全固態(tài)二次電池組件的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及電源設備技術領域，特別是涉及一種全固態(tài)二次電池組件的制備方法。
【背景技術】
[0002]二次電池又稱充電電池，其作為“儲能一供電”設備已被廣泛用于各類電子器件。普通的二次電池多采用液態(tài)有機物作為電解質存在泄露的隱患，加之易燃的特性，導致人們對其安全性能的擔憂。另一方面，普通采用液態(tài)電解質的二次電池因此其材料的選用和制備的工藝限制，制成的電池器件體積較大，很難滿足日趨微型的電子器件對電源的需求。
[0003]近年來全固態(tài)二次電池引起了學術界和產(chǎn)業(yè)界的持續(xù)關注。全固態(tài)二次電池采用固態(tài)電解質取代了液態(tài)電解質，解決了二次電池泄露及易燃易爆等安全問題。目前固態(tài)二次電池呈現(xiàn)薄膜化、柔性化的趨勢，且其易被設計成任意形狀，集成度很高，使其成為可穿戴式設備及微電子機械系統(tǒng)(MEMS)的理想獨立電源。固態(tài)二次電池的工作原理與液態(tài)二次電池類似，器件經(jīng)典結構依次為:集流層/正極/固態(tài)電解質/負極/集流層。人們在全固態(tài)二次電池各層材料的制備工藝以及整體器件的充放電過程的研究領域取得了豐碩成果。目前比較常見的正極材料主要有1^(:002、1^111204、1^[附1/3(:01/通111/3]02等含鋰氧化物，負極材料通常使用Li箔、石墨、硅等，而固態(tài)電解質材料包括聚合物、陶瓷氧化物和硫化物等。
[0004]單個全固態(tài)二次電池器件的放電電壓平臺受到所用的材料體系的影響，因此需要將其通過串并聯(lián)制作出電池組件，以此來得到所需要的電壓和容量?？偹苤?，將多個電池串聯(lián)將得到更高的電壓，但容量不變;而將電池并聯(lián)則電壓不變，但可得到更高的容量。在傳統(tǒng)電池組中通過正負極焊接工藝將單個電池器件的正負極連接，從而得到需要的電壓和電容。然而對于全固態(tài)二次電池器件，尤其是對于薄膜化(總體厚度〈ΙΟΟμπι)和微型化(面積〈lcm2)的電池組件而言，傳統(tǒng)焊接工藝卻不能滿足需求。因此，研發(fā)適用于該類電池組件的串并聯(lián)集成工藝迫在眉睫。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]基于此，有必要針對傳統(tǒng)焊接工藝不能滿足薄膜化和微型化的電池組件的串并聯(lián)集成的問題，提供一種全固態(tài)二次電池組件的制備方法。
[0006]—種全固態(tài)二次電池組件的制備方法，所述全固態(tài)二次電池組件通過串聯(lián)方法集成，或通過并聯(lián)方法集成，或通過串并聯(lián)方法集成；
[0007]所述全固態(tài)二次電池組件通過串聯(lián)方法集成的步驟包括:
[0008](I)在沉積有第一集流層的襯底表面刻劃形成第一溝槽，所述第一溝槽貫穿所述第一集流層且使所述襯底露出，在所述沉積有第一集流層的襯底的表面依次沉積第一極薄膜、固態(tài)電解質薄膜及第二極薄膜，所述第一極薄膜填充所述第一溝槽并覆蓋所述第一集流層及所述第一溝槽，得到初級串聯(lián)薄膜；
[0009](2)在所述初級串聯(lián)薄膜的表面刻劃形成第二溝槽，所述第二溝槽貫穿所述第一極薄膜、所述固態(tài)電解質薄膜及所述第二極薄膜且使所述第一集流層露出，在所述初級串聯(lián)薄膜的表面沉積第二集流層，所述第二集流層填充所述第二溝槽并覆蓋所述第二極薄膜及所述第二溝槽，得到中間串聯(lián)薄膜;及
[0010](3)在所述中間串聯(lián)薄膜的表面刻劃形成第三溝槽，所述第三溝槽貫穿所述第二集流層、所述第一極薄膜、所述固態(tài)電解質薄膜及所述第二極薄膜且使所述第一集流層露出，其中所述第二溝槽位于所述第一溝槽和所述第三溝槽之間，得到所述全固態(tài)二次電池組件；
[0011]所述全固態(tài)二次電池組件通過并聯(lián)方法集成的步驟包括:
[0012](I)在依次沉積有第一集流層及第一極薄膜的襯底表面刻劃形成刻劃槽，所述刻劃槽貫穿所述第一極薄膜且使所述第一集流層露出，得到初級并聯(lián)薄膜;及
[0013](2)在所述初級并聯(lián)薄膜的表面依次沉積固態(tài)電解質薄膜、第二極薄膜及第二集流層，得到所述全固態(tài)二次電池組件；
[0014]其中，所述第一極薄膜及所述第二極薄膜中的一個為正極薄膜，另一個為負極薄膜；
[0015]所述全固態(tài)二次電池組件通過串并聯(lián)方法集成的步驟，包括所述全固態(tài)二次電池組件通過串聯(lián)方法集成的步驟及所述全固態(tài)二次電池組件通過并聯(lián)方法集成的步驟。
