DE112018000278B4 - Anodenstruktur für eine Festkörper-Dünnschichtbatterie auf Grundlage von Lithium - Google Patents

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Abstract

Festkörperbatterie auf Grundlage von Lithium, die aufweist:eine untere Elektrode (12);einen Batteriematerialstapel, der sich auf einer Fläche der unteren Elektrode befindet, wobei der Batteriematerialstapel eine Schicht (18) eines lithiierten Kathodenmaterials, eine Festkörperelektrolytschicht (20) auf Grundlage von Lithium, die sich auf der Schicht des lithiierten Kathodenmaterials befindet, und eine Auskleidung (22) zur Verstärkung einer Lithium-Keimbildung, die eine Titanzirconiummolybdän-Legierung aufweist, beinhaltet; undeine obere Elektrode (24), die sich auf der Auskleidung zur Verstärkung einer Lithium-Keimbildung des Batteriematerialstapels befindet.

Description

  • HINTERGRUND
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine All-Solid-State-Dünnschichtbatterie und auf ein Verfahren zum Ausbilden derselben. Im Besonderen bezieht sich die vorliegende Anmeldung auf eine Festkörper-Dünnschichtbatterie auf Grundlage von Lithium, bei der eine Lithium-Klumpenbildung während eines Lade-/Wiederauflade-Zyklus verringert ist, und auf ein Verfahren zum Ausbilden einer solchen Dünnschichtbatterie.
  • In den letzten Jahren gab es eine erhöhte Nachfrage nach tragbaren elektronischen Einheiten wie zum Beispiel Computern, Mobiltelefonen, Ortungssystemen, Scannern, medizinischen Einheiten, Smart-Watches und Fitness-Einheiten. Ein Nachteil bei tragbaren elektronischen Einheiten ist die Notwendigkeit, eine Stromversorgung in die Einheit selbst einzubinden. Üblicherweise wird eine Batterie als Stromversorgung solcher tragbaren elektronischen Einheiten verwendet. Batterien müssen eine ausreichende Kapazität aufweisen, um die tragbare elektronische Einheit zumindest über die Dauer mit Strom zu versorgen, während der die Einheit verwendet wird. Eine ausreichende Batteriekapazität kann zu einer Stromversorgung führen, die im Vergleich mit der übrigen tragbaren elektronischen Einheit recht schwer und/oder groß ist. Insofern sind kleinere und leichtere Stromversorgungen mit ausreichendem Energiespeicher erwünscht. Solche Stromversorgungen können in kleinere und leichtere tragbare elektronische Einheiten eingebaut werden.
  • Ein weiterer Nachteil herkömmlicher Batterien besteht darin, dass einige der Batterien potenziell entflammbare und giftige Materialien enthalten, die austreten können und behördlichen Vorschriften unterliegen können. Insofern ist erwünscht, eine elektrische Stromversorgung bereitzustellen, die sicher ist, einen festen Aggregatzustand aufweist und über zahlreiche Lade-/Entlade-Lebenszyklen wiederaufladbar ist.
  • Ein Typ einer Energiespeichereinheit, die klein und leicht ist, ungiftige Materialien enthält und die über zahlreiche Lade-/Entlade-Zyklen wieder aufgeladen werden kann, ist eine Festkörperbatterie auf Grundlage von Lithium. Bei Batterien auf Grundlage von Lithium handelt es sich um wiederaufladbare Batterien, die zwei Elektroden beinhalten, die Lithium enthalten. Zu einigen Herausforderungen, denen herkömmliche Festkörperbatterien auf Grundlage von Lithium gegenüberstehen, zählen zum Beispiel eine Volumenausdehnung und/oder eine Verformung während eines Zyklisierens und/oder ein mechanischer Fehler in der Dünnschichtbatterie aufgrund eines Verlustes an nutzbarem Lithium.
  • Darüber hinaus kann in herkömmlichen Festkörperbatterien auf Grundlage von Lithium eine große Grenzflächenenergie zwischen metallischem Lithium und der oberen Elektrode bestehen. Darüber hinaus können sich örtlich begrenzte Lithium-Inseln (d.h., Klumpen) anstelle einer zusammenhängenden und gleichmäßigen Lithium-Schicht ansammeln, die eine Verformung der Elektrode und der Festkörperelektrolytschicht erleichtern und letzten Endes zu einer Rissbildung innerhalb der Dünnschichtbatterie führen können. Insofern besteht ein Bedarf an einem Bereitstellen einer Festkörperbatterie auf Grundlage von Lithium, die eine geringe Grenzflächenenergie zwischen dem metallischen Lithium und der oberen Elektrode aufweist und die die Ausbildung von örtlich begrenzten Lithium-Inseln (d.h., Klumpen) verringern und in manchen Fällen sogar beseitigen kann.
