电化学电池单元的连接装置的制作方法

1.本发明涉及用于将电化学电池单元连接到外部设备的装置，以及用于生产这种装置的方法。


背景技术：

2.薄膜电化学电池单元通常包括支撑在基底上并按以下顺序布置的叠层:靠近基底的第一电极层、电解质层、第二电极层和远离基底的集电器层。叠层通常被包封层覆盖，包封层用于帮助保护叠层免受大气成分如湿气和/或氧气的影响。
3.电化学电池单元中可以存在其他层:例如，可以在集电器层和包封层之间提供电绝缘钝化层，和/或可以在基底和第一电极层之间提供另一集电器。
4.在某些情况下，电化学电池单元是固态电池单元，也就是说，电解质层由固态电解质提供。在其他情况下，电解质层可以包括浸渍有液体或聚合物电解质的多孔隔板。
5.在某些情况下，电化学电池单元可以是可充电电池单元，也称为二次电池单元。在这种情况下，电池单元可以是锂离子电池单元，其中第一电极层、第二电极层和电解质层中的至少一个由含锂化合物提供，并且电池单元的充电和放电过程涉及锂离子在两个电极之间的迁移。
6.在电化学电池单元是锂离子电池单元的情况下，第一和第二电极层之一可以由锂层提供，并且可以在电池单元的初始充电循环期间首先形成。
7.为了将电化学电池单元连接到外部设备，有必要在第一电极和设备之间提供电连接，并且在第二电极和设备之间提供进一步的电连接。
8.在基底和第一电极层之间存在另一个集电器层的情况下，该另一个集电器层可以具有未被包封层覆盖的部分，以提供允许该另一个集电器层连接到外部设备的接触垫。在其他情况下，基底可以是导电的，从而允许经由基底提供第一电极和外部设备之间的电连接。
9.通常，远离基底的集电器层具有未被包封层覆盖的区域，从而允许集电器层连接到外部设备，以完成包括电池和该设备的电路。
10.期望构造电池单元，使得可以在外部设备和远离基底的集电器层之间形成可靠的连接。


技术实现要素：

11.在某些情况下，已经尝试在包封层的外表面上提供导电轨道层，这种轨道层用于在基板和远离基板的集电器层的未覆盖部分之间提供导电路径。在这种情况下，轨道层可以允许在基板上提供另外的接触垫，从而允许在远离基板的集电器和外部设备之间提供电连接。然而，据认为，这种轨道层可能没有足够的机械强度来承受第一和/或第二电极层的厚度变化，该厚度变化是在电池单元操作期间带电物质(例如锂离子)迁移的结果。在电池单元是二次电池单元的情况下，当电池交替充电和放电时，第一和/或第二电极层可以经历
多次膨胀和收缩循环。
12.已经尝试了在远离基底的集电器层和外部设备之间形成所需电连接的其它技术，例如将导电元件导线结合到集电器层的暴露部分。然而，据认为，在这种情况下，在电池单元操作期间，可能在集电器层的暴露表面形成反应产物。已经发现，这些反应产物阻碍了导线和集电器层之间的结合，使得仅在电池单元的几个循环之后就可能失去电接触。认为这些反应产物的形成可能是由于物质从第一电极层、第二电极层和/或电解质层向远离基板的集电器层的暴露表面扩散。
13.在第一方面，本发明可以提供一种电化学电池单元，其至少包括以下列顺序堆叠的下列层:
14.第一电极层、电解质层、第二电极层、集电器层和保护覆盖层；
15.该保护覆盖层包括电绝缘材料；
16.所述电池单元还包括导电接触垫，该导电接触垫被构造成使得电池单元能够连接到外部设备，所述接触垫被提供在保护覆盖层的与集电器层相对的外侧上，并且包括围绕其周界由电绝缘材料界定的暴露表面；
17.其中在接触垫和集电器层之间提供导电路径，导电路径延伸穿过保护覆盖层并在连接点接触集电器层的表面。
18.在某些情况下，接触垫被构造成允许导电元件的导线结合，以提供集电器层与外部设备的电连接。然而，在其他情况下，接触垫可以被构造为允许通过其他方式提供与外部设备的电连接，例如回流焊接或提供导电环氧树脂或导电墨水。
19.据认为，通过提供远离集电器层的接触垫，可以减少物质从第一电极层、第二电极层和/或电解质层扩散到接触垫的程度。这被认为有助于防止在接触垫处形成反应产物，该反应产物被认为会阻碍将电池单元连接到外部设备所需的结合。
20.通常，导电路径的至少一部分在不垂直于集电器层表面的方向上延伸。
21.通常，导电路径的至少一部分相对于集电器层的表面以80
°
或更小的角度取向。在某些情况下，导电路径的至少一部分相对于集电器层的表面以50
°
