[发明专利]具有界面层的高性能薄膜电池

说明书

提供了一种全固态锂基薄膜电池。全固态锂基薄膜电池包括电池材料堆，该电池材料堆从下至上包括阳极侧电极、阳极区域、氧化铝界面层、固态电解质层、阴极层、以及阴极侧电极层。通过首先形成电池堆的阳极侧，然后形成阴极侧，来形成全固态锂基薄膜电池堆。包括位于阳极区域和固态电解质层之间的氧化铝界面层的全固态锂基薄膜电池均具有改善的性能、高容量和高可靠性。

技术领域

本申请涉及全固态薄膜电池及其形成方法。更具体地，本申请涉及具有增强性能的全固态锂基薄膜电池，以及形成这种电池的方法。

背景技术

近年来，对便携式电子设备的需求增加，例如，计算机、移动电话、跟踪系统、扫描仪、医疗设备、智能手表和健身设备。便携式电子设备的一个缺点是需要在设备本身内包括电源。通常，电池被用作这种便携式电子设备的电源。电池必须具有足够的容量以至少在使用便携式电子设备的时间内为便携式电子设备供电。足够的电池容量可能会导致电源与便携式电子设备的其余部分相比过重和/或过大。因此，需要具有足够能量存储的更小尺寸和更轻的电源。可以在更小和更轻的便携式电子设备中实现这样的电源。

常规电池的另一个缺点是某些电池包含潜在易燃和有毒的材料，这些材料可能泄漏并且可能受到政府法规的约束。因此，期望提供一种在许多充电/放电寿命周期内安全、固态且可再充电的电源。

固态锂基电池是一种类型的能量存储装置，其体积小，重量轻，包含无毒材料并且可以在许多充电/放电循环中进行再充电。固态锂基电池是可再充电电池，其包括两个锂实施的电极。通常，锂基电池包括锂化的阴极材料层和包括锂的阳极区域。在一些实施例中，可以在充电/再充电过程中形成阳极区域。

在传统的固态锂基电池中，在形成阳极侧之前先形成电池的阴极侧。在这种固态的基于锂的电池中，含锂的阳极区域可能经历氧化。此外，在某些情况下，常规固态锂基电池的阳极区域具有不均匀的锂分布。而且，常规的固态锂基薄膜电池不能快速充电并且容量低。因此，需要提供一种具有快速充电速率和高容量并且至少在某种程度上避免了阳极氧化和锂分布问题的全固态锂基薄膜电池。

发明内容

提供了一种全固态锂基薄膜电池(以下称为“全固态锂基电池”)。在本申请中通篇使用“薄膜电池”来表示厚度为100μm及以下的电池。术语“全固态”表示完全由固态材料组成的电池。全固态锂基电池包括电池材料堆，该电池材料堆从下至上包括阳极侧电极、阳极区域、氧化铝界面层、固态电解质层、阴极层和阴极侧电极层。通过首先形成电池堆的阳极侧，然后形成阴极侧，来形成全固态锂基电池堆。包括位于阳极区域和固态电解质层之间的氧化铝界面层的全固态锂基电池具有改善的性能、高容量和高可靠性。在一些实施例中，全固态锂基电池具有快速充电速率C，其中C是总充电容量/小时。“快速充电速率C”是指3C或更高的充电速率。在一些实施例中，全固态锂基电池具有大于50mAh/g的比充电容量。

在本申请的一方面，提供了全固态锂基电池。在一个实施例中，全固态锂基电池可包括位于衬底的物理暴露表面上的阳极侧电极。氧化铝界面层位于阳极侧电极上。锂基固态电解质层位于氧化铝界面层的物理暴露的表面上。锂化的阴极材料层位于锂基固态电解质层的物理暴露表面上，而阴极侧电极位于锂化的固体电解质层的物理暴露表面上。