CN109119702B - 一种全固态锂电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种全固态锂电池及其制备方法，其中，全固态锂电池包括：基板以及叠加设置在基板上的多层锂电池单元；每层锂电池单元包括：正极集流体层、正极层、电解质层、负极层和负极集流体层；其中，一对相邻锂电池单元的正极集流体层通过正极集流体连接部连接，该对相邻锂电池单元共用一负极集流体层；或一对相邻锂电池单元的负极集流体层通过负极集流体连接部连接，该对相邻锂电池单元共用一正极集流体层，本发明实施例提供的技术方案通过使相邻锂电池单元的正极集流体层或负极集流体层连接，不仅提高了全固态锂电池的可靠性，而且还延长了全固态锂电池的使用寿命。

Description

一种全固态锂电池及其制备方法
技术领域
本发明实施例涉及锂电池领域，具体涉及一种全固态锂电池及其制备方法。
背景技术
随着微型化以及可穿戴电子产品的兴起，柔性电子随着可穿戴电子产品的兴起正向便携式、可弯折、高效率、低成本和可循环利用方向发展，开发全固态锂电池成为储能领域研究的前沿之一。全固态锂电池具有其他能源设备所不具有的优势：安全性高、成本低、可高温充放电、循环寿命长、快速充电和续航能力长，已经成为未来能源领域的首选。
目前，为了满足锂电池更轻，更薄，续航能力强的需求，现有的全固态锂电池采用薄膜形式制成的层状电池，而叠层锂电池是由多个层状电池通过叠加而制成，其中，正极层的接头连接在一起，负极层的接头连接在一起，经发明人研究发现，叠层锂电池的多个正极、负极层的接头容易出现腐蚀并导致电阻增加，使得全固态锂电池的可靠性降低，最终导致全固态锂电池的使用寿命降低。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种全固态锂电池及其制备方法，不仅能够提高全固态锂电池的可靠性，而且还能够延长全固态锂电池的使用寿命。
第一方面，本发明实施例提供一种全固态锂电池，包括：基板以及叠加设置在所述基板上的多层锂电池单元；每层锂电池单元包括：正极集流体层、正极层、电解质层、负极层和负极集流体层；
其中，一对相邻锂电池单元的正极集流体层通过正极集流体连接部连接，该对相邻锂电池单元共用一负极集流体层；或，
一对相邻锂电池单元的负极集流体层通过负极集流体连接部连接，该对相邻锂电池单元共用一正极集流体层。
可选地，相邻锂电池单元的电解质层通过电解质连接部连接。
可选地，奇数层锂电池单元的正极层设置在正极集流体层远离所述基板的一侧，其负极层设置在负极集流体层靠近所述基板的一侧；偶数层锂电池单元的正极层设置在正极集流体层靠近所述基板的一侧，其负极层设置在负极集流体层远离所述基板的一侧，每层锂电池单元的电解质层设置在正极层和负极层之间。
可选地，奇数层锂电池单元的负极层设置在负极集流体层远离所述基板的一侧，其正极层设置在正极集流体层靠近所述基板的一侧；偶数层锂电池单元的正极层设置在正极集流体层远离所述基板的一侧，其负极层设置在负极集流体层靠近基板的一侧，每层锂电池单元的电解质层设置在正极层和负极层之间。
可选地，电解质连接部中设置有第一过孔和第二过孔，第一过孔中设置有正极集流体连接部连接各锂电池单元的正极集流体层，第二过孔中设置有负极集流体连接部连接各锂电池单元的负极集流体层。
可选地，所述第一过孔和所述第二过孔垂直于基板。
可选地，所述电解质连接部和所述电解质层的制作材料相同，所述电解质层采用沉积工艺制成，且其制作材料包括：磷酸锂、氧化锂或磷酸钛锂中的至少一种。
可选地，所述正极集流体层和所述正极集流体层连接部的制作材料相同，所述正极集流体层采用沉积工艺制成，且其制作材料包括：铝；所述负极集流体层和所述负极集流体层连接部的制作材料相同，所述负极集流体层采用沉积工艺制成，且其制作材料包括：铜。
可选地，还包括：保护层，所述保护层设置在所述多层锂电池单元的外围。
第二方面，本发明实施例还提供一种全固态锂电池的制备方法，包括：
提供一基板；
在所述基板上叠加设置多层锂电池单元；每层锂电池单元包括：正极层、电解质层、负极层、正极集流体层和负极集流体层；其中，一对相邻锂电池单元的正极集流体层通过正极集流体连接部连接，该对相邻锂电池单元共用一负极集流体层；或，
一对相邻锂电池单元的负极集流体层通过负极集流体连接部连接，该对相邻锂电池单元共用一正极集流体层。
可选地，所述在所述基板上叠加设置多层锂电池单元包括：
在基板上通过沉积工艺依次形成正极集流体层、正极层和电解质层；
在电解质层上通过蒸镀工艺形成负极层；
在负极层上通过沉积工艺形成负极集流体层，以形成第一层锂电池单元；
在奇数层锂电池单元上通过蒸镀工艺形成负极层；