[0016]上述全固態(tài)二次電池組件的制備方法，采用劃線技術通過串聯(lián)和/或并聯(lián)方法集成全固態(tài)二次電池組件。通過對全固態(tài)二次電池的不同薄膜層劃線分隔，將單個電池器件集成得到全固態(tài)二次電池組件，以滿足對應負載端所需求的電壓和容量。該制備方法適合薄膜化和微型化的全固態(tài)二次電池組件的制備，為可穿戴式設備以及微電子機械系統(tǒng)等電子設備提供了靈活可變的獨立電源，解決了傳統(tǒng)焊接工藝不能滿足薄膜化和微型化的電池組件的串并聯(lián)集成的問題。
[0017]在其中一個實施例中，所述全固態(tài)二次電池組件通過并聯(lián)方法集成中步驟(2)包括:
[0018]將所述初級并聯(lián)薄膜的一側進行清邊使所述襯底露出；
[0019]在所述初級并聯(lián)薄膜的表面依次沉積所述固態(tài)電解質薄膜及所述第二極薄膜，得到中間并聯(lián)薄膜；
[0020]在所述中間并聯(lián)薄膜的表面沉積所述第二集流層，得到所述全固態(tài)二次電池組件。
[0021 ]在其中一個實施例中，所述在中間并聯(lián)薄膜的表面沉積第二集流層的步驟包括:
[0022]將所述中間并聯(lián)薄膜的一側再次進行清邊使所述襯底露出，所述中間并聯(lián)薄膜清邊的一側與所述初級并聯(lián)薄膜清邊的一側為同一側，且所述中間并聯(lián)薄膜在垂直于刻劃方向的清邊尺寸小于所述初級并聯(lián)薄膜的對應清邊尺寸；
[0023]在所述清邊后的中間并聯(lián)薄膜的表面沉積所述第二集流層，得到所述全固態(tài)二次電池組件。
[0024]在其中一個實施例中，所述在所述中間并聯(lián)薄膜的表面沉積所述第二集流層，得到所述全固態(tài)二次電池組件的步驟之后還包括步驟:
[0025]將所述全固態(tài)二次電池組件與所述初級并聯(lián)薄膜清邊相對的一側進行清邊，使第一集流層露出。
[0026]在其中一個實施例中，所述全固態(tài)二次電池組件通過并聯(lián)方法集成中步驟(2)之后還包括步驟:
[0027]將所述全固態(tài)二次電池組件與所述刻劃方向平行的兩側進行清邊，使兩側的所述第一集流層露出。
[0028]在其中一個實施例中，所述第一溝槽、所述第二溝槽、所述第三溝槽及所述刻劃槽的寬度均小于ΙΟΟμπι。
[0029]在其中一個實施例中，所述第二溝槽與所述第一溝槽平行，所述第二溝槽與所述第一溝槽的距離為80?ΙΟΟμπι。
[0030]在其中一個實施例中，所述第三溝槽與所述第二溝槽平行，所述第三溝槽與所述第二溝槽的距離為80?ΙΟΟμπι。
[0031 ]在其中一個實施例中，所述襯底為柔性襯底或剛性襯底。
[0032]在其中一個實施例中，所述刻劃的方法為激光劃線或機械劃線。
【附圖說明】
[0033]圖1為一實施方式的全固態(tài)二次電池組件的制備方法的流程圖；
[0034]圖2為圖1所示全固態(tài)二次電池組件的制備方法得到的全固態(tài)二次電池組件的結構示意圖；其中(a)為截面圖，(b)為俯視圖；
[0035]圖3為另一實施方式的全固態(tài)二次電池組件的制備方法；
[0036]圖4為實施例1的全固態(tài)二次電池組件的制備方法的流程圖；
[0037]圖5為實施例2得到的全固態(tài)二次電池組件的截面結構示意圖；
[0038]圖6為實施例3的全固態(tài)二次電池組件的制備方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0039]為了便于理解本發(fā)明，下面將參照相關附圖對本發(fā)明進行更全面的描述。附圖中給出了本發(fā)明的較佳的實施例。但是，本發(fā)明可以以許多不同的形式來實現(xiàn)，并不限于本文所描述的實施例。相反地，提供這些實施例的目的是使對本發(fā)明的公開內(nèi)容的理解更加透徹全面。
[0040]需要說明的是，當元件被稱為“固定于”另一個元件，它可以直接在另一個元件上或者也可以存在居中的元件。當一個元件被認為是“連接”另一個元件，它可以是直接連接到另一個元件或者可能同時存在居中元件。本文所使用的術語“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及類似的表述只是為了說明的目的。
[0041 ]參照圖1，一實施方式的全固態(tài)二次電池組件的制備方法，該全固態(tài)二次電池組件通過串聯(lián)方法集成。
[0042]全固態(tài)二次電池組件通過串聯(lián)方法集成的步驟包括:
[0043]步驟SI10:在沉積有第一集流層的襯底表面刻劃形成第一溝槽，第一溝槽貫穿第一集流層且使襯底露出，在沉積有第一集流層的襯底表面依次沉積正極薄膜、固態(tài)電解質薄膜及負極薄膜，正極薄膜填充第一溝槽并覆蓋第一集流層及第一溝槽，得到初級串聯(lián)薄膜。
[0044]其中，第一溝槽將第一集流層分隔成獨立的多個第一集流層，同時通過正極薄膜填充第一集流層避免分隔的第一集流層連接。
[0045]其中，步驟SI10在沉積有第一集流層的襯底表面刻劃形成第一溝槽，將第一集流層分隔成需要的尺寸?？稍谝r底沉積第一集流層的兩側預留距離以進行清邊工藝同時保證單個電池的尺寸。
[0046]優(yōu)選的，第一溝槽的寬度小于IΟΟμ??，溝槽的寬度即垂直于刻劃方