三维电池及其制造方法

专利名称：三维电池及其制造方法
三维电池及其制造方法
相关申请的交叉参考
根据35 US.C section 119(e),本申i青要求以下优先权(i ) 2007年1月12 日提交的美国临时申请No.60/884,836，名称为"三维锂电池的电极及其制造方法"； (ii) 2007年1月12日提交的美国临时申请No.60/884,828，名称为'1顿骨架结 构的三维电池及其制造方法"；以及(iii) 2007年1月12日提交的美国临时申请 No.60/884,846，名称为"三维锂电池的隔膜构造'；其織内容3M参考合并其中。
背景技术：
1. 本发明的駄领域
根据本发明原理的实施一股涉及电池技术领域，更具体地为三维储能系乡皿
錢，例如电池和电容器，以及它们的制造方法。
2. 背景絲
现有的储倉離，例如电池、燃料电池和电化学电容器， 一般具有二维层状 结构(例如，平喊螺旋機板)，其中每个板的表面积粗,于它的几何面积(忽 輒隙,表面粗驗)。
图1示出现有储會離，例如锂离子电池的截面图。电池15包括阴极集电器 10，其J^配阴极11。这一层被隔膜12覆盖，在隔膜12上皿置阳极集电器13 和阳极14组件。有时这个组由另一个隔鹏(标出)鶴在阳极集电器13上， 并，填充到筒中组，电池15。在充fel程，锂离开阴极ll并以锂离子的形式 M隔膜12进入阳极14。根据所用的阳极，锂离1^^ (例如，位于阳极材料的 ,中麻;i^成合金)或者形成合金。MM:程，锂离开阳极14， M隔膜
12迁移并M31i,极u。
文献中B^提出三维电池为了提高电池的容量和活性物质利用率。已经提出 三维结构可以用于提供比二维、板状电池结构更高的表面积和更高的能量。由于 增加可以获得小几何面积之外的會遣，制itH维會遣存fi^S是有益的。
下面的参考文献可以进一步帮助解释本领域的情况，并作为非必要主题^匕通过参考合并其中Long e. fl/.,"三维电池结t^T，， Cfem/ca/ ifev/ews， (2004)， 104， 4463~4492; Chang Liu， FOUNDATIONS OF MEMS,第十章，1-55页(2006); Kanamura" "可充电锂电池的LiCo02正极的电泳(electrophoretic)制造，，Jbwma/ o/Powerfowrces, 97-98(2001)294-297; Caballero "a/."用电泳沉积制备高电压锂离 子电池的LiNiasMnLsCXj薄膜电极"，Jo游ia/ o/Power &^es， 156(2006)583-590; Wang and Cao,"溶胶电泳沉积的五氧化钒膜的1/-嵌入电化学/电变色性能", Hec的c/z/m/o3r爿cto, 51， (2006)， 48654872; A^/7&awa "聚吡咯涂覆的尖晶石 LiMri204纳米管的模板合成及其作为锂电池阴极活性材料的性能"，Jbwma/ o/ 尸awer&wres， 1923-1927,(1997); Shembel"a/"液态聚^/柳质的锂二次电池用 薄层电解硫氧化钼"，5* AW^脑e"'es a^c函i/toora, ABA-2004,锂聚儒 电解质；和Kobin"a/,"舒蒸汽沉积(Molecular Vapor Deposition)——一种改善 MEMS ^g的^f 、凃覆气相沉积技术"，SEMI technical Symposium: Innovations in Semiconductor Manufacturing(S75.. iSM)， 5EMC，,扁4, ，4 &/w'conctocv
