本發(fā)明涉及一種硅二次電池，尤其涉及一種具有固體電解質(zhì)的固體狀硅二次電池。

背景技術(shù)：

二次電池有時(shí)作為將化學(xué)能源變?yōu)殡娔茉磸亩蛲獠侩娐饭┙o電源，也可以作為放電時(shí)接收外部電源的供給，將電能源換為化學(xué)能源來(lái)儲(chǔ)存電的電池，一般稱(chēng)之為二次電池。

這種二次電池有鉛蓄電池、鎳-鎘二次電池、鋰電池等。鉛蓄電池雖然電壓高但體積大且重量重從而用于機(jī)動(dòng)車(chē)，鎳-鎘二次電池替用干電池使用，鋰電池特別輕因此用于數(shù)碼相機(jī)、手機(jī)等電源。隨著最近急劇增加的類(lèi)似智能手機(jī)和平板PC這種個(gè)人攜帶終端裝置的普及，實(shí)際上，所述二次電池中鋰電池的使用最為廣泛。

但是，作為鋰電池的主要材料鋰的價(jià)格相當(dāng)高，壽命將盡的鋰電池在廢棄時(shí)，在廢棄場(chǎng)所會(huì)流出鋰，從而伴隨著產(chǎn)生環(huán)境污染的問(wèn)題。

因此，實(shí)際上，最需要的是開(kāi)發(fā)可以代替鋰電池的高輸出二次電池。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

(要解決的問(wèn)題)

本發(fā)明的第1目的在于，提供一種可以代替鋰電池的高輸出以及高效率的硅二次電池。

本發(fā)明的第2目的在于，提供一種硅二次電池，其將陽(yáng)極或陰極物質(zhì)多次疊層壓縮而制造陽(yáng)極或陰極活性物質(zhì)，從而可以增加陽(yáng)極或陰極活性物質(zhì)的密度，增加電流密度和容量。

本發(fā)明的第3目的在于，提供一種硅二次電池，將網(wǎng)狀板內(nèi)置于陽(yáng)極活性物質(zhì)和陰極活性物質(zhì)的內(nèi)部，可以有效地移動(dòng)電子。

本發(fā)明的第4目的在于，提供一種硅二次電池組件，在二次電池串聯(lián)連接時(shí)，連接的硅二次電池的電極為共用化，減少硅二次電池組件的厚度，并且可以增大輸出電壓。

本發(fā)明的第5目的在于，提供一種硅二次電池，與PCB或芯片形成一體而供給電源，發(fā)揮瞬間放電的后備電源的作用的。

(解決問(wèn)題的手段)

所述目的根據(jù)本發(fā)明，一種基于使用硅離子從而執(zhí)行充電和放電的硅二次電池，其特征在于，包括：第1硅多層薄膜部，將由第1硅化合物構(gòu)成的多個(gè)硅陽(yáng)極化薄膜層疊層，所述第1硅化合物為，用于在充電時(shí)產(chǎn)生硅陽(yáng)離子，放電時(shí)產(chǎn)生硅陰離子；第2硅多層薄膜部，將由第2硅化合物構(gòu)成的多個(gè)硅陰極化薄膜層疊層，所述第2硅化合物為，用于在充電時(shí)產(chǎn)生硅陰離子，放電時(shí)產(chǎn)生硅陽(yáng)離子；及電解質(zhì)部，位于所述第1硅多層薄膜部和所述第2硅多層薄膜部之間，用于在充電和放電時(shí)，將硅離子傳達(dá)到第1硅多層薄膜部和第2硅多層薄膜部之間；使用包括所述硅陽(yáng)離子和所述硅陰離子的硅離子從而執(zhí)行充電和放電。

并且，所述第1硅化合物及/或第2硅化合物包含彈性碳素。

并且，所述第1硅化合物及/或第2硅化合物還包含導(dǎo)電性碳素。

此處，所述彈性碳素可以為富勒烯(fullerene)。

并且，所述第1硅化合物及/或第2硅化合物包含非活性物質(zhì)粒子。

并且，所述第1硅化合物及/或第2硅化合物還包含導(dǎo)電性碳素或?qū)щ娦愿叻肿印?/p>

并且，所述硅陽(yáng)極化薄膜層及/或硅陰極化薄膜層為網(wǎng)狀(mesh)。

并且，所述第1硅多層薄膜部及/或第2硅多層薄膜部包括：中間層，由金屬或碳素同素異形體構(gòu)成。

并且，所述中間層比第1硅多層薄膜部和第2硅多層薄膜部的厚度薄。

并且，所述金屬為鋁、金、銀中選擇其中的任意一種或2種以上的合金。

并且，所述碳素同素異形體為石墨烯(graphene)、碳納米管(carbon nano tube)、富勒烯(fullerene)中選擇的任意一種。

并且，在所述硅陽(yáng)極化薄膜層及/或硅陰極化薄膜層在薄膜層表面中的任意一面或兩面形成凹陷。

并且，一種基于使用硅離子從而執(zhí)行充電和放電的硅二次電池，其特征在于，包括：陽(yáng)極活性物質(zhì)層，充電時(shí)產(chǎn)生硅陽(yáng)離子，放電時(shí)產(chǎn)生硅陰離子；陰極活性物質(zhì)層，充電時(shí)產(chǎn)生硅陰離子，放電時(shí)產(chǎn)生硅陽(yáng)離子；固體電解質(zhì)層，位于所述陽(yáng)極活性物質(zhì)層和陰極活性物質(zhì)層之間，用于在充電和放電時(shí)，將硅離子傳達(dá)到陽(yáng)極活性物質(zhì)層和陰極活性物質(zhì)層之間；所述陽(yáng)極活性物質(zhì)層及/或陰極活性物質(zhì)層包含彈性碳素。

并且，所述陽(yáng)極活性物質(zhì)層及/或陰極活性物質(zhì)層還包含導(dǎo)電性碳素。

并且，所述彈性碳素可以為富勒烯(fullerene)。

并且，一種基于使用硅離子從而執(zhí)行充電和放電的硅二次電池，其特征在于，包括：陽(yáng)極活性物質(zhì)層，充電時(shí)產(chǎn)生硅陽(yáng)離子，放電時(shí)產(chǎn)生硅陰離子；陰極活性物質(zhì)層，充電時(shí)產(chǎn)生硅陰離子，放電時(shí)產(chǎn)生硅陽(yáng)離子；固體電解質(zhì)層，位于所述陽(yáng)極活性物質(zhì)層和陰極活性物質(zhì)層之間，用于在充電和放電時(shí)，將硅離子傳達(dá)到陽(yáng)極活性物質(zhì)層和陰極活性物質(zhì)層之間；所述陽(yáng)極活性物質(zhì)層及/或陰極活性物質(zhì)層包含非活性物質(zhì)粒子。

并且，所述陽(yáng)極活性物質(zhì)層及/或陰極活性物質(zhì)層還包含導(dǎo)電性碳素還包含導(dǎo)電性碳素或?qū)щ娦愿叻肿印?/p>

并且，一種基于使用硅離子從而執(zhí)行充電和放電的硅二次電池，其特征在于，包括：陽(yáng)極活性物質(zhì)層，充電時(shí)產(chǎn)生硅陽(yáng)離子，放電時(shí)產(chǎn)生硅陰離子；陰極活性物質(zhì)層，充電時(shí)產(chǎn)生硅陰離子，放電時(shí)產(chǎn)生硅陽(yáng)離子；固體電解質(zhì)層，位于所述陽(yáng)極活性物質(zhì)層和陰極活性物質(zhì)層之間，用于在充電和放電時(shí)，將硅離子傳達(dá)到陽(yáng)極活性物質(zhì)層和陰極活性物質(zhì)層之間；所述陽(yáng)極活性物質(zhì)層及/或陰極活性物質(zhì)層為網(wǎng)狀(mesh)。

并且，一種基于使用硅離子從而執(zhí)行充電和放電的硅二次電池，其特征在于，包括：陽(yáng)極活性物質(zhì)層，充電時(shí)產(chǎn)生硅陽(yáng)離子，放電時(shí)產(chǎn)生硅陰離子；陰極活性物質(zhì)層，充電時(shí)產(chǎn)生硅陰離子，放電時(shí)產(chǎn)生硅陽(yáng)離子；固體電解質(zhì)層，位于所述陽(yáng)極活性物質(zhì)層和陰極活性物質(zhì)層之間，用于在充電和放電時(shí)，將硅離子傳達(dá)到陽(yáng)極活性物質(zhì)層和陰極活性物質(zhì)層之間；所述陽(yáng)極活性物質(zhì)層及/或陰極活性物質(zhì)層的結(jié)構(gòu)為，在活性物質(zhì)層的表面中任意一面或兩面形成凹陷。

并且，一種基于使用硅離子從而執(zhí)行充電和放電的硅二次電池，其特征在于，包括：陽(yáng)極活性物質(zhì)層，充電時(shí)產(chǎn)生硅陽(yáng)離子，放電時(shí)產(chǎn)生硅陰離子；陰極活性物質(zhì)層，充電時(shí)產(chǎn)生硅陰離子，放電時(shí)產(chǎn)生硅陽(yáng)離子；固體電解質(zhì)層，位于所述陽(yáng)極活性物質(zhì)層和陰極活性物質(zhì)層之間，用于在充電和放電時(shí)，將硅離子傳達(dá)到陽(yáng)極活性物質(zhì)層和陰極活性物質(zhì)層之間；所述陽(yáng)極活性物質(zhì)及/或陰極活性物質(zhì)的內(nèi)部包括網(wǎng)狀板(mesh plate)。

(發(fā)明的效果)

由此，本發(fā)明具有如下效果：

第一，用硅代替二次電池的鋰，以至具有制造費(fèi)用減少以及廢棄二次電池時(shí)環(huán)境污染最小化的效果。

第二，將陽(yáng)極或陰極物質(zhì)多次疊層壓縮從而制造陽(yáng)極或陰極活性物質(zhì)，以至具有使陽(yáng)極或陰極活性物質(zhì)的密度增加，從而增加電子密度和容量的效果。

第三，使陽(yáng)極活性物質(zhì)和陰極活性物質(zhì)的內(nèi)部?jī)?nèi)置有網(wǎng)狀板，以至具有可以有效地移動(dòng)電子的效果。

第四，硅二次電池串聯(lián)連接時(shí)，連接的硅二次電池的電極為共用化，以至具有可以使硅二次電池組件的厚度減小，并且增大輸出電壓的效果。

第五，與PCB或芯片形成一體而供給電源，以至具有發(fā)揮瞬間放電的備用電源的作用的效果。

附圖說(shuō)明

圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的硅二次電池的結(jié)構(gòu)。

圖2是示出根據(jù)本發(fā)明第1實(shí)施例的硅二次電池的結(jié)構(gòu)。

圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的第2實(shí)施例的硅二次電池的結(jié)構(gòu)。

