CN105789631B - 具有高倍率性能和高能量密度的二次电池及其制造方法 - Google Patents

具有高倍率性能和高能量密度的二次电池及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种二次电池及其制造方法。该二次电池包括：彼此面对的第一电极集流器层和第二电极集流器层；多个第一活性材料层，电接触第一电极集流器层并基本上垂直于第一电极集流器层；多个第二活性材料层，电接触第二电极集流器层并基本上垂直于第二电极集流器层；以及第一导体层，电接触第一电极集流器层并插入所述多个第一活性材料层中。

Description

具有高倍率性能和高能量密度的二次电池及其制造方法
技术领域
本发明的示例性实施方式涉及二次电池及其制造方法，更具体地，涉及具有增加能量密度和倍率性能两者的结构的二次电池和制造该二次电池的方法。
背景技术
不同于不能充电的一次电池，二次电池可以被重复地充电和放电，因此被广泛地用于高级电子装置诸如蜂窝电话、膝上型计算机和摄像放像机中。
具体地，因为锂电池具有比广泛用于便携式电子装置的镍镉电池或者镍氢电池高的电压并且还具有每单位重量的高能量密度，所以对于锂电池的需求增加。锂基氧化物主要被用作锂电池的正电极活性材料，碳材料主要被用作锂电池的负电极活性材料。锂电池基于电解质类型通常被分为液体电解质电池和聚合物固体电解质电池。使用液体电解质的电池被称为锂离子电池，使用聚合物固体电解质的电池被称为锂聚合物电池。
已经进行了研究以提高锂电池的能量密度和倍率性能。此外，可以通过提高能量密度而增加锂电池的容量，并且可以通过提高倍率性能而提高其充电速度。
发明内容
一个或多个示例性实施方式包括具有高能量密度和高倍率性能的二次电池。
根据示例性实施方式，一种电池包括：彼此面对的第一电极集流器层和第二电极集流器层；多个第一活性材料层，电接触第一电极集流器层并基本上垂直于第一电极集流器层；多个第二活性材料层，电接触第二电极集流器层并基本上垂直于第二电极集流器层；电解质层，设置在所述多个第一活性材料层与所述多个第二活性材料层之间、所述多个第一活性材料层与第二电极集流器层之间以及所述多个第二活性材料层与第一电极集流器层之间；和第一导体层，电接触第一电极集流器层并被插入所述多个第一活性材料层中。
在示例性实施方式中，第一电极集流器层和第二电极集流器层可以具有板形状并且可以彼此平行。
在示例性实施方式中，第一电极集流器层和第二电极集流器层可以具有弯曲的板形状并可以彼此平行。
在示例性实施方式中，所述多个第一活性材料层可以接触第一电极集流器层的第一表面，所述多个第二活性材料层可以接触第二电极集流器层的第二表面，第一电极集流器层的和第二电极集流器层可以设置为使得第一表面和第二表面彼此面对。
在示例性实施方式中，所述多个第一活性材料层可以设置为基本上垂直于第一电极集流器层的第一表面，所述多个第二活性材料层可以设置为基本上垂直于第二电极集流器层的第二表面。
在示例性实施方式中，所述多个第一活性材料层和所述多个第二活性材料层可以具有板形状并平行于彼此交替地布置。
在示例性实施方式中，第一导体层可以具有基本上垂直于第一电极集流器层的第一表面突出的延伸板形状。
在示例性实施方式中，第一导体层可以插入所述多个第一活性材料层的至少一个中，第一导体层的两个侧表面可以接触所述多个第一活性材料层的所述至少一个。
在示例性实施方式中，第一导体层的第一端可以接触第一电极集流器层的第一表面，第一导体层的第二端可以接触电解质层，其中第二端可以与第一端相反。
在示例性实施方式中，第一导体层的第一端可以接触第一电极集流器层的第一表面，第一导体层的第二端可以接触所述多个第一活性材料层的至少一个，其中第二端可以与第一端相反。
在示例性实施方式中，电解质层可以包括固体电解质。
在示例性实施方式中，电解质层可以在所述多个第一活性材料层与所述多个第二活性材料层之间、所述多个第一活性材料层与第二电极集流器层之间以及所述多个第二活性材料层与第一电极集流器层之间蜿蜒。
在示例性实施方式中，电池可以还包括电接触第二电极集流器层并插入所述多个第二活性材料层中的第二导体层。
在示例性实施方式中，第二导体层可以具有从第二电极集流器层突出的延伸板形状。
在示例性实施方式中，第二导体层可以插入所述多个第二活性材料层的至少一个中，第二导体层的两个侧表面可以接触所述多个第二活性材料层的所述至少一个。
在示例性实施方式中，第二导体层的第一端可以接触第二电极集流器层，第二导体层的第二端可以接触电解质层，其中第二端可以与第一端相反。
在示例性实施方式中，第二导体层的第一端可以接触第二电极集流器层，第二导体层的第二端可以接触所述多个第二活性材料层的至少一个，其中第二端可以与第一端相反。
在示例性实施方式中，所述多个第一活性材料层可以包括用于形成正电极的正电极活性材料，该正电极活性材料包括烧结的多晶陶瓷，第一导体层包括钯(Pd)、金(Au)、铂(Pt)和银(Ag)或者其合金中的至少一种金属材料。
根据另一示例性实施方式，一种电池包括：第一电极集流器层，具有板形状；多个第一活性材料层，电接触第一电极集流器层并基本上垂直于第一电极集流器层；导体层，电接触第一电极集流器层并插入所述多个第一活性材料层中；第二活性材料层，包括平行于所述多个第一活性材料层且与所述多个第一活性材料层交替地布置的多个第一部分以及面对并平行于第一电极集流器层并从所述多个第一部分延伸的第二部分；以及电解质层，设置在所述多个第一活性材料层与第二活性材料层的所述多个第一部分之间、所述多个第一活性材料层与第二活性材料层的第二部分之间以及第二活性材料层的所述多个第一部分与第一电极集流器层之间。
在示例性实施方式中，第二活性材料层的所述多个第一部分与第二部分可以是整体的。
在示例性实施方式中，导体层可以插入所述多个第一活性材料层的至少一个中，导体层的两个侧表面可以接触所述多个第一活性材料层的所述至少一个。
在示例性实施方式中，导体层的第一端可以接触第一电极集流器层，导体层的第二端接触电解质层，其中第二端可以与第一端相反。
在示例性实施方式中，导体层的第一端可以接触第一电极集流器层，导体层的第二端接触所述多个第一活性材料层的至少一个，其中第二端可以与第一端相反。
在示例性实施方式中，电解质层可以在所述多个第一活性材料层与第二活性材料层的所述多个第一部分之间、所述多个第一活性材料层与第二活性材料层的第二部分之间以及第二活性材料层的所述多个第一部分与第一电极集流器层之间蜿蜒。
根据另一示例性实施方式，一种电池包括：彼此面对的第一电极集流器层和第二电极集流器层；多个第一活性材料层，电接触第一电极集流器层并垂直于第一电极集流器层；电解质层，沿着所述多个第一活性材料层的表面和第一电极集流器层的表面提供为Z字形形状，并包括接触所述多个第一活性材料层和第一电极集流器层的第一表面以及在与第一表面相反的一侧的第二表面；第二活性材料层，电接触第二电极集流器层并沿着电解质层的第二表面设置；以及导体层，电接触第一电极集流器层并插入所述多个第一活性材料层中。
在示例性实施方式中，第二活性材料层可以完全地填充由提供为Z字形形状的电解质层的第二表面限定的凹部(valley)。
在示例性实施方式中，第二活性材料层可以沿着提供为Z字形形状的电解质层的第二表面提供为Z字形形状。
在示例性实施方式中，在其中未填充第二活性材料层的空白空间可以限定在所述多个第一活性材料层之间。
