具有体积变化材料的固态电池的制作方法
【专利摘要】在一个实施例中，一种电化学电池单元包括：第一电极；与第一电极间隔开的第二电极，第二电极包括至少一个第一薄膜沉积形成的体积变化适应特征；以及定位在第一电极与第二电极之间的分隔物。
【专利说明】具有体积变化材料的固态电池
[0001]交叉引用
本申请要求于2013年8月28日提交的美国临时申请N0.61/870，896的权益，该临时申请的整体内容通过引用并入于此。
技术领域
[0002]本公开涉及电池，并且更具体地涉及固态电池。
【背景技术】
[0003]可再充电锂离子电池是针对便携式电子设备以及电动和混合电动车辆的有吸引力的能量存储系统，这是因为它们与其他电化学能量存储设备相比的高比能。典型的Li离子电池单元包含负电极、正电极和负电极与正电极之间的分隔物区域。两个电极包含可逆地插入锂或与锂反应的活性材料。在一些情况下，负电极可以包括可以可逆地电化学溶解和沉积的锂金属。分隔物包含具有锂阳离子的电解质，并且用作电极之间的物理屏障，使得没有一个电极在电池单元内电子连接。
[0004]通常，在充电期间，在正电极处存在电子的生成并且在负电极处存在等量的电子的消耗，以及这些电子经由外部电路来传递。在电池单元的理想充电中，在正电极处生成这些电子，因为存在经由氧化锂离子从正电极的活性材料的提取，并且在负电极处消耗电子，因为存在锂离子成负电极的活性材料的还原。在放电期间，完全相反的反应发生。
[0005]与具有常规碳质负电极的电池相比，具有锂金属负电极的电池提供极高的比能(以Wh/kg为单位)和能量密度(以Wh/L单位)。然而，这样的系统的循环寿命由于下述是相当有限的:(a)随着Li金属被剥离和镀覆的每个循环期间的电池单元夹层中的显著体积变化；(b)再充电期间的枝晶的形成，该枝晶可能穿透分隔物和使电池单元短路和/或导致负电极的破碎和容量损失；(C)扩展循环上的金属中的形态变化，其导致电池单元中的大的总体体积变化；以及(d)钝化层的结构和组成的变化，钝化层当被暴露到某些电解质时形成在金属表面，该钝化层可以隔离一些金属和/或随着时间推移增加电池单元的阻抗。
[0006]当高比容负电极诸如金属用在电池中时，在常规系统上的容量增加的最大益处当也使用高容量正电极活性材料时被实现。例如，常规锂嵌入的氧化物(例如，LiCoO2、LiN1.sCo0.BAl0.0^^iuNitoCotoMntoO〗)通常限于约280 mAh/g的理论容量(基于锂化氧化物的质量)和180至250 mAh/g的实际容量，其与锂金属的特定容量3863 mAh/g相比是相当低的。针对其某一实际循环已被实现用于锂离子正电极的最高理论容量是1168 mAh/g(基于锂化材料的质量)，其由1^必和1^202共享。其他高容量材料包括BiF3(303 mAh/g，锂化的)，FeF3(712 mAh/g，锂化的)，Li0H.^0(639 mAh/g)及其他。不幸的是，所有这些材料在与常规氧化物正电极相比的较低电压下与锂反应，因此限制理论比能;然而，理论比能仍然非常高(>800 Wh/kg，与针对具有锂负电极和常规氧化物正电极的电池单元的约500 ffh/kg的最大值相比)。
[0007]图1描绘示出对于使用不同比能的电池包的车辆可实现范围对电池包重量的图表2。在图表10中，比能针对整个电池单元，包括电池单元封装重量，假设对于从特定一组电池单元形成电池包的50%的重量增加。对于位于车辆内的电池包，美国能源部已建立200 kg的重量限制。因此，仅具有大约600 Wh/kg或更多的电池包可以实现300英里的范围。
[0008]基于锂的电池具有足够高的比能(Wh/kg)和能量密度(Wh/L)，它们现在正被用在电动车辆中。然而，为了给具有几百英里的范围的全电动车辆供电，具有比本领域的目前状态(具有石墨阳极和过渡金属氧化物阴极的嵌入系统)更高的比能的电池是必要的。