圖4是示出包括在根據(jù)本發(fā)明第3實(shí)施例的硅二次電池的活性物質(zhì)的網(wǎng)狀板的一個(gè)實(shí)施例。

圖5是示出根據(jù)本發(fā)明第4實(shí)施例硅二次電池單元的結(jié)構(gòu)。

圖6是示出應(yīng)用于根據(jù)本發(fā)明第4實(shí)施例硅二次電池單元的電動(dòng)車(chē)電池模塊的一個(gè)實(shí)施例。

圖7是示出根據(jù)本發(fā)明第6實(shí)施例的微型電池的一個(gè)實(shí)施例。

具體實(shí)施方式

本說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求范圍中使用的用語(yǔ)或單詞不能為公知的或限定于詞典的意思來(lái)進(jìn)行解釋?zhuān)l(fā)明人為了用最佳的方法來(lái)說(shuō)明自己的發(fā)明，遵守適當(dāng)定義用語(yǔ)概念的規(guī)則，只對(duì)符合本發(fā)明技術(shù)思想的意義和概念進(jìn)行解釋。

因此，本說(shuō)明書(shū)中記載的實(shí)施例和圖中圖示的結(jié)構(gòu)不過(guò)是本發(fā)明的一個(gè)最優(yōu)選實(shí)施例，不全代表本發(fā)明的技術(shù)思想，基于本申請(qǐng)的觀點(diǎn)，應(yīng)該理解為可以是代替其的多種均等物和變形例。并且，基于本發(fā)明的說(shuō)明，若相關(guān)的公知技術(shù)等能使本發(fā)明的要旨變得模糊，其相關(guān)的詳細(xì)說(shuō)明將被省略。

以下，參照附圖對(duì)根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的硅二次電池及其制造方法進(jìn)行說(shuō)明。

根據(jù)本發(fā)明的硅二次電池涉及一種利用硅離子而執(zhí)行充電和放電的二次電池，如圖1所示，包括：陽(yáng)極活性物質(zhì)層20，充電時(shí)產(chǎn)生硅陽(yáng)離子，放電時(shí)產(chǎn)生硅陰離子，陰極活性物質(zhì)層40，充電時(shí)產(chǎn)生硅陰離子，放電時(shí)產(chǎn)生硅陽(yáng)離子，及固體電解質(zhì)層10，位于所述陽(yáng)極活性物質(zhì)層20和陰極活性物質(zhì)層40之間，并且在充電和放電時(shí)，將硅離子傳達(dá)到陽(yáng)極活性物質(zhì)層20和陰極活性物質(zhì)層40之間。

并且，如果根據(jù)圖1，可得知，所述陽(yáng)極活性物質(zhì)層20上結(jié)合有陽(yáng)極集電體30，所述陰極活性物質(zhì)層40上結(jié)合有陰極集電體50。

圖1中，陽(yáng)極集電體30以具有規(guī)定厚度的金屬板存在，在其一側(cè)面涂有陽(yáng)極活性物質(zhì)層20。陽(yáng)極活性物質(zhì)層20雖然可以配置為硅碳化物(SiC)，但不是必須要局限于此。如舉例說(shuō)明，可以在硅碳化物(SiC)少量添加鍺(ge)進(jìn)行使用。其通過(guò)混雜變?yōu)榭赡埽梢蕴砑釉刂芷诼杀碇?，與碳(C)元素相同族的元素從而作為陽(yáng)極活性物質(zhì)來(lái)使用。

陰極集電體50配置有具有規(guī)定厚度的金屬板，其一側(cè)面上涂有陰極活性物質(zhì)層40。陰極活性物質(zhì)層40雖然可以以氮化硅(Si₃N₄)存在，但不是必須要局限于此。在所述陰極活性物質(zhì)層40或氮化硅(Si₃N₄)上，可以少量添加元素周期律表中，與氮(N)元素相同族的元素從而作為陰極活性物質(zhì)來(lái)使用。

若對(duì)所述的摻雜再次進(jìn)行說(shuō)明，在離子化過(guò)程中，由于電子的移動(dòng)而產(chǎn)生了電位差，電極具有了產(chǎn)生電壓的作用。硅作為具有+4化合價(jià)的元素具有陽(yáng)極性，在陽(yáng)極性中，為了能夠使電子能夠輕松地脫離和被接收，使用摻雜N和C的硅電極。但是，硅碳化物和氮化硅作為六方晶結(jié)晶質(zhì)的物質(zhì)，結(jié)晶上的電子容易在結(jié)晶表面產(chǎn)生移動(dòng)，特別是，根據(jù)結(jié)晶的方向性，電子的脫離現(xiàn)象可能發(fā)生變化。硅碳化物和氮化硅的原料中添加鋁(Al)、鐵(Fe)、鎂(Mg)、鋅(Zn)、錳(Mn)等的過(guò)渡金屬，變更結(jié)晶的方向性從而可以容易地調(diào)節(jié)電子的脫離和接收。同硅相比，可以通過(guò)添加離子直徑大的4周期5周期的過(guò)渡金屬賦予方向性于結(jié)晶，從而可以調(diào)節(jié)電子移動(dòng)度。組合與硅直徑類(lèi)似的3周期元素鋁(Al)、磷(P)、硫(S)、鎂(Mg)、鈉(Na)等的元素從而添加時(shí)，將結(jié)晶上的模樣變化最小化，可以調(diào)節(jié)電子的脫離度。

另外，固體電解質(zhì)層10作為處于固定狀態(tài)的非水電解質(zhì)，可以以通過(guò)聚合物的離子交換樹(shù)脂和通過(guò)金屬氧化物等的離子交換無(wú)機(jī)化合物等的形式而配置。作為離子交換樹(shù)脂的聚合物的置換基只要是陽(yáng)離子性磺酸基(-SO3H)、羧基(-COOH)、陰離子性4級(jí)銨基(-N(CH3)2C2H4OH)、置換氨基(-NH(CH3)2)等中的任意一種，都可以使用。。但是，具有磺酸基(-SO₃H)的PAMPS(聚2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸)順暢地將電子(e-)移動(dòng)方面上，可以適當(dāng)?shù)夭捎谩?/p>

在所述的固態(tài)電解質(zhì)層10上，添加聚合物到電解質(zhì)從而賦予類(lèi)似于凝膠形態(tài)的固定性，能提高電池的使用性。但是，聚合物是由單一結(jié)合構(gòu)成的鏈或由雙重結(jié)合構(gòu)成的鏈構(gòu)成，若鏈內(nèi)只共享電子，電子密度非常低，比只用液態(tài)電解質(zhì)時(shí)電子移動(dòng)度要小。這種聚合物在較快的時(shí)間內(nèi)大量輸送電子和離子，再提高電解質(zhì)液體的固定性，從而需要提高安全和穩(wěn)定性。用于液態(tài)固定的聚合物為了高粘度需要高分子量的材料，具有越接近高分子量聚合物的導(dǎo)電性越低的傾向，將具有高導(dǎo)電性的低分子量的低聚合度的聚合物和用于高粘度的高聚合度的聚合物2種以上混合，可以彌補(bǔ)離子移動(dòng)度和電子移動(dòng)度。

如上所示，涂有陽(yáng)極活性物質(zhì)層20和陰極活性物質(zhì)層40的陽(yáng)極集電體30和陰極集電體50，與固體電解質(zhì)層10結(jié)合從而形成硅二次電池。此時(shí)，所述陽(yáng)極活性物質(zhì)層20和陰極活性物質(zhì)層40結(jié)合，以連接在固體電解質(zhì)層10的兩面。

如上所述構(gòu)成的硅二次電池，通過(guò)電子的移動(dòng)充放電，從而發(fā)揮電池的性能。

所述的硅二次電池如果向陽(yáng)極集電體30施加電流，電子向陰極集電體50移動(dòng)。移動(dòng)的電子在第一步驟，通過(guò)偶極子形成于固體電解質(zhì)層10內(nèi)部的電場(chǎng)與電壓平行狀態(tài)比較時(shí)，儲(chǔ)存有過(guò)量的電子，其充電速度非常快。通過(guò)電磁力充電的電子向固體電解質(zhì)層10的陰極活性物質(zhì)層40方向的界面移動(dòng)，填充存在于陰極活性物質(zhì)層40表面的硅空穴而依次移動(dòng)，此過(guò)程中，與存在于陰極活性物質(zhì)層40的硅碳化物分子進(jìn)行物理結(jié)合。進(jìn)行一定時(shí)間的物理結(jié)合，如果陰極活性物質(zhì)層40為電子飽和，電子維持物理結(jié)合的同時(shí)，最終，通過(guò)施加在陽(yáng)極集電體30的電流傳達(dá)的電子與陰極活性物質(zhì)層40的硅碳化物生成化學(xué)結(jié)合，從而在電池內(nèi)部完成化學(xué)充電。因此，硅二次電池同時(shí)保留高速充電特性和化學(xué)的穩(wěn)定充電特性。

在本發(fā)明中，所述陽(yáng)極活性物質(zhì)層20及/或陰極活性物質(zhì)層40為了防止根據(jù)硅二次電池的充放電的反復(fù)而引起活性物質(zhì)層的體積膨大導(dǎo)致充放電特性低下，可以包含彈性碳素。所述陽(yáng)極活性物質(zhì)層20及/或陰極活性物質(zhì)層40包含彈性碳素，即使隨著充放電的反復(fù)使得硅粒子膨大，但根據(jù)膨大的程度可以看到基于彈性碳素的體積抵消而產(chǎn)生的效果，從而可以整體上抑制活性物質(zhì)層體積膨大化。

但是，如果所述陽(yáng)極活性物質(zhì)層20及/或陰極活性物質(zhì)層40包含彈性碳素，由于硅粒子和彈性碳素之間的間隙，引起粒子移動(dòng)性或電子導(dǎo)電性多少有所下降，為了改善這種現(xiàn)象，優(yōu)選為，還包含導(dǎo)電性碳素或者依靠所述彈性碳素具有彈性的同時(shí)，使用粒子移動(dòng)性或電子導(dǎo)電性特別高的富勒烯(fullerene)。

作為另外一例，在本發(fā)明中，所述陽(yáng)極活性物質(zhì)層20及/或陰極活性物質(zhì)層40為了防止根據(jù)硅二次電池的充放電的反復(fù)而引起活性物質(zhì)層的體積變膨大導(dǎo)致充·放電特性的低下，可以包含與活性物質(zhì)層的體積膨大化反應(yīng)無(wú)關(guān)的非活性物質(zhì)粒子。所述非活性物質(zhì)粒子為，從由Mo、Cu、Fe、Co、Ca、Cr、Mg、Mn、Nb、Ni、Ta、Ti、及V構(gòu)成的群體中，選擇其中任意兩種或兩種以上的金屬粒子。

