CN106104902B - 形成用于固态电池的互连 - Google Patents

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Abstract

所公开的是具有改善能量密度的电池和制造电池的方法。在某些实施例中，第一阴极集流器和第一阳极集流器提供在基板的第一侧上。第二阴极集流器和第二阳极集流器提供在基板的第二侧上。激光用于形成：在第一阴极集流器和第二阴极集流器之间通过基板的第一通道以及在第一阳极集流器和第二阳极集流器之间通过基板的第二通道。阴极互连经由第一通道形成在第一阴极集流器和第二阴极集流器之间。阳极互连经由第二通道形成在第一阳极集流器和第二阳极集流器之间。

Description

形成用于固态电池的互连
相关申请的交叉引用
本申请要求于2014年3月31提交的美国专利申请No.14/230,796的优先权，其通过引用全文结合于此。
背景技术
除非这里另有表示，这部分中描述的材料对于本申请的权利要求不是现有技术，并非通过包括在这部分中而承认为现有技术。
锂离子和锂聚合物电池通常由锂钴氧化物(LiCoO2)阴极、石墨阳极、聚合物隔板和液体电解质组成。这些锂离子和锂聚合物电池的一个缺点是液体电解质存在安全问题。在某些情况下，如果电池的阳极和阴极之间发生短路(例如，由于缺陷或误操作)，则液体电解质可变为可燃的。传统锂离子和锂聚合物电池的另一个缺点是，因为这些电池具有非活性材料(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)的高比率，所以它们具有大约500-550Wh/L的有限能量密度。
固态电池可在传统锂离子和锂聚合物电池的能量密度和安全上提供改进。固态电池典型地由LiCoO2阴极、锂阳极和固态锂磷氮氧化物(LiPON)电解质组成，该电解质也用作隔板。锂阳极具有约3800mAh/g的理论比容量(与用在锂离子和锂聚合物电池中的石墨阳极相比，其理论比容量仅为约372mAh/g)，允许增加固态电池的能量密度。
因为固态电池采用固态电解质，而不是液体电解质，所以固态电池可避免锂离子和锂聚合物电池的安全问题。
发明内容
这里的示例性实施例公开了使用一个或多个激光形成通过固态电池的通道。此外，提供一种制造固态电池的方法，其中互连通过固态电池而形成，从而不需要传统的连接器和极耳。形成通过固态电池单元的并联或串联的互连消除了使用传统的连接器和极耳。在某些实施例中，激光可用于穿透(例如，钻、穿刺、穿孔)和/或创建通过一个或多个电池单元的孔。
这里公开的是具有基板的电池，该基板包括第一侧和第二侧，其中第一阴极集流器和第一阳极集流器设在基板的第一侧上，并且其中第二阴极集流器和第二阳极集流器设在基板的第二侧上。此外，电池可包括在第一阴极集流器和第二阴极集流器之间通过基板的第一通道。再次，电池可包括在第一阳极集流器和第二阳极集流器之间通过基板的第二通道。另外，电池可包括在第一阴极集流器和第二阴极集流器之间经由第一通道的阴极互连。另外，电池可包括在第一阳极集流器和第二阳极集流器之间经由第二通道的阳极互连。
还公开了制造电池的方法。在某些实施例中，方法可包括在基板的第一侧上提供第一阴极集流器和第一阳极集流器。此外，方法可包括在基板的第二侧上提供第二阴极集流器和第二阳极集流器。再次，方法可包括采用至少一个激光形成：(a)通过基板的第一通道，其中第一通道设在第一阴极集流器和第二阴极集流器之间，以及(b)通过基板的第二通道，其中第二通道设在第一阳极集流器和第二阳极集流器之间。另外，方法可包括在第一阴极集流器和第二阴极集流器之间经由第一通道形成阴极互连。另外，方法可包括在第一阳极集流器和第二阳极集流器之间经由第二通道形成阳极互连。
还公开了制造多个固态电池的方法。在某些实施例中，方法可包括：提供卷，所述卷包括多个基板，其中对于多个基板中的每个基板：(1)在基板的第一侧上形成第一阴极集流器和第一阳极集流器，并且在基板的第二侧上形成第二阴极集流器和第二阳极集流器；(2)在基板的第一侧上形成第一阴极，并且在基板的第二侧上形成第二阴极；(3)在一定的温度下将第一阴极和第二阴极退火；(4)在基板的第一侧上形成第一固态电解质，并且在基板的第二侧上形成第二固态电解质；(5)在基板的第一侧上形成第一阳极，并且在基板的第二侧上形成第二阳极；以及(6)在第一阴极集流器和第二阴极集流器之间形成阴极互连，并且在第一阳极集流器和第二阳极集流器之间形成阳极互连。
这些以及其它的方面、优点和替换对于本领域的普通技术人员而言通过适当地参考附图阅读下面的详细描述将变得明显易懂。
附图说明
图1A至1C示出了根据某些实施例的示例性固态电池。
图2A是描述根据某些实施例的制造固态电池的方法的流程图。
图2B是描述根据某些实施例的形成互连的方法的流程图。
图3A至3G示出了根据某些实施例的制造固态电池的方法。
图4A至4C示出了根据某些实施例在固态电池中形成互连的各方面。
图5是描述根据某些实施例的制造大量固态电池的方法的流程图。
图6A至6C示出了根据某些实施例的制造大量固态电池的方法。
具体实施方式
这里描述了示例性方法和系统。应理解，词“示例性”和“示范性”这里用于表示“用作示例、例子或图示”。这里描述为“示例性”或“示范性”的任何实施例或特征不是必须解释为在其它实施例或特征上是优选或有利的。在下面的详细描述中，参考附图而进行。附图中，类似的附图标记典型地表示类似的部件，除非上下文另有表示。可利用其它的实施例，并且可进行其它的改变，而不脱离这里给出的主题的精神或范围。
这里描述的示例性实施例不意味着限制。应轻易理解到，本公开的各方面，如这里所总体描述以及图中所示，可按照各种不同构造布置、取代、结合、分开和设计，所有这些在此可构想到。
I.概述
并联或串联连接固态电池可能存在一些挑战。在某些情况下，并联或串联连接电池通常要求用于电池的每个引线的连接器。在连接多个电池时，连接器的数量迅速增加，可能负面地影响性能。例如，使用多个连接器可在保持能量密度上存在困难，并且同时增加了电池的阻抗，且因此降低了充电性能。在另一方面，这样的连接器可能需要在电路上占据附加空间(例如，电路板空间)且增加与附加硬件相关的成本的极耳。
示例性实施例可帮助提供固态电池的益处而减小或消除上面描述的缺点。特别是，示例性实施例公开了使用一个或多个激光形成通过固态电池的通道。此外，提供了制造这样电池单元的新颖方法，其中形成通过固态电池的互连，从而不需要传统的连接器和极耳。形成通过固态电池的并联或串联的互连消除使用传统的连接器和极耳。在某些实施例中，激光可用于穿过(例如，钻、穿刺、打孔)和/或创建通过一个或多个电池单元的孔。
图1A示出了根据示例性实施例的示例性固态电池100A。例如，固态电池100A可用于给头戴装置供电。图1A示出了固态电池100A的示例性侧视或截面图。如所示，固态电池100A包括基板102、第一阴极集流器104、第一阳极集流器106、第一阴极108、第一固态电解质110、第一阳极112和第一保护层114。
基板102可由诸如玻璃、半导体、云母的材料或可能的其它非导电材料形成。在某些实施例中，基板102可用铜、不锈钢和/或聚合物形成。再者，在某些实施例中，基板102可由能承受高温的柔性陶瓷、钇稳定的二氧化锆(YSZ)形成。
基板102可采用任何的尺寸规格。在某些实施例中，基板102可具有例如约20μm和约40μm之间的厚度。其它的厚度也是可能的。基板102的尺寸规格包括例如基板102的平面面积和厚度，可随着固态电池100A的应用而变化。
第一阴极集流器104和第一阳极集流器106的每一个可由一个或多个导电材料形成。在某些实施例中，第一阴极集流器104和第一阳极集流器106之一或二者可由钴、金、不锈钢和镍的一个或多个形成。在某些实施例中，第一阴极集流器104和第一阳极集流器106之一或二者可采取片、箔或粉末的形式。其它的材料和形式也是可能的。
第一阴极集流器104和第一阳极集流器106的每一个可采取任何的尺寸规格。在某些实施例中，第一阴极集流器104和第一阳极集流器106之一或二者可具有例如约3μm和约4μm之间的厚度。其它厚度也是可能的。第一阴极集流器104和第一阳极集流器106的尺寸规格包括例如第一阴极集流器104和第一阳极集流器106的平面面积和厚度，可随着固态电池100A的应用而变化。
如所示，第一阴极108与第一阴极集流器104电接触。第一阴极108可由例如LiCoO2形成。其它的阴极材料也是可能的。第一阴极108可采取任何的尺寸规格。在某些实施例中，第一阴极108可具有例如约5μm和约15μm之间的厚度。其它的厚度也是可能的。通常，与用诸如铜、聚酰亚胺和不锈钢的其它材料形成的基板102相比，较大厚度的第一阴极108可生长在用YSZ形成的基板102上。第一阴极108的尺寸规格包括例如第一阴极108的平面面积和厚度，其可随着固态电池100A的应用而变化。
如所示，第一固态电解质110可形成在第一阴极108和第一阳极112之间。在某些实施例中，第一固态电解质可由锂磷氧氮化物(LiPON)形成。其它的固态电解质材料也是可能的。第一固态电解质110可采取在固态电池100A内的任何尺寸规格。在某些实施例中，第一固态电解质110可具有例如约1μm和3μm之间的厚度。其它的厚度也是可能的。第一固态电解质110的尺寸规格包括例如第一固态电解质110的平面面积和厚度，其可随着固态电池100A的应用而变化。
如所示，第一阳极112与第一阳极集流器106电接触。第一阳极112可由例如锂金属形成。其它的阳极材料也是可能的。第一阳极112可采取任何的尺寸规格。在某些实施例中，第一阳极112可具有例如约2μm至4μm之间的厚度。其它的厚度也是可能的。第一阳极112的尺寸规格包括例如第一阳极112的平面面积和厚度，其可随着固态电池100A的应用而变化。
在某些实施例中，固态电池100A可连接到电路(如例如，电子装置和/或头戴装置的电路)。在某些情况下，固态电池100A可包括一个或多个连接器(图1A中未示出)以建立第一阴极集流器104和电路之间的电连接。此外，第一阳极集流器106可包括一个或多个其它连接器(图1A中也没有示出)以建立第一阳极集流器106和电路之间的电连接。
在某些实施例中，固态电池100A可给电路提供电源。在某些情况下，固态电池100A可通过第一阳极112和第一阴极108之间的化学反应给电路提供电源。特别是，在固态电池100A连接在电路中时，第一阳极112可经受氧化反应，其中来自第一阳极112的离子通过第一固态电解质110向第一阴极108运动，导致来自第一阳极112的电子释放在电路中。同时，在固态电池100A连接在电路中时，第一阴极108可经受还原反应，其中通过第一固态电解质110运动的离子与第一阴极108结合，导致由第一阳极112释放到电路中的电子在第一阴极108处被吸附。阳极112的电子释放和第一阴极108的电子吸附可产生给电路供电的电流。
在某些实施例中，固态电池100A还可包括第一保护涂层114，如图1A所示。第一保护涂层114例如可基本上覆盖第一阳极112，因此保护固态电池100A不受污染且延长固态电池100A的寿命。在某些实施例中，保护涂层114例如可不覆盖第一阴极集流器104和第一阳极集流器106的部分，以有可能将固态电池100A连接到电路。在某些实施例中，保护涂层114可由二氧化硅(SiO2)、氧化铝和/或陶瓷形成。其它的保护涂层材料也是可能的。
固态电池100A可采取任何的尺寸规格。在某些实施例中，例如，固态电池100A可具有约30μm和约60μm之间的厚度。固态电池100A的其它厚度也是可能的。固态电池100A的尺寸规格包括例如固态电池100A的平面面积和厚度，其可随着固态电池100A的应用而变化。
在某些实施例中，为了有可能改善固态电池100的能量密度，可能希望固态电池100B为双侧固态电池，如图1B所示。图1B示出了固态电池100B的示例性侧视图或截面图。在某些实施例中，固态电池100B可用于给头戴装置供电。如所示，固态电池100B包括基板102，其具有在基板102之上的第一侧和在基板102之下的第二侧。在基板102的第一侧上，固态电池100B包括第一阴极集流器104、第一阳极集流器106、第一阴极108、第一固态电解质110和第一阳极112，如关于图1A所描述。此外，在基板102的第二侧上，固态电池100B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，其可分别采取上面关于图1A对第一阴极集流器104、第一阳极集流器106、第一阴极108、第一固态电解质110和第一阳极112描述的任何形式。
在某些实施例中，基板102的第一侧上的部件(包括例如第一阴极集流器104、第一阳极集流器106、第一阴极108、第一固态电解质110和第一阳极112)可统称为“上部”单侧单元或电池。再次，基板102的第二侧上的部件(包括例如第二阴极集流器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)可统称为“下部”单侧单元或电池。在某些实施例中，固态电池100B的上部单侧单元或电池可为与图1A相关的固态电池100A。
在某些实施例中，为了有可能消除电线、焊接和外部极耳而串联或并联连接固态电池，互连可形成在固态电池100B中，如图1B所示。如所示，固态电池100B包括在第一阴极集流器104和第二阴极集流器116之间通过基板102的第一通道128c。此外，固态电池100b包括在(第一)阳极集流器106和第二阳极集流器118之间通过基板102的第二通道130c。
在某些实施例中，第一通道128c和第二通道130c之一或二者可通过激光形成。此外，在某些实施例中，第一通道128c可设置在基板102的第一拐角，并且第二通道130c可设置在基板102的第二拐角，基板102的第二拐角相邻于基板102的第一拐角。第一通道128c和第二通道130c也可设置在基板102的其它位置。
如图1B所示，固态电池100B可包括阴极互连128和阳极互连130。在某些实施例中，固态电池100B可包括在第一阴极集流器104和第二阴极集流器116之间经由第一通道128c的阴极互连128。此外，固态电池100B可包括在第一阳极集流器106和第二阳极集流器118之间经由第二通道130c的阳极互连130。
在某些实施例中，阴极互连128和阳极互连130可形成在固态电池100B内的电连接。在某些实施例中，阴极互连128和阳极互连130可由银、金、铜、锑、锡或其组合形成。在某些实施例中，阴极互连128和阳极互连130可包括诸如油墨、膏、环氧树脂、导线、电缆和/或连接器的导电材料。因此，阴极互连128可在阴极集流器104和第二阴极集流器116之间建立电连接。此外，阳极互连130可在阳极集流器106和第二阳极集流器118之间建立电连接。固态电池100B中的其它互连也是可能的。
在某些实施例中，固态电池100B可连接到电路(如例如，电子装置和/或头戴装置的电路)。在某些情况下，一个或多个连接器(图1B中没有示出)可在任何阴极集流器(阴极集流器104和第二阴极集流器116)和电路之间建立电连接。此外，一个或多个其它连接器(图1B中也没有示出)可在任何阳极集流器(阳极集流器106和第二阳极集流器118)和电路之间建立电连接。因此，固态电池100B可通过如有关图1A所描述的上部单侧单元中和类似的在下部单侧单元中的化学反应给电路供电。
在某些实施例中，固态电池100B还可包括第一保护涂层114和第二保护涂层126，如图1B所示。第一保护涂层和第二保护涂层126例如可基本上覆盖第一阳极112和第二阳极124，因此保护固态电池100B不受污染且延长固态电池100B的寿命。在某些实施例中，第一保护涂层114和第二保护涂层126例如可不覆盖第一阴极集流器104和第一阳极集流器106、第二阴极集流器116及第二阳极集流器118的部分，以有可能将固态电池100B连接到电路。在某些实施例中，第一保护涂层114和第二保护涂层126可由SiO2、氧化铝和/或陶瓷形成。其它的保护涂层材料也是可能的。
固态电池100B可采取任何的尺寸规格。在某些实施例中，例如，固态电池100B可具有单侧单元或电池厚度的约两倍。在某些实施例中，固态电池100B可具有约40μm和约80μm的厚度。固态电池100B的其它厚度也是可能的。固态电池100B的尺寸规格包括例如固态电池100B的平面面积和厚度，其可随着固态电池100B的应用而变化。
在某些实施例中，为了能进一步改善固态电池的能量密度，可能希望固态电池100C包括多个双侧电池，如图1C所示。图1C示出了固态电池100C的示例性侧视图或截面图。在某些实施例中，固态电池100C可用于给头戴装置供电。如所示，图1C示出了两个双侧电池，其中第一双侧电池(在顶部示出)与第二双侧电池(在底部示出)对齐且堆叠。在某些情况下，约25μm厚的绝缘体可设置在第一双侧电池和第二双侧电池之间。应理解，第一双电池和第二双电池也可在不堆叠的情况下通过其它设置而连接。
此外，如图1C所示，第一双侧电池可包括基板102，基板102具有在基板102之上的第一侧和在基板102之下的第二侧，如有关图1B所描述。在基板102的第一侧上，第一双侧电池可包括第一阴极集流器104、第一阳极集流器106、第一阴极108、第一固态电解质110和第一阳极112，它们可采取上面有关图1A和1B描述的任何形式。此外，在第二侧上，第一双侧电池还可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，它们可采取有关图1A和1B分别对阴极集流器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。
另外，第二双侧电池可包括第二基板132，第二基板132具有在第二基板132之上的第一侧和在第二基板132之下的第二侧。在第二基板132的第一侧上，第二双侧电池可包括第三阴极集流器134、第三阳极集流器136、第三阴极138、第三固态电解质140和第三阳极142，它们可采取上面有关图1A至1C分别对第一阴极集流器104、第一阳极集流器106、第一阴极108、第一固态电解质110和第一阳极112描述的任何形式。
此外，在第二基板132的第二侧上，第二双侧电池可包括第四阴极集流器146、第四阳极集流器148、第四阴极150、第四固态电解质152和第四阳极154，它们可采取有关图1B和1C分别对第二阴极集流器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描述的任何形式。
在某些实施例中，为了能消除导线、焊接和外部极耳而连接串联或并联连接的双侧电池，互连可形成在固态电池100C中，如图1C所示。如所示，固态电池100C包括在第一阴极集流器104和第二阴极集流器116之间通过基板102的第一通道158a。此外，固态电池100C包括在第一阳极集流器106和第二阳极集流器118之间通过基板102的第二通道160a。在某些实施例中，第一通道158a和第二通道160a可采取上面有关图1B分别对通道128c和130c描述的任何形式。
在某些实施例中，第一通道158a和第二通道160a之一或二者可通过激光形成。此外，在某些实施例中，第一通道158a可设置在基板102的第一拐角，并且第二通道160a可设置在基板102的第二拐角，基板102的第二拐角相邻于基板102的第一拐角。
此外，如所示，固态电池100C包括在第三阴极集流器134和第四阴极集流器146之间通过第二基板132的第三通道158b以及在第三阳极集流器136和第四阳极集流器148之间通过第二基板132的第四通道160b。在某些实施例中，第三通道158b和第四通道160a可采取上面关于图1C分别对第一通道158a和第二通道160b描述的任何形式。
在某些实施例中，第三通道158b和第四通道160b之一或二者可通过激光形成。此外，在某些实施例中，第三通道158b可设置在第二基板132的第一拐角，并且第二通道160a可设置在第二基板132的第二拐角，第二基板132的第二拐角相邻于第二基板132的第一拐角。
如图1C所示，固态电池100C包括阴极互连158和阳极互连160，它们可采取上面有关图1B分别对阴极互连128和阳极互连130描述的形式。此外，如所示，固态电池100C可包括在第一阴极集流器104和第二阴极集流器116之间经由第一通道158a的阴极互连158。再次，固态电池100C可包括在第一阳极集流器106和第二阳极集流器118之间经由第二通道160a的阳极互连160。
另外，如所示，固态电池100C可包括在第三阴极集流器134和第四阴极集流器146之间经由第一通道158b的阴极互连158。此外，固态电池100C可包括在第三阳极集流器136和第四阳极集流器148之间经由第二通道160b的阳极互连160。
在某些实施例中，阴极互连158和阳极互连160可连接第一双侧电池与第二双侧电池。特别是，阴极互连158可形成为通过阴极集流器104、基板102、第二阴极集流器116、第三阴极集流器134、第二基板132和第四阴极集流器互连146。此外，阳极互连160可形成为通过阳极集流器106、第二基板102、第二阳极集流器118、第三阳极集流器136、第二基板132和第四阳极集流器148。
在某些实施例中，阴极互连158和阳极互连160可在固态电池100C内形成电连接。在某些实施例中，阴极互连158和阳极互连160可由银、金、铜、锑、锡或其组合形成。此外，阴极互连158和阳极互连160可包括诸如油墨、膏、环氧树脂、导线、电缆和/或连接器的导电材料。在某些实施例中，导电膏或环氧树脂可用于填充固态电池100C中的通道，并且互连158和160的其余部分可为导线或其它连接器。
因此，阴极互连158可在阴极集流器104、第二阴极集流器116、第三阴极集流器134和第四阴极集流器互连146之间建立电连接。此外，阳极互连160可在阳极集流器106、第二阳极集流器118、第三阳极集流器136和第四阳极集流器148之间建立电连接。多个双侧电池中的其它互连也是可能的。
在某些实施例中，固态电池100C可连接到电路(例如，电子装置和/或头戴装置的电路)。在某些情况下，一个或多个连接器(图1C中没有示出)可在阴极集流器(第一阴极集流器104、第二阴极集流器116、第三阴极集流器134和第四阴极集流器146)的任何一个和电路之间建立电连接。此外，一个或多个其它连接器(图1C中也没有示出)可在阳极集流器(第一阳极集流器106、第二阳极集流器118、第三阴极集流器136和第四阴极集流器148)的任何一个和电路之间建立电连接。因此，固态电池100C可以以上面有关图1A和1B描述的方式通过第一双侧电池和第二双侧电池中的化学反应给电路供电。
在某些实施例中，固态电池100C可包括第一保护涂层114和第二保护涂层126，它们可采取上面有关图1A和1B描述的任何形式。此外，固态电池100C可包括第三保护涂层144和第四保护涂层156，它们可采取上面有关图1A至1C分别对第一保护涂层114和第二保护涂层126描述的任何形式。第三保护涂层144和第四保护涂层156例如可基本上分别覆盖第三阳极142和第四阳极154，因此保护固态电池100C不受污染且延长固态电池100C的寿命。
在某些实施例中，第三保护涂层144和第四保护涂层156例如可不覆盖第三阴极集流器134、第三阳极集流器136、第四阴极集流器146和第四阳极集流器148的部分，以有可能将固态电池100C连接到电路。
固态电池100C可采取任何的尺寸规格。在某些实施例中，固态电池100C可根据可被互连的双侧电池的数量采取任何数量的尺寸规格。如图1C所示，例如，固态电池100C可具有两个双侧电池或者在约80μm和约160μm之间的厚度。固态电池100C的其它厚度也是可能的。固态电池100C的尺寸规格包括例如固态电池100C的平面面积和厚度，其可随着多个双侧电池的应用而变化。
II.制造固态电池的示例性方法
图2A是描述根据某些实施例的制造固态电池的方法的流程图。如所示，方法200A在区块202以提供基板开始。基板例如可采取上面有关图1A至1C对基板102和有关图1C对第二基板132描述的任何形式。
在某些实施例中，提供基板可包括获取柔性陶瓷。此外，提供基板可包括获取制造的基板或预制造的基板，例如由ENrG Inc.of Buffalo,NY制造的基板。在某些实施例中，提供基板可包括制造钇稳定的氧化锆(YSZ)基板。此外，例如，基板可为YSZ的单独层或为连接到金属或陶瓷层的YSZ层。在某些实施例中，基板可用氮清洗且在约700℃和约800℃之间的温度下退火2至4小时。此外，基板可检验表面缺陷。
方法200A在区块204继续，在基板的第一侧上形成第一阴极集流器和第一阳极集流器，并且在基板的第二侧上形成第二阴极集流器和第二阳极集流器。第一阴极集流器、第一阳极集流器、第二阴极集流器、第二阳极集流器例如可采取上面有关图1B和1C分别对第一阴极集流器104、第一阳极集流器106、第二阴极集流器116和第二阳极集流器118描述的任何形式。
在某些实施例中，第一阴极集流器、第一阳极集流器、第二阴极集流器、第二阳极集流器的一个或多个可事先形成，以能涉及将预成型的阳极和/或阴极集流器粘附到基板(例如，采用在基板和阳极和/或阴极集流器之间的粘合剂层)。第一阴极集流器、第一阳极集流器、第二阴极集流器、第二阳极集流器也可针对涉及粘合剂的表面缺陷进行检验。
另外，在某些实施例中，在基板上形成第一阴极集流器、第一阳极集流器、第二阴极集流器、第二阳极集流器的一个或多个可包括构图(例如采用光刻或照相平版印刷)基板上的阳极和/或阴极集流器。第一阴极集流器104、第一阳极集流器106、第二阴极集流器116和第二阳极集流器118可同时、逐次和/或成组形成。阳极和/或阴极集流器也可以以其它方式形成。
方法200A在区块206继续，在基板的第一侧上形成第一阴极，并且在基板的第二侧上形成第二阴极。第一阴极和第二阴极例如可采取上面有关图1B和1C分别对第一阴极108和第二阴极120描述的任何形式。在某些实施例中，例如，形成第一阴极和第二阴极可分别包括在第一阴极集流器上沉积(例如溅射)LiCoO2以形成第一阴极，并且在第二阴极集流器上沉积(例如溅射)LiCoO2以形成第二阴极。第一和第二阴极也可以以其它方式形成。第一阴极108和第二阴极120可同时、逐次和/或成组形成。
方法200A在区块208继续，在一定的温度下将第一阴极和第二阴极退火。通常，退火用于改善第一阴极和第二阴极的晶化和晶向。此外，在约700℃和约800℃之间的温度下退火可进一步用于改善第一阴极和第二阴极的晶化和晶向。退火例如可在封闭的加热设备中进行，例如，炉子、快速热退火系统或闪光退火系统。第一阴极和第二阴极也可检验层质量、成分和与粘合相关的缺陷。第一阴极和第二阴极也可以以其它方式退火。
方法200A在区块210继续，在基板的第一侧上形成第一固态电解质，并且在基板的第二侧上形成第二固态电解质。第一固态电解质和第二固态电解质例如可采取上面有关图1B和1C对第一固态电解质110和第二固态电解质120描述的任何形式。在某些实施例中，第一固态电解质和第二固态电解质可由LiPON形成。此外，形成第一固态电解质和第二固态电解质可包括采用物理气相沉积。例如，第一固态电解质和第二固态电解质可通过将基板定位在真空腔室中面向磷酸锂(Li3PO4)的靶子且将氮引入腔室，由此形成LiPON的等离子体促进沉积(例如，溅射)来形成。第一固态电解质和第二固态电解质可检验层质量、导电性和可能的缺陷。第一固态电解质和第二固态电解质可同时、逐次和/或成组形成。固态电解质也可以以其它方式形成。
方法200A在区块212继续，在基板的第一侧上形成第一阳极，并且在基板的第二侧上形成第二阳极。第一阳极可与第一阳极集流器电接触，其中第一固态电解质形成在第一阳极和第一阴极之间。此外，第二阳极可与第二阳极集流器电接触，其中第二固态电解质形成在第二阳极和第二阴极之间。第一阳极和第二阳极例如可采取上面有关图1A和1C分别对第一阳极112和第二阳极122描述的任何形式。
在某些实施例中，第一阳极和第二阳极可由LiPON形成。此外，形成第一阳极可包括例如在第一阳极集流器和第一固态电解质上沉积(例如，溅射)锂。再次，形成第二阳极可包括例如在第二阳极集流器和第二固态电解质上沉积(例如，溅射)锂。第一阳极和第二阳极电解质可同时、逐次和/或成组形成。第一阳极和第二阳极也可以以其它方式形成。
在某些实施例中，方法200A还可包括在基板的第一侧上形成第一保护涂层和在基板的第二侧上形成第二保护涂层。第一保护涂层可基本上覆盖第一阳极，并且第二保护涂层可基本上覆盖第二阳极。第一保护涂层和第二保护涂层例如可采取上面有关图1B和1C对第一保护涂层114和第二保护涂层126描述的任何形式。在某些实施例中，可不形成保护涂层。
III.形成互连的示例性方法
图2B是描述根据某些实施例的形成互连的方法的流程图。在某些实施例中，方法200B可按照图2A中的方法200A执行。例如，可执行方法200A中的步骤，且然后可执行方法200B中的步骤。此外，一个或多个互连可形成在基板中，例如，如图1B中的基板102所示，并且可执行方法200A的附加步骤，用于制造固态电池100B。再次，在其它的可能性当中，方法200A中的步骤可与方法200B中的步骤重叠。
如所示，方法200B在区块222开始，在基板的第一侧上提供第一阴极集流器和第一阳极集流器。基板例如可通过采取上面对图1A至1C中的基板102和图1C中的第二基板132描述的任何形式而具有第一侧和第二侧。此外，基板的第一侧上的第一阴极集流器和第一阳极集流器例如可采取上面对图1A至1C中的第一阴极集流器104和第一阳极集流器106描述任何形式。
方法200B在区块224继续，在基板的第二侧上提供第二阴极集流器和第二阳极集流器。基板的第二侧上的第二阴极集流器和第二阳极集流器例如可采取上面有关图1B和1C分别对第二阴极集流器116和第二阳极集流器118描述的任何形式。
方法200B在区块226继续，采用至少一个激光以形成：(a)通过基板的第一通道，其中第一通道设在第一阴极集流器和第二阴极集流器之间，以及(b)通过基板的第二通道，其中第二通道设在第一阳极集流器和第二阳极集流器之间。
在某些实施例中，如图1B所示，激光可用于形成通过基板102的第一通道128c，其中第一通道128c设在第一阴极集流器104和第二阴极集流器116之间。此外，激光可用于形成通过基板102的第二通道130c，其中第二通道130c设在第一阳极集流器106和第二阳极集流器118之间。
在某些实施例中，如图1C所示，激光可用于形成通过基板102的第一通道158a，其中第一通道158a设在第一阴极集流器104和第二阴极集流器116之间。此外，激光可用于形成通过基板102的第二通道160a，其中第二通道130c设在第一阳极集流器106和第二阳极集流器118之间。在某些实施例中，如图1C所示，激光可用于形成通过基板132的第一通道158b。其中第一通道158b设在第三阴极集流器134和第四阴极集流器146之间。此外，激光可用于形成通过第二基板132的第二通道160b，其中第二通道160b设在第三阳极集流器136和第四阳极集流器148之间。
在某些实施例中，如图1B所示，激光可穿透(例如，钻、穿刺、打孔)和/或创建用于基板102中的第一通道128c和第二通道130c的孔。在某些情况下，激光可在上面对图2B中的方法200B的区块224和区块226描述的步骤之前穿过基板102。
在某些实施例中，如图1C所示，激光可穿透(例如，钻、穿刺、打孔)和/或创建用于在第一双侧电池的基板102中的第一通道158a和第二通道160a的孔。再次，如图1C所示，激光可穿透和/或创建用于第二双侧电池的第二基板132中的第三通道158b和第四通道160b的孔。
在某些实施例中，如图1C所示，激光可穿透(例如，钻、穿刺、打孔)和/或创建用于第一阴极集流器104、基板102和第二阴极集流器116中的第一通道158a的孔。此外，激光可穿透和/或创建用于第一阳极集流器106、基板102和第二阳极集流器118中的第二通道160a的孔。在某些实施例中，激光可穿透和/或创建用于第三阴极集流器134、第二基板132和第四阴极集流器146中的第三通道158b的孔。再次，激光可穿透和/或创建用于第三阴极集流器136、第二基板132和第四阴极集流器148中的第四通道160b的孔。
方法200B在区块228继续，在第一阴极集流器和第二阴极集流器之间经由第一通道形成阴极互连。阴极互连例如可采取上面有关图1B对在第一阴极集流器104和第二阴极集流器116之间经由第一通道128c的阴极互连128描述的任何形式。
此外，阴极互连例如可采取上面有关图1C对在第一阴极集流器104和第二阴极集流器116之间经由第一通道158a的阴极互连158描述的任何形式。再次，阴极互连例如可采取上面有关图1C对在第三阴极集流器134和第四阴极集流器146之间经由第三通道158b的阴极互连158描述的任何形式。
方法200B在区块230继续，在第一阳极集流器和第二阳极集流器之间经由第二通道形成阳极互连。阳极互连例如可采取上面有关图1B对在第一阳极集流器106和第二阳极集流器118之间经由第二通道130c的阳极互连130描述的任何形式。
此外，阳极互连例如可采取上面有关图1C对在第一阳极集流器106和第二阳极集流器118之间经由第二通道160a的阳极互连160描述的任何形式。再次，阳极互连例如可采取上面有关图1C对在第三阴极集流器136和第四阴极集流器148之间经由第四通道160b的阳极互连160描述的任何形式。
图3A至3F示出了根据某些实施例的制造固态电池的方法。此外，图3A至3F示出了制造固态电池300的示例性侧视图或截面图。对图3A至3F所描述的方法可分别对应于例如有关图2A和2B描述的方法200A和200B。在某些实施例中，固态电池300可用于给头戴装置供电。
如图3A所示，提供基板302。基板302例如可采取上面有关图1A至1C对基板102和有关图1C对第二基板132描述的任何形式。此外，基板302可以以上面对图2A中的方法200A的区块202和图2B中的方法200B的区块222和224描述的任何方式提供。
图3B示出了在基板302的第一侧上提供第一阴极集流器304和第一阳极集流器306。此外，图3B示出了在基板302的第二侧上提供第二阴极集流器316和第二阳极集流器318。第一阴极集流器304、第一阳极集流器306、第二阴极集流器316和第二阳极集流器318可采取上面有关图1B和1C对第一阴极集流器104、第一阳极集流器106、第二阴极集流器116和第二阳极集流器118描述的任何形式。
此外，第一阴极集流器304和第一阳极集流器306可以以上面对图2A中的方法200A的区块204和图2B中的方法200B的区块222描述的任何方式提供在基板302的第一侧上。此外，第二阴极集流器316和第二阳极集流器318可以以上面对图2A中的方法200A的区块204和图2B中的方法200B的区块224描述的任何方式提供在基板302的第二侧上。
在某些实施例中，第一阴极集流器304、第二阴极集流器316、第一阳极集流器306和第二阳极集流器318可同时、逐次和/或成组形成。
图3C示出了第一阴极308和第二阴极320的形成，其中其一个或二者可由LiCoO2制造。如所示，阴极308与阴极集流器304电接触。此外，第二阴极320与第一阴极集流器316电接触。第一阴极308和第二阴极320可采取上面有关图1A至1C对第一阴极108和第二阴极320描述的任何形式。此外，第一阴极308和第二阴极320可以以上面对图2A中的方法200A的区块206描述的任何方式提供。
另外，第一阴极308和第二阴极320可以以上面对图2A中的方法200A的区块208描述的任何方式在给定的温度下退火(未示出)。在某些实施例中，第一阴极308和第二阴极320可同时、逐次和/或成组形成。
图3D示出了第一固态电解质310和第二固态电解质322的形成，其中其一个或二者可由LiPON制造。第一固态电解质310和第二固态电解质322可采取上面有关图1A至1C分别对第一固态电解质110和第二固态电解质122描述的任何形式。此外，第一固态电解质110和第二固态电解质122可以以上面对图2A中方法200A的区块210描述的任何方式形成。在某些实施例中，第一固态电解质310和第二固态电解质322可同时、逐次和/或成组形成。
图3E示出了第一阳极312和第二阳极324的形成，其中其一个或二者可由锂制造。如所示，第一阳极312与第一阳极集流器306电接触，并且第二阳极324与第二阳极集流器318电接触。另外，如所示，固态电解质310形成在第一阴极308和第一阳极312之间。此外，如所示，第二固态电解质322形成在第二阴极320和第二阳极324之间。
第一阳极312和第二阳极324可采取上面有关图1A至1C分别对第一阳极112和第二阳极124描述的任何形式。此外，第一阳极312和第二阳极324可以以上面对图2A中方法200A的区块212描述的任何方式形成。在某些实施例中，第一阳极312和第二阳极324可同时、逐次和/或成组形成。
图3F示出了第一保护涂层314和第二保护涂层324的形成，其基本上分别覆盖第一阳极310和第二阳极320。第一保护涂层314和第二保护涂层326例如可采取上面有关图1A至1C对第一保护涂层114和第二保护涂层124描述的任何形式。在某些实施例中，第一保护涂层314和第二保护涂层326可同时、逐次和/或成组形成。在某些实施例中，可不形成保护涂层314和324。
图3G示出了通过激光形成的第一通道328c。第一通道328c延伸通过基板302，其中第一通道328c设在第一阴极集流器304和第二阴极集流器316之间。如所示，第一通道328c通过第一阴极集流器304、基板302和第二阴极集流器316。在某些实施例中，第一通道328c例如可采取上面对图1B中的第一通道128c以及图1C中的第一通道158a和第三通道158b描述的任何形式。此外，形成第一通道328的激光可以以上面对图2B中的方法200B的区块226描述的任何形式而使用。
此外，图3G示出了通过激光形成的第二通道330c。第二通道330c延伸通过基板302，其中第二通道330c设在第一阳极集流器306和第二阳极集流器318之间。如所示，第二通道330c通过第一阳极集流器306和第二阳极集流器318。第二通道330c例如可采取上面对图1B中的第二通道130c以及图1C中的第二通道160a和第四通道160b描述的任何形式。此外，形成第二通道130c的激光可以以上面对图2B中的方法200B的区块226描述的任何方式而使用。
在某些实施例中，第一通道328c和第二通道330c可为孔或空间。此外，在其它可能性当中，第一通道328c和第二通道330c的每一个可具有在约152μm和360μm之间的直径。在某些实施例中，第一通道328c和第二通道330c可同时、逐次和/或成组形成。例如，激光可用于与其它通道同时、逐次和/或成组钻取用于第一通道328c的孔或区域。在某些实施例中，其它机械(例如，机械钻孔装置)也可用于形成第一通道328c和第二通道330c。
在某些实施例中，激光可用于形成第二通道330c以分别用于固态电池300的每个部分或部件。例如，激光可用于与固态电池300的其它部分分开地形成基板302的第一通道328c和第二通道330c。在某些实施例中，激光可用于形成分别用于阴极集流器304、第二阴极集流器316、第一阳极集流器306和第二阳极集流器318的第一通道328c和第二通道330c。在某些实施例中，机械装置(例如，夹具、锁定装置、固定器、紧固件、保持器和压缩器)可在固态电池300上使用激光期间防止固态电池300运动。此外，激光的每次使用可通过显微镜检查。
再次，图3G示出了在第一阴极集流器304和第二阴极集流器316之间经由第一通道328c形成阴极互连328。另外，图3G示出了在第一阳极集流器306和第二阳极集流器318之间经由第二通道330c形成阳极互连330。阴极互连328和阳极互连330例如可采取上面有关图1B对阴极互连128和阳极互连130以及有关图1C对阴极互连158和阳极互连160描述的任何形式。此外，阴极互连328和阳极互连330可以以上面有关图2B分别对区块228和230描述的任何方式形成。在某些实施例中，阴极互连328和阳极互连330可配置为将固态电池300并联或串联连接到其它固态电池。
在某些实施例中，阴极互连328可在阴极集流器304和第二阴极集流器316之间建立电连接。此外，阳极互连330可在阳极集流器306和第二阳极集流器318之间建立电连接。其它互连(图3G中没有示出)也可在固态电池300和其它固态电池之间建立电连接。
在某些实施例中，固态电池300可与其它固态电池对齐且堆叠。在某些实施例中，固态电池300可在采用导电材料形成阴极互连328和阳极互连330前对齐且堆叠。固态电池300可对齐且堆叠为在第二双侧电池的顶部上的第一双侧电池，如图1C所示。固态电池300也可对齐且堆叠在一个或多个固态电池之下。应注意，固态电池300也可在不堆叠的情况下可能通过其它设置连接到其它固态电池。在某些实施例中，在其他可能的包装中，固态电池300以及可能与固态电池300堆叠的一个或多个其它固态电池可封装或“包装”在铝中。
在某些实施例中，导电材料可用于形成阴极互连328和阳极互连330。在某些实施例中，在固态电池与其它固态电池对齐和堆叠时可使用导电材料，有可能利用防止固态电池300运动的机械装置，如上所述。此外，在某些实施例中，在采用导电材料形成阴极互连328和阳极互连330时基板302可能从顶部到底部(或者从前面到后面)短路。
在某些实施例中，形成阴极互连328和阳极互连330可包括用银、金、铜、锑、锡或其组合填充第一通道328c和第二通道330c。在某些实施例中，形成阴极互连328和阳极互连330可包括在第一通道328c和第二通道330c中分别插入导电材料，例如，油墨、膏、环氧树脂、导线、电缆、连接器或其组合。
在某些实施例中，导线可设置在第一通道328c和第二通道330c的每一个中，并且导电环氧树脂可用于填充第一通道328c和第二通道330c。在某些实施例中，用于形成阴极互连328和阳极互连330的导线可具有约152μm的直径或厚度。在某些情况下，导线对单元的电阻范围可为约0.6至1.3Ohms(Ω)。此外，导线对单元的电阻可根据堆叠中的固态电池的数量而变化。例如，三个固态电池的堆叠可具有约0.7至1.1Ohms的电阻，并且五个的堆叠可具有约0.6至1.3Ohms的电阻。
IV.形成互连的示例性方面
图4A至4C示出了根据某些实施例在固态电池中形成互连的各方面。固态电池400A可采取上面有关图3A至3G对固态电池300描述的任何形式。图4A示出了固态电池400A的各种部件的示例性鸟瞰图或俯视图。此外，对图4A至4C描述的方法可以以图2B的方法200B中描述的任何方式执行。
如所示，固态电池400的基板402、第一阴极集流器404、第一阳极集流器406、第一阴极408、第一固态电解质410、第一阳极412和第一保护涂层414可采取上面有关图3A至3G分别对固态电池300的基板302、第一阴极集流器304、第一阳极集流器306、第一阴极308、第一固态电解质310、第一阳极312和第一保护涂层314描述的任何形式。
此外，如所示，第二阴极集流器416、第二阳极集流器418、第二阴极420、第二固态电解质422、第二阳极424和第二保护涂层426可采取上面有关图3A至3G分别对第二阴极集流器316、第二阳极集流器318、第二阴极320、第二固态电解质322、第二阳极324和第二保护涂层326描述的任何形式。
图4B示出了用于支撑固态电池400B的夹具420。在某些实施例中，在基板402的第一侧上，固态电池400B可形成有第一阴极集流器404、第一阳极集流器406、第一阴极408、第一固态电解质410、第一阳极412和第一保护涂层414，如上面有关图4A所描述。此外，在基板402的第二侧上，固态电池400B可形成有第二阴极集流器416、第二阳极集流器418、第二阴极420、第二固态电解质422、第二阳极424和第二保护涂层426，如上面有关图4A所描述。在某些实施例中，固态电池400B可根据图2A的方法200A和/或图2B的方法200B制造。
在某些实施例中，激光可用于形成通过基板402的第一通道，其中第一通道设在第一阴极集流器404和第二阴极集流器416之间。此外，激光可用于形成通过基板402的第二通道，其中第二通道设在第一阳极集流器406和第二阳极集流器418之间。在某些实施例中，固态电池400B的第一通道和第二通道例如可采取上面在图3G中分别对第一通道328c和第二通道330c描述的任何形式。此外，激光可以以上面对图2B中的方法200B的区块226描述的任何方式使用。
在某些实施例中，夹具420可对在固态电池400B上使用激光对固态电池400B提供支撑。如图4B所示，夹具420可支撑几个其它的固态电池。此外，夹具420可包括空间422和424以暴露固态电池400B的各区域，以可能在固态电池400B的这些区域上使用激光。例如，空间422和424可暴露固态电池400B的拐角。在某些情况下，固态电池400B的其它部分也可暴露。这样，夹具420可完全支撑固态电池400B的底表面，同时通过空间422和424在固态电池400B上施加激光。
还应理解，夹具420可包括另外的支撑(例如，夹具、锁定装置、固定器、紧固件、保持器和压缩器)用于在固态电池400B上使用激光时防止固态电池400B运动。如图4B所示，夹具420可对多个固态电池提供支撑用于在其它固态电池上同时、逐次和/或成组使用激光。
图4C示出了具有通过激光形成的通道的基板。在某些实施例中，基板430、432、434和436例如可采取上面对图4A中的基板402描述的任何形式。此外，基板430、432、434和436例如可以以上面对图2A中的方法200A的区块202以及图2B中的方法200B的区块222和224描述的任何形式而提供。在某些实施例中，基板430、432、434和436可图示说明根据图2B中的方法200B的区块226通过激光形成的通道。
如图4C所示，基板430图示说明通过激光形成的通道430c。此外，基板430的通道430c可形成互连。另外，基板432的通道432c可形成为非常靠近基板432的边缘432e，并且通道432c的中心可能未清空(clear)，可能要求在基板432上附加工作以形成互连。此外，可能由于激光的使用，基板434图示说明了基板434的一部分，该部分与基板434分开。再次，激光可导致基板破坏或裂开，如指出基板436中裂开的两个箭头所示。
在某些实施例中，用于形成第一通道和第二通道的激光可具有一定的特性。此外，使用激光刻包括测量激光的特性，以可能避免破坏基板。例如，特定的激光可包括激光的电流和频率。此外，这些特性可调整为形成通道，如基板430中所示。在某些实施例中，激光的特性可包括范围为约19安培至31安培的电流。此外，激光的特性可包括约14kHz和150kHz之间的频率率(frequency rate)。在某些实施例中，可使用电流和频率的变化。例如，范围为约19安培至29安培的六个不同的电流可用于与约15、30、50、75、100和150kHz的六个不同的频率率结合。
在某些实施例中，变化激光的电流和频率可提高形成通道的产率或成功率，如基板430中所示。例如，使用约19安培的电流和15kHz的频率率可得到例如20％的产率。此外，约23安培的电流与150kHz的频率率可得到例如46％的产率。
V.制造多个固态电池的示例性方法
在某些应用中，可能希望在单一的制造工艺中制造多个固态电池，而不是单个地制造固态电池。为此，所公开的固态电池可采用卷对卷制造工艺制造，其中包括多个基板的柔性卷被构图(例如，采用光刻和/或油墨印刷)和/或粘附到一个或多个其它辊以由多个基板的每一个形成固态电池。多个基板然后可彼此分开以生产多个固态电池。
图5是描述根据某些实施例的制造多个固态电池的方法500的流程图。如所示，方法500在区块502开始，提供包括多个基板的卷。卷可采取任何的尺寸规格。在某些实施例中，卷可具有例如约25μm和约40μm之间的厚度。其它的厚度也是可能的。此外，在某些实施例中，卷可具有米级别的平面长度和/或平面宽度。卷的尺寸规格包括例如卷的平面面积和厚度，其可随着被制造的固态电池的应用而变化。
卷可采取上面有关图4A至4C对基板402描述的任何形式。例如，在某些实施例中，卷可由玻璃、半导体、云母、非导电材料和/或可能的钇稳定氧化锆(YSZ)层形成。在这些实施例中，多个基板中的每个基板可由卷的一个区域形成。作为另一个示例，在某些实施例中，卷可为粘合到金属或陶瓷层的YSZ层。在这些实施例中，多个基板中的每个基板可由卷的一个区域形成。卷也可采取其它形式。卷中可包括任何数量的基板，并且基板可以以任何方式设置。
方法500在区块504继续，对于多个基板中的每个基板，在基板的第一侧上形成第一阴极集流器和第一阳极集流器，并且在基板的第二侧上形成第二阴极集流器和第二阳极集流器。第一阴极集流器、第二阴极集流器、第一阳极集流器和第二阳极集流器例如可采取上面在图4A中分别对第一阴极集流器404、第二阴极集流器416、第一阳极集流器406和第二阳极集流器418描述的任何形式。
每个阴极集流器和阳极集流器可以以上面有关图2A对区块204以及有关图2B对区块222和224描述的任何形式提供。在某些实施例中，每个阴极集流器和阳极集流器可通过构图(例如，光刻和/或喷墨打印)形成和/或可在缠绕在且粘附到包括基板的卷的另一个卷上执行。阴极集流器和阳极集流器也可以以其它方式形成。阴极集流器和阳极集流器可同时、逐次和/或成组形成。
方法500在区块506继续，对多个基板中的每个基板，在基板的第一侧上形成第一阴极，并且在基板的第二侧上形成第二阴极。第一阴极和第二阴极可由LiCoO2组成，其中第一阴极与第一阴极集流器电接触，并且其中第二阴极与第二阴极集流器电接触。每个阴极可采取上面有关图4A对第一阴极408和第二阴极420描述的任何形式。此外，每个阴极可以以上面有关图2A对区块206描述的任何形式形成。作为选择，每个阴极可通过构图(例如，光刻和/或喷墨打印)形成和/或可在缠绕在且粘合到包括基板的卷的附加卷上执行。阴极也可以以其它方式形成。阴极可同时、逐次和/或成组形成。
方法500在区块508继续，对于多个基板中的每个基板，在约700℃和约800℃之间的温度下将第一阴极和第二阴极退火。每个阴极可以以上面在图2中对方法200A的区块208描述的方式退火。阴极可同时、逐次和/或成组退火。
方法500在区块510继续，对于多个基板的每一个基板，形成第一固态电解质和第二固态电解质。第一固态电解质和第二固态电解质可由LiPON组成。每个固态电解质可采取上面有关图4A对第一固态电解质410和第二固态电解质422描述的任何形式。此外，每个固态电解质可以以上面在图2A中对方法200A的区块210描述的任何方式形成。作为选择，每个固态电解质可通过构图形成(例如，光刻和/或喷墨打印)和/或可在卷绕在且粘附到包括基板的卷的附加卷上执行。固态电解质也可以其它方式形成。固态电解质可同时、逐次和/或成组形成。
方法500在区块512继续，对多个基板的每个基板，在基板的第一侧上形成第一阳极，并且在基板的第二侧上形成第二阳极。第一阳极和第二阳极可由锂组成。第一阳极可与第一阳极集流器电接触，并且第一固态电解质可形成在第一阳极和第一阴极之间。第二阳极可与第二阳极集流器电接触，并且第二固态电解质可形成在第二阳极和第二阴极之间。
每个阳极可采取上面有关图4A对第一阳极412和第二阳极424描述的任何形式。此外，每个阳极可以以上面有关图2A对区块212描述的任何方式形成。作为选择，每个阳极可通过构图形成(例如，光刻和/或喷墨打印)和/或可在卷绕在且粘附到包括基板的卷的附加卷上执行。阴极也可以以其它方式形成。阳极可同时、逐次和/或成组形成。
方法500在区块514继续，对多个基板中的每个基板，在第一集流器和第二集流器之间形成阴极互连，并且在第一阳极集流器和第二阳极集流器之间形成阳极互连。每个阴极互连和阳极互连可采取上面在图3G中对阴极互连328和阳极互连330描述的任何形式。此外，每个阴极互连和阳极互连可以以上面对图2B的方法200B描述的任何方式形成。
在某些实施例中，激光可用于形成通过基板的第一通道，其中第一通道设在第一阴极集流器和第二阴极集流器之间。此外，激光也可用于形成通过基板的第二通道，其中第二通道设在第一阳极集流器和第二阳极集流器之间。在某些实施例中，激光例如可以以上面对图4A至4C描述的任何方式使用。
在某些实施例中，使用激光形成通过基板的第一通道包括穿过第一阴极集流器、基板和第二阴极集流器。此外，使用激光形成通过基板的第二通道包括穿过第一阳极集流器、基板和第二阳极集流器。
在某些实施例中，方法500还可包括对多个基板中的每个基板形成基本上覆盖第一阳极的第一保护涂层以及形成基本上覆盖第二阳极的第二保护涂层。第一保护涂层和第二保护涂层例如可采取上面有关图4A分别对第一保护涂层414和第二保护涂层426描述的任何形式。在某些实施例中，每个保护涂层可通过构图形成(例如，光刻和/或喷墨打印)和/或可在卷绕在且粘附到包括基板的卷的附加卷上执行。保护涂层也可以以其它方式形成。保护涂层可同时、逐次和/或成组形成。作为选择，在某些实施例中，可不形成保护涂层。
在某些实施例中，方法500还可包括将多个基板中的每个基板彼此分开，因此形成多个固态电池。每个固态电池可包括各自的基板。基板可采用例如冲切和/或激光切割而分开。基板也可以以其它方式分开。
图6A至6C示出了制造多个固态电池的方法。在某些实施例中，根据某些实施例，每个固态电池可包括由玻璃、半导体、云母、非导电材料和/或可能的钇稳定氧化锆(YSZ)层组成的基板。方法可为例如上面有关图5描述的方法500。
如图6A所示，卷500可提供为包括多个基板602。在某些实施例中，卷600可由玻璃、半导体、云母、非导电材料和/或YSZ层形成。在这些实施例中，多个基板602中的每个基板可由卷600的一个区域形成。作为另一个示例，在某些实施例中，卷600可为连接到金属或陶瓷层的YSZ层。在这些实施例中，多个基板602中的每个基板可由卷600的一个区域形成。卷600也可采取其它形式。任何数量的基板可包括在卷600中，并且基板可设置成任何图案。
如图6B所示，固态电池可形成在多个基板602中的每个基板上。特别是，对于每个基板，可形成第一阴极集流器604、第一阳极集流器606、第一阴极(从俯视图不可见)、第一固态电解质(从俯视图不可见)和第一阳极608。另外，对于每个基板，可形成第二阴极集流器、第二阳极集流器、第二阴极、第二固态电解质和第二阳极(从俯视图都不可见)。
第一阴极集流器604、第一阳极集流器606、第一阴极、第一固态电解质和第一阳极608的每一个可采取上面有关图4A分别对第一阴极集流器404、第一阳极集流器406、第一阴极408、第一固态电解质410和第一阳极412描述的任何形式。此外，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的每一个可采取上面有关图4A分别对第二阴极集流器416、第二阳极集流器418、第二阴极420、第二固态电解质422和第二阳极424描述的任何形式。
此外，第一阴极集流器604、第二阴极集流器、第一阳极集流器606和第二阳极集流器的每一个可以以上面有关图5对区块504描述的任何方式形成。而且，第一阴极、第二阴极、第一固态电解质、第二固态电解质、第一阳极608和第二阳极的每一个可以以上面有关图5分别对区块506、510和512描述的任何方式形成。
第一阴极集流器604、第二阴极集流器、第一阳极集流器606、第二阳极集流器、第一阴极、第二阴极、第一固态电解质、第二固态电解质、第一阳极608和第二阳极的一个或多个可在相同的制造步骤中形成，或者每一个可在单独的制造步骤中形成。
此外，对于每个基板，可为第一阴极集流器604和第二阴极集流器形成阴极互连。再次，可为第一阳极集流器608和第二阳极集流器形成阳极互连。阴极互连和阳极互连可以以上面有关图5对区块514描述的任何方式形成。
在某些实施例中，保护涂层(未示出)可另外形成，其基本上覆盖第一阳极608和第二阳极的每一个。保护涂层例如可采取上面有关图4A对第一保护涂层414和第二保护涂层426描述的任何形式。在其它实施例中，例如如所示，可不形成保护涂层。
在任何情况下，每个第一阴极集流器604、第二阴极集流器、第一阳极集流器606、第二阳极集流器、第一阴极、第二阴极、第一固态电解质、第二固态电解质、第一阳极608和第二阳极与其上形成它们的基板一起可形成固态电池。固态电池然后可分开，如图6C所示。固态电池610的每一个可包括各自的基板。固态电池610可采用冲切和/或激光切割分开。固态电池610也可以以其它方式分开。
尽管图6C中的固态电池610以俯视图示出，但是每个固态电池可以以侧视图或截面图呈现，类似于上面有关图3A至3G描述的固态电池300(尽管图3G中的固态电池300示出为包括第一保护涂层314和第二保护涂层326，但是固态电池610的每一个可包括或可不包括保护涂层，如上所述)。
VI.用于固态电池的示例性基板
在某些情况下，形成在基板材料上的固态电池可显示有限的能量密度，量级约为97-150Wh/L。这些有限的能量密度是很多因素的结果。在某些实施例中，形成在铜、不锈钢和聚合物基板上的固态电池的能量密度可能受基板材料的热膨胀系数(CTE)和LiCoO2的CTE之间错配的限制，这限制了可能生长在这些基板的每一个上的LiCoO2阴极的厚度。在这些基板上以较大厚度生长的LiCoO2导致LiCoO2的断裂和剥离。
在某些实施例中，能量密度受制造固态电池过程中所用退火温度的限制。为了优化锂钴氧化物(LiCoO2)阴极的晶化和晶向(并且因此优化固态电池的能量密度)，可能希望在约700℃和约800℃之间的温度下将LiCoO2阴极退火。另外，固态电池可具有100Wh/L的能量密度。
然而，聚酰亚胺基板不能承受这样高的退火温度；而是，聚酰亚胺将退火温度限制到约400℃。铜可承受约700-800℃的退火温度，但是其结果是铜在退火期间氧化。此外，尽管不锈钢可类似地承受约700-800℃的退火温度，在这样温度下的退火期间不锈钢中的合金元素(例如，铬)迁移在LiCoO2阴极中，因此降低了固态电池的寿命周期。
在某些实施例中，钇稳定氧化锆(YSZ)可承受约700℃和约800℃之间的高退火温度，允许LiCoO2的所希望的退火。另外，YSZ具有在约800℃下的接近零的热膨胀系数，允许LiCoO2的更厚的层的生长而没有LiCoO2的断裂或剥离。结果，具有YSZ基板的固态电池可显示约1030Wh/L的良好能量密度。
在某些实施例中，基板可为YSZ独立层。作为选择，在其它实施例中，基板还可包括金属或陶瓷层。在这些实施例中，基板的YSZ可连接到金属或陶瓷层。阴极集流器和阳极集流器然后可形成在YSZ上。基板的YSZ中钇的摩尔浓度可随着应用而变化。在某些实施例中，YSZ中钇的摩尔浓度例如可为约3％。钇的其它摩尔浓度也是可能的。
VII.结论
尽管各方面和实施例已经在这里公开，但是其它方面和实施例对本领域的技术人员是显而易见的。这里公开的各方面和实施例是说明的目的，而不意味着限制，其真实的范围和精神由所附权利要求指出。

Claims (20)

1.一种电池，包括：
基板，所述基板包括钇稳定的二氧化锆(YSZ)，其具有第一表面和第二表面，
第一阴极集流器，该第一阴极集流器具有与所述基板的第一表面相接触的表面；
第一阳极集流器，该第一阳极集流器具有与该基板的该第一表面接触的表面；
第二阴极集流器，该第二阴极集流器具有与所述基板的第二表面相接触的表面；
第二阳极集流器，该第二阳极集流器具有与该基板的该第二表面相接触的表面；
阴极互连，该阴极互连经第一通道通过基板与所述第一阴极集流器的所述表面和所述第二阴极集流器的所述表面相接触；
阳极互连，该阳极互连经第二通道通过所述基板与所述第一阳极集流器的所述表面和所述第二阳极集流器的表面相接触。
2.如权利要求1所述的电池，其中该第一通道和该第二通道的至少一个通过激光形成。
3.如权利要求1所述的电池，其中该第一通道设置在该基板的第一拐角，并且其中该第二通道设置在该基板的第二拐角，该基板的该第二拐角相邻于该基板的该第一拐角。
4.如权利要求1所述的电池，其中该阴极互连或该阳极互连的至少一个包括下面所述的一个或多个：(a)银、(b)金、(c)铜、(d)锑或(e)锡。
5.如权利要求1所述的电池，其中该阴极互连或该阳极互连的至少一个包括下面导电材料或特征中的一个或多个；(a)油墨、(b)膏、(c)环氧树脂、(d)导线、(e)电缆或(f)连接器。
6.一种制造电池的方法，包括：
在基板的第一表面上提供第一阴极集流器和第一阳极集流器，使得所述第一阴极集流器的表面与所述基板的第一表面接触且所述第一阳极集流器的表面与所述基板的第一表面相接触，其中所述基板包括钇稳定的二氧化锆(YSZ)；
在该基板的第二表面上提供第二阴极集流器和第二阳极集流器，使得所述第二阴极集流器的表面与所述基板的第二表面相接触，且所述第二阳极集流器的表面与所述基板的第二表面相接触；
采用至少一个激光形成：(a)通过该基板的第一通道，其中该第一通道在该第一阴极集流器和该第二阴极集流器之间，以及(b)通过该基板的第二通道，其中该第二通道在该第一阳极集流器和该第二阳极集流器之间；
经由该第一通道形成与该第一阴极集流器的表面和该第二阴极集流器的表面相接触的阴极互连；以及
经由该第二通道形成与该第一阳极集流器的表面和该第二阳极集流器的表面相接触的阳极互连。
7.如权利要求6所述的方法，其中采用至少一个激光形成所述第一通道和采用至少一个激光形成所述第二通道包括以：(a)19安培和31安培之间的电流，或(b)14kHz和150kHz之间的频率操作所述至少一个激光。
8.如权利要求6所述的方法，其中采用该至少一个激光形成通过该基板的该第一通道和通过该基板的该第二通道包括采用该至少一个激光而不破坏该基板。
9.如权利要求8所述的方法，其中采用该至少一个激光而不破坏该基板包括用夹具支撑该基板，并且其中该夹具包括多个开口，用于该至少一个激光穿过该基板。
10.如权利要求6所述的方法，其中该方法还包括(a)将该电池与一个或多个另外的电池对齐，或(b)将该电池与一个或多个另外的电池堆叠，中的一个或多个。
11.如权利要求6所述的方法，其中该方法还包括：
形成第一阴极和第二阴极，其中该第一阴极与该第一阴极集流器电接触，并且其中该第二阴极与该第二阴极集流器电接触；以及
将该第一阴极和该第二阴极退火。
12.如权利要求11所述的方法，其中该方法还包括：
形成第一固态电解质和第二固态电解质，其中该第一固态电解质设在该第一阴极和该第一阳极之间，并且该第二固态电解质设在该第二阴极和该第二阳极之间；以及
形成第一阳极和第二阳极，其中该第一阳极与该第一阳极集流器电接触，并且该第二阳极与该第二阳极集流器电接触。
13.如权利要求6所述的方法，其中形成该阴极互连和形成该阳极互连包括用下面所述的一个或多个分别填充该第一通道和该第二通道：(a)银、(b)金、(c)铜、(d)锑或(e)锡。
14.如权利要求6所述的方法，其中形成该阴极互连和形成该阳极互连包括分别在该第一通道和该第二通道中插入下面导电材料或特征中的一个或多个：(a)油墨、(b)膏、(c)环氧树脂、(d)导线、(e)电缆或(f)连接器。
15.如权利要求12所述的方法，其中，将第一阴极和第二阴极退火包括在700℃和800℃之间的温度将第一阴极和第二阴极退火。
16.如权利要求12所述的方法，其中，将第一阴极和第二阴极退火包括将第一阴极和第二阴极退火持续在2小时和4小时之间的持续时间。
17.一种制造一个或多个电池的方法，包括：
提供包括多个基板的卷，其中所述多个基板中的每一个基板包括钇稳定的二氧化锆(YSZ)，且对于所述多个基板中的每一个基板：
在该基板的第一表面上形成第一阴极集流器和第一阳极集流器，使得该第一阴极集流器的表面与该基板的第一表面接触且该第一阳极集流器的表面与该基板的第一表面相接触；
在该基板的第二表面上形成第二阴极集流器和第二阳极集流器，使得第二阴极集流器的表面与该基板的第二表面相接触，且该第二阳极集流器的表面与该基板的第二表面相接触；
在该第一阴极集流器上形成第一阴极，并且在该第二阴极集流器上形成第二阴极；
将该第一阴极和该第二阴极退火；
在该第一阴极上形成第一固态电解质，并且在该第二阴极上形成第二固态电解质；
在该第一固态电解质上形成第一阳极，并且在该第二固态电解质上形成第二阳极；以及
形成与该第一阴极集流器的表面和该第二阴极集流器的表面相接触的阴极互连，并且形成与该第一阳极集流器的表面和该第二阳极集流器的表面相接触的阳极互连。
18.如权利要求17所述的方法，其中形成该阴极互连包括采用至少一个激光以形成通过该基板的第一通道，其中该第一通道在该第一阴极集流器和该第二阴极集流器之间，其中形成阳极互连包括采用该至少一个激光以形成通过该基板的第二通道，并且其中该第二通道在该第一阳极集流器和该第二阳极集流器之间。
19.如权利要求18所述的方法，其中采用该至少一个激光形成所述第一通道或采用该至少一个激光形成所述第二通道包括以(a)19安培和31安培之间的电流或(b)14kHz和150kHz之间的频率操作所述至少一个激光。
20.如权利要求18所述的方法，其中采用该至少一个激光形成通过该基板的该第一通道和通过该基板的该第二通道包括采用该至少一个激光而不破坏该基板。
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