期望制造一种可以iii共非常高^s和能量密度的三维电化学^s^置，同时
阐^h^见点赫领域的其它限制。

发明内容
本申请公开，求与三维电池结构相关的各种方法和^s&其制造方法。在 某些实施例中，三维电池包括电池壳，和电池壳内的第一结构层，其中第一结构 层具有第一表面，和皿一表面延伸的第一多个导电，。第一多个电极在电池 壳内，其中第一多个电极包括多个阴极和多个阳极，并且其中第一多个电极包括 第二多个电极，第二多个制皿自第一多个电极，每个第二多个电极与戶皿第一
多个导电^fet—的外表面^M。
根据接下来的附图、详细的说明书和权利要求可以看出本发明的其它方面和 优点。


参照附图描述本发明的一些 方案。
图l是现有二维储會^S例如锂离子电池的一M^面图。
7图2是根据本发明实施方案的骨架结构的示意图。
图3A-3D是根据本发明某些实施方案的骨架结构可以组装的一些形状的示意图。
图4A4E是根据本发明实施方案，用减活性离子刻蚀工艺(subtractive reactive ion etoh process)制造骨架结构的过程示意图。
图5A-5D是根据本发明实施方案，用减活性离子亥Utfcl艺制i^t架结构的过 程示意图。
图6A^6C是根据本发明实施方案，用减活性离子亥iJtfcL艺制造骨架结构的过 程示意图。
图7A-7D是根据本发明实施方案，用加电化学沉积(additive electrochemical deposition)、化争沉积或电泳沉积工艺制M架结构的过程示意图。
图8A-8E是根据本发明实施方案，用加冲JET艺(additive extrusion)制5^t 架结构的过程示意图。
图9A-9C是根据本发明实施方案，用Ji^沉积并组紅艺制itt架结构的过 程示意图。
具体实施例方式
本发明的某些鄉方鎌^H维锂离子电池结构。现有储育離，例如电池、 燃料电池、和电化学电容器， 一般具有二维层状结构(例如，平g螺旋巻^fe)， 其中^^板的表面积粗麟于它的几何面积(忽B^L隙率和表面粗f鍍)。三维储 育^S可以是阳极、阴极和减隔膜实质上是非层状的體。例如，如果电极从基 板明显突出形成非层状活性电池部件，然后这种非层状部件的表面积可以比繊 的几何面积大两倍。在一些实施方案中，假定互相正交的X、 Y、 Z方向，两个恒 -Z后ii^t间的间隔应当至少大于X-Y面中电m间的间隔除以2的平方根。
本发明的一些实施方案涉及用于葡MH维储會離，例如电池、电容器和燃 料电池的骨架结构的禾拥。骨架结构可以用于il^机械稳定性、电连接和增加单 位几何面积的表面。M实例，骨架结构可以Ml在扁^Fmi:金属线结^制
^4^，可以基本用于组装电池的阴极或阳极材料涂敷。^b介绍i顿各种材料、
皿和方法形成骨架结构的实例，以及其它实例。
三维储能装置可以产生比常规装置更高的单位几何面积存储會遣和恢复率(retrieval)。对于具,储的會讀三维储倉^S还可以提高比二维储能^g更高的 能量恢复率，例如通爐小化或减小阳极和阴极之间的电子和离子的传鄉巨离。 这些^g可以MM于微型化和应用T^置的几何面积是受限的和/或需要的能量密 度高于层状 获得的能量密的。
本发明的一些实施方案包括IW稳定、导电的骨架结构，骨架结构最后成为 最终组装的储倉缀置的一部分。骨架材料一般不参与储售潔置的有效电化学⑩，
且可以提高机嫩n电卩M。
