能量存储装置

文档序号:939509 发布日期:2021-03-05 浏览:4次 >En<

阅读说明:本技术 能量存储装置 (Energy storage device ) 是由 J.霍华德 M.伦达尔 于 2019-07-19 设计创作,主要内容包括:公开了用于制造能源存储装置的方法。在基底上提供堆叠。堆叠包括第一电极层、第二电极层以及在第一电极层和第二电极层之间的电解质层。该方法包括与在基底上的堆叠的第二侧相反的堆叠的第一侧中形成第一凹槽,第二凹槽和第三凹槽。第一凹槽具有第一深度和包括第二电极层的第一暴露表面的第一表面。第二凹槽具有不同于第一深度的第二深度和包括第一电极层的暴露表面的第二表面。第三凹槽具有与第一深度基本相同的第三深度和包括第二电极层的第二暴露表面的第三表面。(A method for manufacturing an energy storage device is disclosed. A stack is provided on a substrate. The stack includes a first electrode layer, a second electrode layer, and an electrolyte layer between the first electrode layer and the second electrode layer. The method includes forming a first recess, a second recess, and a third recess in a first side of the stack opposite a second side of the stack on the substrate. The first recess has a first depth and a first surface including a first exposed surface of the second electrode layer. The second recess has a second depth different from the first depth and a second surface including an exposed surface of the first electrode layer. The third recess has a third depth substantially the same as the first depth and a third surface including a second exposed surface of the second electrode layer.)

能量存储装置

技术领域

本发明涉及制造能量存储装置的方法、能量存储装置以及用于制造能量存储装置的中间结构。

背景技术

诸如固态薄膜电池的能量存储装置可以通过在基底上形成层的堆叠来生产。层的堆叠通常包括第一电极层,第二电极层以及在第一电极层和第二电极层之间的电解质层。然后可以将堆叠和基底的组合切割成单独的部分以形成单独的电池。

期望提供一种比已知制造方法更简单或更有效的制造能量存储装置的方法。

发明内容

根据本发明的第一方面,提供了一种用于制造能量存储装置的方法,该方法包括:

在基底的表面上提供堆叠,所述堆叠包括第一电极层、第二电极层以及在第一电极层和第二电极层之间的电解质层,所述第一电极层比所述第二电极层更靠近基底的表面;

在堆叠的第一侧中形成第一凹槽,所述堆叠的第一侧与堆叠的在基底的表面上的第二侧相反,所述第一凹槽具有第一深度和包括第二电极层的第一暴露表面的第一表面;

在堆叠的第一侧中形成第二凹槽,所述第二凹槽具有不同于第一深度的第二深度和包括第一电极层的暴露表面的第二表面;和

在堆叠的第一侧中形成第三凹槽,所述第三凹槽具有与所述第一深度基本相同的第三深度以及包括第二电极层的第二暴露表面的第三表面,

其中,所述第二凹槽位于第一凹槽和第三凹槽之间。

第一、第二和第三凹槽的形成提供了可以在其中沉积电绝缘材料的区域。随后可以沉积导电材料以接触第一和第二电极层的暴露表面。随后可将堆叠例如沿着对应于第一、第二和第三凹槽的轴线分成多个电池。然后可以使用导电材料将给定电池的第一和第二电极层连接到外部电路。

因此,根据第一方面的方法允许由堆叠形成多个电池。该方法因此是可扩展的,并且例如可以作为高效连续的制造过程(例如,卷对卷过程)的一部分来执行。而且,通过在堆叠的同一侧(第一侧)中形成第一、第二和第三凹槽,该方法可以比其中从堆叠的不同侧形成凹槽的其他方法更直接。例如,可以从单个方向而不是从多个方向处理堆叠,以形成第一、第二和第三凹槽。形成凹槽的设备也可以比其中从堆叠的不同侧形成凹槽的其他情况更不复杂。

在不切割所述基底的情况下形成所述第一凹槽、所述第二凹槽或所述第三凹槽中的至少一个。与涉及在堆叠中形成凹槽期间至少部分地切割基底的方法相比,这可以提高该方法的效率。例如,在第一、第二和第三凹槽的形成期间可以去除较少量的材料。因此,与去除大量材料(例如基底的一部分)的其他情况相比,可以更快地,因此更有效地形成第一、第二和第三凹槽。此外,第一、第二或第三凹槽的形成可以比涉及切割穿过基底的其他方法更直接。例如,在基底和堆叠的层之间的厚度可能存在差异。在某些情况下,基底可以与组合的堆叠的层一样厚。控制穿过这种基底形成的凹槽的深度可能是困难的。然而,通过在不切割基底的情况下形成第一、第二和/或第三凹槽,可以更容易地控制第一、第二和第三凹槽的第一、第二和第三深度。

在示例中,第一凹槽与第二凹槽间隔开并且基本平行于第二凹槽,第二凹槽与第三凹槽间隔开并且基本平行于第三凹槽。这可以简化第一,第二和第三凹槽的形成。例如,提供一系列基本平行的凹槽比以不同的相应角度的一系列凹槽更直接。例如,在第一凹槽和第二凹槽的形成之间,或者在第二凹槽和第三凹槽的形成之间,不需要改变去除材料以形成凹槽的设备的角度方向。

在示例中,所述第一凹槽的第一深度、所述第二凹槽的第二深度或所述第三凹槽的第三深度中的至少一个基本上垂直于基底的表面的平面。通过以这种方式形成第一、第二或第三凹槽,与其中第一、第二或第三凹槽相对于基底的表面的平面成一定角度的示例相比,可以简化在第一、第二或第三凹槽内的电绝缘材料的后续沉积。例如,第一、第二或第三凹槽的这种布置可以促进或以其他方式帮助电绝缘材料移动到相应的凹槽中,并改善电绝缘材料与相应凹槽内的暴露表面(例如第一或第二电极层的暴露表面)之间的接触。

在示例中,形成所述第一凹槽、形成所述第二凹槽和形成所述第三凹槽使用导向所述基底的所述第一侧的至少一个激光束。这允许使用激光烧蚀工艺来形成第一、第二和第三凹槽。激光烧蚀可以快速进行并且相对容易地进行控制,从而可以精确地控制第一、第二和第三凹槽的深度。此外,通过布置至少一个激光束使其导向基底的第一侧,激光烧蚀系统可以比其中存在不同的激光束导向基底的不同侧的其他情况更简单。

在示例中,第一凹槽穿过第二电极层和电解质层形成,并暴露第二电极层的第一暴露表面;第二凹槽穿过第二电极层、电解质层和第一电极层形成,并暴露第一电极层的表面;第三凹槽穿过第二电极层和电解质层形成,并暴露第二电极层的第二暴露表面。这允许从同一堆叠制造多个电池。在这些电池的每一个中,第一电极层和第二电极层可以在后续处理期间暴露在电池的相反侧上,从而降低了发生短路的风险。

在示例中,在不切割所述第一电极层的情况下和不切割所述基底的情况下形成所述第一凹槽;在不切割所述基底的情况下形成所述第二凹槽;在不切割所述第一电极层的情况下和不切割所述基底的情况下形成所述第三凹槽。因此,与其他情况相比,可以去除更少量的材料。因此,这可以提高方法的效率。

在示例中,电绝缘材料设置在以下至少一个中:第一凹槽,以使第二电极层的第一暴露表面与第一电极层绝缘;第二凹槽,以使第一电极层的暴露表面与第二电极层绝缘;或第三凹槽,以使第二电极层的第二暴露表面与第一电极层绝缘。例如,电绝缘材料降低了短路的风险,否则,如果第一和第二电极层彼此电接触,则可能发生短路。

