CN112928270B - 储能件和储能件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种储能件和储能件的制造方法，储能件包括：多个储能单元，储能单元包括：硅材料框架；电解质层，位于硅材料框架内，电解质层与硅材料框架相贴合；正极集流体，位于硅材料框架的第一端；负极集流体，与正极集流体相对设置，负极集流体位于硅材料框架的第二端；其中，电解质层、正极集流体和负极集流体围合形成腔体，腔体内填充有正极材料，其中正极及流体与正极材料相接触，负极集流体与正极材料相绝缘。本申请实施例提高了电池内部的空间利用率，有利于提高单位体积下的能量密度。

Description

储能件和储能件的制造方法
技术领域
本申请属于电池技术领域，具体涉及一种储能件和储能件的制造方法。
背景技术
相关技术中，手机、笔记本等电子产品普遍采用锂电池作为储能设备，因此锂电池的能量密度成了制约电子产品发展的主要瓶颈之一。
目前的利电子采用钴酸锂(LiCoO2)/石墨(C)体系，该体系中，石墨材料本身的理论储锂容量(372mAh/g)限制了电池容量的提升，导致电池的能量密度低。
因此，如何设计一种能够提高容量的电池体系，是目前亟待解决的技术问题。
发明内容
本申请旨在提供一种储能件和储能件的制造方法，能够提供一种高容量的电池体系。
第一方面，本申请实施例提出了一种储能件，包括：
多个储能单元，储能单元包括：
硅材料框架；
电解质层，位于硅材料框架内，电解质层与硅材料框架相贴合；
正极集流体，位于硅材料框架的第一端；
负极集流体，与正极集流体相对设置，负极集流体位于硅材料框架的第二端；
其中，电解质层、正极集流体和负极集流体围合形成腔体，腔体内填充有正极材料，其中正极及流体与正极材料相接触，负极集流体与正极材料相绝缘。
第二方面，本申请实施例提出了一种储能件的制造方法，包括：
对硅晶体基材进行蚀刻处理，以在硅晶体基材的第一侧上形成多个凹槽单元；
在凹槽单元内填充正极材料；
在硅晶体基材的第一侧沉积负极集流体；
在硅晶体基材的第二侧沉积正极集流体；
对硅晶体基材进行封装，以得到储能件。
第三方面，本申请实施例提出了一种储能件的制造装置，包括：
蚀刻模块，用于对硅晶体基材进行蚀刻处理，以在硅晶体基材的第一侧上形成多个凹槽单元；
填充模块，用于在凹槽单元内填充正极材料；
沉积模块，用于在硅晶体基材的第一侧沉积负极集流体；和
在硅晶体基材的第二侧沉积正极集流体；
封装模块，用于对硅晶体基材进行封装，以得到储能件。
第四方面，本申请实施例提出了一种可读存储介质，其上存储有程序或指令，程序或指令被处理器执行时实现如第二方面的方法的步骤。
在本申请的实施例中，储能件即电池，储能件由多个储能单元构成，其中，每个储能单元均包括硅材料框架，硅材料框架的内侧贴合有电解质层，其中，硅材料框架为桶型结构，电解质层贴合在框架的内表面后也形成为一个桶字型结构。
于是，硅材料框架和电解质层连接后，使得储能单元在截面上构成了一个“二”字型的结构，在该结构两端的“开口”处，分别覆盖有正极集流体和负极集流体，最终形成为一个“口”字型结构。
在“口”字型结构中间的腔体内，填充有正极材料，该正极材料与正极集流体相连接，并与负极既流体相绝缘，因此一个储能单元就构成了一个微型的“电池”结构，通过调整储能单元的数量和排布方式，就可以对储能件的“电量”和尺寸、形状等参数进行设置，有利于制造出不同形状、不同尺寸、不同容量的电池，从而适应各种不同的使用场景。
本申请实施例通过使用硅材料框架，即通过“硅(Si)”替代石墨(碳元素C)来构成电池体系，也就是使用硅材料层作为电池的负极，其中，由于硅元素的比容量为4200mAh/g，远大于石墨的372mAh/g，也就是于硅元素相较于碳元素具有更大的比容量，因此本申请实施例能够显著的提高电池的单位能量密度，从而在优先的体积内，有效地提高电池的容量。
同时硅材料层，也就是硅材料负极能够形成为储能单元，并最终形成为储能件的结构支撑部件，无需设置额外的支撑结构，有利于使电池小型化，同时，硅材料层作为负极，其完全包裹正极材料，有利于提升电池内部的空间利用率，同时，正极集流体和负极集流体实现了在空间上的“正对”相对，有利于提高电池在单位体积内的能量密度。
