CN105247724B - 用于固态电池的衬底 - Google Patents

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Abstract

公开了一种具有提高的能量密度的固态电池以及制造具有提高的能量密度的固态电池的方法。在一些实施方式中，固态电池可以包括氧化钇稳定化氧化锆的衬底、形成在衬底上的阴极集流器、形成在衬底上的阳极集流器、与阴极集流器电接触的锂钴氧化物的阴极、与阳极集流器电接触的锂的阳极、形成在阴极和阳极之间的锂磷氧氮的固态电解质。

Description

用于固态电池的衬底
技术领域
除非另有所指，在本部分中描述的材料不是本申请的权利要求的现有技术并且也不是通过包括在这个部分中而被承认为现有技术。
传统的锂离子和锂聚合物电池典型地由锂钴氧化物(LiCoO2)阴极、石墨阳极、聚合物隔板以及液体电解质构成。传统的锂离子和锂聚合物电池的一个限制在于液体电解质存在安全问题，因为如果在这种电池的阳极和阴极之间由于例如缺陷或错误操作而发生短路，则液体电解质可能会起火。传统锂离子和锂聚合物电池的另一个限制在于：由于这种电池具有较高的非活性材料(例如，聚合物隔板、液体电解质)对活性材料(例如，LiCoO2阴极和石墨阳极)的比，它们具有大约500-550Wh/L的有限能量密度。
固态电池在能量密度和安全性两方面存在优于传统锂离子和锂聚合物电池的进步。固态电池典型地由LiCoO2阴极、锂阳极和固态锂磷氧氮(LiPON)电解质构成，固态锂磷氧氮电解质还作为隔板。锂阳极具有大约3800mAh/g的理论比容(与锂离子和锂聚合物电池中使用的石墨阳极相比，后者仅具有大约372mAh/g的理论比容)，这允许增加固态电池的能量密度。
由于固态电池使用固态电解质，而非液态电解质，所以固态电池不存在锂离子和锂聚合物电池存在的安全问题。另外，固态电池可以具有大约1000Wh/L的能量密度。
发明内容
公开了一种形成在氧化钇稳定化氧化锆(YSZ)的衬底上的固态电池。在一些实施方式中，固态电池可以包括YSZ的衬底、形成在该衬底上的阴极集流器、形成在该衬底上的阳极集流器、与阴极集流器电接触的锂钴氧化物(LiCoO2)的阴极、与阳极集流器电接触的锂的阳极以及形成在阴极和阳极之间的锂磷氧氮(LiPON)的固态电解质。
在一些实施方式中，固态电池可以是双侧固态电池。在这些实施方式中，阴极集流器、阳极集流器、阴极、阳极和固态电解质中每一个可以形成在衬底的第一侧上。另外，第二阴极集流器、第二阳极集流器、第二阴极、第二阳极和第二固态电解质可以形成在衬底的与第一侧相反的第二侧上。第二阴极可以由LiCoO2形成，并可以与第二阴极集流器电接触。此外，第二阳极可以由锂形成并可以与第二阳极集流器电接触。再者，第二固态电解质可以由LiPON形成并可以形成在第二阴极和第二阳极之间。
而且，公开了制造包括YSZ衬底的固态电池的方法。在一些实施方式中，该方法可以包括提供YSZ的衬底、在衬底上形成阳极集流器和阴极集流器、以及形成LiCoO2的阴极，其中，所述阴极与所述阴极集流器电接触。所述方法还可以包括在大约700℃和大约800℃之间的温度退火阴极、形成LiPON的固态电解质、以及形成锂的阳极，其中，阳极与阳极集流器电接触，且其中固态电解质形成在阳极和阴极之间。
还公开了一种制造多个固态电池的方法，每个固态电池包括YSZ的衬底。在一些实施方式中，该方法可以包括提供包括多个YSZ的衬底的卷，对于多个衬底中的每个衬底：在衬底上形成阳极集流器和阴极集流器；形成LiCoO2的阴极，其中阴极与阴极集流器电接触；在大约700℃和800℃之间的温度退火阴极；形成LiPON的固态电解质；以及形成锂的阳极，其中，阳极与阳极集流器电接触，且其中固态电解质形成在阳极和阴极之间。