在示例中,在将电绝缘材料设置在第二凹槽中之后,去除一部分电绝缘材料以暴露第二电极层的第三暴露表面。这允许第二电极层的第三暴露表面随后连接至导电材料,以连接至外部电路。将电绝缘材料沉积在第二凹槽中并随后去除电绝缘材料的一部分,而不是将少量电绝缘材料沉积在第二凹槽中可能更直接。例如,可能难以更精确地控制沉积在第二凹槽中的电绝缘材料的量。如果沉积的电绝缘材料太少,则除了第二电极层之外的堆叠的其他层(例如电解质层或第一电极层)可能被暴露,这可能导致短路。相反,如果沉积了太多的电绝缘材料,则可能暴露出不足量的第二电极层,这可能会减少后续处理期间第二电极层与导电材料之间的电接触。这可能降低能量存储装置的有效性。然而,通过在第二凹槽中沉积电绝缘材料并且随后去除电绝缘材料的一部分,可以更精确地控制组中剩余的电绝缘材料的量。

在示例中,该方法包括在堆叠的第一侧中,形成第一前体凹槽、第二前体凹槽和第三前体凹槽;和在第一前体凹槽、第二前体凹槽和第三前体凹槽中提供电绝缘材料。在这样的示例中,第一凹槽穿过第一前体凹槽中的电绝缘材料形成;第二凹槽穿过第二前体凹槽中的电绝缘材料形成;和第三凹槽穿过第三前体凹槽中的电绝缘材料形成。第一、第二和第三前体凹槽的形成例如为后续处理提供了灵活性。

在示例中,所述第一前体凹槽、所述第二前体凹槽和所述第三前体凹槽形成为具有彼此大致相同的深度。这可能比形成深度彼此不同的第一、第二和第三前体凹槽更直接。例如,可以将相同的处理应用于堆叠以形成第一、第二和第三前体凹槽中的每一个。与将不同的处理应用于堆叠以形成第一、第二和第三前体凹槽中的每一个,例如形成具有不同的各自深度的第一、第二和第三前体凹槽的情况相比,这可能更容易控制。

在示例中,所述堆叠包括另一第一电极层、另一第二电极层以及在另一第一电极层和另一第二电极层之间的另一电解质层,所述另一第一电极层位于所述第二电极层和所述另一电解质层之间。这样,堆叠包括多组第一电极层-电解质层-第二电极层的子堆叠。与包括单个第一电极层、电解质层和第二电极层的堆叠相比,这样的堆叠可以具有更大的活性材料与基底的比率,并且因此可以表现出增加的能量密度。

在这样的示例中,至少以下一项:

形成所述第一凹槽包括:

穿过在第一前体凹槽中的电绝缘材料形成第一凹槽以形成具有包括第二电极层的第一暴露表面的第一表面的第一凹槽,并且使得另一第二电极层的第一暴露表面通过电绝缘材料与第一凹槽绝缘;和

加宽第一凹槽,使得所述第一表面进一步包括另一第二电极层的第一暴露表面;

形成所述第二凹槽包括:

穿过在第二前体凹槽中的电绝缘材料形成第二凹槽以形成具有包括第一电极层的暴露表面的第二表面的第二凹槽,并且使得另一第一电极层的暴露表面通过电绝缘材料与第二凹槽绝缘;和

加宽第二凹槽,使得所述第二表面进一步包括另一第一电极层的暴露表面;或

形成所述第三凹槽包括:

穿过在第三前体凹槽中的电绝缘材料形成第三凹槽以形成具有包括第二电极层的第二暴露表面的第三表面的第三凹槽,并且使得另一第二电极层的第二暴露表面通过电绝缘材料与第三凹槽绝缘;和

加宽第三凹槽,使得所述第三表面进一步包括另一第二电极层的第二暴露表面。

在这些示例中,第一、第二或第三凹槽的形成可以是多步骤过程。例如,对于第一凹槽,在随后暴露另一第二电极层的第一暴露表面之前,可以暴露第二电极层的第一暴露表面。这样,可以形成用于多个不同子堆叠的电极层的暴露表面。这允许包括多个子堆叠的堆叠以有效的方式形成。此外,可以以简单的方式将不同子堆叠的第一电极层的暴露表面并联连接。类似地,不同子堆叠的第二电极层的暴露表面也可以并联连接。这允许有效地制造多电池能量存储装置。

在示例中,至少以下一项:

在加宽第一凹槽之后,第一凹槽的第一部分比第一凹槽的第二部分窄,第一凹槽的第一部分比第一凹槽的第二部分更靠近基底的第一侧;

在加宽第二凹槽之后,第二凹槽的第一部分比第二凹槽的第二部分窄,第二凹槽的第一部分比第二凹槽的第二部分更靠近基底的第一侧;和

在加宽第三凹槽之后,第三凹槽的第一部分比第三凹槽的第二部分窄,第三凹槽的第一部分比第三凹槽的第二部分更靠近基底的第一侧。

例如,这在第一、第二或第三凹槽内提供了一系列搁板部分,可在其上沉积导电材料。因此,这有利于第一,第二或第三凹槽内的暴露表面与导电材料的连接,以允许堆叠的电极层连接至外部电路。

在示例中,所述堆叠包括另一第一电极层、另一第二电极层以及在另一第一电极层和另一第二电极层之间的另一电解质层,所述另一第一电极层位于所述第二电极层和所述另一电解质层之间。在这样的示例中,第一前体凹槽、第二前体凹槽和第三前体凹槽均穿过另一第二电极层、另一电解质、另一第一电极层、第二电极层、电解质层和第一电极层形成。因此,堆叠可以包括两个子堆叠,从而可以轻松扩展该方法。这可以进一步提高用于制造能量存储装置的方法的效率。此外,能量存储装置可以具有比其他能量存储装置更大的能量密度,而其他能量存储装置具有较低的活性材料与基底的比率(例如,惰性材料,其无助于能量存储)。

在这样的示例中,至少一个:第一表面包括另一第二电极层的第一暴露表面;第二表面包括另一第一电极层的暴露表面;或者第三表面包括另一第二电极层的第二暴露表面。以这种方式,第一凹槽的第一表面可以包括第二电极层和另一第二电极层的暴露表面,其每个可以是阴极。类似地,第二凹槽的第二表面可以包括第一电极层和另一第一电极层的暴露表面,其每个可以是阳极。第一凹槽和第二凹槽可以通过堆叠的一部分彼此分开。因此,通过堆叠的一部分,可以将连接到第二和另一第二电极层(在第一凹槽中)的导电材料与连接到第一和另一第一电极层(在第二凹槽中)的导电材料分开。例如,这降低了发生短路的风险。以类似的方式,堆叠的另一部分可以将第二凹槽和第三凹槽分开,从而进一步减小了短路的可能性。

在示例中,在与所述基底的平面平行的方向上所述第一凹槽和所述第二凹槽之间的第一距离与在与基底的平面平行的方向上所述第二凹槽和所述第三凹槽之间的第二距离基本相同。通过这种布置,与在相邻凹槽之间的距离可以变化的其他情况下相比,可以更有效地执行该方法(例如,使用相邻凹槽之间的标准化的,预定的或固定的距离)。第一,第二和第三凹槽中的每个可以与多电池能量存储装置的相邻电池之间的边界相对应。在这种情况下,相邻凹槽之间的恒定或规则距离有利于创建z形折叠结构(通过将包括堆叠和基底的中间结构折叠回自身),从此可以通过沿着与凹槽之一相对应的轴线切割穿过中间结构来创建单个电池。例如,相邻凹槽之间的规则距离可以使得在创建z形折叠布置期间使电池彼此对准(例如,沿垂直方向)更加容易。