进一步地，本申请实施例的多个储能单元，由于其正极集流体和负极集流体为一体式设计，使得多个储能单元之间不再需要额外的连接结构，如导线等，进一步提高了电池内部的空间利用率，有利于提高单位体积下的能量密度，且电池正极集流体和负极集流体，分别于正极材料和负极材料(硅材料层)直接接触，优化了电子扩散迁移的路径。
本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1示出了根据本申请实施例的储能件的结构示意图；
图2示出了根据本申请实施例的储能单元的结构示意图；
图3示出了根据本申请实施例的储能件的制造方法的流程图之一；
图4示出了硅晶体基材的俯视图；
图5示出了了硅晶体基材的侧视图；
图6示出了根据本申请实施例的凹槽单元的结构图之一；
图7为图6在A-A方向上的剖视图；
图8示出了根据本申请实施例的储能件的制造方法的流程图之二；
图9示出了根据本申请实施例的凹槽单元的结构图之二；
图10为图9在B-B方向上的剖视图；
图11示出了根据本申请实施例的储能件的制造方法的流程图之二；
图12示出了根据本申请实施例的凹槽单元的结构图之三；
图13为图12在C-C方向上的剖视图；
图14示出了根据本申请实施例的储能件的制造方法的流程图之三；
图15示出了根据本申请实施例的凹槽单元的结构图之四；
图16为图15在D-D方向上的剖视图；
图17示出了根据本申请实施例的储能件的制造装置的结构框图。
附图标记：
100储能件、102储能单元、1022硅材料框架、1026电解质层、1030正极集流体、1032负极集流体、1034正极材料、1036第一绝缘层、1040第二绝缘层、700硅晶体基材、702凹槽单元、704正极耳、706负极耳。
具体实施方式
下面将详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
下面结合图1至图17描述根据本申请实施例的储能件和储能件的制造方法。
在本申请实施例中，图1示出了根据本申请实施例的储能件100的结构示意图，图2示出了根据本申请实施例的储能单元102的结构示意图，如图1和图2所示，具体地，储能件100包括多个储能单元102，储能单元102包括：
硅材料框架1022；
电解质层1026，位于硅材料框架1022中，第一电解质层1026与硅材料框架1022相贴合；
正极集流体1030，位于硅材料框架1022的第一端；
负极集流体1032，与正极集流体1030相对设置，负极集流体1032位于硅材料框架1022的第二端；
其中，电解质层1026、正极集流体1030和负极集流体1032围合形成腔体，腔体内填充有正极材料1034，其中正极及流体1030与正极材料1034相接触，负极集流体1032与正极材料1034相绝缘。
在本申请的实施例中，储能件100即电池，储能件100由多个储能单元102构成，其中，每个储能单元102均包括硅材料框架1022，硅材料框架1022的内侧贴合有电解质层1026，其中，硅材料框架1022为桶型结构，电解质层1026贴合在框架1022的内表面后也形成为一个桶字型结构。
于是，硅材料框架1022和电解质层1026连接后，使得储能单元102在截面上构成了一个“二”字型的结构，在该结构两端的“开口”处，分别覆盖有正极集流体1030和负极集流体1032，最终形成为一个“口”字型结构。
在“口”字型结构中间的腔体内，填充有正极材料1034，该正极材料1034与正极集流体1030相连接，并与负极既流体1032相绝缘，因此一个储能单元102就构成了一个微型的“电池”结构，通过调整储能单元102的数量和排布方式，就可以对储能件100的“电量”和尺寸、形状等参数进行设置，有利于制造出不同形状、不同尺寸、不同容量的电池，从而适应各种不同的使用场景。
本申请实施例通过使用硅材料框架，即通过“硅(Si)”替代石墨(碳元素C)来构成电池体系，其中，由于硅元素的比容量为4200mAh/g，远大于石墨的372mAh/g，也就是于硅元素相较于碳元素具有更大的比容量，因此本申请实施例能够显著的提高电池的单位能量密度，从而在优先的体积内，有效地提高电池的容量。
同时硅材料层，也就是硅材料负极能够形成为储能单元102，并最终形成为储能件100的结构支撑部件，无需设置额外的支撑结构，有利于使电池小型化，同时，硅材料层作为负极，其完全包裹正极材料1034，有利于提升电池内部的空间利用率，同时，正极集流体1030和负极集流体1032实现了在空间上的“正对”相对，有利于提高电池在单位体积内的能量密度。