[0009]与当前利用的电池相比提供更高比能的一些选项是可能的。例如，图2描绘了标识各种基于锂的化学性质的比能和能量密度的图表4。在图表4中，仅电池单元的活性材料、集流器、粘结剂、分隔物和其他惰性材料的重量被包括。不包括封装重量(诸如标签、电池单元罐等)。如根据图表4明显的，使用锂金属负电极和减少硫以形成硫化锂的正电极的锂硫电池具有比本领域的目前状态显著更高的比能。
[0010]存在必须为锂硫系统成为商业可行而解决的重大挑战。重要挑战包括增加循环寿命(本领域的当前状态是100到几百循环；目标是>500，优选地>2000)，增加硫的利用率(典型的利用率由于通过电子绝缘的Li2S或Li2S2的正电极的钝化而低于75%)，增加正电极中的硫的质量分数(通常质量分数低于50%)和增加电池单元的倍率性能(目标放电率是IC或更高)。虽然文献中描述的一些Li/S电池单元满足针对循环寿命、比能和比功率的一些目标，但是这些电池单元中没有一个充分解决如实现商业电池单元将需要的所有问题。
[0011]与硫阴极关联的另一挑战是，当它被完全锂化(S^Li2S)时，它经历大的体积变化(约 70%)。
[0012]锂金属对循环非常具有挑战性，这归因于在电池充电期间的枝晶的形成和在循环期间发生的其他形态变化。对锂金属的替代方案是硅，硅在电池充电期间与锂成合金高达Li4.4Si的组成。这种材料具有比石墨更高的容量(与针对石墨的372 mA/hg相比为4200mAh/g)，但在全锂化时也经历非常大的体积变化(约300%)。
[0013]这些高体积变化材料(尽管它们具有有吸引力的容量)由于在材料内和在材料界面处的机械应力的生成而难以在电池中循环。容量衰减的速率由于材料断裂和/或电池部件(例如，阳极与集流器)之间的附着力的损失通常是高的。体积变化在全固态电池中特别难以管理。
[0014]因此，所需要的是，解决上述标识的问题的一个或多个的固态电化学电池单元。
【发明内容】
[0015]根据一个实施例，一种电化学电池单元包括:第一电极;与第一电极间隔开的第二电极，第二电极包括至少一个第一薄膜沉积形成的体积变化适应特征；以及定位在第一电极与第二电极之间的分隔物。
[0016]在一个或多个实施例中，至少一个第一薄膜沉积形成的体积变化适应特征包括在其中形成有第一多个圆盘的空隙，第一多个圆盘中的每一个大体上沿着在电池单元的充电或放电期间由电池单元内的离子流定义的轴延伸。
[0017]在一个或多个实施例中，第二电极包括阳极；以及第一多个圆盘包括硅的形式。
[0018]在一个或多个实施例中，第二电极包括至少一个第二薄膜沉积形成的体积变化适应特征。
[0019]在一个或多个实施例中，至少一个第二薄膜沉积形成的体积变化适应特征包括在其中形成有第二多个圆盘的空隙，第二多个圆盘中的每一个大体上沿着所述轴延伸。
[0020]在一个或多个实施例中，第二多个圆盘包括硫的形式。
[0021]在一个或多个实施例中，第二电极中的空隙填充有可压缩物质。
[0022]在一个或多个实施例中，分隔物包括:邻近第一电极的第一层;定位在第一层和第二电极之间的第二层；以及沿着所述轴从第一层向第二层延伸的多个固体电解质组件。
[0023]在一个或多个实施例中，至少一个第一薄膜沉积形成的体积变化适应特征包括多个空隙，该多个空隙沿着与在电池单元的充电或放电期间由电池单元内的离子流定义的轴垂直的平面具有大体上圆形的横截面。
[0024]在一个或多个实施例中，一种形成电化学电池单元的方法包括:提供第一集流器；使用薄膜沉积工艺形成与由第一集流器支持的第一结构相关联的至少一个第一体积变化适应特征；以及将分隔物定位在(i)包括第一集流器、至少一个第一体积变化适应特征和第一结构的第一电极与(i i)第二电极之间。
[0025]在一个或多个实施例中，形成至少一个第一体积变化适应特征包括:形成在其中形成有第一多个圆盘的空隙，第一多个圆盘中的每一个大体上沿着与第一集流器的表面垂直的轴延伸。
