DE102014117632A1

DE102014117632A1 - Elektrisches Speichersystem enthaltend ein scheibenförmiges diskretes Element, scheibenförmiges diskretes Element sowie Verfahren zu dessen Herstellung und dessn Verwendung

Info

Publication number: DE102014117632A1
Application number: DE102014117632.4A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Peuchert; Rainer Liebald; Miriam Kunze; Thorsten Damm; Clemens Ottermann; Nikolaus Schultz
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2014-06-23
Filing date: 2014-12-01
Publication date: 2015-12-24
Also published as: TW201611380A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Speicherelement umfassend mindestens ein diskretes scheibenförmiges Element mit erhöhter Transparenz für energiereiche elektrische Strahlung sowie ein diskretes scheibenförmiges Element, das für energiereiche elektrische Strahlung eine erhöhte Transparenz aufweist, sowie dessen Herstellung.

Description

Elektrische Speichersysteme sind seit langem Stand der Technik und umfassen insbesondere Batterien, aber auch sogenannte Supercaps. Aufgrund der mit ihnen realisierbaren hohen Energiedichte werden insbesondere sogenannte Lithium-Ionen-Batterien im Bereich neuartiger Anwendungen wie beispielsweise der Elektromobilität diskutiert, kommen aber auch schon seit einigen Jahren in tragbaren Geräten wie beispielsweise Smartphones oder Laptops zum Einsatz. Diese herkömmlichen wiederaufladbaren Lithium-Ionen-Batterien zeichnen sich dabei insbesondere durch die Verwendung von organischen, lösungsmittelbasierten Flüssigelektrolyten aus. Diese sind allerdings brennbar und führen zu Sicherheitsbedenken hinsichtlich des Einsatzes der genannten Lithium-Ionen-Batterien. Eine Möglichkeit, organische Elektrolyte zu vermeiden, besteht im Einsatz von Festkörperelektrolyten. Dabei ist die Leitfähigkeit eines solchen Festkörperelektrolyten in der Regel deutlich, d.h. mehrere Größenordnungen, geringer als die eines entsprechenden Flüssigelektrolyten. Um dennoch akzeptable Leitfähigkeiten zu erhalten und die Vorteile einer wiederaufladbaren Lithium-Ionen-Batterie nutzen zu können, werden solche Festkörperbatterien heutzutage insbesondere in Form sogenannter Thin-Film-Batteries (TFB) bzw. Dünnschichtspeicherelemente hergestellt. Diese finden ihre Verwendung insbesondere in mobilen Anwendungen, beispielsweise in sogenannten Smart Cards, in der Medizintechnik und Sensorik sowie Smartphones und weiteren Anwendungen, die smarte, miniaturisierte und möglicherweise sogar flexible Energiequellen erfordern. Ein beispielhafte Lithium-basiertes Dünnschichtspeicherelement ist in der US 2008/0001577 beschrieben und besteht in der Regel aus einem Substrat, auf das in einem ersten Beschichtungsschritt die elektronische leitenden Ableiter für die beiden Elektroden beschichtet werden. Im weiteren Herstellprozess wird dann zunächst das Kathodenmaterial auf dem Ableiter für die Kathode, in der Regel Lithium-Cobalt-Oxid LCO, abgeschieden. Im nächsten Schritt erfolgt die Abscheidung eines Festkörperelektrolyten, bei dem es sich meist um ein amorphes Material aus den Stoffen Lithium, Sauerstoff, Stickstoff und Phosphor handelt und das als LiPON bezeichnet wird. Im nächsten Schritt wird ein Anodenmaterial derartig abgeschieden, dass es in Verbindung mit Substrat, Ableiter für die Anode sowie dem Festkörperelektrolyten steht. Als Anodenmaterial kommt insbesondere metallisches Lithium zum Einsatz. Werden die beiden Ableiter elektrisch leitfähig verbunden, wandern im geladenen Zustand Lithium-Ionen durch den Festkörperionenleiter von den Anode zur Kathode, was einen Stromfluss von der Kathode zur Anode durch die elektrische leitfähige Verbindung der beiden Ableiter zur Folge hat. Umgekehrt kann im ungeladenen Zustand durch das Anlegen einer äußeren Spannung die Wanderung der Ionen von der Kathode zur Anode erzwungen werden, wodurch es zum Aufladen der Batterie kommt.
Eine weiteres Dünnschichtspeicherelement wird beispielhaft in der US 2001/0032666 A1 beschrieben und umfasst ebenfalls ein Substrat, auf das verschiedene Funktionsschichten abgeschieden werden.
Die für ein solches Dünnschichtspeicherelement abgeschiedenen Schichten haben in der Regel Schichtdicken im Bereich von 20µm oder weniger, typischerweise kleiner 10 µm oder sogar kleiner 5 µm; als Gesamtdicke des Schichtaufbaus können dabei 100 µm oder kleiner angenommen werden.
Im Rahmen dieser Anmeldung werden als Dünnschichtspeicherelemente beispielhaft wiederaufladbare Lithium-basierte Dünnschichtspeicherelementn und Supercaps verstanden; die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Systeme beschränkt, sondern kann auch in weiteren Dünnschichtspeicherlementen, z.B. wiederaufladbaren und / oder gedruckten Dünnfilmzellen zum Einsatz kommen.
Die Herstellung eines Dünnschichtspeicherelements erfolgt dabei in der Regel über komplexe Beschichtungsverfahren, die auch die strukturierte Abscheidung der einzelnen Materialien umfassen. Dabei sind äußerst komplizierte Strukturierungen der genauen Dünnschichtspeicherelemente möglich, wie sie beispielhaft der US 7494742 B2 entnommen werden können. Besondere Schwierigkeiten ergeben sich darüber hinaus bei Lithium-basierten Dünnschichtspeicherelementen durch die Verwendung von metallischem Lithium als Anodenmaterial aufgrund dessen hoher Reaktivität. So muss die Handhabung von metallischem Lithium unter möglichst wasserfreien Bedingungen erfolgen, da es sonst zu Lithiumhydroxid reagiert und die Funktion als Anode nicht mehr gegeben ist. Auch ein Lithium-basiertes Dünnschichtspeicherelement muss entsprechend mit einer Verkapselung gegen Feuchtigkeit geschützt werden.
Die US 7494742 B2 beschreibt eine solche Verkapselung für den Schutz von nicht stabilen Bestandteilen eines Dünnschichtspeicherelements, wie beispielsweise Lithium oder bestimmte Lithiumverbindungen. Die Verkapselungsfunktion wird dabei ausgeübt durch eine Beschichtung oder ein System unterschiedlicher Beschichtungen, die im Rahmen des Gesamtaufbaus der Batterie noch weitere Funktionen erfüllen können.
Darüber hinaus kommt es unter den Herstellbedingungen eines Lithium-basierten Dünnschichtspeicherelements, insbesondere in sogenannten Annealing- bzw. Temperschritten, die für die Bildung von zur Lithium-Interkalation geeigneten Kristallstrukturen notwendig ist, zur einer unerwünschten Nebenreaktion der mobilen Lithium-Ionen mit dem Substrat, da das Lithium eine hohe Mobilität aufweist und in gängige Substratmaterialien leicht hineindiffundieren kann, wie beispielhaft in der Schrift US 2010/0104942 beschrieben ist.
Ein weiterer Problempunkt bei Dünnschichtspeicherelementen besteht in den verwendeten Substratmaterialien. Der Stand der Technik beschreibt dabei eine Vielzahl unterschiedlicher Substratmaterialien wie beispielsweise Silizium, Glimmer, verschiedene Metalle sowie keramische Materialien. Auch die Verwendung von Glas, jedoch im Wesentlichen ohne weitere Angaben zur speziellen Zusammensetzung oder genauen Eigenschaften, wird oftmals erwähnt.
Die US 2001/0032666 A1 beschreibt einen kondensatorartigen Energiespeicher, bei dem es sich auch um eine Lithium-Ionen-Batterie handeln kann. Als Substratmaterialien werden hier unter anderen Halbleiter genannt.
Die US 6906436 B2 beschreibt eine Festkörperbatterie, bei der als Substratmaterialien beispielsweise Metallfolien, Halbleitermaterialien oder Kunststofffolien zum Einsatz kommen können.
Die US 6906436 B2 beschreibt als mögliche Substratmaterialien eine Vielzahl von Möglichkeiten, beispielsweise Metalle oder Metallbeschichtungen, halbleitende Materialien oder Isolatoren wie Saphir, Keramik oder Kunststoffe. Dabei sind unterschiedliche Geometrien des Substrates möglich.
Die US 7494742 B2 beschreibt als Substratmaterialien unter anderem Metalle, Halbleiter, Silikate und Glas sowie anorganische oder organische Polymere.
Die US 7211351 B2 nennt als Substrate Metalle, Halbleiter oder isolierende Materialien sowie Kombinationen davon.
Die US 2008/0001577 A1 nennt als Substrate Halbleiter, Metalle oder Kunststofffolien.
Die EP 2434567 A2 nennt als Substrate elektrisch leitfähige Materialien wie Metalle, isolierende Materialien wie Keramik oder Kunststoffe und halbleitende Materialien wie beispielsweise Silizium sowie Kombinationen von Halbleitern und Leitern oder komplexere Strukturen zur Anpassung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Diese oder ähnliche Materialien sind ebenfalls in den Schriften US 2008/0032236 A1 , US 8228023 B2 sowie US 2010/0104942 A1 genannt.
