CN111919324B - 锂离子电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种锂离子电池及其制备方法。该锂离子电池包括至少一个锂离子电池单元和至少一个开关元件；每个所述开关元件分别与一个或多个所述锂离子电池单元连接以控制一个或多个所述锂离子电池单元。该锂离子电池中，开关元件可以对锂离子电池单元进行控制，例如控制锂离子电池单元是否进行充放电等操作。

Description

锂离子电池及其制备方法
技术领域
本公开的实施例涉及一种锂离子电池及其制备方法。
背景技术
锂离子电池具有高能量密度、轻便和寿命长等特点，广泛应用于电子器件、电动汽车等各个领域。锂离子电池按其电解质的形态可分为液态锂离子电池、聚合物锂离子电池和固态锂离子电池。液态锂离子电池使用液态电解质且通过隔膜分隔电池的正负极。聚合物锂离子电池使用聚合物电解质。固态锂离子电池使用固态电解质，相对于液态锂离子电池，具有更高的安全性。另外，固态锂离子电池还具有轻薄、寿命长、充电快、续航能力长、可高温充放电以及具有柔性等优点，可被制作在各种不同的基板上，并满足各种电路的设计需求。
发明内容
本公开至少一实施例提供一种锂离子电池，包括：至少一个锂离子电池单元和至少一个开关元件；其中，每个所述开关元件分别与一个或多个所述锂离子电池单元连接以控制一个或多个所述锂离子电池单元。
例如，本公开至少一实施例提供的锂离子电池中，所述锂离子电池单元包括第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极分别连接一个所述开关元件。
例如，本公开至少一实施例提供的锂离子电池中，所述开关元件为薄膜晶体管；所述锂离子电池还包括第一电源线；所述锂离子电池单元的第一电极通过第一薄膜晶体管与所述第一电源线连接；其中，所述第一薄膜晶体管包括源极和漏极，所述第一薄膜晶体管的所述源极和漏极中的一个和所述第一电极连接，所述第一薄膜晶体管的所述源极和漏极中的另一个与所述第一电源线连接。
例如，本公开至少一实施例提供的锂离子电池，还包括第二电源线；所述锂离子电池单元的第二电极通过第二薄膜晶体管与所述第二电源线连接；其中，所述第二薄膜晶体管包括源极和漏极，所述第二薄膜晶体管的所述源极和漏极中的一个和所述第二电极连接，所述第二薄膜晶体管的所述源极和漏极中的另一个与所述第二电源线连接。
例如，本公开至少一实施例提供的锂离子电池，还包括控制电路，构造为控制每个所述锂离子电池单元的充放电；所述第一薄膜晶体管的栅极和/或所述第二薄膜晶体管的栅极连接至所述控制电路。
例如，本公开至少一实施例提供的锂离子电池中，所述第一电源线和/或所述第二电源线连接至所述控制电路。
例如，本公开至少一实施例提供的锂离子电池中，每个所述锂离子电池单元包括叠层设置的第一电极集流体、第一电极、电解质层、第二电极和第二电极集流体；其中，所述第一电极集流体与所述薄膜晶体管的栅极层和源漏电极层中的一层同层设置。
例如，本公开至少一实施例提供的锂离子电池中，所述第二电极集流体与所述薄膜晶体管的栅极层和源漏电极层中的另一层同层设置。
例如，本公开至少一实施例提供的锂离子电池中，所述电解质层为固体电解质层。
本公开至少一实施例提供一种锂离子电池的制备方法，包括：形成至少一个锂离子电池单元；形成至少一个开关元件；其中，每个所述开关元件分别形成为与一个或多个所述锂离子电池单元连接以控制一个或多个所述锂离子电池单元。
例如，本公开至少一实施例提供的锂离子电池的制备方法中，所述开关元件为薄膜晶体管；形成所述薄膜晶体管包括形成栅极层以及源漏电极层。
例如，本公开至少一实施例提供的锂离子电池的制备方法中，形成锂离子电池单元包括形成叠层的第一电极集流体、第一电极、电解质层、第二电极和第二电极集流体；其中，所述第一电极集流体与所述栅极层和所述源漏电极层中的一层采用同一膜层形成。
例如，本公开至少一实施例提供的锂离子电池的制备方法中，所述第二电极集流体与所述栅极层和所述源漏电极层中的另一层采用同一膜层形成。
例如，本公开至少一实施例提供的锂离子电池的制备方法中，所述电解质层为固体电解质层。
本公开至少一实施例提供的锂离子电池中，开关元件可以对锂离子电池单元进行控制，例如控制锂离子电池单元是否进行充放电等操作。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些实施例，而非对本公开的限制。
图1A为本公开一实施例提供的锂离子电池的平面示意图一；