或更小的角度取向。在某些情况下，导电路径的至少一部分与集电器层的表面对准。
22.通常，接触垫相对于集电器层在横向方向上偏离连接点。
23.通常，导电路径遵循连接点和接触垫之间的间接路线。例如，导电路径可以通过连接点和接触垫之间80-100
°
范围内的角度改变方向。
24.通常，导电路径遵循连接点和接触垫之间的曲折路径。例如，导电路径可以遵循连接点和接触垫之间的之字形路线。
25.接触垫的暴露表面可以是例如圆形、椭圆形、多边形(例如正方形、矩形或六边形)或任何其他二维形状。
26.通常，导电路径和接触垫是一体形成的。然而，情况并非总是如此。
27.在某些情况下，导电路径和接触垫中的至少一个包括选自铝和氮化钛的材料。在某些情况下，导电路径和接触垫中的一个或两个可以由与集电器层相同的材料提供，例如，选自铂、镍、钼、铜、氮化钛、铝、金和不锈钢的材料。
28.通常，导电路径具有20-2000纳米范围内的厚度，其中该厚度是在路径表面的横向方向上测量的，并且路径的表面实际上是接触垫的暴露表面的延续。
29.通常，保护覆盖层包括多层。这被认为阻止了大气成分如湿气和/或氧气进入电池单元的活性层。此外，多个层可以有助于阻止物质从第一电极层、第二电极层和/或电解质层扩散到接触垫。
30.保护覆盖层通常包括多个第一层和多个第二层，每个第一层由聚合材料提供，每个第二层由金属和陶瓷材料中的一种提供，其中第一和第二层以堆叠构造布置以提供交替的第一和第二层。
31.通常，至少一个第一层的厚度在1-10微米范围内，例如3-7微米。通常，至少一个第二层的厚度在20-2000纳米范围内，例如100-500纳米。
32.在第二层中的至少一层由导电材料提供的某些情况下，导电路径的一部分可以沿着该层延伸。
33.在至少一个第二层由导电材料提供的其他情况下，导电路径可以与该层电绝缘。
34.在某些情况下，至少一个第一层可以包含聚(对二甲苯)聚合物，例如聚对二甲苯
tm
。
35.在其他情况下，至少一个第一层包括光致抗蚀剂材料，例如包括环氧树脂的光致抗蚀剂材料。这可以允许通过将该层暴露于引起该层的某些部分内的化学变化的光图案，然后根据所施加的光图案，施加提供该层的选择性去除的溶剂，来直接对该层进行图案化。
36.在某些情况下，至少一个第二层包括选自包含铝和氮化钛的组的材料。氮化钛被认为对锂物质提供了有效的扩散阻挡，因此在电池单元是锂离子电池单元的情况下，在阻止这种物质从活性电池单元层(例如，第一电极层、第二电极层和/或电解质层)向接触垫迁移方面可能是特别有益的。在某些情况下，保护层的第二层和集电器层由相同的材料提供，例如，选自由铂、镍、钼、铜、氮化钛、铝、金和不锈钢组成的组的材料。
37.在某些情况下，保护覆盖层可以包括紧邻集电器层的钝化层。钝化层由电绝缘材料提供，该电绝缘材料可以从包括陶瓷、无机氧化物和复合无机氧化物的组中选择。例如，钝化层可以选自由氧化铝、氧化硅、氮化硅、氧化钽、氧化铪、氧化钨、氧化钛、氧化锌、氧化锆、氧化钼和氮化铝组成的组。钝化层的厚度通常在100纳米至5微米的范围内。
38.通常，在第一电极层远离电解质层的一侧提供基底。在某些情况下，在基底和第一电极层之间提供另一个集电器层。
39.在某些情况下，在接触垫和连接点之间提供至少一个另外的导电路径。
40.在某些情况下，电池单元包括多个导电路径，每个路径与路径接触集电器层的相应连接点相关联，并且每个路径延伸穿过保护覆盖层以到达设置在保护覆盖层的与集电器层相对的一侧上的一个或多个接触垫中的一个。
41.在某些情况下，电池单元包括设置在保护覆盖层的与集电器层相对的一侧上的多个接触垫，多个接触垫中的每一个都与在相应接触垫和集电器层之间延伸的相应导电路径相关联。
42.这些布置在电池单元内提供了冗余，使得即使在单个导电路径失效的情况下，电池单元仍可以电连接到外部设备。这是特别有利的，因为导电路径通常具有20-2000纳米范围内的厚度，因此可能发生路径故障，例如，在下面的表面改变取向的地方，例如在边缘或拐角处。
43.通过在保护覆盖层的外侧提供接触垫，接触垫可以位于提供电池单元的叠层的整
个覆盖区内。在这种情况下，接触垫的存在不会增加电池单元的总面积。通常，定义为电解质层的一个面的面积的电池覆盖区小于500mm2，在某些情况下小于400mm2，在某些情况下小于300mm2，在某些情况下小于200mm2。因此，有效地，电池单元的覆盖区由电解质层的周界界定。在更进一步的情况下，电池单元的覆盖区可以小于100mm2，例如小于50mm2。