根据另一示例性实施方式，提供一种制造电池的方法，该方法包括：制备片状层叠结构，在该片状层叠结构中至少一个第一活性材料片组合件和至少一个牺牲层片交替地层叠；利用该片状层叠结构形成层叠结构，在该层叠结构中至少一个第一活性材料组合件和至少一个牺牲层交替地层叠；在该层叠结构的一个表面上形成第一电极集流器层；通过去除所述至少一个牺牲层，形成第一电极结构；以及在第一电极结构上顺序地形成电解质层、第二活性材料层和第二电极集流器层，其中所述至少一个第一活性材料组合件和牺牲层垂直于第一电极集流器层。
在示例性实施方式中，第一活性材料片组合件可以包括第一活性材料片。
在示例性实施方式中，第一活性材料片可以通过将包括活性材料的浆料制造为片形式而提供，牺牲层片可以通过将包括牺牲层材料的浆料制造为片形式而提供。
在示例性实施方式中，该方法可以还包括在层叠结构的一个表面与第一电极集流器层之间形成包括与第一活性材料片相同的材料的基片。
在示例性实施方式中，所述至少一个第一活性材料片组合件可以包括导体片和设置在导体片的至少一个表面上的第一活性材料片，其中该导体片可以通过在第一活性材料片上涂覆包括集流器材料的膏而提供。
在示例性实施方式中，形成层叠结构和第一电极集流器层可以包括：切割片状层叠结构；通过在切割后的层叠结构的一个表面上涂覆包括集流器材料的膏而形成第一电极集流器片；以及通过烧结切割后的片状层叠结构和第一电极集流器片而形成层叠结构和第一电极集流器层。
在示例性实施方式中，形成层叠结构和第一电极集流器层可以包括：切割片状层叠结构；通过烧结切割后的片状层叠结构而形成层叠结构；通过在层叠结构的一个表面上涂覆包括集流器材料的膏而形成第一电极集流器片；以及通过热处理第一电极集流器片而形成第一电极集流器层。
在示例性实施方式中，形成层叠结构和第一电极集流器层可以包括：烧结片状层叠结构；通过切割烧结后的片状层叠结构而形成层叠结构；通过在层叠结构的一个表面上涂覆包括集流器材料的膏而形成第一电极集流器片；以及通过热处理第一电极集流器片而形成第一电极集流器层。
在示例性实施方式中，可以利用仅选择性地蚀刻牺牲层的蚀刻剂来去除牺牲层。
根据另一示例性实施方式，一种电池包括：彼此面对的第一电极集流器层和第二电极集流器层；多个第一活性材料层，电接触第一电极集流器层并垂直于第一电极集流器层；电解质层，沿着所述多个第一活性材料层的表面和第一电极集流器层的表面提供为Z字形形状，并包括接触所述多个第一活性材料层和第一电极集流器层的第一表面以及在与第一表面相反的一侧的第二表面；以及第二活性材料层，电接触第二电极集流器层并沿着电解质层的第二表面设置，其中未填充第二活性材料层的空白空间可以被限定在所述多个第一活性材料层之间，其中第二活性材料层沿着Z字形形状的电解质层的第二表面提供为Z字形形状。
电池可以还包括在第一电极集流器层与第一活性材料层之间以及在第一电极集流器层与电解质层之间的平行于第一电极集流器层的基层，并且该基层包括与第一活性材料层相同的材料。
附图说明
通过下文结合附图对示例性实施方式的描述，这些和/或其它示例性实施方式将变得明显且更易于理解，附图中：
图1是二次电池的单元电池的结构的示例性实施方式的透视图；
图2是图1的二次电池的单元电池的结构的分解透视图；
图3是二次电池的单元电池的结构的另一示例性实施方式的截面图；
图4是根据比较示例的二次电池的单元电池的结构的透视图；
图5是用于比较图1的单元电池和图4的单元电池关于单元电池的高度与反应表面面积之间的关系的图形；
图6是用于比较图1的单元电池和图4的单元电池关于单元电池的高度与活性材料分数之间的关系的图形；
图7是二次电池的单元电池的结构的另一示例性实施方式的透视图；
图8是二次电池的单元电池的结构的另一示例性实施方式的透视图；
图9A和9B分别是二次电池的单元电池的结构的另一示例性实施方式的透视图和分解透视图；
图10是通过层叠多个图1的单元电池而提供的层叠结构的示例性实施方式的透视图；
图11是二次电池的结构的示例性实施方式的截面图；
图12至33是用于描述制造图11的二次电池的方法的视图；
图34是二次电池的结构的另一示例性实施方式的截面图；
图35是二次电池的结构的另一示例性实施方式的截面图；
图36至41是用于描述制造图35的二次电池的方法的视图；
图42是二次电池的结构的另一示例性实施方式的截面图；
图43至47是用于描述制造图42的二次电池的方法的视图；以及
图48是二次电池的结构的另一示例性实施方式的截面图。
具体实施方式
在下文，将参照附图详细描述具有高能量密度和高倍率性能的二次电池以及制造该二次电池的方法，其中相同的附图标记始终指代相同的元件，为了清楚，可以夸大元件的尺寸。在这点上，在此描述的一个或多个示例性实施方式可以具有不同的形式且不应被理解为限于此处给出的描述。当此处描述的层结构中的一层被设置“在”另一层“上”时，该层可以直接在所述另一层上同时接触所述另一层，或者可以在所述另一层上面而不接触所述另一层。
现在，将在下文参考附图更充分地描述本发明，在附图中示出了各种实施方式。然而，本发明可以以许多不同的形式实施，而不应被理解为限于此处阐述的实施方式。而是，提供这些实施方式使得本公开将全面和完整，并将向本领域技术人员充分传达本发明的范围。相同的附图标记始终指代相同的元件。
将理解，当一元件被称为“在”另一元件“上”时，它可以直接在所述另一元件“上”，或者插入元件可以在其间。相反，当一元件被称为“直接在”另一元件“上”时，不存在插入元件。
将理解，尽管术语“第一”、“第二”、“第三”等可以在此使用以描述各种元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些元件、部件、区域、层和/或部分不应该被这些术语限制。这些术语仅用于区分一个元件、部件、区域、层或部分与另一元件、部件、区域、层或部分。因此，以下讨论的“第一元件”、“第一部件”、“第一区域”、“第一层”或者“第一部分”可以被称为第二元件、第二部件、第二区域、第二层或者第二部分而不背离此处的教导。
此处使用的术语仅仅是为了描述特定实施方式，而非旨在限制。在此使用时，单数形式“一”和“该”旨在包括复数形式，包括“至少一个”，除非内容清楚地另外指示。“或”意味着“和/或”。在此使用时，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何及所有组合。还将进一步理解，术语“包括”和/或“包含”当在本说明书中使用时，表明存在所述特征、区域、整体、步骤、操作、元件和/或部件，但是不排除一个或多个其它特征、区域、整体、步骤、操作、元件、组合件和/或其组的存在或添加。
此外，关系术语诸如“下”或者“底”以及“上”或者“顶”可以在此使用以说明一个元件与另一元件如附图所示的关系。将理解，空间关系术语旨在包括除图中所描绘的取向之外，装置的不同取向。在示例性实施方式中，当在其中一幅图中的装置被翻转时，被描述为在其它元件的“下”侧的元件将定位于其它元件的“上”侧。因此，根据附图的特定取向，示范性术语“下”可以包括“下”和“上”两种取向。类似地，当在附图之一中的装置翻转时，被描述为“在”其它元件“下面”或“之下”的元件将定位于在所述其它元件“之上”。因此，示范性术语“下面”或者“之下”可以包括上方和下方两种取向。
当在此使用时，考虑到正在讨论的测量和与特定量的测量相关的误差(即，测量系统的限制)，“大约”或“大致”包括所述值在内，并表示在本领域普通技术人员确定的对于特定值的可接受的偏差范围内。例如，“大约”可以意味着在一个或多个标准偏差之内，或者在所述值的±30％、20％、10％、5％之内。
除非另外限定，否则这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同含义。将进一步理解，术语，诸如那些在通用词典中限定的术语，应该被理解为具有与它们在相关技术和发明的语境中的含义一致的含义，将不被理解为理想化或过度形式化的含义，除非在此明确地如此限定。
