CN111095649A - 具有界面层的高性能薄膜电池 - Google Patents

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Abstract

提供了一种全固态锂基薄膜电池。全固态锂基薄膜电池包括电池材料堆，该电池材料堆从下至上包括阳极侧电极、阳极区域、氧化铝界面层、固态电解质层、阴极层、以及阴极侧电极层。通过首先形成电池堆的阳极侧，然后形成阴极侧，来形成全固态锂基薄膜电池堆。包括位于阳极区域和固态电解质层之间的氧化铝界面层的全固态锂基薄膜电池均具有改善的性能、高容量和高可靠性。

Description

具有界面层的高性能薄膜电池
背景技术
本申请涉及全固态薄膜电池及其形成方法。更具体地，本申请涉及具有增强性能的全固态锂基薄膜电池，以及形成这种电池的方法。
近年来，对便携式电子设备的需求增加，例如，计算机、移动电话、跟踪系统、扫描仪、医疗设备、智能手表和健身设备。便携式电子设备的一个缺点是需要在设备本身内包括电源。通常，电池被用作这种便携式电子设备的电源。电池必须具有足够的容量以至少在使用便携式电子设备的时间内为便携式电子设备供电。足够的电池容量可能会导致电源与便携式电子设备的其余部分相比过重和/或过大。因此，需要具有足够能量存储的更小尺寸和更轻的电源。可以在更小和更轻的便携式电子设备中实现这样的电源。
常规电池的另一个缺点是某些电池包含潜在易燃和有毒的材料，这些材料可能泄漏并且可能受到政府法规的约束。因此，期望提供一种在许多充电/放电寿命周期内安全、固态且可再充电的电源。
固态锂基电池是一种类型的能量存储装置，其体积小，重量轻，包含无毒材料并且可以在许多充电/放电循环中进行再充电。固态锂基电池是可再充电电池，其包括两个锂实施的电极。通常，锂基电池包括锂化的阴极材料层和包括锂的阳极区域。在一些实施例中，可以在充电/再充电过程中形成阳极区域。
在传统的固态锂基电池中，在形成阳极侧之前先形成电池的阴极侧。在这种固态的基于锂的电池中，含锂的阳极区域可能经历氧化。此外，在某些情况下，常规固态锂基电池的阳极区域具有不均匀的锂分布。而且，常规的固态锂基薄膜电池不能快速充电并且容量低。因此，需要提供一种具有快速充电速率和高容量并且至少在某种程度上避免了阳极氧化和锂分布问题的全固态锂基薄膜电池。
发明内容
提供了一种全固态锂基薄膜电池(以下称为“全固态锂基电池”)。在本申请中通篇使用“薄膜电池”来表示厚度为100μm及以下的电池。术语“全固态”表示完全由固态材料组成的电池。全固态锂基电池包括电池材料堆，该电池材料堆从下至上包括阳极侧电极、阳极区域、氧化铝界面层、固态电解质层、阴极层和阴极侧电极层。通过首先形成电池堆的阳极侧，然后形成阴极侧，来形成全固态锂基电池堆。包括位于阳极区域和固态电解质层之间的氧化铝界面层的全固态锂基电池具有改善的性能、高容量和高可靠性。在一些实施例中，全固态锂基电池具有快速充电速率C，其中C是总充电容量/小时。“快速充电速率C”是指3C或更高的充电速率。在一些实施例中，全固态锂基电池具有大于50mAh/g的比充电容量。
在本申请的一方面，提供了全固态锂基电池。在一个实施例中，全固态锂基电池可包括位于衬底的物理暴露表面上的阳极侧电极。氧化铝界面层位于阳极侧电极上。锂基固态电解质层位于氧化铝界面层的物理暴露的表面上。锂化的阴极材料层位于锂基固态电解质层的物理暴露表面上，而阴极侧电极位于锂化的固体电解质层的物理暴露表面上。
