具有結(jié)構(gòu)化表面間隔體的鋰/金屬電池單元的制作方法
【專利摘要】在一個(gè)實(shí)施例中，一種電化學(xué)電池單元包括：包括鋰形式的陽極；包括嵌入鋰的活性材料的陰極；以及定位于所述陽極與所述陰極之間的間隔體，所述間隔體包括定位為與所述陽極相對(duì)的第一結(jié)構(gòu)化表面部分，所述第一結(jié)構(gòu)化表面部分總體上具有非平坦輪廓。
【專利說明】
具有結(jié)構(gòu)化表面間隔體的鋰/金屬電池單元
[0001] 交叉引用 本申請(qǐng)要求于2013年8月15日提交的美國臨時(shí)申請(qǐng)No. 61/866,241的權(quán)益，其全部內(nèi)容 通過引用結(jié)合在此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本公開涉及電池并且更具體地涉及鋰-金屬電池。
【背景技術(shù)】
[0003] 電池是可以結(jié)合到大量系統(tǒng)中的存儲(chǔ)能量的有用來源?？芍貜?fù)充電的鋰離子 ("Li-離子"）電池由于它們相較于其他電化學(xué)能量存儲(chǔ)裝置的高比能而成為用于便攜式電 子裝置和電動(dòng)以及混合電動(dòng)車輛的引人注目的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)。具體地，相較于具有傳統(tǒng)的 含碳負(fù)電極的電池，具有結(jié)合到負(fù)電極中的鋰金屬形式的電池提供異常高的比能（以Wh/kg 測量)和能量密度（以Wh/L測量）。
[0004] 在諸如鋰的高比容負(fù)電極用于電池中時(shí)，當(dāng)還使用高容量正電極活性材料時(shí)實(shí)現(xiàn) 了傳統(tǒng)系統(tǒng)上的容量增加的最大益處。傳統(tǒng)的鋰嵌入氧化物(例如， Α^5〇2，以及通常受限于~280 m.Ah%^ 氧化物的質(zhì)量）以及180至25〇MMi_'l的實(shí)際容量。比較而言，鋰金屬的比容為大約3863 〇鋰離子正電極可實(shí)現(xiàn)的最高理論容量為1168拍A￥g (基于鋰化材料的質(zhì)量），其由 Li2S和Li2〇2共享。包括BiF3(303執(zhí)M/g，鋰化）以及FeF3(712?Wi/g，鋰化）的其他高容量材 料在和N · :.P瑪歲微,.雜1?賽核羚繁義釋這辨_|^難 獲,Journal of Fluorine Chemistry，.20的>:.1.2.射^^ 有標(biāo)識(shí)。然而，全部前述材料相較于傳統(tǒng)氧化正電極在較低電壓下與鋰反應(yīng)，因此限制了理 論比能。然而，前述材料的理論比能非常高(>800Wh/kg，相較于具有鋰負(fù)電極以及傳統(tǒng)氧化 正電極的電池單元的~500 Wh/kg的最大值）。
[0005] 因此，如相較于具有石墨或其他嵌入負(fù)電極的電池單元，使用Li金屬負(fù)電極(有時(shí) 稱為陽極）的優(yōu)點(diǎn)是整個(gè)電池單元的高得多的能量密度。使用純Li金屬的缺點(diǎn)在于鋰是高 反應(yīng)活性。因此，鋰金屬具有經(jīng)歷形態(tài)改變的傾向，這造成具有高表面積的結(jié)構(gòu)在電池單元 正充電時(shí)形成在負(fù)電極上和周圍。示例性的高表面積結(jié)構(gòu)包括枝晶和苔蘚狀結(jié)構(gòu)。
[0006] 枝晶對(duì)于具有鋰金屬陽極的電池單元來說是最常見的失效模式。枝晶形成有針狀 結(jié)構(gòu)并且可以在電池單元充電期間生長通過間隔體，導(dǎo)致內(nèi)部短路。迅速燒掉的"軟短路" 導(dǎo)致電池單元的臨時(shí)性自放電，而由更高、更穩(wěn)定的接觸區(qū)域構(gòu)成的"強(qiáng)短路"可能導(dǎo)致電 池單元的完全放電、電池單元失效以及甚至熱逸散。雖然枝晶通常在充電期間生長通過間 隔體，但是短路也可能取決于置于電池單元上的外部壓力和/或發(fā)生在負(fù)電極和正電極兩 者中的內(nèi)部體積改變而在放電期間發(fā)展。
[0007] 因?yàn)長i金屬高度導(dǎo)電，Li的表面往往由于金屬被電鍍和剝離而粗糙化。表面中的 峰在充電期間生長為枝晶。在放電期間，一定的枝晶平滑發(fā)生。雖然如此，通常在放電結(jié)束 時(shí)保持一定粗糙度。取決于放電的深度，從一個(gè)循環(huán)至下一個(gè)循環(huán)可能放大總體粗糙度。因 為金屬基本上在整個(gè)范圍內(nèi)處于相同電化學(xué)勢(shì)，電勢(shì)以及較小程度下的電解相中的濃度梯 度驅(qū)使形態(tài)的變化。
