CN104953156B - 电池元件、电池和用于形成电池的方法 - Google Patents

电池元件、电池和用于形成电池的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电池元件、电池和用于形成电池的方法。一种电池元件包括具有延伸到衬底内的多个沟槽的衬底。所述多个沟槽中的每个沟槽的至少一部分被填充有固态电池结构。此外，所述电池元件包括被布置在衬底的前侧处并且电连接到在多个沟槽内的固态电池结构的第一电极层的前侧电池元件电极。附加地，所述电池元件包括被布置在衬底的背侧处并且电连接到在多个沟槽内的固态电池结构的第二电极层的背侧电池元件电极。

Description

电池元件、电池和用于形成电池的方法
技术领域
实施例涉及能量储存设备并且特别涉及电池、电池元件和用于形成电池的方法。
背景技术
随着便携电子设备（例如笔记本、便携电话、照相机等）的增大使用并且随着电驱动汽车的增大使用，具有高能量密度的二次或可再充电电池已受到越来越多的关注，作为这些设备的电源。这样的可再充电电池的示例是锂离子可再充电电池。
由于电动车的增长的生产量和对储存能量（例如可再生能量）的增长需求，对能量储存设备的需求进一步增长。
能量密度（即可在电池中储存多少能量）对于减小重要并且因此减小电池材料的成本和电池移动的成本来说是重要的。因此，对增大电池的能量密度是有普遍兴趣的。
发明内容
一些实施例涉及一种电池元件，该电池元件包括具有到达衬底内的多个沟槽的衬底。多个沟槽中的每个沟槽的至少一部分被填充有固态电池结构。此外，该电池元件包括被布置在衬底的前侧处并且电连接到在多个沟槽内的固态电池结构的第一电极层的前侧电池元件电极。此外，电池元件包括被布置在衬底的背侧处并且电连接到在多个沟槽内的固态电池结构的第二电极层的背侧电池元件电极。
另外的实施例涉及用于形成电池的方法，该方法包括蚀刻沟槽到衬底内以及在沟槽内形成固态电池结构。此外，该方法包括形成被布置在衬底的前侧处并且电连接到在沟槽内的固态电池结构的第一电极层的前侧电池元件电极。此外，该方法包括形成被布置在衬底的背侧处并且电连接到在沟槽内的固态电池结构的第二电极层的背侧电池元件电极。
附图说明
下文将仅通过示例的方式，并且参考附图，描述装置和/或方法的一些实施例，在附图中
图1示出电池的示意性横截面；
图2示出具有腔的电池元件的示意性横截面；
图3示出具有腔的另一电池元件的示意性横截面；
图4示出用于形成电池的方法的流程图；
图5示出具有背侧电极的电池元件的示意性横截面；
图6示出具有背侧电极的另一电池元件的示意性横截面；
图7示出具有电池元件堆叠体的电池的示意性横截面；
图8示出电池元件堆叠体的示意性横截面；
图9示出用于形成电池的方法的流程图；
图10a-10c示出在形成电池元件期间的示意性横截面；
图11a-11c示出在形成另一电池元件期间的示意性横截面；
图12示出用于形成电池元件的方法的流程图；
图13a-13c示出在形成电池元件期间的示意性顶视图；
图14a-14c示出在形成另一电池元件期间的示意性顶视图；
图15示出晶片和沟槽的两个可能分布的示意性顶视图；
图16a示出具有方形沟槽的电池元件的示意性横截面；
图16b示出在图16a中示出的电池元件的示意性顶视图；以及
图17示出具有电池元件的堆叠体的电池的示意性横截面。
具体实施方式
现在将参考附图更完全地描述各个示例实施例，在附图中图示了一些示例实施例。在图中，为了清楚可能夸大线、层和/或区的厚度。
相应地，尽管另外的实施例能够具有各种修改和替换形式，通过在图中的示例的方法来示出并且在本文中将详细描述其的一些示例实施例。然而，应当理解的是，并非意图将示例实施例限制到所公开的特别形式，而是相反，示例实施例覆盖落入本公开的范围内的所有修改、等同和替换。贯穿对图的描述，同样的数字指代同样或类似的元件。
将理解的是，当元件被称为“连接”或“耦合”到另一元件时，其可以直接连接或耦合到另一元件，或可存在介于中间的元件。相比之下，当元件被称为“直接连接”或“直接耦合”到另一元件时，不存在介于中间的元件。用于描述在元件之间的关系的其它词应当以同样的方式来解释（例如，“在……之间”相比“直接在……之间”，“相邻”相比“直接相邻”等）。
本文使用的术语是为了仅描述特别示例实施例的目的并且并非意图对另外的示例实施例的限制。如本文使用的，单数形式“一个”、“一种”和“该”旨在还包括复数形式，除非上下文清楚地另外声明。将进一步理解的是，术语“包括”、“由……组成”、“包含”和/或“含有”当在本文中使用时指定陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组的存在或附加。
除非另外定义，本文使用的所有术语（包括技术和科学术语）具有与示例实施例属于的领域的普通技术人员普遍理解的相同的含义。将进一步理解的是，术语（例如在普遍使用的字典中定义的那些）应当被解释为具有与它们在相关领域的背景中的含义一致的含义，并且将不被以理想化或过度规范的意义来解释，除非在本文中如此明确定义。
图1示出根据一实施例的电池100的示意性横截面。电池100包括两个外部可访问的电池电极102以提供供电电压到可连接的设备。此外，电池100包括晶片110的至少一半以上，该晶片110包括两个晶片电极112。电池100可形成在具有主表面的衬底中，该主表面具有至少600cm2的表面积。例如，如果使用200nm晶片（其中直径是200nm），则该晶片的至少一半以上将是大约该大小（例如大约πR2）。使用基本上所有的200nm晶片将产生大约1200cm2的衬底，而使用所有450nm晶片将产生大约6350cm2的衬底。相应地，在某些实施例中，衬底大小在1200cm2和6350cm2之间。在其它实施例中，衬底可以更大或更小。
晶片包括从晶片110的表面到达晶片110内的多个沟槽114。多个沟槽114中的沟槽114（或每个沟槽）的至少一部分填充有固态电池结构116。沟槽114内的固态电池结构116包括电连接到晶片电极112的电极。