根据本发明的第二方面,提供了一种能量存储装置,包括:

在基底的表面上的堆叠,所述堆叠包括:

第一电极;

第二电极;和

在第一电极和第二电极之间的电解质,第一电极比第二电极更靠近基底的表面;

第一电绝缘体,与第一电极的第一暴露表面和电解质的第一暴露表面接触,而不接触第二电极的第一暴露表面的至少一部分;和

第二电绝缘体,与第二电极的第二暴露表面和电解质的第二暴露表面接触,而不与第一电极的第二暴露表面的至少一部分接触。

这样的能量存储装置可以以有效的方式来制造,例如使用根据本发明的第一方面的方法来制造。第二电极的第一暴露表面和第一电极的第二暴露表面可以经由导电材料连接到外部电路。

在示例中,所述第一电绝缘体布置在所述堆叠的第一侧,并且所述第二电绝缘体布置在所述堆叠的与所述第一侧相反的第二侧。在这些示例中,第二电极的第一暴露表面可以在堆叠的第一侧,并且第一电极的第二暴露表面可以在堆叠的第二侧。以这种方式,堆叠本身可以将第二电极的第一暴露表面与第一电极的第二暴露表面分开。在堆叠的第一侧,第一电绝缘体可以使第一电极的第一暴露表面(也可以在堆叠的第一侧)与第二电极的第一暴露表面绝缘。类似地,在堆叠的第二侧,第二电绝缘体可以使第二电极的第二暴露表面(也可以在堆叠的第二侧)与第一电极的第二暴露表面绝缘。这样,可以有效地防止或减少短路。

在示例中,所述堆叠的第一侧和所述堆叠的第二侧均基本上垂直于所述基底的表面的平面。与其中堆叠的第一侧和第二侧相对于基底的表面的平面成角度的示例相比,这可以简化堆叠的形成。

在示例中,在垂直于所述基底的表面的平面的方向上的所述基底的厚度基本上等于或大于在垂直于基底的表面的平面的方向上的堆叠的厚度。在这种情况下,可以例如使用根据本发明的第一方面的方法直接地制造能量存储装置。例如,可以更容易地控制第一,第二和第三凹槽的深度(其随后可以至少部分地填充有电绝缘材料,例如以形成第一和第二电绝缘体)。

在示例中,所述堆叠包括另一第一电极,另一第二电极和在另一第一电极和另一第二电极之间的另一电解质,所述另一第一电极位于所述第二电极和所述另一电解质之间。在这样的示例中,能量存储装置包括:另一第一电绝缘体,其与另一第一电极的第一暴露表面和另一电解质的第一暴露表面接触,而不与另一第二电极的第一暴露表面的至少一部分接触;以及另一第二电绝缘体,其与另一第二电极的第二暴露表面和另一电解质的第二暴露表面接触,而不与另一第一电极的第二暴露表面的至少一部分接触。因此,在这样的示例中的堆叠可以被认为包括多个子堆叠。例如,这种堆叠比仅具有单个子堆叠的其他堆叠具有更大的能量密度。可以例如使用导电材料以简单的方式将不同子堆叠的第一电极层的暴露表面并联连接。类似地,不同子堆叠的第二电极层的暴露表面也可以例如使用导电材料并联连接。这允许有效地制造多电池能量存储装置。第一,另一第一,第二和另一第二电绝缘体例如足够能量存储的各种部件彼此绝缘,以避免或减少短路的风险。然而,提供足够的暴露表面,以使堆叠能够有效地连接到外部电路。

其他特征将从下面仅以举例的方式给出的描述中变得显而易见,所述描述是参照附图进行的。

附图说明

图1是根据示例的用于能量存储装置的堆叠的示意图;

图2是根据示例的用于加工图1的堆叠以制造能量存储装置的示例的示意图;

图3a至图3e是示出根据示例的制造能量存储装置的方法的示意图;和

图4a至图4f是示出根据另外的示例的制造能量存储的方法的示意图。

具体实施方式

根据示例,参考附图,根据示例的方法,结构和设备的细节将变得显而易见。在本说明书中,出于解释的目的,阐述了某些示例的许多具体细节。说明书中对“示例”或类似语言的引用意味着结合该示例描述的特定特征,结构或特性至少包括在一个示例中,但不一定包括在其他示例中。还应当注意,示意性地描述了某些示例,其中某些特征被省略和/或必须被简化,以便于解释和理解示例基础的概念。

图1示出了用于能量存储装置的层的堆叠100。例如,图1的堆叠100可以用作具有固体电解质的薄膜能量存储装置的一部分。

在图1中,堆叠100在基底102上。基底102例如是玻璃或聚合物,并且可以是刚性的或柔性的。基底102通常是平面的。尽管在图1中堆叠100被示为直接接触基底102,但是在其他示例中,在堆叠100与基底102之间可以存在一个或多个另外的层。因此,除非另有说明,否则本文中提及的元件在另一元件“上”应理解为包括直接或间接接触。换句话说,另一个元件上的一个元件可能正在接触另一个元件,或者不与另一个元件接触,而是通常由一个或多个中间元件支撑,但仍然位于另一个元件之上或重叠。

图1的堆叠100包括第一电极层104、电解质层106和第二电极层108。在图1的示例中,第二电极层108比第一电极层104离基底102更远,电解质层106位于第一电极层104和第二电极层108之间。

第一电极层104可以用作正集流层。在这样的示例中,第一电极层104可以形成正电极层(即,可以对应于包括堆叠100的能量存储装置的电池的放电期间的阴极)。第一电极层104可以包括适于通过稳定的化学反应来存储锂离子的材料,例如氧化钴锂、磷酸铁锂或碱金属多硫化物盐。

在替代示例中,可以存在单独的正集流层,其可以位于第一电极层104和基底102之间。在这些示例中,单独的正集流层可以包括镍箔;但是应当理解,可以使用任何合适的金属,例如铝,铜或钢,或包括金属化塑料的金属化材料,例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)上的铝。

第二电极层108可以用作负集流层。在这种情况下,第二电极层108可以形成负电极层(其可以对应于包括堆叠100的能量存储装置的电池的放电期间的阳极)。第二电极层108可以包括锂金属、石墨、硅或铟锡氧化物(ITO)。对于第一电极层104,在其他示例中,堆叠100可以包括单独的负集流层,其可以在第二电极层108上,并且第二电极层108在负集流层和基底102之间。在负集流层是单独的层的示例中,负集流层可以包括镍箔。但是,应当理解,任何合适的金属可以用于负集流层,例如铝,铜或钢,或包括金属化塑料的金属化材料,例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)上的铝。

第一和第二电极层104、108通常是导电的。因此,由于离子或电子流过第一电极层104和第二电极层108,因此电流可以流过第一电极层104和第二电极层108。

电解质层106可以包括离子导电的任何合适的材料,但是它也是电绝缘体,例如氮氧化锂磷(LiPON)。如上所述,电解质层106例如是固体层,并且可以被称为快速离子导体。固体电解质层可以具有介于液体电解质和晶体固体之间的结构,液体电解质例如缺乏规则结构并且包含可以自由移动的离子。晶体材料例如具有规则结构,其具有原子的有序排列,其可以排列为二维或三维晶格。晶体材料的离子通常不可移动,因此可能无法在整个材料中自由移动。