图1B为本公开一实施例提供的锂离子电池的平面示意图二；
图2A为本公开一实施例提供的锂离子电池的平面示意图三；
图2B为本公开一实施例提供的锂离子电池的平面示意图四；
图3A为本公开一实施例提供的锂离子电池的平面示意图五；
图3B为本公开一实施例提供的锂离子电池的平面示意图六；
图4为本公开一实施例提供的锂离子电池的截面示意图一；
图5为本公开一实施例提供的锂离子电池的截面示意图二；
图6为本公开一实施例提供的锂离子电池的截面示意图三；
图7A-7D为本公开一实施例提供的锂离子电池的在制备过程中的截面示意图。
具体实施方式
为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“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者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。
目前，锂离子电池通常可以适用于不同应用，例如可以做到很薄，从而可以结合到电子器件内，以满足电子器件的薄型化需求。但是，由于锂离子电池的每个功能膜层都很薄，如果这些功能膜层在制备时或使用过程中出现膜层缺损的问题，则将导致电池失效。另外，锂离子电池的充放电次数通常有限，因此其使用寿命难以进一步延长。
本公开至少一实施例提供一种锂离子电池，该锂离子电池包括至少一个锂离子电池单元和至少一个开关元件；其中，每个所述开关元件分别与一个或多个所述锂离子电池单元连接以控制一个或多个所述锂离子电池单元。
本公开至少一实施例提供一种锂离子电池的制备方法，该制备方法包括：形成至少一个锂离子电池单元，以及形成至少一个开关元件；其中，每个所述开关元件分别形成为与一个或多个所述锂离子电池单元连接以控制一个或多个所述锂离子电池单元。
下面通过几个具体的实施例对本公开的锂离子电池及其制备方法进行说明。
本公开至少一实施例提供一种锂离子电池，该锂离子电池单元包括至少一个锂离子电池单元和至少一个开关元件，每个开关元件分别与一个或多个锂离子电池单元连接以控制一个或多个锂离子电池单元，例如控制锂离子电池单元是否进行充放电等操作。
例如，图1A示出的锂离子电池包括多个锂离子电池单元(Cell)10和多个开关元件20，并且开关元件20的数量与锂离子电池单元10的数量相同，一个开关元件20连接一个锂离子电池单元10。例如，锂离子电池的多个锂离子电池单元10和多个开关元件20呈阵列排布，例如在图1A中，以一个锂离子电池单元10和与其连接的一个开关元件20作为一个排列单元，多个锂离子电池单元10和多个开关元件20排列为m行n列，此时锂离子电池单元包括m×n个锂离子电池单元10和m×n个开关元件20。
例如，在本实施例的另一个示例中，如图2A所示，开关元件20的数量是锂离子电池单元10的数量的二倍，一个锂离子电池单元10的第一电极和第二电极分别连接一个开关元件20，此时两个开关元件20控制一个锂离子电池单元10。例如，图2A示出了锂离子电池的多个锂离子电池单元10和多个开关元件20，以一个锂离子电池单元10和与其连接的两个开关元件20作为一个排列单元，多个锂离子电池单元10和多个开关元件20阵列排布为m行n列，此时锂离子电池单元包括m×n个锂离子电池单元10和2×m×n个开关元件20。
例如，在本实施例的再一个示例中，如图3A所示，锂离子电池单元10的数量是开关元件20的数量的N倍，一个开关元件20连接N个锂离子电池单元10。例如，图3A示出了锂离子电池的多个锂离子电池单元10和多个开关元件20，多个锂离子电池单元10排布为m行n列，多个开关元件20排列成行，每个开关元件20分别连接一列锂离子电池单元10，因此每个开关元件20可以控制一列锂离子电池单元10。此时，锂离子电池单元包括m×n个锂离子电池单元10和n个开关元件20。例如，在其他示例中，开关元件也可以排列成列，每个开关元件连接并控制位于同一行的锂离子电池单元；又例如，将锂离子电池分为多个区域，每个区域包括一定数量的锂离子电池单元，每个开关元件连接并控制位于一个区域内的锂离子电池单元。本实施例对开关元件和锂离子电池单元的具体设置不做限定。
例如，本实施例中，开关元件为具有开关功能的晶体管，例如场效应晶体管，例如薄膜晶体管(Thin Film Transistor，TFT)。例如，锂离子电池还包括第一电源线，锂离子电池单元的第一电极通过作为开关元件的第一薄膜晶体管与第一电源线连接。例如，第一薄膜晶体管的源极和漏极中的一个和第一电极连接，第一薄膜晶体管的源极和漏极中的另一个与第一电源线连接。此时，第一薄膜晶体管作为开关元件可以控制第一电源线是否对锂离子电池单元的第一电极施加电信号。