通过直接使用晶片的大部分或整个晶片用于形成电池，可以以低成本到达高能量密度，因为可以在制造期间整块地处理晶片。此外，没有晶片的空间或者仅晶片的很少空间可能因为用于切割晶片的区域而损失。此外，用于切割晶片的制造时间和成本可被保持低或可被完全避免。
电池100是在两个外部可访问电池电极102（例如阳极和阴极）处提供供电电压的可再充电电池（或不可再充电电池）。外部设备（例如电动车辆、电力供应网络、机器或其它电子设备）可以连接到两个外部可访问电池电极102。此外，外部能量生成器或电力供应网络可以连接到或可连接到电池100用于再充电。
例如，两个外部可访问电池电极102可透过电池100的封装。该封装可包围晶片110的至少一半以上以保护晶片110的至少一半以上以防非期望的环境影响。
晶片110的至少一半以上可以是包括两个晶片电极112的晶片的大部分（多于50%、多于70%、多于80%或多于90%）或基本上整个晶片。使用整个晶片可提供大的能量密度，同时可需要低的制造努力（例如可避免切割和浪费）。替换地，晶片或电池的另一几何结构是期望的。例如，可以将晶片切割成方形或矩形形状，仍然具有原始晶片大小的一半以上。在下文中，术语晶片可意指晶片的至少一半以上或整个晶片。
晶片110可表示电池100的电池元件或电池单元。由于在晶片110上实施的固态电池结构，晶片110可在晶片电极处提供电压。换言之，电池元件可以是电池的部分并且可能够在电极处提供电压（储存的能量）。电池100可至少进一步包括保护电池元件的封装。可选地，电池100可包括多于一个的电池元件（例如具有在沟槽中的固态电池结构的晶片）。换言之，电池100可以可选地包括具有包括固态电池结构的沟槽的多个至少一半以上的晶片。
两个晶片电极112（例如阳极和阴极）可提供由晶片110的电池结构116储存的能量并且可连接到两个外部可访问电池电极102，可连接到电池的其它晶片或电池元件的晶片电极，或可连接到电池的控制电路（例如用于控制由电池提供的供电电压或供电电流）。
控制电路（例如用于控制由电池提供的供电电压或供电电流，或确定剩余电荷或电荷状态）可被集成在晶片110上或可被布置在两个晶片电极112和两个外部可访问电池电极102之间（例如在独立半导体管芯上）。可选地，控制电路可提供信号（例如指示电池的剩余电荷）到电池100的可选的另外的外部可访问电池电极，或可接收来自电池100的可选的另外的外部可访问电池电极的控制信号（例如触发对由电池提供的供电电压或供电电流的控制）。
晶片110可以是半导体晶片（例如基于硅的晶片、基于碳化硅的晶片、基于砷化镓的晶片）、玻璃晶片或适于形成具有固态电池结构的沟槽114的另一晶片。
晶片110包括蚀刻到衬底内的多个沟槽114。从晶片110的表面开始，可以将沟槽蚀刻到晶片110内，直到到达期望的深度为止。
例如，多个沟槽114的一些或所有沟槽114可以到达晶片100内比500μm更深（或比700μm更深或比800μm更深），或可以透过整个晶片100（例如对于200mm的直径具有750μm厚度或对于300mm的直径具有880μm厚度的晶片）。
例如，多个沟槽114中的一些或所有沟槽114可包括比最大横向尺寸更大的最大深度。例如，多个沟槽114中的一些或所有沟槽114可包括比10更大（或比20更大或比30更大）的长宽比。通过增大长宽比，用于形成固态电池结构的表面可以增大，从而导致更高的能量密度。
可选地，多个沟槽114中的一些或所有沟槽114可包括小于300μm（或小于200μm或在5μm和200μm之间，例如40μm）的最大宽度。该最大宽度可以例如是沟槽114在晶片100的表面处的最大横向延伸。通过实施窄沟槽114，可增大在晶片100上可制造的沟槽的数量。
例如，多个沟槽中的一些或所有（除了在边缘处的）沟槽可包括在2μm和300nm之间（或在1μm和500nm之间）的到彼此的距离（到邻近沟槽或到最近邻近沟槽的距离）。通过实施具有小的到彼此的距离的沟槽，可以增大在晶片上可制造的沟槽的数量。保持在沟槽之间的距离超过预定义限度可增大晶片100的稳定性。
多个沟槽114中的一个沟槽114、一些沟槽或所有沟槽中的至少一部分被填充有固态电池结构116。多个沟槽114中的该沟槽114、一些沟槽或所有沟槽内的固态电池结构116包括电连接到晶片电极112的电极或电极层。固态电池结构116可以是在一个沟槽内的电池结构或可在多个沟槽114中的若干沟槽或在多个沟槽114中的所有沟槽114上方延伸。可选地，固态电池结构可以在若干或每个沟槽中实施，并且固态电池结构116的电极可以相互连接或耦合。在若干沟槽上方延伸的固态电池结构116可通过同时在这些沟槽内形成固态电池结构116来获得。
在该沟槽内或在若干或所有沟槽内的固态电池结构114可例如包括在连接到两个晶片电极的第一晶片电极的第一电极层和连接到两个晶片电极的第二晶片电极的第二电极层之间的固态电解质层。换言之，固态电池结构114的阳极层可连接或耦合（例如通过控制电路或其它固态电池结构）到晶片110的阳极电极并且固态电池结构114的阴极可连接或耦合到晶片110的阴极电极。
例如，固态电解质层可包括或可包含锂磷氮氧化物LiPON或另一固态电解质。
替换地或附加地，电解质层可包括或可包含以下材料组中的至少一种材料，该组包括：锂、磷、镧、钛、锂磷氮氧化物、锂镧钛氧化物（LLTO）、聚合物、聚氧化乙烯、LiPO1 xN1 y，thio-LISICON材料（锂超离子导体，例如Li10GeP2S12或LixGeyPzS4）、LixM1-yM′yS4 (M = Si或Ge，并且M′= P、Al、Zn、Ga或Sb)、LixAlyTiz(PO4), 二氧化硅(SiO2)、氮化硅Si3N4或任何其它适当的电解质，例如钠超离子导体(NASICON), NASICON类型材料(例如Na1+x+4yM2-ySixP3- xO12，0≦x≦3, 0≦y≦1 (M = Ti、Hf、或Zr))、Li2S P2S5、Li2S P2S5 SiS2、Li2S SiS2、或硫氧化物玻璃(例如[[Li2S]0.6[SiS2]0.4]1-x[LixMOy]x (M= Si、P、Ge、B、Al、Ga、In))。固态电解质可被认为是由于离子在材料中的移动（例如通过在它们的晶体结构中的通道、空隙、或空结晶位置）而可运输电荷的材料。