骨架材料还可以作为用于高表面积电化学装置的高表面积基底。由于构成装 置的活性材料一般是具有相对低机械稳定性，机械5驢可以增加装置的寿命。导 电率可以提高或维持装置的能量密度(例如，通过减小电阻率)同时还可以平衡 电活性基团之间的电流分配。
骨架结构可以制^^相对于几何面积更高表面积的樹可微，例如柱、杆、 板、波形、环形、菱形、螺旋、阶梯结构等。骨架结构可以由可以形成的任何材 料制成，例如錢、半导体、有机物、陶瓷和鹏。骨架结构可以用 #: ( i) 储兽操置中活性电极，例如锂离子电池中的阳极和阴极的硬度；(ii )高三维结构 的电连接；以及(iii)增加单位几何面积的表面积。理想的材料包括半导^M料 例如硅和锗。碳基有机材料也可以用于形^H维结构的骨架结构。金属，例如铝、 铜、镍、钴、钛和钩，也可以用作骨架结构。
在一些实施方案中，骨架结构由鍋、特体、有机材料、陶瓷或鹏用减 形成技术(sublractive formation technique)制成。这些材料可以3131用选骸1」,
模活性刻鹏底和等离子刻tfcr艺形成。可选糊，或结合，舰电化学刻蚀、
模印、離电切削可选掛也雌除去不期望有这些材料的区域中的材料。
在其他的实施方案中，骨架结构由鍋、半导体、有机材料、陶 鹏用 加形成fe^ (additive formation technique)鬼U成。i^^材料可以M3KOT例如传统 的平板印刷技术牺牲模板，并使用例如电化争沉积、化争沉积、电泳沉积、真空 注入、模板注入等技术沉积骨架材料形成。在具体实例中，骨架结构可以用金属 线直接结合直接组装。在其他实例中，骨架结构可以用传统平板印刷和沉积技术 形皿平^J:，随后M"安装和OT (pickandplace)"和焊接g^占结纟膝。
在其它实施方案中，骨架结构可以用印刷技术，例如三维印刷和喷墨印刷， 形鹏单层或多层印刷的骨架结构以获得MII的^t和厚度。可选娜，或结合，
9骨架材料可以以层叠板的形式组装，其中牺牲层沉积其中。板的层叠基本完成之 后，最后的结构被分割成预定高度的、被组驗一起的块，去除牺牲材料以提供 骨架结构。
在导电骨架结构的实例中，活性材料可以M31各种技术，例如电化学沉积、 化学沉积、在有机或无机模具中共同沉积、电泳沉积、机械注入和压实，和真空 流,积，直接组M骨架结构的顶部和周围。
在非导电骨架结构的实例中，导电层可以通过各种技术，例如电化学或4七学 沉积、气相真空、^f只例如原子层沉积(ALD)和化学气相沉积(CVD)， Wt沉积、 蒸发和电泳沉积，沉积。为了去除阳极和阴极之间的电连接可以连续地去除这些 导电层。f顿例如翻刻蚀、离预削和卸下技术完成这种去除。
图2示出用于形i^H维电池中的骨架结构20的实例。图2示出两个正极21 和负极23的截面图。在这个实施方案中，骨架结构20包括一般材料的非导电基 底24，导电材料22沉积在基底24上，为了间隔电极21和23在不需要导电材料 22的区域中去除导电材料22。比较图2和图1 ，很明显图2中的电极21和23的 表面积比图1 g的电极的表面积高，电极21和23的长度L厚度T的乘积计算 这个面积。值得注意的是厚度，因此基于需要承载的电流或其它相关性能，各种 (例如电极和骨架结构魏)的相关'M例如导电性根据具体实施方案可以
局部变化(例如，从电^iU电极m^iU^)。