但是，如上所述，如果所述陽(yáng)極活性物質(zhì)層20及/或陰極活性物質(zhì)層40包含非活性物質(zhì)粒子，硅二次電池的電容量多少有所減少，優(yōu)選為，還包括導(dǎo)電性碳素或?qū)щ娦愿叻肿印?/p>

在本發(fā)明中，優(yōu)選為，如果所述陽(yáng)極活性物質(zhì)層20及/或陰極活性物質(zhì)層40是可以形成層的形狀，可以為任何形狀，為了使根據(jù)硅二次電池的充放電的反復(fù)引起活性物質(zhì)層的膨脹收縮導(dǎo)致的活性物質(zhì)層破損的危險(xiǎn)最小化，可為網(wǎng)狀(mesh)。

在本發(fā)明中，所述陽(yáng)極活性物質(zhì)層20及/或陰極活性物質(zhì)層40在表面的形狀上并不受到特別地限制，為了將與固體電解質(zhì)層10及/或陽(yáng)極·陰極集電體30、50的界面接觸面積擴(kuò)張、減少界面阻力，優(yōu)選為，在活性物質(zhì)層的表面中任意一面或兩面形成凹陷。

本發(fā)明中，優(yōu)選為，所述固體電解質(zhì)層10為了使固體電解質(zhì)層和陽(yáng)極活性物質(zhì)層之間的界面阻力減小從而增加電池容量，在固體電解質(zhì)層和陽(yáng)極活性物質(zhì)層之間，形成包含陽(yáng)極活性物質(zhì)層成分和固體電解質(zhì)成分的第1中間層(未圖示)。

所述第1中間層構(gòu)成成分的含量比率不受特別限制，但為了能再增加硅二次電池的電容量，優(yōu)選為，其陽(yáng)極活性物質(zhì)層成分的含量比固體電解質(zhì)成分的含量多，所述第1中間層的厚度也不受特別限制，但為了能再增加硅二次電池的電容量，優(yōu)選為，其比所述固體電解質(zhì)層及/或陽(yáng)極活性物質(zhì)層的厚度薄。

并且，所述第1中間層為了能再減少鄰接層的界面阻力，優(yōu)選為，在任意一面或兩面的表面形成凸起。

作為另外一個(gè)實(shí)施例，本發(fā)明中所述固體電解質(zhì)層10為了減少固體電解質(zhì)層和陰極活性物質(zhì)層之間的界面阻力從而增加電容量，可以?xún)?yōu)選為，在固體電解質(zhì)層和陰極活性物質(zhì)層之間形成有包含陰極活性物質(zhì)層成分和固體電解質(zhì)成分的第2中間層(未圖示)。

所述第2中間層的構(gòu)成成分的含量比率不受特別限制，但為了能再增加硅二次電池的電容量，優(yōu)選為，其陰極活性物質(zhì)層成分的含量比固體電解質(zhì)成分的含量多，所述第2中間層的厚度也不受特別限制，但為了能再增加硅二次電池的電容量，優(yōu)選為，其比所述固體電解質(zhì)層及/或陰極活性物質(zhì)層的厚度薄。

并且，所述第2中間層為了再減少與鄰接層的界面阻力，可以?xún)?yōu)選為，在任意一面或兩面的表面形成凸起。

另外，優(yōu)選為，所述固體電解質(zhì)層10為了進(jìn)一步加強(qiáng)機(jī)械的強(qiáng)度提高加工性，包括聚偏二氟乙烯(polyvinylidene fluoride)和聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene)中任意一種以上，這種情況，多少有所減少電子導(dǎo)電性，所以?xún)?yōu)選為還包含導(dǎo)電性聚合物。

本發(fā)明中，所述陽(yáng)極集電體30和陰極集電體50分別結(jié)合于陽(yáng)極活性物質(zhì)層和陰極活性物質(zhì)層從而集電電荷，相關(guān)材料可以使用不銹鋼、鎳等物質(zhì)。

優(yōu)選為，所述陽(yáng)極集電體及/或陰極集電體在形狀上不受特別的限制，增加集電體和活性物質(zhì)層之間的界面接觸面積從而降低界面阻力，壓縮時(shí)，為了提高界面黏合力，為多孔網(wǎng)狀或泡沫狀。所述多孔網(wǎng)狀可以是二維的平面多孔網(wǎng)狀，也可以是三維的網(wǎng)狀多孔網(wǎng)狀。

并且，所述陽(yáng)極集電體及/或陰極集電體為多孔網(wǎng)狀或泡沫狀時(shí)，在所述陽(yáng)極集電體及/或陰極集電體的表面涂有金、銀和導(dǎo)電性聚合物中的任意一種，具有可以再提高集電體的電子和離子導(dǎo)電性從而進(jìn)一步減少界面阻力的優(yōu)點(diǎn)。特別是，涂所述導(dǎo)電性聚合物時(shí)，導(dǎo)電性聚合物發(fā)揮導(dǎo)電材質(zhì)作用的同時(shí)發(fā)揮結(jié)合劑的作用，可以進(jìn)一步提高界面黏接力。如果所述導(dǎo)電性聚合物是具有導(dǎo)電性的聚合物，任何種類(lèi)都可以，在集電體的導(dǎo)電性和提高界面黏接力上，優(yōu)選為，使用從聚吡咯(polypyrrole)、聚苯胺(PANI)、聚噻吩(polythiophene)和聚乙炔(polyacetylene)構(gòu)成的群中，選擇其中的任意一種。

<第1實(shí)施例>

以下，參照?qǐng)D2對(duì)根據(jù)本發(fā)明第1實(shí)施例的硅二次電池進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

根據(jù)本發(fā)明第1實(shí)施例的硅二次電池，其特征在于，包括：第1硅多層薄膜部200，將由第1硅化合物構(gòu)成的多個(gè)硅陽(yáng)極化薄膜層210疊層，所述第1硅化合物，用于在充電時(shí)產(chǎn)生硅陽(yáng)離子，放電時(shí)產(chǎn)生硅陰離子；集電體300，與第1硅多層薄膜部200結(jié)合；第2硅多層薄膜部400，將由第2硅化合物構(gòu)成的多個(gè)硅陰極化薄膜層410疊層，所述第2硅化合物，用于在充電時(shí)產(chǎn)生硅陰離子，放電時(shí)產(chǎn)生硅陽(yáng)離子；集電體500，與第2硅多層薄膜部400結(jié)合；及固體電解質(zhì)層100，位于所述第1硅多層薄膜部200和所述第2硅多層薄膜部400之間，用于在充電和放電時(shí)，將硅離子傳達(dá)到第1硅多層薄膜部200和第2硅多層薄膜部400之間。

第1硅多層薄膜部200為，硅陽(yáng)極化薄膜層210的多層壓縮形成，硅陽(yáng)極化薄膜層210壓縮與接合物質(zhì)混合的第1硅化合物而形成。并且，也可以壓縮通過(guò)接合物質(zhì)涂層的第1硅化合物而形成。如上所述形成的硅陽(yáng)極化薄膜層210經(jīng)過(guò)多個(gè)疊層之后，施加壓力壓縮從而形成第1硅多層薄膜部200。此處，第1硅化合物可配置為硅碳化物(silicon carbide)，接合物質(zhì)可配置為高分子交聯(lián)劑。

如上所述形成的第1硅多層薄膜部200結(jié)合于集電體300從而形成陽(yáng)極集電體。此時(shí)，集電體300可配置為金屬材質(zhì)的多孔網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，其端部可以形成有用于供給電子的接頭。此處，第1硅多層薄膜部200和集電體300的結(jié)合可以通過(guò)另外的結(jié)合物質(zhì)或結(jié)合材料結(jié)合，也可以通過(guò)單純附著、印刷或壓縮結(jié)合。

另外，第2硅多層薄膜部400為，硅陰極化薄膜層410的多層壓縮而形成。硅陰極化薄膜層410為，壓縮與接合物質(zhì)混合的第2硅化合物而形成。并且，也可以壓縮通過(guò)接合物質(zhì)涂層的第2硅化合物而形成。如上所述形成的硅陰極化薄膜層410經(jīng)過(guò)多個(gè)疊層后，施加壓力從而壓縮形成第2硅多層薄膜部400。此處，第2硅化合物可以配置為氮化硅存在，接合物質(zhì)可配置為高分子交聯(lián)劑。

如上所述形成的第2硅多層薄膜部400結(jié)合于集電體500從而構(gòu)成陽(yáng)極集電體。此時(shí)，集電體500可配置為金屬材質(zhì)的多孔網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，其端部形成有用于供給電子的接頭。此處，第2硅多層薄膜部400和集電體500的結(jié)合可以通過(guò)另外的結(jié)合物質(zhì)或結(jié)合材料結(jié)合，也可以通過(guò)單純附著、印刷或壓縮結(jié)合。

如上所述形成的陽(yáng)極和陰極集電體與固體電解質(zhì)層100的外面結(jié)合，以使第1和第2硅多層薄膜部200、400，與固體電解質(zhì)層100的外面相遇。此時(shí)，第1和第2硅多層薄膜部200、400和固體電解質(zhì)層100可以通過(guò)另外的結(jié)合物質(zhì)或結(jié)合材料結(jié)合，也可以通過(guò)單純附著、印刷、噴霧或壓縮來(lái)結(jié)合。此處，固體電解質(zhì)層100為了阻止陽(yáng)極和陰極的短路，其形成有比第1和第2硅多層薄膜部200、400寬的寬度。

根據(jù)如上所述本發(fā)明第1實(shí)施例的硅二次電池的結(jié)構(gòu)為，將第1硅化合物或第2硅化合物多次疊層壓縮而制造第1或第2硅多層薄膜部200、400，具有增加第1或第2硅多層薄膜部200、400的密度而使硅二次電池的電子密度和容量增加的效果。

本發(fā)明的第1實(shí)施例中，優(yōu)選為，所述固體電解質(zhì)層100在固體電解質(zhì)層和第1硅多層薄膜部之間，形成有包含第1硅化合物和固體電解質(zhì)成分的第1中間層，用于減少固體電解質(zhì)層和第1硅多層薄膜部之間的界面阻力從而增加電容量。

所述第1中間層構(gòu)成成分的含量比率不受特別限制，為了能再增加硅二次電池的電容量，優(yōu)選為，第1硅化合物的含量比固體電解質(zhì)成分的含量多，所述第1中間層的厚度也不受特別限制，為了能再增加硅二次電池的電容量，優(yōu)選為，其比所述固體電解質(zhì)層及/或第1硅多層薄膜部的厚度薄。