在另一个实施例中，固态锂基电池可包括连续的阳极侧电极，该连续的阳极侧电极包括第一水平阳极侧电极指状部分，垂直阳极侧电极部分和第二水平阳极侧电极指状部分，其中第一水平阳极侧电极指状部分和第二水平阳极侧电极指状部分由间隙隔开，并且其中第一水平阳极侧电极指状部分与垂直阳极侧电极部分的第一侧壁的底部接触，并且第二水平阳极侧电极指状部分与垂直阳极侧电极部分的第一侧壁的顶部接触。连续的氧化铝界面层位于第一水平阳极侧电极指状部分的侧壁和最上表面，垂直阳极侧电极部分的第一侧壁，以及第二水平阳极侧电极指状部分的最底表面、侧壁表面和最顶表面上。锂基固态电解质层位于连续的氧化铝界面层上。锂化的阴极材料层位于锂基固态电解质上，阴极侧的电极位于锂化的阴极材料上。在该实施例中，阴极侧电极包括第一水平阴极侧电极指状部分、垂直阴极侧电极部分和第二水平阴极电极指状部分，第一水平阴极侧电极指状部分与垂直阴极侧电极部分的第一侧壁的中间部分接触，并且第二水平阴极侧电极指状部分与垂直阴极侧电极部分的第一侧壁的顶部接触。根据本申请，第一水平阴极侧电极指状部分以及氧化铝界面层、锂基固态电解质和锂化阴极材料层中的每一个的一部分存在于间隙中，并且第二水平阴极侧电极指状部分位于第二水平阳极侧电极指状部分的上方。
在本申请的另一方面，提供了一种形成固态锂基电池的方法。在一个实施例中，该方法可以包括在衬底的物理暴露的表面上形成阳极侧电极。接下来，在阳极侧电极上形成氧化铝界面层。然后在氧化铝界面层的物理暴露的表面上形成锂基固态电解质层。接下来，在锂基固态电解质层的物理暴露的表面上形成锂化的阴极材料层，然后，在锂化的阴极材料层的物理暴露的表面上形成阴极侧电极。
在另一个实施例中，该方法可以包括在衬底的表面上形成连续的阳极侧电极，该连续的阳极侧电极包括第一水平阳极侧电极指状部分、垂直阳极侧电极部分和第二水平阳极侧电极指状部分，其中第一水平阳极侧电极指状部分和第二水平阳极侧电极指状部分以间隙隔开，并且其中第一水平阳极侧电极指状部分与垂直阳极的第一侧壁的底部侧电极部分接触，并且第二水平阳极侧电极指状部分与垂直阳极侧电极部分的第一侧壁的顶部接触，然后，在第一水平阳极侧电极指状部分的侧壁和最上表面上，在垂直阳极侧电极部分的第一侧壁上，以及在第二水平阳极侧电极指状部分的最下表面、侧壁表面和最上表面形成连续的氧化铝界面层。然后在氧化铝界面层上形成锂基固态电解质层，然后在锂基固态电解质层上形成锂化阴极材料层。接下来，在锂化阴极材料层的物理暴露表面上形成阴极侧电极，其中该阴极侧电极包括第一水平阴极侧电极指状部分，垂直阴极侧电极部分和第二水平阴极电极指状部分，第一水平阴极侧电极指状部分与垂直阴极侧电极部分的第一侧壁的中间部分接触，第二水平阴极侧电极指状部分与垂直阴极侧电极部分的第一侧壁的顶部接触，并且其中第一水平阴极侧电极指状部分以及氧化铝界面层、锂基固态电解质和锂化阴极材料层各自的每一个的一部分存在于所述间隙中，并且第二水平阴极侧电极指状部分位于第二水平阳极侧电极指状部分的上方。
附图说明
图1是根据本申请的实施例的示例性结构的截面图，该结构包括位于可以使用的衬底的表面上的阳极侧电极；
图2是在阳极侧电极的物理暴露的表面上形成氧化铝(即，Al2O3)界面层之后的图1的示例性结构的截面图；
图3是在氧化铝界面层的物理暴露表面上形成固态电解质层之后的图2的示例性结构的截面图；