[0008] 與枝晶起始以及生長有關(guān)的是Li的形態(tài)的發(fā)展，這往往隨著循環(huán)而增加電極表面 積并且消耗溶劑以生成新的鈍化層。高表面積苔蘚狀Li的形成往往發(fā)生在來自液體電解質(zhì) 的低速沉積期間，特別是如果鹽濃度高的話。與Li的高反應(yīng)性以及有機(jī)溶劑的可燃性組合 的高表面積導(dǎo)致非常有反應(yīng)性及危險(xiǎn)的電池單元。
[0009] 實(shí)現(xiàn)結(jié)合Li金屬陽極的可商用電池的另一顯著挑戰(zhàn)是陽極中存在平坦Li金屬表 面，相較于其中小粒子通常用于增加界面面積以用于反應(yīng)的多孔電極，該陽極具有減小的 用于反應(yīng)的界面面積。例如，圖1描繪典型的鋰電池單元10,其包括陽極12、具有鋁集流器16 的陰極14以及間隔體結(jié)構(gòu)18。集流器20被包括用于陽極12。陽極12與間隔體18之間的界面 是平坦的。
[0010] 與圖1的配置相比，由直徑6微米、50%的體積分?jǐn)?shù)的球形粒子構(gòu)成的多孔電極具有 每cm2幾何面積下每100μπι的電極厚度下50cm 2的界面面積用于反應(yīng)。用于反應(yīng)的界面面積的 增大有助于減小電池單元的總電阻，并且從而增加其可以傳遞的功率量。
[0011] 因此，在典型的多孔電極具有每cm2幾何面積下每100μπι的電極厚度下大約50cm2的 可用于反應(yīng)的界面面積時(shí)，平坦電極12僅具有多孔電極的界面面積的五十分之一用于反 應(yīng)。因此，電池單元10需要與包括多孔陽極的電池單元的大約50倍高的動(dòng)力學(xué)速率常數(shù)，以 實(shí)現(xiàn)與多孔陽極相同的動(dòng)力學(xué)電阻。特別是對(duì)于利用Li金屬和固體間隔體的固態(tài)電池單 元，Li金屬/間隔體界面為固體/固體界面，并且Li通過該界面?zhèn)鬏數(shù)膭?dòng)力學(xué)相較于Li金屬/ 液體有機(jī)電解質(zhì)界面較慢。
[0012] 因此，需要的是在表現(xiàn)出減小的動(dòng)力學(xué)電阻的陽極中包括鋰形式的電化學(xué)電池單 J L· 〇

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，一種電化學(xué)電池單元包括:包括鋰形式的陽極;包括嵌入鋰的活 性材料的陰極；以及定位于所述陽極與所述陰極之間的間隔體，所述間隔體包括定位為與 所述陽極相對(duì)的第一結(jié)構(gòu)化表面部分，所述第一結(jié)構(gòu)化表面部分總體上具有非平坦輪廓。
[0014] 在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，所述間隔體具有第一標(biāo)稱寬度，所述第一結(jié)構(gòu)化表面部 分限定第二標(biāo)稱寬度，以及所述第二標(biāo)稱寬度小于所述第一標(biāo)稱寬度的大約20%。
[0015] 在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，所述第一標(biāo)稱寬度為大約25微米，以及所述第二標(biāo)稱寬 度為大約5微米。
[0016] 在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，間隔體包括定位為與所述陰極相對(duì)的第二結(jié)構(gòu)化表面部 分，所述第二結(jié)構(gòu)化表面部分總體上具有非平坦輪廓。
[0017] 在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，間隔體具有第一標(biāo)稱寬度，所述第一結(jié)構(gòu)化表面部分限 定第二標(biāo)稱寬度，所述第二結(jié)構(gòu)化表面部分限定第三標(biāo)稱寬度，以及所述第二標(biāo)稱寬度與 所述第三標(biāo)稱寬度之和小于所述第一標(biāo)稱寬度的大約20%。
[0018] 在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，所述第一結(jié)構(gòu)化表面部分被均勻地結(jié)構(gòu)化，以及所述第 二結(jié)構(gòu)化表面部分被均勻地結(jié)構(gòu)化。
[0019] 在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，所述第一結(jié)構(gòu)化表面部分包括相對(duì)于彼此成角度的多個(gè) 第一表面，以及所述第二結(jié)構(gòu)化表面部分包括相對(duì)于彼此成角度的多個(gè)第二表面。