可选地，第一电极层可包括阳极层（例如包括或包含碳或硅）和可选地包括集电极层（例如包括或包含氮化钛TiN）。集电极层也可被布置在沟槽内或可覆盖与例如晶片的表面处的阳极层接触的一个或多个沟槽。
替换地或附加地，阳极层可包括硅、多晶硅、非晶硅、碳、非晶碳、石墨、Li4Ti5O12(LTO)、CuN3、氧化钛(TiO2)或任何其它适当的阳极材料，如例如钛、金属硅化物（例如硅化钙、硅化镁、硅化钼）、Li15Si4、包含锂的合金（例如Li22M5/M (M=Ge、Sn、Pb、Si)）、Li4.4Si、Li4.4Ge、基于硅化锡的玻璃（例如SnO-B2O3-P2O5-Al2O3）、SnS-P2S5、Li2S-P2S5、包含硅的过渡金属氮化物（例如SiMxNy (M=Co、Ni、Cu))、由TiO2、Sn、Ge、Al、Pb、In、ZnO涂布的Ni。阳极可以在本文被定义为例如在电池的充电期间的负电极。根据各个实施例，阳极可包括阳极材料（如之前描述的）的混合物或阳极材料与另一附加材料的混合物以提供微复合材料作为阳极材料。
此外，第二电极层可包括阴极层（例如包括或包含锂钴氧化物LiCoO2）以及可选的集电极层（例如包括或包含氮化钛）。
替换地或附加地，阴极层可包括锂、钴、镍、铝，氧、铁、磷、硫、锰、钒、锰尖晶石、镍钴锰酸锂、磷酸铁锂（掺杂或未掺杂的）、过渡金属氧化物（例如MnO2、Fe3O4、Co3O4、TiO2、NiO）、橄榄石（例如LiCoPO4）、LiCoO2、LiNiO2、LiNixMnyO2、LiNi1−xCoxO2、LiNi0.85Co0.1Al0.05O2、LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2、LiMn2O4（尖晶石结构）、Li4/3Ti5/3O4、V2O5、非晶形的V2O5、LiMn2O4、Li2S、和LiFePO4、或任何其它适当的阴极材料，例如包括镍和不锈钢。阴极可在本文被例如定义为在电池的充电期间的正电极。
替换地或附加地，一个或两个集电极层可包括Cu、TiN、Pt、Al、AlCu、W、Au、WN、碳或这些材料的复合物或合金。
在一些实施例中，多个沟槽中的一沟槽、一些沟槽或所有沟槽包括腔。换言之，固态电池结构可在一个、一些或所有沟槽的壁上形成，在沟槽的中间留下气隙。之后，该气隙可由另一层（例如用于实施晶片的电极的金属层或上面提到的阳极层）覆盖，留下在多个沟槽中的一个、一些或所有沟槽内的腔。
在沟槽内的腔可提供用于在充电和/或放电期间用于固态电池结构的膨胀的空间。因此，可通过实施在沟槽内的腔来显著减小由于膨胀过程所致的晶片110的至少一半以上内的机械应力。
可在包括固态电池结构的所有沟槽内形成或保持腔。以该方式，可将机械应力保持得非常低。替换地，在每两个或三个（或另一数量）的沟槽内形成或保持腔以便将机械应力减小到期望水平可能是足够的。
图2示出根据一实施例的电池元件200的示意性横截面。电池元件200（或电池单元）包括具有到达衬底210内的多个沟槽212的衬底210。多个沟槽212中的一沟槽212（或一些或所有沟槽）的一部分被填充有固态电池结构214。此外，多个沟槽212中的该沟槽212（或一些或所有沟槽）包括腔216。
在沟槽内的腔216可提供如上面提到的在充电和/或放电期间用于固态电池结构的膨胀的空间。
衬底210可以例如是小管芯、晶片的大部分或整个晶片。衬底210可以是半导体衬底（例如基于硅、基于碳化硅、基于砷化镓）、玻璃衬底或适于形成具有固态电池结构的沟槽114的另一衬底。
可选地，多个沟槽中的每个沟槽的一部分被填充有固态电池结构，并且可选地多个沟槽中的每个沟槽包括腔。
电池元件200可包括对应于结合提出的概念或上面描述的一个或多个实施例（例如图1）描述的一个或多个方面（例如沟槽尺寸、固态电池结构、电极、封装）的一个或多个可选附加特征。
图3示出根据一实施例的电池元件300的示意性横截面。电池元件300的实施方式类似于图2中示出的电池元件。沟槽214（例如沟槽单元）内的固态电池结构包括在第一电极层和第二电极层之间的固态电解质层306。固态电解质层306可包括或可包含锂磷氮氧化物（LiPON）。此外，第一电极层可包括阳极层308（-）（例如包括或包含碳或硅）。电流集电极层310（-）（例如包括或包含氮化钛TiN）可在若干或所有沟槽上方延伸。电流集电极层310可覆盖沟槽的开口并且可密封在沟槽214内剩余的腔216。此外，第二电极层可包括阴极层304（+）（例如包括或包含锂钴氧化物LiCoO2）以及电流集电极层302（+）（例如包括或包含氮化钛）。第一电极层的电流集电极层310可连接或耦合到阳极电池元件电极（例如阳极晶片电极）并且第二电极层的电流集电极层302可连接或耦合到阴极电池元件电极（例如阴极晶片电极）。
第一电极层和第二电极层可以是可电连接在衬底的同一侧处的。例如，可以在接触区域320处移除固态电池结构的其它层以提供对第二电极层的访问。替换地，第一电极层和第二电极层可以是可连接在衬底的不同侧处的（例如图5和6）。
电池元件或结构可以例如是主要或仅利用半导体工艺可制造或制造的。可结合半导体工艺使用（例如沉积）一些新的材料。
电池元件300可包括对应于结合提出的概念或上面描述的一个或多个实施例（例如图1或2）描述的一个或多个方面（例如沟槽尺寸、固态电池结构、电极、封装、腔）的一个或多个可选附加特征。
一些实施例涉及包括外壳的移动设备，该外壳容纳被配置为提供音频数据和视频数据中的至少一种给用户的电子设备和被配置为提供电力供应给电子设备的电池。电池包括电池元件，电池元件包括具有到达衬底内的多个沟槽的衬底。多个沟槽中的沟槽的部分被填充有固态电池结构。衬底包括比移动设备的外壳的最大尺寸更大的最大尺寸。
由于大衬底的使用，电池大小可适应于移动设备的大小。以该方式，可提供用于移动设备的有效电力供应。
移动设备可以例如是智能电话、膝上型电脑或笔记本电脑。
