矽二次電池單元及利用此的電力機動車用電池模塊的製作方法

2023-05-09 12:43:02

本發明涉及一種矽二次電池，尤其涉及一種具有固體電解質的固體狀矽二次電池。

背景技術：

二次電池有時作為將化學能源變為電能源從而向外部電路供給電源，也可以作為放電時接收外部電源的供給，將電能源換為化學能源來儲存電的電池，一般稱之為二次電池。

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於機動車，鎳-鎘二次電池替用乾電池使用，鋰電池特別輕用於數位相機、手機等電源來使用。隨著最近急劇增加的類似智慧型手機和平板PC這種個人攜帶終端裝置的普及，實際上，所述的二次電池中鋰電池最為廣泛使用。

但是，作為鋰電池的主要材料使用的鋰價格相當高，廢棄壽命將盡的鋰電池時，在廢棄場所會流出鋰，從而伴隨著環境汙染的問題。

因此，實際上，最需要的是開發可以代替鋰電池的高輸出二次電池。

技術實現要素：

(要解決的問題)

本發明的第1目的在於，提供一種可以代替鋰電池的高輸出以及高效率的矽二次電池。

本發明的第2目的在於，提供一種將陽極或陰極物質多次疊層壓縮從而製造陽極或陰極活性物質，以至可以增加陽極或陰極活性物質的密度，增加電子密度和容量的矽二次電池。

本發明的第3目的在於，提供一種將網狀板內置於陽極活性物質和陰極活性物質的內部，可以有效地移動電子的矽二次電池。

本發明的第4目的在於，提供一種二次電池串聯連接時，連接的矽二次電池的電極為共用化，減少矽二次電池組件的厚度，並且可以增大輸出電壓的矽二次電池組件。

本發明的第5目的在於，提供一種與PCB或晶片一體形成從而供給電源，發揮瞬間放電的後背電源的作用的矽二次電池。

(解決問題的手段)

根據本發明達成所述目的，一種基於包括由用於在充電時產生矽陽離子放電時產生矽陰離子的第1矽化合物構成的陽極活性物質層、由用於在充電時產生矽陰離子放電時產生矽陽離子的第2矽化合物構成的陰極活性物質層和固體電解質層的多個矽二次電池單體疊層從而形成一個單元的矽二次電池單元，所述多個矽二次電池單體串聯連接從而疊層，在陽極活性物質層和陰極活性物質層之間，具備一個共有集電層用於集電電荷。

此處，所述陽極活性物質層，由用於充電時產生矽陽離子放電時產生矽陰離子的第1矽化合物構成的多個矽陽極化薄膜層疊層，從而形成第1矽多層薄膜部。

並且，所述陰極活性物質層，由用於充電時產生矽陽離子放電時產生矽陰離子的第2矽化合物構成的多個矽陽極化薄膜層疊層，從而形成第2矽多層薄膜部。

並且，所述共有集電層為多孔網狀或泡沫狀。

並且，所述共有集電層在表面塗層有金、銀和導電性聚合物中的任意一種。

並且，所述導電性聚合物從聚吡咯(polypyrrole)、聚苯胺(PANI)、聚噻吩(polythiophene)和聚乙炔(polyacetylene)構成的群體中，選擇其中的任意一種。

並且，一種基於供給電源到電力機動車的電力機動車用電池模塊，其特徵在於，包括：外殼，容納矽二次電池於內部；遮擋部件，覆蓋所述外殼的開放部，具備輸出電源的輸出接頭；及根據第1至第6項中任意一項的矽二次電池單元，多個配置於所述外殼內；所述矽二次電池單元以串聯形式連接配置。

並且，所述外殼為，外部空氣可以順暢通過的框架結構。

並且，所述外殼包括：陽極母線，與所述矽二次電池單元的陽極接頭連接，並且與輸出接頭電連接，及陰極母線，與所述矽二次電池單元的陰極接頭連接，並且與輸出接頭電連接。

並且，所述外殼和遮擋部件的材料為絕緣材料。

並且，所述絕緣材料為合成樹脂。

(發明的效果)

由此，本發明具有如下效果：

第一，用矽代替二次電池的鋰，以至具有製造費用減少以及廢棄二次電池時環境汙染最小化的效果。

第二，將陽極或陰極物質多次疊層壓縮從而製造陽極或陰極活性物質，以至具有使陽極或陰極活性物質的密度增加，從而增加電子密度和容量的效果。

第三，使陽極活性物質和陰極活性物質的內部內置有網狀板，以至具有可以有效地移動電子的效果。

第四，矽二次電池串聯連接時，連接的矽二次電池的電極為共用化，以至具有可以使矽二次電池組件的厚度減小，並且增大輸出電壓的效果。

第五，與PCB或晶片形成一體從而供給電源，以至具有發揮瞬間放電的備用電源的作用的效果。

附圖說明

圖1是示出根據本發明的矽二次電池的結構。

圖2是示出根據本發明第1實施例的矽二次電池的結構。

圖3是示出根據本發明的第2實施例的矽二次電池的結構。

圖4是示出包括在根據本發明第3實施例的矽二次電池的活性物質的網狀板的一個實施例。

圖5是示出根據本發明第4實施例矽二次電池單元的結構。

圖6是示出應用於根據本發明第4實施例矽二次電池單元的電動車電池模塊的一個實施例。

圖7是示出根據本發明第6實施例的微型電池的一個實施例。

具體實施方式

本說明書和權利要求範圍中使用的用語或單詞不能為公知的或限定於詞典的意思來進行解釋，發明人為了用最佳的方法來說明自己的發明，遵守適當定義用語概念的規則，只對符合本發明技術思想的意義和概念進行解釋。

因此，本說明書中記載的實施例和圖中圖示的結構不過是本發明的一個最優選實施例，不全代表本發明的技術思想，基於本申請的觀點，應該理解為可以是代替其的多種均等物和變形例。並且，基於本發明的說明，若相關的公知技術等能使本發明的要旨變得模糊，其相關的詳細說明將被省略。

以下，參照附圖對根據本發明優選實施例的矽二次電池及其製造方法進行說明。

根據本發明的矽二次電池涉及一種利用矽離子而執行充電和放電的二次電池，如圖1所示，包括：陽極活性物質層20，充電時產生矽陽離子，放電時產生矽陰離子，陰極活性物質層40，充電時產生矽陰離子，放電時產生矽陽離子，及固體電解質層10，位於所述陽極活性物質層20和陰極活性物質層40之間，並且在充電和放電時，將矽離子傳達到陽極活性物質層20和陰極活性物質層40之間。