例如，在一些示例中，锂离子电池还包括第二电源线，锂离子电池单元的第二电极直接与第二电源线连接，此时一个锂离子电池单元连接一个开关元件。在另一些示例中，锂离子电池单元的第二电极可以通过作为开关元件的第二薄膜晶体管与第二电源线连接。例如，第二薄膜晶体管的源极和漏极中的一个和第二电极连接，第二薄膜晶体管的源极和漏极中的另一个与第二电源线连接。此时，第二薄膜晶体管作为开关元件可以控制第二电源线是否对锂离子电池单元的第二电极施加电信号。此时，一个锂离子电池单元的第一电极和第二电极分别通过第一薄膜晶体管和第二薄膜晶体管与第一电源线和第二电源线连接，从而实现两个开关元件控制一个锂离子电池单元。
例如，本实施例提供的锂离子电池还包括可以控制电路，该控制电路构造为控制每个锂离子电池单元的充放电等操作。例如，该控制电路为柔性电路板(FPC)或集成电路(IC)等。例如，第一薄膜晶体管的栅极和/或第二薄膜晶体管的栅极连接至控制电路，从而控制电路可以通过是否对第一薄膜晶体管的栅极和/或第二薄膜晶体管的栅极施加信号来控制第一薄膜晶体管和/或第二薄膜晶体管的通断。
例如，本实施例中，第一电源线和/或第二电源线也可以连接至控制电路，从而控制电路还可以控制第一电源线和/或第二电源线是否传输电源信号等。
图1B为图1A所示的锂离子电池包括四个锂离子电池单元时的情形；图2B为图2A所示的锂离子电池包括四个锂离子电池单元时的情形；以及图3B为图3A所示的锂离子电池包括四个锂离子电池单元时的情形。为清楚起见，下面结合图1B、图2B和图3B对本实施例不同示例中的锂离子电池进行详细说明。
如图1B所示，该示例提供的锂离子电池中，开关元件的数量与锂离子电池单元10的数量均为四个，一个开关元件连接一个锂离子电池单元10。该示例中，锂离子电池包括第一电源线和第二电源线，锂离子电池单元10的第一电极10A通过第一薄膜晶体管20A与第一电源线连接。例如，第一薄膜晶体管20A的源极20A2和第一电极10A连接，第一薄膜晶体管20A的漏极20A3与第一电源线连接。此时，第一薄膜晶体管20A可以控制第一电源线是否对锂离子电池单元的第一电极10A施加电信号。该示例中，锂离子电池单元10的第二电极10B直接连接至第二电源线。例如，第一薄膜晶体管20A的栅极20A1为控制端(Control)，该控制端可以连接到控制电路，例如连接到如图1A中所示的FPC，从而控制电路可以根据指令对第一薄膜晶体管20A的通断进行控制。例如，第一电源线和第二电源线也可以连接到控制电路，从而控制电路可以根据指令对锂离子电池单元10施加电源信号等。
如图2B所示，该示例提供的锂离子电池中，开关元件的数量是锂离子电池单元10的数量的二倍，锂离子电池单元10为四个，开关元件为八个，一个锂离子电池单元的第一电极10A和第二电极10B分别连接一个开关元件。该示例中，锂离子电池包括第一电源线和第二电源线，锂离子电池单元10的第一电极10A通过第一薄膜晶体管20A与第一电源线连接，锂离子电池单元10的第二电极10B通过第二薄膜晶体管20B与第二电源线连接。例如，第一薄膜晶体管20A的源极20A2和第一电极10A连接，第一薄膜晶体管20A的漏极20A3与第一电源线连接；第二薄膜晶体管20B的源极20B2和第二电极10B连接，第二薄膜晶体管20B的漏极20B3与第二电源线连接。此时，第一薄膜晶体管20A可以控制第一电源线是否对锂离子电池单元的第一电极10A施加电信号，第二薄膜晶体管20B可以控制第二电源线是否对锂离子电池单元的第二电极10B施加电信号。例如，第一薄膜晶体管20A的栅极20A1和第二薄膜晶体管20B的栅极20B1为控制端，可以连接到控制电路，例如连接到如图2A中所示的FPC，从而控制电路可以根据指令对第一薄膜晶体管20A和第二薄膜晶体管20B的通断进行控制。例如，第一电源线和第二电源线也可以连接到控制电路，从而控制电路可以根据指令对锂离子电池单元10施加电源信号等。