进一步地，本申请实施例的多个储能单元102，由于其正极集流体1030和负极集流体1032为一体式设计，使得多个储能单元102之间不再需要额外的连接结构，如导线等，进一步提高了电池内部的空间利用率，有利于提高单位体积下的能量密度，且电池正极集流体1030和负极集流体1032，分别于正极材料1034和负极材料(硅材料层)直接接触，优化了电子扩散迁移的路径。
在本申请的一些实施例中，如图2所示，储能单元102还包括：
绝缘件，绝缘件包括：
第一绝缘层1036，位于第一硅材料层1022和正极集流体1030之间，第一绝缘层1036覆盖硅材料框架1022的第一端和电解质层1026的第一端，并覆盖正极材料1034的部分；
第二绝缘层1040，位于正极材料1034和负极集流体1032之间，第二绝缘层1040将正极材料1034与负极集流体1032相分隔，并覆盖电解质层1026的第二端和硅材料框架1022的第二端的至少部分。
在本申请实施例中，储能单元102中设置有绝缘件，该绝缘件具体为电子绝缘层，具体包括第一绝缘层1036和第二绝缘层1040。
其中，第一绝缘层1036用于使储能单元102两侧的硅材料框架和电解质层，与正极集流体1030之间相绝缘，为了保证绝缘可靠性，第一绝缘层1036的覆盖面积大于硅材料框架1022的第一端的面积，即至少部分第一绝缘层1036覆盖到正极材料1034的区域内。第二绝缘层1040用于使电解质层和正极材料1034，与负极接流体之间相绝缘，为了保证绝缘可靠性，第二绝缘层1040的覆盖面积大于电解质层1026的第二端的面积和正极材料1034的面积，即至少部分第二绝缘层1040覆盖到硅材料框架的区域内。
通过设置绝缘件，使得正极集流体1030与正极材料1034直接接触，但与负极材料(硅材料层)相绝缘，同时使得负极集流体1032与负极材料(硅材料层)直接接触，但与正极材料1034相绝缘，一方面提高了电池内部的空间利用率，有利于提高单位体积下的能量密度，另一方面优化了电子扩散迁移的路径。
在本申请的一些实施例中，如图2所示，第一绝缘层1036为环形结构，正极集流体1030上设置有凸起部，凸起部嵌设于环形结构中，且凸起部与第一绝缘层1036相平齐；
负极集流体1032上设置有凹陷部，第二绝缘层1040嵌设于凹陷部内，且第二绝缘层1040与负极集流体1032相平齐。
在本申请实施例中，正极集流体1030上的凸起部嵌在第一绝缘层1036的环形结构内，该凸起部与正极材料1034直接接触，并通过第一绝缘层1036与负极材料相绝缘。第二绝缘层1040嵌入负极集流体1032上的凹陷部，使得负极集流体1032与正极材料1034相绝缘，并通过凹陷部两侧的突出部分与负极材料直接接触，优化了电子扩散迁移的路径。
在本申请的一些实施例中，正极材料1034包括以下一种或多种：
氧化钴锂、镍钴锰三元锂离子氧化物材料、镍钴锰酸锂三元材料、高锰酸锂、磷酸铁锂；
电解质层包括固体电解质层、液体电解质层、凝胶电解质层中的一种或多种，电解质层由以下材料制成：
Li10GeP2S12、硫化锂、硫代磷酸锂、Li4T15O12、Li2ZrO3、La0.57Li0.29TiO3、钠快离子导体、聚氧化乙烯、聚丙烯腈、四氢硼锂、溴化锂或氯化锂；
绝缘件包括：
氮化硅绝缘件、氧化铝绝缘件或二氧化硅绝缘件；
正极集流体1030包括以下材料：
铝、镍、铂、金、钨或不锈钢；
负极集流体1032包括以下材料：
铜、镍、铂、金、钨或不锈钢。
在本申请实施例中，正极材料1034包括但不限于：氧化钴锂(LiCoO2)、镍钴锰三元锂离子氧化物材料Li(NixCoyMn1-x-y)O2(NMC)、镍钴锰酸锂三元材料Li(Ni0.8Co0.15Al0.05)O2(NCA)、高锰酸锂(LiMn2O4)、磷酸铁锂(LiFePO4)中的一种或多种。
电解质层可以是固体电解质层、液体电解质层或凝胶电解质层，又或是上述三者中任两者的组合，又或是三者的组合。具体地，电解质层的主要电解质材料包括但不限于:Li10GeP2S12、硫化锂(Li2S)、硫代磷酸锂(Li3PS4)、Li4T15O12、Li2ZrO3、La0.57Li0.29TiO3、钠快离子导体(NASICON)、聚氧化乙烯(PEO)、聚丙烯腈(PAN)、四氢硼锂(LiBH4)，溴化锂(LiBr)，氯化锂(LiCl)中的一种或多种。
绝缘件，具体为第一绝缘层1036和第二绝缘层1040的材料包括但不限于：氮化硅(Si3N4)、氧化铝(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)。
