包含玻璃或陶瓷基底的薄膜电池的制作方法_3

文档序号:8501260阅读:来源:国知局
,电池具有一个不大于约50cm2的封印区。
[0042] 在另一个优选实施方式中,更小的电池更令人期待。在该样的实施方式中,优选 地,电池具有一个不大于约13cm2的封印区。在其他实施方式中,电池具有不大于约12cm2、 llcm2、10cm2、9cm2、8cm2、7cm2、6cm2、5cm2、cm2、3cm2、2cm2或 1cm2的封印区。在一个实施方式 中,电池具有不大于约 13cm2、12cm2、llcm2、10cm2、9cm2、8cm2、7cm2、6cm2、5cm2、cm2、3cm2、2cm2 或1cm2的封印区,且封印区最小为约0. 025cm2。
[0043] 优选地,不包括基底和外面保护层(即,未电连接到电池单元的层),电池的总厚 度不超过约200ym;更优选地,不超过120ym;再更优选地,不超过100ym;最优选地,不 超过50ym。
[0044] 在一个优选的实施方式中,在可再充电的多元电池阵列(multi-cellbattery array)中多个电池之间相互电连接,其中,至少两个薄膜电池单元并行电连接在一起作为 单个电池电源。阵列优选地进一步包括测试逻辑,W判定电池单元是否具有与整个电池单 元阵列电压的差异超过预定比例的电池电压,或是否具有低于特定截止阔值的绝对电压; W及如果电池单元具有与整个电池单元阵列电压的差异超过特定比例的电池电压,或具有 低于特定截止阔值的绝对电压,则切断该些电池单元与电池单元阵列的连接的逻辑。在该 样的实施方式中,单个故障会破坏单个电池单元但不会破坏本发明中电池单元阵列的功 能,该是因为单个故障仅影响一个单元,剩余的多个单元仍然运行。因此切断识别出来的电 池单元是为了防止电池单元阵列的其余部分深度放电。通过设置至少具有两个单元、优选 至少四个单元的阵列,提供电力过剩的供电装置,从而即使有多个单体故障,整个电池单元 构造也仍然可w产生运行所需的电力。
[0045] 对于充电和/或断开阵列中的电池的体系,在2012年8月16日提交的,申请序列 号为 13/587, 469,题为"MULTI-CE化THINGILMMICROBATTERYARRAY"的美国专利中有进 一步描述,其公开的内容结合于此处作为参考。
[0046] 在并排式构造中可W布局多电池阵列,W便电池大体上在XY方向上沿面取向。该 种大体上的面阵列可W使用半导体晶片制造中的处理工艺来在单个基底上制造。通过使用 W下所述的技术,电池阵列的子群可能被从大规模批量生产中分离。电池阵列可W布局为 近于方阵。其他微电池单元构造,包括矩形、=角形、五边形、圆形或其他形状将被理解。同 样地,阵列中的每个电池单元可W近于方形,或者可选择矩形、=角形、五边形、圆形或其他 形状。
[0047] 电池单元阵列可从例如,具有约12cm哇约1000cm2的封印区。在一个实施方式 中,电池单元阵列可从例如,具约12cm哇约50cm2的封印区。在一个实施方式中,某种程 度上更小的电池单元阵列更令人满意,在该样的实施方式中,优选地,该电池单元阵列具有 不大于约50cm2的封印区。
[0048] 在另一个优选实施方式中,更小的电池单元阵列更令人期待。在该样的实施方式 中,优选地,电池单元阵列具有不大于约13cm2的封印区。在其他实施方式中,电池单元阵列 具有不大于约 12cm2、11cm2、10。1112、9。1112、8。111 2、7。1112、6。1112、5。1112、4。111 2、3。1112、2。1112或1。1112的封印 区。在一个实施方式中,电池单元阵列具有不大于约13cm2、12cm2、llcm2、10cm2、9cm2、8cm2、 7cm2、6cm2、5cm2、4cm2、3cm2、2cm2或 1cm2的封印区,且最小封印区为约 0. 025cm2。
[0049] 此外,阵列还可W排布成个体电池单元的垂直或堆叠构型,或电池单元的水平和 垂直阵列的结合。在公开号为 2011/0183183,题为"BATTERYARRAYS,CONSTRUCTIONSAND MET册D"的美国专利申请中描述了堆叠电池阵列,该些内容结合于此作为参考。如上面所 述,阵列的个体电池可W是除方形外的其他形状。