在所述负极层上通过沉积工艺形成电解质层和电解质连接部，所述电解质连接部用于连接相邻锂电池单元的电解质层；
在所述电解质层上通过沉积工艺形成正极层；
在所述正极层上通过沉积工艺形成正极集流体层和正极集流体连接部，以形成偶数层锂电池单元；
在偶数层锂电池单元上通过沉积工艺形成正极层；
在正极层通过沉积工艺形成电解质层和电解质连接部；
在所述电解质层上通过蒸镀工艺形成负极层；
在所述负极层上通过沉积工艺形成负极集流体层和负极集流体连接部，以形成奇数层锂电池单元。
可选地，所述在所述基板上叠加设置多层锂电池单元包括：
在基板上通过沉积工艺形成负极集流体层；
在所述负极集流体层上通过蒸镀工艺形成负极层；
在负极层上依次通过沉积工艺形成电解质层、正极层和正极集流体层，以形成第一层锂电池单元；
在奇数层锂电池单元上通过蒸镀工艺形成正极层；
在所述正极层上通过沉积工艺形成电解质层和电解质连接部，所述电解质连接部用于连接相邻锂电池单元的电解质层；
在所述电解质层上通过蒸镀工艺形成负极层；
在所述负极层上通过沉积工艺形成负极集流体层和负极集流体连接部，以形成偶数层锂电池单元；
在偶数层锂电池单元上通过蒸镀工艺形成负极层；
在负极层通过沉积工艺形成电解质层和电解质连接部；
在所述电解质层上通过沉积工艺形成正极层；
在所述正极层上通过沉积工艺形成正极集流体层和正极集流体连接部，以形成奇数层锂电池单元。
可选地，所述在所述正极层上通过沉积工艺形成电解质层和电解质连接部之后，所述方法还包括：
在电解质连接部上通过刻蚀工艺形成第一过孔和第二过孔，第一过孔中设置有正极集流体连接部连接各锂电池单元的正极集流体层，第二过孔中设置有负极集流体连接部连接各锂电池单元的负极集流体层。
可选地，所述在所述负极层上通过沉积工艺形成电解质层和电解质连接部之后，所述方法还包括：
在电解质连接部上通过刻蚀工艺形成第一过孔和第二过孔，第一过孔中设置有正极集流体连接部连接各锂电池单元的正极集流体层，第二过孔中设置有负极集流体连接部连接各锂电池单元的负极集流体层。
可选地，所述在所述基板上叠加设置多层锂电池单元之后，所述方法还包括：
在所述多层锂电池单元上形成保护层。
本发明实施例提供一种全固态锂电池及其制备方法，其中，全固态锂电池包括：基板以及叠加设置在所述基板上的多层锂电池单元；每层锂电池单元包括：正极集流体层、正极层、电解质层、负极层和负极集流体层；其中，一对相邻锂电池单元的正极集流体层通过正极集流体连接部连接，该对相邻锂电池单元共用一负极集流体层；或，一对相邻锂电池单元的负极集流体层通过负极集流体连接部连接，该对相邻锂电池单元共用一正极集流体层。本发明实施例提供的技术方案通过连接相邻锂电池单元的正极集流体层或负极集流体层，避免了对每层锂电池单元的正极集流体层和负极集流体层做接头处理，从而避免了接头暴露在大气中出现腐蚀并导致电阻增加，不仅提高了全固态锂电池的可靠性，而且还延长了全固态锂电池的使用寿命。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
图1为现有全固态锂电池的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的全固态锂电池的结构示意图一；
图3为本发明实施例提供的全固态锂电池的结构示意图二；
图4为图3对应的全固态锂电池的部分结构示意图；
图5为本发明实施例提供的固态锂电池的结构示意图三；
图6为本发明实施例提供的全固态锂电池的制备方法的流程图；
图7A为本发明实施例提供的全固态锂电池的制备方法一的示意图一；
图7B为图7A的俯视图；
图8A为本发明实施例提供的全固态锂电池的制备方法一的示意图二；
图8B为图8A的俯视图；
图9A为本发明实施例提供的全固态锂电池的制备方法一的示意图三；
图9B为图9A的俯视图；
图10A为本发明实施例提供的全固态锂电池的制备方法一的示意图四；
图10B为图10A的俯视图；
图11A为本发明实施例提供的全固态锂电池的制备方法一的示意图五；
图11B为图11A的俯视图；
图12A为本发明实施例提供的全固态锂电池的制备方法一的示意图六；
图12B为图12A的俯视图；
图13A为本发明实施例提供的全固态锂电池的制备方法一的示意图七；
图13B为图13A的俯视图；
图14A为本发明实施例提供的全固态锂电池的制备方法一的示意图八；
图14B为图14A的俯视图；
图15A为本发明实施例提供的全固态锂电池的制备方法一的示意图九；
图15B为图15A的俯视图；
图16A为本发明实施例提供的全固态锂电池的制备方法一的示意图十；
图16B为图16A的俯视图；