正极集流体1030的材料包括但不限于：铝、镍、铂、金、钨、不锈钢。
负极集流体1032的材料包括但不限于：铜、镍、铂、金、钨、不锈钢。
在一种实施方式中，正极集流体1030的材料为铝，负极集流体1032的材料为铜。
在本申请的一些实施例中，如图2所示，硅材料框架1022朝向正极材料1034的一侧到硅材料框架1022背向正极材料1034的一侧的方向为第一方向，在第一方向上，硅材料框架1022的宽度范围为：50nm至1mm、正极材料1034的宽度范围为200nm至1mm、电解质层的宽度范围为10nm至50μm；
在硅材料框架1022的第一端到硅材料框架1022的第二端的方向为第二方向，在第二方向上，硅材料框架1022的厚度范围为：500nm至5mm、正极材料1034的宽度范围为：500nm至5mm、第一绝缘层和第二绝缘层的厚度范围为：100nm至50μm；
第三方向与第一方向和第二方向均垂直，在第三方向上，正极材料1034的长度范围为：200nm至1mm。
在本申请实施例中，如图2所示，其中包括X-Y-Z坐标系，X轴方向即上述第一方向，Z轴方向即上述第二方向，Y轴方向即上述第三方向。
在第一方向上，也就是在X轴方向上，硅材料框架1022的框架部分的宽度范围为：50nm至1mm，正极材料1034的宽度范围与第一硅材料层1022和第二硅材料层1024相同，同为200nm至1mm，电解质层的宽度范围为10nm至50μm。
在第二方向上，也就是在Y轴方向上，第硅材料框架1022的框架部分的厚度范围为：500nm至5mm，正极材料1034的宽度范围为：500nm至5mm，绝缘层的厚度范围为：100nm至50μm。
在第三方向上，也就是在Z轴方向上，正极材料1034的长度范围为：200nm至1mm。
在本申请的一些实施例中，储能单元102的横截面的形状包括：
矩形、圆形、梯形、菱形、星型、椭圆或多边形。
在本申请实施例中，一个储能单元102的形状可以是矩形、圆形、梯形、菱形、星型、椭圆形或多边形。
在一种可行的实施例中，储能件100中的多个储能单元102的形状相同，有利于降低加工难度。
在另一种可行的实施例中，储能件100中的多个储能单元102的形状不同，有利于形成不同形状的储能件100。
在本申请的一些实施例中，图3示出了根据本申请实施例的储能件100的制造方法的流程图之一，如图3所示，制造方法包括：
步骤302，对硅晶体基材进行蚀刻处理，以在硅晶体基材的第一侧上形成多个凹槽单元；
步骤304，在凹槽单元内填充正极材料；
步骤306，在硅晶体基材的第一侧沉积负极集流体；
步骤308，在硅晶体基材的第二侧沉积正极集流体；
步骤310，对硅晶体基材进行封装，以得到储能件。
在本申请实施例中，硅晶体基材700即硅片，图4示出了硅晶体基材700的俯视图，图5示出了硅晶体基材700的侧视图。对硅晶体基材700进行蚀刻处理，其中蚀刻处理可以是化学蚀刻，或激光雕刻，本申请实施例对此不作限定。
通过蚀刻处理，在硅晶体基材700的第一侧上，雕刻出多个凹槽单元702，图6示出了根据本申请实施例的凹槽单元702的结构图之一，图7为图6在A-A方向上的剖视图，如图6和图7所示，每个凹槽单元702的凹槽深度均小于硅晶体基材700的厚度，即不将硅晶体基材700蚀刻穿。
进一步地，在凹槽内填充正极材料1034，并在硅晶体两侧分别沉积负极集流体1032和正极集流体1030，最终得到多个排列好的储能单元102，最后对硅晶体基材700进行封装，从而得到储能件100。
通过本申请实施例制造的储能件100，即通过“硅(Si)”替代石墨(碳元素C)来构成电池体系，其中，由于硅元素的比容量为4200mAh/g，远大于石墨的372mAh/g，也就是于硅元素相较于碳元素具有更大的比容量，因此本申请实施例能够显著的提高电池的单位能量密度，从而在优先的体积内，有效地提高电池的容量。
同时硅材料层，也就是硅材料负极能够形成为储能单元102，并最终形成胃储能件100的结构支撑部件，无需设置额外的支撑结构，有利于使电池小型化，同时，硅材料层作为负极，其完全包裹正极材料1034，有利于提升电池内部的空间利用率，同时，正极集流体1030和负极集流体1032实现了在空间上的“正对”相对，有利于提高电池在单位体积内的能量密度。