44.第一和第二电极层中的一个提供电池单元的阴极，而第一和第二电极层中的另一个提供电池单元的阳极。
45.阴极的厚度通常在5-40微米的范围内。
46.阳极通常具有500纳米至5微米的厚度。
47.通常，电解质层的厚度在1-5微米的范围内。在某些情况下，电解质层的厚度在2-4微米的范围内
48.通常，集电器层的厚度在100-500纳米的范围内。在某些情况下，集电器层的厚度在200-400纳米的范围内。
49.通常，第一电极和电解质中的至少一个由含锂化合物提供。
50.通常，电池单元包括电连接到第一电极的另一接触垫，其中直接在接触垫和另一接触垫之间延伸的假想线穿过第一电极、电解质、第二电极和集电器中的至少一个。通常，另一接触垫是另一集电器的暴露部分，该另一集电器层与第一电极直接接触。
51.为了避免疑问，第一电极层、电解质层、第二电极层、集电器层和保护覆盖层不一定是同延的。例如，在某些实施例中，第一电极层的周界可能与集电器层的周界不匹配。在这种情况下，例如，连接点可以位于第一电极层的周界之外，即，连接点不覆盖第一电极层。实际上，连接点在第一电极层的横向方向上偏离第一电极层。这可以有助于减少有害物质从第一电极层向连接点的迁移，特别是在第一电极是含锂电极，例如含锂阴极的情况下。
52.相比之下，接触垫通常位于第一电极层的周界内。
53.由于这些层不一定是同延的，某些层，例如集电器层，可能不完全是平面的。为了避免疑问，在限定导电路径和集电器层的面的相对取向的上下文中，对集电器层的面的引用涉及集电器在连接点处的部分。
54.在某些情况下，电化学电池单元是固态电化学电池单元。在某些情况下，电化学电池单元是二次电池单元。
55.在根据本发明第一方面的电化学电池单元的某些实施例中，阳极在电池单元初始充电期间原位形成。
56.因此，在第二方面，本发明可以提供一种用于根据本发明第一方面的电化学电池单元的前体，该前体包括叠层，该叠层包括阴极层、电解质层、集电器层和保护覆盖层，该保护覆盖层位于集电器层的第一侧，阴极层和电解质层位于集电器层的第二侧；
57.其中保护覆盖层包括电绝缘材料；
58.所述电池单元还包括导电接触垫，该导电接触垫被构造成使得电池单元能够连接到外部设备，所述接触垫被提供在保护覆盖层的与集电器层相对的外侧上，并且包括围绕其周界由电绝缘材料界定的暴露表面；
59.其中在接触垫和集电器层之间提供导电路径，导电路径延伸穿过保护覆盖层并在连接点接触集电器层的表面。
60.阴极可以位于电解质层和集电器层之间。或者，阴极可位于电解质层与集电器层
相对的一侧。
61.通常，前体的初始充电导致在电解质层的与阴极层相对的一侧形成锂阳极层。
62.根据本发明第二方面的前体可以单独或组合地具有本发明第一方面的电池单元的一个或多个可选特征。
63.在第三方面，本发明可以提供一种制造根据本发明第一方面的电池单元的方法，包括以下步骤:
64.·
提供至少包括以下层的叠层:阴极层、电解质层、集电器层和第一电绝缘层，第一电绝缘层位于集电器层的第一侧，阴极层和电解质层位于集电器层的第二侧；
65.·
提供穿过第一电绝缘层厚度的孔(aperture)，使得集电器的表面的一部分被暴露；和
66.·
在集电器层的暴露部分和第一电绝缘层的至少一部分上沉积导电材料，以便在集电器层的表面的暴露部分和与集电器层相对的第一电绝缘层的表面之间产生导电路径。
67.通常，在集电器层和第一电绝缘层之间提供钝化层，该钝化层提供有相应的贯穿厚度的孔，并且提供贯穿第一电绝缘层厚度的孔的步骤包括将第一电绝缘层中的孔与钝化层中的孔对准。
68.钝化层由电绝缘材料提供，该电绝缘材料可以从包括陶瓷、无机氧化物和复合无机氧化物的组中选择。通常，钝化层由选自由氧化铝、氮化铝、氧化硅、氮化硅、氧化钽、氧化铪、氧化钨、氧化钛、氧化锌、氧化锆、氧化钼及其组合组成的组的陶瓷材料提供。
69.在某些不太优选的情况下，第一电绝缘层对应于这种钝化层，也就是说，它由选自由氧化铝、氮化铝、氧化硅、氮化硅、氧化钽、氧化铪、氧化钨、氧化钛、氧化锌、氧化锆、氧化钼及其组合组成的组的陶瓷材料提供。