图17A为本发明实施例提供的全固态锂电池的制备方法一的示意图十一；
图17B为图17A的俯视图；
图18A为本发明实施例提供的全固态锂电池的制备方法一的示意图十二；
图18B为图18A的俯视图；
图19A为本发明实施例提供的全固态锂电池的制备方法一的示意图十三；
图19B为图19A的俯视图；
图20A为本发明实施例提供的全固态锂电池的制备方法一的示意图十四；
图20B为图20A的俯视图；
图21A为本发明实施例提供的全固态锂电池的制备方法一的示意图十五；
图21B为图21A的俯视图；
图22A为本发明实施例提供的全固态锂电池的制备方法一的示意图十六；
图22B为图22A的俯视图；
图23A为本发明实施例提供的全固态锂电池的制备方法二的示意图一；
图23B为图23A的俯视图；
图24A为本发明实施例提供的全固态锂电池的制备方法二的示意图二；
图24B为图24A的俯视图；
图25A为本发明实施例提供的全固态锂电池的制备方法二的示意图三；
图25B为图25A的俯视图；
图26A为本发明实施例提供的全固态锂电池的制备方法二的示意图四；
图26B为图26A的俯视图；
图27A为本发明实施例提供的全固态锂电池的制备方法二的示意图五；
图27B为图27A的俯视图；
图28A为本发明实施例提供的全固态锂电池的制备方法二的示意图六；
图28B为图28A的俯视图；
图29A为本发明实施例提供的全固态锂电池的制备方法二的示意图七；
图29B为图29A的俯视图；
图30A为本发明实施例提供的全固态锂电池的制备方法二的示意图八；
图30B为图30A的俯视图；
图31A为本发明实施例提供的全固态锂电池的制备方法二的示意图九；
图31B为图31A的俯视图；
图32A为本发明实施例提供的全固态锂电池的制备方法二的示意图十；
图32B为图32A的俯视图；
图33A为本发明实施例提供的全固态锂电池的制备方法二的示意图十一；
图33B为图33A的俯视图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
除非另外定义，本发明实施例公开使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述的对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
图1为现有全固态锂电池的结构示意图，如图1所示，全固态锂电池包括：基板1以及设置在基板1上的正极集流体2、正极3、电解质4、负极5和负极集流体6，其中，正极集流体2通过铝片做接头引出电极，负极集流体6通过铜片或镍片做接头引出电极，以形成叠层锂电池，具体的，叠层锂电池的多个正极集流体接头连接在一起，多个负极集流体接头连接在一起。
但是，由于现有的全固态锂电池的多个正极集流体接头和多个负极集流体接头暴露在空气中，容易受水汽等影响，从而出现腐蚀并导致电阻增加，使得全固态锂电池的可靠性降低，最终导致全固态锂电池的使用寿命降低。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种全固态锂电池以及制备方法。具体说明如下：
实施例一
图2为本发明实施例提供的全固态锂电池的结构示意图一，图3为本发明实施例提供的全固态锂电池的结构示意图二，如图2和图3所示，本发明实施例提供的全固态锂电池包括：基板10以及叠加设置在基板10上的多层锂电池单元；每层锂电池单元包括：正极集流体层11、正极层12、电解质层13、负极层14和负极集流体层15，其中，其中，一对相邻锂电池单元的正极集流体层11通过正极集流体连接部110连接，该对相邻锂电池单元共用一负极集流体层15；或，一对相邻锂电池单元的负极集流体层15通过负极集流体连接部150连接，该对相邻锂电池单元共用一正极集流体层11。
可选地，基板10可以是玻璃、塑料、聚合物、金属片、硅片、石英、陶瓷、云母等。优选地，为了提高全固态锂电池的弯折性能，基板可以为柔性基板，柔性基板可以为：聚酰亚胺(Polyimide，简称PI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene Terephthalate，简称PET)、氧化锆、氧化铝等材料。
具体的，本发明实施例提供的全固态锂电池包括至少两个锂电池单元，具体根据实际需求确定，需要说明的是，图2和图3均是以全固态锂电池以三个锂电池单元为例进行说明的。在图2和图3中，第一层锂电池单元和第二层锂电池单元共用一负极集流体层15，其中，第一层锂电池单元和第二层锂电池单元的正极集流体层通过正极集流体连接部110连接，第二层锂电池单元和第三层锂电池单元共用一正极集流体层11，其中，第二层锂电池单元和第三层锂电池单元的负极集流体层通过负极集流体连接部150连接。
