CN105027332B - 形成薄膜锂离子电池的系统、方法及装置 - Google Patents

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Abstract

一种形成薄膜电池的系统和方法，包括：基板；集流体形成于所述基板上；阴极层形成于部分所述第一集流体上；固态电解质材料层形成于所述阴极层上；硅‑金属薄膜阳极层形成于所述固态电解质材料层上；以及第二集流体电性耦合于所述硅‑金属薄膜阳极层。也公开一种形成所述薄膜电池的方法和系统。

Description

形成薄膜锂离子电池的系统、方法及装置
发明人：
李文明，B·尹，顾安
本发明涉及一种电源存储系统，特别是一种形成薄膜电池的薄膜电池系统以及方法。
现代的生活型态需要使用越来越多便携式电子设备。便携式电子设备包括从个人电子产品(例如：移动电话、数码相机、玩具等等)到无绳电动工具以及电器到电动和混合动力电动汽车。由于便携式电子设备的需求增加，对于便携式电力储存系统的存储容量和使用寿命的需求也伴随增加。
典型的便携式电力储存系统，例如各种类型的电池，每单位重量具有的储存容量相对较贫乏，以及有着相对高的成本。诸如无绳电动工具、电器和电动和混合动力电动车等需要大量电力的设备，其性能由于电池的成本和重量而受限制。鉴于上述情况，重量较轻、容量更高以及成本更低的电力存储系统有其需求。
发明内容
概括地说，本发明藉由提供一种重量较轻、容量更高以及成本更低的电力存储系统来满足这些需求。但应所述理解的是，本发明可以使用多种方式来实现，包括流程、装置、系统，计算机可读介质或设备。本发明的几个有创造性的发明实施例描述如下。
本发明实施例提供一种薄膜电池，包括：基板；第一集流体形成于所述基板上；含离子的材料层形成于部分所述第一集流体上；电解质材料层形成于所述含离子的材料层上；硅-金属薄膜阳极层形成于所述电解质材料层上；以及第二集流体电性耦合于所述硅-金属薄膜阳极层。
所述硅-金属薄膜阳极层可包括多对的材料交替层，其中，所述成对的交替层的第一层包含硅，所述成对的交替层的第二层包含碳、锡、银、铝、铟、钛、铊或铜或其组合物的至少一种。多个成对的交替层中的每一对的厚度介于2纳米至500纳米之间。成对的交替层中的第一层具有介于1纳米至499纳米之间的厚度。成对的交替层中的第二层具有介于1纳米至499纳米之间的厚度。
所述硅-金属薄膜阳极层包括约1％至约99％之间的第一种材料的成对的交替层，以及所述硅-金属薄膜阳极层包括约99％至约1％之间的第二种材料的成对的交替层。第一集流体、含有离子材料的所述阳极层、所述电解质材料层以及所述硅-金属薄膜阳极层的厚度总和介于10微米至50微米之间。所述硅-金属薄膜阳极层的厚度介于2微米至10微米之间。所述基板可为一挠性基板。
另一实施例提供一种形成薄膜电池的方法。所述方法包括：形成第一集流体于基板上；形成含有锂离子的阴极层于所述第一集流体上；形成电解质层于所述含有锂离子的阴极层；形成硅-金属薄膜阳极层于所述电解质层上；以及耦合所述硅-金属薄膜阳极层与第二集流体。
所述硅-金属薄膜阳极层包括多对成对的材料交替层，所述多对成对的材料交替层可形成单一加工腔室中，所述单一加工腔室具有至少二个源和传输系统。其中，形成所述材料的所述交替层包括以交替方式横跨至少两个源中的每一个源传送所述基板。
又一实施例提供一种制作薄膜电池的系统。所述系统包括具有至少二个源的腔室以及能以交替的方式横跨至少两个源中的每一个源传送基板的传送系统。所述腔室更包括气体帘幕，设置于每个所述至少二个源之间。所述腔室进一步包括部分壁，设置介于每个所述至少二个源之间。
所述系统也可包括一控制器。所述控制器包含存储在计算机可读介质上的逻辑，用于在基板上形成阴极层于所述第一集流体上；存储在计算机可读介质上的逻辑，用于在基板上形成含用锂离子材料的一电解质层于所述阴极层阴极层上；存储在计算机可读介质上的逻辑，用于在基板上形成硅-金属薄膜阳极层于所述电解质层上；以及存储在计算机可读介质上的逻辑，用于耦合所述硅-金属薄膜阳极层与第二集流体。
本发明的其它观点和优点将从以下详细的描述中，配合结合附图而变得更为清楚，本发明的原理将以举例的方式说明。
附图说明
藉由下面的详细描述并结合附图将更为容易地理解本发明。
图1A示出依据本发明实施例的薄膜电池的截面图。