外壳的最大尺寸可以是外壳在外壳的最大尺寸的方向上的延伸。例如，对于基本上矩形的外壳，最大尺寸可以是矩形的对角线。换言之，衬底可包括具有比移动设备的外壳的最大尺寸的至少一半（或至少70%或至少80%）更大的最大尺寸（例如矩形的对角线）的几何结构。
结合提出的概念或上面描述的一个或多个实施例提到关于电池、电池元件、衬底、沟槽和/或固态电池结构的更多细节或方面。
图4示出根据一实施例的用于形成电池的方法400的流程图。方法400包括制备410包括（至少）两个晶片电极的晶片。晶片包括从晶片的表面到达晶片内的多个沟槽。多个沟槽中的沟槽的至少一部分被填充有固态电池结构。此外，沟槽内的固态电池结构包括电连接到晶片电极的电极。附加地，方法400包括形成420包括用来提供到可连接设备的供电电压的两个外部可访问的电池电极的电池封装。
通过直接使用晶片（例如基本上整个晶片）用于形成电池，可以利用低成本到达高能量密度，因为可以在制造期间整块地处理晶片。此外，没有晶片的空间或仅很少的晶片的空间可能因为用于切割晶片的区域而损失。此外，用于切割晶片的制造时间和成本可被保持低或可被完全避免。
制备410晶片可包括在晶片上形成沟槽、固态电池结构和晶片电极和/或可包括制备（例如清洁、定位）晶片用于形成420电池封装。
例如，可将整个晶片用于电池并且可在电池封装中实施整个晶片。替换地，方法400可包括切割晶片以获得具有期望几何结构的晶片的剩余部分。晶片的剩余部分可以是晶片的至少一半以上并且可包括两个晶片电极。以该方式，可提供具有期望几何结构和/或大小的电池。
方法400可包括对应于结合提出的概念或上面描述的一个或多个实施例（例如图1-3）描述的一个或多个方面（例如沟槽尺寸、固态电池结构、电极、封装、腔）的一个或多个可选附加动作。
一些实施例涉及晶片电池。这样的晶片电池可被集成或实施在例如包括电池单元（例如晶片电池）、布线和装配部分和至少一个电池管理系统BMS的电池组中。
由于若干原因，晶片电池或包括实施在晶片上的电池结构的电池可取代袋装电池（pouch cell）。可使用具有100mm、150mm、200mm、300mm或450mm或更大的直径的晶片。可例如使用半导体工具和工艺来对表面进行图案化。真实的3D电池设计可变得可能。例如，可通过图案特征大小来影响能量密度和功率密度。比利用袋装电池更高的能量密度可以是可实现的。而且根据材料选择和图案特征大小，例如比袋装电池更高的功率密度可以是可实现的。具有~AR30（30的长宽比）或更高的沟槽可提供例如比袋装电池更高的功率密度。可使用现有（制造）工具，例如蚀刻300mm工具。假定相同的能量含量，电池的重量可例如减小为至多1/2。
例如，可获得准备好的处理后的晶片=系统（例如组合载体功能和有源电池部分）。因为3D设计，可实现高的特定能量密度和特定功率密度两者。
提出的（固态）电池可以例如用作EV（电动车、汽车）的牵引电池或用于能量（例如可再生能量，如太阳能）的储存设备。
提出的概念可以通过例如形成深沟槽（例如在300mm晶片上）的能力来使能。
通过使用提出的概念，可以将微型电池集成在ASIC（专用集成电路）中。可以堆叠固态电池用于汽车和/或能量储存应用。例如，电动车可包括在更多行程（例如更高为多于两倍、三倍或四倍）的情况下的相同或相似重量。
可使用半导体工艺用于制造。可例如将新材料引入工艺链中（例如LiPON、LiCoxOy）。
提出的电池可以是包括嵌入式控制器（例如上面提到的控制电路）的（智能）电池。
可通过沟槽使用来扩大晶片的表面。此外，半导体图案化可允许柔性布线。以该方式，更快的负载循环可以是可实现的。
可以在不同的使用材料之间比较在电池块级上的能量密度。例如，基于LiCoO2（锂钴氧化物）和碳的晶片电池可包括针对16KWh的大约80kg的重量（例如具有单元、装配和冷却的整个系统）（或针对有源单元的~44kg），从而导致大约190Wh/kg的特定能量密度。例如，基于LiS（硫化锂）和Si（硅）的晶片电池可包括针对16KWh的大约45kg的重量（例如具有单元、装配和冷却的整个系统）（或针对有源单元的~17kg），从而导致大约360Wh/kg的特定能量密度。多于75%的重量减小可以是可实现的。
此外，可通过实施提出的概念来增大功率密度（例如由发动机输送的功率，W/kg）。
图5示出根据一实施例的电池元件500的示意性横截面。电池元件500（或电池单元）包括具有从衬底510的表面到达衬底510内的多个沟槽512的衬底510。多个沟槽512中的每个沟槽512的至少一部分被填充有固态电池结构。此外，电池元件500包括前侧电池元件电极520，前侧电池元件电极520被布置在衬底510的前侧处并且电连接到或可连接到多个沟槽512内的固态电池结构的第一电极层514。附加地，电池元件500包括背侧电池元件电极530，背侧电池元件电极530被布置在衬底510的背侧处并且电连接到或可连接到多个沟槽512内的固态电池结构的第二电极层516。
可以以低的努力将在衬底的相对侧处具有电极（阳极和阴极）的电池元件集成在电池中，因为电极在电池元件的两侧处是容易可访问的。此外，可以以低的努力堆叠具有前侧和背侧电极的若干电池元件。因此，具有高能量密度的电池可以是可获得的。
电池元件500或电池单元可被用于形成电池。由于实施在衬底510上的一个或多个固态电池结构，电池元件500可在前侧电池元件电极520和背侧电池元件电极530处提供电压。换言之，电池元件500可被集成在电池中并且能够在电极处提供储存的能量。例如，电池可至少包括保护至少一个电池元件500的封装。可选地，电池可包括多于一个的电池元件（例如具有在沟槽中的固态电池结构的衬底）。
衬底510可以例如是小的管芯、晶片的大部分或整个晶片。衬底510可以是半导体衬底（例如基于硅、基于碳化硅、具有砷化镓）、玻璃衬底或适于形成具有固态电池结构的沟槽512的另一衬底。
衬底510的前侧可以例如是衬底510中用于开始蚀刻沟槽512到衬底510内的一侧和/或衬底510中用于沉积固态电池结构的一侧。衬底510的背侧可以是衬底510中与前侧相对定位的一侧。