图3A-3D示出會辦在本发明鹏实船案的情况下舰、且具有从同一背板 延伸的阴极和阳极的的三维结构的一些 方案。图3A示出具有柱状阴极和阳极 的三維且件，图3B示出具有板形阴极和阳极的三i赵且件，图3C示出具有同心环 形的阴极和阳极的三维组件，以及图3D示出具有跡阴极和阳极的三緞且件。还 可以在本发明的某些实施方案的情况下柳其它结构，例如蜂窝结构和螺旋。在 图3A-3D中，阴极30和阳极31从同一背板突出，且周期性变换。然而，在其它 的实施方案中，阴极30可以从与阳极31不同的背板突出。
图4A4E示出 本发明某些实;^案{^减活性离子刻 :艺制^架结 构的总工艺流程示意图。该过程涉及鎌40，鎌40用定向等离子源形鹏发气 体副产物，因此有利于去除来鹏。基板40的非限定实例是硅基板，在M上可 以是单晶或多晶。掩模层41通过例如真空沉积、热氧化、表面涂覆和g争^f只 的方法沉积在基板40上。在硅作为,40的情况下，特定厚度的热生长氧化硅层可以作为掩模层41。为了掛共进一步处理以产生骨架结构适用的图案可以皿 标准图案技术随后对雜41构图。在本发明的实施方案中，掩t鶴41可以用适 于对第一掩模层41构图的第二掩模层42^M (参见图4A4D)。为了将第一掩丰莫 层41的图案转移至U繊40上，在控制的环境中使繊40和掩丰聽41的组合接 受定向等离子43 (参见图4D)。在有定向等离子源的情况反应刻蚀处理可以, 基板40的优良的各项异性刻蚀同时以非常低的速戰lMJfe漠41自身。基板40的 反应刻tfe后基本完成之后，可以除去掩t!M 41，在mi:留下图案，因此形成 骨架结构(参见图4E)。
参照图4A4E下面的实例进一频释本发明的构思。单晶或多晶硅可以用作 可以在等离体的情况下定向亥'j蚀的基板40。第一掩模层41可以是特定厚度的热生 长二氧化硅层。标准光致抗蚀剂，例如AZ4620^和AZP4620 (来自Clariant Coipomtion市售的)，可以用作第二掩丰鶴42。该层42可以旋转涂覆1化硅层 上，随后用标准光学制版技术构图。用显影液，例如AZ400K (来自Clariant Coiporation市售的)可以^^^C蚀剂的区鹏影。这种图案结构浸泡在HF、NH3F 和水中(缓冲氧化刻蚀)，其中暴露的1化硅表面被溶解。用相容的有机歸U， 例如N-甲基-2-吡咯烷酮可选^t也去除残留的^f[蚀剂，留下图案化:^化鶴。
为了亥iMS^40上的zm化硅图案，硅和图案化zm化硅的组合可以接受定向氟
等离子源。在横向方向不需太多刻蚀硅和二氧化硅的亥U1^I率差就使图案转移到 40上。硅反应刻蚀基本完鹏，掩鶴41可以M 浸泡在缓沖氧化亥触液 (BufferedOxideEtoh)中，留下图案4^^40。在一些实例中，终lhM可以加到 ■ 40的底部以利于，鹏和阴极和阳极骨架结构的绝缘。
在一些 方案中，图案tt^40是导电的，在这种情况下得至啲骨架结构 准备进一步活性材料处理。在雜其它实施方案中，骨架结构是非导电的。在这 种情况下，舰沉积导电层的进一步处理可以舰各种方法进行。
图5A-5D示出 某些实施方案的减电化学亥鹏处理制造骨架结构的示意 图。在这些具体实驗案中，鎌50用aa例如真空沉积、Mi:积、表面涂覆和 湿化争流只方法沉积在鎌50上的电^^掩t鶴51构图。随后为了il^适賴 一步处理以产生骨架结构的图案，iMS准图案技术例如平版印刷对鶴51构图。 在本发明的一些实施方案中，掩t鶴51用适于鄉一掩t艱51构图的第二掩模 层51織(参见图5A-5B)。在这种情况下，fflOT第二掩鶴5H饼D^W第一掩t難51构图。用选择湿或干方法选择性地处麟二掩t媒51，留下图案化第 一掩模层51 (参见图5B)。