通过阅读以下的详细描述，且适当地参照附图，这些以及其他方面、优点以及替代方案对本领域技术人员来说将变得清楚。
附图说明
图1A-1B示出根据一些实施方式的包括氧化钇稳定化氧化锆衬底的示例固态电池；
图2是描述根据一些实施方式的制造包括氧化钇稳定化氧化锆衬底的固态电池的方法的流程图；
图3A至3E示出根据一些实施方式的制造包括氧化钇稳定化氧化锆衬底的固态电池的方法；
图4是描绘根据一些实施方式的制造多个固态电池的方法的流程图，每个固态电池包括氧化钇稳定化氧化锆衬底；
图5A至5C示出根据一些实施方式的制造多个固态电池的方法，每个固态电池包括氧化钇稳定化氧化锆衬底。
具体实施方式
在此描述示例性方法和系统。应理解的是术语“示例”和“示例性的”在此用于表示“作为一个示例、例子或说明”。在此被描述为“示例”或“示例性的”的任何实施方式或特征不一定被理解为相对于其他实施方式或特征是优选的或有利的。在下面的详细描述中，对附图进行参考，该附图形成该详细描述的一部分。在图中，类似的符号典型地表示类似的部件，除非上下文另有所指。可以利用其他实施方式，且可以做出其他变化，而不背离在此给出的主题的精神或范围。
在此描述的示例实施方式绝不意味着限制。将容易理解到本公开的各个方面，如在此整体描述且如附图中示出的，能够以多种不同的构造来布置、替代、组合、分离和设计，所有这些在此被明确地构想到。
I.概述
各种衬底材料目前被用于固态电池，包括例如铜、不锈钢和聚酰亚胺。但是，形成在这些衬底材料的每个上的固态电池典型地呈现出在大约97-150Wh/L量级的有限能量密度。这些有限的能量密度是多个因素的结果。
首先，能量密度受到在固态电池的制造过程中可以使用的退火温度的限制。为了优化锂钴氧化物(LiCoO2)阴极的结晶和晶体取向(以及因此优化固态电池的能量密度)，期望的是在大约700℃和大约800℃之间的温度退火LiCoO2阴极。但是，聚酰亚胺衬底不能承受如此高的退火温度，而是，聚酰亚胺被限制于大约400℃的退火温度。铜可以承受大约700-800℃的退火温度，但是结果是铜在退火过程中会氧化。此外，虽然不锈钢能够类似地承受大约700-800℃的退火温度，但在这样温度下退火的过程中，不锈钢中的合金元素(例如，铬)会迁移到LiCoO2阴极中，由此减少了固态电池的循环寿命。
形成在铜、不锈钢和聚酰亚胺衬底上的固态电池的能量密度可以由于衬底材料的热膨胀系数(CTE)与LiCoO2的CTE之间的失配而被进一步限制，该失配会限制在这些衬底的每个上生长的LiCoO2阴极的厚度。在这些衬底上以更大厚度生长LiCoO2导致LiCoO2的裂纹和剥离。
公开了一种形成在氧化钇稳定化氧化锆(YSZ)的衬底上的固态电池。YSZ是柔性陶瓷，它能够承受在大约700℃和大约800℃之间的退火温度，这允许LiCoO2的期望退火。另外，YSZ在大约800℃具有近乎零的热膨胀系数，允许生长LiCoO2的更厚的层而不会出现LiCoO2的裂纹或剥离。结果，具有YSZ衬底的固态电池可以呈现大约1030Wh/L的提高的能量密度。
图1A示出根据一些实施方式的包括YSZ衬底102的示例固态电池100。如图所示，固态电池100还包括阴极集流器104、阳极集流器106、阴极108、固态电解质110和阳极112。
衬底102可以采取多种尺寸。在一些实施方式中，衬底102可以具有例如在大约25μm和大约40μm之间的厚度。其他厚度同样是可能的。衬底102的尺寸，包括例如衬底102的平面面积和厚度，可以根据固态电池100的应用而变化。
