能量存储装置，降低界面电阻的工序应该与印刷技术兼容。
[0003]铝箔通常被用作用于超级电容器的集电体，并且对于电池，铝被典型地用于阴极集电体，而铜箔用于阳极集电体，然而，对于这些金属，界面电阻和电极可能存在问题。铝和铜箔具有平滑的表面并且在电极和箔之间的接触区域受限，以及在电极和铝表面之间的粘附通常欠佳的。此外，铝和铜容易形成绝缘氧化层，其增加了界面电阻。表面蚀刻和其它工序可以被用于扩大用于铝和铜集电体的接触区域并且去除表面氧化物，但是当电池或超级电容器在使用中时，氧化物层将重组并且作为结果，ESR将随着这样的使用逐步增加。也应当注意，以增加集电体的表面区域的化学蚀刻，同样涉及强酸的使用，这通常不适合于可印刷的电池或超级电容器制造。
【发明内容】
[0004]本发明的实例的各方面被在权利要求书中陈述。
[0005]根据本发明的第一方面，提供一种包括第一和第二电极、第一和第二集电体、电解质以及第一接触层的装置；其中所述电解质被配置为分隔所述第一和第二电极；并且其中所述第一接触层被配置为在所述第一集电体与所述第一电极之间形成电气接触。
[0006]根据本发明的第二方面，一种方法包括:在第一集电体上沉积第一接触层；在所述第一接触层上沉积第一电极；在第二集电体之上沉积第二电极；以及在所述第一与第二电极之间沉积电解质以形成包括通过所述电解质分隔的所述第一和第二电极的装置；其中将所述第一接触层配置为使形成在所述第一集电体与所述第一电极之间电气接触。
【附图说明】
[0007]为了更完全的理解本发明的示例性实施例，现在与附图结合做出引用到下文的描述，其中:
[0008]图1示出根据本发明的一方面的装置；
[0009]图2示出根据本发明的另一方面的装置；
[0010]图3为示出用于制造根据本发明的一方面的装置的操作的流程图；以及
[0011]图4示出对于根据本发明的装置的实验结果。
【具体实施方式】
[0012]通过参考附图的图1到4理解本发明的示例性实施例和其潜在优势。
[0013]图1示出根据本发明的装置，在第一实例中为电池100。电池100包含通过电解质101分隔的第一电极102、第二电极103。电池100也包含第一集电体104和第二集电体105 ;第一和第二集电体104、105支撑第一和第二电极102、103，并且提供在电池100与外部电路107之间的电气连接。电池100也包含分隔物110以阻止在第一与第二电极102、103之间的直接接触。
[0014]在第一电极102 (电池100的阳极)处，可以发生产生电子的氧化反应。这些电子可以从第一电极102 (电池100的阳极)围绕外部电路107 (通过箭头108表示)流动到第二电极103 (电池100的阴极)以在阴极103处发生还原反应。
[0015]电子108的流动可以被用于驱动在外部电路105中的一个或多个电气部件109。氧化和还原反应可以继续直到反应物完全转化。除非经由外部电路107，电子能够从阳极102流动到阴极103，否则电化学反应不可能发生。在没有外部电路107连接阳极102到阴极103时，化学反应的抑制允许电池100在相当一段时间内存储电。随着电子围绕外部电路107从阳极102流动到阴极103，负电荷云在电解质101中围绕阴极103产生，并且正电荷云在电解质101中围绕阳极102产生。在电解质101中的正和负离子(在图中没有示出)移动以中和这些电荷云，允许反应和电子的流动继续。没有来自电解质101的离子，围绕每个电极102、103的电荷云将抑制电的生成。到电气部件109的功率输出很大程度上依赖电池100的等效串联电阻(ESR)。在第一电极102与第一集电体之间的界面电阻贡献整体ESR的显著部分。本发明提供在第一电极102与第一集电体105之间并且与其电气接触的接触层106，以减少在第一电极102与第一集电体105之间的界面电阻。
[0016]在一个实例中，电池100可能为锂离子电池，其电解质101包含在电池100的充电或放电期间插入或移出第一和第二电极102、103的锂离子(在图1中没有示出)。这样的锂-离子电池100，包含诸如石墨的碳阳极102、包括锂金属氧化物的阴极103、包括铝箔的阴极集电体104和包括铜箔的阳极集电体105以及包括锂盐和有机溶剂的电解质101。接触层106包含平均颗粒尺寸在0.1与10微米之间的多样性的铜、银或金颗粒，并且接触层106具有在10与20微米之间的平均厚度。形成阴极的锂金属氧化物包含一种或多种:锂钴氧化物、锂铁磷酸盐以及诸如锂锰氧化物的尖晶石。电解质包含诸如碳酸亚乙酯或碳酸二乙酯的有机碳酸酯的混合物。锂盐包含一种或多种:六氟磷酸锂(1^?匕81*.6)、六氟砷酸锂一水合物(LiAsF.sub.6)、高氯酸锂(LiCl0.sub.4)、四氟硼酸锂(LiBF.sub.4)以及三氣甲横酸锂.(LiCF.sub.3S0.sub.3)。
[0017]与电池对比，电容器静电存储电荷。被称为“超级电容器”(也被称为电双层电容器、超级电容器以及电化学双层电容器)的相对新类型的电容器比常规的或电解质电容器提供更大能量存储，并且因为便携式电子应用变得越来越流行。
[0018]图2示意性示出根据本发明的装置，在该实例中其为超级电容器300。超级电容器300包含第一和第二铝集电体301、302连同第一和第二电极303、304。第一和第二电极303,304包含多孔碳层，因为电极孔隙度增加与电解质305接触的电极表面区域，其产生更大的电荷存储。当电源311在第一与第二电极303、304之间施加电势差时，电解质305变得极化。在第一电极303上的电势吸引在电解质305中的正离子，而在第二电极304上的电势吸引负离子。当电容器被充电时，在电解质305中的离子设置它们自己在电极304、303的表面以镜像表面电荷316并且形成绝缘“电双层”。在第一和第二电极303、304的表面上的电双层和高表面积材料的使用的结合允许电荷载流子被存储在电极-电解质界面。
[0019]关于在图1中所示的电池100，到在图2中所示的电气部件310的功率输出很大程度上依赖超级电容器300的等效串联电阻(ESR)。在电极303、304与集电体301、302之间的界面电阻贡献整体ESR的显著部分。本