CN105529489B - 全固态二次电池组件的制备方法 - Google Patents

全固态二次电池组件的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105529489B
CN105529489B CN201610037330.7A CN201610037330A CN105529489B CN 105529489 B CN105529489 B CN 105529489B CN 201610037330 A CN201610037330 A CN 201610037330A CN 105529489 B CN105529489 B CN 105529489B
Authority
CN
China
Prior art keywords
groove
solid state
secondary battery
battery component
film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610037330.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105529489A (zh
Inventor
童君
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenzhen Institute of Advanced Technology of CAS
Original Assignee
Shenzhen Institute of Advanced Technology of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenzhen Institute of Advanced Technology of CAS filed Critical Shenzhen Institute of Advanced Technology of CAS
Priority to CN201610037330.7A priority Critical patent/CN105529489B/zh
Publication of CN105529489A publication Critical patent/CN105529489A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105529489B publication Critical patent/CN105529489B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04Construction or manufacture in general
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0561Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of inorganic materials only
    • H01M10/0562Solid materials
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0565Polymeric materials, e.g. gel-type or solid-type
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

本发明涉及一种全固态二次电池组件的制备方法,全固态二次电池组件通过串联和/或并联方法集成。串联集成步骤包括在沉积有第一集流层的衬底表面刻划沟槽,在沉积有第一集流层的衬底表面依次沉积第一极薄膜、固态电解质薄膜及第二极薄膜,再在表面刻划沟槽,沉积第二集流层,再在表面刻划沟槽,得到全固态二次电池组件。并联集成步骤包括在依次沉积有第一集流层及第一极薄膜的衬底表面刻划沟槽,再在表面依次沉积固态电解质薄膜、第二极薄膜及第二集流层,得到全固态二次电池组件。该制备方法适合薄膜化和微型化的全固态二次电池组件的制备,解决了传统焊接工艺不能满足薄膜化和微型化的电池组件的串并联集成的问题。

Description

全固态二次电池组件的制备方法
技术领域