其中，负极集流体层15与负极集流体连接部150呈弯折形，正极集流体层11与正极集流体连接部110呈弯折形。
进一步地，本发明实施例通过相邻锂电池单元共用正极集流体层或负极集流体层，在保证全固态锂电池的续航能力的同时，还降低了全固态锂电池的厚度。
本发明实施例提供的全固态锂电池包括：基板以及叠加设置在基板上的多层锂电池单元；每层锂电池单元包括：正极集流体层、正极层、电解质层、负极层和负极集流体层；其中，一对相邻锂电池单元的正极集流体层通过正极集流体连接部连接，该对相邻锂电池单元共用一负极集流体层；或一对相邻锂电池单元的负极集流体层通过负极集流体连接部连接，该对相邻锂电池单元共用一正极集流体层。本发明实施例提供的技术方案通过连接相邻锂电池单元的正极集流体层或负极集流体层，避免了对每层锂电池单元的正极集流体层和负极集流体层做接头处理，从而避免了接头暴露在大气中出现腐蚀并导致电阻增加，不仅提高了全固态锂电池的可靠性，而且还延长了全固态锂电池的使用寿命。
可选地，作为一种实施方式，奇数层锂电池单元的正极层设置在正极集流体层远离基板的一侧，其负极层设置在负极集流体层靠近基板的一侧；偶数层锂电池单元的正极层设置在正极集流体层靠近基板的一侧，其负极层设置在负极集流体层远离基板的一侧，每层锂电池单元的电解质层设置在正极层和负极层之间。需要说明的是，图2和图3均是以该种实施方式为例进行说明的。
可选地，作为另一种实施方式，奇数层锂电池的负极层设置在负极集流体层远离基板的一侧，其正极层设置在正极集流体层靠近基板的一侧；偶数层锂电池单元的正极层设置在正极集流体层远离基板的一侧，其负极层设置在负极集流体层靠近基板的一侧，每层锂电池单元的电解质层设置在正极层和负极层之间。
可选地，如图2和图3所示，相邻锂电池单元的电解质层13通过电解质连接部130连接。
可选地，本发明实施例中并不具体限定正极集流体层和正极层面积大小，正极集流体层的面积可以大于正极层，也可以小于。
可选地，图4为图3对应的全固态锂电池的部分结构示意图，如图4所示，在第二层锂电池的电解质连接部中设置有第一过孔131和第二过孔132，第一过孔131中设置有正极集流体连接部连接各锂电池单元的正极集流体层11，第二过孔132中设置有负极集流体连接部连接各锂电池单元的负极集流体层15。
其中，第一过孔131的数量为2个，第二过孔132的数量2个，具体的，第一过孔131和第二过孔132垂直于基板10。
图2和图3作为本发明实施例提供的全固态锂电池，两者相比，图2提供的全固态锂电池中相邻锂电池单元的负极集流体层之间、正极集流体层之间在电解质层的外围进行电连接，与图3提供的全固态锂电池相比，简化了工艺，避免分别对每层正极集流体和负极集流体做接头处理，避免了做接头的金属暴露在大气中受水汽影响而造成的腐蚀，提高了全固态锂电池的可靠性，延长了其使用寿命。
图3提供的全固态锂电池，在电解质连接部130上进行打孔，负极集流体层15之间、正极集流体层11之间通过电解质连接部130的过孔进行电连接，进一步减少了与大气接触的金属的面积，避免分别对每层正极集流体和负极集流体做接头处理，避免了做接头的金属暴露在大气中受水汽影响而造成的腐蚀，提高了全固态锂电池的可靠性，延长了其使用寿命。
可选地，电解质连接部130和电解质层13的制作材料相同，电解质层13采用沉积工艺制成，且其制作材料包括：磷酸锂、氧化锂或磷酸钛锂中的至少一个。
可选地，电解质连接部130采用沉积工艺形成。
可选地，正极集流体层11和正极集流体连接部110的制作材料相同，正极集流体层采用沉积工艺制成，且其制作材料包括：铝。为了保证集流体在全固态锂电池的内部稳定性，铝的纯度要求在98％以上。
可选地，正极集流体连接部110采用沉积工艺形成。
可选地，负极集流体层15和负极集流体连接部150的制作材料相同，负极集流体层采用沉积工艺制成，且其制作材料包括：铜。为了保证集流体在全固态锂电池的内部稳定性，铜的纯度要求在98％以上。
可选地，负极集流体连接部150采用沉积工艺形成。
可选地，正极层12采用沉积工艺形成，且其制作材料包括：镍钴铝酸锂、富锂、锰酸锂、钛酸锂、磷酸铁锂，进一步地，正极层一般采用复合电极，除了电极活性物质外还包括固态电解质和导电剂，在电极中起到传输离子和电子的作用。
可选地，负极层14采用蒸镀工艺形成，且其制作材料包括金属锂、合金类或氧化物中的一种或至少两种的组合。可选地，合金类包括锂合金和/或硅基合金。
可选地，图5为本发明实施例提供的固态锂电池的结构示意图三，如图5所示，本发明实施例提供全固态锂电池还包括：保护层20，保护层20设置在多层锂电池单元的外围。