70.通常，穿过第一电绝缘层的厚度提供孔的步骤包括例如通过光刻工艺选择性地蚀刻第一电绝缘层。
71.在某些情况下，光刻工艺包括例如通过旋涂在第一电绝缘层上沉积光致抗蚀剂材料的步骤。在其他情况下，在沉积光致抗蚀剂材料的步骤之前，可以在第一电绝缘层上沉积金属层，使得金属层位于光致抗蚀剂材料和第一电绝缘层之间。在这种情况下，光致抗蚀剂材料可以用于通过光刻工艺图案化金属层，并且图案化的金属层可以随后在蚀刻工艺中用作掩模，以在第一电绝缘层中提供孔。
72.在另外的情况下，第一电绝缘层包括光致抗蚀剂材料，并且选择性蚀刻第一电绝缘层的步骤可以包括将第一电绝缘层的表面的至少一部分暴露于入射光，该入射光在第一电绝缘层的表面的该部分内引起化学变化。
73.通常，根据本发明第三方面的方法还包括以下步骤:在产生导电路径的步骤之后，在第一电绝缘层上沉积第二电绝缘层，并产生穿过第二电绝缘层的贯穿厚度的孔，以便暴露导电路径的一部分。在这种情况下，第二电绝缘层中的孔在第二电绝缘层的横向方向上偏离第一电绝缘层中的孔。
74.通常，第一和第二电绝缘层各自由聚合物材料提供。在某些情况下，第一和/或第二电绝缘层可以包括聚(对二甲苯)聚合物，例如parylene(帕利灵)
tm
。在其他情况下，第一和/或第二电绝缘层包括光致抗蚀剂材料，例如包括环氧树脂的光致抗蚀剂材料。
75.通常，第一和第二电绝缘层各自沉积到1-10微米范围内的厚度，例如3-7微米
76.通常，导电材料被沉积到20-2000纳米的厚度，例如100-500纳米。在某些情况下，导电材料是铝。导电材料可以通过物理气相沉积工艺沉积，例如溅射。优选地，导电材料被沉积到2000纳米或更小的厚度，因为这允许材料被沉积为层(例如，通过气相沉积工艺)，该层随后被成形(例如，通过蚀刻)以提供导电路径。如果导电材料的厚度大于2000纳米，则可能难以完全去除材料中不需要的部分，从而存在电池单元的不同部分之间发生短路的风险。
77.在某些情况下，叠层包括阳极层。然而，在其他情况下，阳极层可以在电池单元初始充电期间形成。
附图说明
78.现在将参考以下附图通过举例的方式描述本发明，在附图中:
79.图1a和1b示出了根据第一比较例在电池单元制造的不同阶段组装的电池单元部件的示意性截面图；
80.图2示出了根据第二比较例的电池单元的示意性截面图；
81.图3a至3f示出了根据本发明第一方面的第一实施例在电池单元制造的不同阶段组装的电池单元部件的示意性截面图；
82.图4a至4e示出了根据本发明第一方面的第二实施例在电池单元制造的不同阶段组装的电池单元部件的示意性截面图；
83.图5a至5e示出了根据参考图1a和1b所示的方法制造的适应电池单元的方法的不同阶段的组装电池单元部件的示意性截面图，以便提供根据本发明第一方面的第三实施例的电池单元；
84.图6示出了根据本发明第一方面的第四实施例的第一和第二电化学电池单元的放电容量作为循环次数的函数的曲线图，第一电池单元在空气中测试，第二电池单元在氩气中测试；
85.图7a示出了根据本发明第一方面的第五实施例的电池单元的一部分的示意性平面图。为了简单起见，电池单元的元件被示出为透明的，以便允许看到下面的元件的构造；
86.图7b示出了沿线a-a截取的图7a的电池单元的示意性截面图
具体实施方式
87.参考图1a，在根据比较例的电池单元制造的第一阶段，提供了包括集电器层12和保护覆盖层102的电池单元部件的组件。
88.保护覆盖层102包括与集电器层12直接相邻的电绝缘陶瓷钝化层14，以及与金属层106、110、114交替布置的聚合物层104、108、112。
89.在钝化层中提供孔116。紧邻钝化层14的聚合物层104延伸穿过钝化层中的孔116并接触集电器层12。
90.集电器层12可以由选自由铂、镍、钼、铜、氮化钛、铝、金和不锈钢的材料提供。集电器层12的第二面(即与钝化层14相对的面)接触芯电池堆，该芯电池堆包括第一和第二电极层6、10，电解质层8位于其间。
91.参考图1b，在根据本发明的比较例的电池单元制造的第二阶段中，覆盖钝化层14
中的孔116的保护覆盖层102部分的整个厚度部分被去除，以便暴露集电器层12的一部分。
92.在图1b所示的构造中，被去除的全厚度部分覆盖了比孔116更大的面积，使得钝化层14的一部分被暴露。然而，在其他构造中，被移除的全厚度部分覆盖的面积小于钝化层中的孔，使得集电器层12的暴露部分位于孔内，并且孔的壁保持被聚合物层涂覆。