图1B示出依据本发明实施例的另一薄膜电池的截面图。
图1C示出依据本发明实施例的另一薄膜电池的截面图。
图1D示出依据本发明实施例的另一薄膜电池的截面图。
图2A示出依据本发明实施例的硅-金属薄膜阳极层的截面图。
图2B示出依据本发明实施例的阳极的AB层的百分比曲线图。
图2C示出依据本发明实施例的阳极的复数AB层的百分比曲线图。
图2D示出依据本发明实施例的阳极与阴极厚度的曲线图。
图3A示出依据本发明实施例的沉积系统的简化示意图。
图3B示出依据本发明实施例的制作薄膜电池的生产系统的简化示意图。
图4示出依据本发明实施例的旋转沉积系统的简化示意图。
图5示出依据本发明实施例执行操作形成薄膜电池的方法的流程图。
图6示出依据本发明实施例用于完成处理的示例性计算机系统的框图。
图7示出依据本发明实施例包含一个或多个沉积系统和生产系统的集成系统的框图。
具体实施方式
对于重量较轻、容量更高以及成本更低的电力存储系统，以下将以几个示例性的实施例说明。很明显的，本领域的技术人员不需要在此提出的一些或全部的具体细节来实施本发明。
硅-金属薄膜阳极材料可以用来形成薄膜锂离子电池。可使用各种方法在薄膜中形成混合硅(Si)-碳(C)或混合硅(Si)-软金属(例如：锡(Sn)、银(Ag)、铝(Al)、铟(In)、钛(Ti)、铊(Tl)或铜(Cu))，所形成的薄膜可用于薄膜锂离子电池的阴极材料。所述薄膜结构还允许可调节的机械、化学和电性特性。作为二元连续沉积系统的薄膜阳极材料的新一类的一个例子，是Si和Sn的反应以使用物理气相沉积(PVD)和/或化学汽相沉积(CVD)沉积Si-Sn的混合薄膜层。
图1A示出依据本发明实施例的薄膜电池100的截面图。薄膜电池100包括非导电的基底基板102。基板102可以是挠性或是实质上非挠性。举例来说，基板102可以是由硅、玻璃、陶瓷、挠性聚合物来形成或是能够支持层104，105，110，120的任何其它合适的基板，以下将更详细描述。
集流体104与106是导电材料，例如是金属或是任何其他合适的导电材料。举例来说，第一集流体104和第二集流体160可以是铝或铜及其组合与合金。第一集流体104和第二集流体160可提供为薄膜电池结构100的电极。集流体104与106的厚度分别为D2与D3，分别为约1000埃或更厚。应当理解，层102，104，105，110，120，130未依比例绘制。此外，应所述理解的是，第一集流体104的厚度D2可以小于或大于第二集流体106的厚度D3。
含锂层105形成于集流体104上。含锂层可包括一或多层的锂钴氧化物(LiCoO2)及/或锂镍氧化物(LiNiO2)及/或锂锰氧化物(LiMnO2)及/或二氧化锰锂(LiMnO2)及/或锰酸锂(LiMn2O)及/或其它合适的锂或类似的离子源材料以及它们的组合。含锂层105具有介于约8微米至约40微米之间的厚度D4。
电解质层110形成于含锂层105之上。电解质层包括锂磷氧氮化物(LiPON)。电解质层110具有介于约0.5微米至10微米之间的厚度D5。
硅-金属薄膜阳极层120形成于电解质层110上。硅-金属薄膜阳极层120将在以下更详细地描述。硅-金属薄膜阳极层120具有介于约2微米至约10微米之间的厚度D6。硅-金属薄膜阳极层120可以具有大于约2微米以及10微米的厚度D6。
层104，105，110，120的材料堆叠的侧面110A形成一绝缘体122。导电层130形成于硅-金属薄膜阳极层120上。绝缘体122将层104，105，110，120的材料层叠的侧面110A与导电层130隔离。导电层130具有介于约2微米至5微米的厚度。导电层130将硅-金属薄膜阳极层120的顶层120A电性耦合至第二集流体106。导电层130可以只沉积于硅-金属薄膜阳极层120的顶层120A以及透过导线或类似导电结构电性耦合至第二集流体106。
图1B示出依据本发明实施例的另一薄膜电池100’的截面图。另一薄膜电池100’包括另一第二集流体106B结构，形成于导电层130的材料堆叠104、105A、105B、120、110以及基板102顶部的导电层130，从而取消于前述图1A的描述中，第二集流体106结构的必要性。