並且，如果根據圖1，可得知，所述陽極活性物質層20上結合有陽極集電體30，所述陰極活性物質層40上結合有陰極集電體50。

圖1中，陽極集電體30以具有規定厚度的金屬板存在，在其一側面塗有陽極活性物質層20。陽極活性物質層20雖然可以配置為矽碳化物(SiC)，但不是必須要局限於此。如舉例說明，可以在矽碳化物(SiC)少量添加鍺(ge)進行使用。其通過混雜變為可能，可以添加元素周期律表中，與碳(C)元素相同族的元素從而作為陽極活性物質來使用。

陰極集電體50配置有具有規定厚度的金屬板，其一側面上塗有陰極活性物質層40。陰極活性物質層40雖然可以以氮化矽(Si3N4)存在，但不是必須要局限於此。在所述陰極活性物質層40或氮化矽(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來使用。

若對所述的摻雜再次進行說明，在離子化過程中，由於電子的移動而產生了電位差，電極具有了產生電壓的作用。矽作為具有+4化合價的元素具有陽極性，在陽極性中，為了能夠使電子能夠輕鬆地脫離和被接收，使用摻雜N和C的矽電極。但是，矽碳化物和氮化矽作為六方晶結晶質的物質，結晶上的電子容易在結晶表面產生移動，特別是，根據結晶的方向性，電子的脫離現象可能發生變化。矽碳化物和氮化矽的原料中添加鋁(Al)、鐵(Fe)、鎂(Mg)、鋅(Zn)、錳(Mn)等的過渡金屬，變更結晶的方向性從而可以容易地調節電子的脫離和接收。同矽相比，可以通過添加離子直徑大的4周期5周期的過渡金屬賦予方向性於結晶，從而可以調節電子移動度。組合與矽直徑類似的3周期元素鋁(Al)、磷(P)、硫(S)、鎂(Mg)、鈉(Na)等的元素從而添加時，將結晶上的模樣變化最小化，可以調節電子的脫離度。

另外，固體電解質層10作為處於固定狀態的非水電解質，可以以通過聚合物的離子交換樹脂和通過金屬氧化物等的離子交換無機化合物等的形式而配置。作為離子交換樹脂的聚合物的置換基只要是陽離子性磺酸基(-SO3H)、羧基(-COOH)、陰離子性4級銨基(-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-丙烯醯胺-2-甲基丙烷磺酸)順暢地將電子(e-)移動方面上，可以適當地採用。

在所述的固態電解質層10上，添加聚合物到電解質從而賦予類似於凝膠形態的固定性，能提高電池的使用性。但是，聚合物是由單一結合構成的鏈或由雙重結合構成的鏈構成，若鏈內只共享電子，電子密度非常低，比只用液態電解質時電子移動度要小。這種聚合物在較快的時間內大量輸送電子和離子，再提高電解質液體的固定性，從而需要提高安全和穩定性。用於液態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電性越低的傾向，將具有高導電性的低分子量的低聚合度的聚合物和用於高粘度的高聚合度的聚合物2種以上混合，可以彌補離子移動度和電子移動度。

如上所示，塗有陽極活性物質層20和陰極活性物質層40的陽極集電體30和陰極集電體50，與固體電解質層10結合從而形成矽二次電池。此時，所述陽極活性物質層20和陰極活性物質層40結合，以連接在固體電解質層10的兩面。

如上所述構成的矽二次電池，通過電子的移動充放電，從而發揮電池的性能。

所述的矽二次電池如果向陽極集電體30施加電流，電子向陰極集電體50移動。移動的電子在第一步驟，通過偶極子形成於固體電解質層10內部的電場與電壓平行狀態比較時，儲存有過量的電子，其充電速度非常快。通過電磁力充電的電子向固體電解質層10的陰極活性物質層40方向的界面移動，填充存在於陰極活性物質層40表面的矽空穴而依次移動，此過程中，與存在於陰極活性物質層40的矽碳化物分子進行物理結合。進行一定時間的物理結合，如果陰極活性物質層40為電子飽和，電子維持物理結合的同時，最終，通過施加在陽極集電體30的電流傳達的電子與陰極活性物質層40的矽碳化物生成化學結合，從而在電池內部完成化學充電。因此，矽二次電池同時保留高速充電特性和化學的穩定充電特性。

在本發明中，所述陽極活性物質層20及/或陰極活性物質層40為了防止根據矽二次電池的充放電的反覆而引起活性物質層的體積膨大導致充放電特性低下，可以包含彈性碳素。所述陽極活性物質層20及/或陰極活性物質層40包含彈性碳素，即使隨著充放電的反覆使得矽粒子膨大，但根據膨大的程度可以看到基於彈性碳素的體積抵消而產生的效果，從而可以整體上抑制活性物質層體積膨大化。

但是，如果所述陽極活性物質層20及/或陰極活性物質層40包含彈性碳素，由於矽粒子和彈性碳素之間的間隙，引起粒子移動性或電子導電性多少有所下降，為了改善這種現象，優選為，還包含導電性碳素或者依靠所述彈性碳素具有彈性的同時，使用粒子移動性或電子導電性特別高的富勒烯(fullerene)。

作為另外一例，在本發明中，所述陽極活性物質層20及/或陰極活性物質層40為了防止根據矽二次電池的充放電的反覆而引起活性物質層的體積變膨大導致充·放電特性的低下，可以包含與活性物質層的體積膨大化反應無關的非活性物質粒子。所述非活性物質粒子為，從由Mo、Cu、Fe、Co、Ca、Cr、Mg、Mn、Nb、Ni、Ta、Ti、及V構成的群體中，選擇其中任意兩種或兩種以上的金屬粒子。

但是，如上所述，如果所述陽極活性物質層20及/或陰極活性物質層40包含非活性物質粒子，矽二次電池的電容量多少有所減少，優選為，還包括導電性碳素或導電性高分子。

在本發明中，優選為，如果所述陽極活性物質層20及/或陰極活性物質層40是可以形成層的形狀，可以為任何形狀，為了使根據矽二次電池的充放電的反覆引起活性物質層的膨脹收縮導致的活性物質層破損的危險最小化，可為網狀(mesh)。

在本發明中，所述陽極活性物質層20及/或陰極活性物質層40在表面的形狀上並不受到特別地限制，為了將與固體電解質層10及/或陽極·陰極集電體30、50的界面接觸面積擴張、減少界面阻力，優選為，在活性物質層的表面中任意一面或兩面形成凹陷。

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

所述第1中間層構成成分的含量比率不受特別限制，但為了能再增加矽二次電池的電容量，優選為，其陽極活性物質層成分的含量比固體電解質成分的含量多，所述第1中間層的厚度也不受特別限制，但為了能再增加矽二次電池的電容量，優選為，其比所述固體電解質層及/或陽極活性物質層的厚度薄。

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

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

所述第2中間層的構成成分的含量比率不受特別限制，但為了能再增加矽二次電池的電容量，優選為，其陰極活性物質層成分的含量比固體電解質成分的含量多，所述第2中間層的厚度也不受特別限制，但為了能再增加矽二次電池的電容量，優選為，其比所述固體電解質層及/或陰極活性物質層的厚度薄。

