TW202130031A - 固態電池層結構及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種固態電池層結構(100)，包括：陽極電流收集器金屬層(110)、設置在陽極電流收集器金屬層上的陽極層(120)、橫向地設置在陽極層上的固態電解質層(140)、設置在固態電解質層上的陰極層(150)、陰極電流收集器金屬層(160)及包括矽和/或氮化鎵的多個奈米線結構(130)。奈米線結構(130)是設置在陽極層(120)上。奈米線結構(130)是橫向且垂直地被固態電解質層(140)包覆在內。陽極層包括矽和連接奈米線結構和陽極電流收集器金屬層(110)的多個金屬通孔(224)。本發明還提供一種固態電池層結構的製造方法。

Description

固態電池層結構及其製造方法
本發明是關於一種固態電池層結構與其製造方法。
具有高水平的充電容量和可重複充電特性的鋰離子電池技術，已發展出儲存電能的功能，並在便攜式電腦和電話等移動式電子設備的開發中發揮了重要作用。鋰離子電池對於電動車的復甦也相當重要。然而，到目前為止，習知的鋰離子電池技術仍存在其自身的一系列問題。為了實現基本上在整個電路板上的電池改良，選用與傳統液體電解質相反的固態電解質的電池裝置愈來愈受歡迎。包括固態電解質的電池通常稱為固態電池。儘管固態電解質非常有益於降低電池著火的風險，固態電池還需要在形態（morphology）和材料方面新穎的電池設計，以便充分發揮其與液體電解質電池相比更高的性能潛力。特別來說，習知技術尚未充分解決提升固態電池充電容量的問題，其中所述的固態電池充電容量定義為可儲存電荷與電池重量的比值。另外，取決於材料的體積膨脹也是習知技術中固態電池所面臨的另一個問題。因此，上述問題還需要在技術領域內進行改善。
本發明的目的在於至少減緩一些上述的問題，並提供能夠改善電池充電容量的固態電池層結構以及其製造方法。
根據本發明的第一方面，提供一種固態電池層結構，包括： 陽極電流收集器金屬層； 陽極層，設置在陽極電流收集器金屬層上； 固態電解質層，橫向地設置在陽極層上； 陰極層，設置在固態電解質層上；以及 陰極電流收集器金屬層， 其中陽極層包括矽。
前述的用語「設置在……上」，指的可以是在層結構或堆疊的垂直方向上將各層或各結構設置在彼此之上。所述垂直方向可實質垂直於層結構或層結構中的層的表面。在整個本揭露書，用詞「包括」指的可以是層或結構至少部分地包括某種材料。用詞「包括」不排除所述層或所述結構含有其他材料的雜質，也不排除實質上組成的所述層或所述結構的材料。
如此的結構可以緩解習知技術中的一些問題。矽陽極可有利於增加，例如鋰離子電池，的電池容量。這是由於通常被合金化以形成複合陽極材料的矽原子相較於習知的石墨陽極中的碳原子有著更好的結合，因此可容納更多的鋰原子。電池充電容量可以以安培小時或庫侖為單位記錄。另外，因為可利用微電子製造中常用的複雜技術和方法，所以使用矽陽極可簡化電池層結構的製造過程並提高產量。因此，固態電池可有效地微型化。矽陽極可以基於單晶基底。如此，固態電池層結構可更完整地和矽基的微電子產品形成。因此，具有積體固態電池的電子電路和裝置都可實現微型化。
陽極層可包括氮化鎵。
在陽極層中使用氮化鎵，例如使用氮化鎵作為陽極層的薄上層而其餘部分主要包括矽，可以減緩現有技術中的問題。具有氮化鎵陽極材料的固態電池的充電容量可比具有習知石墨陽極的固態電池的充電容量大約2.5倍。與相同的石墨陽極阻擋層相比，氮化鎵陽極的鋰離子擴散阻擋層也能更低，而這可利於快速充電。
固態電池層結構還可包括多個奈米線結構。奈米線結構是設置在陽極層上，且奈米線結構是橫向且垂直地被固態電解質層包覆在內。