如图3B所示，该示例提供的锂离子电池中，锂离子电池单元10的数量是开关元件的数量的2倍，一个开关元件连接位于一列的两个锂离子电池单元10。该示例中，锂离子电池包括第一电源线和第二电源线，锂离子电池单元10的第一电极10A通过第一薄膜晶体管20A与第一电源线连接。例如，第一薄膜晶体管20A的源极20A2和位于一列的两个锂离子电池单元10的第一电极10A连接，第一薄膜晶体管20A的漏极20A3与第一电源线连接。此时，一个第一薄膜晶体管20A可以控制位于一列的锂离子电池单元10。例如，锂离子电池单元10的第二电极10B直接连接至第二电源线。例如，第一薄膜晶体管20A的栅极20A1为控制端，可以连接到控制电路，例如连接到如图3A中所示的FPC，从而控制电路可以根据指令对第一薄膜晶体管20A的通断进行控制。例如，第一电源线和第二电源线也可以连接到控制电路，从而控制电路可以根据指令对锂离子电池单元10施加电源信号等。
例如，本实施例中，第一电源线可以为正极电源线，相应地，锂离子电池单元的第一电极为正极，此时，第二电源线为负极电源线，锂离子电池单元的第二电极为负极；或者，第一电源线为负极电源线，相应地，锂离子电池单元的第一电极为负极，此时，第二电源线为正极电源线，锂离子电池单元的第二电极为正极。本实施例对电源线的正负极设置以及锂离子电池单元的正负极设置不做具体限定。
例如，本实施例中，锂离子电池单元包括叠层设置的第一电极集流体、第一电极、电解质层、第二电极和第二电极集流体。例如，如图4所示，锂离子电池单元10包括第一电极集流体101、第一电极102、电解质层103、第二电极集流体105和第二电极104。例如，作为开关元件20的薄膜晶体管包括栅极层201和源漏电极层205，栅极层包括作为控制端的栅极，源漏电极层包括源极和漏极。例如，第一电极集流体101与薄膜晶体管的栅极层201同层设置，从而在锂离子电池的制备工艺中，第一电极集流体101与薄膜晶体管的栅极层201可以采用同一膜层形成，因此可以简化锂离子电池的制备工艺。
例如，本实施例中，如图4所示，锂离子电池单元10的第二电极集流体105可以与薄膜晶体管的源漏电极层205中同层设置，从而在锂离子电池的制备工艺中，第二电极集流体105与薄膜晶体管的源漏电极层205可以采用同一膜层形成，因此可以进一步简化锂离子电池的制备工艺。
例如，在本实施例的另一示例中，如图5所示，也可以将锂离子电池单元10的第一电极集流体101与薄膜晶体管的源漏极层205同层设置；或者，如图6所示，也可以将锂离子电池单元10的第二电极集流体105与薄膜晶体管的栅极层201同层设置。此时，锂离子电池单元10与薄膜晶体管具有同层设置的一个功能层，此时同层设置的功能层可以采用同一膜层形成，同样可以简化锂离子电池的制备工艺。
需要注意的是，为清楚显示，图5和图6中未示出锂离子电池单元10中叠层的第一电极集流体101、第一电极102、电解质层103、第二电极104和第二电极集流体105的具体结构，其具体结构可参见图4。另外，本实施例提供的薄膜晶体管还可以包括栅绝缘层202、有源层203、第一绝缘层204、第二绝缘层206以及连接电极207等结构，本实施例对此不做限定。
例如，本实施例中，如图4-图6所示，锂离子电池还可以包括衬底100，锂离子电池单元10和开关元件20可以设置在衬底100上。例如，衬底100可以为刚性衬底或者柔性衬底。例如，刚性衬底可以为刚性基板，其材料可以包括玻璃、聚合物(例如塑料)、金属片、硅片、石英、陶瓷、云母等。例如，柔性衬底可以为柔性基板或柔性薄膜，其材料可以包括聚酰亚胺(Polyimide，PI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene Terephthalate，PET)、金属膜等。本公开的实施例对衬底100的具体形式不做限定。
例如，本实施例提供的锂离子电池单元10中，第一电极集流体101为正极集流体，第一电极集流体101的材料包括Mo、Al、Ni、不锈钢、石墨和无定型碳中的一种或几种。例如，第一电极102为正极，第一电极102的材料包括LCO、LMO、LNMO、NCA、NCM、CuS2、TiS2、FeS2、SnS2、LiFePO4、LiMnPO4、LiCoPO4、LiNiPO4、Li3V2(PO4)3、Li2FeSiO4、Li2MnSiO4、Li2CoSiO4、Li2NiSiO4、Li2Fe2(SO4)3、LiFeBO3、LiMnBO3、LiCoBO3、LiNiBO3和V2O5中的一种或几种。例如，电解质层103为固体电解质层，固体电解质层的材料例如包括LiPON、LLTO、LGSP、LPS、Thio-LiSiCON、LATP、LLZO、Li2S、SiS2、P2S5、SiS2和B2S3中的一种或几种；或者，电解质层103为聚合物电解质层，聚合物电解质层的材料例如包括甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸甲酯(MA)及其衍生物等。例如，第二电极104为负极，第二电极104的材料包括氧化锡(SnO2)、石墨、锂金属、锂合金和锂化合物中的一种或几种。例如，第二电极集流体105为负极集流体，第二电极集流体105的材料包括Mo、Cu、Ni、不锈钢、石墨和无定型碳中的一种或几种。
