TW201637274A - 可充電電池及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

一種可充電電池，至少包括電解質層（2）、陰極層（4）及陽極層（6）。所述電解質層（2）包括配置於陰極層（4）的陰極表面（8）與陽極層（6）的陽極表面（10）之間的鋰鹽化合物。陽極層（6）為包括多個柱（12）的奈米結構化含矽薄膜層，其中所述柱（12）指向垂直於或實質上垂直於矽薄膜層的陽極表面（10）的第一方向。所述柱在由沿第一方向延伸的晶粒狀柱邊界（14）分離的同時被配置成相鄰於彼此。所述柱（12）包含矽且具有非晶結構，在所述非晶結構中存在奈米結晶區。

Description

可充電電池及其製造方法
本發明是有關於一種可充電電池，具體而言是有關於一種被提供有矽系陽極材料的鋰離子可充電電池。在另一態樣中，本發明是有關於一種製造可充電電池的方法。
先前技術的鋰離子電池的當前狀態通常採用石墨作為陽極材料，其中石墨的儲存容量為大約370 mAh/g（毫安時/克）。已知矽陽極材料具有大得多的大約4200毫安時/克的理論容量，但鋰的嵌入製程導致矽陽極材料的體積增大高達300%或甚至大於300%。大體積的矽陽極材料的一個主要問題是大體積的矽陽極材料在嵌入製程期間快速地粉碎且其在相對少數目的充電循環之後喪失其功能性。
為應對矽陽極材料的體積膨脹並減少其在充電循環期間發生斷裂及粉碎，已提出若干矽陽極解決方案，例如矽奈米線、奈米管、多孔矽、或使矽與石墨混合，例如參見丁寧在功率源雜誌192 (2009) 644–651（Ning Ding, Journal of Power Sources 192 (2009) 644–651）中所著的「矽作為鋰離子電池的陽極的可循環性的改良（Improvement of cyclability of Si as anode for Li-ion batteries）」以及烏代卡薩布尤拉在功率源雜誌163(2007) 1003-1039（Uday Kasavajjula, Journal of Power Sources 163(2007) 1003-1039）中所著的「奈米矽系插入陽極及大體積的矽系插入陽極（Nano- and bulk-silicon-based insertion anodes）」。
所提出的用以製造矽陽極材料的解決方案中的諸多解決方案並不具有吸引力，因為需要各種複雜的製造步驟因而使得製造製程相當昂貴。此外，所提出的解決方案中的諸多解決方案不能夠輕易地規模化為用於商業的高良率產業生產水準。
本發明力圖提供一種可充電電池，具體而言提供一種包含矽陽極材料、每單位重量的儲存容量提高、且容量衰減減少的鋰離子電池。
根據本發明，提供一種在前文中定義的類型且至少包括電解質層、陰極層及陽極層的可充電電池。所述電解質層包含鋰鹽化合物並配置於所述陰極層的陰極表面與所述陽極層的陽極表面之間。所述陽極層為包括多個相鄰柱的連續的奈米結構化薄膜層，且所述柱自所述陽極表面在垂直方向上延伸。所述多個柱在由在所述垂直方向上延伸的介面分離的同時被配置為「連續的」，即，相鄰於彼此。所述多個柱包含矽且具有非晶結構。
根據本發明的所述可充電電池的優點是所述多個柱及其之間的介面大大有利於鋰離子嵌入所述陽極層（即，奈米結構化薄膜層）或自所述陽極層（即，奈米結構化薄膜層）脫嵌。所述多個柱及介面使得在鋰離子插入及提取期間鋰離子進入及退出所述陽極層中包含矽的所述柱的非晶結構時鋰離子的可及性（accessibility）提高，因而使得所述陽極層的每單位重量的儲存容量顯著增加，且在多個再充電循環中的容量衰減得以減少。