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

另外，優選為，所述固體電解質層10為了進一步加強機械的強度提高加工性，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電性，所以優選為還包含導電性聚合物。

本發明中，所述陽極集電體30和陰極集電體50分別結合於陽極活性物質層和陰極活性物質層從而集電電荷，相關材料可以使用不鏽鋼、鎳等物質。

優選為，所述陽極集電體及/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層之間的界面接觸面積從而降低界面阻力，壓縮時，為了提高界面黏合力，為多孔網狀或泡沫狀。所述多孔網狀可以是二維的平面多孔網狀，也可以是三維的網狀多孔網狀。

並且，所述陽極集電體及/或陰極集電體為多孔網狀或泡沫狀時，在所述陽極集電體及/或陰極集電體的表面塗有金、銀和導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電性從而進一步減少界面阻力的優點。特別是，塗所述導電性聚合物時，導電性聚合物發揮導電材質作用的同時發揮結合劑的作用，可以進一步提高界面黏接力。如果所述導電性聚合物是具有導電性的聚合物，任何種類都可以，在集電體的導電性和提高界面黏接力上，優選為，使用從聚吡咯(polypyrrole)、聚苯胺(PANI)、聚噻吩(polythiophene)和聚乙炔(polyacetylene)構成的群中，選擇其中的任意一種。

以下，參照圖2對根據本發明第1實施例的矽二次電池進行詳細說明。

根據本發明第1實施例的矽二次電池，其特徵在於，包括：第1矽多層薄膜部200，將由第1矽化合物構成的多個矽陽極化薄膜層210疊層，所述第1矽化合物，用於在充電時產生矽陽離子，放電時產生矽陰離子；集電體300，與第1矽多層薄膜部200結合；第2矽多層薄膜部400，將由第2矽化合物構成的多個矽陰極化薄膜層410疊層，所述第2矽化合物，用於在充電時產生矽陰離子，放電時產生矽陽離子；集電體500，與第2矽多層薄膜部400結合；及固體電解質層100，位於所述第1矽多層薄膜部200和所述第2矽多層薄膜部400之間，用於在充電和放電時，將矽離子傳達到第1矽多層薄膜部200和第2矽多層薄膜部400之間。

第1矽多層薄膜部200為，矽陽極化薄膜層210的多層壓縮形成，矽陽極化薄膜層210壓縮與接合物質混合的第1矽化合物而形成。並且，也可以壓縮通過接合物質塗層的第1矽化合物而形成。如上所述形成的矽陽極化薄膜層210經過多個疊層之後，施加壓力壓縮從而形成第1矽多層薄膜部200。此處，第1矽化合物可配置為矽碳化物(silicon carbide)，接合物質可配置為高分子交聯劑。

如上所述形成的第1矽多層薄膜部200結合於集電體300從而形成陽極集電體。此時，集電體300可配置為金屬材質的多孔網的結構，其端部可以形成有用於供給電子的接頭。此處，第1矽多層薄膜部200和集電體300的結合可以通過另外的結合物質或結合材料結合，也可以通過單純附著、印刷或壓縮結合。

另外，第2矽多層薄膜部400為，矽陰極化薄膜層410的多層壓縮而形成。矽陰極化薄膜層410為，壓縮與接合物質混合的第2矽化合物而形成。並且，也可以壓縮通過接合物質塗層的第2矽化合物而形成。如上所述形成的矽陰極化薄膜層410經過多個疊層後，施加壓力從而壓縮形成第2矽多層薄膜部400。此處，第2矽化合物可以配置為氮化矽存在，接合物質可配置為高分子交聯劑。

如上所述形成的第2矽多層薄膜部400結合於集電體500從而構成陽極集電體。此時，集電體500可配置為金屬材質的多孔網的結構，其端部形成有用於供給電子的接頭。此處，第2矽多層薄膜部400和集電體500的結合可以通過另外的結合物質或結合材料結合，也可以通過單純附著、印刷或壓縮結合。

如上所述形成的陽極和陰極集電體與固體電解質層100的外面結合，以使第1和第2矽多層薄膜部200、400，與固體電解質層100的外面相遇。此時，第1和第2矽多層薄膜部200、400和固體電解質層100可以通過另外的結合物質或結合材料結合，也可以通過單純附著、印刷、噴霧或壓縮來結合。此處，固體電解質層100為了阻止陽極和陰極的短路，其形成有比第1和第2矽多層薄膜部200、400寬的寬度。

根據如上所述本發明第1實施例的矽二次電池的結構為，將第1矽化合物或第2矽化合物多次疊層壓縮而製造第1或第2矽多層薄膜部200、400，具有增加第1或第2矽多層薄膜部200、400的密度而使矽二次電池的電子密度和容量增加的效果。

本發明的第1實施例中，優選為，所述固體電解質層100在固體電解質層和第1矽多層薄膜部之間，形成有包含第1矽化合物和固體電解質成分的第1中間層，用於減少固體電解質層和第1矽多層薄膜部之間的界面阻力從而增加電容量。

所述第1中間層構成成分的含量比率不受特別限制，為了能再增加矽二次電池的電容量，優選為，第1矽化合物的含量比固體電解質成分的含量多，所述第1中間層的厚度也不受特別限制，為了能再增加矽二次電池的電容量，優選為，其比所述固體電解質層及/或第1矽多層薄膜部的厚度薄。

並且，優選為，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。

作為另外一實施例，在本發明的實施例1中，優選為，所述固體電解質層100在固體電解質層和第2矽多層薄膜部之間，形成有包含第2矽化合物和固體電解質成分的第2中間層，用於減少固體電解質層和第2矽多層薄膜部之間的界面阻力從而增加電容量。

所述第2中間層構成成分的含量比率不受特別限制，為了能再增加矽二次電池的電容量，優選為，第2矽化合物的含量比固體電解質成分的含量多，所述第2中間層的厚度也不受特別限制，為了能再增加矽二次電池的電容量，優選為，其比所述固體電解質層及/或第2矽多層薄膜部的厚度薄。

並且，優選為，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，所述固體電解質層100為了進一步加強機械的強度，提升加工性，優選為，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，電子導電性多少有所減少，因此優選為還包含導電性聚合物。

以下，參照圖3對根據本發明第2實施例的矽二次電池進行說明。

根據本發明第2實施例的矽二次電池，包括：第1矽多層薄膜部200，將由第1矽化合物構成的多個矽陽極化薄膜層210疊層，所述第1矽化合物，用於在充電時產生矽陽離子，放電時產生矽陰離子；集電體300，與第1矽多層薄膜部200結合，第2矽多層薄膜部400，將由第2矽化合物構成的多個矽陰極化薄膜層410疊層，所述第2矽化合物，用於在充電時產生矽陰離子，放電時產生矽陽離子；集電體500，與第2矽多層薄膜部400結合；分離膜600，位於所述第1矽多層薄膜部200和所述第2矽多層薄膜部400之間；及固體電解質層100，用於在充電和放電時，將矽離子傳達到第1矽多層薄膜部200和第2矽多層薄膜部400之間。