[0026]在一个或多个实施例中，形成至少一个第一体积变化适应特征包括:使用薄膜沉积工艺形成与由第一集流器支持的硅结构相关联的至少一个第一体积变化适应特征。
[0027]在一个或多个实施例中，方法包括:提供第二集流器；以及使用薄膜沉积工艺形成与由第二集流器支持的第二结构相关联的至少一个第二体积变化适应特征，其中第二电极包括第二集流器、至少一个第二体积变化适应特征和第二结构。
[0028]在一个或多个实施例中，形成至少一个第二体积变化适应特征包括:形成在其中形成有第二多个圆盘的空隙，第二多个圆盘中的每一个在最终形成电池单元时大体上沿着所述轴延伸。
[0029]在一个或多个实施例中，形成至少一个第二体积变化适应特征包括:使用薄膜沉积工艺形成与由第二集流器支持的硫结构相关联的至少一个第二体积变化适应特征。
[0030]在一个或多个实施例中，方法包括用可压缩物质填充空隙，空隙具有在其中形成的第二多个圆盘。
[0031 ]在一个或多个实施例中，定位分隔物包括:提供第一层;提供第二层;在第一层和第二层之间延伸多个固体电解质组件;定位第一层为邻近第一结构；以及定位第二层在第一层和第二结构之间，使得多个固体电解质组件在最终形成电池单元时沿着所述轴延伸。
[0032]在一个或多个实施例中，形成至少一个第一体积变化适应特征包括:使用薄膜沉积工艺形成第一多个空隙，第一多个空隙中的每一个在最终形成电池单元时沿着与在电池单元的充电或放电期间由电池单元内的离子流定义的轴垂直的平面具有大体上圆形的横截面。
[0033]在一个或多个实施例中，形成至少一个第一体积变化适应特征包括:使用薄膜沉积工艺形成第二多个空隙，第二多个空隙中的每一个沿着与所述轴垂直的平面具有大体上卵形的横截面。
【附图说明】
[0034]图1描绘了示出针对各种比能的电池重量与车辆范围之间的关系的绘图；
图2描绘了各种基于锂的电池单元的比能和能量密度的图表；
图3描绘了电化学电池单元的简化横截面视图；
图4描绘了示出具有开放电池单元微结构化的复合分隔物的分隔物的图3的电池单元的部分侧透视图，所述复合分隔物具有形式为柱的固体电解质组件，所述固体电解质组件抑制枝晶形成同时允许阳极的弯曲；
图5描绘了示出处于去锂化状态的圆柱形圆盘的图3的阴极的俯瞰图；
图6描绘了示出处于锂化状态的圆柱形圆盘的图3的阴极的俯瞰图；
图7描绘了示出处于去锂化状态的圆柱形涂覆圆盘的阴极的俯瞰图；
图8描绘了示出处于锂化状态的圆柱形涂覆圆盘的图7的阴极的俯瞰图；
图9描绘了示出处于去锂化状态的不同材料的不同大小圆柱形圆盘的阳极的俯瞰图； 图10描绘了示出处于去锂化状态的矩形圆盘的阳极的俯瞰图；
图11描绘了示出包括集流器上的基本上为圆形空隙的活性材料层的阳极的俯瞰图；以及
图12描绘了示出包括集流器上的不同大小和定向卵形的空隙的活性材料层的阳极的俯瞰图。
【具体实施方式】
[0035]出于促进理解本公开原理的目的，现在将参照附图中示出并且在以下书面描述中描述的实施例。应理解，并不由此意图限制本公开的范围。还应理解，本公开包括对于所示实施例的任何改变和修改并且包括如对于本公开所属领域的普通技术人员将正常想到的本公开原理的进一步应用。
[0036]图3描绘了电化学电池单元100的简化横截面视图，电化学电池单元100包括具有集流器103的阳极102、具有铝集流器106的阴极104和分隔物结构108。阳极102包括锂金属或锂合金金属。阳极104被调整大小，使得在寿命的开始和充分充电时它具有与阴极106至少一样多的容量，并且优选至少10%的过量容量，并且在一些实施例中高达50%的过量容量，以计及在循环期间发生的副反应中可能消耗的Li金属。阳极102包含Li金属或一些其他Li插入材料，诸如Si或Sn或含Si或Sn的合金，其可以可逆地插入和电化学地提取Li离子。集流器103可以由铜制成。在一些实施例中，省略了集流器103并且使用Li金属将电子传导到电极和从电极传导电子。