用語「奈米線結構」，也僅稱為奈米結構，可指具有例如為奈米級（即1-100 nm）的直徑或長度等的尺寸的細長結構。奈米線結構可以是簡單並且基本上是一維的，或者沿著其長度包含至少一個節點，並且從所述節點延伸出至少兩個單獨的分支。如此的奈米線結構可稱為奈米樹或奈米線樹結構。
用語「橫向且垂直地包覆在內」可指橫向或徑向地且垂直或縱向地包覆奈米線結構。整個奈米線結構，包含所有可能的分支、外觀和表面，可由形成固態電解質層的固態電解質材料所覆蓋。
添加如此的奈米線結構可有助於增加陽極與固態電解質之間界面的有效反應面積，並因此還增加電池的充電容量，並且還潛在地增加電荷攜帶離子的速率，其中所述離子可為與負極材料形成合金的鋰離子。此外，使用奈米線結構可減緩某些材料在電池運作的過程中出現的體積膨脹。舉例來說，塊狀矽陽極可在鋰化過程中膨脹300-400％，所述鋰化過程即當電荷載體為鋰離子時的充電過程。奈米結構，例如為奈米線，其優勢在於它們的體積膨脹可能遠不如塊狀材料嚴重。與塊狀層膨脹成一整塊相比，奈米結構的上述優勢可歸因於其體積膨脹更為局部和分散。因為固體通常比液體容許更少的機械運動，因此前述體積膨脹問題的減緩可能對固態電解質電池更為重要。再者，諸如此類的奈米結構可以以結構化且定義明確的方式製造，且其界面的有效反應面積仍可以增加。
每一個奈米線結構包括垂直主幹與從垂直主幹延伸的多個分支。這些奈米線結構的垂直主幹是垂直地設置於陽極層的頂面。
用語「垂直地設置」可指將整個奈米線結構，特別是指垂直主幹，設置為沿著與陽極層的頂面基本垂直的方向延伸。所述方向或可理解為對應於所述層結構的垂直方向。包括主幹與分支的樹狀奈米線結構可進一步增加陽極與固態電解質之間界面的有效反應面積，並且增加電池的充電容量。此外，所述樹狀奈米線結構還能緩解前述的體積膨脹問題。
在視覺上，可將這些樹狀奈米線結構或奈米樹比喻或聯想為奈米森林。
奈米線結構可包括矽。
由於存在許多可用的矽形成和加工方法，如此的奈米線結構可有利於相對地容易形成。由於矽奈米線結構可有效地延伸陽極，因此具有與使用矽作為陽極材料相同的優點，即，可以增加充電容量。
奈米線結構可包括氮化鎵。
類似於前文所述，氮化鎵奈米線結構可以延伸陽極，並且也可以改善固態電池的充電容量。
陽極層可包括連接奈米線結構和陽極電流收集器金屬層的多個金屬通孔。
因此，可向奈米線結構的底部提供較低的電阻或更多的歐姆傳導路徑。
固態電解質層可包括磷酸鋰。
磷酸鋰或是包括磷酸鋰的化合物可視為對固態電池層結構中的固態電解質層的有益材料。磷酸鋰可經由固態電解質材料晶格中的原子空位以供鋰離子在固態電池的陽極與陰極之間以固態擴散傳輸。
陰極層可包括鈷酸鋰或另一種金屬氧化物。
鈷酸鋰可視為用於陰極層有益的材料。
陰極電流收集器金屬層可包括鋁。
鋁可為陰極層提供低電阻或足夠的歐姆傳導路徑。
陽極電流收集器金屬層可包括銅。
銅可以為陽極層提供低電阻或足夠的歐姆傳導路徑。如果奈米線結構存在銅的話，銅也可以為奈米線結構提供低電阻或足夠的歐姆傳導路徑。
根據本發明的第二方面，提供一種固態電池層結構的製造方法，包括： 提供陽極層； 在陽極層上形成多個奈米線結構，其中每一奈米線結構包括垂直主幹和從垂直主幹延伸出的多個分支，奈米線結構的垂直主幹垂直地形成於陽極層的頂面； 在陽極層上沉積固態電解質層，其中固態電解質層橫向且垂直地包覆奈米線結構； 在固態電解質層上沉積陰極層； 在陰極層上沉積陰極電流收集器金屬層；以及 在陽極層的底面上沉積陽極電流收集器金屬層。