进一步地，本申请实施例的多个储能单元102，由于其正极集流体1030和负极集流体1032为一体式设计，使得多个储能单元102之间不再需要额外的连接结构，如导线等，进一步提高了电池内部的空间利用率，有利于提高单位体积下的能量密度，且电池正极集流体1030和负极集流体1032，分别于正极材料1034和负极材料(硅材料层)直接接触，优化了电子扩散迁移的路径。
在本申请的一些实施例中，图8示出了根据本申请实施例的储能件100的制造方法的流程图之二，如图8所示，在凹槽单元702内填充正极材料1034，包括：
步骤802，在凹槽单元的内侧壁和底壁上沉积形成电解质层；
步骤804，向凹槽单元内填充正极材料，并打磨硅晶体基材的第一侧。
在本申请实施例中，图9示出了根据本申请实施例的凹槽单元702的结构图之二，图10为图9在B-B方向上的剖视图，如图9和图10所示，在凹槽单元702内部的侧壁和底壁上，沉积一层均匀致密的固体电解质层。固体电解质沉积完成后，将正极材料1034填充到凹槽中。同时打磨硅晶体基材700的第一侧，将顶部沉积的固体电解质与正极材料1034打磨掉，使顶部平整。
在本申请的一些实施例中，图11示出了根据本申请实施例的储能件100的制造方法的流程图之二，如图11所示，在硅晶体基材700的第一侧沉积负极集流体1032，包括：
步骤1102，在硅晶体基材的第一侧沉积第三绝缘层，第三绝缘层覆盖每个凹槽单元的正极材料，并覆盖每个凹槽单元的侧壁的至少部分；
步骤1104，在硅晶体基材的第一侧沉积负极集流体，负极集流体覆盖每个凹槽单元。
在本申请实施例中，图12示出了根据本申请实施例的凹槽单元702的结构图之三，图13为图12在C-C方向上的剖视图，如图12和图13所示，在硅晶体基材700的第一侧，也即正极区域沉积一层电子绝缘层，该第三绝缘层完全覆盖固体电解质层，并覆盖到四周的硅材料区域。然后在硅晶体基材700的第一侧沉积一层均匀致密的金属，比如金属铜，用作负极集流体1032。
在本申请的一些实施例中，图14示出了根据本申请实施例的储能件100的制造方法的流程图之三，如图14所示，在硅晶体基材700的第二侧沉积正极集流体1030，包括：
步骤1402，打磨硅晶体基材的第二侧，直至每个凹槽单元均露出正极材料；
步骤1404，在硅晶体基材的第二侧沉积第四绝缘层，第四绝缘层上设置有与每个凹槽单元对应的通孔，通孔覆盖正极材料的至少部分；
步骤1406，在硅晶体基材的第二侧沉积正极集流体，正极集流体覆盖每个凹槽单。
在本申请实施例中，对硅晶体基材700的第二侧进行打磨，去掉第二侧上的硅材料层和电解质层，直至每个凹槽单元702均露出正极材料1034为止。图15示出了根据本申请实施例的凹槽单元702的结构图之四，图16为图15在D-D方向上的剖视图，如图15和图16所示，在非正极区域沉积一层电子绝缘层，即第四绝缘层，第四绝缘层完全覆盖固体电解质层，并覆盖到四周的正极材料1034区域，然后在硅晶体基材700的第二侧表面沉积一层均匀致密的金属，比如金属铝，用做正极集流体1030。
在本申请的一些实施例中，对硅晶体基材700进行封装，包括：
对硅晶体基材700进行切割，得到包括I个凹槽单元702的切割体，其中，I为自然数；封装切割体，并在切割体上焊接正极耳704和负极耳706，以得到储能件100。
在本申请实施例中，根据所需电池的尺寸，以最小结构单元Ⅰ的整数倍进行切割，然后进行正、负极耳706焊接与封装，得到成品电池，即上述储能件100。
在本申请的一些实施例中，正极材料1034包括：
氧化钴锂、NMC三元材料、NCA三元材料、高锰酸锂或磷酸铁锂；
电解质层包括固体电解质层、液体电解质层、凝胶电解质层中的一种或多种，电解质层由以下材料制成：
Li10GeP2S12、硫化锂、硫代磷酸锂、Li4T15O12、Li2ZrO3、La0.57Li0.29TiO3、钠快离子导体、聚氧化乙烯、聚丙烯腈、四氢硼锂、溴化锂或氯化锂；
正极集流体1030包括以下材料：
铝、镍、铂、金、钨或不锈钢；
负极集流体1032包括以下材料：
铜、镍、铂、金、钨或不锈钢。
在本申请实施例中，正极材料1034包括但不限于：氧化钴锂(LiCoO2)、镍钴锰三元锂离子氧化物材料Li(NixCoyMn1-x-y)O2(NMC)、镍钴锰酸锂三元材料Li(Ni0.8Co0.15Al0.05)O2(NCA)、高锰酸锂(LiMn2O4)、磷酸铁锂(LiFePO4)中的一种或多种。