本发明实施例进一步描述全固态锂电池的基本工作原理：充电时正极层中的锂离子从晶格中脱嵌，在电解质层中向负极层迁移，电子通过外电路向负极层迁移，两者在负极层处复合成锂原子、合金化或嵌入到负极层中。放电过程与充电过程恰好相反，此时电子通过外电路形成电流而驱动电子器件。
实施例二
基于上述实施例的发明构思，本发明实施例还提供一种全固态锂电池的制备方法，图6为本发明实施例提供的全固态锂电池的制备方法的流程图，如图6所示，本发明实施例提供的全固态锂电池的制备方法具体包括以下步骤：
步骤100、提供一基板。
可选地，基板可以是玻璃、塑料、聚合物、金属片、硅片、石英、陶瓷、云母等。优选地，基板可以为柔性基板，柔性基板可以为：聚酰亚胺(Polyimide，简称PI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene Terephthalate，简称PET)、氧化锆、氧化铝等材料。
步骤200、在基板上叠加设置多层锂电池单元。
在本实施例中，每层锂电池单元包括：正极层、电解质层、负极层、正极集流体层和负极集流体层；其中，一对相邻锂电池单元的正极集流体层通过正极集流体连接部连接，该对相邻锂电池单元共用一负极集流体层；或，一对相邻锂电池单元的负极集流体层通过负极集流体连接部连接，该对相邻锂电池单元共用一正极集流体层。
具体的，本发明实施例提供的全固态锂电池包括至少两个锂电池单元，具体根据实际需求确定。
其中，负极集流体层与负极集流体连接呈弯折形，正极集流体层与正极集流体连接呈弯折形。
进一步地，本发明实施例通过相邻锂电池单元共用正极集流体层或负极集流体层，在保证全固态锂电池的续航能力的同时，还降低了全固态锂电池的厚度。
本发明实施例提供的全固态锂电池的制备方法包括：提供一基板，在基板上叠加设置多层锂电池单元；每层锂电池单元包括：正极层、电解质层、负极层、正极集流体层和负极集流体层；其中，一对相邻锂电池单元的正极集流体层通过正极集流体连接部连接，该对相邻锂电池单元共用一负极集流体层；或，一对相邻锂电池单元的负极集流体层通过负极集流体连接部连接，该对相邻锂电池单元共用一正极集流体层，本发明实施例提供的技术方案通过连接相邻锂电池单元的正极集流体层或负极集流体层，避免了对每层锂电池单元的正极集流体层和负极集流体层做接头处理，从而避免了接头暴露在大气中出现腐蚀并导致电阻增加，不仅提高了全固态锂电池的可靠性，而且还延长了全固态锂电池的使用寿命。
可选地，作为一种实施方式，步骤200具体包括：在基板上通过沉积工艺依次形成正极集流体层、正极层和电解质层；在电解质层上通过蒸镀工艺形成负极层；在负极层上通过沉积工艺形成负极集流体层，以形成第一层锂电池单元；在奇数层锂电池单元上通过蒸镀工艺形成负极层；在负极层上通过沉积工艺形成电解质层和电解质连接部，电解质连接部用于连接相邻锂电池单元的电解质层；在电解质层上通过沉积工艺形成正极层；在正极层上通过沉积工艺形成正极集流体层和正极集流体连接部，以形成偶数层锂电池单元；在偶数层锂电池单元上通过沉积工艺形成正极层；在正极层通过沉积工艺形成电解质层和电解质连接部；在电解质层上通过蒸镀工艺形成负极层；在负极层上通过沉积工艺形成负极集流体层和负极集流体连接部，以形成奇数层锂电池单元。
具体的，上述实施方式是以在基板上先设置正极集流体层进行说明的。需要说明的是，在第二层及以上的锂电池单元中电解质层和电解质连接部通过沉积工艺同时形成，在奇数层锂电池单元中负极集流体层和负极集流体连接部通过沉积工艺同时形成，在偶数层锂电池单元中正极正极集流体层和正极集流体连接部通过沉积工艺同时形成。
可选地，作为另外一种实施方式，步骤200具体包括：在基板上通过沉积工艺形成负极集流体层；在负极集流体层上通过蒸镀工艺形成负极层；在负极层上依次通过沉积工艺形成电解质层、正极层和正极集流体层，以形成第一层锂电池单元；在奇数层锂电池单元上通过蒸镀工艺形成正极层；在正极层上通过沉积工艺形成电解质层和电解质连接部，电解质连接部用于连接相邻锂电池单元的电解质层；在电解质层上通过蒸镀工艺形成负极层；在负极层上通过沉积工艺形成负极集流体层和负极集流体连接部，以形成偶数层锂电池单元；在偶数层锂电池单元上通过蒸镀工艺形成负极层；在负极层通过沉积工艺形成电解质层和电解质连接部；在电解质层上通过沉积工艺形成正极层；在正极层上通过沉积工艺形成正极集流体层和正极集流体连接部，以形成奇数层锂电池单元。
具体的，上述实施方式是以在基板上先设置负极集流体层进行说明的。需要说明的是，在第二层及以上的锂电池单元中电解质层和电解质连接部通过沉积工艺同时形成，在偶数层锂电池单元中负极集流体层和负极集流体连接部通过沉积工艺同时形成，在奇数层锂电池单元中正极正极集流体层和正极集流体连接部通过沉积工艺同时形成。