用詞「形成」可指形成層或結構的任何方法或技術。用詞「沉積」可指以添加材料來形成層或結構所使用的任何方法或技術。沉積技術的例子可包括化學氣相沉積（chemical vapor deposition，CVD）、物理氣相沉積（physical vapor deposition，PVD）、有機金屬氣相磊晶（metalorganic vapor-phase epitaxty，MOVPE）、濺鍍、蒸發等。因此，形成的其中之一步驟可以指為沉積。陽極電流收集器金屬層應理解為沈積在陽極層的底面上，換言之，當考慮到層結構或堆疊的垂直方向時，陽極電流收集器金屬層不是沉積在陽極層上或陽極層的上方。
所述製造方法可用於製造根據所述第一方面的固態電池層結構。因此，所述製造方法的優點與第一方面所描述的優點非常接近。綜上所述，所述製造方法可藉由使用現有的微電子製造方法和技術來提供一種相對低複雜度的方式來製造固態電池層結構。通過所述製造方法可實現與電子裝置的緊密整合和微型化。
所述製造方法還可包括從陽極層的底面蝕刻出穿過陽極層的多個孔。所述在陽極層的底面上沉積陽極電流收集器金屬層的步驟還包括：以與陽極電流收集器金屬層相同的材料來填充這些孔。
添加蝕刻和填充的步驟可理解為形成對應於第一方面所描述奈米線結構的底部的通孔。因此，具有類似的優點和有益的效果。這種背面晶圓通孔可由氧化矽或氮化矽的離子蝕刻作為矽的深反應離子式蝕刻（deep reactive-ion etching，DRIE）的硬遮罩而提供。
所述方法還可包括將穿過陽極層的孔與奈米線結構對準。
如此，便可在陽極觸點與奈米線結構之間取得更理想的導電路徑。
所述形成奈米線結構的步驟可包括： 在陽極層的頂面形成多個主幹種粒子； 從主幹種粒子磊晶成長奈米線結構的垂直主幹； 在垂直主幹上沉積多個分支種粒子；以及 從分支種粒子磊晶成長奈米線結構的多個分支。
藉由粒子生成（例如沉積）和隨後的粒子介導的磊晶形成奈米線結構可能是形成樹狀奈米線結構的有效方法。所述的樹狀奈米線結構包括第一階奈米線結構（即垂直主幹）和第二階奈米線結構（即分支）。第一階奈米線結構充當第二階奈米線結構的基礎。
所述分支可理解為從垂直主幹實質地徑向向外生長。分支種粒子可理解為沈積在垂直主幹的徑向或側面表面上，並沿垂直主幹的整個長度分佈。
本發明進一步的適用範圍可根據下文給出的詳細描述而更為清楚。然而，應該理解的是，由於本發明的範圍內的各種變化和修改對於本領域技術人員而言是顯而易見的，因此，儘管實施方式和特定的示例指示了本發明的優選實施例，但是僅是出於說明的目的而已。
因此，應當理解的是，因為裝置和方法是可改變的，本發明並不限於所描述的裝置中特定組成部分或所描述的方法的動作。還應理解的是，本文所使用的術語僅出於描述特定實施例的目的，而並非旨在限制本發明。
須注意的是，除非上下文另有明確的說明，在說明書和所附申請專利範圍中使用的冠詞「一」、「該」、「所述」旨在表示存在一個或多個元素。因此，例如，對「一個單元」或「該單元」的引用可包括數個裝置等。再者，「包括」、「包含」、「含有」及類似的措詞不排除其他元件或步驟。
在下文中，將參考所附圖式更完整地描述本發明，而所附圖式繪示出本發明中優選的實施例。然而，本發明可以許多不同的形式實現，且本發明不應解釋為限於本文所闡述的實施例；相反地，提供這些實施例是為了本發明的周密性和完整性，並且將本發明的範圍完整地傳達給所屬領域具通常知識者。
圖1示出一種固態電池層結構100的剖面圖。固態電池層結構包括： 陽極電流收集器金屬層110； 陽極層120，設置在陽極電流收集器金屬層上； 固態電解質層140，橫向地設置在陽極層上； 陰極層150，設置在固態電解質層上；以及 陰極電流收集器金屬層160， 其中陽極層包括矽。
陽極電流收集器金屬層110可包括或實質地含有銅。陽極電流收集器金屬層110可替換地包括或另外包括下列其他金屬材料的其中之一：金、銀、鉑、鎳、鈦、鋅、鉻、錫、鉛、錳、鈷和鐵。陽極電流收集器金屬層110可包括合金材料。