第1矽多層薄膜部200為，多個矽陽極化薄膜層210疊層壓縮而形成。矽陽極化薄膜層210壓縮與接合物質混合的第1矽化合物而形成。或者，也可以壓縮通過接合物質塗層的第1矽化合物而形成。如上所述形成的矽陽極化薄膜層210經過多個疊層後，施加壓力壓縮從而形成第1矽多層薄膜部200。此處，第1矽化合物可配置為矽碳化物(silicon carbide)，接合物質可配置為高分子交聯劑。

如上所述形成的第1矽多層薄膜部200結合於集電體300而形成陽極集電體。此時，集電體300可配置為金屬材質的多孔網的結構，其端部上形成有用於供給電子的接頭。此處，第1矽多層薄膜部200和集電體300的結合可以通過另外的結合物質或結合材料，也可以通過單純附著、印刷或壓縮結合。

另外，第2矽多層薄膜部400為，多個矽陰極化薄膜層410疊層壓縮而形成。矽陰極化薄膜層410壓縮與接合物質混合的第2矽化合物而形成。或者，壓縮通過接合物質塗層的第2矽化合物也可以形成。如上所述形成的矽陰極化薄膜層410經過多個疊層後，施加壓力壓縮從而形成第2矽多層薄膜部400。此處，第2矽化合物可以配置為氮化矽，接合物質可配置為高分子交聯劑。

如上所述形成的第2矽多層薄膜部400結合於集電體500而形成陽極集電體。此時，集電體500可配置為金屬材質的多孔網的結構，其端部形成有用於供給電子的接頭。此處，第2矽多層薄膜部400和集電體的結合可以通過結合物質或結合材料從而結合，也可以通過單純附著、印刷或壓縮從而結合。

如上所述形成的陽極和陰極集電體在第1和第2矽多層薄膜部200、400之間配置有分離膜600，用於阻止陽極和陰極的短路。並且，第1和第2矽多層薄膜部200、400和分離膜600以浸於液體電解質100'的狀態來結合。

根據如上所述的本發明第2實施例的矽二次電池，將第1矽化合物或第2矽化合物多次疊層壓縮，從而製造第1或第2矽多層薄膜部200、400，具有增加第1或第2矽多層薄膜部200、400的密度從而使矽二次電池的電子密度和容量增加的效果。

基於本發明的第1和第2實施例，所述第1矽化合物及/或第2矽化合物為了防止由於矽二次電池的充放電的反覆所引起的活性物質層的體積膨大導致充放電特性低下，可以包含彈性碳素。所述第1矽化合物及/或第2矽化合物包含彈性碳素，即使充放電的反覆引起矽粒子膨大，根據膨大的程度可以看到根據彈性碳素的體積抵消效果，從而可以整體上抑制活性物質層體積的膨大化。

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

並且，本發明的第1和第2實施例中，所述第1矽化合物及/或第2矽化合物為了防止由於矽二次電池的充放電的反覆所引起的活性物質層的體積膨大導致的充放電特性特性，可以包含與活性物質層的體積膨大化反應無關的非活性物質粒子。所述非活性物質粒子為從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矽化合物及/或第2矽化合物包含非活性物質粒子，矽二次電池的電容量多少有所減少，優選為，還可以包含導電性碳素或導電性高分子。

本發明的第1和第2實施例中，如果所述矽陽極化薄膜層及/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，為了使矽二次電池的充放電的反覆引起矽陽極化薄膜層及/或矽陰極化薄膜層的膨脹收縮導致的薄膜層破損危險降為最小化，優選其為網狀(mesh)。

本發明的第1和第2實施例中，所述矽陽極化薄膜層及/或矽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。

本發明的第1和第2實施例中，所述第2矽多層薄膜部及/或第2矽多層薄膜部為了提升充放電特性，確保平均的離子導電性，優選為，還包含由金屬或碳素同素異形體構成的中間層。

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矽多層薄膜部和第2矽多層薄膜部的厚度薄，會在側面更有利於電容量的增加。

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

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

以下，對根據本發明的第1和第2實施例的矽二次電池的製造方法進行說明。

根據本發明第1和第2實施例的矽二次電池的製造方法，包括：第1矽多層薄膜部製造步驟，將由第1矽化合物構成的多個矽陽極化薄膜層反覆疊層；陽極集電體製造步驟，將第1矽多層薄膜部結合於集電體；第2矽多層薄膜部製造步驟，將由第2矽化合物構成的多個矽陰極化薄膜層反覆疊層；陰極集電體製造步驟，將第2矽多層薄膜部結合於集電體；以及將第1和第2矽多層薄膜部與電解質部結合的步驟。

首先，製造第1矽多層薄膜部的步驟從混合第1矽化合物和接合物質的步驟開始。此處，第1矽化合物可配置為矽碳化物(silicon carbide)，接合物質可配置為高分子交聯劑。

如上所述，如果第1矽化合物和接合物質混合，則將混合物質壓縮，從而製造薄膜形態的矽陽極化薄膜層。

將如上所述製造的多個矽陽極化薄膜層疊層後，壓縮製造第1矽多層薄膜部。

通過如上所述的方法，如果製造第1矽多層薄膜部，雖然形成性容易，但在第1矽多層薄膜部會產生多孔狀結構，導致使電池的內阻變大。

並且，第1矽多層薄膜部可以按如下方法進行製造。

將第1矽化合物的各粒子以接合物質塗層後，乾燥塗層的第1矽化合物從而製造成粉末狀態。

之後，將乾燥的粉末狀態的第1矽化合物壓縮，製造成薄膜形態的矽陽極化薄膜層，將製造的多個矽陽極化薄膜層疊層後壓縮，製造第1矽多層薄膜部。

如果通過如上所述的方法製造第1矽多層薄膜部，雖然在成型上多少有些困難，但在第1矽多層薄膜部上不產生多孔狀結構，可以減少電池的內阻。

如果製造如上所述第1矽多層薄膜部，將其結合於集電體，從而製造陽極集電體。此處，第1矽多層薄膜部和集電體的結合可以通過另外的結合物質或結合材料結合，也可以通過單純附著、印刷或壓縮從而結合。此時，集電體可以配置為金屬材質的多孔網結構，在其端部可以形成用於供給電子的接頭。