93.集电器层12的暴露部分可以提供接触垫，以允许电池单元连接到外部设备。通常，这需要将导线焊接到接触垫上。
94.然而，已经发现，在具有根据该构造布置的接触垫的电池单元的循环过程中，观察到接触垫的外观发生变化，这被认为是由于在集电器层12的暴露表面存在反应产物。这些反应产物被认为阻碍了导线和接触垫之间的结合，使得仅在电池单元的几个循环之后就可能失去电接触(在某些情况下，在电池单元仅经历三个循环之后就可能失去电接触)。
95.在接触垫上(即在集电器层12的暴露表面上)反应产物的形成被认为是由于物质从集电器层12下面的电池堆扩散到接触垫，在那里这些物质与周围环境反应。
96.参考图2，根据本发明第二比较例的电池单元328包括沉积在基底314上的叠层。
97.叠层包括按以下顺序布置的以下层:紧邻基底314的粘合层316、阴极集电器层318、阴极层320、电解质层322、阳极层324和阳极集电器326。
98.除了阳极集电器326位于包封层中的贯穿厚度的孔332内的部分和阴极集电器层318的部分之外，叠层的外表面被电绝缘包封层330覆盖。在形成孔332之后，金属轨道层334沉积在电池单元328的外表面上。
99.金属轨道层334提供了从阳极集电器326到基底314的导电路径，其中可以提供接触垫(未示出)。接触垫使得电池单元328能够连接到外部设备(未示出)。
100.然而，在电池单元操作期间，叠层中的一层或多层可能会发生厚度变化。例如，在电池单元是锂离子电池单元的情况下，随着锂离子嵌入其中，阳极层将在电池充电期间膨胀。相反，在电池单元放电期间，随着锂离子离开阳极层，阳极层将趋于收缩。
101.据认为，在电池单元操作期间，这些层的体积变化将对连接阳极集电器326到基底314的金属轨道层334的完整性产生负面影响，从而降低其提供的导电路径的可靠性。
102.参考图3a，在根据本发明第一实施例的电池单元制造的第一阶段，提供了包括集电器层12、电绝缘陶瓷钝化层14和第一聚合物层18的电池单元部件的组件。钝化层14设置在集电器层12的第一面上。第一聚合物层18设置在钝化层14的与集电器层12相对的面上。
103.在钝化层中提供了孔16。第一聚合物层18延伸穿过孔16以接触集电器层12。
104.集电器层12可以由选自由铂、镍、钼、铜、氮化钛、铝、金和不锈钢组成的组的材料提供。集电器层12的第二面(即，与钝化层14相对的面)通常接触芯电池堆(未示出)，该芯电池堆包括第一和第二电极层，电解质层位于其间。然而，在某些情况下，可以制造电池单元，使得最初在电池单元的集电器层12和电解质层(未示出)之间不提供电极层。在这种情况下，电池单元通常被构造成使得在电池单元的第一次充电期间，在电解质和集电器层12之间形成锂阳极。
105.钝化层14通常由陶瓷材料提供，例如选自由氧化铝和氮化铝的材料。在某些实施例中，钝化层具有大约1.5微米的厚度
106.在某些情况下，第一聚合物层18可以由聚(对二甲苯)聚合物提供，例如parylene
tm
。在其他情况下，聚合物层可以由光致抗蚀剂材料提供，即，响应于入射光而经历
化学变化的材料，这些化学变化改变其在某些溶剂中的溶解度。光致抗蚀剂材料可以包含环氧树脂。
107.第一聚合物层18的厚度通常为5微米(这是指覆盖钝化层14的第一聚合物层部分的厚度)。
108.钝化层14中的孔16通常在沉积第一聚合物层18之前通过蚀刻工艺形成。
109.参考图3b，在电池单元制造的第二阶段，修改图3a所示的电池单元部件，以在第一聚合物层18的覆盖钝化层14中的孔16的部分中产生孔20。因此，集电器层12的第一表面的一部分被暴露。
110.孔20通常是通过光刻工艺产生的。在某些情况下，该光刻工艺可以包括在第一聚合物层18的暴露表面上沉积光致抗蚀剂层，并将光致抗蚀剂层暴露于光图案，该光图案在该层的某些部分内引起化学变化。然后可以将溶剂(即，显影剂溶液)施加到光致抗蚀剂层，其效果根据光图案引起的化学变化而变化(例如，正性光致抗蚀剂层在暴露于uv光之后变得更易溶于显影剂溶液，而负性光致抗蚀剂层在暴露于uv光之后变得更难溶于显影剂溶液)。因此，可以在第一聚合物层18的表面上提供掩模层，允许进行蚀刻以产生孔20。