陽極層120可包括＜111＞矽。陽極層120可為晶矽基底（crystalline silicon substrate）或晶圓。陽極層可包括120或實質地含有氮化鎵（GaN）。陽極層120可包括氮化鎵的上薄子層，其中氮化鎵的上薄子層是設置在矽的低子層上。包括氮化鎵的陽極層120可用氫鈍化。可將鋰結合或合金化到陽極層120中。
固態電解質層140可包括或實質地含有磷酸鋰（Li3 PO4 ）。固態電解質層140可替換地包括或另外包括或實質地包含其他材料，例如磷酸鐵鋰（Li3 FePO4 ）或氧氮化磷鋰（LiPON）。
固態電解質層140也可使用其他鋰化合物。
固態電解質層140可在鋰原子晶格位置上具有原子空位的作用，以使得經由鋰離子擴散穿過固態電解質層140而導電。固態電解質層140可包括鎂取代基（magnesium replacment）或雜質原子，以恢復晶格中因引入晶格鋰空位而可能失去的電荷平衡。
固態電解質層140可具有的厚度範圍在500-5000 nm之間。
陰極層150可包括或實質地含有鈷酸鋰（LiCoO2 ）。陰極層150可替換地包括或另外包括其他金屬氧化物基材料。
陰極電流收集器金屬層160可包括或實質地含有鋁。陰極電流收集器金屬層160可替換地包括或另外包括下列其中一種其他金屬材料：金、銀、鉑、鎳、鈦、鋅、鉻、錫、鉛、錳、鈷和鐵。陰極電流收集器金屬層160可包括合金材料。
圖2示出一種還包括多個奈米線結構130的固態電池100層結構。奈米線結構130可設置在陽極層120上。奈米線結構130可橫向且垂直地被固態電解質層140包覆在內。
每個奈米線結構130可包括垂直主幹132以及從垂直主幹132延伸的多個分支134。奈米線結構的垂直主幹可垂直地設置於陽極層120的頂面122。
這些奈米線結構130可以以六角形圖案設置在陽極層120的頂面122上。奈米線結構130的垂直主幹132可以被設置成與最近的另一個垂直主幹132的間隔在100-1000 nm的範圍內。更優選地，所述間隔是在250-750 nm的範圍內。最優選地，所述間隔是在400-600 nm的範圍內。
這些奈米線結構130可替代地以每個單獨奈米線結構130具有任意方向而設置在陽極層120上。以此形成的這些奈米線結構130可具有較不複雜的結構，同時仍然可以增加有效的陽極-電解質界面面積。
垂直主幹132可具有介於500-5000 nm範圍內的長度。更優選地，所述長度介於1000-3000 nm的範圍內。最優選地，所述長度介於1500-2500 nm的範圍內。
分支134可具有介於50-500 nm範圍內的長度。更優選地，所述長度介於50-250 n的範圍內。最優選地，所述長度介於50-150 nm的範圍內。
奈米線結構可包括或實質地含有矽。奈米線結構130可包括結晶矽，其晶格方向＜111＞對應於奈米線結構的垂直方向。
奈米線結構130可包括或實質地含有氮化鎵。奈米線結構130可包括結晶氮化鎵，其晶格方向＜0001＞對應於奈米線結構130的垂直方向。氮化鎵奈米線結構130可在表面和外觀上具有氫鈍化層（hydrogen passivation layer），以使氮化鎵表面的不飽和懸空鍵飽和。
奈米線結構130可將鋰摻入或合金化到其表面或整體晶格中。
圖3示出一種包括多個金屬通孔224的陽極層120。金屬通孔224連接多個奈米線結構130和陽極電流收集器金屬層110。金屬通孔224可包括或實質地含有與陽極電流收集器金屬層110相同材料。