例如,可以通过在基底102上沉积第一电极层104来制造堆叠100。随后将电解质层106沉积在第一电极层104上,然后将第二电极层108沉积在电解质层106上。堆叠100的每一层可以通过溢流沉积,其提供了产生高度均匀层的简单且有效的方式,尽管其他沉积方法也是可能的。

图1的堆叠100还可以经过处理以制造能量存储装置。在图2中示意性地示出了可以应用于图1的堆叠100的处理示例。

在图2中,堆叠100和基底102一起形成用于制造能量存储装置的中间结构110。在该示例中,中间结构110是柔性的,允许其围绕辊112缠绕,作为卷对卷制造过程(有时被称为轴对轴制造过程)的一部分。可以从辊112逐渐解开中间结构110并对其进行进一步处理。

在图2的示例中,可以使用第一激光器114穿过中间结构110(例如,穿过堆叠100)形成凹槽。第一激光器114布置成将激光束116施加到中间结构110以去除中间结构100的部分,从而形成堆叠100中的凹槽。该过程可以称为激光烧蚀。

在形成凹槽之后,可以使用材料沉积系统118将电绝缘材料沉积在至少一些凹槽中。材料沉积系统118例如用诸如有机悬浮液体材料之类的液体120填充至少一些凹槽。然后可以在凹槽中固化液体120以在凹槽中形成电绝缘塞。电绝缘材料可以被认为是非导电的,因此当受到电场作用时可以传导相对少量的电流。通常,电绝缘材料(有时称为绝缘体)传导的电流小于半导体材料或导电材料。然而,仍然有少量电流在电场的影响下流过电绝缘材料,因为即使绝缘体也可能包括少量载流电流的电荷载流子。在本文的示例中,可以将这样的材料视为电绝缘的,其中该材料足够电绝缘以执行绝缘体的功能。例如,在材料将一个元件与另一个元件充分绝缘以免发生短路的情况下,可以执行此功能。

参照图2,在沉积电绝缘材料之后,沿着至少一些凹槽切割中间结构110以形成用于能量存储装置的单独的电池。在如图2所示的示例中,可以从中间结构110的卷中切割成数百个甚至可能成千上万个电池,从而允许以有效的方式制造多个电池。

在图2中,使用第二激光器122执行切割操作,第二激光器被布置为将激光束124施加到中间结构110。每个切口可以例如穿过绝缘塞的中心,使得塞被分成两部分,每个部分在其已附接到的包括边缘的暴露表面上形成保护性覆盖物。以这种方式切穿整个堆叠形成了第一和第二电极层104、108的暴露表面。

尽管未在图2中示出(仅是示意性的),但是应当理解,在沉积电绝缘材料之后,中间结构110可以在其自身上折回以形成z形折叠结构,其具有至少十层,可能是数百层,甚至可能是数千层,其中每个绝缘塞对准。然后,由第二激光器122执行的激光切割处理可以用于在单个切割操作中针对对准的塞组中的每个切割z形折叠结构。

在切割电池之后,可以沿着电池的相反侧设置电连接器,使得电池的一侧上的第一电连接器接触第一电极层104(在电池已经从中间结构110的其余部分分离之后,其可以被认为形成第一电极),但是通过电绝缘材料防止接触其他层。类似地,可以将电池的相反侧上的第二电连接器布置成与第二电极层108接触(在电池已经与中间结构110的其余部分分离之后,可以将其视为形成第二电极),但是通过绝缘材料防止接触其他层。因此,绝缘材料可以减少第一和第二电极层104、108以及每个电池中的其他层之间发生短路的风险。第一和第二电连接器可以例如是通过溅射施加到堆叠110的边缘(或者到中间结构110的边缘)的金属材料。因此,可以有效地和容易地将电池并联连结。

图3a至图3e(统称为图3)是示出制造能量存储装置的示例方法的特征的示意图。与图1的相应特征相同的图3的特征用相同的附图标记标记。应采用相应的描述。在图3a至3e的每一个中,相同的附图标记用于表示相同的元件。然而,为了清楚起见,在图3a至3e的每一个中并非所有元件都被标记。然而,由于可以将图3a至3e的处理顺序地应用于同一堆叠,因此可以存在在图3a至3e的一个中但未在图3a至3e的另一个中标记的元件。

在图3a之前,根据图3的方法包括在基底102的表面126上提供堆叠100。在该示例中,堆叠100和表面102如图1所示。但是,在其他示例中,可以将根据图3的方法应用于具有与图1所示结构或层不同的其他堆叠。

堆叠100的层(在这种情况下,第一电极层104、电解质层106和第二电极层108)可以顺序地设置。然而,在其他示例中,可以提供部分组装的基底。例如,包括第一电极层、电解质层和第二电极层的堆叠可以在提供基底之前已经被布置在基底上。

在图3a中,第一凹槽128a、第二凹槽128b和第三凹槽128c形成在堆叠100的第一侧130中。第一、第二和第三凹槽128a-128c可以使用附图标记128共同地指代。堆叠100的第一侧130与堆叠100的第二侧相反,该第二侧在基底102的表面126上。因此,堆叠100的第一侧130例如是堆叠100的暴露表面,该暴露表面不与另一部件接触或被另一部件遮盖。在该示例中,堆叠100的第一侧130是堆叠100的上表面,尽管在其他示例中不必如此。

凹槽是例如可以是连续的或不连续的通道、槽或沟槽。在一些示例中,凹槽可以是细长的。凹槽可以部分地延伸穿过堆叠100的层,或者延伸穿过堆叠100的所有层以暴露基底102的一部分。凹槽例如提供了用于随后沉积诸如液体或其他流体的其他材料的通道。

在图3a中,第一凹槽128a具有第一深度d1,第二凹槽128b具有第二深度d2,并且第三凹槽128c具有第三深度d3。第一深度d1与第三深度d3基本相同,而第一深度d1与第二深度d2不同。沿基本垂直于图3a中的基底102的表面126的平面的方向截取凹槽128的每个深度d1,d2,d3。可以认为一个方向基本上垂直于一个平面,其中该方向完全垂直于该平面或近似垂直于该平面,例如在测量公差之内或与垂直方向的夹角偏差在正负5、10或20度之内。在这种情况下,可以认为凹槽128在该方向上延伸或以其他方式伸长。在这些情况下,凹槽128可以另外在不同的方向上伸长,例如在垂直于该方向的方向上伸长(例如,参照图3a进入或离开页面的方向)。例如,从凹槽的口部或开口朝向凹槽的基部延伸的凹槽的中心轴线可以在基本垂直于基底102的表面126的平面的方向上。

然而,在其他示例中,一些或所有凹槽128可以沿着相对于基底102的表面126的平面以与基本垂直的角度不同的角度的轴线延伸。例如,一些或所有凹槽128可具有相对于基底102的表面126的平面成锐角(例如小于90度的角度)的内表面。然而,与诸如图3a的示例相比,这可能使得随后更难以在凹槽128内沉积材料,在图3a中,凹槽128的内表面基本垂直于基底102的表面126的平面。