例如，在其他示例中，也可以将第一电极集流体101设置为负极集流体，相应地，第一电极102设置为负极，第二电极集流体105设置为正极集流体，第二电极104设置为正极。本公开的实施例对锂离子电池单元10的各功能层的设置与形成材料等不作具体限定。
例如，本实施例提供的锂离子电池中，作为开关元件20的薄膜晶体管的栅极层201的材料可以包括钼、钼合金、铜、铜合金、铝、铝合金、钛、钛合金中的一种或几种；或者栅极层201和与其同层设置的第一电极集流体101或第二电极集流体105的采用相同的材料。例如，栅绝缘层202、第一绝缘层204和第二绝缘层206的材料可采用无机绝缘材料或有机绝缘材料，无机绝缘材料例如包括硅氧化物、氮氧化物等，有机绝缘材料例如包括树脂材料等；并且，栅绝缘层202、第一绝缘层204和第二绝缘层206的材料可以相同，也可以不同。例如，有源层203的材料可以包括非晶硅、多晶硅或金属氧化物半导体等。例如，多晶硅可以为高温多晶硅或低温多晶硅，氧化物半导体可以为氧化铟镓锌、氧化铟锌、氧化锌或氧化镓锌等。例如，源漏电极层205的材料可以包括钼、钼合金、铜、铜合金、铝、铝合金、钛、钛合金中的一种或几种；或者源漏电极层205和与其同层设置的第一电极集流体101或第二电极集流体105采用相同的材料。例如，连接电极207的材料可以为透明导电材料，例如氧化铟锡、氧化铟锌、氧化铟镓、氧化镓锌或碳纳米管等。本公开的实施例对薄膜晶体管的各功能层的材料不作具体限定。
本实施例提供的锂离子电池中，开关元件可以对每个锂离子电池单元进行控制，例如控制每个锂离子电池单元的充放电等操作，因此，开关元件可以选择性开启锂离子电池中的某个或某些锂离子电池单元，使得锂离子电池所具有的锂离子电池单元可以分别独立进行工作，在不需要的情况下，可以不同时工作，以减少不必要的资源浪费。例如，锂离子电池单元可以分别独立地进行充放电操作，以减少一些锂离子电池单元不必要的充放电，延长锂离子电池单元的使用时间。另外，本实施例提供的锂离子电池中，每个锂离子电池单元都是独立的，当某个锂离子电池单元有损坏时，其他锂离子电池单元仍然可以正常进行工作，因此不会影响整体锂离子电池的正常使用，使得锂离子电池具有更高的稳定性与信赖度。
本公开至少一实施例提供一种锂离子电池的制备方法，该制备方法包括：形成至少一个锂离子电池单元以及形成至少一个开关元件；并且每个开关元件分别形成为与一个或多个锂离子电池单元连接以控制一个或多个锂离子电池单元。
例如，本实施例中，开关元件可以采用具有开关功能的晶体管，例如采用薄膜晶体管(TFT)，形成薄膜晶体管包括形成栅极层以及源漏电极层。
例如，本实施例中，形成锂离子电池单元包括形成叠层的第一电极集流、体、第一电极、电解质层、第二电极和第二电极集流体；电解质层可以包括固体电解质或者聚合物电解质。
例如，本实施例中，锂离子电池单元的第一电极集流体与薄膜晶体管的栅极层和源漏电极层中的一层采用同一膜层形成。例如，在一些示例中，锂离子电池单元的第二电极集流体与薄膜晶体管的栅极层和源漏电极层中的另一层采用同一膜层形成，从而可以简化锂离子电池的制备工艺。
下面，结合图7A-图7D对本实施例提供的锂离子电池的制备方法进行详细介绍。
如图7A所示，首先在衬底100上形成锂离子电池单元的第一电极集流体101与作为开关元件的薄膜晶体管的栅极层201。
例如，第一电极集流体101与栅极层201采用同一膜层形成。例如，本示例中，第一电极集流体101为正极集流体，第一电极集流体101和栅极层201的材料采用Mo、Al、Ni或不锈钢等。
例如，采用薄膜形成方法，例如蒸镀、溅射或沉积等方法，在衬底100上形成一层栅极材料薄膜，然后对栅极材料薄膜进行构图工艺以形成图案化的第一电极集流体101与栅极层201。例如，一次构图工艺包括光刻胶的涂覆、曝光、显影等工序。
例如，衬底100可以采用刚性衬底或者柔性衬底。例如，刚性衬底可以为刚性基板，其材料可以包括玻璃、聚合物(例如塑料)、金属片、硅片、石英、陶瓷、云母等。例如，柔性衬底可以为柔性基板或柔性薄膜，其材料可以包括聚酰亚胺(Polyimide，PI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene Terephthalate，PET)、金属膜等。本公开的实施例对衬底100的具体形式不做限定。
