[发明专利]高功率、高能量且大面积的能量存储器件

说明书

技术领域

本发明大体涉及薄膜能量存储器件，且更特别地，涉及具有高功率和高能量的大面积能量存储器件。

背景技术

能量存储器件包括各种各样的器件，诸如电池、薄膜电池(TFBs)、电容、超电容(supercapacitor)和超级电容(ultracapacitor)。这些能量存储器件用在各种各样的应用中，包括微功率源(用于微传感器、智能卡、实时时钟等)和较大功率/能量源(用于移动电话、PDA、笔记本电脑、电动工具、运输、重工业、发电和输电、产生可再生能量的补偿能量存储等)。

尽管在工业和科学界都做出了大量努力，但是仍需要改进能量存储器件的以下属性：功率传送能力；能量存储容量；大面积可扩性(scalability)；和可制造性。因此，需要能够明显降低能量存储器件的制造成本和性能的理念和方法。

发明内容

大体上，本发明的实施例提供了容易制造的、高功率、高能量的大面积能量存储器件。本发明的方案包括但不限于使用与诸如大面积涂覆系统的大面积加工工具兼容的工艺。本发明的方案还包括但不限于使用与柔性薄膜基板兼容的线性加工系统。能量存储器件可包括电池、超电容和超级电容，上述器件的基本结构包括正电极、固态电解质和负电极，且也可包括负和/或正端集电极。本文描述的能量存储器件的实施例可包括具有高电荷容量(charge capacity)和高电压能力(voltage capability)的正电极材料，具有高电荷容量的负电极材料，和具有高电化学稳定性、高离子电导率和非常低的导电性的电解质。

根据本发明的一方面，一种制造能量存储器件的方法，其中能量存储器件包括集成在基板上的多个电池，所述多个电池串联电连接，所述方法包括：提供基板；在基板上沉积与薄膜能量存储器件相对应的层，所述层按照沉积顺序包括集电极、第一电极、电解质和第二电极；图案化集电极以形成多个集电极带；图案化第一电极以形成多个第一电极带，每个第一电极带都在多个集电极带中相对应一个的顶部上；和图案化第二电极以形成多个第二电极带，多个第二电极带中的每个都对应于多个第一电极带中的一个；其中多个电连接电池中的每一个都包括多个集电极带中的一个、多个第一电极带中相对应的一个、多个第二电极带中相对应的一个以及电解质的层的相对应部分。多个电池可被配置成电池的串联链，与多个电池中的一个相对应的集电极带电连接至与多个电池中的一个相邻的电池对应的第二电极带。

根据本发明的另一方面，制造能量存储器件的第二种方法，其中能量存储器件包括集成在基板上的多个电池，所述多个电池串联和并联电连接，所述方法包括：提供基板；在基板上沉积与薄膜能量存储器件相对应的层，所述层按照沉积顺序包括集电极、第一电极、电解质和第二电极；图案化集电极以形成多个集电极带；图案化第一电极以在多个集电极带上形成多个第一区域电极，所述多个第一区域电极形成为多个第一区域电极行，多个第一区域电极行中的每一个都对应于多个集电极带中不同的一个；和图案化第二电极以形成多个第二电极带，多个第二电极带中的每个都对应于多个第一电极带中不同的一个；其中多个电池中的每一个都包括多个第一区域电极中的一个，和集电极带、第二电极带和电解质层的相对应部分。

根据本发明的再一方面，一种能量存储器件包括形成在单个基板上的多个薄膜电池，所述多个电池串联电连接，多个电池中的每一个都包括：在基板表面上的集电极；在集电极上的第一电极；在第一电极上方的第二电极；和在第一电极和第二电极之间的电解质层。通过对应于多个电池中的第一个的集电极带与对应于多个电池中的第二个的第二电极带的电接触，多个电池中的第一个和多个电池中的第二个串联电连接，其中第一个电池与第二个电池在基板上相邻。

根据本发明的又一方面，第二种能量存储器件包括形成在单个基板上的多个薄膜电池，所述多个电池电连接成网络，所述网络包括多个电池中单个电池之间的并联和串联电连接，所述多个电池包括：在基板表面上的多个集电极带，所述多个集电极带相互平行；在多个集电极带上的多个第一电池电极，所述多个第一电池电极对应于所述多个电池；在多个第一电池电极上方的多个第二电极带，所述多个第二电极带与多个集电极带平行；和在多个第一电池电极和多个第二电极带之间的电解质层。所述多个集电极带可提供多个电池的并联电连接。所述多个电池可包括电池行，所述电池行可彼此串联电连接。

附图说明

在结合附图查阅了本发明具体实施例的以下描述后，本发明的这些以及其他方面和特征对于本领域技术人员将显而易见，附图中：