CN101584065A - 三维电池及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

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。

Description

三维电池及其制造方法
相关申请的交叉参考
根据35U.S.C.section 119(e)，本申请要求以下优先权：(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“使用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”；其全部内容通过参考合并其中。
背景技术
1.本发明的技术领域
根据本发明原理的实施一般涉及电池技术领域，更具体地为三维储能系统及装置，例如电池和电容器，以及它们的制造方法。
2.背景技术
现有的储能装置，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，平板或螺旋卷绕板)，其中每个板的表面积粗略等于它的几何面积(忽略孔隙率和表面粗糙度)。
图1示出现有储能装置，例如锂离子电池的截面图。电池15包括阴极集电器10，其上装配阴极11。这一层被隔膜12覆盖，在隔膜12上方放置阳极集电器13和阳极14组件。有时这个组由另一个隔膜层(未示出)覆盖在阳极集电器13上，并卷绕填充到筒中组装成电池15。在充电过程，锂离开阴极11并以锂离子的形式通过隔膜12进入阳极14。根据所用的阳极，锂离子嵌入(例如，位于阳极材料的基体中而不是形成合金)或者形成合金。在放电过程，锂离开阳极14，通过隔膜12迁移并通过到阴极11。
文献中已经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能量，制造三维能量存储装置是有益的。
下面的参考文献可以进一步帮助解释本领域的情况，并作为非必要主题在此通过参考合并其中：Long e.al.，“三维电池结树”，Chemical Reviews，(2004)，104，4463-4492；Chang Liu，FOUNDATIONS OF MEMS，第十章，1-55页(2006)；Kanamura et.al.“可充电锂电池的LiCoO2正极的电泳(electrophoretic)制造”，Journalof Power Sources，97-98(2001)294-297；Caballero et al.“用电泳沉积制备高电压锂离子电池的LiNi0.5Mn1.5O4薄膜电极”，Journal of Power Sources，156(2006)583-590；Wang and Cao，“溶胶电泳沉积的五氧化钒膜的Li+ -嵌入电化学/电变色性能”，Electrochimica Acta，51，(2006)，4865-4872；Nishizawa et al.“聚吡咯涂覆的尖晶石LiMn2O4纳米管的模板合成及其作为锂电池阴极活性材料的性能”，Journal ofPower Sources，1923-1927，(1997)；Shembel et al.“液态聚合物电解质的锂二次电池用薄层电解硫氧化钼”，5th Advanced Batteries and Accumulators，ABA-2004，锂聚合物电解质；和Kobin et al.“分子蒸汽沉积(Molecular Vapor Deposition)——一种改善MEMS装置的分子涂覆气相沉积技术”，SEMI technical Symposium：Innovations inSemiconductor Manufacturing(STS：ISM)，SEMICON West 2004，2004SemiconductorEquipment and Materials International.
期望制造一种可以提供非常高能量和能量密度的三维电化学能量装置，同时阐述上述观点或本领域的其它限制。
发明内容
本申请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，和从第一表面延伸的第一多个导电突起。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。
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。
附图说明
参照附图描述本发明的一些实施方案。
图1是现有二维储能装置例如锂离子电池的一般截面图。
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4A-4E是根据本发明实施方案，用减活性离子刻蚀工艺(subtractive reactiveion etch 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，用减活性离子刻蚀工艺制造骨架结构的过程示意图。
图6A-6C是根据本发明实施方案，用减活性离子刻蚀工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 electrochemicaldeposition)、化学沉积或电泳沉积工艺制造骨架结构的过程示意图。
图8A-8E是根据本发明实施方案，用加冲压工艺(additive extrusion)制造骨架结构的过程示意图。
图9A-9C是根据本发明实施方案，用顺序沉积并组装工艺制造骨架结构的过程示意图。
具体实施方式