[0020] 在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，所述多個(gè)第一表面中的每一個(gè)與所述多個(gè)第一表面中的 另一個(gè)由圓形轉(zhuǎn)角部分隔開，以及所述多個(gè)第二表面中的每一個(gè)與所述多個(gè)第二表面中的 另一個(gè)由圓形轉(zhuǎn)角部分隔開。
[0021] 在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，所述多個(gè)第一表面中的每一個(gè)第一表面與定位為直接跨 所述間隔體的寬度的所述多個(gè)第二表面中的相應(yīng)一個(gè)第二表面相關(guān)聯(lián)，以及從所述多個(gè)第 一表面中的每一個(gè)第一表面到所述多個(gè)第二表面中的相關(guān)聯(lián)的一個(gè)第二表面的直線距離 是與所述多個(gè)第一表面中的其他第一表面中的每一個(gè)第一表面到所述多個(gè)第二表面中的 相關(guān)聯(lián)的一個(gè)第二表面之間的平行直線距離相同的距離。
[0022] 在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，所述第一結(jié)構(gòu)化表面部分與所述第二結(jié)構(gòu)化表面部分中 的每一個(gè)被不規(guī)則地紋理化。
[0023] 在一個(gè)實(shí)施例中，一種形成電化學(xué)電池單元的方法包括:提供包括鋰形式的陽極； 提供包括嵌入鋰的活性材料的陰極;形成間隔體部分;形成所述間隔體部分的第一結(jié)構(gòu)化 表面部分，所述第一結(jié)構(gòu)化表面部分總體上具有非平坦輪廓；以及將所形成的具有所述第 一結(jié)構(gòu)化表面部分的間隔體部分定位在所述陽極與所述陰極之間，其中所述第一結(jié)構(gòu)化表 面部分與所述陽極相對(duì)。
[0024] 在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，形成所述間隔體部分包括形成具有第一標(biāo)稱寬度的所述 間隔體部分，以及形成所述第一結(jié)構(gòu)化表面部分包括形成具有第二標(biāo)稱寬度的所述第一結(jié) 構(gòu)化表面部分，其中所述第二標(biāo)稱寬度小于所述第一標(biāo)稱寬度的大約20%。
[0025] 在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，形成電化學(xué)電池單元的方法包括:形成第二結(jié)構(gòu)化表面 部分，所述第一結(jié)構(gòu)化表面部分總體上具有非平坦輪廓，其中將所形成的間隔體部分定位 在所述陽極與所述陰極之間包括將所述第二結(jié)構(gòu)化表面部分定位為與所述陰極相對(duì)。
[0026] 在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，形成所述第一結(jié)構(gòu)化表面部分包括均勻地結(jié)構(gòu)化所述第 一結(jié)構(gòu)化表面部分，以及形成所述第二結(jié)構(gòu)化表面部分包括均勻地結(jié)構(gòu)化所述第二結(jié)構(gòu)化 表面部分。
[0027] 在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，形成所述第一結(jié)構(gòu)化表面部分包括形成相對(duì)于彼此成角 度的多個(gè)第一表面，以及形成所述第二結(jié)構(gòu)化表面部分包括形成相對(duì)于彼此成角度的多個(gè) 第二表面。
[0028] 在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，形成所述第一結(jié)構(gòu)化表面部分包括以圓形轉(zhuǎn)角部分將所 述多個(gè)第一表面中的每一個(gè)與所述多個(gè)第一表面中的另一個(gè)隔開，以及形成所述第二結(jié)構(gòu) 化表面部分包括以圓形轉(zhuǎn)角部分將所述多個(gè)第二表面中的每一個(gè)與所述多個(gè)第二表面中 的另一個(gè)隔開。
[0029] 在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，形成所述第二結(jié)構(gòu)化表面部分包括從所述多個(gè)第一表面 中的相關(guān)聯(lián)的一個(gè)第一表面形成直接跨所形成的間隔體部分的寬度的所述多個(gè)第二表面 中的每一個(gè)第二表面，使得從所述多個(gè)第一表面中的每一個(gè)第一表面到所述多個(gè)第二表面 中的相關(guān)聯(lián)的一個(gè)第二表面的直線距離是與所述多個(gè)第一表面中的其他第一表面中的每 一個(gè)第一表面到所述多個(gè)第二表面中的相關(guān)聯(lián)的一個(gè)第二表面之間的平行直線距離相同 的距離。
