全固态二次电池组件的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电源设备技术领域，特别是涉及一种全固态二次电池组件的制备方法。
【背景技术】
[0002]二次电池又称充电电池，其作为“储能一供电”设备已被广泛用于各类电子器件。普通的二次电池多采用液态有机物作为电解质存在泄露的隐患，加之易燃的特性，导致人们对其安全性能的担忧。另一方面，普通采用液态电解质的二次电池因此其材料的选用和制备的工艺限制，制成的电池器件体积较大，很难满足日趋微型的电子器件对电源的需求。
[0003]近年来全固态二次电池引起了学术界和产业界的持续关注。全固态二次电池采用固态电解质取代了液态电解质，解决了二次电池泄露及易燃易爆等安全问题。目前固态二次电池呈现薄膜化、柔性化的趋势，且其易被设计成任意形状，集成度很高，使其成为可穿戴式设备及微电子机械系统(MEMS)的理想独立电源。固态二次电池的工作原理与液态二次电池类似，器件经典结构依次为:集流层/正极/固态电解质/负极/集流层。人们在全固态二次电池各层材料的制备工艺以及整体器件的充放电过程的研究领域取得了丰硕成果。目前比较常见的正极材料主要有1^(:002、1^111204、1^[附1/3(:01/通111/3]02等含锂氧化物，负极材料通常使用Li箔、石墨、硅等，而固态电解质材料包括聚合物、陶瓷氧化物和硫化物等。
[0004]单个全固态二次电池器件的放电电压平台受到所用的材料体系的影响，因此需要将其通过串并联制作出电池组件，以此来得到所需要的电压和容量。总所周知，将多个电池串联将得到更高的电压，但容量不变;而将电池并联则电压不变，但可得到更高的容量。在传统电池组中通过正负极焊接工艺将单个电池器件的正负极连接，从而得到需要的电压和电容。然而对于全固态二次电池器件，尤其是对于薄膜化(总体厚度〈ΙΟΟμπι)和微型化(面积〈lcm2)的电池组件而言，传统焊接工艺却不能满足需求。因此，研发适用于该类电池组件的串并联集成工艺迫在眉睫。
【发明内容】
[0005]基于此，有必要针对传统焊接工艺不能满足薄膜化和微型化的电池组件的串并联集成的问题，提供一种全固态二次电池组件的制备方法。
[0006]—种全固态二次电池组件的制备方法，所述全固态二次电池组件通过串联方法集成，或通过并联方法集成，或通过串并联方法集成；
[0007]所述全固态二次电池组件通过串联方法集成的步骤包括:
[0008](I)在沉积有第一集流层的衬底表面刻划形成第一沟槽，所述第一沟槽贯穿所述第一集流层且使所述衬底露出，在所述沉积有第一集流层的衬底的表面依次沉积第一极薄膜、固态电解质薄膜及第二极薄膜，所述第一极薄膜填充所述第一沟槽并覆盖所述第一集流层及所述第一沟槽，得到初级串联薄膜；
[0009](2)在所述初级串联薄膜的表面刻划形成第二沟槽，所述第二沟槽贯穿所述第一极薄膜、所述固态电解质薄膜及所述第二极薄膜且使所述第一集流层露出，在所述初级串联薄膜的表面沉积第二集流层，所述第二集流层填充所述第二沟槽并覆盖所述第二极薄膜及所述第二沟槽，得到中间串联薄膜;及
[0010](3)在所述中间串联薄膜的表面刻划形成第三沟槽，所述第三沟槽贯穿所述第二集流层、所述第一极薄膜、所述固态电解质薄膜及所述第二极薄膜且使所述第一集流层露出，其中所述第二沟槽位于所述第一沟槽和所述第三沟槽之间，得到所述全固态二次电池组件；
[0011]所述全固态二次电池组件通过并联方法集成的步骤包括:
[0012](I)在依次沉积有第一集流层及第一极薄膜的衬底表面刻划形成刻划槽，所述刻划槽贯穿所述第一极薄膜且使所述第一集流层露出，得到初级并联薄膜;及
[0013](2)在所述初级并联薄膜的表面依次沉积固态电解质薄膜、第二极薄膜及第二集流层，得到所述全固态二次电池组件；
[0014]其中，所述第一极薄膜及所述第二极薄膜中的一个为正极薄膜，另一个为负极薄膜；
[0015]所述全固态二次电池组件通过串并联方法集成的步骤，包括所述全固态二次电池组件通过串联方法集成的步骤及所述全固态二次电池组件通过并联方法集成的步骤。