图1C示出依据本发明实施例的另一薄膜电池100”的截面图。另一薄膜电池100”包括如前述的第二集流体106结构。电解质层110形成于锂层105上，使得电解质层既包括含锂层105的顶部105A和两端105B、105C。电解质层110不覆盖第一集流体104的一部分104A。电解质层110也延伸覆盖第二集流体106的一部分106C。
硅-金属薄膜阳极层120形成于电解质层110的顶层110以及第二集流体106结构的第二部分106D之上。硅-金属薄膜阳极层120覆盖至少一端110B并延伸覆盖第二集流体106的所述部分106C。第二集流体106结构的第三部分160E保持未被覆盖以及可被接触，可作为另一薄膜电池100”的阳极电极。第一集流体104的未被覆盖的部分104A可作为另一薄膜电池100”的阴极电性端子。
图1D示出依据本发明实施例的另一薄膜电池100”’的截面图。另一薄膜电池100”’实质上相似于前述图1C描述的薄膜电池100”。另一薄膜电池100”’显示硅-金属薄膜阳极层120是以一系列薄的且交替的共形层202、204形成于电解质层110的上表面110A以及第二集流体106结构的第二部分106D之上。硅-金属薄膜阳极层120覆盖至少一端110B并延伸覆盖第二集流体106的一部分106C。
图2A示出依据本发明实施例的硅-金属薄膜阳极层120的截面图。硅-金属薄膜阳极层120包括多对成对的交替层202、204。多对成对的交替层202、204的每一对各别具有介于1纳米至500纳米之间的厚度D7与D8。
A层202可以是硅材料的薄层。B层204可以是碳(例如，石墨)材料，作为非金属薄层。选择性地，B层204可以是薄的金属材料如锡(Sn)，银(Ag)，铝(Al)，铟(In)，钛(Ti)，铊(T1)和铜(Cu)或者它们的组合物。B层204也可以是由碳和金属材料的组合。A材料层与B材料层交替形成在硅-金属薄膜阳极层120的超晶格结构。
形成硅-金属薄膜阳极层120的超晶格结构的交替层202、204的材料AB，可以多个不同的组合形成。举例来说，如AB、ABAB1、ABAB1AB2或ABAB1AB2AB3等等，其中上述的各个B、B1、B2、B3等分别为不同的碳材料或金属材料。
硅-金属薄膜阳极层120中，层202、204各自的厚度可以是介于约1纳米至约500纳米之间。举例来说，如果A材料层202的厚度D7是约1纳米，则B材料层的厚度D8可以达到约499纳米。每对交替的A、B材料层202、204厚度可以是介于约2纳米至约500纳米之间。
图2B示出依据本发明实施例的阳极的AB层的百分比曲线图250。阳极的超晶格结构是藉由交替沉积薄层的A材料层(如硅)和B材料层(如锡)制作而成。阳极的总厚度是2-10微米。在此种厚度中，A层和B层具有材料组合和每一层的厚度对于锂化功能具有厚度的特定比率。A层对B层的厚度比率可以介于1:9、2:8、3:7或4:6。
每对AB材料层202、204的组合物比率可以介于每对AB材料约1％至约99％之间。A对B的一个理想比率可以是介于约10％硅(Si)/90％锡(Sn)至约40％硅(Si)/60％锡(Sn)之间。AB层可以藉由PVD、CVD薄膜沉积、逐层自组装或喷墨印刷等来形成。
图2C示出依据本发明实施例的阳极的多个AB层的百分比曲线图270。如同前述，阳极层可以不同的比例形成。例如，第一阳极，显示于线272，具有10％硅与90％锡的比例。第二阳极，显示于线274，具有20％硅与80％锡的比例。第三阳极，显示于线276，具有40％硅与60％锡的比例。
硅-金属薄膜阳极层120的超晶格结构可以使用多种不同的沉积技术形成。硅-金属薄膜阳极层120超晶格结构的气象沉积方法包括溅镀沉积，例如高频(RF)溅镀沉积、直流溅镀、化学气象沉积(CVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、金属有机化学气象沉积(MOCVD)、原子层沉积(ALD)、分子层沉积(MLD)和激光辅助沉积(LAD)。
物理气象沉积(PVD)方法，例如导体与非导体材料的高频溅镀以及导电材料的直流(DC)溅射，均广泛应用于薄膜的制造。
图2D示出依据本发明实施例的阴极与阳极厚度的曲线图290。当电解质UPON的总厚度是介于约0.5至10微米之间时，阴极LiCoO2的总厚度是8-40微米。
LiCoO2在阴极与阳极之间的厚度比率，阴极约四倍厚于薄膜锂离子电池中的Si-Sit阳极。举例而言，如图2C绘示，如果阳极厚度是2微米，则阴极厚度是8微米。这四倍厚的阴极增进了初始化。电解质(LiPON)的厚度由于密度依赖性而可以变化。