根據所述實施例，所述陽極層因此由以上所定義的非晶柱狀材料組成，在所述非晶柱狀材料中存在奈米結晶區。
所述陽極層包含矽系材料。
根據本發明的態樣，所述柱的材料包含非晶矽。
根據本發明的態樣，所述非晶結構包含最多約80%的奈米結晶結構。
根據本發明的態樣，所述柱的材料包含矽合金或矽系混合物。根據實施例，所述矽合金或矽系混合物具有非晶結構。
所述矽合金可添加至所述非晶矽或作為所述非晶矽的替代。因此，根據本發明的態樣，所述柱的材料包含選自非晶矽及非晶矽合金的至少一種材料。
根據另一態樣，所述柱的材料包含非晶矽及奈米結晶矽合金。
在某些實施例中，所述矽合金可存在於所述陽極層中且呈奈米結晶相。
根據實施例，所述矽合金或矽系混合物選自包含Si-C、Si-N、Si-Ge、Si-Ag、Si-Sn的合金或混合物的群組。
在另一態樣中，本發明是有關於一種用於製造至少包括電解質層、陰極層及陽極層的可充電電池的方法。所述方法包括以下步驟： 在金屬基板上形成包含矽的奈米結構化薄膜層作為陽極層，其中所述形成製程包括藉由低壓力電漿增強型化學氣相沈積（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition；PECVD）而對所述陽極層進行沈積，且所述電漿增強型化學氣相沈積製程包括使用包含含有矽的氣體與氫氣H2 的混合物的微波電漿，其中所述形成製程用以產生包括多個相鄰柱的所述奈米結構化薄膜層，所述柱自所述基板在垂直方向上延伸，並且在由在所述垂直方向上延伸的柱邊界分離的同時被配置成相鄰於彼此，其中所述多個柱包含矽且具有非晶結構，在所述非晶結構中存在奈米結晶區。
所述方法更包括：提供鋰鹽化合物作為所述電解質層，以及將所述電解質層配置於所述陰極層的陰極表面與所述陽極層的陽極表面之間。
本發明的所述方法的優點是所述形成製程為自組織及自發製程，用於在基板上形成被奈米結構化為具有多個柱及所述多個柱之間的介面的連續非晶層，以產生每單位重量的儲存容量增加且容量衰減減少的可充電電池。
根據所述方法，奈米結構化非晶陽極層中的介面將局部地垂直於所述電解質層的表面。
在某些實施例中，所述方法刺激矽柱的樹枝狀或多分支生長，其中維持鄰接的矽柱之間的晶粒狀或晶體狀接合。
本發明的所述方法本質上為一種單一步驟製造製程而無需對例如基板及/或矽陽極層的預處理或後處理方法步驟，藉此有利於提高用於商業的產業生產水準。
圖1示出根據本發明的可充電電池1的實施例的剖視圖。在所示實施例中，可充電電池1至少包括電解質層2、陰極層4及陽極層6，其中所述層2、4、6是由殼體1a包封。電解質層2包含配置於陰極層4的陰極表面8與陽極層6的陽極表面10之間的鋰鹽化合物。陰極層4以及陽極層6分別配置於相應基板5上。
在圖2中，示出根據本發明的陽極層的示例性實施例。陽極層6包括奈米結構化矽薄膜層，所述奈米結構化矽薄膜層包括配置於基板5上的多個矽柱12或柱12。奈米結構化矽薄膜層具有所量測的為零或實質上為零的晶體部分（crystal fraction），因此奈米結構化矽薄膜層包含非晶矽（a-Si），具體而言所述多個矽柱12或柱12包含其中存在奈米結晶區的非晶矽。
根據本發明，用語「非晶矽」應被理解為包含初生態晶矽（protocrystalline silicon），所述初生態晶矽是對包含奈米結晶矽的部分（fraction）的非晶矽的定義。此部分可為奈米結構化矽薄膜層的最多約80%。因此，為易於參考起見，以下將使用用語非晶矽來指示奈米結構化矽薄膜層包含非晶矽，其中奈米結構化矽薄膜層的奈米結晶區以最多約80%的奈米結晶矽的部分存在。