Demgegenüber beschreibt die US 2010/0104942 A1 als in der Praxis relevante Substratmaterialien lediglich Substrate aus Metallen bzw. Metalllegierungen mit einem hohen Schmelzpunkt sowie dielektrische Materialien wie Hochquarz, Siliziumwafer, Aluminiumoxid und dergleichen. Dies ist dem Umstand geschuldet, dass für die Herstellung einer Kathode aus dem üblicherweise verwendeten Lithium-Cobalt-Oxid (LCO) eine Temperaturbehandlung bei Temperaturen von 500°C und größer erforderlich ist, um eine für das Speichern von Li⁺-Ionen in diesem Material besonders günstige Kristallstruktur zu erhalten, so dass Materialien wie Polymere oder anorganische Materialien mit niedrigen Erweichungstemperaturen nicht verwendet werden können. Sowohl Metalle bzw. Metalllegierungen als auch dielektrische Stoffe weisen jedoch verschiedene Schwierigkeiten auf: Beispielsweise sind dielektrische Materialien üblicherweise spröde und können nicht in kostengünstigen Roll-ro-roll-Prozessen Verwendung finden, während andererseits Metalle bzw. Metalllegierungen dazu neigen, während der Hochtemperaturbehandlung des Kathodenmaterials zu oxidieren. Um diese Schwierigkeiten zu umgehen, wird in der US 2010/0104942 A1 ein Substrat aus unterschiedlichen Metallen oder Silizium vorgeschlagen, wobei die Redoxpotentiale der miteinander kombinierten Materialien so aufeinander abgestimmt sind, dass es zu einer kontrollierten Oxidbildung kommt.
Vielerorts diskutiert wird auch eine Umgehung der beispielsweise in der oben genannten US 2010/0104942 A1 geforderten hohen Temperaturbelastbarkeit des Substrats. So können z.B. durch die Anpassung der Prozessbedingungen Substrate mit Temperaturbelastbarkeiten von 450°C oder darunter Verwendung finden. Voraussetzungen dafür sind allerdings Abscheidemethoden, bei denen es zu einer Aufheizung des Substrats und / oder der Optimierung des Sputter-Gasgemischs aus O₂ und Ar und / oder dem Anlegen eines Bias-Spannung und / oder dem Anlegen eines zweiten Sputter-Plasmas in der Nähe des Substrats kommt. Hierzu finden sich Angaben beispielsweise in der US 2014/0030449 A1 , in Tintignac et al., Journal of Power Sources 245 (2014), 76–82, oder auch in Ensling, D., Photoelektronische Untersuchung der elektronischen Struktur dünner Lithiumkobaltoxidschichten, Dissertation, technische Universität Darmstadt 2006. Im Allgemeinen sind solche verfahrenstechnischen Anpassungen aber teuer und je nach Prozessierung, insbesondere wenn die Durchlaufbeschichtung von Wafern erfolgen soll, kaum kostenakzeptabel umsetzbar.
Die US 2012/0040211 A1 beschreibt als Substrat einen Glasfilm, der höchstens 300 µm dick ist und eine Oberflächenrauheit von nicht größer als 100 Å aufweist. Diese niedrige Oberflächenrauheit wird benötigt, da die Schichten eines Dünnschichtspeicherelements in der Regel sehr geringe Schichtdicken aufweisen. Hierbei können schon kleine Unebenheiten der Oberflächen zu einer kritischen Störung der Funktionsschichten des Dünnschichtspeicherelements und somit zum Versagen der Batterie insgesamt führen.
In WO 2014 062676 A1 sind Dünnschichtbatterien beschrieben, welche ein Substrat aus Glas oder Keramik mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen 7 und 10 ppm/K im Bereich von 25 bis 800°C umfassen, womit eine besonders rissfreier Aufbau insbesondere der Kathode einer solchen Batterie auch bei erhöhten Dicken der Kathodenschicht gewährleistet sein soll. Angaben zur Rauhigkeit des Substrates, seiner Transmissionseigenschaften sowie seiner Dickenvarianz werden nicht gemacht.
Probleme herkömmlicher Dünnschichtspeicherelemente bestehen also zusammenfassend in der Korrosionsanfälligkeit der verwendeten Materialien, insbesondere, wenn es zur Verwendung von metallischem Lithium kommt, was komplizierte Schichtaufbauten zur Folge hat und damit hohe Kosten verursacht, sowie der Art des Substrats, das insbesondere nichtleitend, aber flexibel, hochtemperaturbeständig sowie gegenüber den verwendeten Funktionsschichten des Speicherelements möglichst inert sein und die Abscheidung von möglichst fehlerfreien Schichten mit guter Schichthaftung auf dem Substrat ermöglichen sollte. Hierbei zeigt sich allerdings, dass auch mit Substraten, die eine besonders niedrige Oberflächenrauheit aufweisen, wie beispielsweise der in der US 2012/0040211 A1 vorgeschlagene Glasfilm, oder einem Substrat analog der WO 2014 062676 A1 , das einen an die Kathodenschicht angepassten thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, Schichtversagen in Folge von Rissen und / oder Ablösung der Schichten auftritt, wie sie beispielsweise in der US 2014/0030449 A1 beschrieben sind. Die dort vorgeschlagene Methode, hohe Annealing-Temperaturen zu vermeiden, indem bei der Herstellung der Lithium-Cobalt-Oxid-Schicht eine Bias-Spannung angelegt wird, ist, wie auch weiter oben bereits beschrieben, allerdings in den gängigen Inline-Prozessen zur Herstellung von Dünnschichtspeicherelementen nur schwer integrierbar, so dass es unter prozesstechnischen Gesichtspunkten günstiger ist, ein Substrat mit einer entsprechend hohen Temperaturbeständigkeit zu verwenden.
Eine weitere Schwierigkeit, die für alle Substratmaterialien unabhängig von deren genauer Zusammensetzung gegeben ist, betrifft eine der möglichen Handlingslösungen von ultradünnem Glas. Die sogenannte Carrier-Lösung besteht darin, vor dem oder während des Beschichtungsprozesses bzw. den Transfer-Prozessschritten ultradünnen Glas auf einer Unterlage temporär zu fixieren. Dies kann wahlweise mit elektrostatischen Kräften erfolgen oder durch Verwendung einer organischen ablösbaren Klebemasse. Insbesondere im letzten Fall muss durch geeignete Wahl des Substrats bzw. des Carriers, welche in der Regel aus demselben Material gefertigt sind, gewährleistet sein, dass das Debonding, also die Ablösung des Substrats vom Carrier, möglich wird. Das Debonding führt oft zum Auftreten von Torsionsspannungen im Substrat, wobei sich diese Spannungen auch auf die auf dem Substrat befindlichen Schichten übertragen können, was ebenfalls Risse und Ablösungen der Schichten zur Folge hat, so dass sich in der Folge die durch Dickenschwankungen des Substrats angelegten Schichtfehler noch weiter verstärken.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein hinsichtlich Langlebigkeit und Flexibilität der Ausgestaltung verbessertes elektrisches Speicherelement bereitzustellen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, ein scheibenförmiges diskretes Element für die Anwendung in einem elektrischen Speichersystem bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird mit einem diskreten scheibenförmigen Element mit den Merkmalen des Anspruchs 20 gelöst. Vorteilhaft umfasst ein elektrisches Speicherelement, insbesondere ein Dünnschichtspeicherelement zur Lösung der Aufgabe die Merkmale des Anspruchs 1.
Die vorliegende Erfindung hat demgemäß zur Aufgabe, ein elektrisches Speicherelement, insbesondere ein Dünnschichtspeicherelement, bereitzustellen, das die Schwächen des derzeitigen Standes der Technik überwindet und eine kostengünstige Herstellung von Dünnschichtspeicherelementen ermöglicht. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines scheibenförmigen Elements für die Anwendung in einem elektrischen Speicherelement sowie dessen Herstellung und Verwendung.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird überraschend einfach durch ein elektrisches Speichersystem nach Anspruch 1 sowie durch ein scheibenförmiges, diskretes Element nach Anspruch 20 gelöst.
Es hat sich nämlich überraschenderweise gezeigt, dass die Phasenumwandlung des Lithium-Cobalt-Oxids (LCO) positiv durch die Beaufschlagung des abgeschiedenen Lithium-Cobalt-Oxids mit energiereicher elektromagnetischer Strahlung, bevorzugt im Wellenlängenbereich 200 bis 400 nm, beeinflusst wird. Dies liegt daran, dass das Lithium-Cobalt-Oxid in diesem Bereich stark absorbiert und diese Energie für die Phasenumwandlung von einer kubisch dichtesten Kugelpackung in eine hexagonal dichteste Kugelpackung verwendet wird. Die Hochtemperaturmodifikation von LCO ist bekanntermaßen stark bevorzugt, da diese eine höhere spezifische Kapazität in die Zellbilanz einbringt (130 bis 140 mAh/g) als die kubische LT-Phase (80 mAh/g), siehe auch Ensling, D., Dissertation, Technische Universität Darmstadt, 2006. Eine solche Beaufschlagung des Lithium-Cobalt-Oxids erfolgt dabei im Sinne einer effizienten Prozesstechnik bevorzugt durch das Substrat hindurch, so dass ein Substrat mit erhöhter Transparenz für energiereiche elektromagnetische Strahlung, bevorzugt im Wellenlängenbereich 200 bis 400 nm, eingesetzt werden muss.
Ein solches Substrat mit erhöhter Transparenz für energiereiche elektrische Strahlung wird dabei im Rahmen dieser Erfindung durch ein scheibenförmiges, diskretes Element gebildet.
Als scheibenförmig wird im Rahmen dieser Anmeldung ein Formkörper verstanden, bei die Ausdehnung des Elements in einer Raumrichtung um mindestens eine Größenordnung geringer ist als in den beiden anderen Raumrichtungen. Als diskret wird ein Formkörper im Rahmen dieser Anmeldung verstanden, wenn er als solches trennbar von dem betrachteten elektrischen Speichersystem ist, d.h. insbesondere auch alleine vorliegen kann.
Weitere Vorteile eines solchen scheibenförmigen diskreten Elements im Aufbau eines elektrischen Speichersystems bestehen darüber hinaus in