並且，製造第2矽多層薄膜部的步驟從混合第2矽化合物和接合物質的步驟開始。此處，第2矽化合物可以配置為氮化矽，接合物質可以配置為高分子交聯劑。

如上所述，如果第2矽化合物和接合物質混合，將這種混合物質壓縮，從而製造薄膜形態的矽陰極化薄膜層。

將如上所述製造的多個矽陰極化薄膜層疊層後，壓縮從而製造第2矽多層薄膜部。

如果通過如上所述的方法，製造第2矽多層薄膜部，雖然在成型上很容易，但在第2矽多層薄膜部上產生多孔狀結構，可以使電池的內阻變大。

並且，第2矽多層薄膜部按照如下步驟進行製造。

將第2矽化合物的各粒子以接合物質塗層後，乾燥塗層的第2矽化合物從而製造成粉末狀態。

之後，將乾燥的粉末形態的第2矽化合物壓縮，製造成薄膜形態的矽陰極化薄膜層，將製造的多個矽陰極化薄膜層疊層後壓縮，從而製造第2矽多層薄膜部。

如果通過如上所述的方法製造第2矽多層薄膜部，雖然在成形上多少有些困難，但在第2矽多層薄膜部上不產生多孔狀結構，從而可以減少電池的內阻。

如果如上所述製造第2矽多層薄膜部，則將其結合於集電體從而製造陰極集電體。此處，第2矽多層薄膜部和集電體的結合可以通過另外的結合物質或結合材料從而結合，也可以通過單純附著、印刷或壓縮從而結合。此時，集電體可以配置為金屬材質的多孔網狀結構，其端部可以形成用於供給電子的接頭。

如果如上所述製造陽極集電體和陰極集電體，其將與電解質部結合。

所述電解質部為固體時，陽極集電體和陰極集電體的第1和第2矽多層薄膜部結合，以與固體電解質的外面相遇。此時，第1和第2矽多層薄膜部和固體電解質通過另外的結合物質或結合材料從而結合，也可以通過單純附著、印刷、噴霧或壓縮從而結合。此處，固體電解質形成的寬度，比第1和第2矽多層薄膜的寬度寬，用於阻止陽極和陰極的短路。

並且，所述電解質部為液體時，陽極集電體和陰極集電體的第1和第2矽多層薄膜部之間配置有分離膜，第1和第2矽多層薄膜部和分離膜以含浸於液體電解質的形態結合。

通過如上所述的方法製造的矽二次電池的結構為，將第1矽化合物或第2矽化合物多次疊層壓縮，從而製造第1或第2矽多層薄膜部，具有增加第1或第2矽多層薄膜部的密度從而使矽二次電池的電子密度和容量增加的效果。

以下，對根據本發明第3實施例的矽二次電池進行詳細說明。

根據本發明第3實施例的矽二次電池包括：陽極，塗布充電時產生矽陽離子，放電時產生矽陰離子的陽極活性物質，陰極，塗布充電時產生矽陰離子，放電時產生矽陽離子的陰極活性物質，及固體電解質層，位於所述陽極和陰極之間，在充電和放電時，將矽離子傳達到陽極活性物質和陰極活性物質，在所述陽極活性物質及/或陰極活性物質的內部包含網狀板(mesh plate)。

首先，陽極作為具有規定厚度的金屬板，在其一側面上塗布陽極活性物質。陽極活性物質可以配置為矽碳化物(SiC)，但不必限定於此。

以具有陰極或規定厚度的金屬板存在，在其一側面塗布陰極活性物質。陰極活性物質可以配置為氮化矽(Si3N4)，但不比限定於此。

在如上所述塗布的陽極活性物質和陰極活性物質的內部內置有網狀板。網狀板的結構為，如圖4所示，在內部以形成空白空間的網眼狀的網，從而使陽極活性物質和陰極活性物質插入至內部。此處，網狀板通過金屬漿料形成。所述的金屬漿料是類似於將金屬的粉末混合於液體有機物質製造的凝膠的產品，用絲絹網印花法或噴墨方法容易形成金屬圖案的金屬材料。金屬漿料的結構為，將液體有機物質燒盡(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製造，當用於印刷的圖案和絲絹網印花法一起製造時，最厚可以製成30um厚度，也只能看見極其微小的厚度增加。

如上所述，陽極活性物質和陰極活性物質塗布的陽極和陰極與固體電解質層結合，從而構成矽二次電池。此時，陽極和陰極與固體電解質層相結合，使陽極活性物質和陰極活性物質與固體電解質層結合。

如上所述構成的矽二次電池通過電子的移動充放電，從而發揮電池的性能。

以下，對根據本發明第3實施例的矽二次電池的製造方法進行詳細說明。

首先，具備基礎膜。所述基礎膜由合成樹脂材質製造，具有可溶性。

之後，在基礎膜的一面上塗布陽極活性物質。

如上所述，如果基礎膜的一面上塗布陽極活性物質，衝壓陽極活性物質從而形成多個孔。

之後，在陽極活性物質的上部，塗布金屬漿料從而形成網狀板。此時，網狀板的結構為，如圖4所示，以網眼狀形成，並且通過絲絹網印花法印刷從而形成。此處，網狀板的結構為，塗布在衝壓於陽極活性物質的孔的上部，引入金屬漿料至所述孔。

如上所述，如果形成網狀板，在其上部再次塗布陽極活性物質。

之後，施加熱和壓力從而衝壓，在內部製造內置網狀板的陽極活性物質。

如上所述，如果製造陽極活性物質，使用與如上所述方法相同的方法製造陰極活性物質。

首先，具備基礎膜。所述基礎膜由合成樹脂材質製造，具有可溶性。

之後，在基礎膜的一面上塗布陽極活性物質。

如上所述，如果基礎膜的一面上塗布陽極活性物質，衝壓陽極活性物質從而形成多個孔。

之後，在陽極活性物質的上部，塗布金屬漿料從而形成網狀板。此時，網狀板的結構為，如圖4所示，以網眼狀形成，並且通過絲絹網印花法印刷從而形成。此處，網狀板的結構為，塗布在衝壓於陽極活性物質的孔的上部，引入金屬漿料至所述孔。

如上所述，如果形成網狀板，在其上部再次塗布陽極活性物質。

之後，施加熱和壓力從而衝壓，在內部製造內置網狀板的陽極活性物質。

如上所述，如果製造陽極活性物質和陰極活性物質，在陽極活性物質和陰極活性物質中去除基礎膜後，用金屬板代替基礎膜從而安裝，製造陽極和陰極。

如上所述，如果製造陽極和陰極，將陽極、固體電解質層、及陰極按順序疊層。此時，陽極活性物質和陰極活性物質將陽極、固體電解質層和陰極疊層，以與固體電解質層相連。

在利用固體電解質的矽二次電池中，在電極的內部使用金屬漿料內置網眼狀的網狀板，在網狀板的連接部加工孔，填充金屬漿料至孔的內部空間，以至在電極和電解質之間，產生的電子通過電極從而可以被賦予更加快速的電子移送速度。

並且，由平面構成的電極和電解質之間，網眼狀的網狀板可以將不平均的反應變得平均化，以至可以形成一定的提取電子的條件。並且，通過生成於電極的孔可以快速地進行電子的提取，二次電池疊層時，通過金屬的鑲嵌或塗層，可以更容易地進行疊層。