111.然而，在第一聚合物层18由光致抗蚀剂材料提供的情况下，可以在不需要提供单独的掩模层的情况下产生孔20，因为该层可以直接暴露于光和溶剂中以产生孔。
112.在第一聚合物层18中形成的孔20通常比钝化层14中提供的孔16窄。结果，孔16的内表面通常覆盖有第一聚合物层18的材料涂层。
113.参考图3c，在电池单元制造的第三阶段，第一导电层22沉积在图3b所示的电池单元部件的组件的暴露表面上。第一导电层22遵循图3b的组件的暴露表面的轮廓，因此覆盖与钝化层14相对的第一聚合物层18的表面，以及孔20的内表面和在形成孔20期间暴露的集电器层12的部分。
114.第一导电层22通常包括铝或氮化钛。第一导电层的厚度通常为200纳米。在第一导电层22由铝层提供的情况下，第一导电层22的沉积通常包括溅射工艺。
115.在沉积第一导电层22之后，在第一导电层22的暴露表面上沉积第二聚合物层24。因此，第二聚合物层24遵循第一导电层22的暴露表面的轮廓。第二聚合物层24通常具有与第一聚合物层18相同的成分，并且通常沉积到相同的厚度。
116.参考图3d，在制造电池单元的第四阶段，修改图3c所示的电池单元部件的组件，以在第二聚合物层24中提供孔26。在覆盖钝化层14的一部分的第二聚合物层24的一部分中产生孔26。孔26是第二聚合物层24中的贯穿厚度的孔，因此孔的形成具有暴露第一导电层22的一部分的效果。
117.孔26通常通过与图3b的孔20相同的过程形成。
118.参考图3e，在制造电池单元的第五阶段，第二导电层28沉积在图3d所示的电池单元部件的组件的暴露表面上。第二导电层28遵循图3d的组件的暴露表面的轮廓。第二导电层28通常具有与第一导电层22相同的成分和厚度，并且使用相同的工艺沉积。然而，情况并非总是如此。
119.在沉积第二导电层28之后，在第二导电层28的暴露表面上沉积第三聚合物层30。第三聚合物层30通常具有与第一和第二聚合物层18、24相同的组成，并且通常沉积到相同的厚度。
120.参考图3f，在制造电池单元的第六阶段，修改图3e所示的电池单元部件的组件，以在第三聚合物层30中提供孔。该孔是第三聚合物层30的贯穿厚度的孔，并暴露第二导电层28的与集电器层12对准的部分32。第二导电层28的该部分32提供了允许电池单元连接到外部设备的接触垫。
121.因此，作为参照图3a-f描述的过程的结果，已经提供了覆盖在集电器层12上的保护覆盖层。该保护覆盖层由钝化层14以及第一、第二和第三聚合物层18、24、30提供，它们与第一和第二导电层22、28以通常交替的构造布置。通常，第二聚合物层24设置在第一和第二导电层22、28之间。然而，第一和第二导电层22、28沿着它们长度的一部分25重合，并且沿着该部分，两个导电层没有被第二聚合物层24分开。
122.沉积导电层、沉积聚合物层和在聚合物层中形成孔以暴露导电层的一部分的步骤(例如，如图3e和3f所示)可以根据需要经常重复，以形成具有所需厚度和/或阻隔性能的保护覆盖层。
123.据认为，通过提供导电材料(例如铝)和聚合物材料的交替层，可以抑制湿气进入电池单元(从保护覆盖层的暴露表面朝向集电器层12)。
124.同时，在接触垫32和集电器层12之间提供导电路径。该导电路径沿着第二导电层28从接触垫到第一和第二导电层22、28重合的区域25，随后沿着第一导电层22到集电器层12。
125.从图3f可以看出，从集电器层12到接触垫32的导电路径不是直接的。相反，它会多次自身折回。据认为，提供这种曲折的路径有助于减少物质从集电器层12下面的芯电池堆扩散到接触垫32的程度。这被认为有助于阻止接触垫32处反应产物的形成，该反应产物可能干扰电池单元与外部设备的连接。
126.参考图4a，在根据本发明第二实施例的电池单元制造的第一阶段，提供了包括集电器层12、电绝缘陶瓷钝化层214和第一聚合物层218的电池单元部件的组件。钝化层214设置在集电器层12的第一面上。第一聚合物层218设置在钝化层214的与集电器层12相对的面上。
127.一个或多个电极和/或电解质层(未示出)设置在集电器层12的与钝化层14相对的一侧。
128.钝化层214的成分和厚度通常与图3a-f所示的钝化层14相同。第一聚合物层218通常具有与图3a-f所示的第一聚合物层18相同的成分，厚度为5微米