图3A显示依据本发明实施例的沉积系统300的简化示意图。沉积系统300包括具有基板传送系统306以及多个沉积站点304A、304B的腔室301。多个沉积站点304A、304B中的每一个，具有对应的沉积源302A、302B。应当理解的是，腔室301可以包括两个以上的沉积站点和各个源。
基板102可以被传送系统306在方向303A与303B传送至每个沉积站304A与304B之间进行切换。腔室301还耦接控制器330以及一或多个理气体源340。腔室301还包括气体帘幕308或真空及/或一个或多个分隔沉积站点304A与304B的物理结构310(例如:部分壁)。
从各个不同的沉积站点302A、302B使用溅镀技术溅射不同的AB材料。AB层可由硅源和所选择的金属源所形成，因为硅和金属都是单一元素的材料，因此，沉积的薄膜只是复制源材料靶，以及形成清晰的界面。
基板102可以介于每分0.1-4.0公尺的速度在方向303A与303B之移动。源302A、302B以介于7至14厘米的距离D10基板102相隔。藉由理气体源340提供的一种或多种理气体包围每一个源302A、302B。
基板传送306可以是逆向的，并且可以接收用于挠性基板材料的卷对卷系统，使得无需打开腔室301即可进行多步骤溅射沉积或等离子体增强化学气相沉积(PECVD)处理。沉积系统300提供共形和稳定沉积的无机多层膜作为超晶格阳极薄膜，以形成硅-金属薄膜阳极层120。
基板承载装置和源302A、302B可以具有矩形形状，并且可以由任何合适的材料形成。举例来说，不锈钢和其它金属，例如铝和其它材料，例如铜及其组合物，可用于形成承载装置和源302A、302B。不锈钢容器在真空或在大气压下和环境温度条件下用于输送基板是理想的。基板承载装置具有一个模制用于抓握的端件以及更容易操作的容器。
在一实施例中，基板承载装置的长度约20英寸(50厘米)，宽度约10英寸(25厘米)以及深度约0.5英寸(1.2厘米)。源302A、302B的长度约12英寸(30厘米)，宽度约6英寸(15厘米)以及深度约0.5英寸(1.2厘米)。
如上所述，薄膜锂离子电池包括三个不同的部分：电极(阳极和阴极)和电解质。电极和电解质均以固态形式存在于锂离子电池中。固态电解质是位于阳极和阴极之间的锂离子导电层。在充电操作阶段，锂离子通过锂离子导电性固体电解质层从阴极移动到阳极。在放电操作阶段，锂离子经由相同的锂离子导电性固体电解质层从阳极移动回阴极。电池100的充电与放电其间，电化学的锂离子于硅层202插入和提取，藉由锂离子进入硅-金属薄膜阳极层120的硅所造成的膨胀以导致应力。锂离子插入硅可导致阳极120中的硅体积增加多达约400％。这种膨胀会导致阳极衰退或分解。硅-金属薄膜的阳极层120的超晶格结构可以释放体积增大的应力，对比于典型的单片阳极结构更为容易。在硅-金属薄膜阳极层120的超晶格结构中，由于电化学锂离子的插入，硅-金属薄膜的交替层控制硅的体积膨胀。薄膜在整个硅-金属薄膜阳极层120的厚度均一，在锂化作用中，提供锂离子短的扩散路径，从而在A材料层202和B材料层204提供高速率的传输。
混合硅阳极薄膜的电化学结果显示锂离子传导性增加，对比典型的阳极结构，对充电/放电循环数显着提高了保留容量。
硅-金属薄膜的阳极层120的体积能量密度提供了非常有效的阳极结构。在“源/目标”302A，302B的溅射气体如氩离子(Ar+)或原子轰击使材料从源喷射到基板102。从源302A、302B溅射出的原子具有广泛的能量分布，高达数十电子伏特。
当溅射使用于沉积系统300，应当理解的是，除了溅射法，其他的沉积技术也可以用来替代。等离子体增强化学气相沉积(PECVD)已常常用于半导体制造以在含有金属层或其它温度敏感结构的基板上沉积薄共形膜。PECVD控制初始形核步骤也产生一些最快的沉积速率，同时保持薄膜质量，如密度、粗糙度和无缺陷，和溅镀沉积以及热/电子束蒸镀相比，均匀度往往成为牺牲代价。
金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法已经用于磊晶III-V族半导体层，也可用于形成混合硅-双金属或硅-多金属薄膜，例如，在硅-金属薄膜阳极层120。