在此参考截面图描述了示例性实施方式，截面图是理想化实施方式的示意图。因而，例如由制造技术和/或公差引起的图示形状的偏离是可能发生的。因此，此处描述的实施方式不应被理解为限于这里示出的区域的特定形状，而是将包括例如由制造引起的形状的偏差。在示例性实施方式中，示出或描述为平坦的区域通常可以具有粗糙的和/或非线性的特征。此外，示出的锐角可以被圆化。因此，在附图中示出的区域本质上是示意性的，它们的形状并不旨在示出区域的精确形状，且不旨在限制权利要求的范围。
图1是根据示例性实施方式的二次电池100的单元电池的结构的透视图，图2是图1的二次电池100的单元电池的结构的分解透视图。参照图1和2，根据示例性实施方式的二次电池100可以包括：彼此面对的第一电极集流器层101和第二电极集流器层111；电接触第一电极集流器层101的多个第一活性材料层102；电接触第二电极集流器层111的多个第二活性材料层112；以及电解质层120，设置在所述多个第一活性材料层102和所述多个第二活性材料层112之间、所述多个第一活性材料层102和第二电极集流器层111之间以及所述多个第二活性材料层112和第一电极集流器层101之间。此外，二次电池100可以还包括第一导体层103和第二导体层113，第一导体层103电接触第一电极集流器层101并被插入到所述多个第一活性材料层102中，第二导体层113电接触第二电极集流器层111并被插入到所述多个第二活性材料层112中。
在示例性实施方式中，第一和第二电极集流器层101和111可以包括导电金属材料，诸如铜(Cu)、金(Au)、铂(Pt)、银(Ag)、锌(Zn)、铝(Al)、镁(Mg)、钛(Ti)、铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)、锗(Ge)、铟(In)或者钯(Pd)。如图1和2所示，第一和第二电极集流器层101和111可以具有平板形状并可以平行于彼此设置。
第一活性材料层102可以电接触第一电极集流器层101的表面，第二活性材料层112可以电接触第二电极集流器层111的表面。在示例性实施方式中，第一和第二活性材料层102和112例如可以分别附接在第一和第二电极集流器层101和111的彼此面对的表面上。这里，第一活性材料层102可以包括正电极活性材料、导电剂和粘合剂的组合，第一电极集流器层101可以是正电极集流器。在备选示例性实施方式中，第一活性材料层102可以仅包括正电极活性材料而没有导电剂或者粘合剂。在示例性实施方式中，第一活性材料层102可以包括用于形成正电极的烧结的多晶陶瓷或者单晶，诸如LiCoO2。第二活性材料层112可以包括负电极活性材料、导电剂和粘合剂的组合，第二电极集流器层111可以是负电极集流器。在备选示例性实施方式中，第二活性材料层112可以仅包括负电极活性材料而没有导电剂或者粘合剂。在示例性实施方式中，第二活性材料层112可以包括负电极金属诸如Li金属。
此外，第一和第二导体层103和113可以包括与第一和第二电极集流器层101和111相同的导电金属材料。然而，根据制造二次电池100的方法，设置在第一活性材料层102中的第一导体层103的材料会受到限制。在示例性实施方式中，当通过在正电极活性材料片之间插入金属膏并将金属膏和正电极活性材料片一起烧结而提供第一活性材料层102和第一导体层103时，例如在烧结期间保持稳定性并且不影响第一活性材料层102的金属材料可以用作第一导体层103的材料。在示例性实施方式中，在这种情况下，第一导体层103可以包括诸如钯(Pd)、金(Au)、铂(Pt)或者银(Ag)的金属材料或者其合金。
如图1和2所示，所述多个第一活性材料层102和所述多个第二活性材料层112可以基本上垂直于第一和第二电极集流器层101和111设置。在示例性实施方式中，例如，第一活性材料层102可以基本上垂直于第一电极集流器层101的表面突出，第二活性材料层112可以基本上垂直于第二电极集流器层111的表面突出。然而，第一和第二活性材料层102和112可以不完全地垂直于第一和第二电极集流器层101和111，而是可以倾斜。所述多个第一活性材料层102和所述多个第二活性材料层112可以具有平板形状，并可以交替地设置。换言之，所述多个第一活性材料层102和所述多个第二活性材料层112可以垂直于第一和第二电极集流器层101和111设置在第一和第二电极集流器层101和111之间，并且可以沿着平行于第一和第二电极集流器层101和111的表面的方向交替地布置。
电解质层120可以设置为使得所述多个第一活性材料层102不直接接触所述多个第二活性材料层112和第二电极集流器层111。此外，电解质层120可以设置为使得第二活性材料层112不直接接触所述多个第一活性材料层102和第一电极集流器层101。因此，电解质层120可以蜿蜒地设置在所述多个第一活性材料层102和所述多个第二活性材料层112之间、所述多个第一活性材料层102和第二电极集流器层111之间以及所述多个第二活性材料层112和第一电极集流器层101之间。因此，第一和第二活性材料层102和112可以通过电解质层120交换金属离子而不彼此直接接触。此外，第一电极集流器层101没有电连接到第二活性材料层112，第二电极集流器层111没有电连接到第一活性材料层102。根据示例性实施方式，电解质层120可以包括具有固定的蜿蜒形状的固体电解质。在示例性实施方式中，电解质层120可以包括固体电解质，诸如Li3PO4、Li3PO4-xNx、LiBO2-xNx、Li3PO4Nx、LiBO2Nx、Li4SiO4-Li3PO4或者Li4SiO4-Li3VO4。
因为第一和第二活性材料层102和112的电导率一般低于第一和第二电极集流器层101和111的电导率，所以第一导体层103和第二导体层113可以被分别插入到第一活性材料层102和第二活性材料层112中，用于第一活性材料层102和第二活性材料层112之间的均匀的离子交换反应。在示例性实施方式中，第一导体层103例如可以电连接到第一电极集流器层101并插入第一活性材料层102中。此外，第二导体层113可以电连接到第二电极集流器层111并插入第二活性材料层112中。
第一导体层103和第一电极集流器层101可以在利用不同材料单独制造之后被结合到彼此，但是在备选示例性实施方式中，第一导体层103和第一电极集流器层101可以是利用相同导电材料的整体。类似地，第二导体层113和第二电极集流器层111可以在利用不同材料单独制造之后被结合到彼此，但是在备选示例性实施方式中，第二导体层113和第二电极集流器层111可以是利用相同导电材料的整体。在示例性实施方式中，例如，第一电极集流器层101可以被提供为具有第一导体层103，该第一导体层103具有垂直于第一电极集流器层101的表面突出的多个延伸板形状，第二电极集流器层111可以被提供为具有第二导体层113，该第二导体层113具有垂直于第二电极集流器层111的表面突出的多个延伸板形状。在图1和2中，第一和第二导体层103和113具有平板形状，但是可以不是完全平坦的。在示例性实施方式中，第一和第二导体层103和113可以具有各种形状中的任一种形状，诸如鱼骨形状、网孔形状或者矩阵形状。