图4是在固态电解质层的物理暴露的表面上形成阴极层之后的图3的示例性结构的截面图；
图5是在阴极层的物理暴露表面上形成阴极侧电极之后的图4的示例性结构的截面图；
图6是在执行充电/充电过程之后的图5的示例性结构的截面图；
图7是本申请的另一示例性结构的截面图，其中，包括沉积的阳极区域的全固态锂基电池堆在衬底的表面上形成；
图8是用于大规模集成的背对背全固态锂基电池的截面图。
具体实施方式
现在将通过参考以下讨论和本申请所附的附图来更详细地描述本申请。注意，提供本申请的附图仅出于说明性目的，因此，附图未按比例绘制。还应注意，相同和相应的元件由相同的附图标记指代。
在以下描述中，阐述了许多具体细节，例如特定的结构、组件、材料、尺寸、处理步骤和技术，以便提供对本申请的各种实施例的理解。然而，本领域的普通技术人员将意识到，可以在没有这些具体细节的情况下实践本申请的各种实施例。在其他情况下，没有详细描述众所周知的结构或处理步骤，以避免使本申请难以理解。
将理解的是，当将作为层，区域或衬底的元件称为在另一元件“上”或“之上”时，其可以直接在另一元件之上或也可以存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接在另一元件上”或“直接在另一元件之上”时，则不存在中间元件。还应当理解，当一个元件被称为在另一个元件“下”或“之下”时，它可以直接在另一个元件下或之下，或者可以存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接在另一个元件下”或“直接在另一个元件之下”时，则不存在中间元件。
现在参考图1，示出了根据本申请的实施例的示例性结构，其包括位于可以使用的衬底10的表面上的阳极侧电极12。如图所示并且对于本申请的该实施例，阳极侧电极12是存在于整个衬底10上的连续层(没有任何故意形成的间隙或断裂)。
可以在本申请中使用的衬底10包括用作固态锂基电池的衬底的任何常规材料。所采用的衬底10应该由限制锂离子通过其扩散的材料构成。在一实施例中，衬底10可包括一种或多种半导体材料。在整个本申请中使用术语“半导体材料”来表示具有半导体特性的材料。
可用作衬底10的半导体材料的示例包括硅(Si)、锗(Ge)、硅锗合金(SiGe)、碳化硅(SiC)、碳化硅锗(SiGeC)、III-V族化合物半导体或II-VI族化合物半导体。III-V族化合物半导体是包括元素周期表的第III族的至少一种元素和元素周期表的第V族的至少一种元素的材料。II-VI族化合物半导体是包括元素周期表的第II族的至少一种元素和元素周期表的第VI族的至少一种元素的材料。
在一个实施例中，可以提供衬底10的半导体材料是本体(bulk)半导体衬底。“本体”是指衬底10完全由至少一种如上所述的半导体材料组成。在一示例中，衬底10可以完全由硅组成。在一些实施例中，本体半导体衬底可以包括多层半导体材料叠层，该叠层半导体材料叠层包括如上所述至少两种不同的半导体材料。在一个示例中，多层半导体材料堆叠可以包括以任何顺序的Si和硅锗合金的堆叠。
在另一个实施例中，衬底10由绝缘体上半导体(SOI)衬底的最顶层半导体材料层组成。SOI衬底还将包括：处理衬底(未示出)，其包括上述半导体材料之一；以及绝缘体层(未示出)，例如在最顶部的半导体材料层下方的掩埋氧化物。