在衬底102的YSZ中的氧化钇的摩尔浓度可以根据应用而类似地变化。在一些实施方式中，YSZ中的氧化钇的摩尔浓度可以例如大约为3％。氧化钇的其他摩尔浓度同样是可能的。
在一些实施方式中，衬底102可以是YSZ的单独层。可替代的，在其他实施方式中，衬底102可以进一步包括金属或陶瓷层。在这些实施方式中，衬底102的YSZ可以附接到金属或陶瓷层上。然后阴极集流器104和阳极集流器106可以形成在YSZ上。
阴极集流器104和阳极集流器106可以各自由导电材料形成。例如，在一些实施方式中，阴极集流器104和阳极集流器106中的每个或二者可以由不锈钢和/或镍形成。替代地或附加地，阴极集流器104和阳极集流器106中的一个或二者可以采取片材、箔或粉末的形式。其他阴极集流器和/或阳极集流器材料和形式同样是可能的。阴极集流器104和阳极集流器106可以各自采取多种尺寸。在一些实施方式中，阴极集流器104和阳极集流器106中的一个或二者可以具有例如在大约3μm和大约4μm之间的厚度。其他厚度同样是可能的。阴极集流器104和阳极集流器106的尺寸，包括例如阴极集流器104和阳极集流器106的平面面积和厚度，可以根据固态电池100的应用而变化。
如图所示，阴极108与阴极集流器104电接触。阴极108可以例如由LiCoO2形成。其他阴极材料同样是可能的。阴极108可以采取多种尺寸。在一些实施方式中，阴极108可以具有例如在大约10μm和大约15μm之间的厚度。其他厚度同样是可能的。通常，与铜、聚酰亚胺和不锈钢的典型衬底相比，更大厚度的阴极108可以在YSZ衬底102上生长。尽管如此，阴极108的尺寸，包括例如阴极108的平面面积和厚度，可以根据固态电池100的应用而变化。
如图所示，固态电解质110可以形成在阴极108和阳极112之间。在一些实施方式中，固态电解质可以由锂磷氧化物(LiPON)形成。其他固态电解质材料同样是可能的。固态电解质110可以采取多种尺寸。在一些实施方式中，固态电解质110可以具有例如在大约2μm和大约3μm之间的厚度。其他厚度同样是可能的。固态电解质110的尺寸，包括例如固态电解质110的平面面积和厚度，可以根据固态电池100的应用而变化。
如图所示，阳极112与阳极集流器106电接触。阳极112例如可以由锂形成。其他阳极材料同样是可能的。阳极112可以采取多种尺寸。在一些实施方式中，阳极112可以具有例如在大约2μm和大约3μm之间的厚度。其他厚度同样是可能的。阳极112的尺寸，包括例如阳极112的平面面积和厚度，可以根据固态电池100的应用而变化。
在操作中，当固态电池100连接到电路(例如电子装置的电路)中时，固态电池100可以通过阳极112和阴极108之间的化学反应而给该电路供电。具体地，当连接到电路中时，阳极112可以经历氧化反应，其中来自阳极112的离子朝向阴极108移动通过固态电解质110，导致来自阳极112的电子释放到电路中。同时，当连接到电路中时，阴极108可以经历还原反应，其中移动通过固态电解质110的离子与阴极108结合，导致阳极112释放到电路中的电子在阴极108处被吸收。电子在阳极112处的释放和电子在阴极108处的吸收产生给电路供电的电流。
在一些实施方式中，如图所示，固态电池100可以进一步包括保护涂层114。保护涂层114例如可以基本上覆盖阳极112，由此保护固态电池100免受污染并延长固态电池100的寿命。在一些实施方式中，保护涂层114可以由二氧化硅(SiO2)、氧化铝或陶瓷形成。其他保护涂层材料同样是可能的。
