[发明专利]全固态电池的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及固态电解质电池的领域，其中固态电解质电池被称为全固态电池。本发明更具体地涉及此类电池的结构及其制作方法。本发明可有利地用于制造电池或微电池。

背景技术

就本文件中所理解的意义而言，全固态电池或微电池的特性涉及它包括至少一个插入在两个电极之间的固态电解质的事实。这三层以固态形式叠置，形成了电化电池。该电化电池的厚度小于约15μm，例如，在微电池的情况下约为几十微米。

当离子在两个电极之间迁移时，更具体地，当离子从阳极迁移到阴极时，电化电池产生电。电解质对此离子流是可渗透的，并且电解质使电极电子绝缘以防止电化电池发生短路。

固态电解质构成了比液体形式的电解质更为有效的绝缘材料。例如，由固态LiPON制成的电解质的特征在于其绝缘小于10^-13S/cm。

常规使用从微电子借鉴来的技术来制造电池。通过薄层连续沉积来制作电池，其中该薄层由其固有性质确定其功能材料的组成。通常使用的沉积技术是以下类型：PVD、CVD、PECVD、旋涂、电沉积、溶胶-凝胶、喷涂、其它涂布技术等。更具体地，通过真空沉积技术(诸如例如磁控溅射)来制作此类电池的电解质。此类技术使得待形成的薄层的厚度小于1微米，但是由于下面部分中描述的几种原因，固态电解质的厚度目前大于1微米。

除其它因素之外，作为电子绝缘材料的电解质的品质取决于其均匀性。如果它包括间断点诸如例如断裂或裂纹4，那么电荷能够沿这些断裂移动并穿过电解质3(图1a)。这种电子泄漏现象降低了电池中储存的能量水平，而所使用的术语是“自放电现象”。

这些裂纹尤其出现在电解质层3的形成期间。使用上述技术之一将该层沉积在薄层2上，薄层2随后被用作电极并置于衬底1上。

除其它因素之外，薄层的均匀性取决于其支撑物的表面状况。如果此支撑物粗糙或具有较大的凹凸，那么在沉积的第一瞬间且更具体地在沉积第一纳米时会生成许多裂纹。

解决方案目前包含沉积足以覆盖或填充所有裂纹的材料，并且以这种方式限制它们的影响(图1b)。

为了填充或填满薄层的裂纹，必须沉积更多的材料。而且，薄层被制得越厚，薄层的表面状况或粗糙度越难以控制。换言之，薄层越厚，其表面粗糙度越大(RMS>1nm)(图1a)。

因此在全固态电池中，上层具有更多裂纹。因此难以堆叠几个优质、完美的层以制作薄的全固态电池。

目前，此类型的电池的电解质必须具有大于1微米的最小厚度，以限制裂纹的影响并且以令人满意的方式使阳极和阴极电子绝缘。而且电化电池的内阻与其电解质的厚度成正比。因此，目前由于填充裂纹所需的电解质的厚度，当电池在高额定功率或强电流下工作时，电池具有有限的性能特性。

电池的储存容量也取决于这些电极的厚度。

增加电池的储存容量需要增加电极的厚度，并因此需要增加其电解质的厚度。

因此，难以制作同时具有高能量储存容量(厚的电极)和在高额定功率下可进行操作(薄的电解质)的全固态电池或微电池。

发明内容

本申请的目的是提供关于以下问题的至少一种解决方案：如何制作含有薄的电解质的全固态电池，例如微电池，其中薄的电解质在电子绝缘方面具有令人满意的品质。

为此，本发明涉及一种全固态电池或微电池的制作方法，该制作方法至少包括以下步骤：

制作紧靠衬底的至少一个固态电解质层，所述衬底由活性材料制成；

制作与所述电解质接触的第一电极；

使衬底变薄，以使得衬底的与固态电解质层接触的至少剩余部分形成第二电极。

因此，本发明的优点之一是：能够制作厚度较小的均匀的固态电解质层，因为不再需要沉积额外厚度的电解质以填充由于其支撑物的表面粗糙度所造成的裂纹。对于等效的电子绝缘性能特性，与现有技术相比，本申请使得能够沉积厚度较薄的电解质。

根据本申请，“活性材料”表示能够形成电极的材料，或者能够在全固态型电池中用作使原子或离子能够插入的材料。

换言之，衬底具有导体或半导体性质，并且可以并入外部元件(element)。这些元件可以是以下类型的原子或离子：H，或者Li，或者Be，或者Mg，或者Na或者K。衬底的另一作用是：在形成固态电解质层、第一电极和可能的其它层期间充当机械支撑物。为了提供这种支撑功能，衬底的厚度优选大于10μm。