[0化0] 图2示出了本发明的一个实施方式中,双电池单元阵列的单元设置于玻璃或陶瓷 基底的两个主要表面。具体地,双面玻璃或陶瓷基底电池阵列100由具有第一主要表面104 和第二主要表面106的玻璃或陶瓷基底102来构建。第一阴极集流体108位于第一主要表 面104之上,第二阴极集流体110位于第二主要表面106之上。第一阴极112位于第一阴 极集流体108之上,第二阴极114位于第二阴极集流体110之上。LiPON电解质116位于 第一阴极112和第一阳极集流体120之间并将二者隔开。LiPON电解质118位于第二阴极 114和第二阳极集流体122之间并将二者隔开。封装材料124和126分别保护两侧的电池 单元构造。为使电池获得电连接而设置的连接阴极集流体的通道可在封装材料124和126 之外的部分获得。为使电池获得电连接而设置的连接阳极集流体120和122的通道可藉由 通孔124和126获得。
[0051] 在该个实施方式中,阴极材料的有效厚度是相对应基底的两倍;伴随着容量的增 大,任何附加的基底厚度都被避免了。与单面构造相比,该构造提高了电池的能量密度。此 夕F,基底/阴极材料特性的任何不匹配都会由于对称而得到补偿。
[0化2] 图4示出了本发明的另一个实施方式,其中,单个阳极集流体联合单个玻璃或陶 瓷基底提供双电池单元。如图4所示,该种双电池单元被复制在玻璃或陶瓷基底的第二主 要表面,W使单个玻璃或陶瓷基底可用于承载四个电池单元。在一些实施方式中,该双电池 单元仅设置于玻璃或陶瓷基底的一个侧面。在其他实施方式中,如示出的,四单元构造设置 于多元阵列中,处于水平构造、垂直构造或者其二者的结合。
[0053] 现在转移到对图4的实施方式的详细描述。薄膜电池400包括具有阴极集流体 414和415的玻璃或陶瓷基底412,阴极集流体414和415分别位于玻璃或陶瓷基底412的 两个主要表面之上;阴极416和417分别位于阴极集流体414和415之上;电解质层418和 419将阴极416和417与阳极集流体420和421隔开;次级电解质层422和423将阳极集 流体420和421与次级阴极424和425隔开;次级阴极集流体426和427位于阴极424和 425之上。
[0化4] 封装层428和429将电池单元覆盖住,优选地,设计为为阴极触点430和431与阳 极触点432和433提供通道。
[0055] 可化选择性的在电池制造过程中设置阳极(未示出),其可设置为电解质层418与 阳极集流体420和421之间的层,此外,还可W设置为阳极集流体420和421与次级电解质 层422和423之间的层。在本发明的一个优选实施方式中,所述薄膜电池起初并未设置阳 极,而阴极416、417和次级阴极414和425作为裡离子源。如本实施方式所示,一旦对薄膜 电池单元充电,在分别在电解质和阳极集流体之间,金属里被电锻而形成四个阳极。可选择 地,在为形成阳极层而设置的阳极容纳层(未示出)中置入阳极材料W形成阳极。
[0化6] 在本发明的一个实施方式中,通过在阴极材料、电解质和用于在金属保护层与阴 极集流体间确定一有界区域的一部分阳极集流体上面覆盖一金属保护层来为电池提供额 外的保护,免于元素的干扰。具体地,图3示出了薄膜电池200,包括具有阴极集流体214的 玻璃或陶瓷基底212,阴极集流体214位于玻璃或陶瓷基底212之上;阴极216位于阴极集 流体214之上;电解质218将阴极216和阳极集流体220隔开;封装层222覆盖了电池单 元,优选地,设计为为阴极触点224和阳极触点226提供通道。在电池制造过程中,可W选 择性地设置阳极(未示出),其可作为电解质218和阳极集流体220之间的层。金属保护层 226设置于封装层222顶上,并在接合部228处W金属对金属密封方式与阴极集流体214密 封。通过围绕整个电
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