本发明涉及电源设备技术领域,特别是涉及一种全固态二次电池组件的制备方法。
背景技术
二次电池又称充电电池,其作为“储能—供电”设备已被广泛用于各类电子器件。普通的二次电池多采用液态有机物作为电解质存在泄露的隐患,加之易燃的特性,导致人们对其安全性能的担忧。另一方面,普通采用液态电解质的二次电池因此其材料的选用和制备的工艺限制,制成的电池器件体积较大,很难满足日趋微型的电子器件对电源的需求。
近年来全固态二次电池引起了学术界和产业界的持续关注。全固态二次电池采用固态电解质取代了液态电解质,解决了二次电池泄露及易燃易爆等安全问题。目前固态二次电池呈现薄膜化、柔性化的趋势,且其易被设计成任意形状,集成度很高,使其成为可穿戴式设备及微电子机械系统(MEMS)的理想独立电源。固态二次电池的工作原理与液态二次电池类似,器件经典结构依次为:集流层/正极/固态电解质/负极/集流层。人们在全固态二次电池各层材料的制备工艺以及整体器件的充放电过程的研究领域取得了丰硕成果。目前比较常见的正极材料主要有LiCoO2、LiMn2O4、Li[Ni1/3Co1/3Mn1/3]O2等含锂氧化物,负极材料通常使用Li箔、石墨、硅等,而固态电解质材料包括聚合物、陶瓷氧化物和硫化物等。
单个全固态二次电池器件的放电电压平台受到所用的材料体系的影响,因此需要将其通过串并联制作出电池组件,以此来得到所需要的电压和容量。总所周知,将多个电池串联将得到更高的电压,但容量不变;而将电池并联则电压不变,但可得到更高的容量。在传统电池组中通过正负极焊接工艺将单个电池器件的正负极连接,从而得到需要的电压和电容。然而对于全固态二次电池器件,尤其是对于薄膜化(总体厚度<100μm)和微型化(面积<1cm2)的电池组件而言,传统焊接工艺却不能满足需求。因此,研发适用于该类电池组件的串并联集成工艺迫在眉睫。
发明内容
基于此,有必要针对传统焊接工艺不能满足薄膜化和微型化的电池组件的串并联集成的问题,提供一种全固态二次电池组件的制备方法。
一种全固态二次电池组件的制备方法,所述全固态二次电池组件通过串联方法集成,或通过并联方法集成,或通过串并联方法集成;
所述全固态二次电池组件通过串联方法集成的步骤包括:
(1)在沉积有第一集流层的衬底表面刻划形成第一沟槽,所述第一沟槽贯穿所述第一集流层且使所述衬底露出,在所述沉积有第一集流层的衬底的表面依次沉积第一极薄膜、固态电解质薄膜及第二极薄膜,所述第一极薄膜填充所述第一沟槽并覆盖所述第一集流层及所述第一沟槽,得到初级串联薄膜;
(2)在所述初级串联薄膜的表面刻划形成第二沟槽,所述第二沟槽贯穿所述第一极薄膜、所述固态电解质薄膜及所述第二极薄膜且使所述第一集流层露出,在所述初级串联薄膜的表面沉积第二集流层,所述第二集流层填充所述第二沟槽并覆盖所述第二极薄膜及所述第二沟槽,得到中间串联薄膜;及
(3)在所述中间串联薄膜的表面刻划形成第三沟槽,所述第三沟槽贯穿所述第二集流层、所述第一极薄膜、所述固态电解质薄膜及所述第二极薄膜且使所述第一集流层露出,其中所述第二沟槽位于所述第一沟槽和所述第三沟槽之间,得到所述全固态二次电池组件;
所述全固态二次电池组件通过并联方法集成的步骤包括:
(1)在依次沉积有第一集流层及第一极薄膜的衬底表面刻划形成刻划槽,所述刻划槽贯穿所述第一极薄膜且使所述第一集流层露出,得到初级并联薄膜;及
(2)在所述初级并联薄膜的表面依次沉积固态电解质薄膜、第二极薄膜及第二集流层,得到所述全固态二次电池组件;
其中,所述第一极薄膜及所述第二极薄膜中的一个为正极薄膜,另一个为负极薄膜;
所述全固态二次电池组件通过串并联方法集成的步骤,包括所述全固态二次电池组件通过串联方法集成的步骤及所述全固态二次电池组件通过并联方法集成的步骤。
上述全固态二次电池组件的制备方法,采用划线技术通过串联和/或并联方法集成全固态二次电池组件。通过对全固态二次电池的不同薄膜层划线分隔,将单个电池器件集成得到全固态二次电池组件,以满足对应负载端所需求的电压和容量。该制备方法适合薄膜化和微型化的全固态二次电池组件的制备,为可穿戴式设备以及微电子机械系统等电子设备提供了灵活可变的独立电源,解决了传统焊接工艺不能满足薄膜化和微型化的电池组件的串并联集成的问题。
在其中一个实施例中,所述全固态二次电池组件通过并联方法集成中步骤(2)包括:
将所述初级并联薄膜的一侧进行清边使所述衬底露出;
在所述初级并联薄膜的表面依次沉积所述固态电解质薄膜及所述第二极薄膜,得到中间并联薄膜;