本发明的某些实施方案涉及三维锂离子电池结构。现有储能装置，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，平板或螺旋卷绕板)，其中每个板的表面积粗略等于它的几何面积(忽略孔隙率和表面粗糙度)。三维储能装置可以是阳极、阴极和/或隔膜实质上是非层状的装置。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基板的几何面积大两倍。在一些实施方案中，假定互相正交的X、Y、Z方向，两个恒-Z后连线板之间的间隔应当至少大于X-Y面中电极之间的间隔除以2的平方根。
本发明的一些实施方案涉及用于制造三维储能装置，例如电池、电容器和燃料电池的骨架结构的利用。骨架结构可以用于提供机械稳定性、电连接和增加单位几何面积的表面。通过实例，骨架结构可以通过在扁平基板上金属线结合铝制成柱形，可以基本用于组装电池的阴极或阳极材料涂敷。在此介绍使用各种材料、形状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能量和恢复率(retrieval)。对于具体存储的能量三维储能装置还可以提高比二维储能装置更高的能量恢复率，例如通过最小化或减小阳极和阴极之间的电子和离子的传递距离。这些装置可以更适于微型化和应用于装置的几何面积是受限的和/或需要的能量密度高于层状装置获得的能量密的。
本发明的一些实施方案包括机械稳定、导电的骨架结构，骨架结构最后成为最终组装的储能装置的一部分。骨架材料一般不参与储能装置的有效电化学反应，且可以提高机械和电强度。
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，机械强度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。
骨架结构可以制成提供相对于几何面积更高表面积的任何形状，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，例如金属、半导体、有机物、陶瓷和玻璃。骨架结构可以用来提供：(i)储能装置中活性电极，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体材料例如硅和锗。碳基有机材料也可以用于形成三维结构的骨架结构。金属，例如铝、铜、镍、钴、钛和钨，也可以用作骨架结构。
在一些实施方案中，骨架结构由金属、半导体、有机材料、陶瓷或玻璃用减形成技术(subtractive formation technique)制成。这些材料可以通过用选择刻蚀掩模活性刻蚀基底和等离子刻蚀工艺形成。可选择地，或结合，使用电化学刻蚀、模印、或放电切削可选择地优选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，骨架结构由金属、半导体、有机材料、陶瓷或玻璃用加形成技术(additive formation technique)制成。这些材料可以通过使用例如传统的平板印刷技术牺牲模板，并使用例如电化学沉积、化学沉积、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成在平板上，随后通过“安装和放置(pick and place)”和焊接或粘结组装。
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，形成用单层或多层印刷的骨架结构以获得预期的形状和厚度。可选择地，或结合，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、被组装在一起的块，去除牺牲材料以提供骨架结构。
在导电骨架结构的实例中，活性材料可以通过各种技术，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，和真空流体沉积，直接组装在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，例如电化学或化学沉积、气相真空沉积例如原子层沉积(ALD)和化学气相沉积(CVD)，溅射沉积、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。使用例如溅射刻蚀、离子铣削和卸下技术完成这种去除。
图2示出用于形成三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所示的电极的表面积高，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，各种零件(例如电极和骨架结构突起)的相关性质例如导电性根据具体实施方案可以局部变化(例如，从电极到电极或从突起到突起)。
图3A-3D示出能够在本发明某些实施方案的情况下使用、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实施方案。图3A示出具有柱状阴极和阳极的三维组件，图3B示出具有板形阴极和阳极的三维组件，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示出具有波形阴极和阳极的三维组件。还可以在本发明的某些实施方案的情况下使用其它结构，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4A-4E示出根据本发明某些实施方案使用减活性离子刻蚀工艺制造骨架结构的总工艺流程示意图。该过程涉及基板40，基板40用定向等离子源形成挥发气体副产物，因此有利于去除来成形。基板40的非限定实例是硅基板，在性质上可以是单晶或多晶。掩模层41通过例如真空沉积、热氧化、表面涂覆和湿化学沉积的方法沉积在基板40上。在硅作为基板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。为了提供进一步处理以产生骨架结构适用的图案可以通过标准图案技术随后对该层41构图。在本发明的实施方案中，掩模层41可以用适于对第一掩模层41构图的第二掩模层42覆盖(参见图4A-4D)。为了将第一掩模层41的图案转移到基板40上，在控制的环境中使基板40和掩模层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提供基板40的优良的各项异性刻蚀同时以非常低的速率刻蚀掩模41自身。基板40的反应刻蚀之后基本完成之后，可以除去掩模层41，在基板上留下图案，因此形成骨架结构(参见图4E)。