以下，對根據本發明第4實施例的矽二次電池單元進行詳細說明。

根據本發明第4實施例的矽二次電池單元，參照圖5時，其特徵在於，包括由用於充電時產生矽陽離子，放電時產生矽陰離子的第1矽化合物形成的陽極活性物質層1100；由用於充電時產生矽陰離子，放電時產生矽陽離子的第2矽化合物構成的陰極活性物質層1200，以及包括固體電解質層1000的多個矽二次電池單體疊層從而形成一個單元，所述多個矽二次電池單體串聯連接從而疊層，在陽極活性物質層100和陰極活性物質層200之間具備一個共有集電層1300，從而將電荷集電。

已經對關於所述第1矽化合物和第2化合物進行了詳細說明，另外的說明將省略。

在本發明的第4實施例中，所述陽極活性物質層1100可以是單層結構可以是多層結構，為了極大地增強矽二次電池單元的體積對比電容量和充放電特性，優選為，將由用於充電時產生矽陽離子放電時產生陰離子的第1矽化合物構成的矽陽極化薄膜層作為多層的第1矽多層薄膜部。

所述陰極活性物質層依然可以是單層結構，也可以是多層結構，為了極大地增強矽二次電池單元的體積對比電容量和充放電特性，優選為，將用於充電時產生陰離子放電時產生陽離子的第2矽化合物構成的矽陰極化薄膜層作為多層的第2矽多層薄膜部。

本發明的第4實施例中，所述共有集電層1300的結構為，在矽二次電池單元內的陽極活性物質層和陰極活性物質層之間疊層，從而全部發揮陽極集電體和陰極集電體的作用，材料可以使用不鏽鋼、鎳等材質，形狀上不受特別限制，增加共有集電體1300和活性物質層1100、1200之間的界面接觸面積從而降低界面阻力，壓縮時，為了提高界面黏著力，優選為，多孔網狀或泡沫狀。所述多孔網狀可以是二維平面多孔網狀，也可以是三位網眼狀多孔網。

並且，所述共有集電層1300為多孔網狀或泡沫狀時，所述共有集電層1300的表面上塗層金、銀和導電性聚合物中的任意一種，可以更加提高共有集電層1300的電子和離子導電性，從而具有進一步減少界面阻力的優點。

特別是，將所述導電性聚合物塗層時，導電性聚合物發揮導電材料的同時，也發揮結合材料的作用，可以進一步提高界面黏著力。所述導電性聚合物只要是具有導電性的聚合物，任何種類都可以，優選為，在提高集電體的導電性和界面黏著力上，從由多吡咯、聚苯胺、聚噻吩、聚乙炔構成的群體中，選擇其中任意一種進行使用。

如果根據本發明的第4實施例，構成矽二次電池單元的多個矽二次電池單體串聯連接疊層，同具有並聯連接結構的現有二次電池單元相比，具有高電壓高輸出特性的優點。

並且，將多個矽二次電池單體串聯連接從而形成一體化的矽二次電池單元，通過利用共有集電層，可以將每個矽二次電池單元包含的集電體數量減少至接近一半的數量，可以明顯看出，佔據由此引起矽二次電池單元整體重量中相對較大集電體部分的重量明顯減少，因此可以製造比現有的矽二次電池單元產品更輕的矽二次電池單元產品。

通過根據本發明第4實施例的矽二次電池單元的應用例，參照圖6對向電力機動車供給電源的電池模塊進行詳細說明如下：

根據本發明的電力機動車用電池模塊，其特徵在於，包括：外殼2100，將矽二次電池容納於內部，遮擋部件2200，覆蓋所述外殼的開放部，具備輸出電源的輸出接頭2500，及第4實施例的矽二次電池單元2000，多個配置於所述外殼2100內，所述矽二次電池單元2000串聯連接配置。

如果所述外殼2100隻要是容納矽二次電池於內部的結構，任何結構都可以，為了克服根據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品壽命問題，優選為，設置一個可以使外部空氣順利通過的框架結構。如圖6所示的外殼2100結構不過是框架結構的一例，除此以外，也可以應用多種框架結構。

考慮電模塊的結構效率性時，優選為，所述外殼2200包括：陽極母線2300，與所述矽二次電池單元2000的陽極接頭2010連接，並且與輸出接頭2500電連接；及陰極母線2400，與所述矽二次電池單元2000的陰極接頭2020連接，並且與輸出接頭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，發生電力短路，因此優選使用絕緣材料，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，可以優選使用合成樹脂作為所述絕緣材料。

將本發明的電模塊應用於電力機動車時，使用包括共有集電層的矽二次電池單元，與現有電模塊相比可以實現重量較輕，由此具有可以提高電力機動車燃費的優點。

特別是，包括在所述電模塊的多個矽二次電池單元由多個矽二次電池單體的串聯連接結構構成，可實現高容量高輸出的電模塊，進一步，將構成矽二次電池單元的矽二次電池單體的活性物質層如上所述作為疊層結構時，在相同體積中，與現有電力機動車電模塊相比，可以製造比其容量和輸出更高的電模塊產品。

以下，對根據本發明第5實施例的矽二次電池進行詳細說明。

本發明的第5實施例涉及一種使用矽離子從而執行充電和放電的矽二次電池，其特徵在於，包括：第1矽多層薄膜部，將由充電時產生矽陽離子放電時產生矽陰離子的第1矽活性化合物構成的多個矽陽極化薄膜層疊層，第2矽多層薄膜部，將由充電時產生矽陰離子放電時產生矽陽離子的第2矽活性化合物構成的多個矽陰極化薄膜層疊層，及集電體，集電電荷，所述集電體為多孔網狀。

本發明的第5實施例中，所述集電體分別結合於第1矽多層薄膜部和第2矽多層薄膜部的一側末端截面從而集電電荷，作為材料可以使用不鏽鋼、鎳等材質。

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矽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，為了提高界面黏著力，優選為多孔網狀或泡沫狀。所述多孔網狀可以為二維平面多孔網狀，也可以為三維網眼多孔網狀。

並且，所述集電體為多孔網狀或泡沫狀時，所述集電體的表面上塗層金、銀和導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電性，從而具有進一步減少界面阻力的優點。

特別是，將所述導電性聚合物塗層時，由於導電性聚合物發揮導電材料的作用的同時也發揮結合材料的作用，因此可以進一步提高界面黏著力。所述導電性聚合物只要是具有導電性的聚合物，任何種類都可以，在提高集電體導電性和界面黏著力上，優選從多吡咯、聚苯胺、聚噻吩、聚乙炔構成的群體中，選擇其中任意一種進行使用。