并且，優(yōu)選為，所述第1中間層為了能再減少與鄰接層的界面阻力，在任意一面或兩面的表面形成凸起。

作為另外一實(shí)施例，在本發(fā)明的實(shí)施例1中，優(yōu)選為，所述固體電解質(zhì)層100在固體電解質(zhì)層和第2硅多層薄膜部之間，形成有包含第2硅化合物和固體電解質(zhì)成分的第2中間層，用于減少固體電解質(zhì)層和第2硅多層薄膜部之間的界面阻力從而增加電容量。

所述第2中間層構(gòu)成成分的含量比率不受特別限制，為了能再增加硅二次電池的電容量，優(yōu)選為，第2硅化合物的含量比固體電解質(zhì)成分的含量多，所述第2中間層的厚度也不受特別限制，為了能再增加硅二次電池的電容量，優(yōu)選為，其比所述固體電解質(zhì)層及/或第2硅多層薄膜部的厚度薄。

并且，優(yōu)選為，所述第2中間層為了能再減少與鄰接層的界面阻力，在任意一面或兩面的表面形成凸起。

另外，所述固體電解質(zhì)層100為了進(jìn)一步加強(qiáng)機(jī)械的強(qiáng)度，提升加工性，優(yōu)選為，包含聚偏氟乙烯(polyvinylidene fluoride)和聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene)中任意一種以上，這種情況，電子導(dǎo)電性多少有所減少，因此優(yōu)選為還包含導(dǎo)電性聚合物。

<第2實(shí)施例>

以下，參照?qǐng)D3對(duì)根據(jù)本發(fā)明第2實(shí)施例的硅二次電池進(jìn)行說(shuō)明。

根據(jù)本發(fā)明第2實(shí)施例的硅二次電池，包括：第1硅多層薄膜部200，將由第1硅化合物構(gòu)成的多個(gè)硅陽(yáng)極化薄膜層210疊層，所述第1硅化合物，用于在充電時(shí)產(chǎn)生硅陽(yáng)離子，放電時(shí)產(chǎn)生硅陰離子；集電體300，與第1硅多層薄膜部200結(jié)合，第2硅多層薄膜部400，將由第2硅化合物構(gòu)成的多個(gè)硅陰極化薄膜層410疊層，所述第2硅化合物，用于在充電時(shí)產(chǎn)生硅陰離子，放電時(shí)產(chǎn)生硅陽(yáng)離子；集電體500，與第2硅多層薄膜部400結(jié)合；分離膜600，位于所述第1硅多層薄膜部200和所述第2硅多層薄膜部400之間；及固體電解質(zhì)層100，用于在充電和放電時(shí)，將硅離子傳達(dá)到第1硅多層薄膜部200和第2硅多層薄膜部400之間。

第1硅多層薄膜部200為，多個(gè)硅陽(yáng)極化薄膜層210疊層壓縮而形成。硅陽(yáng)極化薄膜層210壓縮與接合物質(zhì)混合的第1硅化合物而形成。或者，也可以壓縮通過(guò)接合物質(zhì)涂層的第1硅化合物而形成。如上所述形成的硅陽(yáng)極化薄膜層210經(jīng)過(guò)多個(gè)疊層后，施加壓力壓縮從而形成第1硅多層薄膜部200。此處，第1硅化合物可配置為硅碳化物(silicon carbide)，接合物質(zhì)可配置為高分子交聯(lián)劑。

如上所述形成的第1硅多層薄膜部200結(jié)合于集電體300而形成陽(yáng)極集電體。此時(shí)，集電體300可配置為金屬材質(zhì)的多孔網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，其端部上形成有用于供給電子的接頭。此處，第1硅多層薄膜部200和集電體300的結(jié)合可以通過(guò)另外的結(jié)合物質(zhì)或結(jié)合材料，也可以通過(guò)單純附著、印刷或壓縮結(jié)合。

另外，第2硅多層薄膜部400為，多個(gè)硅陰極化薄膜層410疊層壓縮而形成。硅陰極化薄膜層410壓縮與接合物質(zhì)混合的第2硅化合物而形成?；蛘?，壓縮通過(guò)接合物質(zhì)涂層的第2硅化合物也可以形成。如上所述形成的硅陰極化薄膜層410經(jīng)過(guò)多個(gè)疊層后，施加壓力壓縮從而形成第2硅多層薄膜部400。此處，第2硅化合物可以配置為氮化硅，接合物質(zhì)可配置為高分子交聯(lián)劑。

如上所述形成的第2硅多層薄膜部400結(jié)合于集電體500而形成陽(yáng)極集電體。此時(shí)，集電體500可配置為金屬材質(zhì)的多孔網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，其端部形成有用于供給電子的接頭。此處，第2硅多層薄膜部400和集電體的結(jié)合可以通過(guò)結(jié)合物質(zhì)或結(jié)合材料從而結(jié)合，也可以通過(guò)單純附著、印刷或壓縮從而結(jié)合。

如上所述形成的陽(yáng)極和陰極集電體在第1和第2硅多層薄膜部200、400之間配置有分離膜600，用于阻止陽(yáng)極和陰極的短路。并且，第1和第2硅多層薄膜部200、400和分離膜600以浸于液體電解質(zhì)100'的狀態(tài)來(lái)結(jié)合。

根據(jù)如上所述的本發(fā)明第2實(shí)施例的硅二次電池，將第1硅化合物或第2硅化合物多次疊層壓縮，從而制造第1或第2硅多層薄膜部200、400，具有增加第1或第2硅多層薄膜部200、400的密度從而使硅二次電池的電子密度和容量增加的效果。

基于本發(fā)明的第1和第2實(shí)施例，所述第1硅化合物及/或第2硅化合物為了防止由于硅二次電池的充放電的反復(fù)所引起的活性物質(zhì)層的體積膨大導(dǎo)致充放電特性低下，可以包含彈性碳素。所述第1硅化合物及/或第2硅化合物包含彈性碳素，即使充放電的反復(fù)引起硅粒子膨大，根據(jù)膨大的程度可以看到根據(jù)彈性碳素的體積抵消效果，從而可以整體上抑制活性物質(zhì)層體積的膨大化。

但是，如果所述第1硅化合物及/或第2硅化合物包含彈性碳素，由硅粒子和彈性碳素之間的縫隙引起離子移動(dòng)性或電子導(dǎo)電性存在一些下降，為了彌補(bǔ)這些，優(yōu)選為，還包含導(dǎo)電性碳素，或者所述彈性碳素具有彈性的同時(shí)，可以使用離子移動(dòng)性或電子導(dǎo)電性非常高的富勒烯。

并且，本發(fā)明的第1和第2實(shí)施例中，所述第1硅化合物及/或第2硅化合物為了防止由于硅二次電池的充放電的反復(fù)所引起的活性物質(zhì)層的體積膨大導(dǎo)致的充放電特性特性，可以包含與活性物質(zhì)層的體積膨大化反應(yīng)無(wú)關(guān)的非活性物質(zhì)粒子。所述非活性物質(zhì)粒子為從Mo、Cu、Fe、Co、Ca、Cr、Mg、Mn、Nb、Ni、Ta、Ti和V形成的群中，選擇其中任意兩種或兩種以上的金屬粒子。

但是，如果如上所述，所述第1硅化合物及/或第2硅化合物包含非活性物質(zhì)粒子，硅二次電池的電容量多少有所減少，優(yōu)選為，還可以包含導(dǎo)電性碳素或?qū)щ娦愿叻肿印?/p>

本發(fā)明的第1和第2實(shí)施例中，如果所述硅陽(yáng)極化薄膜層及/或陰極化薄膜層只要是可以形成層的形狀，任何形狀都可以，為了使硅二次電池的充放電的反復(fù)引起硅陽(yáng)極化薄膜層及/或硅陰極化薄膜層的膨脹收縮導(dǎo)致的薄膜層破損危險(xiǎn)降為最小化，優(yōu)選其為網(wǎng)狀(mesh)。

本發(fā)明的第1和第2實(shí)施例中，所述硅陽(yáng)極化薄膜層及/或硅陰極化薄膜層在表面形狀上不受特別限制，為了加寬與鄰接層的界面接觸面積而減少界面阻力，優(yōu)選為，在薄膜層的表面上任意一面或兩面上形成有凹陷。

本發(fā)明的第1和第2實(shí)施例中，所述第2硅多層薄膜部及/或第2硅多層薄膜部為了提升充放電特性，確保平均的離子導(dǎo)電性，優(yōu)選為，還包含由金屬或碳素同素異形體構(gòu)成的中間層。

所述中間層的厚度雖然不受特別限制，但其厚度如果比第1硅多層薄膜部和第2硅多層薄膜部的厚度薄，會(huì)在側(cè)面更有利于電容量的增加。

構(gòu)成所述中間層的金屬只要是電導(dǎo)電性高的金屬，任何金屬都可以，但為了使充放電性能極大化，優(yōu)選使用鋁、金、銀中選擇的任意一個(gè)或兩種以上的合金。

并且，構(gòu)成所述中間層的碳素同素異形體不受特別限制，但在確保電極內(nèi)平均的離子導(dǎo)電性方面，優(yōu)選為從石墨烯(graphene)、碳納米管(carbon nano tube)、富勒烯(fullerene)中選擇其中的任意一種。

以下，對(duì)根據(jù)本發(fā)明的第1和第2實(shí)施例的硅二次電池的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。

根據(jù)本發(fā)明第1和第2實(shí)施例的硅二次電池的制造方法，包括：第1硅多層薄膜部制造步驟，將由第1硅化合物構(gòu)成的多個(gè)硅陽(yáng)極化薄膜層反復(fù)疊層；陽(yáng)極集電體制造步驟，將第1硅多層薄膜部結(jié)合于集電體；第2硅多層薄膜部制造步驟，將由第2硅化合物構(gòu)成的多個(gè)硅陰極化薄膜層反復(fù)疊層；陰極集電體制造步驟，將第2硅多層薄膜部結(jié)合于集電體；以及將第1和第2硅多層薄膜部與電解質(zhì)部結(jié)合的步驟。

首先，制造第1硅多層薄膜部的步驟從混合第1硅化合物和接合物質(zhì)的步驟開(kāi)始。此處，第1硅化合物可配置為硅碳化物(silicon carbide)，接合物質(zhì)可配置為高分子交聯(lián)劑。

如上所述，如果第1硅化合物和接合物質(zhì)混合，則將混合物質(zhì)壓縮，從而制造薄膜形態(tài)的硅陽(yáng)極化薄膜層。

將如上所述制造的多個(gè)硅陽(yáng)極化薄膜層疊層后，壓縮制造第1硅多層薄膜部。

通過(guò)如上所述的方法，如果制造第1硅多層薄膜部，雖然形成性容易，但在第1硅多層薄膜部會(huì)產(chǎn)生多孔狀結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致使電池的內(nèi)阻變大。