在所述中间并联薄膜的表面沉积所述第二集流层,得到所述全固态二次电池组件。
在其中一个实施例中,所述在中间并联薄膜的表面沉积第二集流层的步骤包括:
将所述中间并联薄膜的一侧再次进行清边使所述衬底露出,所述中间并联薄膜清边的一侧与所述初级并联薄膜清边的一侧为同一侧,且所述中间并联薄膜在垂直于刻划方向的清边尺寸小于所述初级并联薄膜的对应清边尺寸;
在所述清边后的中间并联薄膜的表面沉积所述第二集流层,得到所述全固态二次电池组件。
在其中一个实施例中,所述在所述中间并联薄膜的表面沉积所述第二集流层,得到所述全固态二次电池组件的步骤之后还包括步骤:
将所述全固态二次电池组件与所述初级并联薄膜清边相对的一侧进行清边,使第一集流层露出。
在其中一个实施例中,所述全固态二次电池组件通过并联方法集成中步骤(2)之后还包括步骤:
将所述全固态二次电池组件与所述刻划方向平行的两侧进行清边,使两侧的所述第一集流层露出。
在其中一个实施例中,所述第一沟槽、所述第二沟槽、所述第三沟槽及所述刻划槽的宽度均小于100μm。
在其中一个实施例中,所述第二沟槽与所述第一沟槽平行,所述第二沟槽与所述第一沟槽的距离为80~100μm。
在其中一个实施例中,所述第三沟槽与所述第二沟槽平行,所述第三沟槽与所述第二沟槽的距离为80~100μm。
在其中一个实施例中,所述衬底为柔性衬底或刚性衬底。
在其中一个实施例中,所述刻划的方法为激光划线或机械划线。
附图说明
图1为一实施方式的全固态二次电池组件的制备方法的流程图;
图2为图1所示全固态二次电池组件的制备方法得到的全固态二次电池组件的结构示意图;其中(a)为截面图,(b)为俯视图;
图3为另一实施方式的全固态二次电池组件的制备方法;
图4为实施例1的全固态二次电池组件的制备方法的流程图;
图5为实施例2得到的全固态二次电池组件的截面结构示意图;
图6为实施例3的全固态二次电池组件的制备方法的流程图。
具体实施方式
为了便于理解本发明,下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是,本发明可以以许多不同的形式来实现,并不限于本文所描述的实施例。相反地,提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是,当元件被称为“固定于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
参照图1,一实施方式的全固态二次电池组件的制备方法,该全固态二次电池组件通过串联方法集成。
全固态二次电池组件通过串联方法集成的步骤包括:
步骤S110:在沉积有第一集流层的衬底表面刻划形成第一沟槽,第一沟槽贯穿第一集流层且使衬底露出,在沉积有第一集流层的衬底表面依次沉积正极薄膜、固态电解质薄膜及负极薄膜,正极薄膜填充第一沟槽并覆盖第一集流层及第一沟槽,得到初级串联薄膜。
其中,第一沟槽将第一集流层分隔成独立的多个第一集流层,同时通过正极薄膜填充第一集流层避免分隔的第一集流层连接。
其中,步骤S110在沉积有第一集流层的衬底表面刻划形成第一沟槽,将第一集流层分隔成需要的尺寸。可在衬底沉积第一集流层的两侧预留距离以进行清边工艺同时保证单个电池的尺寸。
优选的,第一沟槽的宽度小于100μm,沟槽的宽度即垂直于刻划方向的尺寸。
优选的,衬底为绝缘衬底。可以理解,衬底可为柔性衬底或刚性衬底。
步骤S120:在初级串联薄膜的表面刻划形成第二沟槽,第二沟槽贯穿正极薄膜、固态电解质薄膜及负极薄膜且使第一集流层露出,在初级串联薄膜的表面沉积第二集流层,第二集流层填充第二沟槽并覆盖负极薄膜及第二沟槽,得到中间串联薄膜。
优选的,第二沟槽的宽度小于100μm。优选的,第二沟槽与第一沟槽平行。优选的,第二沟槽与第一沟槽的距离为80~100μm,第二沟槽与第一沟槽的距离即第二沟槽的中心与第一沟槽的中心的距离。
优选的,集流层(包括第一集流层和第二集流层)一般选用导电性较好的金属单质或合金。优选的,集流层沉积的方法为磁控溅射或电子束蒸发。
步骤S130:在中间串联薄膜的表面刻划形成第三沟槽,第三沟槽贯穿第二集流层、正极薄膜、固态电解质薄膜及负极薄膜且使第一集流层露出,其中第二沟槽位于第一沟槽和第三沟槽之间,得到全固态二次电池组件。
其中,第二集流层填充于第二沟槽,从而将底部的第一集流层与表面的第二集流层连接,第三沟槽将中间串联薄膜分隔成独立的多个全固态二次电池,且多个全固态二次电池串联连接集成全固态二次电池组件。