可选地，在正极层上通过沉积工艺形成电解质层和电解质连接部之后，本发明实施例提供的制备方法还包括：在电解质连接部上通过刻蚀工艺形成第一过孔和第二过孔，第一过孔中设置有正极集流体连接部连接各锂电池单元的正极集流体层，第二过孔中设置有负极集流体连接部连接各锂电池单元的负极集流体层。
可选地，在负极层上通过沉积工艺形成电解质层和电解质连接部之后，本发明实施例提供的制备方法还包括：在电解质连接部上通过刻蚀工艺形成第一过孔和第二过孔，第一过孔中设置有正极集流体连接部连接各锂电池单元的正极集流体层，第二过孔中设置有负极集流体连接部连接各锂电池单元的负极集流体层。
可选地，电解质连接部和电解质层的制作材料相同，包括：磷酸锂、氧化锂或磷酸钛锂。
可选地，正极集流体层和正极集流体层连接部的制作材料相同，包括：铝。为了保证集流体在全固态锂电池的内部稳定性，铝的纯度要求在98％以上。
可选地，正极集流体层连接部采用沉积工艺形成。
可选地，负极集流体层和负极集流体层连接部的制作材料相同，负极集流体层的制作材料包括：铜。为了保证集流体在全固态锂电池的内部稳定性，铜的纯度要求在98％以上。
可选地，正极层的制作材料包括：镍钴铝酸锂、富锂、锰酸锂、钛酸锂、磷酸铁锂，进一步地，正极层一般采用复合电极，除了电极活性物质外还包括固态电解质和导电剂，在电极中起到传输离子和电子的作用。
可选地，负极层的制作材料包括金属锂、合金类或氧化物中的一种或至少两种的组合。可选地，合金类包括锂合金和/或硅基合金。
可选地，在步骤200之后，本发明实施例提供的制备方法还包括：在多层锂电池单元上形成保护层。
需要说明的是，沉积工艺包括：磁控溅射法、脉冲激光沉积法或等离子体辅助电子束蒸镀法。其中，磁控溅射法也称射频磁控溅射法，磁控溅射所使用的靶材根据原料进行选择或制备，可以采用常规方法制备得到。脉冲激光沉积法，也被称为脉冲激光烧蚀，是一种利用激光对物体进行轰击，然后将轰击出来的物质沉淀在不同的衬底上，得到沉淀或者薄膜的一种手段。等离子体辅助电子束蒸镀法中“蒸镀”指热蒸发镀膜，是电子束基于电子在位差为U的电场作用下获得动能轰击靶材上，使靶材加热汽化，实现蒸发镀膜。蒸发镀膜指在高真空的条件下加热金属或非金属材料，使其蒸发并凝结于镀件(金属、半导体或绝缘体)表面而形成薄膜的一种方法。
优选地，负极薄膜通过蒸镀工艺形成，其中，蒸镀工艺包括：真空热蒸镀工艺。
下面以全固态锂电池包括三层锂电池单元，在基板上先设置正极集流体层、在电解质连接部上打孔为例，结合图7～图23，进一步说明本发明实施例提供的全固态锂电池的制备方法。
步骤301、在基板10上通过沉积工艺形成正极集流体层11，具体如图7A和图7B所示，图7B为图7A的俯视图。
步骤302、在正极集流体层11通过沉积工艺上形成正极层12，具体如图8A和8B所示，图8B为图8A的俯视图。
具体的，正极集流体层11在基板10上的正投影可以大于正极层12在基板10上的正投影，还可以小于正极层12在基板上的正投影，图8是以大于为例进行说明的。
步骤303、在正极层12上通过沉积工艺形成电解质层13，具体如图9A和9B所示。
具体的，电解质层13的左侧与基板左侧的距离小于正极集流体层左侧与基板左侧的距离，电解质层13的右侧与基板右侧的距离大于正极集流体层右侧与基板右侧的距离。
步骤304、在电解质层13上通过刻蚀工艺形成第一过孔131，具体如图10A和10B所示。
其中，第一过孔131用于连接相邻锂电池单元的正极集流体层。
步骤305、在电解质层13上通过蒸镀工艺形成负极层14，具体如图11A和11B所示。
其中，负极层14在基板10上的正投影与正极层12在基板上的正投影重合。
步骤306、在负极层14通过沉积工艺上形成负极集流体层15，以形成第一层锂电池单元，具体如图12A和12B所示。
具体的，电解质层的左侧与基板左侧的距离大于负极集流体层左侧与基板左侧的距离，电解质层的右侧与基板右侧的距离大于负极集流体层右侧与基板右侧的距离。
步骤307、在负极集流体层15上通过蒸镀工艺形成负极层14，具体如图13A和13B所示。
步骤308、在负极层14上通过沉积工艺形成电解质层13和电解质连接部130，具体如图14A和14B所示。
其中，第二层锂电池单元的电解质层13与第一层锂电池单元的电解质层13通过电解质连接部130连接。
步骤309、在电解质连接部130上通过刻蚀工艺形成第一过孔132和第二过孔132，具体如图15A和15B所示。
步骤310、在电解质层13上通过沉积工艺形成正极层12，具体如图16A和16B所示。
