[发明专利]固态电池

说明书

技术领域

本发明涉及固态电池，具体涉及柔韧的全固态电池。本发明还涉及固态电池以及包括固态电池的设备。

背景技术

目前，作为用于诸如可植入设备等小型电子应用的未来电源，全固态可充电电池被广泛研究。有越来越多的应用需要完全柔韧且尺寸小的电源。这在例如耳蜗或视网膜植入等活体内应用中是尤为必要且有利的。这是因为这种电池具有更高的安全性，不会放出任何液体或凝胶电解质。典型地，目前可用的电池配置包括金属阳极、溶剂增塑聚电解质、以及复合阴极。电极和电解质都是固态的。这种电池容易被小型化，并且将具有很长的工作周期，特别是这种电池的性能并不会随温度而发生显著改变。

基于固态电解质的电化学能量源是本领域公知的，基本上一般可以在硅或SOI晶片(SOI：绝缘体上硅)上加工这种固态电池。

关于这一点，参考文献WO 2005/027245 A2公开了一种电化学能量源、一种电子设备以及一种制造能量源的方法，其中所述能量源基本上包括：第一电极和第二电极；以及将第一电极和第二电极彼此分开的中间固态电解质。具体地，第一电极至少部分地是由上面沉积了固态电解质和第二电极的导电衬底形成的。固态电解质和第二电极被形成为衬底(第一电极)上的薄膜层。衬底上的配置是以图案的形式提供的，能量源的特定单元被配置在诸如腔体之类的相应中空部分中，多个单元相链接以形成整个电池。为了减小固态电池的层配置的厚度，可以去除衬底的一部分，以提高能量源的能量密度，其中衬底的该部分被支撑结构所支撑以固定化学能量源。为了执行对衬底的适配，可以应用“衬底转移技术”STT。

具体地，基于衬底转移技术将得到的电池配置转移到另一载体，使得可以去除原始硅衬底(硅载体)的一部分，而衬底的其余部分仍形成第一电极并稳定整个配置。

衬底转移技术提供了以下优点：在将电池转移到柔韧的衬底之前，完全地处理电池，包括所需的高温退火步骤。此外，通过使用衬底转移技术，可以改变各个层的化学兼容性所规定的一般在后来执行的沉积例程或沉积顺序(通常从高温到低温来执行处理)，从而提供足够的沉积自由度。

上述电池可以相应地形成轻量便携式电源系统，并且由于其薄膜结构还适于将能量存储装置嵌入结构材料中或要供电的设备的特定部件中或所述部件上。

以上结合参考文件而描述的固态电池包括根据预定图案在衬底上提供的电池单元配置，图案的特性、形状和尺寸是任意的。由这样的单元组成的电池可以根据电池尺寸及其充电状态而在相对较短的时间段内容易且快速地充电，并且还可以与能量采集设备相结合以提供小型不间断电源系统。当从充电和放电的角度来考虑固态电池时，要解决的一个主要问题是在电池的充电/放电期间所述多个层的膨胀/收缩。在平板电池中可以观察到这种情况，但这是允许的。然而如果考虑三维电池(3D电池)，则这将是导致电池寿命缩短的一个主要原因。衬底转移技术(STT)在一方面支持该问题的解决方案。

最近，许多公司和研究所在开发平板薄膜全固态电池。为了生产这样的电池，通常使用诸如硅、玻璃或云母(硅酸盐矿物组)之类的刚性厚衬底。为了扩大这些平板系统的可应用性，目前将薄膜固态电池沉积在厚的(在某种程度上)柔韧的衬底上，如，聚酰亚胺、Kapton、PEEK(聚酮，聚醚醚酮)、以及其他聚合物。结合这种技术，可以生产具有一定程度可弯性的薄膜电池。

未来的小型电子设备和应用将采用许多类型的(集成)电源。目前，正在开发三维(3D)集成全固态可充电电池。在参考文献WO 2005/027245 A2中也描述了全固态可充电薄膜Li离子电池的新概念(如，3D集成)。基于这种全固态电池的电源可以有利地用在许多应用中，从医学植入(大脑/神经/肌肉刺激、可植入施药)到(生物)传感器和自主设备(SAND模块)。然而，由于电池工作期间的层堆叠膨胀/收缩，在三维电池(3D电池)的工作(充电和放电)期间仍会出现可靠性问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种制造固态电池的改进方法以及可以以相对简单的方式来构造和制造的固态电池，同时可以实现固态电池工作期间的应力的减小。

根据本发明，通过如所附权利要求所述的一种制造固态电池的方法、一种固态电池、以及一种使用所述固态电池的设备，实现了这一目的。

根据本发明的第一方面，一种制造固态电池(电化学能量源)的方法包括以下步骤：在第一衬底层上形成电池单元的配置的至少一部分，并在电池单元与第一衬底层之间提供阻挡层；在电池单元的配置的所述至少一部分上未被第一衬底层覆盖的一侧，施加第二衬底层；从阻挡层中完全去除第一衬底层；以及在阻挡层上施加第三衬底层。