在上述任何实施例中，可以提供衬底10的半导体材料可以是单晶半导体材料。可以提供衬底10的半导体材料可以具有任何众所周知的晶体取向。例如，可以提供衬底10的半导体材料的晶体取向可以是{100}、{110}或{111}。除了特别提到的那些之外，其他晶体学取向也可以在本申请中使用。
在另一个实施例中，衬底10是金属材料，例如铝(Al)、铝合金、钛(Ti)、钽(Ta)、钨(W)或钼(Mo)。
在又一实施例中，衬底10是电介质材料，例如掺杂或未掺杂的硅酸盐玻璃、二氧化硅或氮化硅。在又一实施例中，衬底10由聚合物或柔性衬底材料构成，例如聚酰亚胺、聚醚酮(PEEK)或透明导电聚酯。在又一个实施例中，衬底10可以由至少两种上述衬底材料的多层堆叠构成，例如硅和二氧化硅的堆叠。
可以在本申请中使用的衬底10可以具有10μm至5mm的厚度。小于或大于上述厚度值的其他厚度也可以用于衬底10。
在一些实施例中，衬底10可以具有无纹理化的(平坦或平面)表面。术语“无纹理化的表面”表示光滑的表面，并且其表面粗糙度通过轮廓测量法测量的均方根小于100nm。在又一个实施例中，衬底10可以具有纹理化的表面。在这样的实施例中，纹理化的衬底的表面粗糙度通过轮廓测定法来测量可以在100nm均方根至100μm均方根的范围内。可以通过在非纹理化衬底的表面上形成多个蚀刻掩模(例如，金属、绝缘体或聚合物)，利用多个掩模作为蚀刻掩模来蚀刻非纹理化衬底，并从衬底的非纹理化表面去除蚀刻掩模来执行纹理化。在一些实施例中，衬底的纹理化的表面由多个金字塔构成。在又一个实施例中，衬底的纹理化的表面由多个锥体组成。在一些实施例中，使用多个金属掩模，其可以通过沉积金属材料层然后执行退火来形成。在退火期间，金属材料层熔化并成团，使得发生衬底表面的去湿。
阳极侧电极12可以包括任何金属阳极侧电极材料，例如钛(Ti)、铂(Pt)、镍(Ni)、铜(Cu)或氮化钛(TiN)。在一个示例中，阳极侧电极12包括从底部到顶部的镍(Ni)和铜(Cu)的堆叠。可以利用包括例如化学气相沉积(CVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、蒸发、溅射或镀覆的沉积工艺来形成阳极侧电极12。阳极侧电极12可具有10nm至500nm的厚度。小于或大于上述厚度值的其他厚度也可以用于阳极侧电极12。
现在参考图2，示出了在阳极侧电极12的物理暴露表面上形成氧化铝(即Al2O3)界面层16之后的图1的示例性结构。如图所示，氧化铝界面层16是覆盖整个下面的阳极侧电极12的连续层。在本申请的该实施方式中，氧化铝界面层16直接形成在阳极侧电极12的物理暴露表面上。在其他实施例中(见图7)，氧化铝界面层16直接形成在有意沉积的阳极材料上。
可以利用诸如化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积或原子层沉积之类的沉积工艺来形成氧化铝界面层16。氧化铝界面层16可具有1nm至50nm的厚度。小于或大于上述厚度值的其他厚度也可以用于氧化铝界面层16。
氧化铝界面层16的存在有助于改善在本申请的所得全固态锂基电池堆中锂分布的均匀性。氧化铝界面层16的存在有助于减少并且在某些情况下消除阳极区域的氧化，该阳极区域的氧化可以在充电/再充电过程中有意地沉积或原位(in-situ)形成。
现在参考图3，示出了在氧化铝界面层16的物理暴露的表面上形成固态电解质层18之后的图2的示例性结构。固态电解质层18是存在于整个下面的氧化铝界面层16上的连续的层。