步骤311、在正极层12上通过沉积工艺形成正极集流体层11和正极集流体连接部110，以形成第二层锂电池单元，具体如图17A和17B所示。
其中，正极集流体连接部110通过第一过孔131连接第二层锂电池单元的正极集流体层与第一层锂电池单元的正极集流体层连接。
步骤312、在正极集流体层11通过沉积工艺上形成正极层12，具体如图18A和18B所示。
步骤313、在正极层12上通过沉积工艺形成电解质层13和电解质连接部130，具体如图19A和19B所示。
步骤314、在电解质连接部130上通过刻蚀工艺形成第一过孔131和第二过孔132，具体如图20A和20B。
步骤315、在电解质层13上通过蒸镀工艺形成负极层14，具体如图21A和21B所示。
步骤316、在负极层14上通过沉积工艺形成负极集流体层15和负极集流体连接部150，具体如图22A和22B所示。
具体的，负极集流体连接部150通过第二过孔132连接第三层锂电池单元的负极集流体层和第二层锂电池单元的负极集流体层。
步骤317、在负极集流体层15上通过沉积工艺形成电解质层13，在电解质层13上形成正极集流体层11，正极集流体层11通过第二层锂电池单元的正极集流体层连接，具体如图3所示。
以全固态锂电池包括三层锂电池单元，在基板上先设置正极集流体层，正极集流体层或负极集流体层在电解质层外围连接为例，结合图7～图8、图23～图33进一步说明本发明实施例提供的全固态锂电池的制备方法。
步骤401、在基板10上形成正极集流体层11，具体如图7A和图7B所示。
步骤402、在正极集流体层11上形成正极层12，具体如图8A和8B所示。
步骤403、在正极层12上通过沉积工艺形成电解质层13，具体如图23A和23B所示。
步骤404、在电解质层13上通过蒸镀工艺形成负极层14，具体如图24A和24B所示。
步骤405、在负极层14上通过沉积工艺形成负极集流体层15，以形成第一层锂电池单元，具体如图25A和25B所示。
具体的，负极集流体层15包围电解质层13的左侧。
具体的，电解质层的左侧与基板左侧的距离大于负极集流体层左侧与基板左侧的距离，电解质层的右侧与基板右侧的距离大于负极集流体层右侧与基板右侧的距离。
步骤406、在负极集流体层15上通过蒸镀工艺形成负极层14，具体如图26A和26B所示。
步骤407、在负极层14上通过沉积工艺形成电解质层13和电解质连接部130，具体如图27A和27B所示。
步骤408、在电解质层13通过沉积工艺上形成正极层12，具体如图28A和28B所示。
步骤409、在正极层12上通过沉积工艺形成正极集流体层11和正极集流体连接部110，以形成第二层锂电池单元，具体如图29A和29B所示。
其中，第二层锂电池单元的正极集流体层包围电解质层13的右侧。
步骤410、在正极集流体层11上通过沉积工艺形成正极层12，具体如图30A和30B所示。
步骤411、在正极层12上通过沉积工艺形成电解质层13和电解质连接部130，具体如图31A和31B所示。
具体的，第三层锂电池单元的电解质层在基板上的正投影与第二层锂电池单元的电解质层的正投影重合。
步骤412、在电解质层13上通过蒸镀工艺形成负极层14，具体如图32A和32B所示。
步骤413、在负极层14上通过沉积工艺形成负极集流体层15和负极集流体连接部150，具体如图33A和33B所示。
具体的，负极集流体层15包围第二层锂电池单元的电解质层13和第三层锂电池单元的电解质层13的左侧。
步骤414、在负极集流体层15上通过沉积工艺形成电解质层13和正极集流体层11，具体如图2所示。
本发明实施例附图只涉及本发明实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。
为了清晰起见，在用于描述本发明的实施例的附图中，层或微结构的厚度和尺寸被放大。可以理解，当诸如层、膜、区域或基板之类的元件被称作位于另一元件“上”或“下”时，该元件可以“直接”位于另一元件“上”或“下”，或者可以存在中间元件。
在不冲突的情况下，本发明的实施例即实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (9)

1.一种全固态锂电池，其特征在于，包括：基板以及叠加设置在所述基板上的多层锂电池单元；每层锂电池单元包括：正极集流体层、正极层、电解质层、负极层和负极集流体层；
其中，一对相邻锂电池单元的正极集流体层通过正极集流体连接部连接，该对相邻锂电池单元共用一负极集流体层；或，
一对相邻锂电池单元的负极集流体层通过负极集流体连接部连接，该对相邻锂电池单元共用一正极集流体层；