– effizientem Bonding des Substrats auf einem Carrier, da die Aushärtung des üblicherweise verwendeten organischen Klebematerials durch Beaufschlagung mit UV-Licht,
– Unterstützung des Debondings insbesondere bei Verwendung einer temporär verbindenden Klebemasse, was zur Vermeidung von Schichtdefekten durch ungünstiges Handling bei der Ablösung bzw. aufwendiger Handlingsverfahren führt sowie
– Aushärtung von Polymeren zur Schaffung einer Verkapselung gegen den Kontakt von beispielsweise Sauerstoff und / oder Wasserstoff mit den hochreaktiven Schichten eines elektrischen Speicherelements, beispielhaft beschrieben in DE 10 2012 206 273 A1 .

Die optische Prozessierung bzw. die Prozessierung mit energiereicher elektromagnetischer Strahlung des elektrischen Speicherelements erfolgt dabei bevorzugt unter Verwendung energiereicher optischer Energiequellen, wie beispielsweise von Ecximer-Lasern.
Das scheibenförmige diskrete Element ist bevorzugt mit einer erhöhten Transparenz bei Wellenlängen gekennzeichnet, die für sogenannte Excimer-Laser charakteristisch ist. Eine Auflistung von typischen Excimer-Laser mit den charakteristischen Wellenlängen ist im folgenden angegeben:

KrCl-Laser 222 nm

KrF-Laser 248,35 nm

XeBr-Laser 282 nm

XeCl-Laser 308 nm

XeF-Laser 351 nm
Als weitere UV-Quellen sind allerdings auch herkömmliche UV-Lampen wie beispielsweise eine Quecksilberdampflampe möglich.
Das erfindungsgemäße scheibenförmige Element weist eine totale Dickenvarianz (total thickness variation, ttv) im Bereich von < 25 µm, bevorzugt von < 15 µm, besonders bevorzugt von < 10 µm sowie ganz besonders bevorzugt von < 5 µm bezogen auf die verwendete Wafer- oder Substratgröße auf. Typischerweise bezieht sich die Angabe also auf Wafer- bzw. Substratgrößen im Bereich von > 100 mm Durchmesser bzw. 100 mm·100 mm Größe, bevorzugt > 200 mm Durchmesser bzw. 200 mm·200 mm Größe und besonders bevorzugt > 400 mm Durchmesser bzw. 400 mm·400 mm Größe.
Das erfindungsgemäße scheibenförmige diskrete Element weist eine Dicke nicht größer als 2 mm, bevorzugt kleiner 1 mm, besonders bevorzugt kleiner 500 µm und ganz besonders bevorzugt kleiner oder gleich 200 µm auf. Am meisten bevorzugt ist eine Substratdicke von kleiner oder gleich 100 µm.
So ist es beispielsweise möglich, direkt scheibenförmige diskrete Elemente in der gewünschten Dicke herzustellen. Es ist allerdings auch möglich, die Zieldicke dadurch zu erreichen, dass dickere scheibenförmige diskrete Elemente in einem sich an die Herstellung bzw. Weiterprozessierung anschließenden Prozessschritt gedünnt werden, beispielsweise durch einen oder mehrere der Prozesse Schleifen, Ätzen und Polieren.
In einer Ausführungsform der Erfindung weist das scheibenförmige diskrete Element eine water vapour transmission rate (WVTR) von < 10^–3 g/(m²·d), bevorzugt von < 10^–5 g/(m²·d) und besonders bevorzugt von < 10^–6 g/(m²·d) auf.
In einer weiteren Ausführungsform beträgt der spezifische elektrische Widerstand bei 350°C und Wechselstrom mit einer Frequenz von 50 Hz mehr als 1,0·10⁶ Ohmcm.
Das scheibenförmige diskrete Element ist im weiteren gekennzeichnet durch eine maximale Temperaturbeständigkeit von mindestens 400°C, bevorzugt von mindestens 500°C sowie durch einen linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten α im Bereich von 2,0·10^–6/K bis 10·10^–6/K, bevorzugt von 2,5 10^–6/K bis 8,5 10^–6/K und besonders bevorzugt von 3,0·10^–6/K bis 8,0·10^–6/K. Dabei hat sich gezeigt, dass besonders gute Schichtqualitäten in einem Dünnschichtspeicherelement dann erzielt werden können, wenn zwischen der maximalen Belastungstemperatur θ_Max in °C und dem linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten α folgender Zusammenhang besteht: 600·10^–6 ≤ θ_Max·α ≤ 8000·10^–6, insbesondere bevorzugt 800·10^–6 ≤ θ_Max·α ≤ 5000·10^–6.
Der lineare thermische Ausdehnungskoeffizient α ist dabei, sofern nicht anders angegeben, im Bereich von 20 bis 300°C angegeben. Die Bezeichnungen α und α_(20-300) werden im Rahmen dieser Anmeldung synonym verwendet. Beim angegeben Wert handelt es sich um den nominalen mittleren thermischen Längenausdehnungskoeffizienten gemäß ISO 7991, welcher in statischer Messung bestimmt ist.
Als maximale Belastungstemperatur θ_Max gilt dabei im Rahmen dieser Anwendung eine Temperatur, bei der die Formstabilität des Materials noch vollumfänglich gewährleistet ist und noch keine Zersetzungs- und / oder Degradationsreaktionen des Materials eingesetzt haben. Naturgemäß ist diese Temperatur je nach verwendetem Material unterschiedlich definiert. Für oxidische kristalline Materialien ist die maximale Belastungstemperatur in der Regel durch die Schmelztemperatur gegeben; für Gläser wird meist die Glasübergangstemperatur T_g angenommen, wobei bei organischen Gläsern die Zersetzungstemperatur auch unterhalb von T_g liegen kann, und für Metalle bzw. Metalllegierungen kann die maximale Belastungstemperatur näherungsweise durch die Schmelztemperatur angegeben werden, es sei denn, das Metall bzw. die Metalllegierung reagiert unterhalb der Schmelztemperatur in einer Degradationsreaktion.
Die Transformationstemperatur T_g ist bestimmt durch den Schnittpunkt der Tangenten an die beiden Äste der Ausdehnungskurve beim Messen mit einer Heizrate von 5K/min. Dies entspricht einer Messung nach ISO 7884-8 bzw. DIN 52324.
Das erfindungsgemäße scheibenförmige Element ist aus mindestens einem Oxid oder einer Mischung oder Verbindung von Oxiden aufgebaut.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei diesem mindestens einen Oxid um SiO₂.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das scheibenförmige Element aus Glas aufgebaut. Im Rahmen dieser Anmeldung wird als Glas dabei ein Material bezeichnet, das im wesentlichen anorganisch aufgebaut ist und überwiegend aus Verbindungen von Metallen und / oder Halbmetallen mit Elementen der Gruppen VA, VIA und VIIA des Periodensystem der Elemente, bevorzugt jedoch mit Sauerstoff, besteht und das gekennzeichnet ist durch einen amorphen, d.h. nicht periodisch geordneten dreidimensionalen Zustand sowie einen spezifischen elektrischen Widerstand von größer 1,0·10⁶ Ohmcm aufweist. Nicht als Glas im Sinne dieser Anmeldung gilt damit insbesondere das als Festkörperionenleiter verwendete amorphe Material LiPON.
Das erfindungsgemäße scheibenförmige Element wird gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung durch einen Schmelzprozess gewonnen.
Bevorzugt wird das scheibenförmige Element in einer sich an den Schmelzprozess anschließenden Formgebungsprozess scheibenförmig ausgebildet. Diese Formgebung kann sich dabei direkt an die Schmelze anschließen (sogenannte Heißformgebung). Es ist allerdings auch möglich, dass zunächst ein fester, im wesentlichen ungeformter Körper erhalten wird, der erst in einem weiteren Schritt durch erneutes Erhitzen und mechanische Verformung in einen scheibenförmigen Zustand überführt wird.
Erfolgt die Formgebung des scheibenförmigen Elements durch eine Heißformgebungsprozess, so handelt es sich in einer Ausführungsform der Erfindung um Ziehverfahren, beispielsweise Down-Draw-, Up-Draw- oder Overflow-Fusion-Verfahren. Aber auch andere Heißformgebungsprozesse sind mögliche, beispielsweise die Formgebung in einem Floatverfahren.
Beispiele
In den folgenden Tabellen sind einige beispielhafte Zusammensetzungen erfindungsgemäßer scheibenförmiger Elemente zusammengestellt.
Ausführungsbeispiel 1
Die Zusammensetzung des scheibenförmigen diskreten Elements ist beispielhaft gegeben durch folgende Zusammensetzung in Gew.-%:

SiO₂ 30 bis 85

B₂O₃ 3 bis 20

Al₂O₃ 0 bis 15

Na₂O 3 bis 15

K₂O 3 bis 15

ZnO 0 bis 12

TiO₂ 0,5 bis 10

CaO 0 bis 0,1
Ausführungsbeispiel 2
Die Zusammensetzung des scheibenförmigen diskreten Elements ist weiterhin beispielhaft gegeben durch folgende Zusammensetzung in Gew.-%:

SiO₂ 58 bis 65

B₂O₃ 6 bis 10,5

Al₂O₃ 14 bis 25

MgO 0 bis 3

CaO 0 bis 9

BaO 3 bis 8

ZnO 0 bis 2,

wobei gilt, dass die Summe des Gehalts von MgO, CaO und BaO dadurch gekennzeichnet ist, dass sie im Bereich von 8 bis 18 Gew.-/ liegt.
Ausführungsbeispiel 3
Die Zusammensetzung des scheibenförmigen diskreten Elements ist weiterhin beispielhaft gegeben durch folgende Zusammensetzung in Gew.-%:

SiO₂ 55 bis 75

Na₂O 0 bis 15

K₂O 2 bis 14

Al₂O₃ 0 bis 15

MgO 0 bis 4

CaO 3 bis 12

BaO 0 bis 15

ZnO 0 bis 5

TiO₂ 0 bis 2
Ausführungsbeispiel 4
Ein mögliches scheibenförmiges diskretes Element ist weiterhin beispielhaft durch die folgende Zusammensetzung in Gew.-% gegeben:

SiO₂ 61

B₂O₃ 10

Al₂O₃ 18

MgO 2,8

CaO 4,8

BaO 3,3
Mit dieser Zusammensetzung werden folgende Eigenschaften des scheibenförmigen diskreten Elements erhalten:

α_(20-300) 3,2·10^–6/K

T_g 717°C

Dichte 2,43 g/cm³
Ausführungsbeispiel 5
Ein weiteres scheibenförmiges diskretes Element ist beispielhaft durch die folgende Zusammensetzung in Gew.-% gegeben:

SiO₂ 64,0

B₂O₃ 8,3

Al₂O₃ 4,0

Na₂O 6,5

K₂O 7,0

ZnO 5,5

TiO₂ 4,0

Sb₂O₃ 0,6

Cl^– 0,1
Mit dieser Zusammensetzung werden folgende Eigenschaften des scheibenförmigen diskreten Elements erhalten:

α_(20-300) 7,2·10^–6/K

T_g 557°C

Dichte 2,5 g/cm³
Ausführungsbeispiel 6
Ein weiteres scheibenförmiges diskretes Element ist beispielhaft durch die folgende Zusammensetzung in Gew.-% gegeben:

SiO₂ 69 +/– 5

Na₂O 8 +/– 2

K₂O 8 +/– 2

CaO 7 +/– 2

BaO 2 +/– 2

ZnO 4 +/– 2

TiO₂ 1 +/– 1
Mit dieser Zusammensetzung werden folgende Eigenschaften des scheibenförmigen diskreten Elements erhalten:

α_(20-300) 9,4·10^–6/K

T_g 533°C

Dichte 2,55 g/cm³
Ausführungsbeispiel 7
Ein nochmals weiteres scheibenförmiges diskretes Element ist beispielhaft durch die folgende Zusammensetzung in Gew.-% gegeben:

SiO₂ 80 +/– 5

B₂O₃ 13 +/– 5

Al₂O₃ 2,5 +/– 2

Na₂O 3,5 +/– 2

K₂O 1 +/– 1
Mit dieser Zusammensetzung werden folgende Eigenschaften des scheibenförmigen diskreten Elements erhalten:

α_(20-300) 3,25·10^–6/K

T_g 525°C

Dichte 2,2 g/cm³
Ausführungsbeispiel 8
Ein nochmals weiteres scheibenförmiges diskretes Element ist beispielhaft durch die folgende Zusammensetzung in Gew.-% gegeben:

SiO₂ 62,3

Al₂O₃ 16,7

Na₂O 11,8

K₂O 3,8

MgO 3,7

ZrO₂ 0,1

CeO₂ 0,1

TiO₂ 0,8

As₂O₃ 0,7
Mit dieser Zusammensetzung werden folgende Eigenschaften des scheibenförmigen diskreten Elements erhalten:

α(20-300) 8,6·10^–6/K

T_g 607°C

Dichte 2,4 g/cm³
Ausführungsbeispiel 9
Ein nochmals weiteres scheibenförmiges diskretes Element ist beispielhaft durch die folgende Zusammensetzung in Gew.-% gegeben:

SiO₂ 62,2

Al₂O₃ 18,1

B₂O₃ 0,2

P₂O₅ 0,1

Li₂O 5,2

Na₂O 9,7

K₂O 0,1

CaO 0,6

SrO 0,1

ZnO 0,1

ZrO₂ 3,6
Mit dieser Zusammensetzung werden folgende Eigenschaften des scheibenförmigen diskreten Elements erhalten:

α_(20-300) 8,5·10^–6/K

T_g 505°C

Dichte 2,5 g/cm³
Ausführungsbeispiel 10
Ein weiteres scheibenförmiges diskretes Element ist beispielhaft durch die folgende Zusammensetzung in Gew.-% gegeben:

SiO₂ 52

Al₂O₃ 17

Na₂O 12

K₂O 4

MgO 4

CaO 6

ZnO 3,5

ZrO₂ 1,5
Mit dieser Zusammensetzung werden folgende Eigenschaften des scheibenförmigen diskreten Elements erhalten:

α_(20-300) 9,7·10^–6/K

T_g 556°C

Dichte 2,6 g/cm³
Ausführungsbeispiel 11
Ein nochmals weiteres scheibenförmiges diskretes Element ist beispielhaft durch folgende Zusammensetzung in Gew.-% gegeben:

SiO₂ 62

Al₂O₃ 17

Na₂O 13

K₂O 3,5

MgO 3,5

CaO 0,3

SnO₂ 0,1

TiO₂ 0,6
Mit dieser Zusammensetzung werden folgende Eigenschaften des scheibenförmigen diskreten Elements erhalten:

α_(20-300) 8,3·10^–6/K

T_g 623°C

Dichte 2,4 g/cm³
Ausführungsbeispiel 12
Ein weiteres scheibenförmiges diskretes Element ist beispielhaft durch die folgende Zusammensetzung in Gew.-% gegeben:

SiO₂ 61,1

Al₂O₃ 19,6

B₂O₃ 4,5

Na₂O 12,1

K₂O 0,9

MgO 1,2

CaO 0,1

SnO₂ 0,2

CeO₂ 0,3
Mit dieser Zusammensetzung werden folgende Eigenschaften des scheibenförmigen diskreten Elements erhalten:

α_(20-300) 8,9·10^–6/K

T_g 600°C

Dichte 2,4 g/cm³
Ausführungsbeispiel 13

Ein nochmals weiteres scheibenförmiges diskretes Element ist beispielhaft durch die folgende Zusammensetzung in Gew.-% gegeben:

SiO₂	50 bis 65
Al₂O₃	15 bis 20
B₂O₃	0 bis 6
Li₂O	0 bis 6
Na₂O	8 bis 15
K₂O	0 bis 5
MgO	0 bis 5
CaO	0 bis 7, bevorzugt 0 bis 1
ZnO	0 bis 4, bevorzugt 0 bis 1
ZrO₂	0 bis 4
TiO₂	0 bis 1, bevorzugt im Wesentlichen TiO₂-frei

Weiterhin können im Glas enthalten sein zu 0 bis 1 Gew.-%: P₂O₅, SrO, BaO; sowie Läutermittel zu 0 bis 1 Gew.-%: SnO₂, CeO₂ oder As₂O₃ oder andere Läutermittel.
Ausführungsbeispiel 14
Ein nochmals weiteres scheibenförmiges diskretes Element ist beispielhaft durch die folgende Zusammensetzung in Gew.-% gegeben:

SiO₂ 58 bis 65

B₂O₃ 6 bis 10,5

Al₂O₃ 14 bis 25

MgO 0 bis 5

CaO 0 bis 9

BaO 0 bis 8

SrO 0 bis 8

ZnO 0 bis 2
Ausführungsbeispiel 15
Ein nochmals weiteres scheibenförmiges diskretes Element ist beispielhaft durch die folgende Zusammensetzung in Gew.-% gegeben:

SiO₂ 59,7

Al₂O₃ 17,1

B₂O₃ 7,8

MgO 3,4

CaO 4,2

SrO 7,7

BaO 0,1
Mit dieser Zusammensetzung werden folgende Eigenschaften des scheibenförmigen diskreten Elements erhalten:

α_(20-300) 3,8·10^–6/K

T_g 719°C

Dichte 2,51 g/cm³
Ausführungsbeispiel 16
Ein nochmals weiteres scheibenförmiges diskretes Element ist beispielhaft durch die folgende Zusammensetzung in Gew.-% gegeben:

SiO₂ 59,6

Al₂O₃ 15,1

B₂O₃ 9,7

CaO 5,4

SrO 6,0

BaO 2,3

ZnO 0,5

Sb₂O₃ 0,4

As₂O₃ 0,7
Mit dieser Zusammensetzung werden folgende Eigenschaften des scheibenförmigen diskreten Elements erhalten:

α_(20-300) 3,8·10^–6/K

Dichte 2,5 g/cm³
Ausführungsbeispiel 17
Ein nochmals weiteres scheibenförmiges diskretes Element ist beispielhaft durch die folgende Zusammensetzung in Gew.-% gegeben:

SiO₂ 58,8

Al₂O₃ 14,6

B₂O₃ 10,3

MgO 1,2

CaO 4,7

SrO 3,8

BaO 5,7

Sb₂O₃ 0,2

As₂O₃ 0,7
Mit dieser Zusammensetzung werden folgende Eigenschaften des scheibenförmigen diskreten Elements erhalten:

α_(20-300) 3,73·10^–6/K

T_g 705°C

Dichte 2,49 g/cm³
Ausführungsbeispiel 18
Ein nochmals weiteres scheibenförmiges diskretes Element ist beispielhaft durch die folgende Zusammensetzung in Gew.-% gegeben:

SiO₂ 62,5

B₂O₃ 10,3

Al₂O₃ 17,5

MgO 1,4

CaO 7,6

SrO 0,7
Mit dieser Zusammensetzung werden folgende Eigenschaften des scheibenförmigen diskreten Elements erhalten:

α_(20-300) 3,2 ppm/K

Dichte: 2,38 g/ccm
Ausführungsbeispiel 19
Ein nochmals weiteres scheibenförmiges diskretes Element ist beispielhaft durch die folgende Zusammensetzung in Gew.-% gegeben:

SiO₂ 55 bis 75

Na₂O 0 bis 15

K₂O 0 bis 14

Al₂O₃ 0 bis 15

MgO 0 bis 4

CaO 3 bis 12

BaO 0 bis 15

ZnO 0 bis 5
Ausführungsbeispiel 20
Ein nochmals weiteres scheibenförmiges diskretes Element ist beispielhaft durch die folgende Zusammensetzung in Gew.-% gegeben:

SiO₂ 74,3

Na₂O 13,2

K₂O 0,3

Al₂O₃ 1,3

MgO 0,2

CaO 10,7
Mit dieser Zusammensetzung werden folgende Eigenschaften des scheibenförmigen diskreten Elements erhalten:

α_(20-300) 9,0 ppm/K

T_g: 573°C
Ausführungsbeispiel 21
Ein nochmals weiteres scheibenförmiges diskretes Element ist beispielhaft durch die folgende Zusammensetzung in Gew.-% gegeben:

SiO₂ 72,8

Na₂O 13,9

K₂O 0,1

Al₂O₃ 0,2

MgO 4,0

CaO 9,0
Mit dieser Zusammensetzung werden folgende Eigenschaften des scheibenförmigen diskreten Elements erhalten:

α_(20-300) 9,5 ppm/K

T_g: 564°C
In allen oben genannten Ausführungsbeispielen können, sofern nicht bereits aufgeführt, wahlweise Läutermittel zu 0 bis 1 Gew.-%, so zum Beispiel SnO₂, CeO₂, As₂O₃, Cl-, F-, Sulfate enthalten sein.
In 1 ist ein schematischer Aufbau eines elektrischen Speicherelements wiedergegeben. Bei dem dargestellten elektrischen Speicherelement handelt es sich beispielhaft um eine Dünnschichtbatterie. Die Zeichnung zeigt das scheibenförmige diskrete Element, in diesem Fall in der Funktion eines Substrats, auf das unterschiedliche Funktionsschichten aufgebracht worden sind. Neben der Kathodenschicht, die hier aus Lithium-Cobalt-Oxid LCO besteht, dem Festkörperionenleiter LiPON und einer Anodenschicht beispielsweise aus Li-Metall enthält das Speicherelement darüber hinaus weitere Schichten. Der Ableiter für die Kathode 1 kann beispielsweise aus Titan, aber auch aus Kupfer oder anderen geeigneten Metallen, bestehen. Als Ableiter für die Anode 3 ist ebenfalls Titan möglich, aber auch Aluminium oder ein anderes geeignetes Material. Der Aufbau wird von einer Verkapselungsschicht 2 bedeckt, die als Permeantenbarriere wirkt und auf diese Weise die empfindlichen Materialien der Funktionsschichten gegen Korrosion schützt.
In 2 sind beispielhaft Transmissionskurven eines erfindungsgemäßen scheibenförmigen diskreten Elements mit einer Zusammensetzung gemäß des Ausführungsbeispiels 4 in drei unterschiedlichen Dicken dargestellt. Bei größeren Wellenlängen treten deutlich wahrnehmbare Interferenz-Effekte auf, die messtechnisch bedingt sind und somit keine Eigenschaft des diskreten scheibenförmigen Elements darstellen.
3 zeigt Transmissionskurven für drei unterschiedliche Dicken für das Glas BOROFLOAT^®33 der Schott AG. Die Zusammensetzung des Glases entspricht dem Ausführungsbeispiel 7.
4 zeigt die Transmissionsdaten für ein weiteres erfindungsgemäßes scheibenförmiges diskretes Element mit einer Zusammensetzung gemäß Ausführungsbeispiel 5 in drei unterschiedlichen Dicken. Bei größeren Wellenlängen treten deutlich wahrnehmbare Interferenz-Effekte auf, die messtechnisch bedingt sind und somit keine Eigenschaft des diskreten scheibenförmigen Elements darstellen.
5 zeigt die Transmissionsdaten für ein weiteres erfindungsgemäßes scheibenförmiges diskretes Element mit einer Zusammensetzung gemäß Ausführungsbeispiel 6 in zwei unterschiedlichen Dicken. Bei größeren Wellenlängen treten deutlich wahrnehmbare Interferenz-Effekte auf, die messtechnisch bedingt sind und somit keine Eigenschaft des diskreten scheibenförmigen Elements darstellen. Für das scheibenförmige diskrete Element mit einer Dicke von 30 µm sind darüber hinaus präparationsbedingt Oberflächendefekte erhalten worden, die messtechnisch in einer Erhöhung des Streuanteils und damit in einer Verminderung der hier dargestellten Transmission des scheibenförmigen diskreten Elements niederschlagen, die sich insbesondere bei Wellenlängen von größer ca. 250 nm auswirkt. Diese präparationsbedingten Defekte stellen somit keine Eigenschaft des diskreten scheibenförmigen Elements dar.
6 zeigt die Transmissionsdaten für ein weiteres erfindungsgemäßes scheibenförmiges diskretes Element mit einer Zusammensetzung gemäß Ausführungsbeispiel 10 in zwei unterschiedlichen Dicken. Im Bereich von unter 400 nm Wellenlänge treten dabei in der Transmissionskurve Effekte auf, bei denen Fluoreszenz aufgrund des in der Zusammensetzung des scheibenförmigen diskreten Elements enthalten Cers vermutet wird.
7 zeigt die Transmissionsdaten für ein weiteres erfindungsgemäßes scheibenförmiges diskretes Element mit einer Zusammensetzung gemäß Ausführungsbeispiel 12 in zwei unterschiedlichen Dicken.
Im Rahmen dieser Beschreibung ist offenbart ein elektrisches Speichersystem mit zumindest einem scheibenförmigen diskreten Element, welches insbesondere bei einer Dicke von 30 µm eine Transmission im Bereich von 200 nm bis 270 nm von 0,1% oder mehr und / oder eine Transmission insbesondere bevorzugt bei 222 nm von größer 0,5%, insbesondere bevorzugt bei 248 nm von größer 0,3%, insbesondere bevorzugt bei 282 nm von größer 3%, insbesondere bevorzugt bei 308 nm von größer 50% und insbesondere bevorzugt bei 351 nm von größer 88% aufweist, sowie insbesondere bei einer Dicke von 100 µm im Bereich von 200 nm bis 270 nm von 0,1% oder mehr und / oder eine Transmission insbesondere bevorzugt bei 222 nm von größer 0,5%, insbesondere bevorzugt bei 248 nm von größer 0,3% insbesondere bevorzugt bei 282 nm von größer 0,1%, insbesondere bevorzugt bei 308 nm von größer 30% und insbesondere bevorzugt bei 351 nm von größer 88% aufweist.
Sowie ein elektrisches Speichersystem umfassend zumindest ein scheibenförmiges diskretes Element, welches insbesondere bei einer Dicke von 30 µm eine Transmission im Bereich von 200 nm bis 270 nm von 15% oder mehr und / oder eine Transmission insbesondere bevorzugt bei 222 nm von größer 0,5%, insbesondere bevorzugt bei 248 nm von größer 0,3%, insbesondere bevorzugt bei 282 nm von größer 3%, insbesondere bevorzugt bei 308 nm von größer 50% und insbesondere bevorzugt bei 351 nm von größer 88% aufweist.
Sowie ein elektrisches Speichersystem umfassend zumindest ein scheibenförmiges diskretes Element, bei welchem das mindestens eine scheibenförmige diskrete Element eine Dickenvariation von nicht größer 25 µm, bevorzugt von nicht größer als 15 µm, besonders bevorzugt von nicht größer als 10 µm sowie ganz besonders bevorzugt von nicht größer als 5 µm aufweist, bezogen auf die Wafer- bzw. Substratgrößen im Bereich von > 100 mm Durchmesser bzw. 100 mm·100 mm Größe, bevorzugt > 200 mm Durchmesser bzw. 200 mm·200 mm Größe und besonders bevorzugt > 400 mm Durchmesser bzw. 400 mm·400 mm Größe.
Sowie ein elektrisches Speichersystem, umfassend zumindest ein scheibenförmiges diskretes Element, bei welchem das mindestens eine scheibenförmige diskrete Element eine water vapour transmission rate (WVTR) von < 10^–3 g/(m²·d), bevorzugt von < 10^–5 g/(m²·d) und besonders bevorzugt von < 10^–6 g/(m²·d) aufweist.
Sowie ein elektrisches Speichersystem, bei welchem das scheibenförmige diskrete Element eine Dicke kleiner als 2 mm, bevorzugt kleiner 1 mm, besonders bevorzugt kleiner 500 µm, ganz besonders bevorzugt kleiner oder gleich 200 µm sowie am meisten bevorzugt kleiner oder gleich 100 µm aufweist.
Sowie ein elektrisches Speichersystem, umfassend zumindest ein scheibenförmiges diskretes Element, bei welchem das mindestens eine scheibenförmige diskrete Element einen spezifischen elektrischen Widerstand bei einer Temperatur von 350°C und Wechselstrom mit einer Frequenz von 50 Hz von größer als 1,0·10⁶ Ohmcm aufweist.
Sowie ein elektrisches Speichersystem, umfassend zumindest ein scheibenförmiges diskretes Element, bei welchem das mindestens eine scheibenförmige diskrete Element eine maximale Belastungstemperatur θ_Max von mindestens 400°C, bevorzugt von mindestens 500°C aufweist.
Sowie ein elektrisches Speichersystem, umfassend zumindest ein scheibenförmiges diskretes Element, bei welchem das mindestens eine scheibenförmige diskrete Element einen linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten α im Bereich von 2,0·10^–6/K bis 10·10^–6/K, bevorzugt von 2,5 10^–6/K bis 8,5 10^–6/K und besonders bevorzugt von 3,0·10^–6/K bis 8,0·10^–6/K aufweist.
Sowie ein elektrisches Speichersystem, umfassend zumindest ein scheibenförmiges diskretes Element, bei welchem für das Produkt aus maximaler Belastungstemperatur θ_Max in °C und linearem thermischem Ausdehnungskoeffizienten α des mindestens einen scheibenförmigen diskreten Elements folgender Zusammenhang gilt: 600·10^–6 ≤ θ_Max·α ≤ 8000·10^–6, insbesondere bevorzugt 800·10^–6 ≤ θ_Max·α ≤ 5000·10^–6.
Sowie ein elektrisches Speichersystem, bei welchem das mindestens eine scheibenförmige diskrete Element mindestens ein Oxid oder eine Mischung oder eine Verbindung von mehreren Oxiden umfasst.
Sowie ein elektrisches Speichersystem, bei welchem das mindestens eine scheibenförmige diskrete Element als ein Oxid SiO₂ enthält.
Sowie ein elektrisches Speichersystem, bei welchem das mindestens eine scheibenförmige diskrete Element als Glas vorliegt.
Sowie ein elektrisches Speichersystem, bei welchem das mindestens eine scheibenförmige diskrete Element durch einen Schmelzprozess mit sich anschließendem Formprozess scheibenförmig ausgebildet ist.
Sowie ein elektrisches Speichersystem, bei welchem es sich beim anschließenden Formprozess um ein Ziehverfahren handelt.
Sowie ein elektrisches Speichersystem, bei welchem zumindest ein Bereich des Speichersystems mit energiereicher elektromagnetischer Strahlung, bevorzugt im Wellenlängenbereich 200 bis 400 nm bearbeitet ist.
Sowie ein elektrisches Speichersystem, bei welchem dem zumindest einen Bereich des Speichersystems welcher mit energiereicher elektromagnetischer Strahlung, bevorzugt im Wellenlängenbereich 200 bis 400 nm bearbeitet ist, die energiereiche elektromagnetische Strahlung durch das scheibenförmiges diskretes Element zugeführt ist.
Sowie ein elektrisches Speichersystem, bei welchem der zumindest eine Bereich des Speichersystems welcher mit energiereicher elektromagnetischer Strahlung bearbeitet ist, ein Lithium-Cobalt-Oxid (LCO) umfasst.
Sowie ein elektrisches Speichersystem, bei welchem in dem zumindest einen Bereich des Speichersystems welcher mit energiereicher elektromagnetischer Strahlung bearbeitet ist, Lithium-Cobalt-Oxid (LCO) in dessen strukturellen Eigenschaften beeinflusst ist.
Sowie ein elektrisches Speichersystem, bei welchem in dem zumindest einen Bereich des Speichersystems welcher mit energiereicher elektromagnetischer Strahlung bearbeitet ist, eine zumindest bereichsweise Phasenumwandlung des Lithium-Cobalt-Oxids (LCO) bewirkt ist.
Sowie ein elektrisches Speichersystem, bei welchem in dem zumindest einen Bereich des Speichersystems welcher mit energiereicher elektromagnetischer Strahlung bearbeitet ist, die zumindest bereichsweise Phasenumwandlung des Lithium-Cobalt-Oxids (LCO) die Phasenumwandlung von einer kubisch dichtesten Kugelpackung in eine hexagonal dichteste Kugelpackung umfasst.
Und ein scheibenförmiges diskretes Element für die Anwendung in einem elektrischem Speichersystem, aufweisend insbesondere bei einer Dicke von 30 µm eine Transmission im Bereich von 200 nm bis 270 nm von 0,1% oder mehr und / oder insbesondere bevorzugt bei 222 nm von größer 0,5%, insbesondere bevorzugt bei 248 nm von größer 0,3%, insbesondere bevorzugt bei 282 nm von größer 3%, insbesondere bevorzugt bei 308 nm von größer 50% und insbesondere bevorzugt bei 351 nm von größer 88%, sowie insbesondere bei einer Dicke von 100 µm im Bereich von 200 nm bis 270 nm von 0,1% oder mehr und / oder eine Transmission insbesondere bevorzugt bei 222 nm von größer 0,5%, insbesondere bevorzugt bei 248 nm von größer 0,3% insbesondere bevorzugt bei 282 nm von größer 0,1%, insbesondere bevorzugt bei 308 nm von größer 30% und insbesondere bevorzugt bei 351 nm von größer 88%.
Sowie ein scheibenförmiges diskretes Element für die Anwendung in einem elektrischen Speichersystem, aufweisend insbesondere bei einer Dicke von 30 µm eine Transmission im Bereich von 200 nm bis 270 nm von 15% oder mehr und / oder eine Transmission insbesondere bevorzugt bei 222 nm von größer 0,5%, insbesondere bevorzugt bei 248 nm von größer 0,3%, insbesondere bevorzugt bei 282 nm von größer 3%, insbesondere bevorzugt bei 308 nm von größer 50% und insbesondere bevorzugt bei 351 nm von größer 88%.
Sowie ein scheibenförmiges diskretes Element für die Anwendung in einem elektrischen Speichersystem, aufweisend eine Dickenvariation von nicht größer als 25 µm, bevorzugt von nicht größer als 15 µm, besonders bevorzugt von nicht größer als 10 µm sowie ganz besonders bevorzugt von nicht größer als 5 µm aufweist, bezogen auf die Wafer- bzw. Substratgrößen im Bereich von > 100 mm Durchmesser bzw. 100 mm·100 mm Größe, bevorzugt > 200 mm Durchmesser bzw. 200 mm·200 mm Größe und besonders bevorzugt > 400 mm Durchmesser bzw. 400 mm·400 mm Größe.
Sowie ein scheibenförmiges diskretes Element für die Anwendung in einem elektrischen Speichersystem, aufweisend eine water vapour transmission rate (WVTR) von < 10^–3 g/(m²·d), bevorzugt von < 10^–5 g/(m²·d) und besonders bevorzugt von < 10^–6 g/(m²·d).
Sowie ein scheibenförmiges diskretes Element für die Anwendung in einem elektrischen Speichersystem, aufweisend eine Dicke kleiner als 2 mm, bevorzugt kleiner 1 mm, besonders bevorzugt kleiner 500 µm, ganz besonders bevorzugt kleiner oder gleich 200 µm sowie am meisten bevorzugt kleiner oder gleich 100 µm.
Sowie ein scheibenförmiges diskretes Element, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche 20 bis 23, für die Anwendung in einem elektrischen Speichersystem, aufweisend einen spezifischen elektrischen Widerstand bei einer Temperatur von 350°C und einem Wechselstrom mit einer Frequenz von 50 Hz von größer als 1,0·10⁶ Ohmcm.
Sowie ein scheibenförmiges diskretes Element für die Anwendung in einem elektrischen Speichersystem, aufweisend eine maximale Belastungstemperatur θ_Max von mindestens 400°C, bevorzugt von mindestens 500° C.
Sowie ein scheibenförmiges diskretes Element für die Anwendung in einem elektrischen Speichersystem, aufweisend einen linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten α im Bereich von 2,0·10^–6/K bis 10·10^–6/K, bevorzugt von 2,5 10^–6/K bis 8,5 10^–6/K und besonders bevorzugt von 3,0·10^–6/K bis 8,0·10^–6/K.
Sowie ein scheibenförmiges diskretes Element für die Anwendung in einem elektrischen Speichersystem, bei welchem das Produkt aus maximaler Belastungstemperatur θ_Max in °Cund linearem thermischem Ausdehnungskoeffizienten α des mindestens einen scheibenförmigen diskreten Elements folgender Zusammenhang gilt: 600·10^–6 ≤ θ_Max·α ≤ 8000·10^–6, insbesondere bevorzugt 800·10^–6 ≤ θ_Max·α ≤ 5000·10^–6.
Sowie ein scheibenförmiges diskretes Element für die Anwendung in einem elektrischen Speichersystem, bei welchem es mindestens ein Oxid oder eine Mischung oder Verbindung von mehreren Oxiden umfasst.
Sowie ein scheibenförmiges diskretes Element für die Anwendung in einem elektrischen Speichersystem, bei welchem das mindestens eine Oxid SiO₂ ist.
Sowie ein scheibenförmiges diskretes Element für die Anwendung in einem elektrischen Speichersystem, bei welchem das Element aus Glas gebildet ist.
Sowie ein scheibenförmiges diskretes Element, bei welchem das Element durch einen Schmelzprozess mit sich anschließendem Formprozess scheibenförmig ausgebildet ist.
Sowie ein scheibenförmiges diskretes Element, bei welchem der anschließende Formprozess ein Ziehverfahren umfasst.
Im Rahmen der Erfindung liegen auch dickere oder dünnere diskrete scheibenförmige Elemente, wenn diese dickeren oder dünneren diskreten scheibenförmigen Elemente umgerechnet auch 30 µm Dicke die Werte der unabhängigen Ansprüche erfüllen.
Dickere Substrate können zur Feststellung, ob diese im Schutzbereich liegen, auf eine Dicke von 30 µm ausgedünnt werden.
Dünnere diskrete Elemente können durch Stapelung und eventuell nötige Ausdünnung auch auf eine Dicke von 30 µ gebracht werden, sodass an Stelle der Umrechnung auch eine physikalische Messung der Transmission vorgenommen werden kann, um zu bestimmen, ob diese dünneren Substrate im Schutzumfang liegen.
Bezugszeichenliste