[0030] 在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，形成所述第一結(jié)構(gòu)化表面部分包括刮削所形成的間隔體 部分的第一外表面以在所述第一外表面上形成不規(guī)則紋理，以及形成所述第二結(jié)構(gòu)化表面 部分包括刮削所形成的間隔體部分的第二外表面以在所述第二外表面上形成不規(guī)則紋理。
[0031] 在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，形成間隔體部分包括:在具有所期望表面結(jié)構(gòu)的支架上 形成所述間隔體部分；以及從所述支架釋放所形成的間隔體部分，使得形成所述間隔體部 分包括形成所述第一結(jié)構(gòu)化表面部分。
[0032] 在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，形成所述第一結(jié)構(gòu)化表面部分包括:化學(xué)地蝕刻所形成 的間隔體部分。
【附圖說明】
[0033] 圖1描繪包括平坦的陽極至間隔體界面的典型電化學(xué)電池單元的簡化示意圖； 圖2描繪包括與陽極緊相鄰的結(jié)構(gòu)化間隔體表面的電化學(xué)電池單元的簡化示意圖； 圖3描繪包括與陽極緊相鄰的結(jié)構(gòu)化間隔體表面以及與陰極緊相鄰的結(jié)構(gòu)化間隔體表 面的電化學(xué)電池單元的簡化示意圖；以及 圖4描繪包括具有圓形結(jié)構(gòu)的兩個(gè)結(jié)構(gòu)化表面的間隔體的簡化示意圖；以及 圖5描繪包括兩個(gè)結(jié)構(gòu)化表面的間隔體的簡化示意圖，兩個(gè)結(jié)構(gòu)化表面具有包括圓形 和點(diǎn)狀結(jié)構(gòu)的不規(guī)則結(jié)構(gòu)化表面。
【具體實(shí)施方式】
[0034]出于促進(jìn)理解本公開原理的目的，將參照附圖中示出并且在以下書面描述中描述 的實(shí)施例。應(yīng)理解，并不由此意圖限制本公開的范圍。還應(yīng)理解，本公開包括對(duì)于所示實(shí)施 例的任何改變和修改并且包括如對(duì)于本公開所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將正常想到的本公 開原理的進(jìn)一步應(yīng)用。
[0035]圖2描繪電化學(xué)電池單元100,其包括具有集流器103的陽極102、具有鋁集流器106 的陰極104,以及間隔體結(jié)構(gòu)108。陽極102包括鋰金屬或鋰合金金屬。陽極104被定尺寸為使 得其至少具有與陰極1〇6-樣大的容量，并且優(yōu)選具有至少10%的過量容量并且在一些實(shí)施 例中在壽命開始時(shí)具有高達(dá)50%的過量容量并且滿電荷以計(jì)及在循環(huán)期間發(fā)生的副反應(yīng)中 消耗的鋰金屬。
[0036]陰極104包含活性材料(諸如嵌入鋰的材料，如LiFeP04)、電解質(zhì)以及可選地改進(jìn) 導(dǎo)電率的可導(dǎo)添加物（諸如碳黑）以及可選地改進(jìn)粒子在陰極中的凝聚的粘結(jié)劑（諸如 PVDF)。
[0037] 間隔體結(jié)構(gòu)108是傳導(dǎo)Li離子但不傳導(dǎo)電子的層。間隔體層108可以包括固體陶瓷 Li導(dǎo)體(諸如石榴石材料、硫化物以及其他，^ 體陶瓷，其包括晶體或玻璃陶瓷以及諸如基于聚乙烯氧化物的那些的聚合物二者）。
[0038] 在一個(gè)實(shí)施例中，間隔體層包括固體陶瓷層。固體陶瓷層的益處在于沒有離子液 體將能夠透過，不像其中像離子液體的小分子能夠透過的聚合物。
[0039] 間隔體結(jié)構(gòu)108包括與陽極102緊相鄰的結(jié)構(gòu)化表面110。如在此使用的，術(shù)語"結(jié) 構(gòu)化表面"意味著表面在總體上是非平坦的。在圖2的實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)化表面110包括多個(gè)成 90°角接合的平坦表面，每個(gè)平坦表面與陽極102的平坦表面相對(duì)。通過包括成角度的平坦 表面，陽極102與陰極108之間的界面面積增加二的平方根的因數(shù)（1.414)。圖2并非成比例 的，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)化表面部分110的標(biāo)稱寬度（即，從一個(gè)峰到相鄰谷)通常遠(yuǎn)小于間隔體結(jié)構(gòu) 108的標(biāo)稱寬度。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，包括結(jié)構(gòu)化表面110的標(biāo)稱寬度的固體間隔體的標(biāo) 稱寬度為25微米，并且表面結(jié)構(gòu)化的標(biāo)稱寬度小于5微米。優(yōu)選地，結(jié)構(gòu)化表面110的標(biāo)稱寬 度小于間隔體結(jié)構(gòu)108的標(biāo)稱寬度的20%。