原子层沉积(ALD)是基于连续气相反应和自限性的表面化学的薄膜沉积技术。原子单层沉积，ALD膜极端的共形和厚度在膜生长期间以埃的级距控制。ALD还可用于形成硅-金属薄膜阳极层120。
分子层沉积(MLD)非常相似于以ALD为基础的自限性以及连续的表面化学。MLD也可用于形成硅-金属薄膜阳极层120。近似于ALD，MLD是无针孔或无缺陷薄膜的制造工艺。此外，由于薄膜在低温下生长的分子片段沉积，对于挠性、低密度的和低模量薄膜的制造，MLD是非常有用的技术。形成了挠性阳极薄膜时，这可以是有益的。
多狭缝气体源头可以用来代替源302A、302B，所述多个狭缝气体源头的基板102可于每个沉积过程相对于彼此移动。气体源头可包括一系列通道以空间上分离的反应物。这种设计允许A材料层和B材料层的两个连续沉积或多个顺序沉积，在基板102完整的往复平移期间，以AB周期进行。多狭缝气体源头与基板102之间的间隔空间可以是固定也可以是活动，间隔空间可形成约10厘米至约15厘米。
ALD和MLD可以使用氮(N2)作为载气和标签气体以决定操作条件，并防止气相反应物的交叉扩散。机械公差足以允许基板在多狭缝气体源头和基板102之间约30微米的间隔空间往复平移。
激光辅助沉积(LAD)是针对表面大且复杂的基板，基于激光烧蚀的高品质单层或多层磊晶金属氧化物薄膜制造技术。由于简单性和洁净度，LAD是可用的方法，使用小标靶产出高质量的薄膜，在相对较低的温度之下，处理安全性和毒性是重要的。
图3B示出依据本发明实施例的制作薄膜电池100的生产系统350的简化示意图。生产系统350包括多个作业站300、352-360。每一个作业站可在基板上102上形成一个或多个相应层104、105、110、120、130，以形成所述薄膜电池100。举例而言，基板102可移动至作业站352以在基板上形成集流体104、106。基板102接着可移动至作业站354以形成含锂的阴极层105。基板102接着可移动至作业站356以形成电解质层110。基板102接着可移动至作业站300以形成硅-金属薄膜阳极层120。基板102接着可移动至作业站358以形成导电层130。额外的作业站，例如清洗、蚀刻、掩蔽、烘干等也可根据需要混合包含在作业站300、352-360。
图4示出依据本发明实施例的旋转沉积系统400的简化示意图。旋转沉积系统400包括旋转传送系统405以及多个沉积源404A-D。基板1052可置于基板承载装置406A-D，沉积源404A-D由旋转传送系统405在方向410、411传送，使每个沉积源404A-D通过各基板承载装置406A-D。控制器330与一种或多种作业气体源340耦接至腔室401。腔室401可包括一个或多个气体帘幕(未绘示)以分离基板承载装置406A-D。
旋转沉积系统400具有由外壁403和旋转传送系统405形成的双重壁面结构。在示范性的实施例中，外壁403的直径为大约60英寸(150厘米)，旋转运送系统405具有的直径约为51-56英寸(125-140厘米)。外壁403和旋转式运送系统405之间的间隔空间约为3-8英寸(7-20厘米)，并且每个壁面的厚度约为0.5英寸(1.2厘米)。
膜的沉积过程中，腔室401的基础压力约为10-6托(Torr)，反应物分压约为5-20毫托(mTorr)。旋转运送系统405可具有旋转速度在每分钟转速1至1000转(rpm)范围内的变量。
基板承载装置406A-D具有实质矩形的设计，并且可以由不锈钢制成。基板承载装置、腔室401、外壁403以及旋转传送装置405可由任何合适的材料形成。举例来说，不锈钢是基板承载装置、腔室401、外壁403以及旋转传送装置405的理想材料。旋转沉积系统400的基板承载装置可包括一个模制端件或便于抓握的握把。
基板承载装置406A-D具有长度约15英寸(35厘米)，宽度约6英寸(15厘米)，以及深度约0.5英寸(1.2厘米)。可以被理解的是，只有四个基片承载装置406A-D和源404A-D被绘示出，更多或少于四个基片承载装置和源仍可使用，基板承载装置和源的数量可以不同。举例来说，六个源可使用于形成一个、两个、三个或四个基片上的混合硅-软金属薄膜阳极。
旋转传送系统400可以在大气压下和环境温度条件下，作为大规模生产的空间反应器。