第一、第二和第三凹槽128a,128b,128c将堆叠100的各个层分成不同的部分。在图3a中,第一凹槽128a将第一电极层108分成第一部分108a和第二部分108b。第一凹槽128a还将电解质层106分隔成第一部分106a和第二部分106b。第二凹槽128b将第一电极层108的第二部分108b与第一电极层108的第三部分108c分开。第二凹槽128b还将电解质层106的第二部分106b与电解质层106的第三部分106c分开。另外,第二凹槽128b将第二电极层104分离成第一部分104a和第二部分104b。在图3a中,第三凹槽128c将第一电极层108的第三部分108c与第一电极层108的第四部分108d分开,并且将电解质层106的第三部分106c与电解质层106的第四部分106d分开。与第二凹槽128b不同,第一凹槽128a和第三凹槽128c都没有将第二电极层104的部分分开。

在图3a中,第一凹槽128a具有第一表面,该第一表面包括第二电极层108的第一暴露表面132a。在该示例中,第二电极层108的第一暴露表面132a是第二电极层108的第一部分108a的表面。然而,第一凹槽128a的第一表面还包括第二电极层108的第二部分108b的暴露表面以及电解质层106的第一和第二部分106a,106b的暴露表面。第一凹槽128a的第一表面另外包括第一电极层104的第一部分104a的暴露表面,在该示例中,该暴露表面是第一电极层104的第一部分104a的上表面。因此,在该示例中,穿过第二电极层108和电解质层106形成第一凹槽128a。因此,第二电极层108和电解质层106的暴露表面形成第一凹槽128a的侧面,而第一电极层104的暴露表面形成第一凹槽128a的基部或底部区域。第一凹槽128a不延伸穿过第一电极层104或基底102。

凹槽的暴露表面例如是在形成凹槽之后未被覆盖或以其他方式与另一层接触的表面。如此,例如,在形成凹槽之后,暴露表面例如未被覆盖、露出或以其他方式显示。暴露表面可以例如对应于凹槽的壁、侧部、侧壁或侧面。因此,暴露表面可以是或包括凹槽内未被覆盖的任何表面。例如,暴露表面可以是或包括凹槽的竖直壁或凹槽的通常向上延伸的内表面,其相对于基底102在向上方向上延伸。在图3a中就是这种情况,其中第一凹槽128a的第一表面(例如,第一凹槽128a的暴露表面)包括第一电极层108的第一和第二部分108a,108b的侧面和电解质层106的第一和第二部分106a,106b的侧面。替代地,暴露表面可以是或包括凹槽的水平壁或凹槽的在通常平行于水平面或基底102的表面126的平面的平面中延伸的壁或其他表面。例如,暴露表面可以是或包括凹槽的水平底部表面,其例如是凹槽的最深表面,其可以最接近基底102。在其他示例中,凹槽可包括一个或多个搁架或壁架部分,其可在通常平行于水平面或基底的平面的平面中延伸。

第二凹槽128b具有第二表面,该第二表面包括第一电极层104的暴露表面134。在此示例中,第一电极层104的暴露表面134是第一电极层104的第一部分104a的表面(在此示例中为第一电极层104的第一部分104a的侧面的表面,它远离基底102的表面126的平面延伸)。然而,第二凹槽128b的第二表面还包括电解质层106的第二和第三部分106b,106c的暴露表面以及第二电极层108的第二和第三部分108b,108c的暴露表面。因此,在该示例中,第二凹槽128b穿过第二电极层108、电解质层106和第一电极层104形成,它们例如形成第二凹槽128b的侧面。尽管图3a中的基底102的表面126对应于第二凹槽128b的基部,但是第二凹槽128b不延伸穿过基底102。第二凹槽128b位于第一凹槽128a和第三凹槽128c之间。

第三凹槽128c具有第三表面,该第三表面包括第二电极层108的第二暴露表面132b。在该示例中,第二电极层108的第二暴露表面132b是第二电极层108的第三部分108c的表面。然而,第三凹槽128c的第三表面还包括电解质层106的第三部分106c的暴露表面以及第二电极层108和电解质层106的第四部分108d,106d的暴露表面。第三凹槽128c的第三表面还包括第一电极层104的第二部分104b的暴露表面,其例如对应于第三凹槽128c的基部。因此,在该示例中,第三凹槽128c穿过第二电极层108和电解质层106形成,它们例如形成第三凹槽128c的侧面。但是第三凹槽128c不延伸穿过第一电极层104和基底102。

由于第一凹槽128a的第一深度d1和第三凹槽128c的第三深度d3不同于第二凹槽128b的第二深度d2,所以第二凹槽128b延伸穿过第一电极层104,而第一凹槽128a和第三凹槽128c的深度不足以延伸穿过第一电极层104。这暴露了第二电极层108在第一凹槽128a和第三凹槽128c内的侧表面(可以认为是第一凹槽128a和第三凹槽128c的内表面或侧壁)。第一电极层104的侧表面在第一凹槽128a和第三凹槽128c内没有暴露。相反,第一电极层104的上表面形成第一凹槽128a和第三凹槽128c的基部。然而,第一电极层104的侧表面在比第一凹槽128a和第三凹槽128c深的第二凹槽128b内暴露。但是,在其他示例中,可以在每个凹槽中暴露相同层的侧表面,而在不同的凹槽中暴露相同层的不同部分的侧表面。然而,在这种情况下,第一凹槽和第三凹槽可具有彼此基本相同的深度,但是与第二凹槽的深度不同。

在图3a中,第一凹槽128a与第二凹槽128b间隔开并且基本平行于第二凹槽128b,第二凹槽128b与第三凹槽128c间隔开并且基本平行于第三凹槽128c。两个凹槽彼此完全平行或在制造公差范围内,或者在小于20度,15度,10度或5度以内的范围内彼此平行时,可以认为两个凹槽基本上彼此平行。换句话说,第一、第二和第三凹槽128在彼此大致相同的方向上延伸。这可以简化第一、第二和第三凹槽128的形成。

在图3a中,凹槽128具有基本恒定的横截面或均匀的横截面。凹槽的横截面例如在垂直于凹槽深度的方向上截取,并且因此可以与凹槽的宽度相对应。在图3a中,凹槽128是圆柱形的。然而,在其他示例中,凹槽可以具有不同的形状。例如,凹槽的横截面可以远离凹槽的基部增大或减小尺寸,或者尺寸可以不均匀。凹槽128中的一些或全部可以具有彼此基本相同的宽度,例如完全相同的宽度或在制造公差内相同的宽度,或者具有小于20%,15%,10%或5%的偏差。制造彼此具有相同宽度而不是不同宽度的凹槽128可能更直接。例如,这可以消除在相邻凹槽的形成之间调整制造设备的需要,否则可能需要形成不同宽度的凹槽。可以在与基底102的表面126的平面平行的方向上截取凹槽的宽度,该方向可以垂直于凹槽的深度。但是,在其他示例中,一个或多个凹槽可具有与另一凹槽不同的宽度和/或形状。

在例如图3a的示例中,在平行于基底102的表面126的平面的方向上第一凹槽128a和第二凹槽128b之间的第一距离D1与在相同方向上第二凹槽128b和第三凹槽128c之间的第二距离D2基本相同。例如,两个距离完全相同、在测量不确定性之内或者在彼此的20%,15%,10%或5%之内相同,则可以认为是基本相同的。通过这种布置,与以不规则间隔形成凹槽128的其他情况相比,可以更直接地制造凹槽128。此外,这可以使得更容易以z形折叠布置将凹槽彼此对准。