[0040]圖2的配置因此導(dǎo)致陽極102與間隔體108之間的增加的界面面積。然而，在一些實(shí) 施例中，結(jié)構(gòu)化表面110在間隔體108的單側(cè)上的使用可能因?yàn)殛枠O102與陰極104之間的非 均勻距離而導(dǎo)致通過間隔體108的非均勻電流密度。電流流經(jīng)最小電阻的路徑，因此電流密 度將在Li金屬陽極102與陰極104之間的最短距離的點(diǎn)處最高。圖3的電化學(xué)電池單元120減 小了非均勻電流密度。
[0041 ]電化學(xué)電池單元120包括具有集流器123的陽極122、具有鋁集流器126的陰極124 以及間隔體結(jié)構(gòu)128。電化學(xué)電池單元120基本上與電化學(xué)電池單元100相同，不同之處在 于，間隔體結(jié)構(gòu)128包括第一結(jié)構(gòu)化表面130以及與陰極124緊相鄰的相對(duì)的結(jié)構(gòu)化表面 132。第一結(jié)構(gòu)化表面130上的任意點(diǎn)與相對(duì)的結(jié)構(gòu)化表面132上的對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間的直線距離 對(duì)于第一結(jié)構(gòu)化表面130上的每個(gè)點(diǎn)都是相同的。
[0042] 雖然圖2和圖3的實(shí)施例結(jié)合了具有均勻成角度并且間隔分開的表面的結(jié)構(gòu)化表 面，但是也可以實(shí)現(xiàn)其他表面結(jié)構(gòu)化形狀和策略。例如，圖4描繪間隔體140,其具有連續(xù)圓 形的結(jié)構(gòu)化表面142和144。在不同實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)化表面142和144被規(guī)則地彎曲或不規(guī)則 地彎曲（即，成不同尺寸或?qū)?zhǔn)的峰和谷）。
[0043] 使用圓形轉(zhuǎn)角或隨機(jī)結(jié)構(gòu)的益處包括制造的增加的便利。例如，諸如圖5的輪廓表 面150的隨機(jī)結(jié)構(gòu)可以通過刮削固體間隔體的表面以引入不規(guī)則紋理化的表面結(jié)構(gòu)化而容 易地獲得。取決于制造工藝，圓形邊可以比正方形或其他形式尖邊更容易引入。另外，圓形 結(jié)構(gòu)通常比正方形邊引入更大的界面面積。例如，相較于使用90°角度的1.414的增強(qiáng)因數(shù)， 通過使用圓實(shí)現(xiàn)大約1.57的面積增強(qiáng)因數(shù)。
[0044] 引入表面結(jié)構(gòu)化的方法取決于針對(duì)具體材料的制造工藝，但可以包括用于結(jié)構(gòu)化 長度刻度從lOOnm至5微米的材料的多種方法中的任一種，包括光刻、物理和化學(xué)沉積技術(shù) 等。支架可以用于固體間隔體將需要從其釋放的制造，并且在一些實(shí)施例中使用促進(jìn)該釋 放的合適中間層。
[0045] 在一些實(shí)施例中，所得到的Li金屬的非平坦片可能隨著在電化學(xué)循環(huán)期間發(fā)生Li 金屬的沉積和去除而經(jīng)歷一定的塑性變形。因此，可以采用促進(jìn)Li金屬的塑性變形的方法， 諸如使用剛性電池單元封裝體、剛性陰極結(jié)構(gòu)和/或在電池單元層上施加壓縮壓力。
[0046] 上述實(shí)施例在與Li金屬相鄰的層上引入表面結(jié)構(gòu)化，從而增加可用于界面反應(yīng)的 面積并且減小界面阻抗。多種類型的表面結(jié)構(gòu)化是可用的，包括使用具有尖銳轉(zhuǎn)角、圓形轉(zhuǎn) 角以及隨機(jī)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)化。
[0047] 上述實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了 Li金屬電池單元，其具有每質(zhì)量和體積更高的能量。此外，上述 實(shí)施例相較于使用不包括結(jié)構(gòu)化表面的Li金屬的電池單元提供高功率輸出以及更低的電 池單元電阻。