固态电解质层18包括能够传导锂离子的材料；固态电解质层18可以被称为锂基固态电解质层。这样的材料可以是电绝缘的或离子导电的。可以用作固态电解质层18的材料的示例包括但不限于氮氧化锂磷(LiPON)或磷硅酸盐氮氧化锂(LiSiPON)。
固态电解质层18可以利用诸如溅射或电镀的沉积工艺来形成。在一个实施例中，固态电解质层18是利用任何常规的前驱体源材料通过溅射形成的。可以在至少含氮的环境中进行溅射。可以使用的含氮环境的例子包括但不限于N2、NH3、NH4、NO或NHx，其中x在0和1之间。也可以使用上述含氮环境的混合物。在一些实施方案中，使用纯净的，即未稀释的含氮环境。在其他实施方案中，可使用惰性气体如氦气(He)、氖气(Ne)、氩气(Ar)及其混合物稀释含氮环境。在所用的含氮环境中，氮(N2)的含量通常为10％至100％，在环境中，氮含量通常为50％至100％。
固态电解质层18可以具有10nm至10μm的厚度。小于或大于上述厚度值的其他厚度也可以用于固态电解质层18。
现在参考图4，示出了在固态电解质层18的物理暴露的表面上形成阴极层20之后的图3的示例性结构。阴极层20是存在于整个下面的固态电解质层18之上的连续层。
阴极层20可以包括锂化材料，例如锂基混合氧化物。因此，阴极层20可以被称为锂化阴极材料层。可以用作阴极层20的锂基混合氧化物的实例包括但不限于氧化钴锂(LiCoO2)、氧化镍锂(LiNiO2)、氧化锰锰(LiMn2O4)、氧化五钒锂(LiV2O5)或磷酸铁锂(LiFePO4)。
可以利用诸如溅射或镀覆的沉积工艺来形成阴极层20。在一实施例中，利用任何常规的前驱物源材料或前驱物源材料的组合通过溅射形成阴极层20。在一实例中，锂前驱物源材料和钴前驱物源材料用于形成锂钴混合氧化物。溅射可以在惰性气体和氧气的混合物中进行。在这样的实施方案中，惰性气体/氧气混合物的氧含量可以为0.1原子％至70原子％，混合物的其余部分包括惰性气体。可以使用的惰性气体的例子包括氩气、氦气、氖气，氮气或其任何组合。
阴极层20的厚度可以为10nm至20μm。小于或大于上述厚度值的其他厚度也可以用于阴极层20。
现在参考图5，示出了在阴极层20的物理暴露的表面上形成阴极侧电极22之后的图4的示例性结构。阴极侧电极22可以包括任何金属阴极侧电极材料，例如钛(Ti)、铂(Pt)、镍(Ni)、铝(Al)或氮化钛(TiN)。在一个示例中，阴极侧电极22包括从底部到顶部的钛(Ti)、铂(Pt)和钛(Ti)的堆叠。在一个实施例中，提供阴极侧电极22的金属电极材料可以与提供阳极侧电极12的金属电极材料相同。在另一实施例中，提供阴极侧电极22的金属电极材料可以与提供阳极侧电极12的金属电极材料不同。可以利用上述用于形成阳极侧电极12的沉积工艺之一来形成阴极侧电极22。阴极侧电极22可以具有上述阳极侧电极12的厚度范围。
总体上，阳极侧电极12、氧化铝界面层16、固态电解质层18、阴极层20和阴极侧电极22是本申请的全固态锂基电池堆24的组成部分。
在一些实施例中，图5所示的固态锂基电池堆24可以通过任何传统的构图工艺例如光刻和蚀刻来构图。在一些实施例中，可以围绕构图的或非构图的固态锂基电池堆形成不透气和/或不透湿气的结构。所述不透气和/或湿气的结构包括任何不透气和/或湿气的材料或这种材料的多层堆叠。可以在本申请中使用的不透气和/或不透湿气的材料的例子包括但不限于聚对二甲苯、含氟聚合物、氮化硅和/或二氧化硅。可以通过首先沉积不透气和/或湿气的材料，然后对不透气和/或湿气的材料来构图形成不透气和/或湿气的结构。在一实施例中，可以通过光刻和蚀刻来执行构图。空气和/或湿气不可渗透的结构至少围绕构图的固态锂基电池堆的侧壁表面定位。