参照图4A-4E下面的实例进一步解释本发明的构思。单晶或多晶硅可以用作可以在等离体的情况下定向刻蚀的基板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AZ4620TM和AZP4620TM(来自ClariantCorporation市售的)，可以用作第二掩模层42。该层42可以旋转涂覆二氧化硅层上，随后用标准光学制版技术构图。用显影液，例如AZ400KTM(来自ClariantCorporation市售的)可以使光致抗蚀剂的区域显影。这种图案结构浸泡在HF、NH3F和水中(缓冲氧化刻蚀)，其中暴露的二氧化硅表面被溶解。用相容的有机溶剂，例如N-甲基-2-吡咯烷酮可选择地去除残留的光致抗蚀剂，留下图案化二氧化硅层。为了刻蚀基板40上的二氧化硅图案，硅和图案化二氧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刻蚀速率差就使图案转移到基板40上。硅反应刻蚀基本完成后，掩模层41可以通过浸泡在缓冲氧化刻蚀液(Buffered Oxide Etch)中，留下图案化基板40。在一些实例中，终止层可以加到基板40的底部以利于完成刻蚀和阴极和阳极骨架结构的绝缘。
在一些实施方案中，图案化基板40是导电的，在这种情况下得到的骨架结构准备进一步活性材料处理。在某些其它实施方案中，骨架结构是非导电的。在这种情况下，通过沉积导电层的进一步处理可以通过各种方法进行。
图5A-5D示出根据某些实施方案的减电化学刻蚀处理制造骨架结构的示意图。在这些具体实施方案中，基板50用通过例如真空沉积、热沉积、表面涂覆和湿化学沉积方法沉积在基板50上的电绝缘掩模层51构图。随后为了提供适合进一步处理以产生骨架结构的图案，通过标准图案技术例如平版印刷对该层51构图。在本发明的一些实施方案中，掩模层51用适于对第一掩模层51构图的第二掩模层51覆盖(参见图5A-5B)。在这种情况下，通过用第二掩模层51作模版来对第一掩模层51构图。用选择湿或干方法选择性地处理第二掩模层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的组合放置在具有对电极54和喷嘴55的电化学电池53中，喷嘴55喷出溶液，用于电化学去除暴露在溶液中的区域中的材料(参见图5C)。在某些实施方案中，整个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，一般地在深度方向
Figure A20088000167800121
的每边去除的材料的量可以基本与在宽度方向
Figure A20088000167800122
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
Figure A20088000167800123
明显比宽度
Figure A20088000167800124
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，AZ4620TM或AZP4620TM)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1wt％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-吡咯烷酮去除掩模层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 stampingprocess)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，用加电化学沉积、化学沉积工艺制造骨架结构的过程示意图。这个过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(Abformung)”。在这个过程中，使用导电或非导电基板70。在非导电基板的情况下，沉积导电层71。在基板70上涂敷光致抗蚀剂72，通过用光掩模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致抗蚀剂72(参见7A和7B)。放置在电镀浴器中的工件具有足够的电势来还原溶液中存在的金属离子形成金属(参见图7C)。金属离子在导电表面被还原，且不沉积在有光致抗蚀剂72存在的区域。当处理基本完成时，包括组件70、72和74的工件从电镀池中去除，并去除光致抗蚀剂72留下骨架结构(包括组件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(tonephotoresist)72(例如，AZ4620TM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1g/l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-吡咯烷酮去除光致抗蚀剂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示出根据某些实施方案的用加冲压工艺制造骨架结构的过程示意图。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示出根据某些实施方案的用顺序沉积并组装工艺制造骨架结构的过程示意图。在这个处理过程中，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
