TW201709592A - 固態電池及其製造方法 - Google Patents

Abstract

一種固態電化學單元結構，包含至少一整合陽極–集流部結構，其具有由電解質層所隔開之對應的整合陰極–集流部結構。整合陽極或陰極–集流部結構可製作成大致平面或平面層結構，其表面積大於或遠大於其厚度，且其分別帶有陽極或陰極材料組成物，集流部層係封包、嵌入、或包圍在其中；或可製作成多孔3D網孔集流部結構，陽極材料組成物或陰極材料組成物藉由存留在3D網孔集流部結構的孔洞體積部份內的方式而分別封包、嵌入、或包圍在其中。可藉由添加製程（例如3D列印）的方式來製作整合陽極–集流部結構、陰極–集流部結構、及電解質層。

Description

固態電池及其製造方法

本揭露內容之實施態樣涉及用以生產固態電化學單元的固態電化學單元製造技術，該固態電化學單元具有（i）陽極–集流部結構（anode–current collector structure），其包括陽極材料，陽極材料包含、圍繞、或包圍集流部材料，反之亦然；及/或（ii）陰極–集流部結構（cathode–current collector structure），其包括陰極材料，陰極材料包含、圍繞、或包圍集流部材料，反之亦然。可藉由添加製造（例如3D列印）的方式來選擇性地或客製化製作陽極–集流部結構及/或陰極–集流部結構的一或更多部份。

現今大多數的鋰離子電池單元係由集流部板或層的卷式或折式堆疊所製成。集流部係連接至單元的電極端子之導電材料（例如高導電性材料，電子因而在其中傳送），且其在單元內（a）由氧化反應收集電子、並（b）為還原反應供應電子。具體而言，第一集流部板或層係塗有陽極材料或微粒，從而形成陽極–集流部板或層；且第二集流部板或層係塗有陰極材料或微粒，從而形成陰極–集流部板或層。在陽極–集流部板或層及陰極–集流部板或層之每一者中，集流部板或層本身通常是由金屬箔片形成。

在各個單元中，此電極–集流部層二者係藉由隔板或隔層而彼此隔開，隔板或隔層通常是由聚合物形成。將多數電極–集流部層之組件（層間具有隔板）插入通常為類似圓柱形或箱形配置的容器內。最後，將有機液態電解質填入容器並加以密封。

容器除了防止液態電解質洩漏之外，還用來將這些電極–集流部層擠壓在一起以確保電極材料與集流部之間緊密接觸。如此之層疊結構非常適合於大量製造，並且在液態電解質的情形下運作良好。然而，其整體結構卻包含無助於能量儲存的一很大百分比率之材料，可惜的是這使得電池變得比預期大很多。

在液態電解質電池單元中，許多單元設計係由液態電解質而定。具體而言，因為電解質為液體，所以必須將電解質密封在某種類型的容器或容納系統中，以將電解質保持在其中。此外，現今電池單元的液態電解質係有機溶劑。在電池操作期間，單元中的金屬鋰與水反應而形成鋰氫氧化物及氫。有機溶劑及氫係高度可燃，且因此容器或容納系統必須配有安全排氣機構，以排出電池循環期間所釋放的氣體。

可惜的是，液態電解質還使單元中可產生的最大電壓限制在約3.5至4伏特。

一般被認為與液態電解質有關之前述缺點的解決方法為使用固態電解質，其可使電壓穩定在約5伏特。然而，習知的固態電解質材料通常為陶瓷材料，其（a）所呈現的離子傳導性明顯低於液態電解質；及（b）係剛性且易碎。因此，將單元內的陽極層及陰極層隔開之固態電解質層必須非常薄，以使單元中維持低內電阻、以及無缺陷。具體而言，固態電解質層必須不大於40 μm，且理想上要薄更多，且其必須無缺陷以防止鋰金屬的樹枝狀生長（dendritic growth）（這可能使單元短路而導致單元嚴重失效，並使短路點大量過熱）。實際上，因為習知的固態電解質為陶瓷材料，其係剛性且具有強壓縮性，但卻容易受到衝擊力或彎曲力影響。這對於僅數微米厚的膜而言，更是如此。陶瓷固態電解質材料的這些特性使得藉由習知的液態電解質單元製造技術的方式來製作固態單元實際上變得不可行。

一般預期或普遍實行的固態單元製程涉及將（a）多數陽極單元結構（各自由一離散的陽極材料層與對應的陽極集流部層相鄰設置而形成）及（b）多數陰極單元結構（各自由一離散的陰極材料層與對應的陰極集流部層相鄰設置而形成）設置或堆疊在固態電解質膜的相對側上。堆疊中所有層之間接觸的緊密且最大面積對於使單元的內電阻降到最低而言是很關鍵的，且由於其皆為離散層或板，故必須使用將這些層擠壓成緊密接觸的某些類型夾持配置或結構。可惜的是，如此之夾持結構的增加將對單元的具體能量容量造成非常大的負面影響。亦可藉由聚合物電解質所提供的黏著作用來幫助陽極與陰極材料層之間的緊密接觸。然而，聚合物電解質和陶瓷電解質相較之下對於樹枝狀生長具有較大的敏感性，而且與鋰金屬陽極材料不相容。

可充電電池的陽極及陰極材料（尤其是陰極材料）傾向為不良導電體。因此，在電極材料與集流部之間產生一縮短或最短的可能平均電子行進路徑以使單元的內電阻降到最低是非常有利或必要的。可惜的是，現今的固態電池單元結構呈現非期望的電極材料與集流部之間的長電子行進路徑。

除了以上所述，在大多數現今的固態單元結構中，單元的總體積之非期望數量被非直接有助於離子電荷儲存的結構或材料所佔據，因而使單元容量降低。

已進行一些嘗試來應對至少一部份與固態單元結構有關的前述缺點。舉例而言，期刊Nano Lett. 2015, 15(5)第3317-3323頁之Young Jin Nam等人的「Bendable and Thin Sulfide Solid Electrolyte Film: A New Electrolyte Opportunity for Free-Standing and Stackable High-Energy All-Solid-State Lithium-Ion Batteries」文獻已敘述一種固態電池單元結構。此結構具有：一非常薄的陽極材料層，在其上方將鎳塗層奈米導線隨機撒佈在該陽極材料層的表面區域各處作為陽極集流部；一非常薄的陰極材料層，在其下方將鎳塗層奈米導線隨機撒佈在該陰極材料層的表面區域各處作為陰極集流部；及一非常薄的聚合物電解質層，其係設置在該陽極材料層與該陰極材料層之間，其中該聚合物電解質層包括隨機嵌入於其中的奈米導線，以達到結構增強之目的。可惜的是，此設計受到聚合物電解質缺點的影響；而且此結構的能量密度僅為44 Wh/Kg，尤其和提供數倍或甚至大於一個數量級的能量密度之其他類型的單元設計相較之下，這是非預期的低。此外，在這類單元結構中使用奈米導線的方式並不適合大量自動生產製程，包括能以高度客製化的方式立即生產具有不同單元構造之不同單元結構的大量自動生產製程。