固态电池100可以采取多种尺寸。在一些实施方式中，例如，固态电池100可以具有在大约30μm和大约60μm之间的厚度。固态电池100的其他厚度同样是可能的。固态电池100的尺寸，包括例如固态电池100的平面面积和厚度，可以根据固态电池100的应用而变化。
在一些实施方式中，为了改善固态电池100的能量密度，如图1B所示，期望固态电池100是双侧固态电池。如图所示，双侧固态电池100包括第二阴极集流器116、第二阳极集流器118、第二阴极120、第二固态电解质122和第二阳极124。第二阴极集流器116、第二阳极集流器118、第二阴极120、第二固态电解质122、和第二阳极124可以分别采取结合图1A针对阴极集流器104、阳极集流器106、阴极108、固态电解质110和阳极112所描述的任何形式。在一些实施方式中，固态电池100可以进一步包括保护涂层126，如图所示。保护涂层126例如可以基本上覆盖第二阳极124，由此保护固态电池100免受污染并延长固态电池100的寿命。在一些实施方式中，保护涂层126可以由SiO2、氧化铝或陶瓷形成。其他保护涂层材料同样是可能的。
II.制造固态电池的示例方法
图2是描绘根据一些实施方式的制造包括YSZ衬底的固态电池的方法200的流程图。
如图所示，方法200开始于方框202，提供YSZ衬底。衬底例如可以采取上面结合图1A针对衬底102描述的任何形式。在一些实施方式中，提供衬底可以涉及制造YSZ衬底。可替代的，在其他实施方式中，提供衬底可以涉及获取预先制造的衬底，如NY州Buffalo市的ENrG公司制造的衬底。在任一种情况下，衬底可以是单独的YSZ，或者可以是附着到金属或陶瓷层的YSZ层。衬底同样可以以其他方式提供。
方法200继续于方框204，在衬底上形成阳极集流器和阴极集流器。阳极集流器例如可以采取上面结合图1A针对阳极集流器106描述的任何形式。类似地，阴极集流器例如可以采取上面结合图1A针对阴极集流器104描述的任何形式。在一些实施方式中，阳极集流器和阴极集流器中的一个或二者可以被预先形成，且在衬底上形成阳极集流器和阴极集流器中的一个或二者可以涉及将预先形成的阳极和/或阴极集流器粘附到衬底上(例如，利用衬底和阳极和/或阴极集流器之间的粘结层)。可替代的是，在其他实施方式中，在衬底上形成阳极集流器和阴极集流器中的一个或二者可以涉及将阳极和/或阴极集流器图案化(例如，使用光刻)到衬底上。阳极和/或阴极集流器同样可以以其他方式形成。阴极集流器104和阳极集流器106可以同时或顺次形成。
方法200继续于方框206：形成LiCoO2的阴极，其中阴极与阴极集流器电接触。阴极例如可以采取上面结合图1A针对阴极108描述的任何形式。在一些实施方式中，形成阴极可以涉及例如将LiCoO2沉积(例如，溅射)到阴极集流器上，以形成阴极。阴极同样可以以其他方式形成。
方法200继续于方框208：在大约700℃和大约800℃之间的温度退火阴极。退火通常用于改善阴极的结晶和晶体取向，并且在大约700℃和大约800℃之间的温度退火可以用于改善阴极的结晶和晶体取向。如上所述，衬底的YSZ可以承受在大约700℃和大约800℃之间的退火温度，并在大约800℃处具有近乎零的热膨胀系数。结果，YSZ衬底允许阴极在大约700℃和大约800℃之间的温度退火，而不损坏阴极，导致固态电池大约1030Wh/L的提高的能量密度。例如，退火可以在封闭的加热设备如，熔炉、快速热退火系统或者闪光退火系统(flash annealing system)中发生。阴极同样可以以其他方式退火。