[0037]在一些实施例中，分隔物108是微结构化的复合分隔物，其在阻断电子的同时在阳极102和阴极104之间传导锂离子。例如，图4描绘了电池单元100的部分透视图，其中分隔物108包括邻近于阳极102的层110和邻近于阴极104的层112。形式为柱114的多个固体电解质组件在层110和层112之间延伸，从而在层110和层112之间定义微结构腔118。柱114大体上沿着轴120在层110和层112之间延伸，在电池单元100的充电或放电期间锂离子沿着轴120流动。如本文中所使用的，当采取垂直于轴的横截面定义最小面积横截面时，圆盘或其他特征被理解为沿轴“延伸”或“正在延伸”。因此，圆柱圆盘在沿着轴延伸时将具有圆形横截面，而不是卵形横截面。
[0038]微结构化的复合分隔物108因此由规则地间隔的固体电解质组件114构成，固体电解质组件114提供足够的离子输运(S卩，通过提供足够高体积分数的传导材料并且通过限制阳极和阴极之间的结构的厚度)，以及提供机械阻抗来抑制阳极102中的锂枝晶的形成和生长。在图4的实施例中，固体电解质组件108是柔性的，以便适应电极的体积变化。
[0039]虽然在图4中示出了三个柱114，但是在其他实施例中存在更多或更少的固体电解质组件。在其他实施例中，固体电解质组件可以以其他形式配置。在一些实施例中，微结构腔118可以填充有不同组成以提供所期望的柔性和/或以其他方式修改微结构化的复合分隔物的机械属性。关于微结构化的复合分隔物108的更多细节和其他替代分隔物配置在于2014年8月15日提交的美国申请序列号14/460,798中有提供，该申请的整体内容通过引用并入于此。
[0040]在不同实施例中，分隔物108从锂传导石榴石、锂传导硫化物(例如，Li2S-P2S5)或磷酸盐、Li3P、Li3N、LIPON、Li传导聚合物(例如，PE0)、Li传导金属有机框架(诸如由Wiers等人的 “A Solid Lithium Electrolyte via Addit1n of Lithium Isopropoxide to aMetal-Organic Framework with Open Metal Sites/’Journal of American ChemicalSociety ,2011,133(37)，第14522-14525页所描述的，其整体内容通过引用并入于此)、含硫的LISiC0N、Li传导的NaSICON、Li1QGeP2S12、锂多硫化合物磷酸盐或其他固体的Li传导材料。可以使用的其他固体电解质材料在Christensen等人的“A critical Review of Li/AirBatteries”, Journal of the Electrochemical Society 159(2) 2012中有描述，其整体内容通过引用并入于此。在分隔物108中的其他材料可以包括Li7-xLa3TaxZr2-x012，其中0彡Xd
[0041]阴极104在一个实施例中仅包括活性Li插入材料。在各种实施例中，阴极104包括硫或含硫材料(例如，PAN-S复合物或Li2S);空气电极;Li插入材料，诸如NCM、LiN1.5Mm.504、富Li层状氧化物、LiCo02、LiFeP04、LiMn204;富Li NCM、NCA，和其他Li嵌入材料，或其混合物或与Li阳离子和/或电解质阴离子反应和/或插入Li阳离子和/或电解质阴离子的任何其他活性材料或材料的混合物。阴极104可以包括Li传导聚合物、陶瓷或其他固体、非聚合物电解质。阴极Li插入材料可以另外涂覆(例如，经由喷涂涂覆)有材料，诸如LiNbO3，以便改进Li插入材料与固体电解质之间的离子的流动，如在Γ.等人的Journal of PowerSources 233 (2013) 231-235中所描述的。