美國專利公開案第2013/0196235號之中敘述另一類型的固態電池單元結構，利用微米規模的多孔3D金屬泡沫作為其結構基礎，將非常薄的陽極材料層電沉積在其上方，再進一步使非常薄的電解質層聚合在其上方。將陰極材料存留在多孔3D金屬泡沫的孔洞空間內，藉由非常薄的聚合物電解質層及非常薄的電沉積陽極材料層而與3D金屬泡沫隔開。此單元結構亦似乎具有非期望的有限能量密度及聚合物電解質相關的缺點。

故存在解決與現有的固態電化學單元製造技術及依此所生產之固態電化學單元相關的前述缺點之方法的需求。

依據本揭露內容之各種實施方式係有關固態電化學單元或電池單元製作技術或製程，及相關的固態電化學單元或電池單元設計或結構，其使電極材料與集流部之間的電子行進路徑縮短或大幅縮短（例如接近最小或最小），從而降低或大幅降低內部單元電阻；而同時使被無助於離子電荷儲存之電化學單元結構（例如專作為集流部及電解質的電化學單元部份）所佔據的電化學單元體積降低或大幅降低（例如接近最小或最小）。

依據本揭露內容之實施方式的固態電化學單元或電池單元製造方法或製作程序可包括（或可為）一添加製程，其提供選擇性地或可選擇地將多種材料併入藉由該製程所製作之電化學單元結構的不同部份之靈活性。依據本揭露內容之各種實施方式的可製作固態電化學單元或電池單元的一代表性添加製程係敘述在美國專利公開案第2015/0314530號之中，其係於此全部併入作為參考。具有選擇性地或可選擇地將多種不同材料併入所製作之結構的不同部份的靈活性之添加製程帶來可充電電池單元設計之新的自由度，並且實現具有體積上及電性上增進效率之電池單元的生產。僅將材料沉積在需要之處的方式（如藉由3D列印的方式）使專用於集流部和隔開陽極及陰極材料組成物或材料的材料體積能降低。同時，能以此方式將陽極及陰極材料組成物或材料選擇性地或可選擇地設置在單元內，從而降低單元內的電性及離子阻抗。

在數個實施方式中，電池單元的部份或全部構件係形成或沉積為多數層。不同的層可為不同的設計及/或組成物（某一層相對於次一層），使得電池單元可包括依據實際上所預期或需要之任何類型設計而排列或設置的多數組成結構，而同時維持電池單元操作時所需之電池單元組成結構之間的結構關係。在如此實施方式中，可在一添加製程（例如包括多數不同的3D列印程序之3D列印製程，其中列印層的特定配置係直接由對應的電池單元結構設計之數位表示所決定或建立）中依序沉積不同的層。

依據本揭露內容之電池單元結構的一些代表性實施方式包括沉積如細導線網路、網孔、或網格而分佈在電極材料層內的集流部。這樣的結構可藉由如美國專利公開案第2015/0314530號中所述之多種材料3D列印製程來製作，其中電極材料可沉積為多數連續層，其中複數電極層之至少一者包含（注入在其內部）電性導通或導電材料之細導線網路，其形成（或其作為）集流部的一部份。細導線網路亦可製作如多種材料3D列印製程之一部份。在如此之實施方式中，細導線網路通常比電極材料層（細導線網路包含於其中）更薄，且細導線網路係設計以使從電極材料內的任何位置到細導線網路上的最近位置之平均距離縮短或最佳化，而同時使細導線網路的體積降至最小。

當電極材料的總體積係沉積如多數3D列印層時，各電極材料層可包含一相同的細導線網路，或一些層可不具有導電材料（例如細導線網路）。額外地或替代性地，一或更多層可包含主要細導線網路和與其電性耦合之互補細導線網路，藉此進一步使從電極材料到導電材料的平均距離相對於導電體佔據電極材料內的體積之比例降低或最佳化。

在依據本揭露內容之電池單元結構的其他代表性實施方式中，集流部包括（或係形成為）導電材料的多孔3D支架或網孔，其中具有孔洞、通道、或管道，且其提供或定義相對於3D網孔的全部空間體積（例如沿著正交x、y、及z軸所定義之3D網孔的全部尺寸）之3D網孔的孔洞或孔體積部份。可用多種方式來製作3D網孔，包括所屬相關技術領域中具有通常知識者輕易瞭解之3D列印製程的方式。將帶有電極材料的可流動性電極材料組成物導入或注入3D網孔內，在使其中的電極材料組成物密實化（使其剛性化或不再呈可流動性）之後，並使電極材料保持分佈在3D網孔的孔洞、通道、或管道之內部或各處（例如經密實化之電極材料組成物佔據幾乎全部或實質上全部的3D網孔的孔洞或孔體積部份）。

依據本揭露內容之實施方式所製作的各種電化學單元結構或電池單元結構可基於鋰離子類型的化學物質。儘管如此，如所屬相關技術領域中具有通常知識者將輕易瞭解，依據本揭露內容之實施方式的製作程序及藉此所製作的對應結構係適用其他化學物質。

依據本揭露內容之實施態樣，電化學單元結構包括至少一電化學單元，各電化學單元具有：複數整合電極–集流部結構（integrated electrode–current collector structure），各整合電極–集流部結構之中帶有電極材料，複數整合電極–集流部結構包括第一整合電極–集流部結構和與其電性或電化學性對應的第二整合電極–集流部結構，第一整合電極–集流部結構之中帶有第一電極材料，且第二整合電極–集流部結構之中帶有不同的第二電極材料，第一及第二整合電極–集流部結構包括：（a）電極材料組成物層，分別帶有第一電極材料或第二電極材料，電極材料組成物層的平面表面積大於其厚度；及集流部層，分別包含第一整合電極–集流部結構或第二整合電極–集流部結構的集流部，集流部層係設置在電極組成物層內部且被電極組成物層包圍；或（b）3D集流部材料網孔結構，分別包含第一整合電極–集流部結構或第二整合電極–集流部結構的集流部，3D集流部網孔結構之中具有複數孔洞，這些孔洞提供3D集流部材料網孔結構的孔洞體積部份，其中第一電極材料或第二電極材料係分別分佈在3D集流部材料網孔結構的孔洞體積部份之內部或各處；以及電解質層，將第一整合電極–集流部結構和與其對應的第二整合電極–集流部結構隔開，並且在第一整合電極–集流部結構和與其對應的第二整合電極–集流部結構之間提供離子電荷傳送媒體，其中第一整合電極–集流部結構包括（或為）整合陽極–集流部結構及整合陰極–集流部結構之其中一者，且第二電極–集流部結構包括（或為）整合陽極–集流部結構及整合陰極–集流部結構之其中另一者。

電化學單元結構可包括彼此相鄰堆疊的複數電化學單元，例如複數3D列印結構。第一電極材料可包括（或可為）基於粉末的陽極材料，且第二電極材料可包括（或可為）基於粉末的陰極材料。電解質層可包括（或可為）陶瓷材料，且亦可為表面積大於其厚度的平面層。

該複數整合電極–集流部結構可包括：整合陽極–集流部結構，其包含陽極材料組成物層及陽極集流部層，陽極材料組成物層具有一厚度，且陽極集流部層係設置在陽極材料組成物層的厚度之內、並且被陽極材料組成物層的厚度包圍；及對應的整合陰極–集流部結構，其包含陰極材料組成物層及陰極集流部層，陰極材料組成物層具有一厚度，且陰極集流部層係設置在陰極材料組成物層的厚度之內、並且被陰極材料組成物層的厚度包圍。陽極集流部層及陰極集流部層之其中至少一者可包括（或可為）一平面或類2D（quasi-2D）材料層，例如依據一預定或可選擇的導線元件圖案所組織的導線元件之網路。