Figure A20088000167800141
相应的厚度，在它们轴的内部螺旋卷绕，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。留下两个卷绕的铜基板，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LiCoO2、LiNi0.5Mn1.5O4、Li(NixCoyAlz)O2、LiFePO4或Li2MnO4可以电泳沉积在导电基板上。还可以电泳沉积形成V2O5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LiCoO2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、TiO2、SiO2、Al2O3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，本领域技术人员应当理解在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情况、材料、组合物、方法、运行或操作适应本发明的目的、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顺序进行特定的操作描述公开的方法时，可以理解这些操作可以组合、细分或重新排列以形成不脱离本发明教导的等价方法。因此，除非在此特别指示，操作的顺序和组合不限定本发明。

Claims (32)

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极组成。
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、根据权利要求2的三维电池，其还包括：
电池壳内的第二结构层，所述第二结构层具有第二表面；
从所述第二结构层的所述第二表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，每个第三多个电极与导电突起的所述第二多个电极之一的外表面接触。
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1的三维电池，其中所述第一多个导电突起围绕从所述第一结构层的所述第一表面突出的基底材料。
10、根据权利要求9的三维电池，其中所述基底材料和所述第一结构层包括相同的材料。
11、根据权利要求1的三维电池，其中每个所述第二多个电极包括覆盖在所述第一多个导电突起之一的外表面上的层。
12、根据权利要求1的三维电池，其中所述第一多个导电突起包括从所述第一结构层突出至少50微米并具有小于20微米厚度的凸棱。
13、根据权利要求1的三维电池，其中所述第一多个导电突起包括从所述第一结构层突出至少50微米的柱。
14、根据权利要求10的三维电池，所述第二多个电极的每个包括覆盖在所述第一多个导电突起之一的外表面上的层。
15、根据权利要求10的三维电池，其中所述第一多个导电突起包括从所述第一结构层延伸至少50微米并具有小于20微米厚度的凸棱。
16、根据权利要求10的三维电池，其中所述第一多个导电突起包括从所述第一结构层突出至少50微米的柱。
17、根据权利要求13的三维电池，每个所述柱基本是圆柱形。
18、根据权利要求16的三维电池，每个所述柱基本是圆柱形。
19、根据权利要求6的三维电池，其中所述第二多个导电突起与所述第三多个导电突起电绝缘。
20、根据权利要求1的三维电池，其中所述第二多个导电突起包括从所述第一结构层突出至少50微米并具有大约2.5∶1到500∶1之间纵横比的凸棱。
21、根据权利要求1的三维电池，还包括至少一个所述阴极和至少一个所述阳极之间的隔膜。
22、一种制造三维电池的方法，包括：
提供第一结构层，所述结构层具有第一表面；
形成从所述第一结构层的第一表面延伸的第一多个导电突起；
形成第一多个电极，其中每个第一多个电极与所述第一多个导电突起之一的外表面接触。
23、根据权利要求22的方法，其中形成所述第一多个电极包括通过电泳沉积形成多个阴极。
24、根据权利要求22的方法，其中形成所述第一多个电极包括通过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：
形成从所述第一结构层的所述第一表面延伸的多个非-活性骨架突起；以及其中形成第一多个导电突起包括形成覆盖在所述非-活性骨架突起之一的外表面上的导电层。
26、根据权利要求22的方法，其中形成所述第一多个电极包括改变每个所述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括通过电泳沉积形成多个阴极。
28、根据权利要求25的方法，其中形成第一多个电极包括通过电泳沉积形成多个阳极。
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LiCoO2。
30、根据权利要求25的方法，还包括分隔每个多个非-活性突起之间的导电层。
31、根据权利要求27的方法，其中形成每个所述阴极的步骤包括电泳沉积LiCoO2直到形成大约1微米到大约300微米之间的厚度。
32、根据权利要求25的方法，其还包括：
提供第二结构层，所述第二结构层具有与所述第一表面大体相对的第二表面；
形成从所述第二结构层的所述第二表面延伸且与所述第一多个导电突起基本平行的第二多个导电突起；以及
形成第二多个电极，其中每个所述第二多个电极与所述第二多个导电突起之一的外表面接触。
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