129.穿过钝化层214和第一聚合物层218的厚度提供多个孔，使得接触钝化层214的集电器层12的面的多个部分220被暴露。
130.参考图4b，在电池单元制造的第二阶段，第一导电层222沉积在图4a所示的电池单元部件的组件的暴露表面上。第一导电层222遵循图4a的组件的暴露表面的轮廓。因此，第一导电层在集电器层12的暴露部分220处直接沉积在集电器层12上。
131.第一导电层222通常具有与图3e和3f所示的第一和第二导电层22、28相同的成分和厚度，尽管情况并不总是如此。
132.参考图4c，在制造电池单元的第三阶段，第二聚合物层224沉积在图4b所示的电池单元部件的组件的暴露表面上。第二聚合物层224通常具有与第一聚合物层218相同的成分，并且沉积到相同的厚度。在沉积第二聚合物层224之后，穿过该层的厚度产生多个孔，以
便提供第一导电层的多个暴露部分226。可以通过关于图3b所述的光刻工艺来产生孔。第一导电层222的暴露部分226各自具有背离集电器层12的表面。第一聚合物层218的相应部分位于第一导电层222的每个暴露部分226和钝化层214之间。
133.参考图4d，在电池单元制造的第四阶段，第二导电层228沉积在图4c所示的电池单元部件的组件的暴露表面上。第二导电层228遵循图4c的组件的暴露表面的轮廓。因此，第二导电层228在第一导电层222的暴露部分226处直接沉积在第一导电层222上。
134.第二导电层228通常具有与第一导电层222相同的成分和厚度，尽管情况并非总是如此。
135.参考图4e，在制造电池单元的第五阶段，第三聚合物层230沉积在图4d所示的电池单元部件的组件的暴露表面上。第三聚合物层230通常具有与第一聚合物层218相同的成分，并且沉积到相同的厚度。在沉积第三聚合物层230之后，穿过该层的厚度产生多个孔，以便提供第二导电层228的多个暴露部分232。可以通过关于图3b所述的光刻工艺来产生孔。第二导电层228的暴露部分232各自具有背离集电器层12的表面。第二聚合物层228的相应部分位于第二导电层230的每个暴露部分232和钝化层214之间。
136.第二导电层230的每个暴露部分232提供接触垫，允许电池单元连接到外部设备。
137.据认为，通过提供导电材料(例如铝)和聚合物材料的交替层，形成了保护覆盖层234，其有助于抑制湿气从保护覆盖层234的暴露表面朝向集电器层12进入电池单元。
138.如参考例如图4d和4e所描述的，沉积导电层、沉积聚合物层和在聚合物层中产生孔的步骤，如果需要可以重复，以建立期望厚度的保护覆盖层。
139.同时，在每个接触垫(在第二导电层228的相应暴露部分232)和集电器层12之间提供多个导电路径。这些导电路径沿着第二导电层228从接触垫到第一和第二导电层222、228重合的区域，随后沿着第一导电层222到集电器层12。
140.提供多个接触垫和将每个接触垫连接到集电器层12的多个导电路径在电池单元内提供了冗余，使得即使接触垫和集电器层12之间的单个导电路径失效，电池单元也可以继续连接到外部设备。
141.从图4e可以看出，从集电器层12到设置在第二导电层228的暴露部分232处的接触垫的导电路径都不是直接的。替代地，每个导电路径至少改变方向90度一次，并且在某些情况下，导电路径可以自身折回。认为提供这种路径有助于减少物质从集电器层12下面的电极或电解质层扩散到由第二导电层228的暴露部分232提供的接触垫的程度。这被认为有助于阻止接触垫处反应产物的形成，该反应产物可能干扰电池单元与外部设备的连接。
142.参考图5a，提供了对应于图1b所示的电池单元部件的组件(为简单起见，未示出包括电极层6、10和电解质层8的图1b的芯电池堆)。也就是说，集电器层12具有设置在其第一面上的保护覆盖层102，保护覆盖层102包括与集电器层12直接相邻的电绝缘陶瓷钝化层14，以及与金属层106、110、114交替布置的聚合物层104、108、112。
143.在保护覆盖层102中提供贯穿厚度的孔，使得集电器层12的一部分118暴露。这可以提供用于将电池单元连接到外部设备的接触垫。
144.可以修改图5a的组件，以在保护覆盖层102的外表面上提供接触垫，而不是直接在集电器层12上。参考图5b-e示出了该工艺。