以下，對包括根據本發明第6實施例的矽二次電池的微型電池進行詳細說明。

本發明的第6實施例涉及一種包括矽二次電池的微型電池，所述微型電池，其特徵在於，包括：第1矽多層薄膜部，將由第1矽化合物構成的多個矽陽極化薄膜層疊層，所述第1矽化合物，用於在充電時產生矽陽離子，放電時產生矽陰離子；第2矽多層薄膜部，將由第2矽化合物構成的多個矽陰極化薄膜層疊層，所述第2矽化合物，用於在充電時產生矽陰離子，放電時產生矽陽離子；及固體電解質層，位於所述第1矽多層薄膜部和所述第2矽多層薄膜部之間，並且在充電和放電時，將矽離子傳達到第1矽多層薄膜部和第2矽多層薄膜部之間。

並且，本發明的第6實施例中，所述第1矽多層薄膜部在一側表面與集電電荷的陽極集電體相結合，所述第2矽多層薄膜部在一側表面與集電電荷的陰極集電體相結合，為了電連接於基板(substrate)從而執行充放電，所述陽極集電體一側末端附著於基板(substrate)，所述陰極集電體在與所述第2矽多層薄膜部連接面以外的部分中，優選為，至少一部分附著於基板。

並且，根據本發明第6實施例的微型電池，為了防止電極之間的短路，優選為，所述第2矽多層薄膜部、固體電解質層及陰極集電體與陽極集電體絕緣，為此在所述第2矽多層薄膜部、固體電解質層及陰極集電體的側面部和陽極集電體之間，可以優選形成空間部。

優選為，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填充。

基於本發明的第6實施例，所述第1矽化合物及/或第2矽化合物為了防止根據矽二次電池的充放電的反覆引起活性物質層的體積變膨大導致充放電特性低下，可以包含彈性碳素。所述第1矽化合物及/或第2矽化合物包含彈性碳素，即使根據充放電的反覆矽粒子變膨大，根據變大的程度相關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層體積膨大化。

但是，如果所述第1矽化合物及/或第2矽化合物包含彈性碳素，由於矽粒子和彈性碳素之間的空隙可能引起離子移動性或電子導電性多少有所下降，為了彌補這個問題，優選為，還包括導電性碳素，或者以所述彈性碳素具有彈性的同時，使用離子移動性或電子導電性非常高的富勒烯(fullrerene)。

並且，在本發明的第6實施例中，所述第1矽化合物及/或第2矽化合物為了防止根據矽二次電池的充放電的反覆引起活性物質層的體積膨大從而導致充放電特性低下，可以包括與體積膨大化反應無關的非活性物質粒子。所述非活性物質粒子為由Mo、Cu、Fe、Co、Ca、Cr、Mg、Mn、Nb、Ni、Ta、Ti及V構成的群體中，選擇的其中任意兩種或兩種以上的金屬粒子。

但是，優選為，如上所述，如果所述第1矽化合物及/或第2矽化合物包含非活性物質粒子，矽二次電池的電容量多少有所減少，還包含導電性碳素或導電性高分子。

在本發明的第6實施例中，所述矽陽極化薄膜層及/或陰極化薄膜層只要是可以構成的形狀，任何形狀都可以，為了使根據矽二次電池的充放電的反覆引起矽陽極化薄膜層及/或矽陰極化薄膜層的膨脹收縮導致的薄膜層破損最小化，可以優選為網狀(mesh)。

在本發明的第6實施例中，所述陽極化薄膜層及/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大，減少界面阻力，可以優選為在薄膜層的表面中任意一面或兩面形成凹陷。

在本發明的第6實施例中，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，確保平均的離子導電性，可以優選為，包含由金屬或碳素同素異形體構成的中間層。

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矽多層薄膜部和第2矽多層薄膜部的厚度薄，會在側面更有利於電容量的增加

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

並且，構成所述中間層的碳素同素異形體的種類不受特別限制，在確保電機內平均的離子導電性上，優選為，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。

為了輔助理解根據本發明第6實施例的微型電池，參照圖7中的一例進行說明如下：

根據圖7，本發明的微型電池屬於陽極活性物質層，屬於疊層結構的第1矽多層薄膜部3200、固體電解質層3100、陰極活性物質層，為疊層結構的第2矽多層薄膜部3300依次壓縮疊層，在所述第1矽多層薄膜部3200的上部面上結合陽極集電體，在第2矽多層薄膜部3300的下部面上結合陰極集電體3500。

特別是，如果參照圖7，所述陽極集電體3400的一側末端附著於基板3000表面，所述陰極集電體3500的結構為，與所述第2矽多層薄膜部3300連接的面的相反面附著於基板3000，本發明的微型電池與基板電連接，以至充放電變為可能。

並且，如果參照圖7，第1矽多層薄膜部3300、固體電解質層3100、第2矽多層薄膜部3300及陰極集電體3500的右側側面部和陽極集電體3400置有空間部3700，在圖7中，用絕緣物質填充所述空間部3700。

在構成PCB的電子配件中，存在消耗一定電子從而類似運轉計時器的既持續又維持基本性能的元件。為了維持這種附屬元件的運轉，插入紐扣型電池至PCB或者附屬設置鋰系列的電池從而保障元件的運轉。

紐扣型電池作為第一次電池，具有運用維持時間長的優點，但放電後存在漏液和交替的負擔，鋰系充電電池的情況，存在體積大並且關於衝擊發熱的不安定性的缺點。

但是，根據本發明第6實施例的微型電池以薄膜形態製造，並且以晶片形態製造，利用PCB的截面或沒有元件排列的空間，從而可以構成大容量電源，作為可充放電的二次電池，以在PCB運轉時可以充電。

並且，根據本發明第6實施例的微型電池在附著時不受形狀限制，製造成晶片，厚度為2mm左右，可以裝配於PCB。

因此，本發明的另外形態為，根據所述第6實施例的微型電池作為後備電源，涉及裝配於一個區域的PCB基板。

並且，根據本發明的微型電池為，在半導體晶片的製造工序上用沉積工序一體化在晶片的上端和下端部從而製造，只有設置於外部才能將輔助配件的大小製造為小型，作為瞬間放電的備用電源可以維持短時間電源。

因此，本發明的再另一形態為，根據所述第6實施例的微型電池作為備用電源，涉及一種沉積在半導體晶片的一個區域從而一體化的半導體晶片。

並且，根據本發明第6實施例的微型電池以元件形式存在，可應用於寬帶半導體和超級電容器等應用。

以下，對根據本發明第7實施例的矽二次電池進行詳細說明。

根據本發明第6實施例的矽二次電池的基本結構為，將陽極作為具有SiC化學式的碳化矽，將陰極作為具有Si3N4化學式的氮化矽，在陽極和陰極之間，作為離子交換樹脂，聚合物的置換基部位只要是從陽離子性磺酸基(-SO3H)、羧基(-COOH)、陰離子性4級銨基(-N(CH3)2C2H4OH)、置換氨基(-NH(CH3)2)等中選擇其中任意1種而用於作為置換基皆可。充電時，陽極產生矽的陽離子(Si+)，陰極產生矽的陰離子(Si—)的固體二次電池。