因为具有平板形状的第一导体层103被插入到每个第一活性材料层102中，所以第一导体层103的两个侧表面可以接触第一活性材料层102。类似地，因为第二导体层113被插入到每个第二活性材料层112中，所以第二导体层113的两个侧表面可以接触第二活性材料层112。第一导体层103和第二导体层113可以分别从第一电极集流器层101和第二电极集流器层111延伸以接触电解质层120。换言之，第一导体层103和第二导体层113的第一端可以分别接触第一和第二电极集流器层101和111，第一导体层103和第二导体层113的第二端可以接触电解质层120。因而，第一导体层103和第二导体层113可以分别完全地划分第一活性材料层102和第二活性材料层112。在示例性实施方式中，例如，第一活性材料层102可以通过第一导体层103被分成两个部分102a和102b，第二活性材料层112可以通过第二导体层113被分成两个部分112a和112b。
因为第一导体层103和第二导体层113分别被插入到第一活性材料层102和第二活性材料层112中，所以电子可以容易地从第一活性材料层102和第二活性材料层112的与电解质层120相邻的端部分别传送到第一电极集流器层101和第二电极集流器层111。在示例性实施方式中，例如，在不使用第一导体层103时，与第一活性材料层102的其它区域相比，第一活性材料层102的与电解质层120相邻的端部区域远离第一电极集流器层101，因此，可能难以将电子从第一活性材料层102的所述端部传送到第一电极集流器层101。在这方面，当第一活性材料层102的长度增加时，第一活性材料层102的端部区域可能没有利用。然而，利用第一和第二导体层103和113，电子可以容易地从第一和第二电极集流器层101和111传送到第一活性材料层102和第二活性材料层112的与电解质层120相邻的端部。因此，在第一和第二活性材料层102和112的整个区域中，金属离子通过第一和第二活性材料层102和112之间的电解质层120被均匀地交换，于是第一和第二活性材料层102和112的长度可以足够长。
在图1和2中，第一和第二导体层103和113被分别插入到所有的第一和第二活性材料层102和112中，但是示例性实施方式不限于此。换言之，第一和第二导体层103和113可以被选择性地插入到第一和第二活性材料层102和112中的一些。在示例性实施方式中，例如，第一导体层103和第二导体层113可以分别每隔一个地插入到第一活性材料层102和第二活性材料层112中。
此外，在图1和2中，第一和第二电极集流器层101和111具有完全的板形状，二次电池100具有完全的矩形形状，但是示例性实施方式不限于此。在示例性实施方式中，例如，图3是根据另一示例性实施方式的二次电池100'的单元电池的结构的截面图。如图3所示，二次电池100'可以是弯曲矩形形状。在这种情况下，第一和第二电极集流器层101和111可以具有弯曲的板形状同时平行于彼此，该弯曲的板形状具有一曲率。具有这样的弯曲矩形形状的二次电池100'可以被应用于制造为具有弯曲形状的各种电子装置中的任何一个。
根据上述示例性实施方式，二次电池100的能量密度和倍率性能两者均可以被改善，因为彼此平行且独立的第一活性材料层102和第二活性材料层112在彼此平行的第一和第二电极集流器层101和111之间垂直于第一和第二电极集流器层101和111的表面交替地布置。在示例性实施方式中，例如，当通过增加第一和第二活性材料层102和112的高度而增加二次电池100的单元电池的高度h时，反应表面面积与单元电池的高度成比例地增加，因此倍率性能提高。此外，当单元电池的高度增加时，占据二次电池100的第一和第二活性材料层102和112的分数增加，因此二次电池100的能量密度也可以提高。因此，使用二次电池100的持续时间增加同时提高了充电速度。此外，因为使用固体电解质，所以根据示例性实施方式的二次电池100可以具有高的电池稳定性。因为这样的二次电池100的单元电池可以具有小尺寸，所以二次电池100可以被用于小的装置，诸如可移动装置或者可穿戴装置。
图4是根据比较示例的二次电池10的单元电池的结构的透视图，图5和6是用于比较二次电池100和二次电池10的特性的图形。具体地，图5是用于比较图1的二次电池100和图4的二次电池10关于单元电池的高度与反应表面面积之间的关系的图形，图6是用于比较图1的二次电池100和图4的二次电池10关于单元电池的高度与活性材料的分数之间的关系的图形。
首先，参照图4，根据比较示例的二次电池10包括按所述次序顺序层叠的第一电极集流器层11、第一活性材料层13、隔板20、第二活性材料层14和第二电极集流器层12。如图4所示，第一电极集流器层11、第一活性材料层13、隔板20、第二活性材料层14和第二电极集流器层12全部彼此平行。此外，假设根据比较示例的二次电池10使用液体电解质。
图5和6的图形通过改变二次电池100和二次电池10的单元电池的高度而获得，同时假设单元电池的长度和宽度没有变化，即分别为大约294微米(μm)和大约20μm。此外，假设在二次电池100中，第一和第二活性材料层102和112的厚度大约为20μm且电解质层120的厚度大约为1μm，在二次电池10中，第一和第二活性材料层13和14的厚度大约为50μm且隔板20的厚度大约为20μm。此外，假设在二次电池100和10中，第一和第二电极集流器层101和111以及11和12的厚度大约为15μm。上述二次电池10的尺寸是基于商用电池的规格。
如图5所示，即使当单元电池的高度增加时，二次电池10的反应表面面积也被均匀地保持。然而，二次电池100的反应表面面积可以与高度成比例地线性地增加。此外，参照图6，当单元电池的高度增加时，活性材料体积分数在二次电池10和100两者中增加，但是整体上，二次电池100的活性材料体积分数高于二次电池10的活性材料体积分数。在示例性实施方式中，例如，当单元电池的高度为大约150μm时，二次电池10的反应表面面积为大约58,800平方微米(μm2)，二次电池10的活性材料体积分数为大约0.67，而二次电池100的反应表面面积为大约333,200μm2且二次电池100的活性材料体积分数为大约0.76。因而，二次电池100的反应表面面积是二次电池10的反应表面面积的至少5倍，且活性材料体积分数比二次电池10的活性材料体积分数高至少百分之13(％)。
图7是根据另一示例性实施方式的二次电池200的单元电池的结构的透视图。在图1的二次电池100中，第一导体层103和第二导体层113通过分别从第一电极集流器层101和第二电极集流器层111延伸到电解质层120而接触电解质层120。因此，第一导体层103和第二导体层113可以完全地且分别地划分第一活性材料层102和第二活性材料层112。然而，如图7所示，第一和第二导体层103和113可以延伸到靠近电解质层120，但是可以不接触电解质层120。在这种情况下，第一活性材料层102的分别接触第一导体层103的两个侧表面的两个部分102a和102b可以不被完全地划分，并且可以在邻近于电解质层120的区域处连接到彼此。类似地，第二活性材料层112的分别接触第二导体层113的两个侧表面的两个部分112a和112b可以不被完全地划分，并且可以在邻近于电解质层120的区域处连接到彼此。在图7中，第一和第二导体层103和113不接触电解质层120，但是在备选示例性实施方式中，第一导体层103和第二导体层113中的任何一个可以接触电解质层120并且另一个可以不接触电解质层120。
图8是根据另一示例性实施方式的二次电池300的单元电池的结构的透视图。比较二次电池300与图1的二次电池100，图8的二次电池300不包括第二导体层113。二次电池300的其它构造可以与二次电池100相同。当第二活性材料层112包括具有足够高的电导率的活性材料时，电子可以从第二活性材料层112的与电解质层120相邻的端部顺利地传送到第二电极集流器111，因此可以省略第二导体层113。虽然在图8中未示出，但是当第一活性材料层102包括具有足够高的电导率的活性材料时，可以省略第一导体层103。在图8中，第一导体层103接触电解质层120，但是根据另一示例性实施方式，第一导体层103可以不接触电解质层120。