优选的,第三沟槽的宽度小于100μm。优选的,第三沟槽与第二沟槽平行。优选的,第三沟槽与第二沟槽的距离为80~100μm,第三沟槽与第二沟槽的距离即第三沟槽的中心与第二沟槽的中心的距离。
步骤S140:将全固态二次电池组件与刻划方向平行的两侧进行清边,使两侧的第一集流层露出。具体的,该刻划方向即为第一沟槽、第二沟槽及第三沟槽的刻划方向。
参照图2,串联方法集成得到的全固态二次电池组件,两侧露出的第一集流层可作为全固态二次电池组件的正极负极引出端。
具体的,左侧露出的第一集流层为全固态二次电池组件的正极引出端1。右侧露出的第一集流层与右侧的第二集流层连接,右侧露出的第一集流层可为全固态二次电池组件的负极引出端2。可以理解,负极引出端也为右侧露出的第二集流层。
采用上述制备方法,利用划线技术通过串联方法集成得到了全固态二次电池组件。可以理解,根据全固态二次电池组件需要的尺寸、电压及容量决定单个全固态二次电池的尺寸和个数,即决定刻划沟槽的位置及刻划沟槽的数量。
可以理解,步骤S110中正极薄膜和负极薄膜的沉积顺序可以互换。可以理解,步骤S140可以省略。
参照图3,一实施方式的全固态二次电池组件的制备方法,该全固态二次电池组件通过并联方法集成。
所述全固态二次电池组件通过并联方法集成的步骤包括:
步骤S210:在依次沉积有第一集流层及正极薄膜的衬底表面刻划形成刻划槽,刻划槽贯穿正极薄膜且使第一集流层露出,得到初级并联薄膜。
优选的,刻划槽的宽度小于100μm。
步骤S220:将初级并联薄膜的一侧进行清边使衬底露出。初级并联薄膜的一侧得到裸露的衬底。
步骤S230:在初级并联薄膜的表面依次沉积固态电解质薄膜及负极薄膜,得到中间并联薄膜。其中电解质薄膜及负极薄膜依次沉积在步骤S220所述的裸露的衬底上。
步骤S240:将中间并联薄膜的一侧再次进行清边使衬底露出,中间并联薄膜清边的一侧与初级并联薄膜清边的一侧为同一侧,且中间并联薄膜在垂直于刻划方向的清边尺寸小于初级并联薄膜的对应清边尺寸。
其中,此次清边在垂直于刻划方向的尺寸小于步骤S220清边的对应尺寸,从而避免该侧的第一集流层暴露出来导致步骤250沉积的第二集流层与第一集流层连接。中间并联薄膜清边的一侧再次得到裸露的衬底。
步骤S250:在清边后的中间并联薄膜的表面沉积第二集流层,得到全固态二次电池组件。
其中在步骤S240所述的裸露的衬底上沉积有第二集流层,该第二集流层可作为全固态二次电池组件的负极引出端。
步骤S260:将全固态二次电池组件上与初级并联薄膜清边相对的另外一侧进行清边,使第一集流层露出。
其中,该露出的第一集流层可作为全固态二次电池组件的正极引出端。
可以理解,步骤S210中依次沉积有第一集流层及正极薄膜的衬底表面可替换为依次沉积有第一集流层及负极薄膜的衬底表面;相应的,步骤S230中初级并联薄膜的表面依次沉积固态电解质薄膜及负极薄膜替换为初级并联薄膜的表面依次沉积固态电解质薄膜及正极薄膜。
可以理解,步骤S260可省略。
可以理解,步骤240可以省略,直接在步骤S230得到的中间并联薄膜的表面沉积第二集流层即可得到全固态二次电池组件,采用表面的第二集流层作为电极引出端。
可以理解,步骤S220~S250可省略,直接在步骤S210得到的初级并联薄膜的表面依次沉积固态电解质薄膜、负极薄膜及第二集流层即可得到全固态二次电池组件。
可以理解,在另一实施方式中,全固态二次电池组件可通过串联和并联方法集成。该步骤包括上述全固态二次电池组件通过串联方法集成的步骤及上述全固态二次电池组件通过并联方法集成的步骤。
优选的,可以对全固态二次电池组件进行分区域制备,部分区域采用串联方法集成,部分区域采用并联方法集成,最后连接成全固态二次电池组件。
本发明刻划形成沟槽的方法可为激光划线或机械划线。
优选的,沟槽贯穿集流层的刻划方法为激光划线。优选的,激光划线设备的激光发生器为Nd:YAG(钇铝石榴石晶体)激光。可以理解,可根据集流层的材料及厚度选择相应的激光工作功率。
优选的,沟槽贯穿正极薄膜、固态电解质薄膜及负极薄膜,不含集流层的刻划方法为机械划线。可以理解,本发明刻划沟槽的步骤均可采用激光划线。
可以理解,根据具体需求可对上述制备方法得到的全固态二次电池组件进行进一步的封装防水处理。