方法200继续于方框210，形成LiPON的固态电解质。固态电解质例如可以采取上面结合图1A针对固态电解质110所描述的任何形式。在一些实施方式中，形成固态电解质例如可以涉及利用物理气相沉积形成固态电解质。例如，固态电解质可以通过将衬底定位在真空室内并面向磷酸锂的靶且将氮气引入所述真空室内，由此形成LiPON的等离子体促进沉积(plasma facilitating deposition)(例如，溅射)。固态电解质同样可以以其他方式形成。
方法200继续于方框212，形成锂的阳极，其中阳极与阳极集流器电接触，且固态电解质形成在阳极和阴极之间。阳极例如可以采取上面结合图1A针对阳极112所描述的任何形式。在一些实施方式中，形成阳极例如可以涉及将锂沉积(例如，溅射)到阳极集流器和固态电解质上，以形成阴极。阳极同样可以以其他方式形成。
在一些实施方式中，方法200可以进一步包括形成基本上覆盖阳极的保护涂层。保护涂层例如可以采取上面结合图1A针对保护涂层114描述的任何形式。在其他实施方式中，可以不形成保护涂层。
图3A-3E示出根据一些实施方式的制造包括YSZ衬底的固态电池的方法。例如，该方法可以是上面结合图2描述的方法200。
如图3A所示，提供了YSZ的衬底302。衬底302可以采取上面结合图1A针对衬底102描述的任何形式，并且可以以上面结合图2针对方框202描述的任何方式提供。
图3B示出在衬底上形成阴极集流器304和阳极集流器306。阴极集流器304和阳极集流器306可以分别采取上面结合图1A针对阴极集流器104和阳极集流器106所描述的任何形式。此外，阴极集流器304和阳极集流器304可以采取上面结合图2针对方框204描述的任何方式。
图3C示出LiCoO2的阴极308的形成。如图所示，阴极308与阴极集流器304电接触。阴极308可以采取上面结合图1A针对阴极108描述的任何形式。此外，阴极308可以以上面结合图2针对方框206所描述的任何方式形成。另外，阴极308可以以上面结合图2针对方框208描述的任何方式退火(未示出)。
图3D示出LiPON的固态电解质310的形成。固态电解质310可以采取上面结合图1A针对固态电解质110描述的任何形式。此外，固态电解质可以以上面结合图2针对方框210描述的任何方式形成。
图3E示出锂的阳极312的形成。如图所示，阳极312与阳极集流器306电接触。另外，如图所示，固态电解质310形成在阴极308和阳极312之间。阳极312可以采取上面结合图1A针对阳极112描述的任何形式。此外，阳极312可以以上面结合图2针对方框212描述的任何方式形成。
如图所示，可以额外形成保护涂层312，该保护涂层基本上覆盖阳极。保护涂层314例如可以采取上面结合图1A针对保护涂层114所描述的任何形式。在一些实施方式中，可以不形成保护涂层314。
III.制造多个固态电池的示例方法
在一些应用中，会期望在单个制造过程中制造多个固态电池而非单独地制造。为此目的，可以利用卷对卷制造过程制造所公开的固态电池，其中，包括多个衬底的柔性卷被图案化(例如，利用光刻和/或喷墨打印)和/或粘附到一个或多个其他卷上，以由多个衬底中的每个形成固态电池。然后多个衬底可以彼此分离，以产生多个固态电池。
图4是描绘根据一些实施方式的制造多个固态电池的方法400的流程图，每个固态电池包括YSZ衬底。如图所示，方法400开始于方框402，提供包括多个YSZ衬底的卷。卷可以采取任何数量的尺寸。在一些实施方式，卷可以具有例如在大约25μm和大约40μm之间的厚度。其他厚度同样是可能的。此外，在一些实施方式中，卷可以具有在米量级的平面长度和/或平面宽度。卷的尺寸，包括例如卷的平面面积和厚度可以根据要被制造的固态电池的应用而变化。