前侧电池元件电极520可以是在衬底510的前侧处可访问的接触区域、接触结构或接触层。换言之，前侧电池元件电极520可以使能到在衬底510的前侧处的另一设备、电池电极或另一电池元件的电连接或可实施到在衬底510的前侧处的另一设备、电池电极或另一电池元件的接口。例如，前侧电池元件电极520可以是沿着衬底510的前侧的至少一半（或至少70%、至少80%或至少90%）延伸的接触层。
背侧电池元件电极530可以是在衬底510的背侧处可访问的接触区域、接触结构或接触层。换言之，背侧电池元件电极530可以使能到在衬底510的背侧处的另一设备、电池电极或另一电池元件的电连接或可实施到在衬底510的背侧处的另一设备、电池电极或另一电池元件的接口。例如，背侧电池元件电池530可以是沿着衬底510的背侧的至少一半（或至少70%、至少80%或至少90%）延伸的接触层。
前侧电池元件电极520和/或背侧电池元件电极530可包括或包含铜、铝、金或适合于提供可靠接触接口的另一材料（例如合金）。
例如，多个沟槽512中的沟槽512从衬底的前侧到达衬底的背侧。换言之，沟槽512可透过整个衬底510。以该方式，多个沟槽内的固态电池结构的第二电极层可以例如以低的努力电连接到背侧电池元件电极530。替换地，可以将硅穿孔从衬底510的背侧蚀刻到多个沟槽内的固态电池结构的第二电极层，以使能例如在背侧处的电接触。
结合提出的概念或上面描述的一个或多个实施例（例如图1-4）来描述电池元件500的更多细节和可选方面（例如衬底、沟槽尺寸、固态电池结构、电极、封装）。
例如，沟槽512内的固态电池结构可包括在第一电极层514和第二电极层516之间的固态电解质层。固态电解质层可包括锂磷氮氧化物。第一电极层514可包括阳极层，阳极层包括碳或硅。第二电极层516可包括阴极层和集电极层，阴极层包括锂钴氧化物，集电极层包括氮化钛。
例如，衬底510可包括多于500μm的厚度。多个沟槽512中的沟槽可包括大于10的长宽比。多个沟槽中的沟槽可包括少于300μm的最大宽度。多个沟槽中的沟槽可包括在2μm和300nm之间的到彼此的距离。多个沟槽中的沟槽可包括大于最大横向尺寸的最大深度。可选地，衬底基本上是整个晶片。
图6示出根据一实施例的电池元件600的示意性横截面。电池元件600的实施方式类似于图5中示出的电池元件。沟槽512（例如沟槽单元）内的固态电池结构包括在第一电极层和第二电极层之间的固态电解质层606。固态电解质层606可包括或可包含锂磷氮氧化物LiPON。此外，第一电极层可包括阳极层608（-）（例如包括或包含碳或硅）。电流集电极层620（-）（例如包括或包含氮化钛TiN）可在若干或所有沟槽上方延伸。电流集电极层620可覆盖沟槽的开口并且可密封在沟槽214内剩余的腔616。此外，第二电极层可包括阴极层604（+）（例如包括或包含锂钴氧化物LiCoO2）以及电流集电极层602（+）（例如包括或包含氮化钛）。固态电池结构的第一电极层至少部分由前侧电池元件电极520（例如包括或包含铜）覆盖。此外，位于沟槽512的底部处的固态电池结构的第二电极层的部分至少部分由背侧电池元件电极530（例如包括或包含铜）覆盖。
第一电极层的电流集电极层620可通过前侧电池元件电极520接触、连接或耦合到阳极电池元件电极（例如阳极电极）并且第二电极层的电流集电极层602可通过背侧电池元件电极530接触、连接或耦合到阴极电池元件电极（例如阴极电极）。
电池元件600可包括对应于结合提出的概念或上面描述的一个或多个实施例（例如图1-5）描述的一个或多个方面（例如沟槽尺寸、固态电池结构、电极、封装、腔）的一个或多个可选附加特征。
图7示出根据一实施例的电池700的示意性横截面。电池700包括以堆叠的方式布置的根据提出的概念或上面描述的一个或多个实施例（例如图1-6）的多个电池元件。
通过堆叠多个提出的电池元件，提供期望电压或期望容量的电池可以是可行的。因为被布置在衬底的相对侧上的电极，可以以低的努力堆叠电池元件。以该方式，可以获得具有高功率密度的电池。
电池700可包括一个或多个电池元件500的堆叠体。一个或多个堆叠体可通过电池封装710来包封。此外，一个或多个堆叠体可以连接或可连接到外部可访问的电池电极702。
图8示出可能的电池元件堆叠体的示意性图示。例如，电池元件800可包括结构化的晶片（例如通过包括固态电池结构的沟槽来结构化）和前侧电极（例如+）和背侧电极（例如-），从而提供4V和30Ah。
在一示例中，可以堆叠四个这样的电池元件800，从而前侧电极与背侧电极接触，导致在堆叠体的正+电极812和负-电极814之间提供16V和30Ah的堆叠体。
替换地，可以堆叠四个这样的电池元件800，从而前侧电极与前侧电极接触，并且背侧电极与背侧电极接触，导致在堆叠体的正电极824和负电极822之间提供4V和120Ah的堆叠体。
例如，可以通过堆叠提出的电池元件来实施具有360-380V的供电电压的用于电动车的电池组。
图9示出根据一实施例的用于形成电池的方法900的流程图。方法900包括蚀刻910沟槽到衬底内以及在沟槽内形成920固态电池结构。此外，方法900包括形成930被布置在衬底的前侧处并且电连接或可连接到沟槽内的固态电池结构的第一电极层的前侧电池元件电极。附加地，方法900包括形成940被布置在衬底的背侧处并且电连接或可连接到沟槽内的固态电池结构的第二电极层的背侧电池元件电极。
因为在电池元件的两侧处可容易访问电极，所以可以以低的努力形成具有在衬底的相对侧处的电极（阳极和阴极）的电池元件。
例如，晶片（衬底）可以是用于结构的载体。在一个表面上的一个电极可以正形成梳状结构到晶片内，在背侧上的另一电极可以正形成在另一侧上的互补梳状结构。在之间，可以定位电池层。
可选地，方法900可包括在蚀刻沟槽之前在衬底的背侧处沉积辅助层。然后可以蚀刻沟槽穿过衬底直到到达辅助层为止。可以在形成沟槽内的固态电池结构之后去除辅助层以露出在衬底的背侧处的第二电极层。辅助层可提供用于沟槽蚀刻的蚀刻停止和/或可增大在制造期间的机械稳定性。