基板50和第一掩模层51的组合方 在具有对电极54 和喷嘴55的电化学电池53中，喷嘴55喷出溶液，用于电化学去除暴驗溶液中 的区域中的材料(参见图5C)。錢些实施方案中， ^工件可以浸泡在溶液中， 溶液可以溶解于溶液接触的材料。然而，示出的过程可以实质上是各向同性的， 一般i也在深度方向G的每边去除的材料的量可以基本与在宽度方向且的每边除去 的材料的量相同。浸泡-槽溶液可以用于使浸泡在其中的零件在得到的骨架结 构中的间隔i明显比宽度1窄。直流电源56可以用于施加足够的电势来 去除与溶液接触的材料。当实质上预定量的材料被去除时处理基本完成， 这可以基于刻蚀速率被精确控制。在某些其它实施方案中，可以检测电流， 并响应电化学反应的终止电流下降。反应基本完成之后，除去工件，可以 除去掩模层51留下图案化基板50，因此形成骨架结构。
参照图5A-5D下面的实例进一步解释本发明的构思。用于电化学构图 的基板50的一个实例是铜板。预定厚度的铜板可以用作基板50，可以用电 绝缘掩模层51 (例如，AZ4620W或AZP46201^)被构图，掩模层51通过 旋转涂敷沉积在基板50上。在光掩模的情况下该层51可以被曝光，其中 光掩模阻挡光进入应当留下的区域。工件可以放置在溶液中，选择地去除 暴露的区域。基板50和第一掩模层51的组合被放置在具有对电极54 (例 如铂)和喷嘴55的电化学电池53中，喷嘴55喷出电化学刻蚀溶液用于电 化学去除暴露在溶液中的区域中金属。10wt。/。硫酸和lwt。/。过氧化氢组合物 可以通过喷嘴喷向工件。直流电源56可以用于给基板50施加阳极电势， 去除同时与铜阳极和铂阴极接触的溶液区域的铜，因此形成局部电化学电 池。反应基本完成之后，可以去除工件，用N-甲基-2-吡咯垸酮去除掩模层 51留下图案化基板51。
图6A-6C示出根据某些实施方案的减压印工艺(subtractive stamping process)制造骨架结构的示意图。心轴60是由具有可以从预期的骨架图案 转印的图案预制的，并且心轴60由薄释放层61涂覆，该层61可以用于处 理之后利于心轴60的去除。释放层61可以是，例如，可以均匀气相沉积 到三维零件中的有机材料。这种材料具有差的粘附性或不刻蚀心轴60或骨 架材料而被选择性刻蚀的附加性能。例如，涂敷通过化学气相沉积铜薄层的不锈钢心轴可以作为处理过程的适当压印装置，其中用作可塑材料的材
料是热可愈光致抗蚀剂(参见图6A)。心轴60和释放层61的组合与基板 63上的可塑材料板62接触。为了转印图案到可塑材料62上施加压力(参 见图6B)。在基板63是透明的情况下，通过利用温度或其它方式，例如光 固化可塑材料62硬化这种组合。通过适当的方式去除释放层61同时分隔 心轴60和包括模压材料和基板64的得到的骨架结构(参见图6C)。
在某些其它实施方案中，可以用额外的工艺来处理储能装置的骨架结 构。图7A-7D示出根据某些实施方案，用加电化^^沉积、化,沉积工艺制皿 架结构的过程示意图。这1S1程可以参见现有技术中的LIGA工艺，其中德国表示 "平版印刷，电-成型和造型(Abfomiung)"。在这1S1程中，使用导电或非导电基 板70。在非导电鎌的情况下，沉积导鴨71。在繊70上涂1[^ [蚀剂72， M31用，模73的标准平版印刷技术构图，在骨架材料没有被沉积的区域留下光 i^L蚀剂72 (参见7A和7B)。方爐在电疲浴器中的工件具有足够的电^K原溶 液中存在的金属离子形成金属(参见图7C)。 ^M离子在导电表面被还原，且不沉 积在有^^蚀剂72雜的区域。当处理基本誠时，包^^且件70、 72和74的 工件从电镀池中去除，并去除^iit蚀剂72留下骨架结构(包^M件70和74) (参见图7D)。