图5示出依据本发明实施例绘示形成薄膜电池100的操作方法500的流程图。这里所绘示的操作是通过举例的方式，应该被理解的是，某些操作可以具有子操作和其它情况，本文中所描述的某些操作可以不被包括在所绘示的操作之中。
在操作505中，第一集流体104在加工腔室或站点中形成于基板102上。形成第一集流体104可选择地包括形成第二集流体106。形成第一集流体104可以包括遮蔽操作以用于遮蔽基板102的区域，所述区域未形成第一集流体104。形成第一集流体104还可以包括蚀刻、清洗和平面化操作，用以除去遮蔽材料及/或第一集流体104任何不需要的部分。
在操作510中，含锂的阴极层105形成于第一集流体104。在形成第一集流体104之中，形成含锂的阴极层105可包括遮蔽操作以遮蔽基板102的区域，所述区域不形成电解质层，及/或蚀刻、清洗和平面化操作以除去遮蔽材料及/或含锂层任何不需要的部分。
在操作515中，电解质层110形成于含锂的阴极层105。在形成第一集流体104与含锂层105之中，形成电解质层110可包括遮蔽操作以遮蔽基板102的区域，所述区域不形成电解质层，及/或蚀刻、清洗和平面化操作以除去遮蔽材料及/或电解质层任何不需要的部分。
在操作520中，基板102被置于薄膜作业腔室301、401中。基板102可被置于基板承载装置用于加工腔室301、401中的处理作业。在操作525中，基板可被移至第一处理站点304A、404A。在操作530中，薄(介于1纳米至499纳米)的硅层202在第一处理站点形成于电解质层110上。
在操作535中，基板被移至第二处理站点304B、404B。在操作540中，薄(介于1纳米至499纳米)的碳及/或金属层204在第二处理站点形成于薄的硅层202上。
在操作545中，基板被移至第一处理站点304A、404A。在操作550中，薄(介于1纳米至499纳米)的硅层202在第一处理站点形成于碳及/或金属层204上。
在操作555中，操作535-550以反复的方式重复来形成硅-金属薄膜阳极层120所需的厚度。形成硅-金属薄膜阳极层120可包括遮蔽操作以遮蔽基板102的区域，所述区域不形成硅-金属薄膜阳极层，及/或蚀刻、清洗和平面化操作以除去遮蔽材料及/或硅-金属薄膜阳极层任何不需要的部分。
在操作560中，绝缘体122被形成于层104，105，110，120材料层叠的侧面110A。在操作565中，导体层130A形成于硅-金属薄膜阳极层120的顶面120A。形成导体层130A于硅-金属薄膜阳极层120的顶面120A可包括电性耦合第二集流体106。如同前述，形成导体层130A于硅-金属薄膜阳极层120的顶面120A也可包括形成第二集流体106B与导体130B，电性耦合导体层130A至第二集流体106B。可以理解的是，导体层130A在硅-金属薄膜阳极层120的顶面120A，根据所得到电池100的物理连接要求，可能被需要作为第二集流体106B。然后，本方法的操作则可以结束。
图6示出依据本发明实施例用于完成处理的示例性计算机系统的框图。计算机系统600可耦合至沉积系统300、400以及生产系统350，以控制加工腔室的操作(例如：控制器330)。计算机系统600包括数字计算机602、显示屏幕(或荧幕)604、打印机、软盘或其它可移除的计算机可读介质608、硬盘驱动器或类似的永久存储器装置610、网络接口612和键盘614。数字计算机602包括微处理器616、存储器总线618、随机存取存储器(RAM)620、只读存储器(ROM)622、外围总线624和键盘控制器(KBC)626。数字计算机602可以是人电脑(例如：IBM兼容个人计算机、Macintosh计算机或Macintosh兼容计算机)、工作站计算机(例如：SunMicrosystems或惠普工作站)，或其他类型的计算机。
微处理器616是通用数字处理器，它控制计算机系统600的微处理器616的动作。微处理器616可以是单芯片处理器或可以与多个部件来实现。从存储器检索使用指令，微处理器616控制接收和处理输入数据，以及在输出设备上输出和显示数据。
存储器总线618由微处理器616用来存取RAM 620和ROM 622。微处理器616使用RAM620作为一般的存储区域以及作为高速暂存存储器，并且还可以用来存储输入数据和处理的数据。ROM 622可以用于存储由微处理器616产生的指令或程序代码以及其它数据。