可以使用激光烧蚀形成一些或所有凹槽。“激光烧蚀”可以指使用基于激光的工艺从堆叠100去除材料。材料的去除可以包括多个物理过程中的任何一个。例如,材料的去除可以包括(但不限于)熔融,熔融排出,汽化(或升华),光子分解(单光子),光子分解(多光子),机械冲击,热机械冲击,其他基于冲击的处理,表面等离子加工以及通过蒸发(烧蚀)去除。激光烧蚀例如涉及用激光束照射要去除的一个或多个层的表面。例如,这导致一层或多层的一部分被去除。通过激光烧蚀去除的层的量可以通过控制激光束的性质例如激光束的波长或脉冲激光束的脉冲长度来控制。激光烧蚀通常允许以直接和快速的方式控制凹槽的形成。但是,在其他示例中,可以使用替代方法来形成一些或所有凹槽,例如光刻技术。

在使用激光烧蚀的示例中,可以使用导向基底102的第一侧的至少一个激光束来形成凹槽128,其例如对应于其上布置有堆叠100的基底102的表面126。例如,至少一个激光束可以被引导朝向堆叠100的第一侧130。通过将至少一个激光束朝向堆叠100的第一侧130引导,至少一个激光束可因此被导向基底102的第一侧。为了将至少一个激光束导向基底102的第一侧,布置为产生至少一个激光束的激光器本身可以位于基底102的第一侧(例如面对堆叠100的第一侧130)。替代地,尽管至少一个激光束可以位于不同的位置,但是仍然可以使用合适的光学装置将其导向基底102的第一侧。例如,可以使用激光烧蚀系统产生至少一个激光束,该激光烧蚀系统包括激光器和光学元件,例如反射镜或其他反射器,以将由激光器产生的至少一个激光束朝向基底102的第一侧偏转。

如此,可以通过从堆叠100的单侧施加至少一个激光束来形成凹槽128。与从堆叠100的不同的各个侧面施加激光束的情况相比,这可以简化凹槽128的形成。

从图3a可以看出,可以在不切割基底102的情况下形成第一凹槽128a、第二凹槽128b和/或第三凹槽128c。在示例中,与堆叠100相比,基底102可以相对较厚。例如,在垂直于基底102的表面126的平面的方向上的基底102的厚度基本相同于或大于在相同方向上的堆叠100的厚度,其中基本相同例如指厚度完全相同、在制造公差范围内相同或大致相似,例如彼此之间在20%,15%,10%或5%之内。在这种情况下,与切割凹槽穿过基底102到堆叠100中相比,通过从堆叠100的第一侧130切割凹槽而不切割基底102来控制凹槽的深度可能更直接。

在图3a中,在不切割第一电极层108和基底102的情况下形成第一凹槽128a和第三凹槽128c。在不切割基底102的情况下形成第二凹槽128b。与其中去除了附加材料的其他示例相比,这例如提高了凹槽128的形成效率,同时仍产生具有适合于形成能量存储装置的形状或尺寸的凹槽128。

在图3b中,电绝缘材料136沉积在第一、第二和第三凹槽128中(尽管在某些情况下,电绝缘材料可以不沉积在一个或多个凹槽128中)。可以例如使用喷墨材料沉积工艺(诸如喷墨打印工艺)将电绝缘材料136提供为第一液体。这例如涉及例如从喷嘴将电绝缘材料136的液滴喷射或以其他方式推进到凹槽128中。电绝缘材料136可以是墨水,例如介电墨水。合适的介电墨水是DM-INI-7003,可从英国Unit 12Star West,Westmead IndustrialEstate,Westlea,Swindon,SN5 7SW的Dycotec Materials Ltd.获得。通常,电绝缘材料126可以是任何合适的介电材料。介电材料是例如电绝缘体,其可以在施加电场时被极化。这种介电材料通常还具有低导电率。尽管在图3b中,相同的电绝缘材料136沉积在每个凹槽128中,但是应该理解,在其他示例中,可以在一个或多个凹槽128中沉积不同的电绝缘材料。

在第一凹槽128a中沉积电绝缘材料136将第二电极层108的第一暴露表面132a与第一电极层104绝缘。类似地,在第二凹槽128b中沉积电绝缘材料136将第一电极层104的暴露表面134与第二电极层108绝缘。在第三凹槽128c中沉积电绝缘材料136将第二电极层108的第二暴露表面132b与第一电极层104绝缘。这样,可以减小第一电极层104和第二电极层108之间的短路风险。

在第二凹槽128b中提供电绝缘材料136之后,可以去除电绝缘材料136的一部分。这在图3c中示意性地示出。可以使用与用于形成凹槽128的设备或系统相同的设备或系统,或者使用仍然施加与用于形成凹槽128的处理相同的处理的不同的设备或系统,来去除电绝缘材料136的该部分。例如,可以使用激光烧蚀去除电绝缘材料136的该部分。但是,其他方法也是可能的。例如,如技术人员将理解的,可以使用不同的方法来创建凹槽128并去除电绝缘材料136的一部分。

通过去除电绝缘材料136的一部分、第二电极层108的第三暴露表面138被暴露。在图3c中,第二电极层108的第三暴露表面138是第二电极层108的第三部分108b的表面,但是这仅是示例。在图3c的示例中,除了暴露第二电极层108的第二部分108b的表面之外,第二电极层108的第三部分108c的表面也暴露(尽管不必如此)。随后可以沉积导电材料以接触第二电极层108的第三暴露表面138,以将第二电极层108连接到外部电路。

在电绝缘材料136的沉积之后,可以应用切割程序,如图3d所示。在图3d中,沿着与第一凹槽128a对准的第一轴线140a、与第二凹槽128b对准的第二轴线140b和与第三凹槽128c对准的第三轴线140c切割堆叠100和基底126的中间结构。这些轴线统一由附图标记140表示。在该示例中,轴线140每个都与相应凹槽128的中心对准,但是在其他情况下,这样的轴线可以不以此方式对准。如参考图2所指出的,切割操作可以使用激光来执行,但是这仅仅是示例。通过以这种方式切割中间结构,可以将中间结构分离成单独的电池。

如图3d所示,切割中间结构允许形成用于能量存储装置的电池142,如图3e所示。在图3e中,形成了四个电池142a-142e,但是通常可以由堆叠100形成大量的电池。第一电池142a包括第二电极层108的第一部分108a(被认为对应于第二电极)、电解质层106的第一部分106a(可以被认为对应于电解质)、第一电极层104的第一部分104a(可以被认为对应于第一电极)和第一基底102的第一部分102a。第二、第三和第四电池142b,142c,142d包括与第一电池142a相似的层。与第一电池142a的相应部件相似的第二、第三和第四电池142b,142c,142d的部件用相同的附图标记表示,但是分别附有“b”,“c”或“d”,而不是“a”。

在图3e中,第一电绝缘体与第一电极层104的一部分的暴露表面和电解质层106的一部分的暴露表面接触,而不与第二电极层108的一部分的暴露表面的至少一部分接触。第一电绝缘体在图3e中由附图标记144表示,并根据其是否分别与第一、第二、第三或第四电池142a-142d相关联而附加“a”,“b”,“c”或“d”。第二电绝缘体与第二电极层108的一部分的暴露表面和电解质层106的一部分的暴露表面接触,而不与第一电极层104的暴露表面的至少一部分接触。第二电绝缘体在图3e中由附图标记146表示,并根据其是否分别与第一,第二,第三或第四电池142a-142d相关联而附加“a”,“b”,“c”或“d”。

在图3e中,第一电池142a和第四电池142d包括第二电绝缘体146a,146d,但是缺少第一电绝缘体。然而,第一电池142a和第四电池电池142d可以经受进一步的处理以添加第一电绝缘体,其可以类似于第二和第三电池142b,142c的第一电绝缘体144b,144c。