可以使用本领域技术人员众所周知的常规技术对全固态锂基电池堆24(构图的或非构图的)进行充电/再充电。例如，可以通过将全固态锂基电池堆24(构图的或非构图的)连接到外部电源来对全固态锂基电池堆24(构图的或非构图的)进行充电/再充电。
本申请的固态锂基电池堆24在充电率和比充电容量方面表现出增强的电池性能。在一些实施例中，并且对于固态锂基电池，本申请的全固态锂基电池堆24可以具有快速充电速率C，其中C是总充电容量/小时。“快速充电速率C”是指3C或更高的充电速率。在一些实施例中，本申请的全固态锂基电池堆24具有大于50mAh/g的比充电容量。
现在参考图6，示出了在执行如上文所定义的充电/再充电过程之后的图5的示例性结构。根据本申请的该实施方案，在充电/再充电过程中在阳极侧电极12和氧化铝界面层16之间形成阳极区域14。在该实施例中，阳极区域14在本文中可以被称为锂累积区域，并且阳极区域至少包括锂和部分锂化的界面层。阳极区域14可以是或可以不是连续层。
现在参考图7，示出了本申请的另一示例性结构。在该实施例中，固态锂基电池堆24形成在衬底10上。该实施例的固态锂基电池堆24与图5的固态锂基电池堆24相似，除了在充电/再充电之前形成阳极区域15。在该实施例中，阳极区15包括任何为锂离子发生器的材料或锂嵌入活性材料。可以用作阳极区域15的材料的示例包括但不限于锂金属、锂基合金(例如，LixSi)或锂基混合氧化物(例如，锂钛)氧化物(Li2TiO3)。阳极区域15可以是连续层。
如上所述，在执行充电/再充电过程之前，形成本申请的该实施例的阳极区域15。在这样的实施例中，可以利用诸如化学气相沉积(CVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、蒸发、溅射或镀覆之类的沉积工艺来形成阳极区域15。
图7所示的固态锂基电池堆24可以如上定义地构图。在一些实施例中，可以围绕构图的或非构图的固态锂基电池堆形成如上所定义的不透气和/或不透湿气的结构。
现在参考图8，示出了根据本申请的另一实施例的用于大规模集成的背对背所有固态锂基电池50。固态锂基电池50包括连续的阳极侧电极12，其包括第一水平阳极侧电极指状部分12F1、垂直阳极侧电极部分12V和第二水平阳极侧电极指状部分12F2，其中第一和第二水平阳极侧电极指状部分(12F1、12F2)间被间隙隔开，并且其中第一水平阳极侧电极指状部分12F1与垂直阳极侧电极部分的第一侧壁的底部接触，并且第二水平阳极侧电极指状部分12F2与垂直阳极侧电极部分12V的第一侧壁的顶部接触。连续的氧化铝界面层16位于第一水平阳极侧电极指状部分12F1的侧壁和最上表面、垂直阳极侧电极部分12V的第一侧壁、以及第二水平阳极侧电极指状部分12F2的最底表面、侧壁表面和最上表面。锂基固态电解质层18位于连续的氧化铝界面层16上。锂化阴极材料层20位于锂基固态电解质18上，并且阴极侧电极22位于锂化阴极材料层20上。