如图7A所示，在第一电极集流体101和栅极层201形成后，采用薄膜形成方法，例如蒸镀、溅射或沉积等方法，在第一电极集流体101和栅极层201上形成一层栅绝缘层202。栅绝缘层202例如可以采用无机绝缘材料或有机绝缘材料，无机绝缘材料例如包括硅氧化物、氮氧化物等，有机绝缘材料例如包括树脂材料等。
例如，栅绝缘层202形成后，在栅绝缘层202上形成有源层203。例如，采用薄膜形成方法，例如蒸镀、溅射或沉积等方法，在栅绝缘层202上形成一层有源材料层，然后对有源材料层进行构图工艺以形成图案化的有源层203。例如，有源层203的材料可以包括非晶硅、多晶硅或金属氧化物半导体等。例如，多晶硅可以为高温多晶硅或低温多晶硅，氧化物半导体可以为氧化铟镓锌、氧化铟锌、氧化锌或氧化镓锌等。
例如，在有源层203形成后，采用薄膜形成方法，例如蒸镀、溅射或沉积等方法，在有源层203上形成一层第一绝缘层204。第一绝缘层204例如可以采用无机绝缘材料或有机绝缘材料，无机绝缘材料例如包括硅氧化物、氮氧化物等，有机绝缘材料例如包括树脂材料等。
例如，在第一绝缘层204形成后，对第一绝缘层204以及栅绝缘层202进行构图工艺，以在第一绝缘层204以及栅绝缘层202中形成暴露第一电极集流体101的过孔2041，以便于之后在第一电极集流体101上形成锂离子电池单元的其他功能结构。
例如，如图7B所示，在过孔2041中，在第一电极集流体101上依次形成第一电极102、电解质层103以及第二电极104。例如，分别采用薄膜形成方法，例如蒸镀、溅射或沉积等方法，在第一电极集流体101上通过掩模板直接形成图案化的第一电极102、电解质层103以及第二电极104。
例如，本示例中，第一电极102为正极，第一电极102的材料包括LCO、LMO、LNMO、NCA、NCM、CuS2、TiS2、FeS2、SnS2、LiFePO4、LiMnPO4、LiCoPO4、LiNiPO4、Li3V2(PO4)3、Li2FeSiO4、Li2MnSiO4、Li2CoSiO4、Li2NiSiO4、Li2Fe2(SO4)3、LiFeBO3、LiMnBO3、LiCoBO3、LiNiBO3和V2O5中的一种或几种。例如，电解质层103为固体电解质层，固体电解质层的材料例如包括LiPON、LLTO、LGSP、LPS、Thio-LiSiCON、LATP、LLZO、Li2S、SiS2、P2S5、SiS2和B2S3中的一种或几种；或者，电解质层103为聚合物电解质层，聚合物电解质层的材料例如包括甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸甲酯(MA)及其衍生物等。例如，第二电极104为负极，第二电极104的材料包括氧化锡(SnO2)、石墨、锂金属、锂合金和锂化合物中的一种或几种。
例如，如图7C所示，在第二电极104形成后，形成第二电极集流体105与源漏电极层205。例如，第二电极集流体105与源漏电极层205采用同一膜层形成。
例如，本示例中，第二电极集流体105为负极集流体，源漏电极层205和第二电极集流体105的材料采用Mo、Cu、Ni或不锈钢等。例如，采用薄膜形成方法，例如蒸镀、溅射或沉积等方法，形成一层源漏电极材料薄膜，然后对源漏电极材料薄膜进行构图工艺以形成图案化的第二电极集流体105与源漏电极层205。
如图7D所示，在第二电极集流体105与源漏电极层205形成后，采用薄膜形成方法，例如蒸镀、溅射或沉积等方法，形成第二绝缘材料层，然后对第二绝缘材料层进行构图工艺以形成第二绝缘层206。例如第二绝缘层206包括暴露源漏极层204中的源极或漏极的过孔2061。
例如，第二绝缘层206的材料可采用无机绝缘材料或有机绝缘材料，无机绝缘材料例如包括硅氧化物、氮氧化物等，有机绝缘材料例如包括树脂材料等。
例如，在第二绝缘层206形成后，采用薄膜形成方法，例如蒸镀、溅射或沉积等方法，形成连接电极材料层，然后对连接电极材料层进行构图工艺以形成图案化的形成连接电极207。例如，连接电极207的材料可以采用透明导电材料，例如氧化铟锡、氧化铟锌、氧化铟镓、氧化镓锌或碳纳米管等。
需要注意的是，在其他示例中，也可以将第一电极集流体101形成为负极集流体，相应地，第一电极102形成为负极，第二电极集流体105形成为正极集流体，第二电极104形成为正极。本公开的实施例对锂离子电池单元10的各功能层的设置与形成材料等不作具体限定。