围总线624可用于数字计算机602存取输入、输出和存储设备。在所描述的实施例中，这些装置包括显示屏幕604、打印机装置606、软盘驱动器608、硬盘驱动器610和网络接口612。键盘控制器626用来接收来自键盘614的输入以及每个按下的键所发送经总线628传给微处理器616的解码后符号。
显示画面604是输出装置，用以显示微处理器616经由外围总线624提供或计算机系统600中其它组件提供的数据图像。打印机装置606作为打印机工作时，在纸张或其它类似的表面上提供图像。或者除了打印机装置606以外，其它输出设备，如绘图仪、排字机等，可作为替代使用。
软盘或其他可移动的计算机可读介质608，以及硬盘驱动器或其他永久性存储媒体610，可用于存储各种类型的数据。软盘驱动器608便于运输这种数据到其他计算机系统，硬盘驱动器610允许快速存取大量的存储数据。
微处理器616与操作系统一起操作以执行计算机代码并产生和使用数据。计算机代码和数据可以留存于RAM 620、ROM 622或硬盘驱动器610。计算机代码和数据也可以留存在可移除程序介质上，并在需要时加载或安装到计算机系统600。可移除程序介质包括，例如：CD-ROM、PC-CARD、软盘，快闪存储器、光介质和磁带。
网络接口612经由网络发送和接收数据连接到其他计算机系统。由微处理器616执行的接口卡或类似的装置和相应的软件，可用于根据标准协议连接计算机系统600到现有的网络并传输数据。
键盘614用于由用户输入的命令和其他指令至计算机系统600。其他类型的用户输入装置也可与本发明结合使用。例如：指点设备，诸如计算机鼠标、追踪球、触碰笔或平板可用来操控通用计算机屏幕上的指标。
图7示出依据本发明实施例包含一个或多个沉积系统300、400和生产系统350的集成系统700的框图。集成系统700包括一个或多个沉积系统300、400和生产系统350，以及耦合到沉积和生产系统的集成系统控制器710。集成系统控制器710包括或耦合到(例如：经由有线或无线网络712)用户界面714。用户界面714为用户提供可读的输出和指示，可以接收用户输入，并提供用户存取集成系统控制器710。
集成系统控制器710可以包括专用计算机或通用计算机。集成系统控制器710可以执行计算机程序及/或逻辑716，对于沉积系统300、400和生产系统350监视、控制、收集和存储数据718(例如，性能履历、性能分析或缺陷，操作者记录和历程等)。举例来说，如果收集到的数据命令调整其操作，集成系统控制器710可以调整沉积系统300、400和生产系统350及/或其中组件的操作(例如：温度、流速，压力，位置，移动，装卸如果数据收集基片102等)。
在此描述的操作形成本发明的一部分有益于机器操作。本发明还涉及到设备或用于执行这些操作的装置。所述装置可以被特别地构造用于所需目的，或者它可以是通用计算机选择性地激活或由存储在计算机中的计算机程序构成。特别是，各种通用机器可以按照此处的教导写入所使用的计算机程序，或者它可以更方便的去构造执行所需操作的更专业的装置。
本发明也可以被体现为在计算机可读介质上的计算机可读代码及/或逻辑。计算机可读介质可以是任何数据存储设备，能够存储以后可由计算机系统读取的数据。计算机可读介质的范例包括硬盘驱动器、网络附加存储(NAS)、逻辑电路、只读存储器、随机存取存储器、CD-ROM、CD-R、CD-RW、磁带以及其他光学和非光学数据存储设备。计算机可读介质还可以分布在网络耦合的计算机系统，从而计算机可读代码以分布的方式被存储和执行。
应当进一步理解的是，不要求通过在上述数字的操作所表示的指令将在示出的顺序来执行，并且藉由所有操作方法所表示的处理过程非实践本发明必要。另外，在任何上述附图中所述的方法也可以藉由存储在RAM、ROM或硬盘驱动器中的任一项或其组合的软件所实现。在上述图示中，藉由操作所表示的指令，可不需要求依照绘示的指令执行，藉由操作所表示的处理并非实践本发明所必要。另外，在任何上述附图中所述的方法也可以在存储在中的任一项或者RAM的组合中，ROM，或硬盘驱动器软件实现。
虽然为了清楚理解上述发明一些细节已经描述，但显而易见的是，某些变化和修改可在所附权利要求的范围内实施。因此，本实施例应被认为是说明性的而不是限制性的，并且本发明并不被这里给出的细节所限制，而是可以在所附权利要求的范围及其等效内进行修改。

Claims (13)