上述全固态二次电池组件的制备方法,采用划线技术通过串联和/或并联方法集成全固态二次电池组件。通过对全固态二次电池的不同薄膜层划线分隔,将单个电池器件集成得到全固态二次电池组件,以满足对应负载端所需求的电压和容量。该制备方法适合薄膜化和微型化的全固态二次电池组件的制备,为可穿戴式设备以及微电子机械系统(MEMS)等电子设备提供了灵活可变的独立电源,解决了传统焊接工艺不能满足薄膜化和微型化的电池组件的串并联集成的问题。
以下为具体实施例。
实施例1
参照图4(a),选取2cm×2cm尺寸的Si片作为刚性绝缘衬底,清洗后,采用直流磁控溅射在Si片上沉积约200nm厚的Pt薄膜作为第一集流层。在Si片沉积Pt薄膜的表面距离A侧0.7cm和1.2cm处采用激光依次刻划形成两个第一沟槽,将集流层分为3个区域,并在两侧分别预留0.2cm和0.3cm以进行清边工艺,第一沟槽的宽度为80μm。
参照图4(b),采用射频磁控溅射技术在Pt集流层上沉积LiCoO2正极薄膜,厚度约为500nm。随后将其于空气环境中在700℃退火2小时。然后在LiCoO2正极薄膜上沉积2μm厚度的LiPON固态电解质薄膜,沉积LiPON固态电解质薄膜的条件为于纯N2气氛中以Li3PO4为靶材,进行射频磁控溅射。再在LiPON固态电解质薄膜上,采用电子束蒸发工艺沉积厚度约1μm的石墨作为负极薄膜,得到初级串联薄膜。具体的,在本实施例中,正极LiCoO2薄膜的沉积需要700℃高温退火,如果先沉积负极薄膜,再沉积正极薄膜需经过高温退火,固态电解质薄膜将被破坏。因此在本实施例中,先沉积正极薄膜,不可先沉积负极薄膜。
参照图4(c),在初级串联薄膜的表面刻划形成第二沟槽。第二沟槽与第一沟槽的距离约为80μm,第二沟槽的宽度约为100μm。
参照图4(d),在初级串联薄膜的表面采用直流磁控溅射沉积300nm厚的Pt薄膜作为第二集流层,得到中间串联薄膜。
参照图4(e),在中间串联薄膜的表面刻划形成第三沟槽。第三沟槽与第二沟槽的距离约80μm,第三沟槽的宽度约为100μm。
再在距离A侧0.2cm处至A侧边缘进行清边工艺,利用刀片机械清除第一集流层(Pt集流层)上沉积的LiCoO2正极薄膜、LiPON固态电解质薄膜、石墨负极薄膜及第二集流层(Pt集流层),使第一集流层露出。在距离B侧0.3cm处至B侧边缘进行清边工艺,利用刀片机械清除第二集流层(Pt集流层)上沉积的LiCoO2正极薄膜、LiPON固态电解质薄膜、石墨负极薄膜及第二集流层(Pt集流层),使第一集流层露出。该两侧清边步骤还可控制单个串联单元(全固态二次电池)的尺寸,使之尺寸统一。
实施例1得到的全固态二次电池组件,由3块尺寸为2cm×0.5cm的单块电池串联集成。每块电池具有结构Si/Pt/LiCoO2/LiPON/石墨/Pt。每块电池的电压约为3.7V。每块电池的容量约为正极材料单位体积容量与单块电池正极体积的乘积,其中正极材料单位体积容量为60μAh·cm-2·μm-1,单块电池正极体积为0.5cm2·μm,即每块电池的容量约为30μAh。实施例1串联集成得到的全固态二次电池组件的电压约为11.1V,容量约为30μAh,总尺寸2cm×2cm。
实施例2
实施例2与实施例1的不同之处在于衬底的材料不同。选取2cm×2cm尺寸的不锈钢片作为刚性衬底,清洗后,采用射频磁控溅射在不锈钢片上沉积约300nm厚的Al2O3薄膜作为绝缘层,得到不锈钢片/Al2O3刚性绝缘衬底。再参照实施例1依次进行沉积及刻划工序。需要注意的是,由于实施例2采用的衬底与实施例1不同,因此刻划第一沟槽时需要调节激光功率使得Pt集流层被划断的同时保证不锈钢片衬底不被划断。
参照图5,实施例2得到的全固态二次电池组件,每块电池具有结构:不锈钢片/Al2O3/Pt/LiCoO2/LiPON/石墨/Pt。
实施例3
参照图6(a),选取2cm×2cm尺寸的Si片作为刚性衬底,清洗后,采用直流磁控溅射在Si片上沉积约200nm厚的Pt薄膜作为第一集流层。接着采用射频磁控溅射技术在Pt集流层上沉积厚度约为500nm的LiCoO2正极薄膜。随后将其于空气环境中在700℃退火2小时。
参照图6(b),在Si/Pt/LiCoO2薄膜的表面距离A侧0.9cm处采用机械刻划形成刻划槽,得到初级并联薄膜,刻划槽的宽度约为100μm。
参照图6(c),在初级并联薄膜距离B侧0.4cm至B侧边缘进行清边使Si片露出。
参照图6(d),在初级并联薄膜的表面沉积2μm厚度LiPON固态电解质薄膜。沉积LiPON固态电解质薄膜的方法是在纯N2气氛中以Li3PO4为靶材,进行射频磁控溅射。再在LiPON固态电解质薄膜上采用电子束蒸发工艺沉积厚度约1μm的石墨作为负极薄膜,得到中间并联薄膜。
