[发明专利]电化学能量源以及提供有该电化学能量源的电子设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种改进的电化学能量源。本发明还涉及一种提供有该 电化学能量源的电子设备。

背景技术

基于固态电解质的电化学能量源是本领域公知的。这些(平面的) 能量源或者“固态电池”，将化学能有效地转化为电能，且可以用作便携 式电子设备的功率源。这种小尺寸的电池可用于供给电能，例如为微电 子模块供给电能，更具体的，为集成电路(IC)供给电能。国际专利申 请WO00/25378中公开了其一种示例，其中固态薄膜微型电池直接形成 在特定基板上。在制造过程中，第一电极、中间固态电解质和第二电极 依次沉积在基板上以形成堆。基板可能是平的或弯曲的，以实现二维或 三维的电池堆。已知电池的主要缺陷是体积能量密度，因而已知电池的 性能相对不良。

本发明的目的是提供相对有效的电化学能量源。

发明内容

本发明的目的可通过提供根据前序的电化学能量源来获得，该电化 学能量源包括：沉积在基板上的至少一个电池，每个电池包括：第一电 极、沉积在第一电极上的固态电解质和沉积在固态电解质上的第二电极； 其中至少固态电解质的面对第二电极的表面至少部分地被图案化。通过 此方式，和传统的相对平滑的电解质接触表面相比，显著地增加了电解 质和第二电极之间的有效接触表面积，从而成比例地提高根据本发明的 电化学能量源的倍率性能(rate capability)。可通过各种方法实现电解质 的面对第二电极的(上)表面的图案化(并且在沉积第二电极之前)，这 些方法包括选择性湿化学刻蚀、物理刻蚀(反应离子刻蚀)、机械压印 (mechanical imprinting)以及化学机械抛光(CMP)。图案化电解质后， 将第二电极沉积在图案化电解质顶部上。第一电极通常包括阴极，第二 电极通常包括阳极(或者反之亦然)。每个电极通常还包括集电器。通过 集电器，电池易于与电子设备连接。优选地，集电器由至少一种以下材 料制成：Al、Ni、Pt、Au、Ag、Cu、Ta、Ti、TaN和TiN。也可使用其 它类型的集电器，例如优选掺杂的诸如Si、GaAs、InP的半导体材料。

增加电解质间接触表面积的电解质图案可以通过各种方法来成形。 优选地，电解质的图案化表面提供有多个凹部(cavity)，具体的是柱体、 沟槽、缝隙或孔，这些具体的凹部可通过相对精确的方式被应用。通过 此方式，也可相对精确地预定电化学能量源性能的提高。本文中应注意， 已发现对于增加有效表面积而言，图案化电解质通常比仅仅图案化电极 其中之一更有效和更有益。当只有第一电极被图案化时，预期只有液态 电解质(因而不是固态电解质)可以被有效地应用。

固态电解质的面对第一电极的表面基本上是平的。然而，可以想象， 第一电极被图案化，电解质沉积在图案化的第一电极的顶部上。此沉积 步骤之后，在沉积第二电极之前，电解质将(进一步)被图案化。因此， 为了进一步提高电化学源的倍率性能，将第一电极的面对电解质的表面 图案化(在沉积电解质前)是有利的。第一电极的图案化表面优选提供 有多个凹部，具体的是柱体、沟槽、缝隙或孔。