用于制造电镀元件的方法和电镀元件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于制造电镀元件的方法以及涉及电镀元件。
【背景技术】
[0002]对于很多应用领域来说需要非常平的电池组(Batterie)。这种微电池组例如在US 2011/0300432 Al 中做了描述。
[0003]发表物Akedo Room Temperature Impact Consolidat1n (RTIC) ofFine Ceramic Powder by Aerosol Deposit1n Method and Applicat1ns toMicrodevices^, J.Th.Spray Technol., 2008 描述了用于气溶胶沉积的方法。
【发明内容】
[0004]在此背景下利用本发明介绍根据独立权利要求的用于制造电镀元件的方法和电镀元件。有利的构型方式从相应从属权利要求和随后的描述中得出。
[0005]在英文中称为aerosol deposit1n method (ADM)的气溶胶沉积方法可以用于制造电镀元件。在此，尤其可以通过气溶胶沉积来制造电镀元件的至少一个电极。
[0006]用于制造电镀元件的方法包括下列步骤:
提供衬底；
将第一电极涂敷到衬底上；
将分隔器涂敷到第一电极上；以及
将第二电极涂敷到分隔器上，其中电极中的至少一个以复合电极的形式在使用气溶胶沉积方法的情况下被涂敷。
[0007]所述电镀元件可以表示电池组或蓄电池。例如可以涉及微电池组。衬底可以是刚性或柔性的元件。第一电极可以被涂敷到衬底的表面上。第一电极可以表示电镀元件的阴极并且第二电极可以表示电镀元件的阳极，或者相反。分隔器可以被构造用于传导第一电极和第二电极之间的离子。电极和分隔器可以分别以层的形式来形成。在此可以涉及纳米范围或毫米范围中的薄层。根据不同的实施方式，电极之一、两个电极、一个电极和分隔器或两个电极和分隔器可以通过气溶胶沉积来涂敷。在气溶胶沉积时，一种或多种适用于构造层的粉末、材料或物质通过一个或多个喷嘴涂敷到表面上，以便构造表面上的层。气溶胶可以理解为由例如以粉末或粒子形式存在的固体物质和气体组成的混合物。该气体可以用于将物质以粒子束的形式以高速度涂敷到表面上。
[0008]复合电极可以在使用气溶胶沉积方法的情况下从具有不同物质的一种或多种粉末混合物中沉积。所述一种或多种粉末混合物可以包含用于在复合电极内构造多个传导网络的传导网络材料以及用于在复合电极内存储离子的活性材料。
[0009]在涂敷复合电极形式的电极的步骤中，可以使用气溶胶沉积方法来涂敷不同的物质，以便形成复合电极。不同的物质可以在沉积过程期间化合以便形成复合电极。通过不同的物质可以在复合电极内构造不同的功能结构。
[0010]例如在使用气溶胶沉积方法来涂敷复合电极形式的电极的步骤中可以涂敷用于在复合电极内构造多个传导网络的传导网络材料以及用于在复合电极内存储离子的活性材料。传导网络可以针对离子以及电子来说是有传导能力的。为了实现离子传导能力，例如可以将合适的固体离子导体用作传导网络材料。为了实现电子传导能力例如可以将碳化合物、金属的、有机的或陶瓷的材料用作传导网络材料。例如可以使用氧化物、磷酸盐、硫化物或氟化物作为活性材料。用于构造传导网络以及用于存储离子的不同的材料可以以粉末形式存在并且通过到复合电极的气溶胶沉积来沉积。由此可以非常精确地调整复合电极的期望的成分。
[0011]在使用气溶胶沉积方法来涂敷复合电极形式的电极的步骤中还可以涂敷用于形成复合电极的多孔性和附加地或可替代地弹性的结构材料。多孔性可以理解为:复合电极具有多个空腔。通过多孔性可以减少电镀元件运行期间的机械负荷。尤其可以通过多孔性容纳在电镀元件的充电和放电时出现的活性材料的体积变化并且减少电镀元件的剩余部件的机械负荷。