[0042]在阴极104中的固体电解质材料可以进一步包括锂传导石榴石、锂传导硫化物(例如，Li2S-P2S5)或磷酸盐、Li3P、LIP0N、Li传导聚合物(例如，PE0)、Li传导金属有机框架(诸如由Wiers等人的“A Solid Lithium Electrolyte via Addit1n of LithiumIsopropoxide to a Metal-Organic Framework with Open Metal Sites/’Journal ofAmerican Chemical Society，2011，133(37)，第 14522-14525页所描述的，其整体内容通过引用并入于此)、含硫的LISiC0N、Li传导的NaSICON、Li1QGeP2S12、锂多硫化合物磷酸盐或其他固体的Li传导材料。可以使用的其他固体电解质材料在Christensen等人的“A criticalReview of Li/Air Batteries”, Journal of the Electrochemical Society 159(2)2012中有描述，其整体内容通过引用并入于此。在阴极I 1x中的其他材料可以包括Li7-xLa3TaxZr2-xOi2，其中O彡X彡2，电子传导添加剂(诸如炭黑)以及粘结剂材料。阴极材料被选择以允许足够的电解质阴极界面面积用于所期望的设计。
[0043]阳极102和阴极104两者包括通过薄膜沉积工艺形成的(一个或多个)体积变化适应特征，尽管在其他实施例中只有阳极102或阴极104包括(一个或多个)确定形成的体积变化适应特征。薄膜沉积工艺包括化学气相沉积、物理气相沉积法、原子层沉积等。薄膜沉积使电极的图案化中的小特征尺寸、形状和位置能够被确实地控制。通过示例的方式，图5描绘了阳极102的俯瞰图。阳极102包括确定形成的特征，其在该实施例中是由形式为LixSi(其中x=4.4 )的S i材料形成的间隔开薄圆盘140的规则阵列。相反地说，确定或薄膜沉积的形成特征是具有被定位在其中的薄圆盘140的空隙，因为互补形成(一个或多个)结构和空隙(填充或未填充)。因此，当本文中参考形式为结构(例如，圆盘)的薄膜沉积形成的特征时，要理解的是关于该结构的空隙空间同样是薄膜沉积形成的特征。因为结构扩大“为”空隙空间，该空隙空间可以填充有柔性材料、可压缩流体，或未填充，所以(一个或多个)空隙空间在本文中被称为“体积变化适应特征”。
[0044]薄圆盘140已被沉积在集流器103的顶部(例如，Cu，AL用于阴极104)。在一些实施例中，圆盘140的直径〈100 μπι。在其它实施例中，圆盘140的直径〈I μπι。圆盘140可以具有50nm和200 μπι之间、优选是<2μπι的厚度。围绕圆盘的体积取决于在沉积工艺期间的环境是空隙或气体。空隙是在没有阳极102的过度结构变形的情况下允许圆盘140的膨胀的体积变化适应特征。在一些实施例中，将可压缩材料沉积在围绕圆盘142的体积中，可压缩材料在没有阳极102的过度结构变形的情况下允许圆盘140的膨胀。与依赖于随机形成的特征的过程相反，圆盘(或空隙)的大小、形状和位置由于上述标识的薄膜沉积工艺而被确实地控制。
[0045]—旦使用以上所述的薄膜沉积工艺中的一个形成阳极102(或阴极104)，固体电解质分隔物诸如分隔物108被沉积或层压到图案化电极102/104上。随后，阴极104(或阳极102)可以使用以上讨论的相同确实地受控工艺被直接沉积到分隔物108上，或者可替换地到其自己的集流器106上，并且然后被层压有分隔物108。
[0046]—旦制作和封闭电池单元100，电池单元100的操作将导致从一个电极102/104通过固体电解质分隔物108到另一个电极104/102的锂(或钠或其他转移离子)的转移。一般地，从其提取锂的电极将收缩，而插入锂到其中的电极将膨胀。活性电极材料的薄膜沉积形成的圆盘140的大小和间距被选择，使得当活性材料完全膨胀时最小化间隙体积，而不导致非期望的应力水平。