并且，第1硅多層薄膜部可以按如下方法進(jìn)行制造。

將第1硅化合物的各粒子以接合物質(zhì)涂層后，干燥涂層的第1硅化合物從而制造成粉末狀態(tài)。

之后，將干燥的粉末狀態(tài)的第1硅化合物壓縮，制造成薄膜形態(tài)的硅陽(yáng)極化薄膜層，將制造的多個(gè)硅陽(yáng)極化薄膜層疊層后壓縮，制造第1硅多層薄膜部。

如果通過(guò)如上所述的方法制造第1硅多層薄膜部，雖然在成型上多少有些困難，但在第1硅多層薄膜部上不產(chǎn)生多孔狀結(jié)構(gòu)，可以減少電池的內(nèi)阻。

如果制造如上所述第1硅多層薄膜部，將其結(jié)合于集電體，從而制造陽(yáng)極集電體。此處，第1硅多層薄膜部和集電體的結(jié)合可以通過(guò)另外的結(jié)合物質(zhì)或結(jié)合材料結(jié)合，也可以通過(guò)單純附著、印刷或壓縮從而結(jié)合。此時(shí)，集電體可以配置為金屬材質(zhì)的多孔網(wǎng)結(jié)構(gòu)，在其端部可以形成用于供給電子的接頭。

并且，制造第2硅多層薄膜部的步驟從混合第2硅化合物和接合物質(zhì)的步驟開(kāi)始。此處，第2硅化合物可以配置為氮化硅，接合物質(zhì)可以配置為高分子交聯(lián)劑。

如上所述，如果第2硅化合物和接合物質(zhì)混合，將這種混合物質(zhì)壓縮，從而制造薄膜形態(tài)的硅陰極化薄膜層。

將如上所述制造的多個(gè)硅陰極化薄膜層疊層后，壓縮從而制造第2硅多層薄膜部。

如果通過(guò)如上所述的方法，制造第2硅多層薄膜部，雖然在成型上很容易，但在第2硅多層薄膜部上產(chǎn)生多孔狀結(jié)構(gòu)，可以使電池的內(nèi)阻變大。

并且，第2硅多層薄膜部按照如下步驟進(jìn)行制造。

將第2硅化合物的各粒子以接合物質(zhì)涂層后，干燥涂層的第2硅化合物從而制造成粉末狀態(tài)。

之后，將干燥的粉末形態(tài)的第2硅化合物壓縮，制造成薄膜形態(tài)的硅陰極化薄膜層，將制造的多個(gè)硅陰極化薄膜層疊層后壓縮，從而制造第2硅多層薄膜部。

如果通過(guò)如上所述的方法制造第2硅多層薄膜部，雖然在成形上多少有些困難，但在第2硅多層薄膜部上不產(chǎn)生多孔狀結(jié)構(gòu)，從而可以減少電池的內(nèi)阻。

如果如上所述制造第2硅多層薄膜部，則將其結(jié)合于集電體從而制造陰極集電體。此處，第2硅多層薄膜部和集電體的結(jié)合可以通過(guò)另外的結(jié)合物質(zhì)或結(jié)合材料從而結(jié)合，也可以通過(guò)單純附著、印刷或壓縮從而結(jié)合。此時(shí)，集電體可以配置為金屬材質(zhì)的多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其端部可以形成用于供給電子的接頭。

如果如上所述制造陽(yáng)極集電體和陰極集電體，其將與電解質(zhì)部結(jié)合。

所述電解質(zhì)部為固體時(shí)，陽(yáng)極集電體和陰極集電體的第1和第2硅多層薄膜部結(jié)合，以與固體電解質(zhì)的外面相遇。此時(shí)，第1和第2硅多層薄膜部和固體電解質(zhì)通過(guò)另外的結(jié)合物質(zhì)或結(jié)合材料從而結(jié)合，也可以通過(guò)單純附著、印刷、噴霧或壓縮從而結(jié)合。此處，固體電解質(zhì)形成的寬度，比第1和第2硅多層薄膜的寬度寬，用于阻止陽(yáng)極和陰極的短路。

并且，所述電解質(zhì)部為液體時(shí)，陽(yáng)極集電體和陰極集電體的第1和第2硅多層薄膜部之間配置有分離膜，第1和第2硅多層薄膜部和分離膜以含浸于液體電解質(zhì)的形態(tài)結(jié)合。

通過(guò)如上所述的方法制造的硅二次電池的結(jié)構(gòu)為，將第1硅化合物或第2硅化合物多次疊層壓縮，從而制造第1或第2硅多層薄膜部，具有增加第1或第2硅多層薄膜部的密度從而使硅二次電池的電子密度和容量增加的效果。

<第3實(shí)施例>

以下，對(duì)根據(jù)本發(fā)明第3實(shí)施例的硅二次電池進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

根據(jù)本發(fā)明第3實(shí)施例的硅二次電池包括：陽(yáng)極，涂布充電時(shí)產(chǎn)生硅陽(yáng)離子，放電時(shí)產(chǎn)生硅陰離子的陽(yáng)極活性物質(zhì)，陰極，涂布充電時(shí)產(chǎn)生硅陰離子，放電時(shí)產(chǎn)生硅陽(yáng)離子的陰極活性物質(zhì)，及固體電解質(zhì)層，位于所述陽(yáng)極和陰極之間，在充電和放電時(shí)，將硅離子傳達(dá)到陽(yáng)極活性物質(zhì)和陰極活性物質(zhì)，在所述陽(yáng)極活性物質(zhì)及/或陰極活性物質(zhì)的內(nèi)部包含網(wǎng)狀板(mesh plate)。

首先，陽(yáng)極作為具有規(guī)定厚度的金屬板，在其一側(cè)面上涂布陽(yáng)極活性物質(zhì)。陽(yáng)極活性物質(zhì)可以配置為硅碳化物(SiC)，但不必限定于此。

以具有陰極或規(guī)定厚度的金屬板存在，在其一側(cè)面涂布陰極活性物質(zhì)。陰極活性物質(zhì)可以配置為氮化硅(Si₃N₄)，但不比限定于此。

在如上所述涂布的陽(yáng)極活性物質(zhì)和陰極活性物質(zhì)的內(nèi)部?jī)?nèi)置有網(wǎng)狀板。網(wǎng)狀板的結(jié)構(gòu)為，如圖4所示，在內(nèi)部以形成空白空間的網(wǎng)眼狀的網(wǎng)，從而使陽(yáng)極活性物質(zhì)和陰極活性物質(zhì)插入至內(nèi)部。此處，網(wǎng)狀板通過(guò)金屬漿料形成。所述的金屬漿料是類(lèi)似于將金屬的粉末混合于液體有機(jī)物質(zhì)制造的凝膠的產(chǎn)品，用絲絹網(wǎng)印花法或噴墨方法容易形成金屬圖案的金屬材料。金屬漿料的結(jié)構(gòu)為，將液體有機(jī)物質(zhì)燒盡(burn out)或汽化(vaporization)，即使在低溫中也只能將金屬材料留下的特性，可以使其非常容易地制造，當(dāng)用于印刷的圖案和絲絹網(wǎng)印花法一起制造時(shí)，最厚可以制成30um厚度，也只能看見(jiàn)極其微小的厚度增加。

如上所述，陽(yáng)極活性物質(zhì)和陰極活性物質(zhì)涂布的陽(yáng)極和陰極與固體電解質(zhì)層結(jié)合，從而構(gòu)成硅二次電池。此時(shí)，陽(yáng)極和陰極與固體電解質(zhì)層相結(jié)合，使陽(yáng)極活性物質(zhì)和陰極活性物質(zhì)與固體電解質(zhì)層結(jié)合。

如上所述構(gòu)成的硅二次電池通過(guò)電子的移動(dòng)充放電，從而發(fā)揮電池的性能。

以下，對(duì)根據(jù)本發(fā)明第3實(shí)施例的硅二次電池的制造方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

首先，具備基礎(chǔ)膜。所述基礎(chǔ)膜由合成樹(shù)脂材質(zhì)制造，具有可溶性。

之后，在基礎(chǔ)膜的一面上涂布陽(yáng)極活性物質(zhì)。

如上所述，如果基礎(chǔ)膜的一面上涂布陽(yáng)極活性物質(zhì)，沖壓陽(yáng)極活性物質(zhì)從而形成多個(gè)孔。

之后，在陽(yáng)極活性物質(zhì)的上部，涂布金屬漿料從而形成網(wǎng)狀板。此時(shí)，網(wǎng)狀板的結(jié)構(gòu)為，如圖4所示，以網(wǎng)眼狀形成，并且通過(guò)絲絹網(wǎng)印花法印刷從而形成。此處，網(wǎng)狀板的結(jié)構(gòu)為，涂布在沖壓于陽(yáng)極活性物質(zhì)的孔的上部，引入金屬漿料至所述孔。

如上所述，如果形成網(wǎng)狀板，在其上部再次涂布陽(yáng)極活性物質(zhì)。

之后，施加熱和壓力從而沖壓，在內(nèi)部制造內(nèi)置網(wǎng)狀板的陽(yáng)極活性物質(zhì)。

如上所述，如果制造陽(yáng)極活性物質(zhì)，使用與如上所述方法相同的方法制造陰極活性物質(zhì)。

首先，具備基礎(chǔ)膜。所述基礎(chǔ)膜由合成樹(shù)脂材質(zhì)制造，具有可溶性。

之后，在基礎(chǔ)膜的一面上涂布陽(yáng)極活性物質(zhì)。

如上所述，如果基礎(chǔ)膜的一面上涂布陽(yáng)極活性物質(zhì)，沖壓陽(yáng)極活性物質(zhì)從而形成多個(gè)孔。

之后，在陽(yáng)極活性物質(zhì)的上部，涂布金屬漿料從而形成網(wǎng)狀板。此時(shí)，網(wǎng)狀板的結(jié)構(gòu)為，如圖4所示，以網(wǎng)眼狀形成，并且通過(guò)絲絹網(wǎng)印花法印刷從而形成。此處，網(wǎng)狀板的結(jié)構(gòu)為，涂布在沖壓于陽(yáng)極活性物質(zhì)的孔的上部，引入金屬漿料至所述孔。

如上所述，如果形成網(wǎng)狀板，在其上部再次涂布陽(yáng)極活性物質(zhì)。

之后，施加熱和壓力從而沖壓，在內(nèi)部制造內(nèi)置網(wǎng)狀板的陽(yáng)極活性物質(zhì)。

如上所述，如果制造陽(yáng)極活性物質(zhì)和陰極活性物質(zhì)，在陽(yáng)極活性物質(zhì)和陰極活性物質(zhì)中去除基礎(chǔ)膜后，用金屬板代替基礎(chǔ)膜從而安裝，制造陽(yáng)極和陰極。