例如，在一些示例中，形成锂离子电池还包括形成第一电源线和第二电源线，此时，锂离子电池单元的第一电极，例如第一电极集流体101形成为与薄膜晶体管的源极和漏极中的一个电连接，例如通过在栅绝缘层202和第一绝缘层204中形成过孔以进行电连接；薄膜晶体管的源极和漏极中的另一个与第一电源线电连接，例如通过连接电极207与第一电源线电连接。此时，薄膜晶体管可以控制第一电源线是否对锂离子电池单元的第一电极施加电信号。例如，锂离子电池单元的第二电极，例如第二电极集流体105形成为直接与第二电源线连接。
例如，在其他示例中，形成锂离子电池还包括形成第一电源线和第二电源线，并且形成两个作为开关元件的薄膜晶体管。锂离子电池单元的第一电极，例如第一电极集流体101形成为与第一薄膜晶体管的源极和漏极中的一个电连接，第一薄膜晶体管的源极和漏极中的另一个与第一电源线电连接。锂离子电池单元的第二电极，例如第二电极集流体105形成为与第二薄膜晶体管的源极和漏极中的一个电连接，例如通过在栅绝缘层和第一绝缘层中形成过孔以进行电连接；第二薄膜晶体管的源极和漏极中的另一个与第二电源线电连接，例如通过连接电极与第二电源线电连接。此时，第一薄膜晶体管可以控制第一电源线是否对锂离子电池单元的第一电极施加电信号，第二薄膜晶体管可以控制第二电源线是否对锂离子电池单元的第二电极施加电信号。
例如，形成锂离子电池还可以包括形成控制电路，该控制电路构造为控制每个锂离子电池单元的充放电。例如，该控制电路可以采用柔性电路板(FPC)或集成电路(IC)等。例如，第一薄膜晶体管的栅极和/或第二薄膜晶体管的栅极连接至控制电路，从而控制电路可以通过是否对第一薄膜晶体管的栅极和/或第二薄膜晶体管的栅极施加信号来控制第一薄膜晶体管和/或第二薄膜晶体管的通断。例如，第一电源线和/或第二电源线也可以连接至控制电路，从而控制电路可以控制第一电源线和/或第二电源线是否传输电源信号。本实施例中，锂离子电池中形成的第一电源线、第二电源线和控制电路的连接关系等可参见图1A、图2A以及图3A，本实施例不再赘述。
另外，利用本实施例的方法也可以形成如图5和图6所示的锂离子电池，与上述示例不同之处在于各膜层的形成顺序不同，使得各膜层的相对位置发生改变。
例如，形成如图5所示的锂离子电池时，首先形成作为开关元件的薄膜晶体管的栅极层201、栅绝缘层202、有源层203和第一绝缘层204，然后采用同一膜层形成源漏电极层205和锂离子电池单元的第一电极集流体101，最后形成第二栅绝缘层206、连接电极207以及锂离子电池单元的第一电极102、电解质层103、第二电极104和第二电极集流体105等。该示例中，各功能层的形成材料与形成方法可参见上述示例，在此不再赘述。
例如，形成如图6所示的锂离子电池时，首先形成锂离子电池单元的第一电极集流体101、第一电极102、电解质层103和第二电极104，然后采用同一膜层形成作为开关元件的薄膜晶体管的栅极层201和锂离子电池单元的第二电极集流体105，最后形成薄膜晶体管的栅绝缘层202、有源层203、第一绝缘层204、源漏电极层205、第二栅绝缘层206以及连接电极207等。该示例中，各功能层的形成材料与形成方法也可参见上述示例，在此不再赘述。
采用本实施例提供的锂离子电池的制备方法制备的锂离子电池中，开关元件可以对每个锂离子电池单元进行控制，例如控制每个锂离子电池单元的充放电等操作，因此，开关元件可以选择性开启锂离子电池中的某个或某些锂离子电池单元，使得锂离子电池所具有的锂离子电池单元可以分别独立进行工作，在不需要的情况下，可以不同时工作，以减少不必要的资源浪费。例如，锂离子电池单元可以分别独立地进行充放电操作，以减少一些锂离子电池单元不必要的充放电，延长锂离子电池单元的使用时间。另外，本实施例提供的锂离子电池中，每个锂离子电池单元都是独立的，当某个锂离子电池单元有损坏时，其他锂离子电池单元仍然可以正常进行工作，因此不会影响整体锂离子电池的正常使用，使得锂离子电池具有更高的稳定性与信赖度。
还有以下几点需要说明：
(1)本公开实施例附图只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。
(2)为了清晰起见，在用于描述本公开的实施例的附图中，层或区域的厚度被放大或缩小，即这些附图并非按照实际的比例绘制。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。
(3)在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。