此外，應注意，除了「矽」之外或作為對「矽」的另一選擇，所述柱可包含矽系材料，即矽系合金或矽系混合物。因此，用語「矽」亦應被理解為包含矽系材料，即矽系合金或矽系混合物。
根據實施例，奈米結構化矽薄膜層包含n型摻雜劑或p型摻雜劑以獲得分別具有n型導電性或p型導電性的奈米結構化矽薄膜層。
根據實施例，矽合金選自包含Si-C、Si-N、Si-Ge、Si-Ag、及Si-Sn的矽系合金或矽系混合物的群組。
根據本發明，所述柱可包含非晶矽或非晶矽合金或者非晶矽與非晶矽合金的組合。
此外，陽極層可包含非晶材料與奈米結晶相的混合物。舉例而言，主要處於非晶狀態中的非晶矽與奈米結晶矽的混合物或非晶矽與奈米結晶矽合金的混合物或者矽與矽系合金的混合物包含所述混合物的處於奈米結晶狀態中的部分（最多約80%）。
根據本發明，非晶矽柱12自陽極表面10（即，陽極層與電解質層之間的介面）在垂直方向上延伸，其中所述多個矽柱12在由垂直於陽極表面10延伸的介面分離的同時被配置成相鄰於彼此。
本發明的可充電電池1展現出較先前技術鋰離子電池高的每單位重量的儲存容量，因為所述多個矽柱12及其之間的介面14提高了在充電循環期間（即，在鋰嵌入（脫嵌）期間）鋰離子進入及退出奈米結構化矽薄膜層的可及性及擴散。因此，利用本發明的可充電電池1可達成最多4000毫安時/克的具體儲存容量（storage capacity）。
在實施例中，介面14相似於在垂直方向上延伸的柱之間的晶粒狀（grain-like）柱邊界14。根據本發明，用語「晶粒狀柱邊界」指代鄰接的矽柱12（域）之間的一種類型的介面或區，所述晶粒狀柱邊界相似於如習慣上針對由結晶原子晶格組成的晶粒所定義的晶粒或晶體邊界。因此，儘管所述多個矽柱12包含非晶矽系材料，但矽柱12展現出鄰接的柱之間的晶粒狀接合。
鄰接的矽柱12之間的介面邊界14使本發明的可充電電池1具有提高的每單位重量的儲存容量以及因奈米結構化矽薄膜層中的所述介面的足夠的孔隙率而使得在矽柱12之間的鋰擴散提高。
在某些實施例中，奈米結構化矽薄膜層除所述多個矽柱12之間的柱狀介面接合之外亦至少部分地包括位於所述多個矽柱12之間的自由空間，其中所述自由空間進一步有利於在可充電電池1的充電及放電循環期間的體積變化，因此減少了容量衰減。
在另一實施例中，矽柱12亦包括樹枝狀或多分支的矽柱12，因此具有包含非晶矽的樹狀分支的矽柱12。
在該些實施例中，鄰接的矽柱12之間的上述晶粒狀或晶體狀接合仍存在於所述柱12之間的特定接觸區、點或線處。
為進一步闡釋本發明的奈米結構化矽薄層的複雜及新穎的結構，圖3示出奈米結構化矽薄膜層的實施例的俯視圖。在所示實施例中，所述多個矽柱12被繪示為更亮的區域或粒狀斑點，且形成晶粒狀或「多晶」圖案。所述多個矽柱12之間的柱邊界14被繪示為分離粒狀斑點的較暗區域。自圖3進一步看出，晶粒或粒狀圖案相似於多晶結構，儘管所述多個矽柱12為初生態結晶體，即包含非晶矽及奈米結晶矽。所述多個矽柱12之間的此複雜及獨特的晶粒圖案使奈米結構化矽薄膜層具有提高的每單位重量的儲存容量以及提高的穿透奈米結構化矽薄膜層的鋰擴散。
可充電電池1的另一優點是所述多個矽柱12以及其之間的介面14容許奈米結構化矽薄膜層在吸收及釋放鋰離子時發生體積變化。更精確而言，所述多個矽柱12之間的介面14或空間能夠使得在鋰離子嵌入（脫嵌）期間發生體積變化期間出現應力鬆弛，以使得奈米結構化矽薄膜層的斷裂及粉碎減少。在可充電電池1的100次再充電循環之後高達85%的電荷保持能力（charge retention）是可行的。