該複數整合電極–集流部結構可包括（或可為）複數電化學單元的堆疊，堆疊之中的各電化學單元具有：3D網孔整合陽極–集流部結構，其包含第一3D集流部材料網孔結構，該第一3D集流部材料網孔結構之中具有提供第一孔洞體積部份的複數孔洞、且具有分佈在第一孔洞體積部份之內部或各處的陽極材料；及3D網孔整合陰極–集流部結構，其包含第二3D集流部材料網孔結構，該第二3D集流部材料網孔結構之中具有提供第二孔洞體積部份的複數孔洞、且具有分佈在第二孔洞體積部份之內部或各處的陰極材料。3D網孔整合陽極–集流部結構排除陰極材料，且其中3D網孔整合陰極–集流部結構排除陽極材料。3D網孔整合陽極–集流部結構及3D網孔整合陰極集流部結構之每一者皆可包括（或可為）可燒結的材料。

依據本揭露內容之一實施態樣，其揭露了用以製造一組電化學單元結構的製程，其中藉由下列步驟來製造各電化學單元結構：藉由第一添加製程以產生第一整合電極–集流部結構，該第一整合電極–集流部結構之中帶有第一電極材料；藉由第二添加製程以產生電解質層，該電解質層係設置在第一整合電極–集流部結構的曝露表面上；及藉由第三添加製程以在電解質層的曝露表面上產生第二整合電極–集流部結構，該第二整合電極–集流部結構之中帶有不同的第二電極材料，其中第一及第二整合電極–集流部結構具有：（a）分別帶有第一電極材料或第二電極材料的電極材料組成物層，該電極材料組成物層的平面表面積大於其厚度；及分別包含第一整合電極–集流部結構或第二整合電極–集流部結構之集流部的集流部層，該集流部層係設置在電極組成物層之內部且被電極組成物層包圍；或（b）分別包含第一整合電極–集流部結構或第二整合電極–集流部結構之集流部的3D集流部材料網孔結構，該3D集流部網孔結構之中具有複數孔洞，這些孔洞提供3D集流部材料網孔結構的孔洞體積部份，其中第一電極材料或第二電極材料係分別分佈在3D集流部材料網孔結構的孔洞體積部份之內部或各處，其中電解質層將第一整合電極–集流部結構和與其對應的第二整合電極–集流部結構隔開，且電解質層在第一整合電極–集流部結構和與其對應的第二整合電極–集流部結構之間提供離子電荷傳送媒體。

第二添加製程可包括在第一整合電極–集流部結構的曝露表面上製作電解質層，且其中電解質層包含陶瓷電解質材料。第一、第二、及第三添加製程之每一者皆可包括（或可為）3D列印製程。第一整合電極–集流部結構、電解質層、及第二整合電極–集流部結構各自可包括（或可為）一組平面層，該組平面層的表面積大於其厚度。

製造各電化學單元結構的方法可包括：藉由第一添加製程以產生整合陽極–集流部結構，該整合陽極–集流部結構包含陽極材料組成物層及陽極集流部層，陽極材料組成物層具有一厚度，且陽極集流部層係設置在陽極材料組成物層的厚度之內、並且被陽極材料組成物層的厚度包圍；及藉由第三添加製程以產生對應的整合陰極–集流部結構，該整合陰極–集流部結構包含陰極材料組成物層及陰極集流部層，陰極材料組成物層具有一厚度，且陰極集流部層係設置在陰極材料組成物層的厚度之內、並且被陰極材料組成物層的厚度包圍。

第一添加製程及第三添加製程之其中至少一者包含將集流部層製作為類2D材料層，例如依據一預定或可選擇的集流部導線元件圖案所組織的集流部導線元件之類2D網路。

製造各電化學單元結構的方法可包括：藉由第一添加製程以產生包含第一集流部材料的第一3D網孔結構，該第一3D網孔結構之中具有複數孔洞，這些孔洞提供第一孔洞體積部份；將陽極材料分佈在3D網孔結構的第一孔洞體積部份之內部或各處，從而形成3D網孔整合陽極–集流部結構；藉由第三添加製程以產生包含第二3D集流部材料的第二3D網孔結構，該第二3D網孔結構之中具有複數孔洞，這些孔洞提供第二孔洞體積部份；及將陰極材料分佈在3D網孔整合陰極–集流部結構的第二孔洞體積部份之內部或各處，從而形成3D網孔整合陰極–集流部結構。第一孔洞體積部份可為第一3D網孔結構的全部空間體積的50%～99.8%，且第二孔洞體積部份為第二3D網孔結構的全部空間體積的50%～99.8%。3D網孔整合陽極–集流部結構排除陰極材料，且3D網孔整合陰極–集流部結構排除陽極材料。3D網孔整合陽極–集流部結構及3D網孔整合陰極–集流部結構之每一者皆可包括（或可為）可燒結的材料。

在本揭露內容中，指定元件的描述、或特定圖式中之特定元件符號的考量或使用、或其對應敘述資料中之參考可涵蓋另一圖式或與其關聯之敘述資料中所確認的相同、均等、或類似元件或元件符號。除非另有其他指示，否則應瞭解本文之圖式或內文中出現的「/」意謂「及/或」。本文之特定數值或數值範圍的記載應理解成包括（或為）近似數值或數值範圍的記載，例如：在+/-20%、+/-15%、+/-10%、+/-5%、+/-2%、或+/-0%的範圍內。用語「實質上全部」（essentially all）可指示大於或等於90%的百分率，例如：95%、98%、99%、或100%。

如本文所使用般，用語「組」（set）相當於或定義為不是空的（non-empty）有限元件組成，根據已知數學定義（例如對應於Peter J. Eccles所著之「An Introduction to Mathematical Reasoning: Numbers, Sets, and Functions 」，Cambridge University Press （1998)的第11章「Properties of Finite Sets」所述之方式（如第140頁所示）），其在數學上表示至少為1的基數（亦即，本文所定義之「組」可對應為一單元、單個、或單元件組、或多元件組）。一般而言，一組中的一元件可包括（或可為）一系統、設備、裝置、結構、物件、製程、物理參數、或依考量下的組類型而定之數值。概要

依據本揭露內容之實施方式涉及（a）用以製作、製造、或生產固態電化學單元或電池單元（例如鋰離子電池單元）的技術或製程；及（b）可依據如此技術所生產的各種類型之固態電化學單元結構及/或對應的電池單元結構。依據本揭露內容之固態電化學單元或電池單元製作程序可包括（或可基於）一或更多添加製程或程序，例如美國專利公開案第2015/0314530號所述之3D列印製程及/或另一類型的製程或程序，可藉其將一或更多電極或電極元件製作為依據本揭露內容之特定實施方式的整合電極–集流部結構。

一特定的整合電極–集流部結構包括：帶有（或提供）電極材料組成物或材料的電極組成物部份；及包括（或提供）集流部材料組成物或材料的集流部部份。根據實施方式細節，電極組成物部份可包含、圍住、圍繞、包圍、或包覆集流部部份；或集流部部份可包含、圍住、圍繞、包圍、或包覆電極組成物部份。具體而言，整合電極–集流部結構可包括：一電極材料組成物或材料，其包含、圍住、圍繞、包圍、或包覆一集流部材料組成物或材料；或一集流部材料組成物或材料，其包含、圍住、圍繞、包圍、或包覆一電極材料組成物或材料。