如上所述，如果制造陽(yáng)極和陰極，將陽(yáng)極、固體電解質(zhì)層、及陰極按順序疊層。此時(shí)，陽(yáng)極活性物質(zhì)和陰極活性物質(zhì)將陽(yáng)極、固體電解質(zhì)層和陰極疊層，以與固體電解質(zhì)層相連。

在利用固體電解質(zhì)的硅二次電池中，在電極的內(nèi)部使用金屬漿料內(nèi)置網(wǎng)眼狀的網(wǎng)狀板，在網(wǎng)狀板的連接部加工孔，填充金屬漿料至孔的內(nèi)部空間，以至在電極和電解質(zhì)之間，產(chǎn)生的電子通過(guò)電極從而可以被賦予更加快速的電子移送速度。

并且，由平面構(gòu)成的電極和電解質(zhì)之間，網(wǎng)眼狀的網(wǎng)狀板可以將不平均的反應(yīng)變得平均化，以至可以形成一定的提取電子的條件。并且，通過(guò)生成于電極的孔可以快速地進(jìn)行電子的提取，二次電池疊層時(shí)，通過(guò)金屬的鑲嵌或涂層，可以更容易地進(jìn)行疊層。

<第4實(shí)施例>

以下，對(duì)根據(jù)本發(fā)明第4實(shí)施例的硅二次電池單元進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

根據(jù)本發(fā)明第4實(shí)施例的硅二次電池單元，參照?qǐng)D5時(shí)，其特征在于，包括由用于充電時(shí)產(chǎn)生硅陽(yáng)離子，放電時(shí)產(chǎn)生硅陰離子的第1硅化合物形成的陽(yáng)極活性物質(zhì)層1100；由用于充電時(shí)產(chǎn)生硅陰離子，放電時(shí)產(chǎn)生硅陽(yáng)離子的第2硅化合物構(gòu)成的陰極活性物質(zhì)層1200，以及包括固體電解質(zhì)層1000的多個(gè)硅二次電池單體疊層從而形成一個(gè)單元，所述多個(gè)硅二次電池單體串聯(lián)連接從而疊層，在陽(yáng)極活性物質(zhì)層100和陰極活性物質(zhì)層200之間具備一個(gè)共有集電層1300，從而將電荷集電。

已經(jīng)對(duì)關(guān)于所述第1硅化合物和第2化合物進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，另外的說(shuō)明將省略。

在本發(fā)明的第4實(shí)施例中，所述陽(yáng)極活性物質(zhì)層1100可以是單層結(jié)構(gòu)可以是多層結(jié)構(gòu)，為了極大地增強(qiáng)硅二次電池單元的體積對(duì)比電容量和充放電特性，優(yōu)選為，將由用于充電時(shí)產(chǎn)生硅陽(yáng)離子放電時(shí)產(chǎn)生陰離子的第1硅化合物構(gòu)成的硅陽(yáng)極化薄膜層作為多層的第1硅多層薄膜部。

所述陰極活性物質(zhì)層依然可以是單層結(jié)構(gòu)，也可以是多層結(jié)構(gòu)，為了極大地增強(qiáng)硅二次電池單元的體積對(duì)比電容量和充放電特性，優(yōu)選為，將用于充電時(shí)產(chǎn)生陰離子放電時(shí)產(chǎn)生陽(yáng)離子的第2硅化合物構(gòu)成的硅陰極化薄膜層作為多層的第2硅多層薄膜部。

本發(fā)明的第4實(shí)施例中，所述共有集電層1300的結(jié)構(gòu)為，在硅二次電池單元內(nèi)的陽(yáng)極活性物質(zhì)層和陰極活性物質(zhì)層之間疊層，從而全部發(fā)揮陽(yáng)極集電體和陰極集電體的作用，材料可以使用不銹鋼、鎳等材質(zhì)，形狀上不受特別限制，增加共有集電體1300和活性物質(zhì)層1100、1200之間的界面接觸面積從而降低界面阻力，壓縮時(shí)，為了提高界面黏著力，優(yōu)選為，多孔網(wǎng)狀或泡沫狀。所述多孔網(wǎng)狀可以是二維平面多孔網(wǎng)狀，也可以是三位網(wǎng)眼狀多孔網(wǎng)。

并且，所述共有集電層1300為多孔網(wǎng)狀或泡沫狀時(shí)，所述共有集電層1300的表面上涂層金、銀和導(dǎo)電性聚合物中的任意一種，可以更加提高共有集電層1300的電子和離子導(dǎo)電性，從而具有進(jìn)一步減少界面阻力的優(yōu)點(diǎn)。

特別是，將所述導(dǎo)電性聚合物涂層時(shí)，導(dǎo)電性聚合物發(fā)揮導(dǎo)電材料的同時(shí)，也發(fā)揮結(jié)合材料的作用，可以進(jìn)一步提高界面黏著力。所述導(dǎo)電性聚合物只要是具有導(dǎo)電性的聚合物，任何種類(lèi)都可以，優(yōu)選為，在提高集電體的導(dǎo)電性和界面黏著力上，從由多吡咯、聚苯胺、聚噻吩、聚乙炔構(gòu)成的群體中，選擇其中任意一種進(jìn)行使用。

如果根據(jù)本發(fā)明的第4實(shí)施例，構(gòu)成硅二次電池單元的多個(gè)硅二次電池單體串聯(lián)連接疊層，同具有并聯(lián)連接結(jié)構(gòu)的現(xiàn)有二次電池單元相比，具有高電壓高輸出特性的優(yōu)點(diǎn)。

并且，將多個(gè)硅二次電池單體串聯(lián)連接從而形成一體化的硅二次電池單元，通過(guò)利用共有集電層，可以將每個(gè)硅二次電池單元包含的集電體數(shù)量減少至接近一半的數(shù)量，可以明顯看出，占據(jù)由此引起硅二次電池單元整體重量中相對(duì)較大集電體部分的重量明顯減少，因此可以制造比現(xiàn)有的硅二次電池單元產(chǎn)品更輕的硅二次電池單元產(chǎn)品。

通過(guò)根據(jù)本發(fā)明第4實(shí)施例的硅二次電池單元的應(yīng)用例，參照?qǐng)D6對(duì)向電力機(jī)動(dòng)車(chē)供給電源的電池模塊進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明如下：

根據(jù)本發(fā)明的電力機(jī)動(dòng)車(chē)用電池模塊，其特征在于，包括：外殼2100，將硅二次電池容納于內(nèi)部，遮擋部件2200，覆蓋所述外殼的開(kāi)放部，具備輸出電源的輸出接頭2500，及第4實(shí)施例的硅二次電池單元2000，多個(gè)配置于所述外殼2100內(nèi)，所述硅二次電池單元2000串聯(lián)連接配置。

如果所述外殼2100只要是容納硅二次電池于內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，任何結(jié)構(gòu)都可以，為了克服根據(jù)電池模塊的溫度上升和熱積累引起的充放電特性低下和縮短產(chǎn)品壽命問(wèn)題，優(yōu)選為，設(shè)置一個(gè)可以使外部空氣順利通過(guò)的框架結(jié)構(gòu)。如圖6所示的外殼2100結(jié)構(gòu)不過(guò)是框架結(jié)構(gòu)的一例，除此以外，也可以應(yīng)用多種框架結(jié)構(gòu)。

考慮電模塊的結(jié)構(gòu)效率性時(shí)，優(yōu)選為，所述外殼2200包括：陽(yáng)極母線2300，與所述硅二次電池單元2000的陽(yáng)極接頭2010連接，并且與輸出接頭2500電連接；及陰極母線2400，與所述硅二次電池單元2000的陰極接頭2020連接，并且與輸出接頭2500電連接。

所述外殼2100和遮擋部件2200在材料上不受特別的限制，為了防止輸出電源向輸出接頭以外的部分分散，發(fā)生電力短路，因此優(yōu)選使用絕緣材料，特別是為了確保外殼和遮擋部件具有充分耐久性以及較輕的重量，可以?xún)?yōu)選使用合成樹(shù)脂作為所述絕緣材料。

將本發(fā)明的電模塊應(yīng)用于電力機(jī)動(dòng)車(chē)時(shí)，使用包括共有集電層的硅二次電池單元，與現(xiàn)有電模塊相比可以實(shí)現(xiàn)重量較輕，由此具有可以提高電力機(jī)動(dòng)車(chē)燃費(fèi)的優(yōu)點(diǎn)。

特別是，包括在所述電模塊的多個(gè)硅二次電池單元由多個(gè)硅二次電池單體的串聯(lián)連接結(jié)構(gòu)構(gòu)成，可實(shí)現(xiàn)高容量高輸出的電模塊，進(jìn)一步，將構(gòu)成硅二次電池單元的硅二次電池單體的活性物質(zhì)層如上所述作為疊層結(jié)構(gòu)時(shí)，在相同體積中，與現(xiàn)有電力機(jī)動(dòng)車(chē)電模塊相比，可以制造比其容量和輸出更高的電模塊產(chǎn)品。

<第5實(shí)施例>

以下，對(duì)根據(jù)本發(fā)明第5實(shí)施例的硅二次電池進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

本發(fā)明的第5實(shí)施例涉及一種使用硅離子從而執(zhí)行充電和放電的硅二次電池，其特征在于，包括：第1硅多層薄膜部，將由充電時(shí)產(chǎn)生硅陽(yáng)離子放電時(shí)產(chǎn)生硅陰離子的第1硅活性化合物構(gòu)成的多個(gè)硅陽(yáng)極化薄膜層疊層，第2硅多層薄膜部，將由充電時(shí)產(chǎn)生硅陰離子放電時(shí)產(chǎn)生硅陽(yáng)離子的第2硅活性化合物構(gòu)成的多個(gè)硅陰極化薄膜層疊層，及集電體，集電電荷，所述集電體為多孔網(wǎng)狀。

本發(fā)明的第5實(shí)施例中，所述集電體分別結(jié)合于第1硅多層薄膜部和第2硅多層薄膜部的一側(cè)末端截面從而集電電荷，作為材料可以使用不銹鋼、鎳等材質(zhì)。

所述集電體在形狀上不受特殊限制，增加集電體與第1和第2硅多層薄膜部之間的界面接觸面積從而降低界面阻力，壓縮時(shí)，為了提高界面黏著力，優(yōu)選為多孔網(wǎng)狀或泡沫狀。所述多孔網(wǎng)狀可以為二維平面多孔網(wǎng)狀，也可以為三維網(wǎng)眼多孔網(wǎng)狀。