在實施例中，奈米結構化矽薄膜層（即，陽極層6）具有約為30%至約60%的孔隙率，所述孔隙率是由所述多個矽柱12跨越陽極層6的空間分佈及配置來界定。奈米結構化矽薄膜層的孔隙率使鋰離子貫穿矽陽極層6的擴散得到提高，且有利於在嵌入（脫嵌）製程期間矽陽極層6的體積變化及應力鬆弛。根據布勞恩在固體薄膜vol. 496 (2004) p505（Braun in Thin Solid Films, vol. 496 (2004) p505）中所述的方法，已自奈米結構化矽薄膜的樣本的光學量測值推出孔隙率值。
在大部分實施例中，所述多個矽柱12的空間分佈或配置為跨越陽極層6的實質上隨機的分佈。亦即，所述多個矽柱12在相對於平面方向（例如，平行於陽極表面10）的橫向方向上隨機分佈。矽柱12及其之間的介面14的此隨機分佈不僅提供在奈米結構化矽薄膜層的體積變化期間所述奈米結構化矽薄膜層內的提高的鋰擴散及應力減輕，且所述多個矽柱12及介面14的隨機分佈亦有利於所述製造製程，因為空間分佈無需進行積極地控制。本質上，奈米結構化矽薄膜層為自組織奈米結構化矽薄膜層。
在實施例中，介面14形成在嵌入及脫嵌期間鋰離子的擴散路徑。由介面14提供的擴散路徑提高了鋰離子至所述多個矽柱12中的每一者的可及性以及在嵌入（脫嵌）期間被所述多個矽柱12中的每一者吸收及釋放的可及性。因此，可達成最多4000毫安時/克的能量儲存容量。介面14藉由容許在鋰離子插入及提取時所述多個矽柱12的體積變化而亦減小了所述多個矽柱12內的應力及應變，藉此最小化奈米結構化矽薄膜層的斷裂及粉碎。
在有利的實施例中，所述多個矽柱12中的每一矽柱在垂直於與電解質層介接的陽極表面的垂直方向上延伸。在此實施例中，所述多個矽柱12可被設想成垂直於或實質上垂直於陽極表面10及/或陽極層6的基板5配置的奈米結構化細長的柱12或立柱12。所述多個矽柱12的細長形狀增加了在鋰離子的嵌入（脫嵌）期間矽柱12中每一者的體積變化的自由。舉例而言，矽柱12中的每一者能夠更自由地相對於垂直方向橫向膨脹或收縮，以使得所述多個矽柱12的斷裂及粉碎得到減少，且因此容量衰減保持為最小。
在實施例中，所述多個矽柱12具有在垂直方向上約為0.1微米至約10微米的長度（或高度），藉此提供足夠薄的矽陽極層6，所述矽陽極層6對在多個再充電循環中發生斷裂及粉碎具有提高的耐受性。
在實施例中，矽柱的長度介於約3微米至約8微米之間。
在另一具體實施例中，所述多個矽柱12中的每一矽柱具有沿奈米結構化矽薄膜層的陽極表面為約0.25平方微米至約0.5平方微米的平均覆蓋面積，所述平均覆蓋面積使得在矽柱12中每一者的垂直方向上的基部寬度與長度/高度之間的長寬比提高，此進一步有利於在鋰嵌入（脫嵌）期間的體積變化，因此使矽柱12中每一者的斷裂及粉碎減少。
在有利的實施例中，奈米結構化矽薄膜層配置於包括金屬導體層（例如，銅、鎳）且提供優異的導電性的基板上。
根據本發明，可結合奈米結構化矽薄膜層使用各種鋰鹽化合物。舉例而言，在一組實施例中，鋰鹽化合物可包含「鋰-鈷」（LiCoO2 ）、「鋰-錳尖晶石」（LiMn2 O4 ，「LMO」）、「鋰-磷酸鹽」（LiFePO4 ）、LiNiMnCoO2 （「NMC」）、LiNiCoAlO2 （「NCA」）或「鋰-鈦酸鹽」（Li4 Ti5 O12 ，「LTO」）。該些鋰鹽化合物中的每一者可見於特定應用中，自電動車輛（electric vehicle，EV）電池至可攜式電腦電池、行動電話電池等。本發明的可充電電池1因此可用於商業產品的現有電池配置中。