依據本揭露內容之實施方式的部份固態電化學單元包括陽極（或陽極元件）和陰極（或陰極元件），其係分別形成為整合陽極–集流部結構及整合陰極–集流部結構。在其他實施方式中，陽極元件係形成為整合陽極–集流部結構，而陰極元件係形成為習知陰極元件或結構；或者陰極元件係形成為整合陰極–集流部結構，而陽極元件係形成為習知陽極元件或結構。

承上述，依據本揭露內容所製作之固態電化學單元結構的數個實施方式包括（i）至少一整合陽極–集流部結構，其中陽極組成物部份包含、圍住、圍繞、包圍、或包覆集流部部份，或者反之亦然；及/或（ii）至少一整合陰極–集流部結構，其中陰極組成物部份包含、圍住、圍繞、包圍、或包覆集流部部份，或者反之亦然；以及（iii）一固態電極結構或組成物，其係設置在各個陽極–集流部結構和與其對應的陰極–集流部結構（例如其電性/電化學性對應的結構）之間。

在整合陽極–集流部結構的實施方式中（其中陽極組成物部份包含集流部部份），陽極組成物部份可包括（或可形成為）圖案化或不圖案化之非平面、平面、近似平面、或大致平面的陽極組成物層結構，而其中帶有或提供陽極材料；且集流部部份可包括（或可形成為）集流部材料之層、圖案、網路、矩陣、網孔、組織、晶格、網絡、屏幕、網格、或蓆墊，而其係設置在陽極組成物層結構的厚度範圍內。舉例而言，在如此實施方式之中，陽極組成物層結構可包括：一第一（或下方）陽極組成物層；一集流部網孔，其係設置在該第一陽極組成物層的頂上；及一第二（或上方）陽極組成物層，其係設置在該集流部網孔和該第一陽極組成物層上方。各個陽極組成物層及/或集流部網孔可藉由添加製程或程序（如3D列印程序）來形成或沉積。

替代性地，在整合陽極–集流部結構的實施方式中（其中集流部部份包含陽極組成物部份），集流部部份可包括（或可形成或構成為）3D網孔、支架、單元立體（例如海綿或泡沫類型結構，如金屬泡沫結構）、骨架、籠子、矩陣、或晶格結構，而其包括或提供集流部材料、或由集流部材料所形成，且其中具有孔洞、隙縫、和孔洞、空隙、通道、及/或管道，故相對於集流部部份的整個3D空間維度提供了大量的可用孔洞空間或未被佔據之內部體積；且陽極組成物部份可包括（或可為）其中帶有或提供陽極材料的可流動且可密實化或可固化材料組成物，而其被導入集流部部份的孔洞、隙縫、以及孔洞、空隙、通道、或管道內，以使其佔據或填入幾乎全部或實質上全部集流部部份的內部孔洞空間（亦即由孔洞、隙縫、以及孔洞、空隙、通道、或管道所提供之集流部部份的內部體積部份，其可稱為原製造之集流部部份的孔洞或孔體積部份）。在如此之實施方式中，集流部部份可藉由添加製程或程序（如3D列印程序）或所屬技術領域中具有通常知識者能輕易瞭解之另一類型的製程或程序來形成。

在類似以上所提出的方法中，於整合陰極–集流部結構的實施方式中（其中陰極組成物部份包含集流部部份），陰極組成物部份可包括（或可形成或構成為）圖案化或不圖案化之非平面、平面、近似平面、或大致平面的陰極組成物層結構，而其中帶有或提供陰極材料；且集流部部份可形成為（或構成為）集流部材料之層、圖案、網路、矩陣、網孔、組織、晶格、網絡、屏幕、網格、或蓆墊，而其係設置在陰極組成物層結構的厚度範圍內。舉例而言，在如此實施方式之中，陰極組成物層結構可包括：一第一（或下方）陰極組成物層；一集流部網孔，其係設置在該第一陰極組成物層的頂上；及一第二（或上方）陰極組成物層，其係設置在該集流部網孔和該第一陰極組成物層上方。各個陰極組成物層及/或集流部網孔可藉由添加製程或程序（如3D列印程序）來形成或沉積。

替代性地，在整合陰極–集流部結構的實施方式中（其中集流部部份包含陰極組成物部份），集流部部份可包括（或可形成或構成為）3D網孔、支架、單元立體（例如開放單元或封閉單元之海綿或泡沫類型結構，如金屬泡沫結構）、骨架、籠子、矩陣、或晶格結構，而其包括或提供集流部材料、或由集流部材料所形成，且其中具有孔洞、隙縫、和孔洞、空隙、通道、及/或管道，故相對於集流部部份的整個3D空間維度提供了大量的可用孔洞空間或未被佔據之內部體積；且陰極組成物部份可包括（或可為）其中帶有或提供陰極材料的可流動且可密實化或可固化材料組成物，而其被導入集流部部份的孔洞、隙縫、以及孔洞、空隙、通道、或管道內，以使其佔據或填入幾乎全部、實質上全部、或全部集流部部份的孔洞或孔體積部份。在如此之實施方式中，集流部部份可藉由添加製程或程序（如3D列印程序）或所屬技術領域中具有通常知識者能輕易瞭解之另一類型的製程或程序來形成。代表性的整合電極–集流部結構 A. 電極組成物部份包含集流部部份的實施方式

圖1係一剖面立體圖，其顯示依據本揭露內容的代表性實施方式之多層電化學單元或電池單元結構1的一部份，其包括第一層10a及第二層10b，第一層10a及第二層10b其中每一者皆形成或構成一獨立或完整的電化學單元。雖然圖1所示之實施方式係繪示為具有二層10a、b，但所屬技術領域中具有通常知識者將瞭解到其他實施方式可具有不同的層數，例如：單一層10、或多於二層10a、10b。層10a、b可以連續、序列、並排、或堆疊的方式排列，以使各個層10a的最大表面積部份（例如最大平面表面區域）係設置在相鄰的層10b的最大表面積部份（例如最大平面表面區域）上。

層10a、b各帶有電極材料，惟其本身不具有足夠的導電性以符合電化學單元結構的效能目標。因此，層10a、b各包括一整合陽極–集流部結構12及一整合陰極–集流部結構14。在各種實施方式中，整合陽極–集流部結構12及整合陰極–集流部結構14係大致平面、實質上平面、近似平面或平面層結構，其分別具有超過或大幅超過（例如至少幾倍或多倍）整合陽極–集流部結構12及整合陰極–集流部結構14的厚度之近似平面或平面表面積。在一些實施方式中，整合陽極–集流部結構12及整合陰極–集流部結構14可各自具有相同或實質上相同的平面表面積（例如對應至x–y平面，其中z軸方向係定義為垂直）。