图9A和9B分别是根据另一示例性实施方式的二次电池400的单元电池的结构的透视图和分解透视图。比较二次电池400与图1的二次电池100，二次电池400可以不使用第二电极集流器层，第二活性材料层114可以作为第二电极集流器层操作。第二电池400的其它构造可以与二次电池100相同。
当第二活性材料层114包括具有优良电导率的活性材料诸如Li金属时，第二活性材料层114可以作为电极集流器层操作，如图9A和9B所示。因此，第二活性材料层114可以包括与所述多个第一活性材料层102交替地布置且平行的多个第一部分114a以及面对且平行于第一电极集流器层101的第二部分114b。第二活性材料层114的第二部分114b可以作为图1的第二电极集流器层111操作并具有板形状。此外，所述多个第一部分114a可以是从第二部分114b垂直地突出的延伸板形状。所述多个第一部分114a和第二部分114b可以是整体的并包括相同材料。电解质层120可以蜿蜒地设置在所述多个第一活性材料层102与第二活性材料层114的所述多个第一部分114a之间、所述多个第一活性材料层102与第二活性材料层114的第二部分114b之间、以及第二活性材料层114的所述多个第一部分114a与第一电极集流器层101之间。
图10是根据示例性实施方式的通过层叠多个图1的二次电池100的单元电池而提供的层叠结构500的透视图。参照图10，当二次电池100的单元电池被层叠时，单元电池可以布置为使得相同类型的第一电极集流器层101和第二电极集流器层111彼此接触。在示例性实施方式中，例如，二次电池100的单元电池的第一电极集流器层101可以接触另一二次电池100的单元电池的第一电极集流器层101，二次电池100的单元电池的第二电极集流器层111可以接触另一二次电池100的单元电池的第二电极集流器层111。此外，第一导线501可以连接到第一电极集流器层101，第二导线502可以连接到第二电极集流器层111，使得一个层叠在另一个上的二次电池100的单元电池并联电连接。
图11是根据示例性实施方式的二次电池600的结构的截面图。
图11的二次电池600与图1的二次电池100的不同之处在于电解质层120不直接接触第二电极集流器层111。在图1的二次电池100中，因为第二活性材料层112被完全地彼此间隔开，所以第二电极集流器层111在第二活性材料层112之间暴露。因此，电解质层120接触彼此相邻的第二活性材料层112之间的第二电极集流器层111。相反，在图11的二次电池600中，第二活性材料层112的端部分连接到彼此并沿着第二电极集流器层111的表面延伸以覆盖第二电极集流器层111。因此，电解质层120不接触彼此相邻的第二活性材料层112之间的第二电极集流器层111。替代地，电解质层120接触一表面，该表面沿着第二电极集流器层111的表面设置为第二活性材料层112的连接到彼此的端部分。
换言之，在图11的示例性实施方式中，电解质层120可以在第一活性材料层102和第二活性材料层112之间以及第二活性材料层112和第一电极集流器层101之间设置为Z字形形状。因此，电解质层120的第一表面可以设置为Z字形形状以接触第一活性材料层102的表面和第一电极集流器层101的表面。第二活性材料层112可以设置为接触电解质层120的在与第一电极集流器层101相对侧的第二表面。
图12至33是用于描述制造图11的二次电池600的方法的视图。在下文，假设第一电极集流器层101是正电极集流器，第一活性材料层102是正电极活性材料，第二电极集流器层111是负电极集流器，第二活性材料层112是负电极活性材料。
参照图12，制备第一活性材料片102'。在示例性实施方式中，第一活性材料片102'例如可以具有大约1μm至大约30μm的厚度，但是实施方式不限于此。第一活性材料片102'可以是正电极片。在这种情况下，第一活性材料片102'可以包括正电极材料，诸如锂钴氧化物(LCO)。然而，实施方式不限于此。第一活性材料片102'可以通过将包括例如正电极材料、分散剂、溶剂、粘合剂和增塑剂的浆料52(参照图13)制造为片的形式而提供。
图13是示出利用流延成型(tape casting)形成第一活性材料片102'的工艺的视图。参照图13，首先，制备例如包括正电极材料、分散剂、溶剂、粘合剂和增塑剂的浆料52。随后，浆料52被施加到运送带上的载膜50上。这里，浆料52可以利用例如刮刀被施加到载膜50上至具有均匀厚度。接着，干燥施加到载膜50上的浆料52，从而可以制得第一活性材料片102'。
这里，为了有效地干燥浆料52，可以在预定温度加热浆料52。以这种方式制造的第一活性材料片102'可以包括正电极材料、分散剂、粘合剂和增塑剂。如上所述，第一活性材料片102'例如利用流延成型而制造。然而，实施方式不限于此，第一活性材料片102'可以以各种方式制造。
参照图14，制备牺牲层片131'。虽然牺牲层片131'可以具有大约1μm至大约50μm的厚度，但实施方式不限于此。牺牲层片131'可以通过将包括例如牺牲层材料、分散剂、溶剂、粘合剂和增塑剂的浆料制造为片的形式而提供。这里，例如，Li2CoSiO4可以用作牺牲层材料。然而，实施方式不限于此，可以使用各种其它材料。
参照图15，制备第一活性材料片组合件105'。可以通过在第一活性材料片102b'上形成第一导体片103'以及通过在第一导体片103'上层叠第一活性材料片102a'而制造第一活性材料片组合件105'。可以通过以包括集流器材料的膏涂覆第一活性材料片102b'而提供第一导体片103'。在示例性实施方式中，第一导体片103'例如可以提供为具有等于或小于大约1μm的厚度，但是实施方式不限于此。在图15中，第一活性材料片102a'和102b'分别设置在第一导体片103'的两侧上，从而可以制造第一活性材料片组合件105'。然而，第一活性材料片102'可以仅设置在第一导体片103'的一侧上。
参照图16，至少一个第一活性材料片组合件105'和至少一个牺牲层片131'交替地重复层叠，从而可以提供片状层叠结构630'。这里，层叠第一活性材料片组合件105'和牺牲层片131'的数目可以是大约1次至大约2000次。然而，实施方式不限于此。随后，参照图17，利用切割器诸如刀片60将片状层叠结构630'切割为图18的每个具有期望尺寸的多个片状层叠结构640'。分割后的所述多个片状层叠结构640'之一在图18中示出。
参照图19，第一电极集流器片101'设置在分割后的片状层叠结构640'上。第一电极集流器片101'设置在片状层叠结构640'的一个表面(图19中的片状层叠结构640'的顶表面)上。这里，第一电极集流器片101'可以是正电极集流器膏。第一电极集流器片101'可以通过用包括集流器材料诸如Al、Ni、Ag、Au、Pt或者Pd的膏涂覆片状层叠结构640'的一个表面而提供。在示例性实施方式中，第一电极集流器片101'例如可以提供为具有大约1μm至大约10μm的厚度，但是实施方式不限于此。
参照图20，在预定温度烧结片状层叠结构640'和第一电极集流器片101'。这里，烧结温度例如可以是大约1000摄氏度(℃)至大约1050℃。然而，实施方式不限于此。通过烧结工艺，提供烧结后的层叠结构640(参照图21)和第一电极集流器层101(参照图21)。这里，烧结后的层叠结构640包括至少一个第一活性材料组合件105和至少一个牺牲层131。第一活性材料组合件105包括第一导体层103以及第一活性材料层102的分别设置在第一导体层103的两个表面上的两个部分102a和102b。第一导体层103可以通过包括膏的第一导体片103'的烧结工艺而提供，第一活性材料层102的两个部分102a和102b可以通过第一活性材料片102a'和102b'的烧结工艺而提供。此外，牺牲层131可以通过牺牲层片131'的烧结工艺而提供。此外，第一电极集流器层101可以通过第一电极集流器片101'的烧结工艺而提供。