在另一態樣中，本發明是有關於一種製造可充電電池的方法。參照圖1、圖2及圖3。
根據本發明，提供一種用於製造可充電電池1的方法，所述可充電電池至少包括電解質層2、陰極層4及陽極層6。所述方法包括以下步驟：在基板5上形成奈米結構化矽薄膜層作為陽極層6，其中所述形成製程用以產生包括多個相鄰矽柱12（即，矽系柱）的奈米結構化矽薄膜層。如上所闡釋，奈米結構化矽薄膜層能夠提供較先前技術石墨陽極顯著更高的（例如，10倍）的能量儲存容量。
在形成製程期間，矽系柱12垂直於奈米結構化薄膜層的表面延伸。所述多個矽柱12在由在垂直方向上延伸的介面14分離的同時被配置成相鄰於彼此，介面的分離距離實質上平行於奈米結構化薄膜層的表面。所述多個矽柱12一旦形成，便包含非晶矽（am-Si），如藉由薄膜材料的結構性分析所驗證。
如前文所提及，用語非晶矽應被理解為包含初生態晶矽，因此其中非晶矽包含奈米結構化矽薄膜層的最多約80%的部分的奈米結晶矽的區。此外，用語「矽」亦應被理解為包含矽系材料，即矽合金。
所述方法更包括：提供鋰鹽化合物作為電解質層2，以及將電解質層2配置於陰極層4的陰極表面8與陽極層6的陽極表面10之間。
所述方法的優點是所述多個矽柱12以自組織方式形成且跨越基板5隨機地分佈，因此沒有必要積極地引導或控制所述柱的形成。本發明的方法因此為用於形成奈米結構化矽薄膜層而無需方法前或方法後步驟的一步式、自組織、自發製程。因此，所述方法輕易地適於以用於商業的產業水準來生產矽系陽極。
所述方法的另一優點是可使用各種基板5來形成奈米結構化矽薄膜層。基板5可包括金屬層或半導體層。然而，在大部分實施例中，基板5將根據其良好導電性而為金屬基板或金屬基板層（例如，銅、鎳）。
在實施例中，所述形成製程包括：藉由電漿增強型化學氣相沈積（Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition，PECVD）而對陽極層6進行沈積，藉此容許沈積具有0.05微米至10微米厚度的奈米結構化薄膜陽極層。
在另一實施例中，電漿增強型化學氣相沈積製程包括：使用矽化合物氣體與氫氣H2 的混合物的微波電漿。矽化合物可例如為矽烷SiH4 或氯-矽烷（例如，SiCl4 或SiH2 Cl2 ）。
使用微波頻率會減少在形成製程期間在基板上的陽極生長帶的離子撞擊，以增加陽極層6的生長速率。
在又一實施例中，矽化合物氣體與H2 的混合物更包含氬（Ar）。使用此種混合物容許持續性電漿處於較低壓力下並促進奈米結構化矽薄膜層（即，所述多個矽柱12及柱邊界（即，所述多個矽柱12之間的介面14））的自組織生長。此處，自組織生長意指自發地進行所述多個矽柱12及其之間的介面14的形成。所述多個矽柱12以實質上隨機的方式跨越並沿著基板5進行沈積，因此形成實質上隨機的排列。所述多個矽柱12的自組織形成可被視為一步製造製程，以免去對基板5或所沈積矽陽極層6的預處理及後處理。
此外，形成奈米結構化薄膜層包括：添加摻雜前驅物以依據前驅物類型而獲得n型或p型的經摻雜奈米結構化矽薄膜層。在實施例中，所述前驅物為添加至矽烷與氫氣的混合物中的氣態物質。
在諸多實施例中，電漿增強型化學氣相沈積製程為低壓力電漿增強型化學氣相沈積製程。舉例而言，在實施例中，低壓力電漿增強型化學氣相沈積製程包括高於0.15毫巴的壓力，以在使用矽化合物氣體（例如，矽烷SiH4 ）與氫氣H2 的混合物時能夠維持可持續電漿。在另一實施例中，當例如矽烷SiH4 與氫氣H2 的混合物更包含氬（Ar）時，低壓力電漿增強型化學氣相沈積製程包括低於0.15毫巴的壓力。