卷可以采取上面结合图1A针对衬底102所描述的任何形式。例如，在一些实施方式中，卷可以由YSZ的层形成。在这些实施方式中，多个衬底中的每个衬底可以通过卷的区域形成。作为另一示例，在一些实施方式中，卷可以是附着到金属或陶瓷层上的YSZ层。在这些实施方式中，多个衬底中的每个衬底可以由卷的区域形成。卷同样可以采取其他形式。卷中可以包括任何数量的衬底，并且衬底可以布置成任何图案。
方法400继续于方框404，其中，对于多个衬底中的每个衬底，在衬底上形成阳极集流器和阴极集流器。每个阳极集流器可以例如采取上面结合图1A针对阳极集流器106描述的任何形式。类似地，每个阴极集流器例如可以采取上面结合图1A针对阴极集流器104所描述的任何形式。阳极集流器和阴极集流器中的每个可以以上面结合图2针对方框204描述的任何方式形成。可替代的，阳极集流器和阴极集流器中每个可以通过图案化(例如，光刻和/或喷墨打印)而形成和/或可以预先形成在另外的卷上，该另外的卷卷绕并粘附到包括衬底的卷上。阳极集流器和阴极集流器同样可以以其他方式形成。阳极集流器和阴极集流器可以同时、顺次和/或成组地形成。
方法400继续于方框406，其中对于多个衬底中的每个衬底，形成LiCoO2的阴极，其中阴极与阴极集流器电接触。每个阴极可以采取上面结合图1A针对阴极108描述的任何形式。此外，每个阴极可以以上面结合图2针对方框206描述的任何方式形成。可替代的，每个阴极可以通过图案化(例如，光刻和/或喷墨打印)而形成和/或可以预先形成在另外的卷上，该另外的卷卷绕且粘附到包括衬底的卷上。阴极同样可以以其他方式形成。阴极可以同时、顺次地和/或成组地形成。
方法400继续于方框408，其中对于多个衬底中的每个衬底，在大约700℃和大约800℃之间的温度下退火阴极。每个阴极可以以上面结合图2针对方框208描述的任何方式退火。阴极可以同时、顺次地和/或成组地被退火。
方法400继续于方框410，其中对于多个衬底中的每个衬底，形成LiPON的固态电解质。每个固态电解质可以采取上面结合图1A针对固态电解质110描述的任何形式。此外，每个固态电解质可以以上面针对方框210描述的任何方式形成。可替代的，每个固态电解质可以通过图案化(例如，光刻和/或喷墨打印)而形成和/或可以预先形成在另外的卷上，所述另外的卷卷绕在并粘附到包括衬底的卷上。固态电解质同样可以以其他方式形成。固态电解质可以共同地、顺次地和/或成组地形成。
方法400继续于方框412，其中对于多个衬底的每个衬底，形成锂的阳极，其中阳极与阳极集流器电接触且其中固态电解质形成在阳极和阴极之间。每个阳极可以采取上面结合图1A针对阳极112所描述的任何形式。此外，每个阳极可以以上面结合图2针对方框212所描述的任何方式形成。可替代的，每个阳极可以通过图案化(例如，光刻和/或喷墨打印)而形成和/或可以预先形成在另外的卷上，该另外的卷卷绕和粘附到包括衬底的卷上。阴极同样可以以其他方式形成。阳极可以同时、顺次地和/或成组地形成。
在一些实施方式中，方法400可以进一步包括：对于多个衬底中的每个衬底，形成基本上覆盖阳极的保护涂层。保护涂层例如可以采取上面结合图1A针对保护涂层114描述的任何形式。在一些实施方式中，每个保护涂层可以通过图案化(例如，光刻和/或喷墨打印)而形成和/或可以预先形成在另外的卷上，所述另外的卷卷绕且粘附到包括衬底的卷上。保护涂层同样可以以其他方式形成。保护涂层可以同时、顺次地和/或成组地形成。可替代的，在一些实施方式中，可以不形成保护涂层。
在一些实施方式中，方法400可以进一步包括将多个衬底中的每个衬底彼此分离，由此形成多个固态电池。每个固态电池可以包括相应的衬底。衬底例如可以利用模切(diecutting)和/或激光切割而分离。衬底同样可以以其他方式分离。