[0048] 雖然在附圖以及前述描述中已經(jīng)詳細(xì)示出和描述了本公開，但本公開應(yīng)在特性上 認(rèn)為是說明性的而非限制性的。應(yīng)理解，僅僅呈現(xiàn)了優(yōu)選實(shí)施例，并且期望保護(hù)在本公開精 神內(nèi)的全部變化、修改和進(jìn)一步應(yīng)用。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種電化學(xué)電池單元，包括： 包括鋰形式的陽極； 包括嵌入鋰的活性材料的陰極；以及 定位于所述陽極與所述陰極之間的間隔體，所述間隔體包括定位為與所述陽極相對(duì)的 第一結(jié)構(gòu)化表面部分，所述第一結(jié)構(gòu)化表面部分總體上具有非平坦輪廓。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)電池單元，其中： 所述間隔體具有第一標(biāo)稱寬度； 所述第一結(jié)構(gòu)化表面部分限定第二標(biāo)稱寬度；以及 所述第二標(biāo)稱寬度小于所述第一標(biāo)稱寬度的大約20%。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)電池單元，其中： 所述第一標(biāo)稱寬度為大約25微米；以及 所述第二標(biāo)稱寬度為大約5微米。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)電池單元，所述間隔體還包括： 定位為與所述陰極相對(duì)的第二結(jié)構(gòu)化表面部分，所述第二結(jié)構(gòu)化表面部分總體上具有 非平坦輪廓。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電化學(xué)電池單元，其中： 所述間隔體具有第一標(biāo)稱寬度； 所述第一結(jié)構(gòu)化表面部分限定第二標(biāo)稱寬度； 所述第二結(jié)構(gòu)化表面部分限定第三標(biāo)稱寬度；以及 所述第二標(biāo)稱寬度與所述第三標(biāo)稱寬度之和小于所述第一標(biāo)稱寬度的大約20%。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電化學(xué)電池單元，其中： 所述第一結(jié)構(gòu)化表面部分被均勻地結(jié)構(gòu)化；以及 所述第二結(jié)構(gòu)化表面部分被均勻地結(jié)構(gòu)化。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的電化學(xué)電池單元，其中： 所述第一結(jié)構(gòu)化表面部分包括相對(duì)于彼此成角度的多個(gè)第一表面；以及 所述第二結(jié)構(gòu)化表面部分包括相對(duì)于彼此成角度的多個(gè)第二表面。8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的電化學(xué)電池單元，其中： 所述多個(gè)第一表面中的每一個(gè)與所述多個(gè)第一表面中的另一個(gè)由圓形轉(zhuǎn)角部分隔開； 以及 所述多個(gè)第二表面中的每一個(gè)與所述多個(gè)第二表面中的另一個(gè)由圓形轉(zhuǎn)角部分隔開。9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的電化學(xué)電池單元，其中： 所述多個(gè)第一表面中的每一個(gè)第一表面與定位為直接跨所述間隔體的寬度的所述多 個(gè)第二表面中的相應(yīng)一個(gè)第二表面相關(guān)聯(lián);以及 從所述多個(gè)第一表面中的每一個(gè)第一表面到所述多個(gè)第二表面中的相關(guān)聯(lián)的一個(gè)第 二表面的直線距離是與所述多個(gè)第一表面中的其他第一表面中的每一個(gè)第一表面到所述 多個(gè)第二表面中的相關(guān)聯(lián)的一個(gè)第二表面之間的平行直線距離相同的距離。10. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電化學(xué)電池單元，其中，所述第一結(jié)構(gòu)化表面部分與所述第 二結(jié)構(gòu)化表面部分中的每一個(gè)被不規(guī)則地紋理化。11. 