[0016]上述全固态二次电池组件的制备方法，采用划线技术通过串联和/或并联方法集成全固态二次电池组件。通过对全固态二次电池的不同薄膜层划线分隔，将单个电池器件集成得到全固态二次电池组件，以满足对应负载端所需求的电压和容量。该制备方法适合薄膜化和微型化的全固态二次电池组件的制备，为可穿戴式设备以及微电子机械系统等电子设备提供了灵活可变的独立电源，解决了传统焊接工艺不能满足薄膜化和微型化的电池组件的串并联集成的问题。
[0017]在其中一个实施例中，所述全固态二次电池组件通过并联方法集成中步骤(2)包括:
[0018]将所述初级并联薄膜的一侧进行清边使所述衬底露出；
[0019]在所述初级并联薄膜的表面依次沉积所述固态电解质薄膜及所述第二极薄膜，得到中间并联薄膜；
[0020]在所述中间并联薄膜的表面沉积所述第二集流层，得到所述全固态二次电池组件。
[0021 ]在其中一个实施例中，所述在中间并联薄膜的表面沉积第二集流层的步骤包括:
[0022]将所述中间并联薄膜的一侧再次进行清边使所述衬底露出，所述中间并联薄膜清边的一侧与所述初级并联薄膜清边的一侧为同一侧，且所述中间并联薄膜在垂直于刻划方向的清边尺寸小于所述初级并联薄膜的对应清边尺寸；
[0023]在所述清边后的中间并联薄膜的表面沉积所述第二集流层，得到所述全固态二次电池组件。
[0024]在其中一个实施例中，所述在所述中间并联薄膜的表面沉积所述第二集流层，得到所述全固态二次电池组件的步骤之后还包括步骤:
[0025]将所述全固态二次电池组件与所述初级并联薄膜清边相对的一侧进行清边，使第一集流层露出。
[0026]在其中一个实施例中，所述全固态二次电池组件通过并联方法集成中步骤(2)之后还包括步骤:
[0027]将所述全固态二次电池组件与所述刻划方向平行的两侧进行清边，使两侧的所述第一集流层露出。
[0028]在其中一个实施例中，所述第一沟槽、所述第二沟槽、所述第三沟槽及所述刻划槽的宽度均小于ΙΟΟμπι。
[0029]在其中一个实施例中，所述第二沟槽与所述第一沟槽平行，所述第二沟槽与所述第一沟槽的距离为80?ΙΟΟμπι。
[0030]在其中一个实施例中，所述第三沟槽与所述第二沟槽平行，所述第三沟槽与所述第二沟槽的距离为80?ΙΟΟμπι。
[0031 ]在其中一个实施例中，所述衬底为柔性衬底或刚性衬底。
[0032]在其中一个实施例中，所述刻划的方法为激光划线或机械划线。
【附图说明】
[0033]图1为一实施方式的全固态二次电池组件的制备方法的流程图；
[0034]图2为图1所示全固态二次电池组件的制备方法得到的全固态二次电池组件的结构示意图；其中(a)为截面图，(b)为俯视图；
[0035]图3为另一实施方式的全固态二次电池组件的制备方法；
[0036]图4为实施例1的全固态二次电池组件的制备方法的流程图；
[0037]图5为实施例2得到的全固态二次电池组件的截面结构示意图；
[0038]图6为实施例3的全固态二次电池组件的制备方法的流程图。
【具体实施方式】
[0039]为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
[0040]需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
[0041 ]参照图1，一实施方式的全固态二次电池组件的制备方法，该全固态二次电池组件通过串联方法集成。
[0042]全固态二次电池组件通过串联方法集成的步骤包括:
[0043]步骤SI10:在沉积有第一集流层的衬底表面刻划形成第一沟槽，第一沟槽贯穿第一集流层且使衬底露出，在沉积有第一集流层的衬底表面依次沉积正极薄膜、固态电解质薄膜及负极薄膜，正极薄膜填充第一沟槽并覆盖第一集流层及第一沟槽，得到初级串联薄膜。
[0044]其中，第一沟槽将第一集流层分隔成独立的多个第一集流层，同时通过正极薄膜填充第一集流层避免分隔的第一集流层连接。
[0045]其中，步骤SI10在沉积有第一集流层的衬底表面刻划形成第一沟槽，将第一集流层分隔成需要的尺寸。可在衬底沉积第一集流层的两侧预留距离以进行清边工艺同时保证单个电池的尺寸。
[0046]优选的，第一沟槽的宽度小于IΟΟμ??，沟槽的宽度即垂直于刻划方