图5A至5C示出根据一些实施方式的制造多个固态电池的方法，每个固态电池包括YSZ衬底。该方法例如可以是上面结合图4描述的方法400。
如图5A所示，可以提供包括多个衬底502的卷500。在一些实施方式中，卷500可以由YSZ的层形成。在这些实施方式中，多个衬底502中的每个衬底可以通过卷500的区域形成。作为另一示例，在一些实施方式中，卷500可以是附接到金属或陶瓷的层的YSZ的层。在这些实施方式中，多个衬底502中的每个衬底可以通过卷500的区域形成。卷500同样可以采取其他形式。任意数量的衬底可以包括在卷500中，且衬底可以布置成任何图案。
如图5B所示，固态电池可以形成在多个衬底502中的每个衬底上。尤其是，对于每个衬底，可以形成阴极集流器504、阳极集流器506、阴极(从俯视图不可见)、固态电解质(从俯视图不可见)以及阳极508。阴极集流器504、阳极集流器506、阴极、固态电解质和阳极508中的每一个可以分别采取上面结合图1A针对阴极集流器104、阳极集流器106、阴极108、固态电解质110和阳极112所描述的任何形式。此外，阴极集流器504和阳极集流器506中的每一个可以以上面结合图4针对方框404所描述的任何方式形成。此外，阴极、固态电解质和阳极508中的每一个可以分别以上面结合图4针对方框406、410和412描述的任何方式形成。阴极集流器504、阳极集流器506、阴极、固态电解质和阳极508中的一个或多个可以在相同的制造步骤期间形成，或者每个可以在单独的制造步骤期间形成。
在一些实施方式中，可以另外形成保护涂层(未示出)，该保护涂层基本上覆盖每个阳极508。保护涂层例如可以采取上面结合图1A针对保护涂层114所描述的任何形式。在其他实施方式中，如图中所示，可以不形成保护涂层。
在任何情况下，阴极集流器504、阳极集流器506、阴极、固态电解质和阳极508中每一个与它们形成在其上的衬底一起可以形成固态电池。然后固态电池可以被分离，如图5C所示。每个固态电池510可以包括相应的衬底。固态电池510可以利用例如模切和/或激光切割来分离。固态电池510同样可以以其他方式分离。
虽然从俯视图示出图5C中的固态电池510，每个固态电池可以从侧视图中呈现为类似于上面结合图1A所描述的固态电池100。(虽然图1A中的固态电池100被示出为包括保护涂层114，每个固态电池510可以包括或可以不包括保护涂层，如上所述)。
在一些实施方式中，为了改善固态电池510的能量密度，期望的是固态电池510是双侧固态电池。每个双侧固态电池可以包括第二阴极集流器、第二阳极集流器、第二阴极、第二固态电解质和第二阳极。第二阴极集流器、第二阳极集流器、第二阴极、第二固态电解质和第二阳极可以分别采取上面结合图1A针对阴极集流器104、阳极集流器106、阴极108、固态电解质110和阳极112描述的任何形式。从侧视图上，双侧固态电池510中的每一个可以呈现为类似于上面结合图1B所描述的双侧固态电池100。(虽然图1B中的固态电池100被示出为包括保护涂层114和126，每个双侧固态电池510可以包括或可以不包括保护涂层，如上所述。)
IV.结论
虽然在此已经公开了各种方面和实施方式，其他方面和实施方式对本领域技术人员将是明显的。在此公开的各种方面和实施方式是为了说明的目的并且不意在限制，真实的范围和精神由所附权利要求书限定。

Claims (18)

1.一种固态电池，包括：
是氧化钇稳定化氧化锆(YSZ)单独层的衬底；
形成在所述衬底上的阴极集流器；
形成在所述衬底上的阳极集流器；
包括锂钴氧化物的阴极，所述阴极与所述阴极集流器电接触；
包括锂的阳极，所述阳极与所述阳极集流器电接触；以及
形成在所述阴极和所述阳极之间的包括锂磷氧氮的固态电解质。