圖4示出一種用於製造固態電池層結構100的方法的流程圖。所述製造方法包括以下步驟： 提供陽極層120（S1002）； 在陽極層120上形成多個奈米線結構130（S1004），其中每一奈米線結構130包括垂直主幹132和從垂直主幹132延伸的多個分支134，奈米線結構130的垂直主幹132垂直地形成於陽極層120的頂面122； 在陽極層120上沉積固態電解質層140（S1006），其中固態電解質層140橫向且垂直地包覆奈米線結構130； 在固態電解質層140上沉積陰極層150（S1008）； 在陰極層150上沉積陰極電流收集器金屬層160（S1010）；以及 在陽極層120的底面326上沉積陽極電流收集器金屬層110（步驟S1012）。
奈米線結構130可經由有機金屬氣相磊晶（metalorganic vapor phase epitaxy，MOVPE）或化學氣相沉積（chemical vapor deposition，CVD）製程而形成。所述製程可以是種粒子（seed particle）介導的。可以使用諸如紫外線光刻（ultra-violet lithography，UVL）、電子束光刻（electron beam lithography，EBL）和奈米壓印光刻（nanoimprint lithography，NIL）的光刻技術來形成設置奈米線結構130的圖案。圖案轉移可以通過蝕刻方法來實現。
奈米球光刻（nanosphere lithography，NSL）可與氯基等離子體蝕刻一起使用以蝕刻掉整個垂直主幹132。如此，至少對於垂直主幹132的形成而言，可以避免有機金屬氣相磊晶的需求。奈米線結構130可在進行有機金屬氣相磊晶的製程之前、之中或之後進行原位鈍化（passivated in-situ）。奈米線結構130可由氫鈍化。
所述製造方法還可包括將鋰摻入或合金化到奈米線結構130的表面或整體晶格中。上述過程可透過電化學（electrochemical）製程而實現。在固態電解質層140沉積之前（S1006），可以將鋰沉積在奈米線結構130上。鋰可透過加熱蒸鍍（thermal evaporation）而沉積。
固態電解質層140可經由化學氣相製程而沉積（S1006）。固態電解質層140可經由物理氣相沉積或濺鍍製程（sputtering process）而沉積。所述濺鍍製程可為基於脈衝直流（direct current，DC）或射頻（radio frequency，RF）的濺鍍製程。固態電解質層140可封裝任何沉積在奈米線結構130上的鋰。
陰極層150可經由化學氣相沉積製程而沉積（S1008）。陰極電流收集器金屬層160可經由物理氣相沉積製程而沉積（S1010）。陽極電流收集器金屬層110可經由物理氣相沉積製程而沉積（S1012）。
圖4還示出所述製造方法進一步包括從陽極層120的底面326蝕刻出穿過陽極層120的孔328（S3002）。在這樣的情況下，陽極電流收集器金屬層110可經由物理氣相沉積製程而沉積的步驟S1012還包括以與陽極電流收集器金屬層110的相同材料來填充這些孔328。填充後的孔328可對應於圖3的通孔224。
圖4還示出所述製造方法進一步包括將穿過陽極層120的孔328與奈米線結構130對準（S4002），亦即，使得每個孔328對應於奈米線結構130的位置。
孔328可以以反應離子蝕刻（reactive ion etching，RIE）製程進行蝕刻（S3002）。所述反應離子蝕刻製程可為乾反應離子蝕刻（dry RIE）製程。
圖5a-5h示出一種固態電池層結構100在各個製造階段的層與結構的剖面圖。
圖5a示出已提供的陽極層120（S1002），其中陽極層120是後續製造步驟的基礎。
圖5b示出已形成的多個奈米線結構130（S1004），其中每個奈米線結構130包括垂直主幹132與分支134，且奈米線結構130的垂直主幹132是垂直地形成於陽極層120的頂面122。