并且，所述集電體為多孔網(wǎng)狀或泡沫狀時(shí)，所述集電體的表面上涂層金、銀和導(dǎo)電性聚合物中的任意一種，可以更能提高集電體的電子和離子導(dǎo)電性，從而具有進(jìn)一步減少界面阻力的優(yōu)點(diǎn)。

特別是，將所述導(dǎo)電性聚合物涂層時(shí)，由于導(dǎo)電性聚合物發(fā)揮導(dǎo)電材料的作用的同時(shí)也發(fā)揮結(jié)合材料的作用，因此可以進(jìn)一步提高界面黏著力。所述導(dǎo)電性聚合物只要是具有導(dǎo)電性的聚合物，任何種類(lèi)都可以，在提高集電體導(dǎo)電性和界面黏著力上，優(yōu)選從多吡咯、聚苯胺、聚噻吩、聚乙炔構(gòu)成的群體中，選擇其中任意一種進(jìn)行使用。

<第6實(shí)施例>

以下，對(duì)包括根據(jù)本發(fā)明第6實(shí)施例的硅二次電池的微型電池進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

本發(fā)明的第6實(shí)施例涉及一種包括硅二次電池的微型電池，所述微型電池，其特征在于，包括：第1硅多層薄膜部，將由第1硅化合物構(gòu)成的多個(gè)硅陽(yáng)極化薄膜層疊層，所述第1硅化合物，用于在充電時(shí)產(chǎn)生硅陽(yáng)離子，放電時(shí)產(chǎn)生硅陰離子；第2硅多層薄膜部，將由第2硅化合物構(gòu)成的多個(gè)硅陰極化薄膜層疊層，所述第2硅化合物，用于在充電時(shí)產(chǎn)生硅陰離子，放電時(shí)產(chǎn)生硅陽(yáng)離子；及固體電解質(zhì)層，位于所述第1硅多層薄膜部和所述第2硅多層薄膜部之間，并且在充電和放電時(shí)，將硅離子傳達(dá)到第1硅多層薄膜部和第2硅多層薄膜部之間。

并且，本發(fā)明的第6實(shí)施例中，所述第1硅多層薄膜部在一側(cè)表面與集電電荷的陽(yáng)極集電體相結(jié)合，所述第2硅多層薄膜部在一側(cè)表面與集電電荷的陰極集電體相結(jié)合，為了電連接于基板(substrate)從而執(zhí)行充放電，所述陽(yáng)極集電體一側(cè)末端附著于基板(substrate)，所述陰極集電體在與所述第2硅多層薄膜部連接面以外的部分中，優(yōu)選為，至少一部分附著于基板。

并且，根據(jù)本發(fā)明第6實(shí)施例的微型電池，為了防止電極之間的短路，優(yōu)選為，所述第2硅多層薄膜部、固體電解質(zhì)層及陰極集電體與陽(yáng)極集電體絕緣，為此在所述第2硅多層薄膜部、固體電解質(zhì)層及陰極集電體的側(cè)面部和陽(yáng)極集電體之間，可以?xún)?yōu)選形成空間部。

優(yōu)選為，所述空間部可以是空的空間，為了提高絕緣性、微型電池的耐久性，所述空間部用絕緣物質(zhì)填充。

基于本發(fā)明的第6實(shí)施例，所述第1硅化合物及/或第2硅化合物為了防止根據(jù)硅二次電池的充放電的反復(fù)引起活性物質(zhì)層的體積變膨大導(dǎo)致充放電特性低下，可以包含彈性碳素。所述第1硅化合物及/或第2硅化合物包含彈性碳素，即使根據(jù)充放電的反復(fù)硅粒子變膨大，根據(jù)變大的程度相關(guān)彈性碳素的體積可以得到抵消的效果，從而可以整體上抑制活性物質(zhì)層體積膨大化。

但是，如果所述第1硅化合物及/或第2硅化合物包含彈性碳素，由于硅粒子和彈性碳素之間的空隙可能引起離子移動(dòng)性或電子導(dǎo)電性多少有所下降，為了彌補(bǔ)這個(gè)問(wèn)題，優(yōu)選為，還包括導(dǎo)電性碳素，或者以所述彈性碳素具有彈性的同時(shí)，使用離子移動(dòng)性或電子導(dǎo)電性非常高的富勒烯(fullrerene)。

并且，在本發(fā)明的第6實(shí)施例中，所述第1硅化合物及/或第2硅化合物為了防止根據(jù)硅二次電池的充放電的反復(fù)引起活性物質(zhì)層的體積膨大從而導(dǎo)致充放電特性低下，可以包括與體積膨大化反應(yīng)無(wú)關(guān)的非活性物質(zhì)粒子。所述非活性物質(zhì)粒子為由Mo、Cu、Fe、Co、Ca、Cr、Mg、Mn、Nb、Ni、Ta、Ti及V構(gòu)成的群體中，選擇的其中任意兩種或兩種以上的金屬粒子。

但是，優(yōu)選為，如上所述，如果所述第1硅化合物及/或第2硅化合物包含非活性物質(zhì)粒子，硅二次電池的電容量多少有所減少，還包含導(dǎo)電性碳素或?qū)щ娦愿叻肿印?/p>

在本發(fā)明的第6實(shí)施例中，所述硅陽(yáng)極化薄膜層及/或陰極化薄膜層只要是可以構(gòu)成的形狀，任何形狀都可以，為了使根據(jù)硅二次電池的充放電的反復(fù)引起硅陽(yáng)極化薄膜層及/或硅陰極化薄膜層的膨脹收縮導(dǎo)致的薄膜層破損最小化，可以?xún)?yōu)選為網(wǎng)狀(mesh)。

在本發(fā)明的第6實(shí)施例中，所述陽(yáng)極化薄膜層及/或陰極化薄膜層在表面形狀上不受特殊限制，但為了將與鄰接層的界面接觸面積擴(kuò)大，減少界面阻力，可以?xún)?yōu)選為在薄膜層的表面中任意一面或兩面形成凹陷。

在本發(fā)明的第6實(shí)施例中，為了使所述第1多層薄膜部及/或第2多層薄膜部提升充放電特性，確保平均的離子導(dǎo)電性，可以?xún)?yōu)選為，包含由金屬或碳素同素異形體構(gòu)成的中間層。

所述中間層的厚度雖然不受特殊限制，但其厚度如果比第1硅多層薄膜部和第2硅多層薄膜部的厚度薄，會(huì)在側(cè)面更有利于電容量的增加

構(gòu)成所述中間層的金屬只要是導(dǎo)電性高的金屬，任何金屬都可以，為了極大地增強(qiáng)電池的充放電性，優(yōu)選使用鋁、金、陰中選擇的任意一種或2種以上的合金。

并且，構(gòu)成所述中間層的碳素同素異形體的種類(lèi)不受特別限制，在確保電機(jī)內(nèi)平均的離子導(dǎo)電性上，優(yōu)選為，其從石墨烯(graphene)、碳納米管(carbon nano tube)、富勒烯(fullerene)中選擇的任意一種。

為了輔助理解根據(jù)本發(fā)明第6實(shí)施例的微型電池，參照?qǐng)D7中的一例進(jìn)行說(shuō)明如下：

根據(jù)圖7，本發(fā)明的微型電池屬于陽(yáng)極活性物質(zhì)層，屬于疊層結(jié)構(gòu)的第1硅多層薄膜部3200、固體電解質(zhì)層3100、陰極活性物質(zhì)層，為疊層結(jié)構(gòu)的第2硅多層薄膜部3300依次壓縮疊層，在所述第1硅多層薄膜部3200的上部面上結(jié)合陽(yáng)極集電體，在第2硅多層薄膜部3300的下部面上結(jié)合陰極集電體3500。

特別是，如果參照?qǐng)D7，所述陽(yáng)極集電體3400的一側(cè)末端附著于基板3000表面，所述陰極集電體3500的結(jié)構(gòu)為，與所述第2硅多層薄膜部3300連接的面的相反面附著于基板3000，本發(fā)明的微型電池與基板電連接，以至充放電變?yōu)榭赡堋?/p>

并且，如果參照?qǐng)D7，第1硅多層薄膜部3300、固體電解質(zhì)層3100、第2硅多層薄膜部3300及陰極集電體3500的右側(cè)側(cè)面部和陽(yáng)極集電體3400置有空間部3700，在圖7中，用絕緣物質(zhì)填充所述空間部3700。

在構(gòu)成PCB的電子配件中，存在消耗一定電子從而類(lèi)似運(yùn)轉(zhuǎn)計(jì)時(shí)器的既持續(xù)又維持基本性能的元件。為了維持這種附屬元件的運(yùn)轉(zhuǎn)，插入紐扣型電池至PCB或者附屬設(shè)置鋰系列的電池從而保障元件的運(yùn)轉(zhuǎn)。

紐扣型電池作為第一次電池，具有運(yùn)用維持時(shí)間長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，但放電后存在漏液和交替的負(fù)擔(dān)，鋰系充電電池的情況，存在體積大并且關(guān)于沖擊發(fā)熱的不安定性的缺點(diǎn)。

但是，根據(jù)本發(fā)明第6實(shí)施例的微型電池以薄膜形態(tài)制造，并且以芯片形態(tài)制造，利用PCB的截面或沒(méi)有元件排列的空間，從而可以構(gòu)成大容量電源，作為可充放電的二次電池，以在PCB運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)可以充電。

并且，根據(jù)本發(fā)明第6實(shí)施例的微型電池在附著時(shí)不受形狀限制，制造成芯片，厚度為2mm左右，可以裝配于PCB。

因此，本發(fā)明的另外形態(tài)為，根據(jù)所述第6實(shí)施例的微型電池作為后備電源，涉及裝配于一個(gè)區(qū)域的PCB基板。

并且，根據(jù)本發(fā)明的微型電池為，在半導(dǎo)體芯片的制造工序上用沉積工序一體化在芯片的上端和下端部從而制造，只有設(shè)置于外部才能將輔助配件的大小制造為小型，作為瞬間放電的備用電源可以維持短時(shí)間電源。

因此，本發(fā)明的再另一形態(tài)為，根據(jù)所述第6實(shí)施例的微型電池作為備用電源，涉及一種沉積在半導(dǎo)體芯片的一個(gè)區(qū)域從而一體化的半導(dǎo)體芯片。

并且，根據(jù)本發(fā)明第6實(shí)施例的微型電池以元件形式存在，可應(yīng)用于寬帶半導(dǎo)體和超級(jí)電容器等應(yīng)用。

<第7實(shí)施例>

以下，對(duì)根據(jù)本發(fā)明第7實(shí)施例的硅二次電池進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