2.如权利要求1所述的固态电池，其中，所述衬底具有在25μm和40μm之间的厚度。
3.如权利要求1所述的固态电池，其中，所述阴极具有在10μm和15μm之间的厚度。
4.如权利要求1所述的固态电池，还包括保护涂层，所述保护涂层覆盖所述阳极。
5.如权利要求4所述的固态电池，其中，所述保护涂层包括二氧化硅、氧化铝和陶瓷中的至少一种。
6.如权利要求1所述的固态电池，其中，所述阳极集流器和所述阴极集流器中的至少一个包括不锈钢或镍。
7.一种固态电池，包括：
是氧化钇稳定化氧化锆(YSZ)单独层的衬底；
形成在所述衬底的第一侧上的第一阴极集流器；
形成在所述衬底的第一侧上的第一阳极集流器；
包含锂钴氧化物的第一阴极，所述第一阴极与所述第一阴极集流器电接触；
包含锂的第一阳极，所述第一阳极与所述第一阳极集流器电接触；
包含锂磷氧氮(LiPON)的第一固态电解质，所述第一固态电解质形成在所述第一阴极和所述第一阳极之间；
形成在所述衬底的与所述第一侧相反的第二侧上的第二阴极集流器；
形成在所述衬底的第二侧上的第二阳极集流器；
包含锂钴氧化物的第二阴极，所述第二阴极与所述第二阴极集流器电接触；
包含锂的第二阳极，所述第二阳极与所述第二阳极集流器电接触；
包含LiPON的第二固态电解质，所述第二固态电解质形成在所述第二阴极和所述第二阳极之间。
8.如权利要求7所述的固态电池，其中，所述衬底具有在25μm和40μm之间的厚度。
9.如权利要求7所述的固态电池，其中，所述第一阴极和所述第二阴极中的至少一个具有在10μm和15μm之间的厚度。
10.如权利要求7所述的固态电池，还包括第一保护涂层和第二保护涂层中的至少一个，所述第一保护涂层覆盖所述第一阳极，所述第二保护涂层覆盖所述第二阳极。
11.如权利要求10所述的固态电池，其中，所述第一保护涂层和所述第二保护涂层中的至少一个包括二氧化硅、氧化铝和陶瓷中的至少一个。
12.如权利要求7所述的固态电池，其中，所述第一阳极集流器、所述第一阴极集流器、所述第二阳极集流器和所述第二阴极集流器中的至少一个包括不锈钢或镍。
13.一种方法，包括：
提供作为氧化钇稳定化氧化锆(YSZ)的单独层的衬底；
在所述衬底上形成阳极集流器和阴极集流器；
形成包含锂钴氧化物的阴极，其中所述阴极与所述阴极集流器电接触；
在700℃和800℃之间的温度退火阴极；
形成包含锂磷氧氮的固态电解质；以及
形成包含锂的阳极，其中所述阳极与所述阳极集流器电接触，且其中所述固态电解质形成在所述阳极和所述阴极之间。
14.如权利要求13所述的方法，还包括形成覆盖所述阳极的保护涂层。
15.如权利要求14所述的方法，其中，所述保护涂层包括二氧化硅、氧化铝和陶瓷中的至少一种。
16.如权利要求13所述的方法，其中，所述阳极集流器和所述阴极集流器中的至少一个包含不锈钢或镍。
17.一种方法，包括：
提供包括多个衬底的卷，其中，每个衬底是氧化钇稳定化氧化锆的单独层；
对于所述多个衬底中的每个衬底：
在所述衬底上形成阳极集流器和阴极集流器；
形成包含锂钴氧化物的阴极，其中所述阴极与所述阴极集流器电接触；
在700℃和800℃之间的温度退火所述阴极；
形成包含锂磷氧氮的固态电解质；以及
沉积包含锂的阳极，其中所述阳极与所述阳极集流器电接触，且其中所述固态电解质形成在所述阳极和所述阴极之间；以及
分离所述多个衬底中的每个衬底，由此形成多个固态电池，其中每个固态电池包括各自的衬底。
18.如权利要求17所述的方法，还包括：对于所述多个衬底中的每个衬底，形成覆盖所述阳极的保护涂层。
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