圖5c示出已沉積在陽極層120上的固態電解質層140（S1006），其中固態電解質層140是橫向且垂直地包圍多個奈米線結構130。
圖5d示出已沉積在固態電解質層140上的陰極層150（S1008）。
圖5e示出已沉積在陰極層150上的陰極電流收集器金屬層160（S1010）。電池層結構可在步驟S1010之後翻轉，以適應後續的處理步驟。
圖5f示出已沉積在陽極層120的底面326上的陽極電流收集器金屬層110（S1012），從而完成固態電池層結構100。
相較於圖5f的步驟，圖5g-5h示出用以完成固態電池層結構100的替代步驟。
圖5g示出已從陽極層120的底面326並穿過陽極層120而蝕刻出的孔328（S3002）。圖5g還示出這些孔328已與奈米線結構130對準（S4002）。
圖5h示出已沉積在陽極層120的底面326上且進入穿過陽極層120的孔328的陽極電流收集器金屬層110（S1012），從而完成固態電池層結構100。
圖6示出一種用於形成多個奈米線結構130的步驟S1004的流程圖。步驟S1004可包括： 在陽極層120的頂面122上形成多個主幹種粒子436（S2002）； 從主幹種粒子436磊晶成長奈米線結構130的垂直主幹132（S2004）； 在垂直主幹132上沉積多個分支種粒子438（S2006）；以及 從分支種粒子438磊晶成長奈米線結構130的分支134（S2008）。
主幹種粒子436與分支種粒子438可例如為金種粒子。主幹種粒子436與分支種粒子438可包括金以外的其他材料，例如銀、鈀、鈷、鉍和鉑。主幹種粒子436與分支種粒子438可利用氣溶膠沉積法（aerosol deposition）而沉積。這些主幹種粒子436與分支種粒子438可以以具有（或不具有）優選的共對準（co-alignment）於它們各自的表面或結構上來沉積或形成。主幹種粒子436可使用基於光刻的圖案化技術而形成。所述技術可包含透過電鍍、蒸鍍或濺鍍在陽極層120上形成金層，然後使用基於光刻的圖案化技術，例如利用抗蝕劑塗佈（resist coating）、曝光和蝕刻步驟，在陽極層120的頂面122上獲得除了主幹種粒子436的明確定義的圖案。
奈米線結構130可利用種粒子催化磊晶（seed particle mediated epitaxy）而成長。從本質上講，這可表示晶體奈米線結構130是從主幹種粒子436與分支種粒子438磊晶成長的。主幹種粒子436與分支種粒子438可首先吸收前驅氣體（precursor gas）。
圖7a-7d示出一種奈米線結構130在各個形成階段的剖面圖。
圖7a示出已形成在陽極層120的頂面122上的多個主幹種粒子436（S2002）。
圖7b示出已磊晶成長的垂直主幹132（S2004）。
圖7c示出已沉積在垂直主幹132上的分支種粒子438（S2006）。
圖7d示出已磊晶成長的分支134（S2008）。
另外，所屬領域具通常知識者可藉由研究所附圖式、本揭露書和所附申請專利範圍，進而理解並實現所公開之各實施例的變型。
100:固態電池層結構 110:陽極電流收集器金屬層 120:陽極層 122:頂面 130:奈米線結構 132:垂直主幹 134:分支 140:固態電解質層 150:陰極層 160:陰極電流收集器金屬層 224:金屬通孔 326:底面 328:孔 436:主幹種粒子 438:分支種粒子 S1002、S1002、S1006、S1008、S1010、S1012、S2002、S2004、S2006、S2008、S3002、S4002:步驟