並且，所述矽二次電池的另外結構為，可以將陽極配置為具有SiC化學式的碳化矽，將陰極配置為具有Si3N4化學式的氮化矽。

這種矽二次電池的結構為，在陽極和陰極之間，可以採用根據氯化錫SnCl3、ZrMgO3、ZrCaO3、ZrO2、Al2O3、SiCON、Si2Zr2PO中任意一種類的離子交換無機物的非水電解質，是一種包括充電時，陽極產生矽的陽離子(Si+)，陰極產生矽的陰離子(Si—)的固體電解質部的二次電池，可以將所述電解質部以液體構成。

所述矽二次電池的製造方法由根據對基盤的金屬濺射的陽極集電層的形成步驟、根據關於陽極集電層碳化矽(SiC)的真空沉積的陽極層的形成步驟、關於所述陽極層塗層的非水電解質層的形成步驟、根據關於所述非水電解質層的氮化矽(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成。

所述矽二次電池的基本原理為，對於陽極，採用碳化矽中最穩定的SiC的化合物，對於陰極，採用氮化矽中最穩定的Si3N4的化合物。

對於陽極的充電時，相比於碳矽更容易變成被氧化成正價，並且，對於矽，由於4價之後的穩定狀態是2價，執行如下這種化學反應。

2SiC→SiC2+Si++e-

相反，放電時，執行如下這種化學反應。

SiC2+Si++e-→2SiC

對於陰極，氮化矽是從最穩定的氮化矽(Si3N4)起矽從4價變為3價，依據氮從3價變為2價，之後變為稱為穩定的Si2N3的化合物狀態，從而這種化學式成立。

3Si3N4+e-→4Si2N3+Si-

相反，放電時，執行的這種化學反應如下：

4Si2N3+Si-→3Si3N4+e-

所述矽二次電池可以以如下化學反應來體現充放電，包括追加的物質可以提高充放電的效率。

通常，通過SiC的化合物和通過Si3N4的化合物全部都體現結晶結構，例如，根據等離子放電等的通常製法製作陽極和陰極時，可以通過伴隨結晶結構的SiC的化合物的碳化矽和通過Si3N4化合物形成氮化矽。

但是，為了促進伴隨矽離子(Si+和Si—)產生的充放電能夠更加容易且順暢進行，所述各化合物不是結晶結構，優選為非晶質狀態，即，非晶結構。

如下所述，將所述陽極和陰極全部適當地採用通過真空沉積層疊的方法。

並且，將陽極和陰極之間的空間分為兩側，可以採用陽離子性和陰離子性的雙方的電解質，以使一側(例如上方)為陽離子性的電解質，另一側(例如下方)為陰離子性的電解質。

作為矽二次電池的電解質，雖然採用了處於固定狀態的非水電解質，其根據為，作為這種固定狀態的非水電解質時，可以使陽極和陰極穩定地接合，同時以薄膜狀態將陽極和陰極靠近，從而可以有效地進行導電。

作為非電解質，只要是聚合物離子交換樹脂和金屬氧化物等的離子交換無機化合物中的任意一種皆可。

作為離子交換樹脂的聚合物的置換基只要是陽離子性磺酸基(-SO3H)、羧基(-COOH)、陰離子性4級銨基(-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-丙烯醯胺-2-甲基丙烷磺酸)在順暢地將電子(e-)移動這一點上，可以適當地利用。

但是，利用通過聚合物的離子交換樹脂時，單純地只通過所述離子交換樹脂充電陽極和陰極之間時，為了電子(e-)順暢地移動，可能會發生無法形成合適空隙的情況。

為了解決這種狀況，採用特徵在於根據離子交換樹脂和與其他結晶性聚合物的混合物所形成的具有結晶結構的聚合物合成作為非水電解質的實施形態較好。

並且，為了實現離子交換樹脂和與其他結晶性聚合物的混合，由於離子交換樹脂具有極性，需要依靠結晶性聚合物使具有離子交換樹脂的極性不消失。

所述混合的情況為，根據離子交換樹脂和結晶性聚合物分別具有的溶解度參數(SP值)的差，進一步為，以所述溶解度參數的結合為基礎的X參數的數值為標準，以相應的概率來預測可否進行混合。

作為所述板的結晶性聚合物，類似於不規則聚苯乙烯(AA)，或丙烯腈-苯乙烯公用合體(AS)，或不規則聚苯乙烯和丙烯腈-苯乙烯公用合體(SS-AS)的離子交換樹脂和混合物比較簡單，並且，優選為，維持其結晶性。

相互混合的聚合物合金為了維持結晶結構，需要考慮離子交換樹脂的量和其他結晶性聚合物量的比率，具體數值要根據離子交換性樹脂和其他結晶性聚合物的種類而決定。

但是，離子交換樹脂的極性較強時，可以使其他結晶性聚合物的重量比為比全體的1/2多的狀態。

如上所述作為陽離子性離子交換樹脂，作為關於陽離子性的PAMPS(聚2-丙烯醯胺-2-甲基丙烷磺酸)的其他結晶性聚合物，採用AA、AS、或者AA-AS時，作為前者和後者的重量比，2:3～1:2的程度較為合適。

非電解質為，不限定於如上所述的離子交換樹脂，當然也可以採用離子交換無機物，SnCl3、ZrMgO3、ZrCaO3、ZrO2、Al2O3、SiCON、Si2Zr2PO等可以作為典型例來演示。

基於固體狀二次電池，陽極和陰極的形狀和配置狀態不受特別限制。

但是，可以採用通過板狀的疊層體的配置狀態和圓筒形狀的配置狀態。

基於實際的固體狀二次電池，將基盤形成於陽極和陰極的兩側，對於陽極和陰極，分別將陽極集電層和陰極集電層放置於中間並且連接。

陽極和陰極之間的放電電壓雖然由通過充電電壓的程度和具有電極的內部阻力而決定，但是在二次電池中，如根據實施例後述所示，若充電電壓為4～5.5V時，作為放電電壓維持在4～3.5V的設計是充分可以的。

導通電極之間的電流量雖然在充電前可以提前固定，如根據實施例後述所示，通過將每單位面積1cm2的電流密度設定為1.0A左右，將充電電壓變化為4～5.5V，並且，將放電電壓維持在4～3.5V的設計也是充分可以的。

以上，對根據本發明的矽二次電池及其製造方法的優選實施例進行了說明。

上述實施例在所有面上進行了演示，應該理解為不受其所限定，本發明的範圍比起前述的詳細說明，是根據後述的權利要求體現。並且，其權利要求範圍的意義和範圍，以及從其等價概念起導出的所有的可變更和可變形的狀態需要包括在本發明的範疇來解釋。