在该实施例中，阴极侧电极22包括第一水平阴极侧电极指状部分22F1，垂直阴极侧电极部分22V和第二水平阴极电极指状部分22F2，第一水平阴极阴极侧电极指状部分22F1与垂直阴极侧电极部分22V的第一侧壁的中间部分接触，并且第二水平阴极侧电极指状部分22F2与垂直阴极侧电极部分22V的第一侧壁的顶部接触。如图8所示，第一水平阴极侧电极指状部分22F1以及氧化铝界面层16、锂基固态电解质18和锂化阴极材料层20中的每一个的一部分存在于该间隙中。并且，第二水平阴极侧电极指状部分22F位于第二水平阳极侧电极指状部分12F1的上方。如图进一步所示，第一水平阳极侧电极指状部分12F1的最底表面直接位于衬底10的最顶表面上。如进一步显示，垂直阴极侧电极部22V的高度比垂直阳极侧电极部分12V的高度更高。
图1所示的固态锂基电池50可以利用荫罩形成，并且其中在形成每一层之后，移动荫罩的位置。在电池50的每个组件的形成期间，也可以使用多个荫罩。
尽管已经相对于其优选实施例具体示出并描述了本申请，但是本领域技术人员将理解，在不脱离其精神和范围的情况下，可以对本申请的内容形式和细节进行前述和其他改变。因此，意图是本申请不限于所描述和示出的确切形式和细节，而是落入所附权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种固态锂基电池，包括：
阳极侧电极，位于衬底的物理暴露表面上；
氧化铝界面层，位于所述阳极侧电极上；
锂基固态电解质层，位于所述氧化铝界面层的物理暴露表面上；
锂化阴极材料层，位于所述锂基固态电解质层的物理暴露表面上；以及
阴极侧电极，位于所述锂化阴极材料层的物理暴露表面上。
2.如权利要求1所述的固态锂基电池，还包括阳极区域，其位于所述氧化铝界面层和所述阳极侧电极之间。
3.如权利要求2所述的固态锂基电池，其中，所述阳极区域是在充电/再充电过程期间形成的锂累积区域。
4.如权利要求2所述的固态锂基电池，其中，所述阳极区域是沉积的阳极材料。
5.如权利要求1所述的固态锂基电池，其中，所述氧化铝界面层的厚度为1nm至50nm。
6.如权利要求1所述的固态锂基电池，其中所述衬底的所述物理暴露的表面是有纹理的。
7.如权利要求1所述的固态锂基电池，其中，所述固态锂基电池具有大于3C的充电速率。
8.一种固态锂基电池，包括：
连续的阳极侧电极，包括第一水平阳极侧电极指状部分、垂直阳极侧电极部分和第二水平阳极侧电极指状部分，其中所述第一水平阳极侧电极指状部分和所述第二水平阳极侧电极指状部分由间隙间隔开，并且其中所述第一水平阳极侧电极指状部分与所述垂直阳极侧电极部分的第一侧壁的底部接触，并且所述第二水平阳极侧电极指状部分与所述垂直阳极侧电极部分的所述第一侧壁的顶部接触；
连续的氧化铝界面层，位于所述第一水平阳极侧电极指状部分的侧壁和最上表面上，所述垂直阳极侧电极部分的第一侧壁上，以及所述第二水平阳极侧电极指状部分的最下表面、侧壁表面和最上表面上；
锂基固态电解质层，位于所述连续的氧化铝界面层上；
锂化阴极材料层，位于所述锂基固态电解质上；以及
阴极侧电极，位于所述锂化阴极材料上，其中所述阴极侧电极包括第一水平阴极侧电极指状部分、垂直阴极侧电极部分和第二水平阴极电极指状部分，所述第一水平阴极侧电极指状部分与所述垂直阴极侧电极部分的第一侧壁的中间部分接触，并且所述第二水平阴极侧电极指状部分与所述垂直阴极侧电极部分的所述第一侧壁的顶部接触，其中所述第一水平阴极侧电极指状部分，所述氧化铝界面层、所述锂基固体电解质和所述锂化阴极材料层的每一个的一部分存在于所述间隙中，并且所述第二水平阴极侧电极指状部分位于第二水平阳极侧电极指状部分的上方。