参照图6(e),在中间并联薄膜距离B侧0.2cm处至B侧边缘进行清边使Si片露出。
参照图6(f),在清边后的中间并联薄膜的表面采用直流磁控溅射沉积300nm厚的Pt薄膜作为第二集流层,得到全固态二次电池组件。
参照图6(g),在全固态二次电池组件距离A侧0.2cm处至A侧边缘进行清边,利用刀片机械清除第一集流层(Pt集流层)上沉积的LiCoO2正极薄膜、LiPON固态电解质薄膜、石墨负极薄膜及第二集流层(Pt集流层),使第一集流层露出。
实施例3得到的全固态二次电池组件,由2块尺寸为2cm×0.7cm的单块电池并联集成。每块电池具有结构Si/Pt/LiCoO2/LiPON/石墨/Pt。每块电池的电压约为3.7V。每块电池的容量约为正极材料单位体积容量与单块电池正极体积的乘积,其中正极材料单位体积容量为60μAh·cm-2·μm-1,单块电池正极体积为0.7cm2·μm,即每块电池的容量约为42μAh。实施例3并联集成的全固态二次电池组件的电压约为3.7V,容量约为84μAh,总尺寸2cm×2cm。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种全固态二次电池组件的制备方法,其特征在于,所述全固态二次电池组件通过串联方法集成,或通过并联方法集成,或通过串并联方法集成;
所述全固态二次电池组件通过串联方法集成的步骤包括:
(1)在沉积有第一集流层的衬底表面刻划形成第一沟槽,所述第一沟槽贯穿所述第一集流层且使所述衬底露出,在所述沉积有第一集流层的衬底的表面依次沉积第一极薄膜、固态电解质薄膜及第二极薄膜,所述第一极薄膜填充所述第一沟槽并覆盖所述第一集流层及所述第一沟槽,得到初级串联薄膜;
(2)在所述初级串联薄膜的表面刻划形成第二沟槽,所述第二沟槽贯穿所述第一极薄膜、所述固态电解质薄膜及所述第二极薄膜且使所述第一集流层露出,在所述初级串联薄膜的表面沉积第二集流层,所述第二集流层填充所述第二沟槽并覆盖所述第二极薄膜及所述第二沟槽,得到中间串联薄膜;及
(3)在所述中间串联薄膜的表面刻划形成第三沟槽,所述第三沟槽贯穿所述第二集流层、所述第一极薄膜、所述固态电解质薄膜及所述第二极薄膜且使所述第一集流层露出,其中所述第二沟槽位于所述第一沟槽和所述第三沟槽之间,得到所述全固态二次电池组件;
所述全固态二次电池组件通过并联方法集成的步骤包括:
(1)在依次沉积有第一集流层及第一极薄膜的衬底表面刻划形成刻划槽,所述刻划槽贯穿所述第一极薄膜且使所述第一集流层露出,得到初级并联薄膜;及
(2)在所述初级并联薄膜的表面依次沉积固态电解质薄膜、第二极薄膜及第二集流层,得到所述全固态二次电池组件;
其中,所述第一极薄膜及所述第二极薄膜中的一个为正极薄膜,另一个为负极薄膜;
所述全固态二次电池组件通过串并联方法集成的步骤,包括所述全固态二次电池组件通过串联方法集成的步骤及所述全固态二次电池组件通过并联方法集成的步骤。
2.根据权利要求1所述的全固态二次电池组件的制备方法,其特征在于,所述全固态二次电池组件通过并联方法集成中步骤(2)包括:
将所述初级并联薄膜的一侧进行清边使所述衬底露出;
在所述初级并联薄膜的表面依次沉积所述固态电解质薄膜及所述第二极薄膜,得到中间并联薄膜;
在所述中间并联薄膜的表面沉积所述第二集流层,得到所述全固态二次电池组件。
3.根据权利要求2所述的全固态二次电池组件的制备方法,其特征在于,所述在中间并联薄膜的表面沉积第二集流层的步骤包括:
将所述中间并联薄膜的一侧再次进行清边使所述衬底露出,所述中间并联薄膜清边的一侧与所述初级并联薄膜清边的一侧为同一侧,且所述中间并联薄膜在垂直于刻划方向的清边尺寸小于所述初级并联薄膜的对应清边尺寸;
在所述清边后的中间并联薄膜的表面沉积所述第二集流层,得到所述全固态二次电池组件。
4.根据权利要求2所述的全固态二次电池组件的制备方法,其特征在于,所述在所述中间并联薄膜的表面沉积所述第二集流层,得到所述全固态二次电池组件的步骤之后还包括步骤:
将所述全固态二次电池组件与所述初级并联薄膜清边相对的一侧进行清边,使第一集流层露出。
5.根据权利要求1所述的全固态二次电池组件的制备方法,其特征在于,所述全固态二次电池组件通过串联方法集成中步骤(2)之后还包括步骤:
将所述全固态二次电池组件与所述刻划方向平行的两侧进行清边,使两侧的所述第一集流层露出。
6.根据权利要求1所述的全固态二次电池组件的制备方法,其特征在于,所述第一沟槽、所述第二沟槽、所述第三沟槽及所述刻划槽的宽度均小于100μm。