电解质层可以是固体电解质层、液体电解质层或凝胶电解质层，又或是上述三者中任两者的组合，又或是三者的组合。具体地，电解质层的主要电解质材料包括但不限于:Li10GeP2S12、硫化锂(Li2S)、硫代磷酸锂(Li3PS4)、Li4T15O12、Li2ZrO3、La0.57Li0.29TiO3、钠快离子导体(NASICON)、聚氧化乙烯(PEO)、聚丙烯腈(PAN)、四氢硼锂(LiBH4)，溴化锂(LiBr)，氯化锂(LiCl)中的一种或多种。
正极集流体1030的材料包括但不限于：铝、镍、铂、金、钨、不锈钢。
负极集流体1032的材料包括但不限于：铜、镍、铂、金、钨、不锈钢。
在一种实施方式中，正极集流体1030的材料为铝，负极集流体1032的材料为铜。
在本申请的一些实施例中，第三绝缘层和第四绝缘层均包括以下中的一种或多种：氮化硅绝缘层、氧化铝绝缘层、二氧化硅绝缘层。
在本申请实施例中，具体为第三绝缘层和第四绝缘层的材料包括但不限于：氮化硅(Si3N4)、氧化铝(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)。
在本申请的一些实施例中，图17示出了根据本申请实施例的储能件100的制造装置的结构框图，如图17所示，储能件的制造装置1700包括：
蚀刻模块1702，用于对硅晶体基材700进行蚀刻处理，以在硅晶体基材700的第一侧上形成多个凹槽单元702；
填充模块1704，用于在凹槽单元702内填充正极材料1034；
沉积模块1706，用于在硅晶体基材700的第一侧沉积负极集流体1032；和
在硅晶体基材700的第二侧沉积正极集流体1030；
封装模块1708，用于对硅晶体基材700进行封装，以得到储能件100。
在本申请实施例中，硅晶体基材700即硅片，图4示出了硅晶体基材700的俯视图，图5输出了硅晶体基材700的侧视图。对硅晶体基材700进行蚀刻处理，其中蚀刻处理可以是化学蚀刻，或激光雕刻，本申请实施例对此不作限定。
通过蚀刻处理，在硅晶体基材700的第一侧上，雕刻出多个凹槽单元702，图6示出了根据本申请实施例的凹槽单元702的结构图之一，图7为图6在A-A方向上的剖视图，如图6和图7所示，每个凹槽单元702的凹槽深度均小于硅晶体基材700的厚度，即不将硅晶体基材700蚀刻穿。
进一步地，在凹槽内填充正极材料1034，并在硅晶体两侧分别沉积负极集流体1032和正极集流体1030，最终得到多个排列好的储能单元102，最后对硅晶体基材700进行封装，从而得到储能件100。
通过本申请实施例制造的储能件100，即通过“硅(Si)”替代石墨(碳元素C)来构成电池体系，其中，由于硅元素的比容量为4200mAh/g，远大于石墨的372mAh/g，也就是于硅元素相较于碳元素具有更大的比容量，因此本申请实施例能够显著的提高电池的单位能量密度，从而在优先的体积内，有效地提高电池的容量。
同时硅材料层，也就是硅材料负极能够形成为储能单元102，并最终形成胃储能件100的结构支撑部件，无需设置额外的支撑结构，有利于使电池小型化，同时，硅材料层作为负极，其完全包裹正极材料1034，有利于提升电池内部的空间利用率，同时，正极集流体1030和负极集流体1032实现了在空间上的“正对”相对，有利于提高电池在单位体积内的能量密度。
进一步地，本申请实施例的多个储能单元102，由于其正极集流体1030和负极集流体1032为一体式设计，使得多个储能单元102之间不再需要额外的连接结构，如导线等，进一步提高了电池内部的空间利用率，有利于提高单位体积下的能量密度，且电池正极集流体1030和负极集流体1032，分别于正极材料1034和负极材料(硅材料层)直接接触，优化了电子扩散迁移的路径。
在本申请的一些实施例中，填充模块1704，用于在凹槽单元702内填充正极材料1034，包括：
在凹槽单元702的内侧壁和底壁上沉积形成电解质层；
向凹槽单元内填充正极材料1034，并打磨硅晶体基材700的第一侧。
在本申请实施例中，图9示出了根据本申请实施例的凹槽单元702的结构图之二，图10为图9在B-B方向上的剖视图，如图9和图10所示，在凹槽单元702内部的侧壁和底壁上，沉积一层均匀致密的固体电解质层。固体电解质沉积完成后，将正极材料1034填充到凹槽中。同时打磨硅晶体基材700的第一侧，将顶部沉积的固体电解质与正极材料1034打磨掉，使顶部平整。
在本申请的一些实施例中，沉积模块1706，用于在硅晶体基材700的第一侧沉积负极集流体1032，包括：