9.如权利要求8所述的固态锂基电池，还包括阳极区域，位于所述氧化铝界面层和所述阳极侧电极之间。
10.如权利要求9所述的固态锂基电池，其中，所述阳极区域是在充电/再充电过程期间形成的锂累积区域。
11.如权利要求10所述的固态锂基电池，其中，所述阳极区域是沉积的阳极材料。
12.如权利要求8所述的固态锂基电池，其中，所述氧化铝界面层的厚度为1nm至50nm。
13.如权利要求8所述的固态锂基电池，其中，所述第一水平阳极侧电极指状部分的最底表面直接位于衬底的最顶表面上。
14.如权利要求8所述的固态锂基电池，其中，所述固态锂基电池具有大于3C的充电速率。
15.一种形成固态锂基电池的方法，所述方法包括：
在衬底的物理暴露表面上形成阳极侧电极；
在所述阳极侧电极上形成氧化铝界面层；
在所述氧化铝界面层的物理暴露的表面上形成锂基固态电解质层；
在所述锂基固态电解质层的物理暴露表面上形成锂化阴极材料层；以及
在所述锂化阴极材料层的物理暴露表面上形成阴极侧电极。
16.如权利要求15所述的方法，还包括在所述氧化铝界面层和所述阳极侧电极之间形成阳极区域。
17.如权利要求16所述的方法，其中形成所述阳极区域包括在形成所述锂基固态电解质层之前在所述氧化铝界面层的物理暴露的表面上沉积阳极材料。
18.如权利要求16所述的方法，其中形成所述阳极区域包括在形成所述阴极侧电极之后执行充电/再充电过程。
19.一种形成固态锂基电池的方法，所述方法包括：
在衬底的表面上形成连续的阳极侧电极，该连续的阳极侧电极包括第一水平阳极侧电极指状部分、垂直阳极侧电极部分和第二水平阳极侧电极指状部分，其中所述第一水平阳极侧电极指状部分和所述第二水平阳极侧电极指状部分由间隙隔开，并且其中所述第一水平阳极侧电极指状部分与所述垂直阳极侧电极部分的第一侧壁的底部接触，所述第二水平阳极侧电极指状部分与所述垂直阳极侧电极部分的所述第一侧壁的顶部接触；
在所述第一水平阳极侧电极指状部分的侧壁和最上表面上，在所述垂直阳极侧电极部分的第一侧壁上，以及在所述第二水平阳极侧电极指状部分的最下表面、侧壁表面和最上表面上形成连续的氧化铝界面层；
在所述氧化铝界面层上形成锂基固态电解质层；
在所述锂基固态电解质层上形成锂化阴极材料层；以及
在所述锂化阴极材料层的物理暴露表面上形成阴极侧电极，其中所述阴极侧电极包括第一水平阴极侧电极指状部分，垂直阴极侧电极部分和第二水平阴极电极指状部分，所述第一水平阴极侧电极指状部分与所述垂直阴极侧电极部分的第一侧壁的中间部分接触，所述第二水平阴极侧电极指状部分与所述垂直阴极侧电极部分的所述第一侧壁的顶部接触，其中所述第一水平阴极侧电极指状部分以及所述氧化铝界面层、所述锂基固态电解质和所述锂化阴极材料层的每一个的一部分存在于所述间隙中，并且所述第二水平阴极侧电极指状部分位于所述第二水平阳极侧电极指状部分的上方。
20.如权利要求19所述的方法，其中，在形成所述连续阳极侧电极、所述连续氧化铝界面层、所述锂基固态电解质层，所述锂化阴极材料层以及所述阴极侧电极的每一个期间使用荫罩，并且在每层之间去除荫罩的一部分
形成所述连续阳极侧电极、所述连续氧化铝界面层、所述锂基固态电解质层、所述锂化阴极材料层和所述阴极侧电极。
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