整合陽極–集流部結構12包括陽極組成物部份，其係形成為一陽極組成物層或一組陽極組成物層20（例如形成為至少一近似平面或平面層結構），另有設置於其中的陽極集流部25；且整合陰極–集流部結構14包括陰極組成物部份，其係形成為一陰極組成物層或一組陰極組成物層30（例如形成為至少一近似平面或平面層結構），另有設置於其中的陰極集流部35。陽極組成物層20帶有陽極材料組成物或陽極材料，且 陰極組成物層30帶有陰極材料組成物或陰極材料，如以下詳細說明。陽極組成物層20及陰極組成物層30各具有一目標（預期或預定）厚度，亦如以下詳細說明。

陽極電流收集部（或陽極集流部）25及陰極電流收集部（或陰極集流部）35分別存在於陽極組成物層20及陰極組成物層30的厚度內（例如陽極或陰極集流部25、35可形成集流部材料的一層或一子層，其係分別至少部份設置在陽極組成物層20或陰極組成物層30的厚度或內部之內、且係分別至少部份設置成被陽極組成物層20或陰極組成物層30圍繞、包圍、或包覆）。根據實施方式細節，陽極集流部25及/或陰極集流部35可各自形成為不圖案化或圖案化之層，例如集流部材料的大致平面、近似平面、平面或類2D層，例如導電元件（如導線）的連續或不連續平面或類2D板或類2D網路、網孔、晶格、或網格（以下稱為2D網孔）。在一些實施方式中，陽極集流部25及陰極集流部35各自可包括（或可為）圖1所示方式之類2D導線網路（例如依據一預定或可選擇的導線元件布局或圖案所組織或所定義之導線元件的網路）。如此之集流部材料的平面或類2D層使位於（a）陽極組成物層20及陽極集流部25內和（b）陰極組成物層30及陰極集流部35內的點（或位置）之間的平均電阻降低（大幅降低、或幾乎最小化）。在其他實施方式中，陽極集流部25及/或陰極集流部35可包括（或可為）分別分佈在陽極組成物層20及/或陰極組成物層30的體積之內部或各處之非常細薄的3D支架或網孔結構（或非常細薄的3D絲線網路）。在一些實施方式中，陽極組成物層20的第一最大表面區域側與相對（或對面）的第二最大表面區域側各自到陽極集流部25之間的距離可相同（例如可將陽極集流部25設置在陽極組成物層厚度的中央區域或接近中點處）；及/或陰極組成物層30的第一最大表面區域側與相對（或對面）的第二最大表面區域側各自到陰極集流部35之間的距離可相同（例如可將陰極集流部35設置在陰極組成物層厚度的中央區域或接近中點處）。

各個陽極組成物層20係藉由一電解質部份或層40而與相鄰或對應的陰極 組成物層30隔開，電解質層40包括非常薄的電解質材料層或係由非常薄的電解質材料層形成，以使陽極 組成物層20與其相鄰的陰極組成物層 30以所屬相關技術領域中具有通常知識者輕易瞭解的方式來構成一完整的電化學單元。如以下所述，電解質層40具有一目標（預期或預定）厚度，且在各種實施方式中，電解質層40包括（或為）平面或近似平面層，例如電解質層40具有大於或遠大於其厚度的平面表面積。

在另一實施方式（未顯示）中，電化學單元結構或電池單元結構1包括第一電極或電極結構，其具有整合陽極–集流部結構20或整合陰極–集流部結構30，其中具有不良導電性的陽極材料組成物或陰極材料組成物係分別與集流部25、35整合在一起，例如以類似（實質上相同或相同）參考圖1所示之方式整合；而相對或對應的第二電極或電極結構分別包括陰極或陽極材料，其具有足夠高的導電性（或高導電性）以符合單元設計需求。在這樣的實施方式中，第二電極結構不需具有（或不需要）集流部25、35。換言之，第二電極結構包括陽極材料或陰極材料，其本身呈現或提供夠高的導電性而可省略不同的集流部25、35，此為所屬相關技術領域中具有通常知識者能輕易瞭解的方式。例如，上述足夠高的導電性（或高導電性）之陽極材料可包括（或可為）鋰金屬，且足夠高的導電性（或高導電性）之陰極材料可包括（或可為）裝有導電相（如碳或石墨）之鋰鈷氧化物。B. 集流部部份包含電極組成物部份的實施方式

在一些實施方式中，整合電極-集流部結構的集流部部份包含此整合電極–集流部結構的電極組成物部份。具體而言，整合電極–集流部結構的集流部部份可包括（或可為）多孔3D網孔、支架、單元立體、骨架、籠子、晶格、或類似的結構型式，其帶有集流部材料或係由集流部材料製成，且其具有分佈其中的隙縫或開口及孔洞或空間、空隙、通道、管道、及/或腔室。可將具有一目標或預定黏性且帶有電極材料（即陽極材料或陰極材料）之可流動性物質或材料組成物導入、注入、或滲入上述3D網孔結構內的孔洞空間內，並進行密實化或固化處理，以在3D網孔結構的孔洞或孔體積部份內提供整合電極–集流部結構的電極組成物部份。如所屬相關技術領域中具有通常知識者將輕易瞭解，依據本揭露內容之實施方式之適合作為集流部部份的各種類型3D網孔結構可藉由3D列印及/或其他類型的製程來製作。

圖2A–2C係依據本揭露內容之特定代表性實施方式之集流部部份3D網孔結構或3D集流部網孔結構100a-c的圖式。具體而言，圖2A顯示第一框架結構100a，其係形成為框架構件或導線102之（x, y, z）網格以定義一立方晶格，其中框架構件102帶有導電材料或由導電材料形成。框架構件102係彼此電性耦合，且框架構件102更可以所屬相關技術領域中具有通常知識者輕易瞭解的方式與電池單元端子電性耦合。如此之框架構件102的組織在框架結構100a內建立了複數內部隔間或單元104。各獨立單元104之中具有一孔洞空間，且單元104係配置為使其孔洞空間之間呈流體連通。可將可流動且可密實化或可固化之陽極材料組成物或陰極材料組成物導入、注入、或滲入內部單元104內。在密實化或固化之後，陽極材料組成物或陰極材料組成物保留在單元104內，因而佔據幾乎全部或實質上全部的第一框架結構100a的孔洞體積部份、並分別提供整合陽極–集流部結構或整合陰極–集流部結構的陽極組成物部份或陰極組成物部份。雖然圖2的3D網孔集流部結構100a係顯示成具有規則立方結構，惟所屬技術領域中具有通常知識者應瞭解到依據本揭露內容之實施方式的3D網孔集流部結構100可對應至或可呈現另一類型的多面體形狀。所屬相關技術領域中具有通常知識者亦應瞭解到3D網孔集流部結構100的單元104可呈現非矩形截面積（如六邊形或八邊形截面積）。

圖2B顯示第二框架結構100b，其具有沿著一預定軸向延伸的導線112之網路或陣列，且具有形成為橫切或垂直於此軸向的至少一支撐網格110，以使網路內的導線112延伸在支撐網格110的相對側上。導線112與支撐網格110通常帶有導電材料或係由導電材料形成，且導線與支撐網格110通常係彼此電性耦合。導線112及支撐網格110或可進一步以所屬相關技術領域中具有通常知識者輕易瞭解的方式與電池單元端子電性耦合。間隔、空間、或空隙114存在於導線112之間，以使可流動且可密實化或可固化之陽極材料組成物或陰極材料組成物能導入、注入、或滲入空隙114之內。在密實化或固化之後，陽極材料組成物或陰極材料組成物保留在空隙114內，因而佔據幾乎全部或實質上全部的第二框架結構100b的孔洞體積部份、並分別提供整合陽極–集流部結構或整合陰極–集流部結構的陽極組成物部份或陰極組成物部份。