参照图7A-7D下面的实例进一步解释本发明的构思。在这个过程中， 硅晶片可以用作半导体基板70。可以用溅射沉积技术沉积铜在硅上产生导 电层71。可以在这个基板70上涂敷正极或负极色调光致抗蚀剂(tone photoresist) 72 (例如，AZ462()Tm或AZP4620TM)，通过标准平板印刷技术 对其构图，光致抗蚀剂72留在不需要沉积骨架材料的区域。这个工件可以 和铂对电极一起放置在包括1M硫酸镍、0.2M氯化镍、25g/l硼酸和lg/1的 糖精钠的镍电镀浴器中，电势足够将溶液中存在的镍离子还原为镍金属74。 金属离子在导电表面被还原，而不沉积在存在光致抗蚀剂72的区域。当处 理基本完成时，可以去除包括硅晶片70、光致抗蚀剂72和镍金属74的工 件。随后，通过用N-甲基-2-吡咯垸酮去除光致抗蚀剂72，留下包括组件 70和74的骨架结构。光致抗蚀剂72存在的区域内保留的铜金属通过包括 2%硫酸和1%过氧化氢的化学刻蚀去除。
图8A-8E示出根据某些实 案的用力口冲压工艺制蹄架结构的过程示意
13图。心轴80是由具有可以从预期的骨架图案转印的图案预制的，并且心轴 80由薄释放层81涂覆，该层81可以用于处理之后利于心轴80的去除(参 见图8A)。为了便于可以制成模具的材料的添加这个心轴80还在每个开口 85的边缘或顶部张开。释放层81可以是，例如可以均匀气相沉积到三维零 件中的有机材料。这种材料具有差的粘附性或不刻蚀心轴80或骨架材料而 被选择性刻蚀的附加性能。例如，涂敷通过化学气相沉积铜薄层的不锈钢 心轴可以作为处理过程的适当压印装置，其中用作可塑材料82的材料是热 可愈光致抗蚀剂。心轴80和释放层81的组合与基板83接触(参见图8B)。 可塑材料82突出到开口 85中并填充开口 (参见8C)。同时开口85中的任 何残留材料被清洗去除(参见图8D)。在基板83是透明的情况下，通过利 用温度或其它方式，例如光固化可塑材料82硬化这种组合。通过适当的方 式去除释放层81同时分隔心轴80和包括模压材料82和基板83的得到的 骨架结构(参见图8E)。根据每个具体的执行过程，释放层81可以是不必 要的(例如，如果心轴/模具80自身满足所需的参数，否则释放层满足所需 参数)。在某些实施方案中，心轴/模具80可以通过溶液被释放。
图9A-9C示出根据，实施方案的用jl,沉积并组^l艺制，架结构的 过程示意图。在这个处 :程中，组装骨架材料和牺牲材料的可选择层。组装 在一起的一组材料的实例是铜箔91分散在其中的聚乙烯对苯二酸酯(PET) 板90。因此，得到堆叠结构包括PET/铜/PET/铜/PET (参见图9A)。这个 层被切割为与骨架结构的高度^相应的厚度，在它们轴的内部螺旋巻绕， 并用环氧胶组装到基板92上(参见图9B)。在包括次氯酸钠(NaOCl)的 选择化学刻蚀溶液中选择刻蚀去除牺牲PET。留下两个巻绕的铜基板，一 个用作具有中间沟槽的阴极骨架，另一个用作具有中间沟槽的阳极骨架， 沟槽容纳用于电化学储装置的活性材料和隔膜(参见图9C)。