相邻锂电池单元的电解质层通过电解质连接部连接；
电解质连接部中设置有第一过孔和第二过孔，第一过孔中设置有正极集流体连接部连接各锂电池单元的正极集流体层，第二过孔中设置有负极集流体连接部连接各锂电池单元的负极集流体层；
所述全固态锂电池还包括：保护层，所述保护层设置在所述多层锂电池单元的外围。
2.根据权利要求1所述的全固态锂电池，其特征在于，奇数层锂电池单元的正极层设置在正极集流体层远离所述基板的一侧，其负极层设置在负极集流体层靠近所述基板的一侧；偶数层锂电池单元的正极层设置在正极集流体层靠近所述基板的一侧，其负极层设置在负极集流体层远离所述基板的一侧，每层锂电池单元的电解质层设置在正极层和负极层之间。
3.根据权利要求1所述的全固态锂电池，其特征在于，奇数层锂电池单元的负极层设置在负极集流体层远离所述基板的一侧，其正极层设置在正极集流体层靠近所述基板的一侧；偶数层锂电池单元的正极层设置在正极集流体层远离所述基板的一侧，其负极层设置在负极集流体层靠近基板的一侧，每层锂电池单元的电解质层设置在正极层和负极层之间。
4.根据权利要求1所述的全固态锂电池，其特征在于，所述第一过孔和所述第二过孔垂直于基板。
5.根据权利要求1所述的全固态锂电池，其特征在于，所述电解质连接部和所述电解质层的制作材料相同， 所述电解质层采用沉积工艺制成，且其制作材料包括：磷酸锂、氧化锂或磷酸钛锂中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的全固态锂电池，其特征在于，所述正极集流体层和所述正极集流体层连接部的制作材料相同，所述正极集流体层采用沉积工艺制成，且其制作材料包括：铝；所述负极集流体层和所述负极集流体层连接部的制作材料相同，所述负极集流体层采用沉积工艺制成，且其制作材料包括：铜。
7.一种全固态锂电池的制备方法，其特征在于，包括：
提供一基板；
在所述基板上叠加设置多层锂电池单元；每层锂电池单元包括：正极层、电解质层、负极层、正极集流体层和负极集流体层；其中，一对相邻锂电池单元的正极集流体层通过正极集流体连接部连接，该对相邻锂电池单元共用一负极集流体层；或，
一对相邻锂电池单元的负极集流体层通过负极集流体连接部连接，该对相邻锂电池单元共用一正极集流体层；相邻锂电池单元的电解质层通过电解质连接部连接；
所述方法还包括：在电解质连接部上通过刻蚀工艺形成第一过孔和第二过孔，第一过孔中设置有正极集流体连接部连接各锂电池单元的正极集流体层，第二过孔中设置有负极集流体连接部连接各锂电池单元的负极集流体层；
所述在所述基板上叠加设置多层锂电池单元之后，所述方法还包括：
在所述多层锂电池单元上形成保护层。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述在所述基板上叠加设置多层锂电池单元包括：
在基板上依次形成正极集流体层、正极层、电解质层、负极层和负极集流体层，以形成第一层锂电池单元；
在奇数层锂电池单元上通过蒸镀工艺形成负极层；
在所述负极层上通过沉积工艺形成电解质层和电解质连接部，所述电解质连接部用于连接相邻锂电池单元的电解质层；
在所述电解质层上通过沉积工艺形成正极层；
在所述正极层上通过沉积工艺形成正极集流体层和正极集流体连接部，以形成偶数层锂电池单元；
在偶数层锂电池单元上通过沉积工艺形成正极层；
在正极层通过沉积工艺形成电解质层和电解质连接部；
在所述电解质层上通过蒸镀工艺形成负极层；
在所述负极层上通过沉积工艺形成负极集流体层和负极集流体连接部，以形成奇数层锂电池单元。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述在所述基板上叠加设置多层锂电池单元包括：
在基板上通过沉积工艺形成负极集流体层；
在所述负极集流体层上通过蒸镀工艺形成负极层；
在负极层上依次通过沉积工艺形成电解质层、正极层和正极集流体层，以形成第一层锂电池单元；
在奇数层锂电池单元上通过蒸镀工艺形成正极层；
在所述正极层上通过沉积工艺形成电解质层和电解质连接部，所述电解质连接部用于连接相邻锂电池单元的电解质层；
在所述电解质层上通过蒸镀工艺形成负极层；
在所述负极层上通过沉积工艺形成负极集流体层和负极集流体连接部，以形成偶数层锂电池单元；
在偶数层锂电池单元上通过蒸镀工艺形成负极层；
在负极层通过沉积工艺形成电解质层和电解质连接部；
在所述电解质层上通过沉积工艺形成正极层；
在所述正极层上通过沉积工艺形成正极集流体层和正极集流体连接部，以形成奇数层锂电池单元。
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