在另一實施例中，電漿增強型化學氣相沈積製程為微波電漿增強型化學氣相沈積製程。為達成矽陽極層6的大面積生產，在有利的實施例中，微波電漿是由細長的天線產生，所述線的每一端耦合至微波產生器。細長的天線在形成製程期間在電漿反應器中提供實質上線性的及均勻的微波輻射場，以在大的區域上達成所述多個矽柱的更均勻的沈積。在實施例中，天線的長度為50公分或大於50公分，例如60公分。天線的長度直接影響由奈米結構矽薄膜層產生的表面。增加天線的長度通常會增加能夠製造的奈米結構化矽薄膜層的可達成表面積。
不受本發明概念的任何限制且不受限於關於沈積機制的任何理論，人們認為，根據實施例用於形成奈米結構化矽薄膜的方法用以提供矽薄膜的生長條件，其中所沈積矽原子經歷相對低的表面移動性，由此形成奈米結構化矽薄膜的典型柱狀結構。
以上已參照如圖式所示及參照圖式所述的多個示例性實施例闡述了本發明實施例。某些部分或元件的潤飾及替代實施方案是可能的，且包括於在隨附申請專利範圍中所界定的受保護的範圍中。
1‧‧‧可充電電池
1a‧‧‧殼體
2‧‧‧電解質層
4‧‧‧陰極層
5‧‧‧基板
6‧‧‧陽極層
8‧‧‧陰極表面
10‧‧‧陽極表面
12‧‧‧柱
14‧‧‧介面/邊界
以下將參照圖式基於多個示例性實施例更詳細地論述本發明，在圖式中： 圖1示出根據本發明的可充電電池的實施例的剖視圖。 圖2示出電子顯微鏡的螢幕影像，其繪示根據本發明的奈米結構化矽薄膜層的實施例的剖視圖。 圖3示出電子顯微鏡的螢幕影像，其繪示根據本發明的奈米結構化矽薄膜層的實施例的俯視圖。
1‧‧‧可充電電池
1a‧‧‧殼體
2‧‧‧電解質層
4‧‧‧陰極層
5‧‧‧基板
6‧‧‧陽極層
8‧‧‧陰極表面
10‧‧‧陽極表面

Claims (25)

  1. 一種可充電電池，至少包括電解質層（2）、陰極層（4）及陽極層（6）；所述電解質層（2）包括 鋰鹽化合物，配置於所述陰極層（4）的陰極表面（8）與所述陽極層（6）的陽極表面（10）之間； 所述陽極層（6）為包括多個相鄰的柱（12）的奈米結構化薄膜層，所述柱（12）自所述陽極表面（10）在垂直方向上延伸，其中所述相鄰的柱是由在所述垂直方向上延伸的柱邊界（14）分離； 其中所述柱（12）包含矽且具有非晶結構，在所述非晶結構中存在奈米結晶區。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的可充電電池，其中所述柱包含最多80%的奈米結晶矽。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的可充電電池，其中所述柱進一步由非晶矽組成。
  4. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的可充電電池，其中所述柱更包含矽合金。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的可充電電池，其中所述矽合金具有非晶結構。
  6. 如申請專利範圍第4項至第5項中任一項所述的可充電電池，其中所述矽合金選自包含Si-C、Si-N、Si-Ge、Si-Ag、Si-Sn的合金的群組。
  7. 如申請專利範圍第1項至第6項中任一項所述的可充電電池，其中所述奈米結構化薄膜層具有約30%至約70%的孔隙率。
  8. 如申請專利範圍第1項至第7項中任一項所述的可充電電池，其中所述柱邊界（14）形成鋰離子在嵌入及脫嵌期間的擴散路徑。