一旦可用骨架结构，涉及电化学反应中的材料，也称为活性材料，可 以担载在骨架结构上。这可以通过几种不同的方法实现。阳极骨架和阴极 骨架可以彼此分隔，但每个电机可以自身电连接。这可以借助电化学沉积 技术和电泳沉积技术作为添加活性材料的可行选择。例如，在锂离子电池 的情况下，阴极材料，例如LiCo02、LiNio,5MnL504、Li(NM:oyAlz)02、LiFeP04 或Li2Mn04可以电泳沉积在导电基板上。还可以电泳沉积形成V205膜。阴极材料还可以与聚吡咯基质一起共同沉积。另外，可以电化学沉积用于锂 离子电池的某些阴极材料，例如氧硫化钼。在某些实施方案中，阴极的成
形包括电泳沉积LiCo02知道厚度在1微米到300微米之间。在某些实施方 案中，层厚在5微米和200微米之间，在某些实施方案中，层厚在10微米 到150微米之间。关于阳极材料，电化学沉积可以用于可电镀阳极材料， 例如锡，电泳沉积可以用于组装石墨，接下来通过高温分解的电泳阻抗沉 积(electrophoretic resist deposition)可以形成碳阴极。其它适当的阳极材料 可以包括钛、硅和铝。形成阳极的厚度与上述相同。适当的隔膜可以包括 聚乙烯、聚丙烯、Ti02、 Si02、 Ab03等。
当参照储能装置描述一些实施方案时，应当意识到在此描述的骨架结 构可以用于各种其它类型的装置，该装置提供增加的单位几何面积(或每 单位重量或体积)的表面积的。在运行期间这些其它类型的装置可以涉及 各种类型的处理过程，例如，热传递、化学反应和扩散。
当参照具体实施方案描述本发明时，本领^术人员应当a^不脱离附
带的权利要求限定的本发明的真实精神和范围内，可以作各种变化和等效替换。 另外，可以作许多修改使具体瞎况、材料、组合物、方法、运行或操作鹏本发 明的目的、精神和范围。所有这样的修改意在要求的范围内。特别地，当在此参
照以特定的"imafi^寺定的操作描述公开的方法时，可以離这雖作可以组合、 细分^w 排列以形跡脱离本发明教导的靴方法。因此，除一mt特别标，
操作的)l,和组合不限定本发明。
权利要求
1、一种三维电池，其包括电池壳；电池壳内的第一结构层，所述结构层具有第一表面；从所述第一结构层的所述第一表面延伸的第一多个导电突起；电池壳内的第一多个电极，第一多个电极包括多个阴极和多个阳极，其中第一多个电极包括第二多个电极，第二多个电极选自第一多个电极，第二多个电极的每个与所述第一多个导电突起之一的外表面接触。
2、 根据权利要求1的三维电池，其中第二多个电极比第一多个电极少。
3、 根据权利要求2的三维电池，第二多个电极由多个阳膨賊。
4、 根据权利要求2的三维电池，第二多个电极由多个阴极组成。
5、 根据权利要求1的三维电池，其中第一多个电极与第二多个电极相同。
6、 職权利要求2的三维电池，其还包括电池壳内的第二结构层，戶;f^第二结构层具有第:i^面；i^M第二结构层的戶;f^^^面延伸的第二多个导电突起；以及第三多个电极，第三多个电极选自第一多个电极，*第三多个电极与导电，的戶; ^第二多个电fet—的夕卜表面,。
7、 根据权利要求6的三维电池，第三多个电极由多个阳极组成。
8、 根据权利要求6的三维电池，第三多个电极由多个阴极组成。
9、 根据权利要求i的三维电池，其中戶;M第一多个导电，围^^Mm— 结构层的戶;f^i面突出的基^^料。
10、 根据权利要求9的三维电池，其中戶;f^基底材料和戶腿第一结构层包括 相同的材料。
11、 根据权利要求i的三维电池，其中齡戶腿第二多个电极包括覆盖在所 述第一多个导电^t一的夕卜表面上的层。
12、 根据权利要求1的三维电池，其中戶腿第一多个导电^^包括i^脱第 一结构层突出至少50微米并具有小于20 厚度的凸棱。