145.参考图5b，在调整图5a的组件的第一步中，沉积第一导电层120，其覆盖集电器层
12的暴露表面118，以及设置在保护覆盖层102中的贯穿厚度的孔的内表面。这有助于密封设置在保护覆盖层102中的贯穿厚度的孔的内表面，从而阻止大气成分进入层之间。
146.参考图5c，在调整图5a的组件的第二步中，例如通过蚀刻工艺，去除第一导电层120的与集电器层12的表面和钝化层14中提供的孔的内表面接触的部分。这降低了集电器层12和保护覆盖层102中的金属层之间短路的风险。
147.参考图5d，在调整图5a的组件的第三步中，第一聚合物层122沉积在图5c所示的电池单元部件的组件的暴露表面上，随后被蚀刻以暴露集电器12的表面。
148.参考图5e，在调整图5a的组件的第四步中，在图5d所示的电池单元部件的组件的暴露表面上沉积第二导电层124。第一聚合物层122在第一和第二导电层120、124之间提供电绝缘层。
149.参考图5f，在调整图5a的组件的第五步中，第二聚合物层126沉积在图5e所示的电池单元部件的组件的暴露表面上。然后，在保护覆盖层102的外表面上的第二聚合物层126的一部分中提供贯穿厚度的孔。该孔暴露第二导电层124的一部分，以便提供接触垫128。
150.参考图6，曲线a和b示出了根据本发明第一方面的第四实施例的电池单元的放电容量作为循环次数的函数。曲线a是从在空气中进行的测试获得的，而曲线b是从在氩气氛下进行的测试获得的。从图中可以看出，在两种情况下都观察到类似的容量损失，表明保护覆盖层有效地保护电池单元的活性层免受湿气和其他大气成分的影响。
151.参考图7a和7b，电池单元400具有基底410，其上依次堆叠有阴极集电器412、阴极414、电解质416、阳极418和阳极集电器420(为简单起见，基底410、阳极418和阳极集电器420未在图7a中示出)。阴极集电器412和阴极层414没有完全延伸到电池单元的拐角部分434中，因此在该拐角部分，电解质416与基底410直接接触。
152.如图7b所示，电池单元还包括保护覆盖层421，该保护覆盖层421包括与阳极集电器420直接相邻的电绝缘钝化层422、交替的聚合物和金属层的叠层，该叠层通常示出为特征424(为简单起见，未显示单独的金属和聚合物层)，以及外部聚合物层430。
153.在电池单元400的拐角部分434中提供了孔428，该孔延伸穿过交替的聚合物和金属层424的叠层以及电绝缘钝化层422(为了简单起见，没有示出孔428的内壁的构造细节，但是这些通常类似于图5f中所示的那些)。导电迹线426覆盖在交替的聚合物和金属层424的叠层上，并在孔428处接触阳极集电器层420。
154.如图7a和7b所示，导电迹线426包括位于孔428位置的第一圆形部分426a、覆盖交替的聚合物和金属层424的叠层的第二圆形部分426b、以及连接第一和第二圆形部分的三个腿426c、d、e。
155.外部聚合物层430覆盖交替的聚合物和金属层424的叠层和导电迹线426，外部聚合物层430在覆盖导电迹线426的第二圆形部分426b的区域中包括孔432。
156.孔432位置处的导电迹线426的暴露部分提供了接触垫，允许电池单元连接到外部设备。
157.因为孔428设置在电池单元400的拐角部分434中，所以它不覆盖阴极层414。据认为，这有助于防止导电迹线426在孔428的位置处破裂，否则这可能通过化学物质(例如，锂)从阴极414向孔428的迁移而发生。
158.通过提供具有连接第一和第二圆形部分426a、b的三个腿426c、d、e的导电迹线
426，即使腿426c、d、e中的一个或两个失效，也可以在第一和第二圆形部分之间保持电连接。这种冗余是有益的，因为导电迹线426的厚度仅为约200纳米，并且例如在孔428的内壁和交替的聚合物和金属层424的叠层之间的边缘处，腿可能是易受损坏的。不希望使用较厚的导电迹线426，因为该迹线是通过沉积一层导电材料并对其进行蚀刻以提供所需构造而形成的。在蚀刻过程中必须小心避免留下可能在电池单元的不同部分之间产生短路的残留导电材料，并且这对于较厚的迹线来说更加困难。
159.为了避免疑问，术语“将
…
覆盖”、“覆盖”、“将
…
位于下面”和“在
…
下面”是指当组装的电池单元部件如图1-5和7b所示取向时，电池单元部件的相对位置。