在硅晶体基材700的第一侧沉积第三绝缘层，第三绝缘层覆盖每个凹槽单元702的正极材料1034，并覆盖每个凹槽单元702的侧壁的至少部分；
在硅晶体基材700的第一侧沉积负极集流体1032，负极集流体1032覆盖每个凹槽单元702。
在本申请实施例中，图12示出了根据本申请实施例的凹槽单元702的结构图之三，图13为图12在C-C方向上的剖视图，如图12和图13所示，在硅晶体基材700的第一侧，也即正极区域沉积一层电子绝缘层，该第三绝缘层完全覆盖固体电解质层，并覆盖到四周的硅材料区域。然后在硅晶体基材700的第一侧沉积一层均匀致密的金属，比如金属铜，用作负极集流体1032。
在本申请的一些实施例中，沉积模块1706，用于在硅晶体基材700的第二侧沉积正极集流体1030，包括：
打磨硅晶体基材700的第二侧，直至每个凹槽单元702均露出正极材料1034；
在硅晶体基材700的第二侧沉积第四绝缘层，第四绝缘层上设置有与每个凹槽单元702对应的通孔，通孔覆盖正极材料1034的至少部分；
在硅晶体基材700的第二侧沉积正极集流体1030，正极集流体1030覆盖每个凹槽单元702。
在本申请实施例中，对硅晶体基材700的第二侧进行打磨，去掉第二侧上的硅材料层和电解质层，直至每个凹槽单元702均露出正极材料1034为止。图15示出了根据本申请实施例的凹槽单元702的结构图之四，图16为图15在D-D方向上的剖视图，如图15和图16所示，在非正极区域沉积一层电子绝缘层，即第四绝缘层，第四绝缘层完全覆盖固体电解质层，并覆盖到四周的正极材料1034区域，然后在硅晶体基材700的第二侧表面沉积一层均匀致密的金属，比如金属铝，用做正极集流体1030。
在本申请的一些实施例中，封装模块1708用于对硅晶体基材700进行封装，包括：对硅晶体基材700进行切割，得到包括I个凹槽单元702的切割体，其中，I为自然数；封装切割体，并在切割体上焊接正极耳704和负极耳706，以得到储能件100。
在本申请实施例中，根据所需电池的尺寸，以最小结构单元Ⅰ的整数倍进行切割，然后进行正、负极耳焊接与封装，得到成品电池，即上述储能件100。
在本申请的一些实施例中，提供了一种可读存储介质，其上存储有程序或指令，程序或指令被处理器执行时实现如上述任一方法实施例中方法的步骤，因此，该可读存储介质也包括上述任一方法实施例的全部有益效果，为避免重复，在此不再赘述。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本申请的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本申请的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (13)

1.一种储能件，其特征在于，包括：
多个储能单元，所述储能单元包括：
硅材料框架；
电解质层，位于所述硅材料框架内，所述电解质层与所述硅材料框架相贴合；
正极集流体，位于所述硅材料框架的第一端；
负极集流体，与所述正极集流体相对设置，所述负极集流体位于所述硅材料框架的第二端；
其中，所述电解质层、所述正极集流体和所述负极集流体围合形成腔体，所述腔体内填充有正极材料，其中所述正极及流体与所述正极材料相接触，所述负极集流体与所述正极材料相绝缘。
2.根据权利要求1所述的储能件，其特征在于，所述储能单元还包括：
绝缘件，所述绝缘件包括：
第一绝缘层，位于所述硅材料框架和所述正极集流体之间，所述第一绝缘层覆盖所述硅材料框架的第一端和所述电解质层的第一端，并覆盖所述正极材料的部分；
第二绝缘层，位于所述正极材料和所述负极集流体之间，所述第二绝缘层将所述正极材料与所述负极集流体相分隔，并覆盖所述电解质层的第二端和所述硅材料框架的第二端的至少部分。
3.根据权利要求2所述的储能件，其特征在于，所述第一绝缘层为环形结构；
所述正极集流体上设置有凸起部，所述凸起部嵌设于所述环形结构中，且所述凸起部与所述第一绝缘层相平齐；
所述负极集流体上设置有凹陷部，所述第二绝缘层嵌设于所述凹陷部内，且所述第二绝缘层与所述负极集流体相平齐。
4.根据权利要求2或3所述的储能件，其特征在于，
所述正极材料包括：
氧化钴锂、镍钴锰三元锂离子氧化物材料、镍钴锰酸锂三元材料、高锰酸锂或磷酸铁锂；
所述电解质层包括固体电解质层、凝胶电解质层中的一种或多种，所述电解质层由以下材料中的多种制成：