一種形成電化學(xué)電池單元的方法，包括： 提供包括鋰形式的陽極； 提供包括嵌入鋰的活性材料的陰極； 形成間隔體部分； 形成所述間隔體部分的第一結(jié)構(gòu)化表面部分，所述第一結(jié)構(gòu)化表面部分總體上具有非 平坦輪廓；以及 將所形成的具有所述第一結(jié)構(gòu)化表面部分的間隔體部分定位在所述陽極與所述陰極 之間，其中所述第一結(jié)構(gòu)化表面部分與所述陽極相對(duì)。12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中： 形成所述間隔體部分包括形成具有第一標(biāo)稱寬度的所述間隔體部分；以及 形成所述第一結(jié)構(gòu)化表面部分包括形成具有第二標(biāo)稱寬度的所述第一結(jié)構(gòu)化表面部 分，其中所述第二標(biāo)稱寬度小于所述第一標(biāo)稱寬度的大約20%。13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括： 形成第二結(jié)構(gòu)化表面部分，所述第一結(jié)構(gòu)化表面部分總體上具有非平坦輪廓，并且其 中： 將所形成的間隔體部分定位在所述陽極與所述陰極之間包括將所述第二結(jié)構(gòu)化表面 部分定位為與所述陰極相對(duì)。14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中： 形成所述第一結(jié)構(gòu)化表面部分包括均勻地結(jié)構(gòu)化所述第一結(jié)構(gòu)化表面部分；以及 形成所述第二結(jié)構(gòu)化表面部分包括均勻地結(jié)構(gòu)化所述第二結(jié)構(gòu)化表面部分。15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中： 形成所述第一結(jié)構(gòu)化表面部分包括形成相對(duì)于彼此成角度的多個(gè)第一表面；以及 形成所述第二結(jié)構(gòu)化表面部分包括形成相對(duì)于彼此成角度的多個(gè)第二表面。16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中： 形成所述第一結(jié)構(gòu)化表面部分包括以圓形轉(zhuǎn)角部分將所述多個(gè)第一表面中的每一個(gè) 與所述多個(gè)第一表面中的另一個(gè)隔開;以及 形成所述第二結(jié)構(gòu)化表面部分包括以圓形轉(zhuǎn)角部分將所述多個(gè)第二表面中的每一個(gè) 與所述多個(gè)第二表面中的另一個(gè)隔開。17. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中： 形成所述第二結(jié)構(gòu)化表面部分包括從所述多個(gè)第一表面中的相關(guān)聯(lián)的一個(gè)第一表面 形成直接跨所形成的間隔體部分的寬度的所述多個(gè)第二表面中的每一個(gè)第二表面，使得從 所述多個(gè)第一表面中的每一個(gè)第一表面到所述多個(gè)第二表面中的相關(guān)聯(lián)的一個(gè)第二表面 的直線距離是與所述多個(gè)第一表面中的其他第一表面中的每一個(gè)第一表面到所述多個(gè)第 二表面中的相關(guān)聯(lián)的一個(gè)第二表面之間的平行直線距離相同的距離。18. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中： 形成所述第一結(jié)構(gòu)化表面部分包括刮削所形成的間隔體部分的第一外表面以在所述 第一外表面上形成不規(guī)則紋理；以及 形成所述第二結(jié)構(gòu)化表面部分包括刮削所形成的間隔體部分的第二外表面以在所述 第二外表面上形成不規(guī)則紋理。19. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，形成間隔體部分包括： 在具有所期望表面結(jié)構(gòu)的支架上形成所述間隔體部分；以及 從所述支架釋放所形成的間隔體部分，使得形成所述間隔體部分包括形成所述第一結(jié) 構(gòu)化表面部分。20.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，形成所述第一結(jié)構(gòu)化表面部分包括： 化學(xué)地蝕刻所形成的間隔體部分。
【文檔編號(hào)】H01M10/052GK105900263SQ201480056506
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2014年8月14日
【發(fā)明人】T·羅曼, P·阿爾博塔斯, J·F·克里斯滕森, B·科京斯基
【申請(qǐng)人】羅伯特·博世有限公司