[0012]在涂敷分隔器的步骤中可以使用气溶胶沉积方法涂敷分隔器。因此可以利用与电极中的至少一个相同的方法来涂敷分隔器。这使制造电镀元件变得容易。
[0013]该方法可以包括:将第二分隔器涂敷到第二电极上的步骤，将另外的第一电极涂敷到第二分隔器上的步骤，将第三分隔器涂敷到另外的第一电极上的步骤，以及将另外的第二电极涂敷到第三分隔器上的步骤。通过这种方式可以形成多个相叠堆叠的电镀区域或电镀电池(Zelle)。因此可以形成由多个电镀电池构成的层堆叠。所述电镀电池例如可以在并联电路或者串联电路中相互导电地连接。在另外的步骤中可以涂敷另外的分隔器和另外的电极。通过这种方式简单地实现不同地确定大小的电镀元件。
[0014]在此可以在涂敷第一分隔器的步骤中如此涂敷第一分隔器，使得第一分隔器遮盖第一电极的朝向电镀元件第一侧的边缘。在涂敷第二分隔器的步骤中可以如此涂敷第二分隔器，使得第二分隔器遮盖第二电极的朝向电镀元件第二侧的边缘。在涂敷第三分隔器的步骤中可以如此涂敷第三分隔器，使得第三分隔器遮盖另外的第一电极的朝向电镀元件第一侧的边缘。电镀元件的第一侧和第二侧可以相互相对地布置。通过分隔器层的这种构型方式，第一和第二电极可以分别相互能够导电地连接。由此可以实现相叠堆叠地布置的第二电镀电池的并联电路。
[0015]根据实施方式，气溶胶沉积方法可以使用用于涂敷物质的多个喷嘴来执行。用于沉积层的不同的物质或物质混合物例如可以通过多个喷嘴来涂敷。用于涂敷物质的不同的喷嘴也可以用于不同的层。通过使用多个喷嘴可以加速电镀元件的制造并且实现更复杂的层成分。
[0016]电镀元件具有下列特征:
由第一电极、第二电极和布置在第一电极和第二电极之间的分隔器组成的层堆叠，其中电极中的至少一个是使用气溶胶沉积方法沉积的复合电极。
[0017]层堆叠可以布置在衬底上。电极和分隔器分别可以作为薄层来成形。电极可以分别具有用于连接电线路的接线端。
[0018]复合电极可以表示使用气溶胶沉积方法从具有不同物质的一种或多种粉末混合物中沉积的电极。该复合电极可以包含用于在复合电极内构造多个传导网络的传导网络材料以及用于在复合电极内存储离子的活性材料。
[0019]电镀元件的复合电极可以具有多孔性。由于该多孔性，复合电极可以由许多空腔穿过。多孔性可以适用于在该电镀元件的运行期间减少电镀元件的机械负荷。为了不使得过多的体积不被使用，多孔性应该在机械负荷方面被最小化，也即例如活性材料的体积变化的百分比份额在运行中仅超过尽可能小的安全边际。
[0020]附加地或可替代地，复合电极可以弹性地实施。对此可以在气溶胶沉积期间将弹性材料绑定到形成复合电极的层中。通过复合电极的合适的弹性又可以减少电镀元件的机械负荷。
[0021]电镀元件可以通过具有复合电极的电池组层装置来构造，该电池组层装置共同保证离子和电子运输以及电化学能量的存储并且可以在运行中接收和适当地缓冲机械负荷。借助于气溶胶沉积方法制造各个复合电极或这种电池组层装置提供这样的可能性:所沉积的复合层的成分从开始起在运行中调整接近目标组分。
[0022]由此提供用于开发和制造微电池组的低成本的方法。电镀元件的所有层可以以相同的方法在相同的设备上制造。相应地不进行运输、不进行大气隔绝、不进行与环境或手套箱过程交替的高真空过程。所述方法可以缩放到更大的衬底表面上并且利用匹配甚至是能开发为有滚动能力的。必要时在该情况下，带的行进速度和行进方向和/或用于气溶胶沉积的设备的喷嘴的并行化和/或串行化是必需的。由此使得能够快速地开发微电池组，使得可以快速地试验以及进一步处理不同的成分。电镀元件