7.根据权利要求1所述的全固态二次电池组件的制备方法,其特征在于,所述第二沟槽与所述第一沟槽平行,所述第二沟槽与所述第一沟槽的距离为80~100μm。
8.根据权利要求1所述的全固态二次电池组件的制备方法,其特征在于,所述第三沟槽与所述第二沟槽平行,所述第三沟槽与所述第二沟槽的距离为80~100μm。
9.根据权利要求1所述的全固态二次电池组件的制备方法,其特征在于,所述衬底为柔性衬底或刚性衬底。
10.根据权利要求1所述的全固态二次电池组件的制备方法,其特征在于,所述刻划的方法为激光划线或机械划线。
CN201610037330.7A 2016-01-20 2016-01-20 全固态二次电池组件的制备方法 Active CN105529489B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610037330.7A CN105529489B (zh) 2016-01-20 2016-01-20 全固态二次电池组件的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610037330.7A CN105529489B (zh) 2016-01-20 2016-01-20 全固态二次电池组件的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105529489A CN105529489A (zh) 2016-04-27
CN105529489B true CN105529489B (zh) 2017-12-29

Family

ID=55771574

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610037330.7A Active CN105529489B (zh) 2016-01-20 2016-01-20 全固态二次电池组件的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105529489B (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017111972A1 (de) * 2017-05-31 2018-12-06 Epcos Ag Energiespeicher
CN107248591A (zh) * 2017-06-14 2017-10-13 深圳先进技术研究院 柔性全固态薄膜锂电池及其制备方法
CN108808058B (zh) * 2018-05-02 2020-09-22 中国航发北京航空材料研究院 一种具有图案化结构的高电压固态薄膜锂电池片
CN109818047B (zh) * 2019-01-24 2021-03-05 深圳市致远动力科技有限公司 具有微纳结构的全固态薄膜锂电池的制备方法
CN109950597A (zh) * 2019-04-04 2019-06-28 深圳市致远动力科技有限公司 一种全固态薄膜燃料电池及其制作方法
CN111342106B (zh) * 2020-03-11 2023-08-29 沈阳浩讯微电子科技有限公司 堆叠式全固态薄膜电池及其制备方法
CN113308674B (zh) * 2021-05-07 2022-10-11 电子科技大学 一种能存算一体化单元、器件、制备工艺及设备

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1879247A (zh) * 2003-11-14 2006-12-13 原子能委员会 用于制造锂微电池的方法
CN101771168A (zh) * 2010-02-11 2010-07-07 厦门大学 微型锂电池的制备方法
CN102414900A (zh) * 2009-04-13 2012-04-11 应用材料公司 高功率、高能量且大面积的能量存储器件

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011154873A (ja) * 2010-01-27 2011-08-11 Toyota Motor Corp 固体電池モジュール及びその製造方法