1: Ableiterschicht für Kathode
2: Verkapselungsschicht zum Korrosionsschutz durch Permeationsbarriere
3: Ableiterschicht für Anode

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2008/0001577 [0001]
US 2001/0032666 A1 [0002, 0009]
US 7494742 B2 [0005, 0006, 0012]
US 2010/0104942 [0007]
US 6906436 B2 [0010, 0011]
US 7211351 B2 [0013]
US 2008/0001577 A1 [0014]
EP 2434567 A2 [0015]
US 2008/0032236 A1 [0015]
US 8228023 B2 [0015]
US 2010/0104942 A1 [0015, 0016, 0016, 0017]
US 2014/0030449 A1 [0017, 0020]
US 2012/0040211 A1 [0018, 0020]
WO 2014062676 A1 [0019, 0020]
DE 102012206273 A1 [0030]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Tintignac et al., Journal of Power Sources 245 (2014), 76–82 [0017]
Ensling, D., Photoelektronische Untersuchung der elektronischen Struktur dünner Lithiumkobaltoxidschichten, Dissertation, technische Universität Darmstadt 2006 [0017]
Ensling, D., Dissertation, Technische Universität Darmstadt, 2006 [0027]
ISO 7991 [0040]
ISO 7884-8 [0042]
DIN 52324 [0042]