13、 根据权利要求1的三维电池，其中所述第一多个导电，包括AA0M第 一结构层突出至少50微米的柱。
14、 根据权利要求io的三维电池，戶;^m二多个电极的^&括am^0M 第一多个导电，之一的夕卜表面上的层。
15、 t鹏权利要求io的三维电池，其中所述第一多个导电^^包括A^M第一结构层延伸至少50 ，并具有小于20 厚度的凸棱。
16、 根据权利要求10的三维电池，其中fft&第一多个导电，包括M^M^ 一结构层突出至少50麟的柱。
17、 根据权利要求13的三维电池，^h戶;M柱基本是圆TO。
18、 t^^利要求16的三维电池，旨戶;M柱基本是圆，。
19、 根据权利要求6的三维电池，其中戶;f^二多个导电，与戶;Mm三多个导电^电纟線。
20、 根据权利要求1的三维电池，其中所述第二多个导电^^包括^^M第 一结构层突出至少50 并具有大约2.5: 1歪IJ500: l之间纵横比的凸棱。
21、 根据权利要求1的三维电池，还包括至少一个戶诚阴极和至少一个戶腿 阳极之间的隔膜。
22、 一种制itH维电池的方法，包括^f共第一结构层，戶;M^构层具有第一表面；形成M^^第一结构层的第1面延伸的第一多个导电，； 形，一多个电极，其中每个第一多个电极与所述第一多个导电 ^之一的 外表面,o
23、 根据权利要求22的方法，其中形成^i第一多个电极包JSM:电泳沉积形成多个阴极。
24、 根据权利要求22的方法，其中形^0M第一多个电极包^M:电泳沉积形成多个阳极。
25、 根据权利要求22的方法，其还包括形^0M第一结构层的戶;M第"^面延伸的多个争活性骨架，；以及其中形，一多个导电^包括形^mm舒;M攀活性骨架^t一的夕卜表面上的导电层。
26、 ,权利要求22的方法，其中形^M第一多个电极包括^^h戶脱 第一多个电极的厚度。
27、 根据权利要求25的方法，其中形成第一多个电极包^131电泳沉积應成
28、 根据权利要求25的方法，其中形，一多个电极包KM;电泳沉积應成多个阳极。
29、 根据权利要求27的方法，其中形成多个阴极包括电泳沉积LiCo02。
30、 根据权利要求25的方法，还包括分隔齡多个非-活性魏之间的导电层。
31、 根据权禾腰求27的方法，其中形成每个戶腿阴极的步骤包括电泳沉积 LiCo02直到形^:约1 到大约300 mt间的厚度。
32、 根据权利要求25的方法，其还包括,第二结构层，所述第二结构层具有与戶;f^i面大体相对的第i面;形成从戶脱第二结构层的戶腿第1面延伸且与戶腿第一多个导电突起基本 平行的第二多个导电^;以及形成第二多个电极，其中每个戶;M第二多个电极与戶;^第二多个导电^之一的外表面接触。
全文摘要
本发明公开并要求与三维电池结构相关的各种方法和装置及其制造方法。在某些实施例中，三维电池包括电池壳，和电池壳内的第一结构层，其中第一结构层具有第一表面，和第一多个从第一表面延伸的导电突起。第一多个电极在电池壳内，其中第一多个电极包括多个阴极和多个阳极，并且其中第一多个电极包括第二多个电极，第二多个电极选自第一多个电极，每个第二多个电极与所述第一多个导电突起之一的外表面接触。一些实施例涉及制造具有或者不具有骨架结构或层的储能装置的工艺。
文档编号H01M6/00GK101584065SQ200880001678
公开日2009年11月18日 申请日期2008年1月11日 优先权日2007年1月12日
发明者A·拉希里, H·J·拉斯特三世, M·拉玛苏布拉曼尼, R·斯波托尼茨 申请人:微蓝公司