1.一种电池，其特征在于，包括：
基板；
第一集流体形成于所述基板上；
阴极层形成于部分所述第一集流体上；
固态电解质材料层形成于所述阴极层上；
薄膜阳极层形成于所述固态电解质材料层上，其中所述薄膜阳极层包括多个相邻成对的材料交替层，其中每对交替层都包括第一层和第二层，其中所述第一层由硅组成，并且其中所述第二层包括由选自由碳和金属组成的元素组中的一种或多种元素组成的材料，并且其中在两个或多个所述第二层中的材料是不同的；以及
第二集流体电性耦合于所述硅-金属薄膜阳极层，
其中所述第一层对第二层的厚度比率选自由1:9、2:8、3:7或4:6组成的组；所述金属包括锡、银、铝、铟、钛、铊或铜或其组合中的至少一种。
2.如权利要求1所述的电池，其特征在于，每对交替层具有介于2纳米至500纳米之间的厚度。
3.如权利要求1所述的电池，其特征在于，每对交替层的所述第一层具有介于1纳米至499纳米之间的厚度。
4.如权利要求1所述的电池，其特征在于，每对交替层的所述第二层具有介于1纳米至499纳米之间的厚度。
5.如权利要求1所述的电池，其特征在于，所述薄膜阳极层包括1％至99％之间的硅与99％至1％之间的所述由选自由碳和金属组成的元素组中的一种或多种元素组成的材料的成分比例。
6.如权利要求1所述的电池，其特征在于，所述第一集流体、所述阴极层、所述固态电解质材料层以及所述薄膜阳极层的厚度总和介于10微米至50微米之间。
7.如权利要求1所述的电池，其特征在于，其中所述薄膜阳极层的厚度介于2微米至10微米之间。
8.如权利要求1所述的电池，其特征在于，其中所述固态电解质层的厚度介于0.50微米至10微米之间。
9.如权利要求1所述的电池，其特征在于，其中所述基板是挠性基板。
10.一种形成薄膜电池的方法，包括：
形成第一集流体于基板上；
形成所述第一集流体的阴极层；
形成固态电解质层于所述阴极层上；
形成硅-金属薄膜阳极层于所述电解质层上，其中形成所述薄膜阳极层包括：
在第一处理站，形成第一层于所述固态电解质层上，其中所述第一层由硅组成；
在形成所述第一层之后，将所述基板从所述第一处理站移至第二处理站；
在第二处理站，形成第二层于所述第一层上，其中所述第二层包含由选自由碳和金属组成的元素组中的一种或多种元素组成的第一材料；
在形成所述第二层之后，将所述基板从所述第二处理站移至所述第一处理站；
在所述第一处理站，形成第三层于所述第二层上，其中所述第三层由硅组成；
在形成所述第三层之后，将所述基板从所述第一处理站移至所述第二处理站；
在第二处理站，形成第四层于所述第三层上，其中所述第四层包括第二材料，所述第二材料不同于所述第一材料且由选自由碳和金属组成的元素组中的一种或多种元素组成；以及
在形成所述第四层之后，将所述基板从所述第二处理站移至所述第一处理站；
在所述第一处理站，形成第五层于所述第四层上，其中所述第五层由硅组成；以及
耦合所述硅-金属薄膜阳极层与第二集流体；
其中由硅组成的层对包括第一材料或第二材料的层的厚度比率选自由1:9、2:8、3:7或4:6组成的组；所述金属包括锡、银、铝、铟、钛、铊或铜或其组合中的至少一种。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述第一层和所述第二层具有的组合厚度介于2纳米至500纳米之间。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述第一处理站和所述第二处理站被包括在单一加工腔室中，所述单一加工腔室具有：第一源，其被配置成向所述第一处理站供应硅；第二源，其被配置成向所述第二处理站供应所述第一材料和所述第二材料中的一种或多种；以及，传输系统，其被配置成在所述第一处理站和第二处理站之间传送所述基板。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述第一处理站和所述第二处理站被包括在旋转加工腔室中，所述旋转加工腔室具有：第一源，其被配置成向所述第一处理站供应硅；第二源，其被配置成向所述第二处理站供应所述第一材料和所述第二材料中的一种或多种；以及，旋转传送系统，其被配置成以交替方式在所述第一处理站和第二处理站之间传送所述基板。
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