Claims

Elektrisches Speichersystem mit zumindest einem scheibenförmigen diskreten Element, welches insbesondere bei einer Dicke von 30 µm eine Transmission im Bereich von 200 nm bis 270 nm von 0,1% oder mehr und / oder eine Transmission insbesondere bevorzugt bei 222 nm von größer 0,5%, insbesondere bevorzugt bei 248 nm von größer 0,3%, insbesondere bevorzugt bei 282 nm von größer 3%, insbesondere bevorzugt bei 308 nm von größer 50% und insbesondere bevorzugt bei 351 nm von größer 88% aufweist, sowie insbesondere bei einer Dicke von 100 µm im Bereich von 200 nm bis 270 nm von 0,1% oder mehr und / oder eine Transmission insbesondere bevorzugt bei 222 nm von größer 0,5%, insbesondere bevorzugt bei 248 nm von größer 0,3% insbesondere bevorzugt bei 282 nm von größer 0,1%, insbesondere bevorzugt bei 308 nm von größer 30% und insbesondere bevorzugt bei 351 nm von größer 88% aufweist.
Elektrisches Speichersystem mit zumindest einem scheibenförmigen diskreten Element, insbesondere nach Anspruch 1, welches insbesondere bei einer Dicke von 30 µm eine Transmission im Bereich von 200 nm bis 270 nm von 15% oder mehr und / oder eine Transmission insbesondere bevorzugt bei 222 nm von größer 0,5%, insbesondere bevorzugt bei 248 nm von größer 0,3%, insbesondere bevorzugt bei 282 nm von größer 3%, insbesondere bevorzugt bei 308 nm von größer 50% und insbesondere bevorzugt bei 351 nm von größer 88% aufweist.
Elektrisches Speichersystem, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend zumindest ein scheibenförmiges diskretes Element, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine scheibenförmige diskrete Element eine Dickenvariation von nicht größer 25 µm, bevorzugt von nicht größer als 15 µm, besonders bevorzugt von nicht größer als 10 µm sowie ganz besonders bevorzugt von nicht größer als 5 µm aufweist, bezogen auf die Wafer- bzw. Substratgrößen im Bereich von > 100 mm Durchmesser bzw. 100 mm·100 mm Größe, bevorzugt > 200 mm Durchmesser bzw. 200 mm·200 mm Größe und besonders bevorzugt > 400 mm Durchmesser bzw. 400 mm·400 mm Größe.
Elektrisches Speichersystem, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend zumindest ein scheibenförmiges diskretes Element, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine scheibenförmige diskrete Element eine water vapour transmission rate (WVTR) von < 10^–3 g/(m²·d), bevorzugt von < 10^–5 g/(m²·d) und besonders bevorzugt von < 10^–6 g/(m²·d) aufweist.
Elektrisches Speichersystem einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das scheibenförmige diskrete Element eine Dicke kleiner als 2 mm, bevorzugt kleiner 1 mm, besonders bevorzugt kleiner 500 µm, ganz besonders bevorzugt kleiner oder gleich 200 µm sowie am meisten bevorzugt kleiner oder gleich 100 µm aufweist.
Elektrisches Speichersystem, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend zumindest ein scheibenförmiges diskretes Element, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine scheibenförmige diskrete Element einen spezifischen elektrischen Widerstand bei einer Temperatur von 350°C und Wechselstrom mit einer Frequenz von 50 Hz von größer als 1,0·10⁶ Ohmcm aufweist.
Elektrisches Speichersystem, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend zumindest ein scheibenförmiges diskretes Element, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine scheibenförmige diskrete Element eine maximale Belastungstemperatur θ_Max von mindestens 400°C, bevorzugt von mindestens 500°C aufweist.
Elektrisches Speichersystem, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend zumindest ein scheibenförmiges diskretes Element, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine scheibenförmige diskrete Element einen linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten α im Bereich von 2,0·10^–6/K bis 10·10^–6/K, bevorzugt von 2,5 10^–6/K bis 8,5 10^–6/K und besonders bevorzugt von 3,0·10^–6/K bis 8,0·10^–6/K aufweist.
Elektrisches Speichersystem, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend zumindest ein scheibenförmiges diskretes Element, dadurch gekennzeichnet, dass für das Produkt aus maximaler Belastungstemperatur θ_Max in °C und linearem thermischem Ausdehnungskoeffizienten α des mindestens einen scheibenförmigen diskreten Elements folgender Zusammenhang gilt: 600·10^–6 ≤ θ_Max·α ≤ 8000·10^–6, insbesondere bevorzugt 800·10^–6 ≤ θ_Max·α ≤ 5000·10^–6.
Elektrisches Speichersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine scheibenförmige diskrete Element mindestens ein Oxid oder eine Mischung oder eine Verbindung von mehreren Oxiden umfasst.
Elektrisches Speichersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine scheibenförmige diskrete Element als ein Oxid SiO₂ enthält.
Elektrisches Speichersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine scheibenförmige diskrete Element als Glas vorliegt.
Elektrisches Speichersystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine scheibenförmige diskrete Element durch einen Schmelzprozess mit sich anschließendem Formprozess scheibenförmig ausgebildet ist.
Elektrisches Speichersystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass es sich beim anschließenden Formprozess um ein Ziehverfahren handelt.
Elektrisches Speichersystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Bereich des Speichersystems mit energiereicher elektromagnetischer Strahlung, bevorzugt im Wellenlängenbereich 200 bis 400 nm bearbeitet ist.
Elektrisches Speichersystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass dem zumindest einen Bereich des Speichersystems welcher mit energiereicher elektromagnetischer Strahlung, bevorzugt im Wellenlängenbereich 200 bis 400 nm bearbeitet ist, die energiereiche elektromagnetische Strahlung durch das scheibenförmiges diskretes Element zugeführt ist.
Elektrisches Speichersystem nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Bereich des Speichersystems welcher mit energiereicher elektromagnetischer Strahlung bearbeitet ist, ein Lithium-Cobalt-Oxid (LCO) umfasst.
Elektrisches Speichersystem nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zumindest einen Bereich des Speichersystems welcher mit energiereicher elektromagnetischer Strahlung bearbeitet ist, Lithium-Cobalt-Oxid (LCO) in dessen strukturellen Eigenschaften beeinflusst ist.
Elektrisches Speichersystem nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zumindest einen Bereich des Speichersystems welcher mit energiereicher elektromagnetischer Strahlung bearbeitet ist, eine zumindest bereichsweise Phasenumwandlung des Lithium-Cobalt-Oxids (LCO) bewirkt ist.
Elektrisches Speichersystem nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zumindest einen Bereich des Speichersystems welcher mit energiereicher elektromagnetischer Strahlung bearbeitet ist, die zumindest bereichsweise Phasenumwandlung des Lithium-Cobalt-Oxids (LCO) die Phasenumwandlung von einer kubisch dichtesten Kugelpackung in eine hexagonal dichteste Kugelpackung umfasst.
Scheibenförmiges diskretes Element für die Anwendung in einem elektrischem Speichersystem, gekennzeichnet durch insbesondere bei einer Dicke von 30 µm eine Transmission im Bereich von 200 nm bis 270 nm von 0,1% oder mehr und / oder insbesondere bevorzugt bei 222 nm von größer 0,5%, insbesondere bevorzugt bei 248 nm von größer 0,3%, insbesondere bevorzugt bei 282 nm von größer 3%, insbesondere bevorzugt bei 308 nm von größer 50% und insbesondere bevorzugt bei 351 nm von größer 88% sowie insbesondere bei einer Dicke von 100 µm im Bereich von 200 nm bis 270 nm von 0,1% oder mehr und / oder eine Transmission insbesondere bevorzugt bei 222 nm von größer 0,5%, insbesondere bevorzugt bei 248 nm von größer 0,3% insbesondere bevorzugt bei 282 nm von größer 0,1%, insbesondere bevorzugt bei 308 nm von größer 30% und insbesondere bevorzugt bei 351 nm von größer 88%.
Scheibenförmiges diskretes Element insbesondere nach Anspruch 21 für die Anwendung in einem elektrischen Speichersystem, gekennzeichnet durch insbesondere bei einer Dicke von 30 µm eine Transmission im Bereich von 200 nm bis 270 nm von 15% oder mehr und / oder eine Transmission insbesondere bevorzugt bei 222 nm von größer 0,5%, insbesondere bevorzugt bei 248 nm von größer 0,3%, insbesondere bevorzugt bei 282 nm von größer 3%, insbesondere bevorzugt bei 308 nm von größer 50% und insbesondere bevorzugt bei 351 nm von größer 88%.
Scheibenförmiges diskretes Element insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche 21 und 22 für die Anwendung in einem elektrischen Speichersystem, gekennzeichnet durch eine Dickenvariation von nicht größer als 25 µm, bevorzugt von nicht größer als 15 µm, besonders bevorzugt von nicht größer als 10 µm sowie ganz besonders bevorzugt von nicht größer als 5 µm aufweist, bezogen auf die Wafer- bzw. Substratgrößen im Bereich von > 100 mm Durchmesser bzw. 100 mm·100 mm Größe, bevorzugt > 200 mm Durchmesser bzw. 200 mm·200 mm Größe und besonders bevorzugt > 400 mm Durchmesser bzw. 400 mm·400 mm Größe.
Scheibenförmiges diskretes Element insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche 21 bis 23 für die Anwendung in einem elektrischen Speichersystem, gekennzeichnet durch eine water vapour transmission rate (WVTR) von < 10^–3 g/(m²·d), bevorzugt von < 10^–5 g/(m²·d) und besonders bevorzugt von < 10^–6 g/(m²·d).
Scheibenförmiges diskretes Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche 21 bis 24 für die Anwendung in einem elektrischen Speichersystem, gekennzeichnet durch eine Dicke kleiner als 2 mm, bevorzugt kleiner 1 mm, besonders bevorzugt kleiner 500 µm, ganz besonders bevorzugt kleiner oder gleich 200 µm sowie am meisten bevorzugt kleiner oder gleich 100 µm.
Scheibenförmiges diskretes Element, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche 21 bis 25, für die Anwendung in einem elektrischen Speichersystem, gekennzeichnet durch einen spezifischen elektrischen Widerstand bei einer Temperatur von 350°C und einem Wechselstrom mit einer Frequenz von 50 Hz von größer als 1,0·10⁶ Ohmcm.
Scheibenförmiges diskretes Element insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche 21 bis 26 für die Anwendung in einem elektrischen Speichersystem, gekennzeichnet durch eine maximale Belastungstemperatur θ_Max von mindestens 400°C, bevorzugt von mindestens 500°.
Scheibenförmiges diskretes Element insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche 21 bis 27 für die Anwendung in einem elektrischen Speichersystem, gekennzeichnet durch einen linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten α im Bereich von 2,0·10^–6/K bis 10·10^–6/K, bevorzugt von 2,5 10^–6/K bis 8,5 10^–6/K und besonders bevorzugt von 3,0·10^–6/K bis 8,0·10^–6/K.
Scheibenförmiges diskretes Element insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche 21 bis 28 für die Anwendung in einem elektrischen Speichersystem, dadurch gekennzeichnet, dass das Produkt aus maximaler Belastungstemperatur θ_Max in °C und linearem thermischem Ausdehnungskoeffizienten α des mindestens einen scheibenförmigen diskreten Elements folgender Zusammenhang gilt: 600·10^–6 ≤ θ_Max·α ≤ 8000·10^–6, insbesondere bevorzugt 800·10^–6 ≤ θ_Max·α ≤ 5000·10^–6.
Scheibenförmiges diskretes Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche 21 bis 29 für die Anwendung in einem elektrischen Speichersystem, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens ein Oxid oder eine Mischung oder Verbindung von mehreren Oxiden umfasst.
Scheibenförmiges diskretes Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche 21 bis 30 für die Anwendung in einem elektrischen Speichersystem, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Oxid SiO₂ ist.
Scheibenförmiges diskretes Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche 21 bis 31 für die Anwendung in einem elektrischen Speichersystem, dadurch gekennzeichnet, dass das Element aus Glas gebildet ist.
Scheibenförmiges diskretes Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche 21 bis 32 für die Anwendung in einem elektrischen Speichersystem, dadurch gekennzeichnet, dass das Element durch einen Schmelzprozess mit sich anschließendem Formprozess scheibenförmig ausgebildet ist.
Scheibenförmiges diskretes Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche 21 bis 33 für die Anwendung in einem elektrischen Speichersystem, dadurch gekennzeichnet, dass der anschließende Formprozess ein Ziehverfahren umfasst.