  9. 如申請專利範圍第1項至第8項中任一項所述的可充電電池，其中所述柱在所述垂直方向上延伸。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的可充電電池，其中所述柱具有在所述垂直方向上為約0.1微米至約10微米的長度。
  11. 如申請專利範圍第9項或第10項所述的可充電電池，其中所述柱具有在所述垂直方向上為約3微米至約8微米的長度。
  12. 如申請專利範圍第9項至第11項中任一項所述的可充電電池，其中所述柱具有沿所述奈米結構化薄膜層的表面為約0.25平方微米至約0.5平方微米的平均覆蓋面積。
  13. 如申請專利範圍第1項至第11項中任一項所述的可充電電池，其中所述奈米結構化薄膜層配置於包括金屬導體層或半導體層的基板上。
  14. 一種製造可充電電池的方法，所述可充電電池至少包括電解質層（2）、陰極層（4）及陽極層（6），所述製造可充電電池的方法包括以下步驟： 在金屬基板上形成包含矽的奈米結構化薄膜層作為陽極層（6），其中形成製程包括藉由低壓力的電漿增強型化學氣相沈積（PECVD）而對所述陽極層進行沈積，且所述電漿增強型化學氣相沈積的製程包括使用包含含有矽的氣體與氫氣H2 的混合物的微波電漿，其中所述形成製程用以產生包括多個相鄰的柱（12）的所述奈米結構化薄膜層，所述柱（12）自所述基板在垂直方向上延伸並且在由在所述垂直方向上延伸的柱邊界（14）分離的同時配置成相鄰於彼此，其中所述多個柱（12）包含矽且具有非晶結構，在所述非晶結構中存在奈米結晶區， 所述製造可充電電池的方法更包括： 提供鋰鹽化合物作為所述電解質層（2）；以及 將所述電解質層（2）配置於所述陰極層的陰極表面（8）與所述奈米結構化薄膜層（6）的陽極表面（10）之間。
  15. 如申請專利範圍第14項所述的製造可充電電池的方法，其中所述微波電漿是由細長的天線產生，其中所述線的每一端耦合至微波產生器。
  16. 如申請專利範圍第14項至第15項中任一項所述的製造可充電電池的方法，其中所述柱包含最多80%的奈米結晶矽。
  17. 如申請專利範圍第14項至第16項中任一項所述的製造可充電電池的方法，其中所述柱進一步由非晶矽組成。
  18. 如申請專利範圍第14項至第17項中任一項所述的製造可充電電池的方法，其中所述柱更包含矽合金。
  19. 如申請專利範圍第14項至第18項中任一項所述的製造可充電電池的方法，其中所述矽合金為非晶的。
  20. 如申請專利範圍第14項至第18項中任一項所述的製造可充電電池的方法，其中所述柱包含非晶矽與奈米結晶矽合金。
  21. 如申請專利範圍第20項所述的製造可充電電池的方法，其中含有矽的氣體與氫氣H2 的所述混合物更包含合金化組分以用於形成所述矽合金。
  22. 如申請專利範圍第14項至第21項中任一項所述的製造可充電電池的方法，其中形成所述奈米結構化薄膜層包括：添加n型或p型的摻雜前驅物以對所述奈米結構化薄膜層進行摻雜，以使其作為n型導電層或p型導電層。
  23. 如申請專利範圍第21項至第22項中任一項所述的製造可充電電池的方法，其中含有矽的氣體與氫氣H2 的所述混合物更包含氬Ar。
  24. 如申請專利範圍第14項至第23項中任一項所述的製造可充電電池的方法，其中所述基板包括金屬導體層或半導體層。
  25. 如申請專利範圍第14項至第24項中任一項所述的製造可充電電池的方法，其中所述含有矽的氣體是選自包含矽烷及氯矽烷的群組。
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