参照图21，从烧结后的层叠结构640去除牺牲层131。牺牲层131可以利用蚀刻剂被去除，该蚀刻剂用于选择性地仅干蚀刻或者湿蚀刻牺牲层131。在示例性实施方式中，氢氟酸(HF)可以用作该蚀刻剂。然而，例如，实施方式不限于此。
如上所述，通过去除牺牲层131，完成具有三维(3D)结构的第一电极结构650，如图22所示。第一电极结构650包括第一电极集流器层101和设置在第一电极集流器层101上的所述至少一个第一活性材料组合件105。这里，所述至少一个第一活性材料组合件105可以垂直于第一电极集流器层101设置。第一活性材料组合件105可以包括第一导体层103以及第一活性材料层102的分别设置在第一导体层103的两个表面上的两个部分102a和102b。第一活性材料组合件105也可以包括第一导体层103和设置在第一导体层103的一侧上的第一活性材料层102。
第一电极结构650可以利用与上述工艺不同的工艺制造。图23至25是示出制造第一电极结构650的另一示例性工艺的视图。
参照图23，在制造图18中示出的片状层叠结构640'之后，在预定温度烧结片状层叠结构640'。通过该烧结工艺，提供烧结后的层叠结构640(参照图24)。这里，烧结后的层叠结构640包括至少一个第一活性材料组合件105和至少一个牺牲层131。第一活性材料组合件105包括第一导体层103以及第一活性材料层102的分别设置在第一导体层103的两侧上的两个部分102a和102b。第一导体层103可以通过包括膏的第一导体片103'的烧结工艺而提供，第一活性材料层102的两个部分102a和102b可以通过第一活性材料片102a'和102b'的烧结工艺而提供。此外，牺牲层131可以通过牺牲层片131'的烧结工艺而提供。
参照图24，在烧结后的层叠结构640的一个表面上设置第一电极集流器片101'。第一电极集流器片101'可以通过用包括集流器材料诸如Al、Ni、Ag、Au、Pt或者Pd的膏涂覆烧结后的层叠结构640的一个表面而提供。在示例性实施方式中，第一电极集流器片101'例如可以设置为具有大约1μm至大约10μm的厚度，但是实施方式不限于此。参照图25，在预定温度热处理包括膏的第一电极集流器片101'以形成第一电极集流器层101(参照图21)。随后，执行通过蚀刻和去除牺牲层131而制造第一电极结构650的工艺，该工艺与以上实施方式中描述的工艺相同。
图26至30是示出制造第一电极结构650的另一示例性工艺的视图。
参照图26，在制造图16中示出的片状层叠结构630'之后，在预定温度烧结片状层叠结构630'。通过烧结工艺提供烧结后的层叠结构630(参照图27)。这里，烧结后的层叠结构630包括至少一个第一活性材料组合件105和至少一个牺牲层131。第一活性材料组合件105包括第一导体层103以及第一活性材料层102的分别设置在第一导体层103的两侧上的两个部分102a和102b。第一导体层103可以通过包括膏的第一导体片103'的烧结工艺而提供，第一活性材料层102的两个部分102a和102b可以通过第一活性材料片102a'和102b'的烧结工艺而提供。此外，牺牲层131可以通过牺牲层片131'的烧结工艺而提供。
参照图27，利用刀片60切割烧结后的层叠结构630，因此烧结后的层叠结构630被分成每个具有期望尺寸的多个烧结后的层叠结构640。所述多个分割后的烧结后的层叠结构640中的一个在图28中示出。参照图29，在烧结后的层叠结构640的一个表面上设置第一电极集流器片101'。在示例性实施方式中，第一电极集流器片101'可以通过用包括集流器材料诸如Al、Ni、Ag、Au、Pt或者Pd的膏涂覆片状层叠结构640的一个表面而提供。虽然第一电极集流器片101'例如可以设置为具有大约1μm至大约10μm的厚度，但是实施方式不限于此。参照图30，在预定温度热处理包括膏的第一电极集流器片101'以形成第一电极集流器层101。随后，执行通过蚀刻和去除牺牲层131而制造第一电极结构650的工艺，该工艺与以上实施方式中描述的工艺相同。
现在将描述制造包括如上所述制造的第一电极结构650的二次电池600的方法。
参照图31，在第一电极结构650上设置电解质层120。电解质层120例如可以通过执行化学气相沉积(CVD)、原子层沉积(ALD)或者溅射而沉积在第一活性材料组合件105的表面和第一电极集流器层101的表面上。电解质层120是固体电解质，并可以包括非晶陶瓷，诸如锂磷氮氧化物(LiPON)。然而，实施方式不限于此。因此，电解质层120的第一表面可以是Z字形形状以接触第一活性材料层102的表面和第一电极集流器层101的表面。
参照图32，在电解质层120上设置第二活性材料层112。这里，第二活性材料层112可以提供为在第一活性材料组合件105之间填充由Z字形形状的电解质层120的第二表面限定的凹部(valley)。第二活性材料层112可以是负电极。在这种情况下，第二活性材料层112可以包括锂，但是实施方式不限于此。第二活性材料层112例如可以通过利用蒸发在电解质层120上沉积锂或者通过用熔化的锂借助渗透压力填充第一活性材料组合件105之间的凹部而提供。然而，实施方式不限于此，第二活性材料层112可以利用其它方法提供。
参照图33，在第二活性材料层112上设置第二电极集流器层111以完成二次电池600的制造。这里，作为负电极集流器的第二电极集流器层111例如可以包括铜(Cu)，但是实施方式不限于此。
如上所述，由于使用第一活性材料片102'和牺牲层片131'，所以制造具有3D结构的第一电极结构650所需的时间可以减少。此外，因为在第一电极结构650中第一活性材料组合件105的长度相对于第一活性材料组合件105的宽度的比，即，第一活性材料组合件105的长宽比可以被极大地提高，使得二次电池600的能量密度可以提高。如上所述，已经描述了第一和第二活性材料层102和112分别是正电极活性材料和负电极活性材料的情况。然而，实施方式不限于此，第一和第二活性材料层102和112也可以分别是负电极活性材料和正电极活性材料。
图34是根据另一示例性实施方式的二次电池600'的结构的截面图。在图11中，第二活性材料层112完全地填充由提供为Z字形形状的电解质层120的第二表面限定的凹部。然而，如图34所示，类似于电解质层120，第二活性材料层112可以沿着电解质层120的第二表面提供为Z字形形状。因此，其中没有填充第二活性材料层112的空白空间可以被限定在第一活性材料组合件105之间。在示例性实施方式中，空白空间例如可以通过调节在形成第二活性材料层112时沉积的第二活性材料的量而提供。这样的空白空间可以作为缓冲空间而操作，该缓冲空间用于减轻二次电池600'在二次电池600'的充电和放电操作期间根据第一和第二活性材料层102和112的体积变化的总体积变化。
图35是根据另一示例性实施方式的二次电池700的结构的截面图。
参照图35，二次电池700可以包括具有3D结构的第一电极结构750和顺序地设置在第一电极结构750上的电解质层120、第二活性材料层112和第二电极集流器层111。第一电极结构750包括第一电极集流器层101和设置在第一电极集流器层101上的至少一个第一活性材料层102。第一活性材料层102可以垂直于第一电极集流器层101设置。第一电极结构750例如可以是正电极结构。然而，实施方式不限于此，第一电极结构750也可以是负电极结构。