圖2C顯示3D多孔性網孔結構100c，其包括大致上不規則或不規則之導電材料的互連細縷線段網路，細縷線段之間具有孔洞，如3D網孔、支架、泡沫、或海綿類型結構，此為所屬相關技術領域中具有通常知識者輕易瞭解的方式。細縷線段帶有導電材料或係由導電材料形成，且彼此在3D多孔性網孔結構內電性耦合，且可進一步以所屬相關技術領域中具有通常知識者輕易瞭解的方式與電池單元端子電性耦合。可流動且可密實化或可固化之陽極材料組成物或陰極材料組成物能導入、注入、或滲入3D多孔性網孔結構100c的孔洞內。在密實化或固化之後，陽極材料組成物或陰極材料組成物保留在孔洞內，因而佔據幾乎全部或實質上全部的3D多孔性網孔結構100c的孔洞體積部份、並分別提供整合陽極–集流部結構或整合陰極–集流部結構的陽極組成物部份或陰極組成物部份。

圖2D顯示依據實施方式本揭露內容之基於多層3D網孔集流部的代表性電化學或電池單元結構2的部份，其包括第一層210a、第二層210b、及第三層210c，其各自形成或構成一獨立或完整的電化學單元。雖然圖2所示之實施方式顯示為具有三層210a-c，惟所屬技術領域中具有通常知識者將瞭解到其他實施方式可根據其細節而形成為具有不同數目的層，例如：單層210，雙層210a、210b，或大於三層210a-c。

各個層210a、b包括3D網孔整合陽極–集流部結構212及3D網孔整合陰極–集流部結構214，其中3D網孔陽極–集流部結構212包括（或係形成為）第一3D集流部網孔結構100（例如圖2A–2C中所示之方式），其中帶有或包含陽極材料（例如分佈在此3D集流部網孔結構100的孔洞體積部份各處者）；且3D網孔陰極–集流部結構214包括（或係形成為）第二3D集流部網孔結構100（例如圖2A–2C中所示之方式），其中帶有或包含陰極材料（例如分佈在此3D集流部網孔結構100的孔洞體積部份各處者）。C. 其他實施方式

依據本揭露內容之電化學或電池單元結構的一些實施方式可包括：如圖1所示方式而形成的一或更多整合電極–集流部結構（例如第一整合電極–集流部結構），其中陽極部份12或陰極部份14分別包含陽極集流部25或陰極集流部35；以及如圖2A–2C所示方式而形成的一或更多整合電極–集流部結構（例如第二電極–集流部結構），其中3D網孔集流部100之中包含陽極材料或陰極材料。電化學或電池單元結構的陽極及陰極部份係藉由一組電解質層40而隔開或隔離，此為所屬相關技術領域中具有通常知識者輕易瞭解的方式。 代表性整合電極 – 集流部製程

依據本揭露內容之實施方式的固態電化學單元或固態電池單元的部份可藉由一或更多製程或程序來製造，例如美國專利公開案第2015/0314530號所述之多種材料添加製程及/或另一類型的製程或程序。舉例而言，藉由美國專利公開案第2015/0314530號所述之製程，可經由相繼地（或依序地）且選擇性地（或可選擇地）撒佈粉末並成層的方式來產生如圖1所示之固態電化學單元結構或固態電池單元結構1的連續層，這些粉末包含（a）一或更多類型的陽極材料及一或更多類型的導電材料以形成一組陽極–集流部部份12；（b）一或更多類型的電解質材料以形成一組電解質層40；及（c）一或更多類型的陰極材料及一或更多類型的導電材料以形成單元的一組陰極–集流部部份14。可將上述粉末撒佈在依據一可程式指定圖案（例如：如連續板或圖案化之板）的二維區域各處，以產生依據預期或期望的電化學或電池單元構造或設計（例如數位3D電化學單元或電池單元結構模型）的電化學或電池單元結構1。可將特定粉末層撒佈在建造板（build plate）上，並可選擇性地塗佈黏合劑以使該層的特定部份黏在一起，然後可將未黏合的粉末移除。可使黏合劑材料經過固化處理或程序，以使考量之層中的粉末加速黏合在一起。圖3係一流程圖，其繪示依據本揭露內容之代表性多種材料3D製程的實施態樣，可藉此製作特定的電化學或電池單元結構。

承上述，依據本揭露內容之實施方式的3D網孔集流部結構100亦可藉由如美國專利公開案第2015/0314530號所述之多種材料3D製程來製作。具體而言，可藉由將逸散或犧牲材料（在後續製程部份（如加熱/燒結製程部份）中，可選擇性地將其從層移除）併入或撒佈在層的部份之中而在層的部份內形成孔洞，如此可使3D網孔集流部結構具有介於約50%～99.8%之間的孔洞體積部份。此外，可流動性有機媒劑、媒體、或物質（其包括選擇以提供預期或期望的觸變性流變（thixotropic rheology）之黏性及與孔洞的實際尺寸一致的單體及寡聚合物）可用以攜帶撒佈於其中之一或更多陽極材料或一或更多陰極材料。可利用一或更多方式將陽極或陰極材料擠壓至多孔3D網孔集流部結構100內，例如藉由網板或刻板印刷、刮刀塗佈。替代性地，可藉由真空輔助擴散的方式將陽極或陰極材料併入多孔3D網孔集流部結構100內。3D網孔集流部結構100（具有分佈在其孔洞空間之內部或各處的陽極或陰極粉末）可在單一熱處理製程或程序中進行密實化，而使有機媒劑材料分解並揮發，且使無機材料燒結成堅實的整體結構。

作為另一選擇，可利用對應至或基於粉末床3D列印機的粉末撒佈/壓實系統將陽極或陰極材料配製為高度可流動性粉末並撒佈至3D網孔集流部結構100內，而且可藉由電腦控制黏合劑噴射系統將這些粉末固定在期望的位置。

依據本揭露內容的一些實施方式亦可藉由陶瓷共燒結製程進行製作。具體而言，如圖1所示之電化學或電池單元結構1可藉由以下方式製作具有陶瓷粉末之板：使陶瓷粉末懸浮在有機媒劑或媒體中、藉由帶式流延製程或程序而延展成薄層、並加以乾燥。一特定的板可具有如皮革或橡膠的堅實度，且可進一步處理如下：藉由裁切成預期或期望的形狀，並且在一特定位置從板的一主要表面（或側）至板的另一或相對主要表面（或側）於其中形成穿孔。穿孔可填充導電材料以提供板的主要表面之間的電性耦合。此外，導電材料的圖案可施加在所選擇之板的主要表面其中一或二者以提供導電圖案，部份或全部的導電穿孔係藉由這些導電圖案而電性耦合在一起。