现在将参考第二电池142b来解释第一电绝缘体144b和第二电绝缘体146b的功能。在图3e中,第二电池142b的第一电绝缘体144b接触第一电极层104b的第二部分104b的暴露表面和电解质层106的第二部分106b的暴露表面。因此,第一电绝缘体144b使第一电极层104b的第二部分104b与第二电极层108b的第二部分108b绝缘。第二电池142b的第二电绝缘体146b还将第一电极层104b的第二部分104b与第二电极层108b的第二部分108b绝缘。然而,第二电池142b的第二电绝缘体146b通过使电解质层106的第二部分106b的暴露表面与第二电极层108的第二部分108b的暴露表面接触来实现这一点。

在该示例中,第一电绝缘体144b布置在第二电池142b的第一侧,并且第二电绝缘体146b布置在第二电池142b的与第一侧相反的第二侧。电池的侧面例如对应于电池的堆叠的侧面。可以认为电绝缘体被布置在电池或堆叠的侧面,其中电绝缘体接触电池或堆叠的侧面的暴露表面的至少一部分。例如,电绝缘体可以沿着电池或堆叠的该侧面延伸(尽管不需要)。在例如图3e的示例中,电池或堆叠的第一侧和电池或堆叠的第二侧可各自基本垂直于基底102的表面126的平面。在这种情况下,电池或堆叠的第一侧或第二侧本身不必是平面的,而是可以具有非平面的表面。然而,第一或第二侧可以大体上或近似地垂直于表面126的平面,使得第一或第二侧的中心平面精确地、在制造公差内或在20度,15度,10度或5度内垂直于表面的平面。在这种情况下,第一或第二电绝缘体144b,146b可以大体上延伸远离基底102的表面126。例如,第一或第二电绝缘体144b,146b可以近似竖直地延伸,以覆盖第二电池142b的堆叠的侧面的一部分。

通过这种布置,第二电池142b的第一电极层104的第二部分104b的暴露表面保持未被第二电绝缘体146b覆盖。第二电池142b的第二电极层108的第二部分108b的暴露表面也未被第一电绝缘体144b覆盖。以此方式,第一电极层104和第二电极层108的暴露部分在第二电池142b的相反侧上。这允许通过将导电材料布置在第二电池142b的相反侧上并且与第一电极层104和第二电极层108的暴露部分接触而将第一电极层104和第二电极层108连接到外部电路。因此,这减小第一电极层104和第二电极层108之间发生短路的风险。

图3e的第三电池142c是第二电池142b的镜像。以这种方式,图3c的第二凹槽128b可以填充有电绝缘材料136,该电绝缘材料136在被切割并且分成两个部分之后形成第二和第三电池142b,142c的第一电绝缘体144b,144c。第三电池142c可以类似于第二电池142b连接到外部电路。

类似于图3e的电池142的多个电池可以并联连接以形成多电池能量存储装置。例如,第一电连接器可以用于将多个第一电极层的每一个彼此连接,第二电连接器可以用于将多个第二电极层的每一个彼此连接。因此,第一电连接器和第二电连接器可以提供用于能量存储装置的端子的接触点。例如,第一电连接器和第二电连接器可以分别为能量存储装置的负极端子和正极端子提供接触点。负极端子和正极端子可以跨负载电连接以为负载供电,从而提供多电池能量存储装置。

图4a至图4f(统称为图4)是示出根据另外的示例的制造能量存储装置的方法的示意图。与图3a至3e的相应特征相似的图4的特征用增加100的相同的附图标记标记。应采用相应的描述。在图4a至4f的每一个中,相同的附图标记用于表示相同的元件。然而,为了清楚起见,在图4a至4f的每一个中并非所有元件都被标记。然而,由于可以将图4a至4f的处理顺序地应用于同一堆叠,因此可以存在在图4a至4f的一个中但未在图4a至4f的另一个中标记的元件。

在图4a中,在基底202上提供堆叠200。堆叠200包括第一电极层204、电解质层206和第二电极层208。但是,堆叠200在第二电极层208的顶部还包括另一系列的层。在该示例中,另一系列的层包括两个另一电解质层206',206”、另一第一电极层204'和另一第二电极层208'。第一另一电解质层206'将另一第一电极层204'与第二电极层208分开。第二另一电解质层206”将另一第二电极层208′与第一电极层204′分开。具有相同附图标记但附有撇号’或双撇号”的元件可以与没有该附接的相应元件相同。应采用相应的描述。

在图4b中,第一、第二和第三前体凹槽148a,148b,148c形成在堆叠200的第一侧。第一、第二和第三前体凹槽148a,148b,148c可以被统称为前体凹槽148。类似于图3,堆叠200的第一侧例如与堆叠200的第二侧相反,该第二侧接触基底202的表面226。前体凹槽是例如形成并随后经受进一步处理(例如加宽或用其他元件部分填充)以形成后续凹槽的凹槽。可以使用与用于形成图3的凹槽128的方法相同或相似的方法来形成前体凹槽。例如,可以使用激光烧蚀或诸如光刻的替代工艺来形成前体凹槽。

图4b的前体凹槽148形成为彼此具有基本相同的深度。这可以简化前体凹槽148的形成。然而,在其他示例中,一个或多个前体凹槽可以形成为具有与其他前体凹槽不同的深度。在图4c中,每个前体凹槽148形成为穿过另一第二电极层208'、第二另一电解质206”、另一第一电极层204'、第一另一电解质层206'、第二电极层208、电解质层206和第一电极层204。然而,在其他示例中,前体凹槽148可以形成为穿过与此不同的层。此外,在某些情况下,堆叠200可以包括与图4的堆叠200不同的层。例如,可以省略第二电极层208与另一第一电极层206'之间的第一另一电解质层206'。相反,不同的层(诸如绝缘层)可以将第二电极层208与另一第一电极层206'分开。

在诸如图4b的示例中,前体凹槽148的横截面可具有阶梯形状,其中前体凹槽的宽度朝向前体凹槽的口部(例如,在远离基底202的方向上)增加。如图4d所示,这允许露出或以其他方式暴露特定层,例如用于随后连接至导电材料。然而,图4b的前体凹槽148的形状仅是示例。在其他示例中,前体凹槽148可具有不同的形状和/或尺寸。例如,类似于图3a的凹槽128,一些或所有的前体凹槽148可替代地具有恒定的横截面。

图4c示出了在前体凹槽148中提供电绝缘材料236。可以如参考图3b所描述的那样提供电绝缘材料236。

在提供电绝缘材料236之后,可以提供类似于图3的凹槽128的凹槽228。这在图4d中示意性地示出,其示出了第一凹槽228a和第二凹槽228b的形成(但是应当理解,第三凹槽可以类似于第一凹槽228a的形成而形成)。

在图4d中,第一凹槽228a穿过第一前体凹槽148a中的电绝缘材料236形成。第二凹槽228b穿过第二前体凹槽148b中的电绝缘材料形成。尽管未在图4d中示出,但是应当理解,可以以与形成第一凹槽228a类似的方式穿过第三前体凹槽148c中的电绝缘材料236形成第三凹槽。

可以以与去除电绝缘材料136以形成图3的第一和第二凹槽128a,128b相似的方式去除电绝缘材料236以形成图4d的第一和第二凹槽228a,228b的。例如,第一凹槽228a和第二凹槽228b可以通过激光烧蚀电绝缘材料236的一部分或通过使用不同的技术来去除电绝缘材料236的一部分而形成。