电解质层120设置在第一电极结构750的表面上。电解质层120可以以Z字形形状沉积在第一活性材料层102的表面和第一电极集流器层101的表面上。第二活性材料层112设置在电解质层120上。这里，第二活性材料层112可以提供为填充第一活性材料层102之间的空间。第二电极集流器层111设置在第二活性材料层112上。当第一电极结构750是正电极结构时，第二活性材料层112和第二电极集流器层111可以分别是负电极和负电极集流器。此外，当第一电极结构750是负电极结构时，第二活性材料层112和第二电极集流器层111可以分别是正电极和正电极集流器。
图36至41是用于描述制造图35的二次电池700的方法的视图。
参照图36，交替地层叠至少一个第一活性材料片102'和至少一个牺牲层片131'，从而可以提供片状层叠结构730'。这里，例如，第一活性材料片102'可以具有大约1μm至大约30μm的厚度，牺牲层片131'可以具有大约1μm至大约30μm的厚度。然而，实施方式不限于此。第一活性材料片102'和牺牲层片131'的制造已经在上面描述，因此将省略其描述。随后，片状层叠结构730'利用刀片60(参照图17)被切割并被分成每个具有期望尺寸的多个片状层叠结构740'。分割后的所述多个片状层叠结构740'之一在图37中示出。
参照图38，在分割后的片状层叠结构740'的一个表面上设置第一电极集流器片101'。在示例性实施方式中，第一电极集流器片101'可以通过用包括集流器材料诸如Al、Ni、Ag、Au、Pt或者Pd的膏涂覆片状层叠结构740'的一个表面而提供。在示例性实施方式中，第一电极集流器片101'例如可以提供为具有大约1μm至大约10μm的厚度，但是实施方式不限于此。接着，在预定温度烧结片状层叠结构740'和第一电极集流器片101'。这里，烧结温度例如可以是大约1000℃至大约1050℃，但是实施方式不限于此。通过烧结工艺，提供烧结后的层叠结构740(参照图39)和第一电极集流器层101(参照图39)。这里，烧结后的层叠结构740包括至少一个第一活性材料层102和至少一个牺牲层131。第一活性材料层102可以通过第一活性材料片102'的烧结工艺提供，牺牲层131可以通过牺牲层片131'的烧结工艺提供。此外，第一电极集流器层101可以通过包括膏的第一电极集流器片101'的烧结工艺提供。
参照图39，通过蚀刻从烧结后的层叠结构740去除牺牲层131。这样，在牺牲层131被去除时，如图40所示，完成具有3D结构的第一电极结构750。第一电极结构750包括第一电极集流器层101和设置在第一电极集流器层101上的至少一个第一活性材料层102。这里，所述至少一个第一活性材料层102可以垂直于第一电极集流器层101设置。
如上所述，描述了在第一电极集流器片101'设置在分割后的片状层叠结构740'的一个表面上之后，通过烧结工艺和牺牲层去除工艺而制造第一电极结构750。然而，也可以通过执行与图23至25所示的工艺类似的工艺而制造第一电极结构750。即，在烧结分割后的片状层叠结构740'并因此提供烧结后的层叠结构740之后，在烧结后的层叠结构740的一个表面上设置第一电极集流器层101。随后，可以通过执行去除牺牲层131的工艺而制造第一电极结构750。此外，第一电极结构750也可以通过执行与图26至30的工艺类似的工艺而制造。即，在烧结片状层叠结构并因此提供烧结后的层叠结构之后，烧结后的层叠结构被切割并因此被分成所述多个烧结后的层叠结构740。然后，在被分割的烧结后的层叠结构740的一个表面上设置第一电极集流器层101并且去除牺牲层131，从而可以制造第一电极结构750。
参照图41，在通过上述工艺制造的第一电极结构750上顺序地设置电解质层120、第二活性材料层112和第二电极集流器层111，从而可以完成二次电池700。
图42是根据另一示例性实施方式的二次电池800的结构的截面图。
参照图42，二次电池800可以包括具有3D结构的第一电极结构850和顺序地设置在第一电极结构850上的电解质层120、第二活性材料层112和第二电极集流器层111。第一电极结构850包括第一电极集流器层101、设置在第一电极集流器层101上的基层115、以及设置在基层115上的至少一个第一活性材料层102。基层115和第一活性材料层102可以包括相同的活性材料。第一活性材料层102可以垂直于第一电极集流器层101和基层115设置。第一电极结构850例如可以是正电极结构。然而，实施方式不限于此，第一电极结构850可以是负电极结构。
电解质层120设置在第一电极结构850上。电解质层120可以以Z字形形状沉积在每个第一活性材料层102的表面和基层115的表面上。第二活性材料层112设置在电解质层120上。这里，第二活性材料层112可以提供为填充第一活性材料层102之间的空间。第二电极集流器层111设置在第二活性材料层112上。当第一电极结构850是正电极结构时，第二活性材料层112和第二电极集流器层111可以分别是负电极和负电极集流器。此外，当第一电极结构850是负电极结构时，第二活性材料层112和第二电极集流器层111可以分别是正电极和正电极集流器。
图43至47是用于描述制造图42的二次电池800的方法的视图。
参照图43，交替地层叠至少一个第一活性材料片102'和至少一个牺牲层片131'，从而可以提供片状层叠结构。第一活性材料片102'和牺牲层片131'的制造已经在上面描述，因此将省略其描述。随后，片状层叠结构利用刀片被切割，因此被分成每个具有期望尺寸的多个片状层叠结构840'。所分割的所述多个片状层叠结构840'之一在图43中示出。
参照图44，在片状层叠结构840'的一个表面上顺序地设置基片115'和第一电极集流器片101'。基片115'可以利用与第一活性材料片102'相同的材料，以与第一活性材料片102'相同的方式制造。第一电极集流器片101'可以通过用包括集流器材料诸如Al、Ni、Ag、Au、Pt或者Pd的膏涂覆基片115'而提供。接着，在预定温度烧结片状层叠结构840'、基片115'和第一电极集流器片101'。通过该烧结工艺，提供层叠结构840(参照图45)、基层115(参照图45)和第一电极集流器层101(参照图45)。这里，层叠结构840包括至少一个第一活性材料层102和至少一个牺牲层131。所述至少一个第一活性材料层102可以通过第一活性材料片102'的烧结工艺提供，所述至少一个牺牲层131可以通过牺牲层片131'的烧结工艺提供。此外，基层115可以通过基片115'的烧结工艺提供，第一电极集流器层101可以通过包括膏的第一电极集流器片101'的烧结工艺提供。
参照图45，通过蚀刻，从烧结后的层叠结构840去除牺牲层131。因此，完成具有3D结构的第一电极结构850，如图46所示。第一电极结构850包括第一电极集流器层101、设置在第一电极集流器层101上的基层115和设置在基层115上的所述至少一个第一活性材料层102。这里，所述至少一个第一活性材料层102可以垂直于第一电极集流器层101和基层115设置。