可對應於特定的一組陽極組成物層20及特定的一組陰極組成物層30來製備板，其中如此之板的每一者包括一或更多類型的陶瓷陽極材料或陰極材料粉末於其中。根據最終設計需求，各個板具有一預期或期望的厚度。整合陽極–集流部結構12可包括帶式流延陽極材料的二個板。第一板包括例如藉由網板印刷的方式而塗佈在其第一表面之陽極集流部25（如依據一可選擇或預定的圖案）。可將這些板層疊在一起，以使陽極集流部25約維持在整合陽極–集流部結構12的二主要表面間的內部中央。同樣地，整合陰極–集流部結構14可包括帶式流延陰極材料的二個板，其中第一板包括例如藉由網板印刷的方式而塗佈在其第一表面之陰極集流部35（如依據一可選擇或預定的圖案）。可將這二個板層疊在一起，以使陰極集流部35約維持在整合陰極–集流部結構14的二主要表面間的內部中央。

可在帶式流延製程中將一組電解質層或板40進行流延，以形成類似皮革或橡膠堅實度的板。

可藉由堆疊陽極–集流部結構12及整合陰極–集流部結構14來組成先驅物結構，而電解質板40係設置在其之間。如此之先驅物結構可包括例如介於1～1000之間的交替陽極–集流部結構12及整合陰極–集流部結構14，且每一者係藉由電解質板40而隔開。

先驅物結構可藉由層疊製程而組成或製作成固體，層疊製程可包括對先驅物結構堆疊施加壓力及熱，然後可進行熱處理製程，其中固體之先驅物結構在爐中加熱至約400℃與約1500℃之間的溫度達約10分鐘至約50小時之間的期間。代表性尺寸及材料選擇

根據以上實施方式細節，整合電極–集流部結構12、14、212、214的厚度範圍可介於約2 μm至約1 mm之間；且電解質層40的厚度範圍可介於約2 μm至約500 μm之間。對於整合電極–集流部結構12、14（包含設置於其中之陽極集流部部份25或陰極集流部部份35）而言，集流部部份25、35的厚度範圍可介於約200 nm至約50 μm之間；且各個圖案化之導電元件（如導線元件）的寬度範圍可介於約500 nm至幾乎橫跨整個單元區域的連續層。 在整合電極–集流部結構212、214係基於3D網孔集流部結構100的實施方式中，3D網孔集流部結構100的厚度可為其對應層的全部厚度或其一部份，例如通常至少為層厚度的30%。3D網孔集流部結構100內的單元104、空隙114、或孔洞可具有介於約5 μm與約500 μm之間的橫剖面尺寸或直徑。

根據以上實施方式細節，適合用於本揭露內容之特定實施方式的陽極材料粉末包括：碳、石墨、及/或鋰鈦氧化物。在一些實施方式中，如此之陽極粉末可包括或帶有碳基奈米材料或奈米結構，如石墨烯、奈米碳管、或巴客球（buckyball）。適合用於本揭露內容之特定實施方式的陰極材料粉末包括：鋰鈷氧化物或鋰鎂氧化物的粉末。適合的集流部材料包括：銅、鎳、銀、金、鈀、或其合金。適合的電解質材料粉末包括鋰鑭鋯氧化物。適合的有機媒劑係為本領域中所熟知。

依據本揭露內容之特定實施方式所製作之電化學單元或電池單元結構預期可呈現約300 Wh/Kg至約600 Wh/Kg的能量密度，且非常適合藉由大量自動化製程來製造，包括能立即以靈活且高度客製化的方式生產具有獨特單元構造的不同單元結構的大量自動化生產製程。

本文之敘述係提供以揭示依據本揭露內容之特定代表性實施方式。惟在不離開本揭露內容範圍或隨附申請專利範圍的情況下，顯然可對本文所述之實施方式進行各種修改。

1‧‧‧電池單元結構
2‧‧‧電池單元結構
10a‧‧‧第一層
10b‧‧‧第二層
12‧‧‧整合陽極–集流部結構
14‧‧‧整合陰極–集流部結構
20‧‧‧陽極組成物層
25‧‧‧陽極集流部
30‧‧‧陰極組成物層
35‧‧‧陰極集流部
40‧‧‧電解質層
100a‧‧‧第一框架結構
100b‧‧‧第二框架結構
100c‧‧‧3D多孔性網孔結構
102‧‧‧框架構件
104‧‧‧單元
110‧‧‧支撐網格
112‧‧‧導線
114‧‧‧空隙
210a‧‧‧第一層
210b‧‧‧第二層
210c‧‧‧第三層
212‧‧‧整合陽極–集流部結構
214‧‧‧整合陰極–集流部結構

圖1係一橫剖面透視圖，其繪示依據本揭露內容之實施方式的電化學單元製程所產生的電化學單元之一部份。

圖2–2C係依據本揭露內容之特定代表性實施方式的集流部3D網孔結構之圖式。

圖2D顯示依據本揭露內容之實施方式之基於一代表性多層3D網孔集流部的電化學或電池單元結構的一部份。

圖3係一流程圖，其繪示依據本揭露內容之一代表性多種材料3D製程的實施態樣，可藉此製作特定的電化學或電池單元結構。

1‧‧‧電池單元結構

10a‧‧‧第一層

10b‧‧‧第二層

12‧‧‧整合陽極一集流部結構

14‧‧‧整合陰極一集流部結構

20‧‧‧陽極組成物層

25‧‧‧陽極集流部

30‧‧‧陰極組成物層

35‧‧‧陰極集流部

40‧‧‧電解質層

Claims (23)