Li10GeP2S12、硫化锂、硫代磷酸锂、Li4T15O12、Li2ZrO3、La0.57Li0.29TiO3、钠快离子导体、聚氧化乙烯、聚丙烯腈、四氢硼锂、溴化锂或氯化锂；
所述绝缘件包括：
氮化硅绝缘件、氧化铝绝缘件或二氧化硅绝缘件；
所述正极集流体包括以下材料：
铝、镍、铂、金、钨或不锈钢；
所述负极集流体包括以下材料：
铜、镍、铂、金、钨或不锈钢。
5.根据权利要求2或3所述的储能件，其特征在于，
所述硅材料框架朝向所述正极材料的一侧到所述硅材料框架背向正极材料的一侧的方向为第一方向，在所述第一方向上，所述硅材料框架的宽度范围为：50nm至1mm、所述正极材料的宽度范围为200nm至1mm、所述电解质层的宽度范围为10nm至50μm；
在所述硅材料框架的第一端到所述硅材料框架的第二端的方向为第二方向，在所述第二方向上，所述硅材料框架的厚度范围为：500nm至5mm、所述正极材料的宽度范围为：500nm至5mm、所述第一绝缘层和所述第二绝缘层的厚度范围为：100nm至50μm；
第三方向与所述第一方向和所述第二方向均垂直，在所述第三方向上，所述正极材料的长度范围为：200nm至1mm。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的储能件，其特征在于，所述储能单元的横截面的形状包括：
矩形、圆形、梯形、菱形、星形或椭圆形。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的储能件，其特征在于，所述储能单元的横截面的形状包括：多边形。
8.一种储能件的制造方法，用于制造如权利要求1至7中任一项所述的储能件，其特征在于，所述制造方法包括：
对硅晶体基材进行蚀刻处理，以在所述硅晶体基材的第一侧上形成多个凹槽单元；
在所述凹槽单元内填充正极材料；
在所述硅晶体基材的第一侧沉积负极集流体；
在所述硅晶体基材的第二侧沉积正极集流体；
对所述硅晶体基材进行封装，以得到所述储能件；
所述在所述凹槽单元内填充正极材料，包括：
在所述凹槽单元的内侧壁和底壁上沉积形成电解质层；
向所述凹槽单元内填充正极材料，并打磨所述硅晶体基材的第一侧。
9.根据权利要求8所述的储能件的制造方法，其特征在于，所述在所述硅晶体基材的第一侧沉积负极集流体，包括：
在所述硅晶体基材的第一侧沉积第三绝缘层，所述第三绝缘层覆盖每个所述凹槽单元的所述正极材料，并覆盖每个所述凹槽单元的侧壁的至少部分；
在所述硅晶体基材的第一侧沉积负极集流体，所述负极集流体覆盖每个所述凹槽单元。
10.根据权利要求9所述的储能件的制造方法，其特征在于，所述在所述硅晶体基材的第二侧沉积正极集流体，包括：
打磨所述硅晶体基材的第二侧，直至每个所述凹槽单元均露出所述正极材料；
在所述硅晶体基材的第二侧沉积第四绝缘层，所述第四绝缘层上设置有与每个所述凹槽单元对应的通孔，所述通孔覆盖所述正极材料的至少部分；
在所述硅晶体基材的第二侧沉积正极集流体，所述正极集流体覆盖每个所述凹槽单元。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的储能件的制造方法，其特征在于，所述对所述硅晶体基材进行封装，包括：
对所述硅晶体基材进行切割，得到包括I个所述凹槽单元的切割体，其中，I为自然数；
封装所述切割体，并在所述切割体上焊接正极耳和负极耳，以得到所述储能件。
12.根据权利要求8至10中任一项所述的储能件的制造方法，其特征在于，所述正极材料包括以下一种或多种：
氧化钴锂、镍钴锰三元锂离子氧化物材料、镍钴锰酸锂三元材料、高锰酸锂、磷酸铁锂；
所述电解质层包括固体电解质层、凝胶电解质层中的一种或多种，所述电解质层由以下材料中的多种制成：
Li10GeP2S12、硫化锂、硫代磷酸锂、Li4T15O12、Li2ZrO3、La0.57Li0.29TiO3、钠快离子导体、聚氧化乙烯、聚丙烯腈、四氢硼锂，溴化锂，氯化锂；
所述正极集流体包括以下材料：
铝、镍、铂、金、钨或不锈钢；
所述负极集流体包括以下材料：
铜、镍、铂、金、钨或不锈钢。
13.根据权利要求10所述的储能件的制造方法，其特征在于，
所述第三绝缘层和所述第四绝缘层均包括：
氮化硅绝缘层、氧化铝绝缘层或二氧化硅绝缘层。
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