[0047]通过示例的方式，图6描绘了处于充分锂化状态的阳极102。在去锂化(S卩，电池单元的放电)时，Li留下Si并且Si体积被减少至25%的其原始体积。假设该体积变化是各向同性的、电极的厚度下降37%，并且薄膜沉积形成的圆盘的面积下降60%，如图5中描绘的那样。
[0048]在一些实施例中，薄膜沉积形成的Si圆盘通过电子和/或离子导体144被涂覆在圆周上。图7描绘了电极150，电极150包括处于去锂化状态的具有在集流器156上的涂层154的涂覆薄膜沉积形成的圆盘152。图8描绘了处于锂化状态的涂覆薄膜沉积形成的圆盘150。涂层152改进了电池单元的功率容量。圆盘152之间的间距被修改以计及涂层154所占的体积。
[0049]虽然图5-8的实施例描绘Si为经历高体积变化的示范性阳极材料，但是另一示范性材料是用作阴极材料的S，该阴极材料在对其锂化形成Li2S时经历70%体积变化。在一些实施例中，两个电极经历高体积变化。在一个这样的实施例中，薄膜沉积形成的Si圆盘被合并在阳极中，并且薄膜沉积形成的Li2S圆盘被合并在阴极中。
[0050]经历体积变化的任何电极材料可以以上述描述的方式被沉积用于阳极102。在一些情况下，沉积多于一种类型的活性材料。通过示例的方式，图9有阳极160，阳极160包括集流器166上的薄膜沉积形成的圆盘162和薄膜沉积形成的圆盘164。薄膜沉积形成的圆盘162是由不同于用于形成薄膜沉积形成的圆盘164的材料的材料形成的。此外，在该实施例中，圆盘162和圆盘164有不同的直径。因此，圆盘的直径不需要相同。
[0051]此外，虽然以上描述的实施例合并形式为间隔分开的圆柱形圆盘的薄膜沉积形成的特征，但是这些特征可以具有其他形状。例如，图10描绘了阳极170，阳极170包括集流器174上的薄膜沉积形成的立方体172。立方体172在横截面上基本上是矩形的。
[0052]在进一步实施例中，用形式为被空隙的薄膜沉积形成的特征的图案形成活性材料层。因此，图11描绘了阳极180，阳极180包括集流器184上的活性材料层182。多个薄膜沉积形成的圆形(在垂直于在电池单元的充电或放电期间由锂离子流定义的轴的平面中)空隙186被提供在活性材料层182中，通过活性材料层182集流器184是可见的。图12描绘了阳极190，阳极190包括集流器194上的活性材料层192。多个不同大小和形状的薄膜沉积形成的卵形(在垂直于在电池单元的充电或放电期间由锂离子流定义的轴的平面中)空隙196被提供在活性材料层192中，通过活性材料层192集流器194是可见的。图11和12中的空隙和间距具有与图5到10中的圆盘和间距类似的比例。
[0053]可以以任何期望的组合来组合以上描述的各种实施例和特征。因此，在一些实施例中，完全致密的电极被用作一个电极，而图案化的电极被用作另一电极。例如，连同图案化的硫阴极一起使用完全致密的Li金属阳极。在一些实施例中，用直接接触负集流器的分隔物以及用具有含锂的材料(诸如，Li2S)的图案化的正电极制作电池单元，使得Li在第一次充电期间被沉积在负集流器和分隔物之间。在进一步实施例中，一个或多个电极被直接沉积到固体电解质分隔物上，并且之后在第二步骤中被层压有集流器。
[0054]可以以双极或双面设计提供的以上描述的实施例提供包括取决于充电状态使体积变化的活性材料的固态电池单元。电池单元的电极被图案化，使得空隙或可压缩的非活性材料适应体积变化。图案化增强机械稳定性，并且因此提高电池单元的循环寿命。
[0055]以上描述的实施例因此提供体积变化的适应，以便最小化在电池单元中的机械应力，从而提高电池单元循环寿命。在图案化电极中的小特征尺寸的使用改进了机械稳定性和功率容量两者。通过适应高体积变化材料，可以使用具有更高能量密度的材料。
[0056]虽然已经在附图和前述描述中图示和详细描述本公开，但是其在特性上应该被视为说明性的而非限制性的。要理解的是，仅给出了优选的实施例，并且期望保护落在本公开的精神内的所有变化、修改和进一步应用。
【主权项】