根據(jù)本發(fā)明第6實(shí)施例的硅二次電池的基本結(jié)構(gòu)為，將陽(yáng)極作為具有SiC化學(xué)式的碳化硅，將陰極作為具有Si₃N₄化學(xué)式的氮化硅，在陽(yáng)極和陰極之間，作為離子交換樹(shù)脂，聚合物的置換基部位只要是從陽(yáng)離子性磺酸基(-SO₃H)、羧基(-COOH)、陰離子性4級(jí)銨基(-N(CH₃)²C₂H₄OH)、置換氨基(-NH(CH₃)²)等中選擇其中任意1種而用于作為置換基皆可。充電時(shí)，陽(yáng)極產(chǎn)生硅的陽(yáng)離子(Si⁺)，陰極產(chǎn)生硅的陰離子(Si^—)的固體二次電池。

并且，所述硅二次電池的另外結(jié)構(gòu)為，可以將陽(yáng)極配置為具有SiC化學(xué)式的碳化硅，將陰極配置為具有Si₃N₄化學(xué)式的氮化硅。

這種硅二次電池的結(jié)構(gòu)為，在陽(yáng)極和陰極之間，可以采用根據(jù)氯化錫SnCl₃、ZrMgO₃、ZrCaO₃、ZrO₂、Al₂O₃、SiCON、Si₂Zr₂PO中任意一種類(lèi)的離子交換無(wú)機(jī)物的非水電解質(zhì)，是一種包括充電時(shí)，陽(yáng)極產(chǎn)生硅的陽(yáng)離子(Si⁺)，陰極產(chǎn)生硅的陰離子(Si^—)的固體電解質(zhì)部的二次電池，可以將所述電解質(zhì)部以液體構(gòu)成。

所述硅二次電池的制造方法由根據(jù)對(duì)基盤(pán)的金屬濺射的陽(yáng)極集電層的形成步驟、根據(jù)關(guān)于陽(yáng)極集電層碳化硅(SiC)的真空沉積的陽(yáng)極層的形成步驟、關(guān)于所述陽(yáng)極層涂層的非水電解質(zhì)層的形成步驟、根據(jù)關(guān)于所述非水電解質(zhì)層的氮化硅(Si₃N₄)的真空沉積的陰極層的形成步驟、形成金屬濺射的陰極集電層的步驟構(gòu)成。

所述硅二次電池的基本原理為，對(duì)于陽(yáng)極，采用碳化硅中最穩(wěn)定的SiC的化合物，對(duì)于陰極，采用氮化硅中最穩(wěn)定的Si₃N₄的化合物。

對(duì)于陽(yáng)極的充電時(shí)，相比于碳硅更容易變成被氧化成正價(jià)，并且，對(duì)于硅，由于4價(jià)之后的穩(wěn)定狀態(tài)是2價(jià)，執(zhí)行如下這種化學(xué)反應(yīng)。

2SiC→SiC₂+Si⁺+e^-

相反，放電時(shí)，執(zhí)行如下這種化學(xué)反應(yīng)。

SiC₂+Si⁺+e^-→2SiC

對(duì)于陰極，氮化硅是從最穩(wěn)定的氮化硅(Si₃N₄)起硅從4價(jià)變?yōu)?價(jià)，依據(jù)氮從3價(jià)變?yōu)?價(jià)，之后變?yōu)榉Q(chēng)為穩(wěn)定的Si₂N₃的化合物狀態(tài)，從而這種化學(xué)式成立。

3Si₃N₄+e^-→4Si₂N₃+Si^-

相反，放電時(shí)，執(zhí)行的這種化學(xué)反應(yīng)如下：

4Si₂N₃+Si^-→3Si₃N₄+e^-

所述硅二次電池可以以如下化學(xué)反應(yīng)來(lái)體現(xiàn)充放電，包括追加的物質(zhì)可以提高充放電的效率。

通常，通過(guò)SiC的化合物和通過(guò)Si₃N₄的化合物全部都體現(xiàn)結(jié)晶結(jié)構(gòu)，例如，根據(jù)等離子放電等的通常制法制作陽(yáng)極和陰極時(shí)，可以通過(guò)伴隨結(jié)晶結(jié)構(gòu)的SiC的化合物的碳化硅和通過(guò)Si₃N₄化合物形成氮化硅。

但是，為了促進(jìn)伴隨硅離子(Si⁺和Si^—)產(chǎn)生的充放電能夠更加容易且順暢進(jìn)行，所述各化合物不是結(jié)晶結(jié)構(gòu)，優(yōu)選為非晶質(zhì)狀態(tài)，即，非晶結(jié)構(gòu)。

如下所述，將所述陽(yáng)極和陰極全部適當(dāng)?shù)夭捎猛ㄟ^(guò)真空沉積層疊的方法。

并且，將陽(yáng)極和陰極之間的空間分為兩側(cè)，可以采用陽(yáng)離子性和陰離子性的雙方的電解質(zhì)，以使一側(cè)(例如上方)為陽(yáng)離子性的電解質(zhì)，另一側(cè)(例如下方)為陰離子性的電解質(zhì)。

作為硅二次電池的電解質(zhì)，雖然采用了處于固定狀態(tài)的非水電解質(zhì)，其根據(jù)為，作為這種固定狀態(tài)的非水電解質(zhì)時(shí)，可以使陽(yáng)極和陰極穩(wěn)定地接合，同時(shí)以薄膜狀態(tài)將陽(yáng)極和陰極靠近，從而可以有效地進(jìn)行導(dǎo)電。

作為非電解質(zhì)，只要是聚合物離子交換樹(shù)脂和金屬氧化物等的離子交換無(wú)機(jī)化合物中的任意一種皆可。

作為離子交換樹(shù)脂的聚合物的置換基只要是陽(yáng)離子性磺酸基(-SO3H)、羧基(-COOH)、陰離子性4級(jí)銨基(-N(CH3)2C2H4OH)、置換氨基(-NH(CH3)2)等中的任意一種，都可以使用。

但是，具有磺酸基(-SO₃H)的PAMPS(聚2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸)在順暢地將電子(e-)移動(dòng)這一點(diǎn)上，可以適當(dāng)?shù)乩谩?/p>

但是，利用通過(guò)聚合物的離子交換樹(shù)脂時(shí)，單純地只通過(guò)所述離子交換樹(shù)脂充電陽(yáng)極和陰極之間時(shí)，為了電子(e-)順暢地移動(dòng)，可能會(huì)發(fā)生無(wú)法形成合適空隙的情況。

為了解決這種狀況，采用特征在于根據(jù)離子交換樹(shù)脂和與其他結(jié)晶性聚合物的混合物所形成的具有結(jié)晶結(jié)構(gòu)的聚合物合成作為非水電解質(zhì)的實(shí)施形態(tài)較好。

并且，為了實(shí)現(xiàn)離子交換樹(shù)脂和與其他結(jié)晶性聚合物的混合，由于離子交換樹(shù)脂具有極性，需要依靠結(jié)晶性聚合物使具有離子交換樹(shù)脂的極性不消失。

所述混合的情況為，根據(jù)離子交換樹(shù)脂和結(jié)晶性聚合物分別具有的溶解度參數(shù)(SP值)的差，進(jìn)一步為，以所述溶解度參數(shù)的結(jié)合為基礎(chǔ)的X參數(shù)的數(shù)值為標(biāo)準(zhǔn)，以相應(yīng)的概率來(lái)預(yù)測(cè)可否進(jìn)行混合。

作為所述板的結(jié)晶性聚合物，類(lèi)似于不規(guī)則聚苯乙烯(AA)，或丙烯腈-苯乙烯公用合體(AS)，或不規(guī)則聚苯乙烯和丙烯腈-苯乙烯公用合體(SS-AS)的離子交換樹(shù)脂和混合物比較簡(jiǎn)單，并且，優(yōu)選為，維持其結(jié)晶性。

相互混合的聚合物合金為了維持結(jié)晶結(jié)構(gòu)，需要考慮離子交換樹(shù)脂的量和其他結(jié)晶性聚合物量的比率，具體數(shù)值要根據(jù)離子交換性樹(shù)脂和其他結(jié)晶性聚合物的種類(lèi)而決定。

但是，離子交換樹(shù)脂的極性較強(qiáng)時(shí)，可以使其他結(jié)晶性聚合物的重量比為比全體的1/2多的狀態(tài)。

如上所述作為陽(yáng)離子性離子交換樹(shù)脂，作為關(guān)于陽(yáng)離子性的PAMPS(聚2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸)的其他結(jié)晶性聚合物，采用AA、AS、或者AA-AS時(shí)，作為前者和后者的重量比，2:3～1:2的程度較為合適。

非電解質(zhì)為，不限定于如上所述的離子交換樹(shù)脂，當(dāng)然也可以采用離子交換無(wú)機(jī)物，SnCl₃、ZrMgO₃、ZrCaO₃、ZrO₂、Al₂O₃、SiCON、Si₂Zr₂PO等可以作為典型例來(lái)演示。

基于固體狀二次電池，陽(yáng)極和陰極的形狀和配置狀態(tài)不受特別限制。

但是，可以采用通過(guò)板狀的疊層體的配置狀態(tài)和圓筒形狀的配置狀態(tài)。

基于實(shí)際的固體狀二次電池，將基盤(pán)形成于陽(yáng)極和陰極的兩側(cè)，對(duì)于陽(yáng)極和陰極，分別將陽(yáng)極集電層和陰極集電層放置于中間并且連接。

陽(yáng)極和陰極之間的放電電壓雖然由通過(guò)充電電壓的程度和具有電極的內(nèi)部阻力而決定，但是在二次電池中，如根據(jù)實(shí)施例后述所示，若充電電壓為4～5.5V時(shí)，作為放電電壓維持在4～3.5V的設(shè)計(jì)是充分可以的。

導(dǎo)通電極之間的電流量雖然在充電前可以提前固定，如根據(jù)實(shí)施例后述所示，通過(guò)將每單位面積1cm²的電流密度設(shè)定為1.0A左右，將充電電壓變化為4～5.5V，并且，將放電電壓維持在4～3.5V的設(shè)計(jì)也是充分可以的。

以上，對(duì)根據(jù)本發(fā)明的硅二次電池及其制造方法的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了說(shuō)明。

上述實(shí)施例在所有面上進(jìn)行了演示，應(yīng)該理解為不受其所限定，本發(fā)明的范圍比起前述的詳細(xì)說(shuō)明，是根據(jù)后述的權(quán)利要求體現(xiàn)。并且，其權(quán)利要求范圍的意義和范圍，以及從其等價(jià)概念起導(dǎo)出的所有的可變更和可變形的狀態(tài)需要包括在本發(fā)明的范疇來(lái)解釋。