在下文中，將參考所附圖式更詳細地描述本發明之上述和其他的方面。這些圖式不應視為具限制性的；相反的，應將其視為用於解釋和理解之目的。如圖式所示，為了說明的目的，層與區域的大小可能會誇大，因此，提供這些圖式是為了說明通用的結構。相同的附圖標記表示相同的元件。 圖1示出一種固態電池層結構的剖面圖。 圖2示出一種包括奈米線結構的固態電池層結構的剖面圖。 圖3示出一種包括奈米線結構與通孔的固態電池層結構的剖面圖。 圖4示出一種形成固態電池層結構的步驟的流程圖。 圖5a-5h示出一種固態電池層結構在各個製造階段的剖面圖。 圖6示出一種形成奈米線結構的步驟的流程圖。 圖7a-7d示出一種奈米線結構在不同階段型態的剖面圖。
100:固態電池層結構
110:陽極電流收集器金屬層
120:陽極層
122:頂面
130:奈米線結構
132:垂直主幹
134:分支
140:固態電解質層
150:陰極層
160:陰極電流收集器金屬層
224:金屬通孔

Claims (10)

  1. 一種固態電池層結構(100)，包括： 一陽極電流收集器金屬層(110)； 一陽極層(120)，設置在該陽極電流收集器金屬層上； 一固態電解質層(140)，橫向地設置在該陽極層上； 一陰極層(150)，設置在該固態電解質層上； 一陰極電流收集器金屬層(160)；以及 多個奈米線結構(130)，包括矽和/或氮化鎵，其中該些奈米線結構(130)設置在該陽極層(120)上且橫向和垂直地被該固態電解質層(140)包覆在內； 其中該陽極層包括矽和連接該些奈米線結構和該陽極電流收集器金屬層(110)的多個金屬通孔(224)。
  2. 如請求項1所述之固態電池層結構，其中該陽極層包括氮化鎵。
  3. 如請求項1或2所述之固態電池層結構，其中每一該些奈米線結構包括一垂直主幹(132)與從該垂直主幹延伸出的多個分支(134)，該些奈米線結構的該些垂直主幹垂直地設置於該陽極層的一頂面(122)。
  4. 如請求項1-3任一項所述之固態電池層結構，其中該固態電解質層包括磷酸鋰。
  5. 如請求項1-4任一項所述之固態電池層結構，其中該陰極層包括鈷酸鋰或另一種金屬氧化物。
  6. 如請求項1-5任一項所述之固態電池層結構，其中該陰極電流收集器金屬層包括鋁。
  7. 如請求項1-6任一項所述之固態電池層結構，其中該陽極電流收集器金屬層包括銅。
  8. 一種固態電池層結構的製造方法，包括： 提供(S1002)一陽極層(120)，其中該陽極層包括矽； 在該陽極層上形成(S1004)多個奈米線結構(130)，其中該些奈米線結構(130)包括矽和/或氮化鎵且垂直地形成於該陽極層的一頂面(122)； 在該陽極層上沉積(S1006)一固態電解質層(140)，其中該固態電解質層橫向且垂直地包覆該些奈米線結構； 在該固態電解質層上沉積(S1008)一陰極層(150)； 在該陰極層上沉積(S1010)一陰極電流收集器金屬層(160)； 從該陽極層(120)的一底面(326)蝕刻(S3002)出穿過該陽極層的多個孔(328)；以及 在該陽極層的一底面(326)上沉積(S1012)一陽極電流收集器金屬層(110)並以與該陽極電流收集器金屬層相同的一材料填充該些孔。
  9. 如請求項8所述之製造方法，還包括： 將穿過該陽極層的該些孔和該些奈米線結構對準。
  10. 如請求項8或9所述之製造方法，其中形成該些奈米線結構的步驟包括： 在該陽極層的該頂面形成(S2002)多個主幹種粒子(436)； 從該些主幹種粒子磊晶成長(S2004)該些奈米線結構的該些垂直主幹； 在該些垂直主幹上沉積(S2006)多個分支種粒子(438)；以及 從該些分支種粒子磊晶成長(S2008)該些奈米線結構的多個分支。
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