JP6295819B2 (ja) * 2014-05-19 2018-03-20 Tdk株式会社 全固体二次電池

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1879247A (zh) * 2003-11-14 2006-12-13 原子能委员会 用于制造锂微电池的方法
CN102414900A (zh) * 2009-04-13 2012-04-11 应用材料公司 高功率、高能量且大面积的能量存储器件
CN101771168A (zh) * 2010-02-11 2010-07-07 厦门大学 微型锂电池的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN105529489A (zh) 2016-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105529489B (zh) 全固态二次电池组件的制备方法
US20200335756A1 (en) Solid-state battery separators and methods of fabrication
EP2248216B1 (en) Flexible thin film solid state lithium ion batteries
TWI646713B (zh) 固態電池組之製造
KR101955178B1 (ko) 미세구조의 고체 전해질을 갖는 리튬-금속 배터리
CN107078268B (zh) 具有受保护负电极的电化学单元
EP3186852A1 (en) Electrochemical device stacks including interlayers for reducing interfacial resistance and over-potential
CN105849964A (zh) 具有涂覆电解质的Li离子电池
CN102656728A (zh) 锂离子电池及这类电池的制造方法
CN101771168A (zh) 微型锂电池的制备方法
CN105900212A (zh) 电化学器件中电极层上的固态电解质的沉积
JP6331282B2 (ja) 固体電解質複合体、全固体イオン電池及び固体電解質複合体の製造方法
CN104134816A (zh) 一种采用倒金字塔阵列结构的三维全固态微型薄膜锂电池
CN105960731B (zh) 具有体积变化材料的固态电池
US20140197801A1 (en) Silicon-based electrode for a lithium-ion cell
KR101905167B1 (ko) 바이폴라 전고체 전지
Oltean et al. A Li-Ion Microbattery with 3D Electrodes of Different Geometries
JP6697155B2 (ja) 全固体電池
Tang et al. Lithium-Stable High Lithium Ion Conducting Li1. 4Al0. 4Ge0. 2Ti1. 4 (PO4) 3 Solid Electrolyte
KR20020085942A (ko) 고율 충·방전용 다층 고체 전해질, 이를 이용한 박막전지및 그의 제조방법
JP2014229502A (ja) 積層型全固体電池の製造方法
KR102639668B1 (ko) 다층 구조의 고체 전해질 및 이를 포함하는 전고체 박막 전지
EP4020626A1 (en) Coated three-dimensional electronically conductive network for use as an electrode
Balsara Development of lithium ion conducting interface between lithium metal and a lithium ion conducting ceramic using block polymers
Lin et al. A 3D all-solid-state thin film microbattery with inverted pyramid arrays

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant