CN108701834A - 包含在基板上的导电柱状结构的锂电池集电体 - Google Patents

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Abstract

一种制造锂电池的方法，所述锂电池具有在基板面上由柱形成的基板集电体，其中所述方法包括：形成伸长且对准的结构，其在具有直立柱壁的基板面上形成导电柱；其中柱形成有第一电极、提供在第一电极上的固态电解质层、以及第二电极层，其中以以下方式调整柱的尺寸：使得相邻柱合，并且顶板集电体由合并的柱之间的互补间隙结构形成。

Description

包含在基板上的导电柱状结构的锂电池集电体
技术领域
本发明涉及一种制造用于电化学或光电设备的锂电池的方法。
背景技术
在车辆应用中，例如用于混合动力电动车辆(HEV)中，电池存储系统负责提供脉冲功率(高电流)，例如，以启用微型HEV的启停功能或HEV的加速功能。电池存储还可以在约几秒钟(最多15秒)内恢复制动(动能)能量，并存储该恢复的能量。该功能被称为再生制动。
传统的铅酸电池组由于有限的电荷吸收而通常不能捕集制动能量。因此，许多电池系统在铅酸电池旁边，引入一个或多个辅助电池。
在本类型的电子器件中，可再充电锂离子固态电池具有非平面设计的集电体。例如，在WO2010032159(其内容通过引用被包括在内)中公开了已知类型的薄膜电池结构，其中例如全固态组合物被沉积在3D微图案结构上。在这方面，在早期电池结构利用液体电解质的情况下，全固态组合物利用固态类型的电解质，其在使用中固有地更安全。在这些结构中，例如US 20110117417中所公开的，各种材料被用于并且已经用于相应的电极。在放电电池模式中，阳极是正电流从阴极(“正极”)流向的“负极”。在充电过程中，这些功能被反转。不考虑充电模式，电化学关系可以通过负极材料和正极材料之间的电荷交换来表征，所述负极材料具有低于正极材料的功函数或氧化还原电位的功函数或氧化还原电位。
例如，已知的负极(阳极)材料是Li4Ti5O12(LTO)；LiC6(石墨)；Li4.4Si(硅)和Li4.4Ge(锗)。已知的正极(阴极)材料是LiCOO2(LCO)、LiCoPO4，(掺杂的)LiMn2O4(LMO)、LiMnPO4、LiFePO4(LFP)、LiFePO4F(LFPF)或LiCO1/3Ni1/3Mn1/3O2(LCNMO)。
已知的(固态)电解质可能包括碘化锂(LiI)、磷酸锂(Li3PO4)和氧氮磷锂(LiPON)。此外，已知在有机溶剂如碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯中的诸如LiPF6、LiBF4或LiClO4的锂盐在室温下具有约10mS/cm的典型电导率。电解质在初始充电时分解并形成称为固体电解质界面(SEI)的固体层。
还可以包括固体聚合物隔膜，这种聚合物通常由于其中设置有锂盐而具有传输能力，如现有技术中已知的。还使用锂和卤化物材料进行了工作，特别地，在一些实例中，四卤化锂铝例如四氟化铝锂(LiAlF4)。
一旦在可弯曲的金属箔上制成这种结构，就可以在大规模工艺中制造它们，例如，其中可以进行以下工序的卷到卷工序(roll-to-roll precess)：1)盘绕、卷绕或堆叠它以增加每单位体积的能量或功率密度。2)将其集成在柔性设备如柔性显示器、标志等上。
EP2849265示出了通过使用电解质材料共形涂覆导电纳米线而形成的电池。在电解质涂覆的纳米线之间互相渗透与第二导电材料电连接的阴极材料。
WO2010032159示出了具有在阻挡层顶部上形成的阴极层的沟槽结构。在其上沉积固态电解质。
尽管可以纳米尺度制备高纵横比结构，但这些高纵横比结构的高度或深度需要在微米范围内，以便为电池递送足够的充电容量。这些结构优选的原因是由于它们的整个表面易于接近。在现有技术中，许多生产这些的方法是非经济性的(例如，包括硅微细加工和长时间电沉积)。此外，为了完成这些中的任何一个，为了优化需要堆叠设计，因为否则在卷绕或弯曲时，可能会损坏柱状结构，从而阻碍器件的适当电化学作用。此外，已引起注意的是，现有的固态Li基夹层电解质在高纵横比结构中引起应力，这可能会限制寿命并缩短循环周期数。因此，试图提供其中有效重量减小的高纵横比结构。存在最小化电化学非活性电子集电体的相对量，而不影响倍率性能的挑战。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于制造具有集电体的电子器件的方法，该集电体能够具有高比电荷收集区域和功率，其具有适当的尺寸，同时也可以使用简单且快速的技术来实现，并且产生稳健设计。
为此，根据一个方面，一种制造锂电池的方法，所述锂电池具有在基板面上由柱形成的基板集电体，其中所述方法包括：形成伸长且对准的结构，其在具有直立柱壁的基板面上形成导电柱；其中柱形成有第一电极、设置在第一电极上的固态电解质层、以及第二电极层，其中以以下方式调整所述柱的尺寸：使得相邻柱合，并且顶板集电体由合并的柱之间的互补间隙结构形成。
柱用作层压件中的电池结构的集电体，其中集电体通过基底基板电连接。在相邻柱之间，高度尺寸和柱间距的纵横比(即垂直于沿基底共面的壁的长度尺寸)相对较高，即高于50，或甚至高于80或甚至大于100。在典型的布置中，柱可具有高度尺寸，即将基底平面与平面表面隔开的高度为约25-200微米，优选为50-100微米，其中长度尺寸，即隔开相对立柱的长度，并且可为约1-10微米，优选为2-4微米。对于这样的结构，目前公开的基板(基底、衬底，substrate)是导电的，其中集电体的表面积显着增加，这增强了集电体的电荷收集能力。而且，对于这样的结构，可以应用共形多层涂层而不损害多层涂层的功能。这种功能性的实例可以是多层，例如电池多层或光伏多层或单层涂层。
此外，根据本发明的一个方面，对于这种高纵横比结构，可以涂覆的柱的形式提供最佳电流收集性能，其中高纵横比结构包括具有大于50纳米的曲率半径的金属或金属化柱。改进性能的一个方面是通过需要较小间距和周围共形涂层的高纵横比结构的密度来找到平衡。在这方面，电池多层中的电极厚度可以变化并且相关联以匹配锂离子在充电和/或放电时的体积存储容量。已知的匹配关系由本领域已知的C-倍率数控制。C-倍率是相对于其最大容量对电池进行充电或放电的速率的量度。例如，通过控制层厚度和材料组成来匹配在特定C倍率下的电极层的容量。
本发明的另一个方面是“共形涂层”是一种涂层，其可以包括至少共形地涂覆高纵横比结构的柱的多个层。此外，在本申请中，“第一电极”可以是层压件的一部分并且可以是底层，即具有最小曲率半径的层。“第二电极”可用于指示层压件的顶层，即具有最高曲率半径的层。注意到层压件不是必需的，因为电极结构可以作为多孔复合结构合并到集电极结构中。在这样的实施方式中，电解质层提供在与集电体结构组合的电极结构之间。
应当注意，在US2009214956中提出了一种结构，其中电解质材料共形地涂覆在导电纳米线上，并且其中在电解质涂覆的纳米线之间相互渗透与第二导电材料电连接的阴极材料。
厚度意味着“平均厚度”，其可以表达某个数学厚度的等效函数。在其中涂覆层的应用中，其表示这些涂层在其功能位置处基本上共形，但这不是必需的，只要功能层被设计成具有在其中内阻之间达成折中的厚度，和能量密度。在说明书中，取决于上下文，功能层可能不与其他功能结构直接接触，但可具有介于其间的可增强功能性的中间层或结构。在那方面中，本领域技术人员将理解，例如，在描述例如负电极层是“底层”，与电荷收集器“接触”时，这将被解释为“电接触”而不排除增强功能性的可能的锂扩散阻挡层，电流收集层，工艺保护层等。这类似地对于与负电极层和正电极层“接触”的电解质层有重要性。
将参考附图更详细地讨论本发明的这些和其他方面，其中相同的附图标记表示相同的元件。应该理解，附图是为了说明的目的而提供的，并且不能用于限制所附权利要求的范围。
附图说明
图1A示出了截面图形式的实施方式的几何结构；
图1B是平面视图形式的图1A的结构；
图2示出了根据本发明的一个方面的平面视图形式的实施方式；
图3示出了根据本发明的一个方面的平面视图形式的其他实施方式；
图4和图5示出了用于根据本发明的实施方式的对应的扩散路径分析；
图6和图7示出了与柱直径有关的性能分析；
图8和图9示出了中空集电体结构的其他实施方式；
图10示出了用于获得中空集电体结构的示例性工艺步骤；
图11示出了根据本发明的一个方面用于制造高纵横比结构的示例性工艺步骤；
图12示出了说明各个实施方式的能量密度增加的指示性图表。
具体实施方式
在下面的实施例中，将以电化学器件的形式说明本发明的更详细的方面，更具体地电池器件(例如锂离子类型)，更具体地具有用于增强集电极的电荷收集特定区域的3D集电极结构，其与电池多层，特别是其负极层电极电接触。
图1a示出了截面图形式的实施方式的几何结构，其中导电柱11形成在基板面10上。对于电池的普遍挑战在于最小化电化学非活性电子集电体(CC)的相对量，而不影响速率性能。3D结构底部CC-例如柱或板/沟槽-在体积和重量方面施加相对大量的非活性材料，因为它们的尺寸(纵横比)受技术限制的约束。此外，对于诸如柱的2D限制结构，太小的半径会迫使底部电极接近不利的尺寸，即具有有限的扩散的太厚的层。此外，制造非常薄且高纵横比的柱是加工挑战。通常用顶部集电体(top current collector)填充柱之间的最终间距(在沉积3DTFB堆叠之后)。由于设计限制，层的不利间距，顶部集电体在柱状3DTFB的体积和重量上需要相对较大的量。
图1B示出了平面视图形式的图1A的结构。在该图中，单个柱11被示出为具有间距sP的多个柱的结构的一部分，例如，在柱壁之间的间距sP在500-2500nm的范围内。
电子器件100包括配备有由具有形成柱11的高纵横比结构的面的金属基板形成的集电体10的电子电路(未示出)。墙具有例如大于10或甚至大于50的纵横比。柱可以例如由微图案掩模形成，从而形成隔离的微柱。在说明书中，术语柱或微柱用于区分“致密”纳米柱结构。相比之下，这种致密结构可以具有直径尺寸小于300，或者甚至小于50或者10nm并且具有小于约几百纳米，例如，在50-300nm的范围内的间距d的伸长管，其被过于致密地堆叠而没有足够的间隙用于在其上共形地涂覆多层叠层。
微柱结构可以具有大于100nm或甚至大于1微米的柱高hP，任意伸长形状和直径dP至少大于所述10nm，通常大于100nm，并且在这方面典型地适合作为高纵横比结构。在下文中，因此柱半径为0.5dP。
在其最简单的概念化中，电池器件100包括两个集电体10、20，一个在称为阳极12的实例中通过在电极层处发生的氧化过程供应电子，并且第二个通过在称为阴极14的电极处发生的还原过程消耗电子。在放电电池模式中，阳极12是正电流从阴极(“正极”)流向的“负极”。在充电过程中，这些功能被反转。不考虑充电模式，电化学关系可以通过负极材料和正极材料之间的电荷交换来表征，所述负极材料具有低于正极材料的功函数或氧化还原电位的功函数或氧化还原电位。
可从各种沉积技术制备薄膜离子电池，包括薄膜固态锂离子类型的那些，以制造负极12(例如，LMNO)、正极14(例如，LTO)和粘合在一起以形成电池器件的电解质材料13(例如，LIPON)。这种技术通常可以包括使用真空沉积或导致类似薄膜的其他技术来沉积这种材料的薄膜以制造“薄膜”电池。因此，横向方向上的最大共形扩散路径被提供为第一电极dE1、电解质e1和第二电极dE2的层厚度的总和，从而产生具有半径R的共形涂覆的柱110。最终的柱间距离dF将是柱间距离sP减去横向扩散路径长度N。在附图中，在涂覆的柱110和在平坦表面10上形成主要结构的“裸露”柱11之间标记差异。
薄膜电池通常用于空间和重量可以优选保存的应用中，并且可以期望极长的循环寿命。顶板集电体(topstrate current collector)20可以是任何有机或无机材料。它可例如具有一些其他额外的功能，例如集电体并且可任选地在沉积电池堆的有源层之后被电镀在柱上。而且，集电体可以用作平坦化高纵横比结构的平坦化顶部。
更具体地，图2示出了根据本发明的实施方式，其中以以下方式调整柱110的尺寸：使得相邻柱110合，并且顶板集电体220由合并的柱110之间的互补间隙区域S1形成。在图2中，示出了最终的柱间距离dF为零或负，即，重叠区域O1以使得一些层12被共享的方式存在一个或多个涂覆层12上。具体地，顶板柱间结构S1不再共形，而是可形成在沿着相邻柱110的高度延伸的隔室220中。此外，第二电极层12可在相邻柱110之间的重叠区域O1中共享。
在图3中，示出了在该间隙区域S1中，可以沉积额外的电极材料，以补偿重叠。因此，实际上，层之间的质量平衡可以有效地恢复，以防止相对于第一电极14的质量不平衡。为了计算质量不平衡校正，顶部电极层14可以延伸到间隙区域S1中(由紫色箭头A示出)。在该方法中，即，为了将顶部电极层14延伸到间隙区域O2中，相对于给定的N，最大横向扩散路径最小地变化，该给定的N是在给定的堆叠化学电池几何形状和应用的横向方向上的共形层的直线中的最大扩散路径的给定最优尺寸。
例如，对于LMNO的800nm第一电极12的优化堆叠，LIPON的500nm电解质材料13和LTO N的400nm第二电极材料等于1.7μm。可替换地，第一电极14被改变以补偿任何顶部电极重叠dF(橙色箭头B)。两种方法都可以导致相同的最终结构，但在共形情况下N，即最大横向扩散路径的长度的定义不同。
图4示出了关于柱间距离重叠的扩散路径分析，其表示为涂覆柱110的比率，即以dF/R表示。由于非共形电极分布，部分离子必须行进大于最大共形扩散长度N的横向距离。考虑在给定合并程度处的最大直线横向扩散路径D2在上图中定义。将D2增加至约125％的N是可容忍的，而没有可观的倍率性能损失。
如图5所示，可以计算出，在其中扩散路径长度可接受的情况下负极柱间距离的窗口可以表示在相对于柱半径的最大6-8％重叠的窗口中。这是一种平衡，其中最佳电子/离子传导和能量密度可以达到最终电极间距离dF在顶部电极半径R的-8％和+6％之间。
这可以解释，因为大于92％的离子仍在常规范围内，即扩散长度小于N。
几何形状决定了在某一合并时具有最大路径长度的离子的量相对较小，即，最外表面随着合并的增加而减小。
整体倍率性能还取决于合并情况下保持相似的界面电阻(电荷转移)。因此，从最佳的共形案例中的扩散路径的增加对倍率性能的影响相对较小。
结果：对于给定的RP，D2从dF/R＝-8％强烈增加到最大合并，而柱间区域使用率的增加仅为约1.6％。
图6和图7提供了关于倍率性能的分析，其取决于关于直径D1的最大扩散路径，该直径D1是在合并开始时的最大扩散长度，即，当dF/R达到小于零的值时。在完全合并时采集D2。由于非共形电极分布，取决于合并的程度，0％至最大9.3％的离子必须行进约D1至D2范围内的横向距离。因此，合并对倍率性能的影响强烈依赖于柱半径R。对于大于N的柱半径R，过量区域中的所有离子必须行进至少125％N的距离，这可被认为是性能极限。应当注意，在合并的极端情况下，如果顶部(第二)电极材料12具有足够的电子电导率，则可以消除集电极材料。例如，在其中一个实施方式中，可以提供2.5D的几何形状，例如其中底部(第一)电极和电解质是在柱状集电体11上共形地涂覆的薄膜的情况下，并且顶部电极20形成为复合材料(由活性材料和电子以及离子导体组成)。举例来说，复合顶部电极可以由其中具有固体电解质和活性材料的多孔金属支架形成。此外，应注意的是，由于扩散路径的共形性，圆柱横截面是优选的；电池箔上的均匀电性能和可能导致故障的插入应力点较少。然而，这并不排除其他横截面，例如，椭圆形、多边形形状、束状或任意形状。柱横截面的选择不仅受限于共形沉积技术以具有均匀的扩散长度，而且受到接触后柱之间的残余最终柱间距离的限制。
图8示出了平面视图形式(图8a)和截面图形式(图8b)的中空底部集电体结构110的另一实施方式。类似地，图9示出了中空顶部集电极结构230，其可以至少沿着柱110的横截面在共形集电极层220上扩展。在各种几何形状中，提供了空的空间S，减少了重量。例如，为了减少顶板集电体220的相对重量贡献，间隙结构可以保持部分空的，例如，通过仅在顶部电极12上的顶板集电体的薄膜层220上沉积，例如金属或合金层，例如1-500nm的层厚度的Ni、Cu、TiN。该薄膜层220可以被另一个导电封盖230(例如，例如导电聚合物的轻质导电材料)部分地涂覆。这种轻质集电体230也可以延伸以形成用于沿着电池箔传输电子的较厚顶部区域。该封盖230可以仅通过部分地填充间隙而形成，使得只有剩余的间隙区域的顶部填充有轻质导电材料。封盖230层的厚度通常可为0-20nm，因此除了电子转移之外，其充当小的保护层。例如，防止对不太稳定的轻质材料的氧化。
图10示出了用于制造中空结构的示例性过程，例如，如图8所示的类型。例如，为了提供中空柱结构，可将可移除基板与牺牲柱一起使用。在第一工艺步骤S1中，用牺牲柱制备模板基板。该基板可以是例如，铝或铜或硅基板。柱可以例如由光刻胶材料，氧化铝(AAO)层或碳纳米管/导线层CNT/CNW制成。可以通过本领域技术人员已知的处理步骤的组合来提供这些结构。例如，在第一步骤S1中，通过模板工艺提供例如柱结构100，其中柱是生长模板，其可以例如在AlO2基板中光刻地提供，其中空穴被背蚀刻，并且柱通过电镀步骤形成。可替换地，柱结构可以由导电纳米管，例如碳纳米管等提供。
在第二工艺步骤S2中，沉积集电体层。例如，通过化学镀或电镀沉积的Ni或Cu。优选地，提供300nm厚度的沉积层以确保即使对于高纵横比柱(且>60μm高)，结构也足够坚硬。中空柱的基底(即，非结构化的平坦区域)可以做得更厚(约5μm)以便处理。
接下来，在第三工艺步骤S3中，例如，通过常规的蚀刻步骤去除牺牲基板和柱，从而保留中空集电体结构。
在另一方面，可以提供2.5D几何形状，例如在电极和集电体形成为复合材料(由活性材料和电子以及离子导体组成)的情况下。举例来说，复合电极可以由其中具有固体电解质和活性材料的多孔金属支架形成。多孔支架可以例如，通过共沉积Cu Ni和浸出Ni部分来提供。
图11示出了堆叠形式的中空结构的进一步图示，优选地其中在第一步骤中提供基底柱结构11、30。在第二步骤中，电解质层13、130覆盖基底柱结构，特别是第一电极14、140。
因此，中间集电体30形成为共形地覆盖基底柱结构11的中空柱结构；其中中间集电体30进一步覆盖有第二电解质130和覆盖第二电解质130的顶板集电体20。例如，从中间集电体结构30开始，两侧可以共形地涂覆有电极层阳极12、120，阴极14、140和电解质层13、130。应该注意，优选将电极(阳极12对阴极14)的顺序颠倒以获得平行堆叠。此处，集电极30具有相反的极性。
对于串联堆叠，顶部CC的额外层可以沉积在中空柱CC结构的顶部/底部以负责(account for)例如氧化的降解机制。在该过程中，以使得在两个层之间达到容量和倍率性能匹配之间的最佳平衡的方式调整与中间集电极30相对的两个涂层的层厚度。电极层的实际厚度在100-3000nm之间变化。
可替换地，从柱结构11开始，可以提供电极层12、14和电解质13的共形涂层。类似地，通过沉积薄导电层形成中间结构。将电极(阳极12对阴极14)的顺序颠倒以获得平行堆叠，其中顶板20和基板10作为第一端子并且中间集电极作为具有相反极性的第二端子。对于串联堆叠，顶部CC的额外阻挡层(例如，TiN、Ni)可以沉积在薄层顶部CC的顶部/底部上以负责例如氧化的降解机制。此处，顶板和基板端子具有相反的极性。因此，基底柱结构提供了可以部分合并的柱10和电极14。电解质层13覆盖基底柱结构。中间集电体结构由集电极30和电极12形成，其可以类似地部分地合并，并且其形成共形地覆盖基底柱结构的中空柱结构。中间集电体结构进一步覆盖有第二电解质130和覆盖第二电解质130的顶板集电体结构20。
术语结构在此处指示为提供集电体和电极的组合功能，无论是共形层压件还是支架几何结构。
以使得在两个层之间达到容量和倍率性能匹配之间的最佳平衡的方式调整涂层的两侧的层厚度。因此，电极层的实际厚度在100-3000nm之间变化，并且在集电极内合并时可能甚至更小。
图12示出了合并和中空柱结构的能量密度指示性增加。具体地，可以通过合并顶部电极和/或通过使用中空和/或多孔柱结构来获得电池水平上的重量能量密度。所考虑的堆叠是LMNO(500nm)-LIPON(200nm)-TiO2(340nm)，柱纵横比为50(100μm高度，2μm直径)。发现填充柱的合并可能导致重量能量密度增加13％，并且使用壁厚为100nm的中空柱可能导致在最佳合并时获得的30％的额外增加。
这些薄膜电池的实例可以在汽车中提供，例如，在使用这些电池的汽车部件的包装或盖子上制造的。因此，具有高纵横比结构的金属基板可以整体形成为壳体结构。还有具有由铝制成的盖子的其他器件，其中可应用这种概念。可替换地，可将金属基板堆叠在有机箔上，即含有烃含量的有机箔，例如PEN、PET等或塑料模具结构。即使当今大多数器件的封装/盖都是由塑料模塑而成，仍可通过离子液体在塑料上化学镀10s的微米的铝，以便在其上或其中形成电池。
任选地，为了能够容易地弯曲，不是将柱全部覆盖在基板箔上，而是将金属箔中的孤立的柱状簇的岛图案化以形成其整体部分。在一个实例中，高纵横比簇可以跨越小于10e4微米2的区域；并且平面区域可以形成为具有大于50微米的宽度的条带，尽管其他范围可以适当地用于相同的簇效果以使得容易弯曲。为了使这种电池具有成本效益，将此技术转移到大面积金属箔是有利的，例如，用于卷至卷处理。
在一个实施方式中，合并的第二电极层具有这样的尺寸，即
●第二电极层的体积中的总电化学容量与第一电极层的电化学容量相匹配达X倍，对于TiO2、LTO和石墨阳极，X在0.8至1.2，对于作为第二电极的锂或硅阳极，X在0.5至3。
●合并的第二电极层具有由(1-sP/2*R)定义的以％表示的合并程度限定的非共形厚度，其中sP为起始柱间距离并且R为第一电极、电解质、第二电极和顶板集电体层的总和。
●0％至-8％的合并是优选的。
为了实现这种调整层结构，可以采取以下工艺步骤：
●制造具有平均高度hP和直径dP的导电柱的图案，其中柱间距离sP与第一电极、电解质、第二电极和顶板层厚度的给定平均值的合并量相匹配。拓扑第二电极层厚度由未合并的柱与第一电极的电容匹配来限定。
●其后：第一电极和电解质层的共形沉积。例如，诸如浸涂、电沉积、原子层沉积(ALD或sALD)的技术用于这些层。
●然后：合并的第二电极层的制造，例如通过
o ALD(或sALD)：基于对这些高纵横比特定的平均增长率，沉积时间设定为与a)中定义的拓扑厚度相匹配
o浸涂：溶剂浓度，浸渍速度和浸渍步骤的数量设置为与下面定义的拓扑厚度相匹配
接下来是间隙结构的制造。这可以通过例如
o将合并的电极上的导电材料薄膜(典型地<100nm)层共形沉积，例如通过化学镀沉积，ALD，
o然后使用导电聚合物填充部分的间隙结构(优选为0-50％)来实现。这可以例如，通过旋涂导电聚合物，其中调节溶液的粘度以使毛细效应最小化，确保干燥的导电聚合物仅覆盖整个柱结构并且仅部分地穿透到柱间空间中来实现。
o整个柱结构被顶板集电体覆盖，通常为几微米厚。工艺实例：Ni、Cu或任何其他金属层的溅射。
随后，可以
●通过用导电材料填充间隙结构，例如通过浸涂导电聚合物(例如，PEDOT-PSS)或Ni的化学镀沉积提供顶板集电体。
●整个柱结构可以用顶板集电体覆盖，通常为几微米厚，例如通过溅射Ni、Cu或任何其他金属层。
应该理解，虽然以上已经描述了本发明的具体实施方式，但本发明可以与上述不同的方式实施。此外，参照不同附图讨论的单独的特征可被组合。

Claims (11)

1.一种制造锂电池的方法，所述锂电池具有在基板面上由柱形成的基板集电体，其中所述方法包括：产生伸长且对准的结构，所述伸长且对准的结构在具有直立柱壁的所述基板面上形成导电柱；其中所述柱壁提供有第一电极、提供在所述第一电极上的固态电解质层、以及第二电极层，其中以以下方式调整所述柱壁的尺寸：使得相邻柱壁在其中电极层的部分在相邻柱之间共享的重叠区域中合并；并且顶板集电体由在所述柱之间的间隙区域中形成的导电间隙结构提供。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述柱或间隙结构中的至少一个是中空的和/或多孔的。
3.根据权利要求1或2所述的方法，还包括基底柱结构和覆盖所述基底柱结构的电解质层；形成为共形地覆盖所述基底柱结构的中空柱结构的中间集电体结构；其中所述中间集电体结构进一步覆盖有第二电解质和覆盖所述第二电解质的顶板集电体结构。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述基板是堆叠在有机箔上的金属基板。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述集电体以卷到卷工序制造。
6.一种锂电池，具有在基板面上由柱形成的基板集电体，伸长且对准的结构在具有直立柱壁的所述基板面上产生导电柱；其中所述柱提供有第一电极、提供在所述第一电极上的固态电解质层、以及第二电极层，其中以以下方式调整所述柱的尺寸：使得相邻柱在其中所述电极层的部分在相邻柱之间共享的重叠区域中合并；并且顶板集电体由在所述柱之间的间隙区域中形成的导电间隙结构提供。
7.根据权利要求6所述的锂电池，其中高纵横比结构包括具有大于50纳米的曲率半径的柱。
8.根据权利要求7所述的锂电池，其中所述柱高于10微米。
9.根据前述权利要求6-8中任一项所述的锂电池，其中所述基板是具有形成高纵横比结构的两个面的金属箔。
10.根据权利要求6-9所述的锂电池，具有多个平行堆叠或串联堆叠的集电体。
11.根据前述权利要求中任一项所述的锂电池，其中所述金属基板堆叠在有机箔上。
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