1.一种电化学电池单元，包括: 第一电极； 与第一电极间隔开的第二电极，第二电极包括至少一个第一薄膜沉积形成的体积变化适应特征；以及 定位在第一电极与第二电极之间的分隔物。2.权利要求1的电池单元，其中至少一个第一薄膜沉积形成的体积变化适应特征包括在其中形成有第一多个圆盘的空隙，第一多个圆盘中的每一个大体上沿着在电池单元的充电或放电期间由电池单元内的离子流定义的轴延伸。3.权利要求2的电池单元，其中: 第二电极包括阳极；以及 第一多个圆盘包括娃的形式。4.权利要求3的电池单元，其中第二电极包括至少一个第二薄膜沉积形成的体积变化适应特征。5.权利要求4的电池单元，其中至少一个第二薄膜沉积形成的体积变化适应特征包括在其中形成有第二多个圆盘的空隙，第二多个圆盘中的每一个大体上沿着所述轴延伸。6.权利要求5的电池单元，其中第二多个圆盘包括硫的形式。7.权利要求5的电池单元，其中第二电极中的空隙填充有可压缩物质。8.权利要求7的电池单元，其中分隔物包括: 邻近第一电极的第一层； 定位在第一层和第二电极之间的第二层；以及 沿着所述轴从第一层向第二层延伸的多个固体电解质组件。9.权利要求1的电池单元，其中至少一个第一薄膜沉积形成的体积变化适应特征包括多个空隙，该多个空隙沿着与在电池单元的充电或放电期间由电池单元内的离子流定义的轴垂直的平面具有大体上圆形的横截面。10.—种形成电化学电池单元的方法，包括: 提供第一集流器； 使用薄膜沉积工艺形成与由第一集流器支持的第一结构相关联的至少一个第一体积变化适应特征；以及 将分隔物定位在(i)包括第一集流器、至少一个第一体积变化适应特征和第一结构的第一电极与(ii)第二电极之间。11.权利要求10的方法，其中形成至少一个第一体积变化适应特征包括: 形成在其中形成有第一多个圆盘的空隙，第一多个圆盘中的每一个大体上沿着与第一集流器的表面垂直的轴延伸。12.权利要求11的方法，其中形成至少一个第一体积变化适应特征包括: 使用薄膜沉积工艺形成与由第一集流器支持的硅结构相关联的至少一个第一体积变化适应特征。13.权利要求12的方法，进一步包括: 提供第二集流器；以及 使用薄膜沉积工艺形成与由第二集流器支持的第二结构相关联的至少一个第二体积变化适应特征，其中第二电极包括第二集流器、至少一个第二体积变化适应特征和第二结构。14.权利要求13的方法，其中形成至少一个第二体积变化适应特征包括: 形成在其中形成有第二多个圆盘的空隙，第二多个圆盘中的每一个在最终形成电池单元时大体上沿着所述轴延伸。15.权利要求14的方法，其中形成至少一个第二体积变化适应特征包括: 使用薄膜沉积工艺形成与由第二集流器支持的硫结构相关联的至少一个第二体积变化适应特征。16.权利要求14的方法，进一步包括: 用可压缩物质填充空隙，空隙具有在其中形成的第二多个圆盘。17.权利要求16的电池单元，其中定位分隔物包括: 提供第一层； 提供第二层； 在第一层和第二层之间延伸多个固体电解质组件； 定位第一层为邻近第一结构；以及 定位第二层在第一层和第二结构之间，使得多个固体电解质组件在最终形成电池单元时沿着所述轴延伸。18.权利要求10的方法，其中形成至少一个第一体积变化适应特征包括: 使用薄膜沉积工艺形成第一多个空隙，第一多个空隙中的每一个在最终形成电池单元时沿着与在电池单元的充电或放电期间由电池单元内的离子流定义的轴垂直的平面具有大体上圆形的横截面。19.权利要求18的方法，其中形成至少一个第一体积变化适应特征包括: 使用薄膜沉积工艺形成第二多个空隙，第二多个空隙中的每一个沿着与所述轴垂直的平面具有大体上卵形的横截面。
【文档编号】H01M10/05GK105960731SQ201480059002
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2014年8月27日
【发明人】J·F·克里斯滕森, A·科伊齐
【申请人】罗伯特·博世有限公司