如上所述，已经描述了在被分割的片状层叠结构840'的一个表面上形成基片115'和第一电极集流器片101'之后通过执行烧结工艺和去除牺牲层131的工艺而制造第一电极结构850的方法。然而，第一电极结构850可以通过执行与图23至25的工艺类似的工艺而制造。也就是，在通过烧结被分割的片状层叠结构840'而提供层叠结构840之后，在层叠结构840的一个表面上设置基层115和第一电极集流器层101。随后，可以通过执行去除牺牲层131的工艺而制造第一电极结构850。此外，第一电极结构850也可以通过执行与图26至30的工艺类似的工艺而制造。也就是，在通过烧结片状层叠结构而提供层叠结构之后，层叠结构被切割并因此被分成多个层叠结构840。然后，在被分割的层叠结构840的一个表面上设置基层115和第一电极集流器层101并去除牺牲层131，从而可以制得第一电极结构850。
参照图47，在第一电极结构850上顺序地设置电解质层120、第二活性材料层112和第二电极集流器层111，从而可以完成二次电池800。
图48是根据另一示例性实施方式的二次电池800'的结构的截面图。在图42的二次电池800中，第二活性材料层112在第一活性材料层102之间完全地填充由Z字形形状的电解质层120限定的凹部。然而，如图48所示，第二活性材料层112可以沿着电解质层120的表面提供为Z字形形状，像电解质层120一样。因此，其中没有填充第二活性材料层112的空白空间可以被限定在第一活性材料层102之间。在示例性实施方式中，空白空间例如可以通过调节在形成第二活性材料层112时沉积的第二活性材料的量而提供。这样的空白空间可以作为缓冲空间而操作，该缓冲空间用于减轻二次电池800'在二次电池800'的充电和放电操作期间根据第一和第二活性材料层102和112的体积变化的总体积变化。
虽然已经参考附图描述了一个或多个示例示例性实施方式，但本领域普通技术人员将理解，可以在其中进行形式和细节方面的各种改变而不背离由权利要求所定义的精神和范围。

Claims (19)

1.一种电池，包括：
彼此面对的第一电极集流器层和第二电极集流器层；
多个第一活性材料层，电接触所述第一电极集流器层并基本上垂直于所述第一电极集流器层；
多个第二活性材料层，电接触所述第二电极集流器层并基本上垂直于所述第二电极集流器层，所述多个第二活性材料层与所述多个第一活性材料层交替地布置；
单一的电解质层，连续延伸以设置在所述多个第一活性材料层与所述多个第二活性材料层之间、所述多个第一活性材料层与所述第二电极集流器层之间、以及所述多个第二活性材料层与所述第一电极集流器层之间，所述电解质层包括固体电解质且具有均一的厚度；以及
第一导体层，电接触所述第一电极集流器层并插置在所述多个第一活性材料层中，
其中所述第一导体层具有从所述第一电极集流器层突出的延伸板形状，
其中所述第一导体层插入所述多个第一活性材料层的至少一个中，所述第一导体层的两个相反的侧表面分别接触所述多个第一活性材料层的所述至少一个的两个部分，以及
其中所述第一导体层的第一端接触所述第一电极集流器层的表面，所述第一导体层的第二端接触所述多个第一活性材料层的至少一个，其中所述第一导体层的所述第二端与所述第一导体层的所述第一端相反。
2.如权利要求1所述的电池，其中所述多个第一活性材料层接触所述第一电极集流器层的第一表面，所述多个第二活性材料层接触所述第二电极集流器层的第二表面，所述第一电极集流器层的所述第一表面和所述第二电极集流器层的所述第二表面彼此面对。
3.如权利要求2所述的电池，其中所述多个第一活性材料层基本上垂直于所述第一电极集流器层的所述第一表面，所述多个第二活性材料层基本上垂直于所述第二电极集流器层的所述第二表面。
4.如权利要求3所述的电池，其中所述多个第一活性材料层和所述多个第二活性材料层具有板形状并平行于彼此。
5.如权利要求3所述的电池，其中所述第一导体层具有基本上垂直于所述第一电极集流器层的所述第一表面突出的所述延伸板形状。
6.如权利要求1所述的电池，其中所述电解质层在所述多个第一活性材料层与所述多个第二活性材料层之间、所述多个第一活性材料层与所述第二电极集流器层之间、以及所述多个第二活性材料层与所述第一电极集流器层之间蜿蜒。
7.如权利要求1所述的电池，还包括电接触所述第二电极集流器层并被插入所述多个第二活性材料层中的第二导体层，其中所述第二导体层具有从所述第二电极集流器层突出的延伸板形状。
8.如权利要求7所述的电池，其中所述第二导体层被插入所述多个第二活性材料层的至少一个中，所述第二导体层的两个侧表面接触所述多个第二活性材料层的所述至少一个。
9.如权利要求7所述的电池，其中所述第二导体层的第一端接触所述第二电极集流器层，所述第二导体层的第二端接触所述电解质层，其中所述第二端与所述第一端相反。
10.如权利要求7所述的电池，其中所述第二导体层的第一端接触所述第二电极集流器层，所述第二导体层的第二端接触所述多个第二活性材料层的至少一个，其中所述第二端与所述第一端相反。
11.如权利要求1所述的电池，其中所述多个第一活性材料层包括提供正电极的正电极活性材料，所述正电极活性材料包括烧结的多晶陶瓷，所述第一导体层包括钯、金、铂和银及其合金中的至少一种金属材料。
12.一种制造电池的方法，所述方法包括：
制备片状层叠结构，在所述片状层叠结构中，多个第一活性材料片组合件和多个牺牲层片交替地层叠，其中所述多个第一活性材料片组合件中的每个包括导体片和两个第一活性材料片，其中所述导体片被插在所述两个第一活性材料片之间使得所述两个第一活性材料片被部分地隔开且在所述导体片的一端处连接到彼此；
利用所述片状层叠结构形成层叠结构，在所述层叠结构中多个第一活性材料组合件和多个牺牲层交替地层叠；
在所述层叠结构的一个表面上形成第一电极集流器层；
通过去除所述多个牺牲层，形成第一电极结构；以及
在所述第一电极结构的表面上顺序地形成电解质层、第二活性材料层和第二电极集流器层，
其中所述多个第一活性材料组合件和所述牺牲层垂直于所述第一电极集流器层，以及
其中所述电解质层为单一的电解质层，并且连续延伸以覆盖所述多个第一活性材料组合件以及所述第一电极集流器层的由所述多个第一活性材料组合件暴露的部分，所述电解质层包括固体电解质且具有均一的厚度。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述第一活性材料片通过将包括活性材料的浆料制造成片形式而提供，所述牺牲层片通过将包括牺牲层材料的浆料制造成片形式而提供。
14.如权利要求12所述的方法，还包括在所述层叠结构的一个表面与所述第一电极集流器层之间形成包括与所述第一活性材料片的材料相同的材料的基片。
15.如权利要求12所述的方法，其中所述导体片通过在所述第一活性材料片上涂覆包括集流器材料的膏而提供。
16.如权利要求12所述的方法，其中形成所述层叠结构和所述第一电极集流器层包括：
切割所述片状层叠结构；
通过在切割后的片状层叠结构的一个表面上涂覆包括集流器材料的膏而形成第一电极集流器片；以及
通过烧结所述切割后的片状层叠结构和所述第一电极集流器片而形成所述层叠结构和所述第一电极集流器层。
17.如权利要求12所述的方法，其中形成所述层叠结构和所述第一电极集流器层包括：
切割所述片状层叠结构；
通过烧结所述切割后的片状层叠结构而形成所述层叠结构；
通过在所述层叠结构的一个表面上涂覆包括集流器材料的膏而形成第一电极集流器片；以及
通过热处理所述第一电极集流器片而形成第一电极集流器层。
18.如权利要求12所述的方法，其中形成所述层叠结构和所述第一电极集流器层包括：
烧结所述片状层叠结构；
通过切割烧结后的片状层叠结构而形成所述层叠结构；
通过在所述层叠结构的一个表面上涂覆包括集流器材料的膏而形成第一电极集流器片；以及
通过热处理所述第一电极集流器片而形成第一电极集流器层。
19.如权利要求12所述的方法，其中利用仅选择性地蚀刻所述牺牲层的蚀刻剂而去除所述牺牲层。
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