图10a-c示出用于形成或处理具有在背侧处的辅助层的电池或电池元件的示例。图10a示出在衬底510（例如晶片）的背侧上的辅助层1020（例如包括或包含氮化硅的停止层）的沉积。以该方式，可提供用于硅Si蚀刻的停止层。之后，可以如图10b（还参见图5-6）中所示的在衬底510上（在前侧处）执行电池形成（形成固态电池结构）。然后，在背侧上去除辅助层1020（例如氮化物）并且如图10c所示的形成前侧/背侧（金属）电极520、530。
换言之，可例如通过衬底（例如如同硅晶片）、在衬底的背侧上的氮化物沉积、电池形成（例如在硅中蚀刻沟槽、底部电极层的沉积、如同固体电解质等的电池层的沉积、顶部电极层的沉积）、去除背侧氮化物和在前侧和背侧上的金属电极的沉积来形成提出的结构。
替换地，方法900可包括在形成沟槽内的固态电池结构后，从衬底的背侧打薄衬底，直到第二电极层在衬底的背侧处露出。
图10a-c示出通过从背侧打薄衬底来形成或处理电池或电池元件的示例。图11a示出衬底510（例如晶片）。可以在图11b（还参见图5-6）所示的衬底510上（在前侧处）形成电池形成（形成固态电池结构）。然后，可执行对（固态电池结构的）底部电极的背侧抛光（例如打薄薄膜技术）并且如图11c所示形成前侧/背侧（金属）电极520、530。
换言之，可例如通过衬底（例如如同硅晶片）、电池形成（例如在硅中蚀刻沟槽、底部电极层的沉积、如同固体电解质等的电池层的沉积、顶部电极层的沉积）、晶片打薄直到在底部电极上停止为止和在前侧和背侧上的金属电极的沉积来形成提出的结构。
每个晶片可包括在一个晶片表面上的可以在厚度方面独立于在电解质中的层选择的顶部电极，和也可以独立地选择的底部电极，并且两者都可以例如在电池所需的沟槽中的层的厚度方面独立地选择。
可选地，方法900可包括堆叠多个电池元件从而邻近电池元件的电极相互接触。
包括晶片的电池或电池元件可以被容易地堆叠以形成具有更高电压的电池（+/-、+/-、+/-等）或形成具有更高容量的电池（+/-、-/+、+/-、-/+等）或两者（例如图7-8）。
方法900可包括对应于结合提出的概念或上面描述的一个或多个实施例（例如图1-8）描述的一个或多个方面（例如沟槽尺寸、固态电池结构、电极、封装、腔）的一个或多个可选附加动作。
一些实施例涉及电池组。提出的电池设计可使能在低欧姆路径上得到电流输出。这对于功率密度来说可以是重要的，例如以得到小的充电时间并且得到高峰值功率的电池输出。在上面提到的提出的设置中，可以例如在前侧上做出两个接触部以接触两个电极层。底层的厚度可以通过其串联电阻来限制电流。
根据提出的方面，可以使用晶片背侧处理来从背侧（3-D结构）接触底部电极。这可使能到固态电解质的非常低的欧姆路径。此外，可以使在表面上的电极比在沟槽中的更厚，这可帮助增大导电性，进一步用于更多的功率密度。因为晶片可具有在一个表面上的一个电极和在另一表面上的一个电极，容易堆叠晶片以例如形成更高电流能力或形成具有更高电压的电池。
根据提出的方面，可以利用晶片形成电池，其中晶片的前侧是一个电极并且背侧是另一电极。用于形成这样的电池的工艺可以使用在Si蚀刻期间的停止层或具有在底部电极上的停止的背侧打薄工艺。很多这些电池（电池元件）组合成具有更高电流或更高电压的一个电池封装可以例如是可能的。
图12示出根据一实施例的用于形成电池元件的方法1200的流程图。方法1200包括蚀刻1210沟槽到衬底内以及沟槽的取决于晶体取向的蚀刻1220。此外，方法120包括在沟槽内形成1230固态电池结构。
通过使用取决于晶体取向的蚀刻，沟槽的有角度的几何结构可以是可制造的或可以被制造。具有有角度的几何结构的沟槽可使能沟槽的非常紧密的分布或压缩。以该方式，可增大电池元件和使用这样的电池元件的电池的功率密度。
例如，使用干法化学蚀刻工艺来用于沟槽到衬底内的蚀刻1210。沟槽的蚀刻1210可包括基本上各向同性的蚀刻行为。可使用掩模来在期望位置处蚀刻沟槽。通过使用干法化学蚀刻工艺，具有高长宽比的沟槽可以是可获得的。
例如，可使用湿法化学蚀刻工艺来用于取决于晶体取向的蚀刻1220。取决于晶体取向的蚀刻1220可包括基本上各向异性的蚀刻行为。换言之，取决于晶体取向的蚀刻1220可包括沿着衬底的结晶方向的优选蚀刻方向。可选地，可使用氢氧化钾KOH或氢氧化铵NH4OH用于取决于晶体取向的蚀刻（例如用于硅衬底）或适合于取决于晶体取向的衬底材料的蚀刻的另一液体。
沟槽的蚀刻1210可设定沟槽在衬底上方的基本或大体分布。例如，可以根据六角形图案或方形图案在衬底上方分布沟槽。换言之，可以将沟槽的几何结构的中心布置在例如六角形或方形网格的网格点上。
取决于晶体取向的蚀刻1220可将由之前蚀刻（例如干法化学）引起的沟槽的几何结构调适到期望几何结构。例如，沟槽可在取决于晶体取向的蚀刻1220之后包括基本上矩形横向形状或方形横向形状。换言之，在取决于晶体取向的蚀刻1220之后沟槽的顶视图可包括基本上矩形形状或方形形状。例如，从矩形形状或方形形状的偏离可小于矩形形状或方形形状的横向长度或侧长度的10%（或小于5%或小于1%）。
例如，可以使用非常紧密的分布用于沟槽的蚀刻1210，并且可以通过将沟槽的几何结构从在蚀刻1210沟槽之后的基本上圆化的几何结构调适为在取决于晶体取向的蚀刻1220之后的基本上有角度的几何结构来进一步减小在沟槽之间浪费的区域。
图13a-c示出具有结晶蚀刻工艺的沟槽布置的示例。图13a示出在以方形图案1330的沟槽蚀刻1320之后的衬底1310。可获得~2πr~6,2r的电池表面。之后，通过如图13b示出的取决于晶体的蚀刻来调适沟槽的几何结构到基本上方形的几何结构1340。得到的硅Si矩阵在图13c中示出。可以获得~4*2r~8r的电池表面。以该方式，可增大电池元件的功率密度。
图14a-c示出具有结晶蚀刻工艺的沟槽布置的另一示例。图14a示出在以六角形图案1430的沟槽蚀刻1420之后的衬底1410。之后，通过如图14b示出的取决于晶体的蚀刻来调适沟槽的几何结构到基本上矩形的几何结构1440。得到的硅Si矩阵在图14c中示出。以该方式，可增大电池元件的功率密度。
结合提出的概念或上面描述的一个或多个实施例（例如图1-11）来描述方法1200的更多细节和可选方面（例如衬底、沟槽尺寸、固态电池结构、电极、封装）。
例如，在沟槽内形成1230固态电池结构可包括在第一电极层和第二电极层之间形成固态电解质层。固态电解质层可包括锂磷氮氧化物。第一电极层可包括阳极层，阳极层包括碳或硅。第二电极层可包括阴极层和集电极层，阴极层包括锂钴氧化物，集电极层包括氮化钛。
例如，沟槽到达衬底内比500μm更深。沟槽可包括大于10的长宽比。沟槽可包括小于300μm的最大宽度。沟槽可包括在2μm和300nm之间的到彼此的距离。沟槽可包括比最大横向尺寸更大的最大深度。
例如，衬底可以是基本上整个晶片。图15示出在用于晶片电池的晶片1500上的沟槽分布的示意性图示，该晶片电池包括根据六角形布置1510或方形布置1520在晶片1500上方分布的沟槽。
图16a-b示出根据一实施例的电池元件1600的示意性图示。电池元件1600包括具有从衬底1610的表面到达衬底1610内的多个沟槽1620的衬底1610。多个沟槽1620中的每个沟槽1620的至少一部分被填充有固态电池结构1630。多个沟槽1620中的沟槽1620包括在衬底1610的表面处的基本上矩形形状或方形形状。
通过实施具有矩形形状或方形形状的沟槽，沟槽的非常紧密的分布或压缩可以是可获得的。以该方式，可增大电池元件和使用这样的电池元件的电池的功率密度。
结合提出的概念或上面描述的一个或多个实施例（例如图1-15）来描述电池元件1600的更多细节和可选方面（例如衬底、沟槽尺寸、固态电池结构、电极、封装、形状、分布图案）。换言之，电池元件1600可包括对应于结合提出的概念或上面描述的一个或多个实施例（例如图1-15）描述的一个或多个方面的一个或多个可选附加特征。
例如，电池元件1600可包括电连接到多个沟槽1620内的固态电池结构1630的第一电极的第一电池元件电极和电连接到多个沟槽1620内的固态电池结构1630的第二电极的第二电池元件电极。
可选地，衬底1610例如是晶片的至少一半以上。
图17示出根据一实施例的电池1700的示意性横截面。电池1700包括以堆叠的方式布置的多个晶片1710。每个晶片1710包括电池结构。
通过堆叠具有在沟槽内布置的电池结构的多个晶片，提供期望电压或期望容量的电池可以是可行的。可以以低的努力堆叠电池元件。以该方式，可提供具有高功率密度的电池。
可选地，电池结构可以是固态电池结构。替换地，电池结构可以例如是聚合物电池结构或凝胶电池结构。
可选地，电池结构可以被布置在到达相应晶片内的沟槽内。替换地，电池结构可以例如在相应晶片的基本上平的表面上沉积。
晶片1710的堆叠体可以被布置在电池1700的封装1720内。至少两个外部可访问电池电极1730可透过封装1720以提供电池电压到外部设备。
结合提出的概念或上面描述的一个或多个实施例（例如图1-16）来描述电池1700的更多细节和可选方面（例如衬底、沟槽尺寸、固态电池结构、电极、封装）。换言之，电池1700可包括对应于结合提出的概念或上面描述的一个或多个实施例（例如图1-16）描述的一个或多个方面的一个或多个可选附加特征。
一些实施例涉及具有高能量密度的晶片电池。提出的电池设计可使能得到高或最高的可能能量密度。
相比于例如在一角色上的层压材料的多次堆叠，其中一个电极层的电阻随着在该角色上的堆叠的层压材料的数量而增大，提出了例如在晶片矩阵上的3维结构作为基于硅的晶片电池（例如在晶片的两侧上具有两个电极）。电池层可被布置为3维的。在该情况下，可以例如增大或最大化电池层的表面。
例如，提出了使用晶体取向的Si蚀刻技术来实现用于高或最大电池层压材料表面的低或最小硅矩阵体积。例如，可以使用KOH或NH4OH或其它取决于晶体的蚀刻来形成硅的网格作为用于电池层沉积的矩阵。
可利用晶片形成提出的电池，其中通过晶体取向的蚀刻工艺来修改Si矩阵以形成具有低或最小稳定硅体积的高或最大表面。
在晶片电池的表面上的沟槽的紧密或最优布置可以例如是六角形或方形。
利用结晶蚀刻，可以增大电池层表面，而不改变在两个沟槽之间的最小厚度并且不改变晶片大小例如超过20%。在一些应用中，功率密度是例如不被牺牲的。
示例实施例可进一步提供具有程序代码的计算机程序，当计算机程序在计算机或处理器上执行时程序代码用于执行上面的方法之一。本领域技术人员将容易认识到，可以通过编程的计算机来执行各个上述方法的步骤。本文中，一些示例实施例还旨在覆盖程序储存设备，例如数字数据储存介质，其可以是机器或计算机可读的并且对机器可执行或计算机可执行指令程序进行编码，其中该指令执行上述方法的一些或所有动作。程序储存设备可以是例如数字存储器、诸如磁盘和磁带的磁储存介质、硬盘或光学可读数字数据储存介质。另外的示例实施例还旨在覆盖被编程为执行上述方法的动作的计算机，或被编程为执行上述方法的动作的（现场）可编程逻辑阵列（（F）PLA）或（现场）可编程门阵列（（F）PGA）。
描述和附图仅仅图示本公开的原理。因此将认识到，本领域技术人员将能够设想尽管未在本文中明确描述或示出但体现本公开的原理并且被包括在其精神和范围内的各个布置。此外，本文记载的所有示例在原理上清楚地旨在是仅为了教学目的以在理解本公开的原理和由一个或多个发明人为促进该领域而贡献的概念中帮助阅读者，并且应当被解释为不具有对这样的具体记载的示例和条件的限制。而且，本文中记载本公开的原理、方面和实施例以及其具体示例的所有陈述旨在包含其等同形式。
被标记为“用于……的模块”（执行某一功能）的功能块应当被理解为分别包括被配置为执行某一功能的电路的功能块。因此，“用于什么的模块”也可以被理解为“被配置为或适于什么的模块”。被配置为执行某一功能的模块因此并不暗示这样的模块一定在执行该功能（在给定时刻）。