可以通过首先去除第一前体凹槽148a的第一区域R1中的电绝缘材料236的第一部分来形成第一凹槽228a。在去除电绝缘材料236的第一部分之后,可以将电绝缘材料分离成第一电绝缘体244a,244b,其与电解质层206a,206b的第一和第二部分的表面以及第一电极层204a,204b的第一和第二部分的表面接触。这样,第一电绝缘体244a,244b使第一和第二电极层204、208彼此电绝缘。

随后,可以通过去除第一前体凹槽148a的第二区域R2中的电绝缘材料236的第二部分来加宽第一凹槽228a。第二区域R2例如在与基底202的表面226的平面平行的方向上比第一区域R1宽。

在图4d的示例中,第二区域R2足够宽,以使得第二区域R2中的电绝缘材料236的第二部分的去除会在第一凹槽228a内暴露第二电极层208的第一和第二部分208a,208b的表面。以此方式,第一凹槽228a的第一表面包括第二电极层208的第一暴露表面,在这种情况下,其是第二电极层208的第一部分208a的暴露表面。

这样,第一凹槽228a的加宽使得第二电绝缘体246a,246b分别在第一凹槽228a内与第一另一电解质层206的第一和第二部分206a',206b'的表面接触。第二电绝缘体246a,246b也分别在第一凹槽228a内接触另一第一电极层204的第一和第二部分204a'204b'的表面。第二电绝缘体246a,246b也在第一凹槽228a内分别保持与第二另一电解质层206”的第一和第二部分206a”,206b”的表面接触。这将另一第一电极层204'的第一和第二部分204a',204b'与第二电极层208的第一和第二部分208a,208b电绝缘。以此方式,另一第一电极层204的第一和第二部分204a',204b'的表面(例如与另一第一电极层204的面向第一凹槽228a的侧部或侧面相对应)与第一凹槽228a通过电绝缘材料236绝缘。类似地,另一第二电极层208的第一和第二部分208a',208b'的表面(例如与另一第一电极层204的面对第一凹槽228a的侧面或侧部相对应)与第一凹槽228a通过电绝缘材料236绝缘。另一第二电极层208的第一部分208a'的该表面可以被称为另一第二电极层208的第一暴露表面,因为其随后可以被暴露。

在去除电绝缘材料236的第二部分之后,在第一前体凹槽148a的第三区域R3中去除电绝缘材料236的第三部分。第三区域R3例如在与基底202的表面226的平面平行的方向上比第一和第二区域R1,R2宽。通过去除电绝缘材料236的第三部分,在第一凹槽228a内暴露另一第二电极层208'的第一和第二部分208a',208b'的表面。例如,这暴露了另一第二电极层208的第一暴露表面。这允许另一第二电极层208'例如通过沉积成与另一第二电极层208'的第一暴露表面接触的导电材料连接到外部电路。

从图4d中可以看出,在加宽第一凹槽228a之后,第一凹槽228a的第一部分(例如,在第一电极层204的第一和第二部分204a,204b之间)比第一凹槽228a的第二部分(例如在另一第一电极层204'的第一和第二部分204a',204b'之间)窄。第一凹槽228a的第一部分例如比第一凹槽228a的第二部分更靠近基底202。因此,第一凹槽228a的横截面可例如远离基底202(或朝向第一凹槽228a的口部)加宽。这可以促进堆叠200的进一步处理,例如沉积诸如导电材料的其他部件。然而,图4d的第一凹槽148的形状仅是示例。

可将与第一凹槽228a相似的处理应用于第二凹槽228b。然而,如图4d所示,在第二凹槽228b的第一次加宽期间去除的电绝缘材料236的第一部分可以大于在第一凹槽228a的第一次加宽期间去除的电绝缘材料236的第一部分。以此方式,可以通过去除电绝缘材料236的第一部分,在第二凹槽228b内形成第一电极层204的第二部分204b和第三部分204c的暴露表面。例如,第二凹槽228b的形成可包括穿过第二前体凹槽148b中的电绝缘材料236形成第二凹槽228b,以形成具有第二表面的第二凹槽228b,该第二表面包括第一电极层204的暴露表面(例如,第一电极层204的第二部分204b的暴露表面)。相反,在形成第二凹槽228b期间,第二电极层208的第二和第三部分208b,208c的面或侧部可以保持被电绝缘材料236覆盖或以其他方式绝缘。类似地,另一第一电极层204a'的第二和第三部分204a',204b'的面或侧部可以通过电绝缘材料236保持绝缘。以这种方式,被称为另一第一电极层204a'的暴露表面(诸如另一第一电极层204a'的第二部分204a'的表面)可以通过电绝缘材料236保持与第二凹槽228b绝缘。然而,第二凹槽228b的第二次加宽,例如通过去除电绝缘材料236的第二部分,可在第二凹槽228b内露出另一第一电极层204'的第二和第三部分204b',204c'的暴露表面。这样,第二凹槽228b的第二表面可以包括另一第一电极层204a'的暴露表面。另一第二电极层208的第二和第三部分208b’,208c’的面或侧部可以保持被电绝缘材料236覆盖或以其他方式绝缘。

可以以与穿过第一前体凹槽228a形成第一凹槽228a相似的方式,穿过第三前体凹槽228c形成第三凹槽。因此,在诸如图4的堆叠200的堆叠200中形成第一、第二和第三凹槽之后,第一凹槽228a的第一表面可以包括另一第二电极层208'的第一暴露表面以及第二电极层208的第一暴露表面。类似地,第二凹槽228b的第二表面可以包括另一第一电极层204'的暴露表面以及第一电极层204的暴露表面。第三凹槽的第三表面可以包括另一第二电极层208'的第二暴露表面以及第二电极层208的暴露表面。

在堆叠200中形成第一、第二和第三凹槽之后,可以如图4e所示切割堆叠200基底202的中间结构。图4e中的中间结构的切割类似于图3d中的切割。例如,可以沿着分别与第一凹槽228a和第二凹槽228b对准的第一轴线240a和第二轴线240b(统一由附图标记240表示)切割中间结构。中间结构也可以沿着与第三凹槽对准的第三轴线切割。

中间结构的切割形成图4f的三个电池242a-242c,统一用附图标记242表示。电池242可类似于图3e的电池142的连接而连接在一起以形成多电池能量存储装置。

上述示例应被理解为说明性示例。设想了进一步的例子。例如,可以使用与图4类似的方法来形成与图3e的电池142相似的电池,其中,在随后的电绝缘材料的选择性烧蚀之前,形成至少部分填充有电绝缘材料的前体凹槽。

为了便于说明,图3d和图4e示出了未经z形折叠过程的中间结构的切割。然而,应当理解,在某些情况下,类似于图3d和图4e的中间结构可以经过z形折叠过程以形成如参照图2所描述的z形折叠结构,然后随后进行切割以分离中间结构变成电池。在这种情况下,凹槽128、228中的电绝缘材料136、236可以以z形折叠布置对准。然后可以沿着与电绝缘材料136、236对准的轴线(例如,其与与凹槽128、228对准的轴线140、240相对应)切割中间结构。与没有形成这种z形折叠布置的示例相比,这可以通过减少切割操作的次数来进一步提高该方法的效率。

应当理解,关于任何一个示例描述的任何特征可以单独使用或与所描述的其它特征组合使用,并且还可以与任何其他示例或其他示例的任何组合的一个或多个特征组合使用。此外,在不脱离在所附权利要求的范围的情况下,也可以采用上面未描述的等同物和修改。

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