1. 一種電化學單元結構，包含： 至少一電化學單元，各電化學單元包含： 複數整合電極–集流部結構，各整合電極–集流部結構之中帶有電極材料，該複數整合電極–集流部結構包括第一整合電極–集流部結構和與其電性或電化學性對應的第二整合電極–集流部結構，該第一整合電極–集流部結構之中帶有第一電極材料，且該第二整合電極–集流部結構之中帶有不同的第二電極材料，該第一及第二整合電極–集流部結構包含： （a）電極材料組成物層，分別帶有該第一電極材料或該第二電極材料，該電極材料組成物層的平面表面積大於該電極材料組成物層的厚度；及 集流部層，分別包含該第一整合電極–集流部結構或該第二整合電極–集流部結構的集流部，該集流部層係設置在該電極組成物層內部且被該電極組成物層包圍； 或 （b）3D集流部材料網孔結構，分別包含該第一整合電極–集流部結構或該第二整合電極–集流部結構的該集流部，該3D集流部網孔結構之中具有複數孔洞，該等孔洞提供該3D集流部材料網孔結構的孔洞體積部份，其中該第一電極材料或該第二電極材料係分別分佈在該3D集流部材料網孔結構的該孔洞體積部份之內部或各處； 以及 電解質層，將該第一整合電極–集流部結構和與其對應的該第二整合電極–集流部結構隔開，並且在該第一整合電極–集流部結構和與其對應的該第二整合電極–集流部結構之間提供離子電荷傳送媒體， 其中該第一整合電極–集流部結構包含整合陽極–集流部結構及整合陰極–集流部結構之其中一者，且該第二電極–集流部結構包含該整合陽極–集流部結構及該整合陰極–集流部結構之其中另一者。
2. 如申請專利範圍第1項之電化學單元結構，其中該電化學單元結構包含彼此相鄰堆疊的複數電化學單元。
3. 如申請專利範圍第2項之電化學單元結構，其中該第一整合電極–集流部結構、該第二整合電極–集流部結構、及該電解質層之每一者皆包含3D列印結構。
4. 如申請專利範圍第1項之電化學單元結構，其中該電解質層包含陶瓷電解質材料。
5. 如申請專利範圍第1項之電化學單元結構，其中該第一電極材料包含基於粉末的陽極材料，且該第二電極材料包含基於粉末的陰極材料。
6. 如申請專利範圍第1項之電化學單元結構，其中該電解質層的平面表面積大於該電解質層的厚度。
7. 如申請專利範圍第1項之電化學單元結構，其中該複數整合電極–集流部結構包含： 整合陽極–集流部結構，包含陽極材料組成物層及陽極集流部層，該陽極材料組成物層具有一厚度，且該陽極集流部層係設置在該陽極材料組成物層的該厚度之內、並且被該陽極材料組成物層的該厚度包圍；及 與其對應的整合陰極–集流部結構，包含陰極材料組成物層及陰極集流部層，該陰極材料組成物層具有一厚度，且該陰極集流部層係設置在該陰極材料組成物層的該厚度之內、並且被該陰極材料組成物層的該厚度包圍。
8. 如申請專利範圍第7項之電化學單元結構，其中該陽極集流部層及該陰極集流部層之其中至少一者包含平面或類2D材料層。
9. 如申請專利範圍第8項之電化學單元結構，其中該平面或類2D層結構包含依據一預定或可選擇的導線元件圖案所組織的導線元件之網路。
10. 如申請專利範圍第1項之電化學單元結構，其中該複數整合電極–集流部結構包含複數電化學單元的堆疊，該堆疊之中的各電化學單元包含： 3D網孔整合陽極–集流部結構，包含第一3D集流部材料網孔結構，該第一3D集流部材料網孔結構之中具有提供第一孔洞體積部份的複數孔洞、且具有分佈在該第一孔洞體積部份之內部或各處的陽極材料；及 3D網孔整合陰極–集流部結構，包含第二3D集流部材料網孔結構，該第二3D集流部材料網孔結構之中具有提供第二孔洞體積部份的複數孔洞、且具有分佈在該第二孔洞體積部份之內部或各處的陰極材料。
11. 如申請專利範圍第10項之電化學單元結構，其中該3D網孔整合陽極–集流部結構排除該陰極材料，且其中該3D網孔整合陰極–集流部結構排除該陽極材料。
12. 如申請專利範圍第10項之電化學單元結構，其中該3D網孔整合陽極–集流部結構及該3D網孔整合陰極集流部結構之每一者皆包含可燒結的材料。
13. 一種製造一組電化學單元結構的方法，該方法包含藉由下列步驟來製造各電化學單元結構： 藉由第一添加製程以產生第一整合電極–集流部結構，該第一整合電極–集流部結構之中帶有第一電極材料； 藉由第二添加製程以產生電解質層，該電解質層係設置在該第一整合電極–集流部結構的曝露表面上；及 藉由第三添加製程以在該電解質層的曝露表面上產生第二整合電極–集流部結構，該第二整合電極–集流部結構之中帶有不同的第二電極材料， 其中該第一及第二整合電極–集流部結構包含： （a）分別帶有該第一電極材料或該第二電極材料的電極材料組成物層，該電極材料組成物層的平面表面積大於該電極材料組成物層的厚度；及 分別包含該第一整合電極–集流部結構或該第二整合電極–集流部結構之集流部的集流部層，該集流部層係設置在該電極組成物層之內部且被該電極組成物層包圍； 或 （b）分別包含該第一整合電極–集流部結構或該第二整合電極–集流部結構之該集流部的3D集流部材料網孔結構，該3D集流部網孔結構之中具有複數孔洞，該等孔洞提供該3D集流部材料網孔結構的孔洞體積部份，其中該第一電極材料或該第二電極材料係分別分佈在該3D集流部材料網孔結構的該孔洞體積部份之內部或各處， 其中該電解質層將該第一整合電極–集流部結構和與其對應的第二整合電極–集流部結構隔開，且該電解質層在該第一整合電極–集流部結構和與其對應的第二整合電極–集流部結構之間提供離子電荷傳送媒體。
14. 如申請專利範圍第13項之製造一組電化學單元結構的方法，其中該第二添加製程包含在該第一整合電極–集流部結構的該曝露表面上製作電解質層，且其中該電解質層包含陶瓷電解質材料。
15. 如申請專利範圍第13項之製造一組電化學單元結構的方法，其中該第一、第二、及第三添加製程之每一者皆包含3D列印製程。
16. 如申請專利範圍第13項之製造一組電化學單元結構的方法，其中該第一整合電極–集流部結構、該電解質層、及該第二整合電極–集流部結構各包含一組平面層，該組平面層的表面積大於其厚度。
17. 如申請專利範圍第13項之製造一組電化學單元結構的方法，其中製造各電化學單元結構的步驟包含： 藉由該第一添加製程以產生整合陽極–集流部結構，該整合陽極–集流部結構包含陽極材料組成物層及陽極集流部層，該陽極材料組成物層具有一厚度，且該陽極集流部層係設置在該陽極材料組成物層的該厚度之內、並且被該陽極材料組成物層的該厚度包圍；及 藉由該第三添加製程以產生對應的整合陰極–集流部結構，該整合陰極–集流部結構包含陰極材料組成物層及陰極集流部層，該陰極材料組成物層具有一厚度，且該陰極集流部層係設置在該陰極材料組成物層的該厚度之內、並且被該陰極材料組成物層的該厚度包圍。
18. 如申請專利範圍第17項之製造一組電化學單元結構的方法，其中該第一添加製程及該第三添加製程之其中至少一者包含將該集流部層製作為類2D材料層。
19. 如申請專利範圍第17項之製造一組電化學單元結構的方法，其中該第一添加製程及該第三添加製程之其中至少一者包含將該集流部層製作為依據一預定或可選擇的集流部導線元件圖案所組織的集流部導線元件之類2D網路。
20. 如申請專利範圍第16項之製造一組電化學單元結構的方法，其中製造各電化學單元結構的步驟包含： 藉由該第一添加製程以產生包含第一集流部材料的第一3D網孔結構，該第一3D網孔結構之中具有複數孔洞，該等孔洞提供第一孔洞體積部份； 將陽極材料分佈在該3D網孔結構的該第一孔洞體積部份之內部或各處，從而形成3D網孔整合陽極–集流部結構； 藉由該第三添加製程以產生包含第二3D集流部材料的第二3D網孔結構，該第二3D網孔結構之中具有複數孔洞，該等孔洞提供第二孔洞體積部份；及 將陰極材料分佈在該3D網孔整合陰極–集流部結構的該第二孔洞體積部份之內部或各處，從而形成3D網孔整合陰極–集流部結構。
21. 如申請專利範圍第20項之製造一組電化學單元結構的方法，其中該第一孔洞體積部份為該第一3D網孔結構的全部空間體積的50%～99.8%，且該第二孔洞體積部份為該第二3D網孔結構的全部空間體積的50%～99.8%。
22. 如申請專利範圍第20項之製造一組電化學單元結構的方法，其中該3D網孔整合陽極–集流部結構排除該陰極材料，且其中該3D網孔整合陰極–集流部結構排除該陽極材料。
23. 如申請專利範圍第20項之製造一組電化學單元結構的方法，其中該3D網孔整合陽極–集流部結構及該3D網孔整合陰極–集流部結構之每一者皆包含可燒結的材料。