以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (13)

1.一种锂离子电池，包括：
多个锂离子电池单元；
多个开关元件；以及
第一电源线；
其中，每个所述开关元件分别与一个或多个所述锂离子电池单元连接以控制一个或多个所述锂离子电池单元，
所述开关元件为薄膜晶体管，所述薄膜晶体管包括栅极层和源漏电极层，所述源漏电极层包括源极和漏极，
所述锂离子电池单元包括第一电极和第二电极，
其中，每个所述开关元件分别与一个或多个所述锂离子电池单元连接以控制一个或多个所述锂离子电池单元，包括：
所述多个开关元件包括第一薄膜晶体管，所述第一薄膜晶体管连接在所述一个或多个所述锂离子电池单元与所述第一电源线之间；其中，所述第一薄膜晶体管的源极和漏极中的一个和所述第一电极连接，所述第一薄膜晶体管的所述源极和漏极中的另一个与所述第一电源线连接，以通过所述第一薄膜晶体管控制所述第一电源线与所述第一电极的连接状态，在所述第一薄膜晶体管开启的情况下，所述第一电源线与所述第一电极电连接，在所述第一薄膜晶体管关闭的情况下，所述第一电源线与所述第一电极断开；
每个所述锂离子电池单元包括第一电极集流体，所述第一电极集流体与所述薄膜晶体管的栅极层和源漏电极层中的一层同层设置。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池，其中，所述第一电极和所述第二电极分别连接一个所述开关元件。
3.根据权利要求2所述的锂离子电池，还包括第二电源线；
所述锂离子电池单元的所述第二电极通过第二薄膜晶体管与所述第二电源线连接；其中，所述第二薄膜晶体管的所述源极和漏极中的一个和所述第二电极连接，所述第二薄膜晶体管的所述源极和漏极中的另一个与所述第二电源线连接。
4.根据权利要求3所述的锂离子电池，还包括控制电路，构造为控制每个所述锂离子电池单元的充放电；
所述第一薄膜晶体管的栅极和/或所述第二薄膜晶体管的栅极连接至所述控制电路。
5.根据权利要求4所述的锂离子电池，其中，所述第一电源线和/或所述第二电源线连接至所述控制电路。
6.根据权利要求1所述的锂离子电池，其中，每个所述锂离子电池单元还包括与所述第一电极集流体叠层设置的第一电极、电解质层、第二电极和第二电极集流体。
7.根据权利要求6所述的锂离子电池，其中，
所述第二电极集流体与所述薄膜晶体管的栅极层和源漏电极层中的另一层同层设置。
8.根据权利要求6所述的锂离子电池，其中，所述电解质层为固体电解质层。
9.一种锂离子电池的制备方法，包括：
形成多个锂离子电池单元；
形成多个开关元件；以及
形成第一电源线；
其中，每个所述开关元件分别形成为与一个或多个所述锂离子电池单元连接以控制一个或多个所述锂离子电池单元，
所述开关元件为薄膜晶体管，所述薄膜晶体管包括栅极层和源漏电极层，所述源漏电极层包括源极和漏极，
所述锂离子电池单元包括第一电极和第二电极，
其中，每个所述开关元件分别与一个或多个所述锂离子电池单元连接以控制一个或多个所述锂离子电池单元，包括：
所述多个开关元件包括第一薄膜晶体管，所述第一薄膜晶体管连接在所述一个或多个所述锂离子电池单元与所述第一电源线之间；其中，所述第一薄膜晶体管的源极和漏极中的一个和所述第一电极连接，所述第一薄膜晶体管的所述源极和漏极中的另一个与所述第一电源线连接，以通过所述第一薄膜晶体管控制所述第一电源线与所述第一电极的连接状态，在所述第一薄膜晶体管开启的情况下，所述第一电源线与所述第一电极电连接，在所述第一薄膜晶体管关闭的情况下，所述第一电源线与所述第一电极断开；
每个所述锂离子电池单元包括第一电极集流体，所述第一电极集流体与所述薄膜晶体管的栅极层和源漏电极层中的一层采用同一膜层形成。
10.根据权利要求9所述的锂离子电池的制备方法，其中，形成所述至少一个开关元件包括形成至少一个所述薄膜晶体管，形成所述薄膜晶体管包括形成栅极层以及源漏电极层。
11.根据权利要求10所述的锂离子电池的制备方法，其中，形成锂离子电池单元包括形成叠层的第一电极集流体、第一电极、电解质层、第二电极集流体和第二电极。
12.根据权利要求11所述的锂离子电池的制备方法，其中，所述第二电极集流体与所述栅极层和所述源漏电极层中的另一层采用同一膜层形成。
13.根据权利要求11所述的锂离子电池的制备方法，其中，所述电解质层为固体电解质层。
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