图中示出的各个元件的功能，包括被标注为“模块”、“用于提供传感器信号的模块”、“用于生成发射信号的模块”等的任何功能块，可以通过专用硬件以及能够执行与适当软件相关联的软件的硬件的使用来提供，该专用硬件例如是“信号提供器”、“信号处理单元”、“处理器”、“控制器”等。而且，本文中被描述为“模块”的任何实体可以对应于或被实施为“一个或多个模组”，“一个或多个设备”、“一个或多个单元”等。当由处理器提供时，功能可通过单个专用处理器，通过单个共享处理器，或通过多个个体处理器（其中一些可以是共享的）来提供。而且，术语“处理器”或“控制器”的明确使用不应当被解释为排他地指代能够执行软件的硬件，并且可暗含地在不具有限制的情况下包括数字信号处理器（DSP）硬件、网络处理器、专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）、用于储存软件的只读存储器（ROM）、随机访问存储器（RAM）和非易失储存器。也可包括其它硬件，常规和/或定制的硬件。
本领域技术人员应当认识到，本文的任何方框图表示体现本公开的原理的说明性电路的概念图。类似地，将认识到，任何作业图、流程图、状态转变图、伪码等表示可以基本上在计算机可读介质中表示并且由计算机或处理器如此执行的各个进程，无论是否明确示出这样的计算机或处理器。
此外，以下权利要求由此被并入详细描述中，其中每个权利要求可独立地作为单独示例实施例。尽管每个权利要求可独立存在作为单独示例实施例，但是应当注意到，尽管从属权利要求可在权利要求书中指代与一个或多个其它权利要求的具体组合，但是其它示例实施例也可包括从属权利要求与每个其它从属或独立权利要求的主题的组合。本文中提出这样的组合，除非陈述了具体的组合不是想要的。此外，旨在对任何其它独立权利要求还包括一权利要求的特征，即使该权利要求未直接从属于该独立权利要求。
应该进一步注意到，说明书或权利要求书中公开的方法可通过具有用于执行这些方法的相应动作中的每个动作的模块的设备来实施。
此外，应当理解的是，在说明书或权利要求书中公开的多个动作或功能的公开可以被不解释为将处于特定次序中。因此，多个动作或功能的公开将不将这些限制到特定次序，除非这样的动作或功能由于技术原因是不可互换的。此外，在一些实施例中，单个动作可包括或可被分为多个子动作。这样的子动作可被包括以及该单个动作的公开的部分，除非被明确排除。

Claims (20)

1.一种电池元件，包括：
具有延伸到衬底内的多个沟槽的衬底，其中所述多个沟槽中的每个沟槽的至少一部分被填充有固态电池结构；
被布置在所述衬底的前侧处并且电连接到在所述多个沟槽内的所述固态电池结构的第一电极层的前侧电池元件电极；以及
被布置在所述衬底的背侧处并且电连接到在所述多个沟槽内的所述固态电池结构的第二电极层的背侧电池元件电极；
其中所述多个沟槽中的所述沟槽从所述衬底的所述前侧延伸到所述衬底的所述背侧，并且其中所述固态电池结构在所述沟槽内从所述衬底的所述前侧延伸到所述衬底的所述背侧。
2.根据权利要求1所述的电池元件，其中所述前侧电池元件电极沿着所述衬底的所述前侧的至少一半延伸。
3.根据权利要求1所述的电池元件，其中所述背侧电池元件电极沿着所述衬底的所述背侧的至少一半延伸。
4.根据权利要求1所述的电池元件，其中所述前侧电池元件电极和所述背侧电池元件电极包括铜。
5.根据权利要求1所述的电池元件，其中所述沟槽内的所述固态电池结构包括在所述第一电极层和所述第二电极层之间的固态电解质层。
6.根据权利要求5所述的电池元件，其中所述固态电解质层包括锂磷氮氧化物。
7.根据权利要求4所述的电池元件，其中所述第一电极层包括阳极层，所述阳极层包括碳或硅。
8.根据权利要求4所述的电池元件，其中所述第二电极层包括阴极层和集电极层，所述阴极层包括锂钴氧化物，所述集电极层包括氮化钛。
9.根据权利要求1所述的电池元件，其中所述衬底包括大于500μm的厚度。
10.根据权利要求1所述的电池元件，其中所述多个沟槽中的沟槽包括大于10的长宽比。
11.根据权利要求1所述的电池元件，其中所述多个沟槽中的沟槽包括小于300μm的最大宽度。
12.根据权利要求1所述的电池元件，其中所述多个沟槽中的相邻沟槽之间的距离在2μm和300nm之间。
13.根据权利要求1所述的电池元件，其中所述多个沟槽中的沟槽包括大于最大横向尺寸的最大深度。
14.根据权利要求1所述的电池元件，其中所述衬底基本上是整个晶片。
15.一种包括以堆叠方式布置的多个电池元件的电池，其中每个电池元件包括：
具有延伸到衬底内的多个沟槽的衬底，其中所述多个沟槽中的每个沟槽的至少一部分被填充有固态电池结构；
被布置在所述衬底的前侧处并且电连接到在所述多个沟槽内的所述固态电池结构的第一电极层的前侧电池元件电极；以及
被布置在所述衬底的背侧处并且电连接到在所述多个沟槽内的所述固态电池结构的第二电极层的背侧电池元件电极；
其中所述多个沟槽中的所述沟槽从所述衬底的所述前侧延伸到所述衬底的所述背侧，并且其中所述固态电池结构在所述沟槽内从所述衬底的所述前侧延伸到所述衬底的所述背侧。
16.一种用于形成电池的方法，所述方法包括：
蚀刻沟槽到衬底内；
在所述沟槽内形成固态电池结构；
形成被布置在所述衬底的前侧处并且电连接到在所述沟槽内的所述固态电池结构的第一电极层的前侧电池元件电极；以及
形成被布置在所述衬底的背侧处并且电连接到在所述沟槽内的所述固态电池结构的第二电极层的背侧电池元件电极；
其中所述沟槽从所述衬底的所述前侧延伸到所述衬底的所述背侧，并且其中所述固态电池结构在所述沟槽内从所述衬底的所述前侧延伸到所述衬底的所述背侧。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括在蚀刻所述沟槽之前在所述衬底的所述背侧处沉积辅助层，其中将所述沟槽蚀刻穿过所述衬底直到到达所述辅助层为止。
18.根据权利要求17所述的方法，其中在形成所述沟槽内的所述固态电池结构之后去除所述辅助层以露出在所述衬底的所述背侧处的所述第二电极层。
19.根据权利要求16所述的方法，还包括在形成所述沟槽内的所述固态电池结构之后从所述衬底的所述背侧打薄所述衬底直到在所述衬底的所述背侧处露出所述第二电极层为止。
20.根据权利要求16所述的方法，包括堆叠多个电池元件，使得邻近电池元件的所述电极相互接触。
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