  • Die Druckschrift WO 2017 / 006 591 A1 betrifft eine Festkörper-Lithiumbatterie, die eine dicke orientierte positive Elektrodenplatte verwendet, bei der das Schmelzen und die Sphäroidisierung von Lithiummetall selbst dann signifikant unterdrückt wird, wenn sie einem Erwärmungsprozess, wie z. B. einem Reflow-Lötprozess, unterzogen wird, wodurch eine wirksame Verhinderung eines internen Kurzschlusses und der Abtrennung einer negativen Elektrodenschicht ermöglicht wird. Eine Festkörper-Lithiumbatterie ist versehen mit: einer orientierten positiven Elektrodenplatte, die eine Dicke von 20 µm oder mehr aufweist und aus einem orientierten polykristallinen Körper aufgebaut ist, in dem eine Vielzahl von Lithium-Übergangsmetalloxidteilchen orientiert sind; einer Festelektrolytschicht, die auf der orientierten positiven Elektrodenplatte angeordnet ist, aus einem lithiumionenleitenden Material aufgebaut ist und eine Dicke von 0,0005-0,1 mm aufweist; eine negative Elektrodenschicht, die auf der Festelektrolytschicht angeordnet ist, aus Lithiummetall aufgebaut ist und eine Dicke von 10 µm oder mehr aufweist; und eine Zwischenschicht, die zwischen der Festelektrolytschicht und der negativen Elektrodenschicht angeordnet ist, ein Metall enthält, das in der Lage ist, eine Legierung mit Lithium zu bilden, und eine Dicke von 0,05-1 µm aufweist. Die Zwischenschicht-seitige Oberfläche der Festelektrolytschicht hat eine arithmetische mittlere Rauheit Ra von 0,1-0,7 µm.
  • Die Druckschrift DE 600 06 150 T2 betrifft eine Anode einer elektrochemischen Zelle. Die Anode umfasst: eine aktive Anodenschicht, wobei die aktive Anodenschicht umfasst: (i) eine erste Schicht, die Lithiummetall umfasst; und (ii) eine zweite Schicht aus einem temporären schützenden Metall, die mit der Oberfläche der ersten Schicht in Kontakt steht; worin das temporäre schützende Metall fähig ist, eine Legierung mit Lithiummetall zu bilden, oder fähig ist, in Lithiummetall zu diffundieren.
  • Die Druckschrift DE 10 2014 113 890 A1 betrifft ein Batteriestruktur, aufweisend: eine Mehrzahl von Dünnfilmbatterien, die mit einem Halbleiterträger monolithisch integriert sind, wobei jede Dünnfilmbatterie der Mehrzahl von Dünnfilmbatterien wenigstens eine Festkörperelektrolytschicht, wenigstens eine Anodenschicht, die an die wenigstens eine Festkörperelektrolytschicht angrenzt, und wenigstens eine Kathodenschicht, die an die wenigstens eine Festkörperelektrolytschicht angrenzt, aufweist, eine Kontaktstruktur, welche die Mehrzahl von Dünnfilmbatterien elektrisch verbindet, wobei wenigstens zwei Dünnfilmbatterien der Mehrzahl von Dünnfilmbatterien mit den Kontakten und miteinander elektrisch gekoppelt sind.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Festkörperbatterie auf Grundlage von Lithium bereitgestellt, in der die Ausbildung von Lithium-Inseln (d.h., Klumpen) während eines Lade-/Wiederauflade-Zyklus verringert oder sogar beseitigt ist. Bei einer Festkörperbatterie auf Grundlage von Lithium, die die vorliegende Erfindung verkörpert, handelt es sich um eine kleine und leichte Dünnschichtbatterie. Der Begriff „Dünnschichtbatterie“ wird hierin verwendet, um eine Batterie zu bezeichnen, deren Dicke 100 µm oder weniger beträgt. Eine Verringerung oder Beseitigung von Lithium-Inseln (d.h., Klumpen) kann durch Ausbilden einer Auskleidung zur Verstärkung einer Lithium-Keimbildung zwischen einer Festkörperelektrolytschicht auf Grundlage von Lithium und einer oberen Elektrode einer Festkörperbatterie auf Grundlage von Lithium bereitgestellt werden.
  • In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Festkörperbatterie auf Grundlage von Lithium bereitgestellt. Die Festkörperbatterie auf Grundlage von Lithium kann eine untere Elektrode beinhalten. Ein Batteriematerialstapel befindet sich auf einer Fläche der unteren Elektrode. Der Batteriematerialstapel beinhaltet eine Schicht eines lithiierten Kathodenmaterials, eine Festkörperelektrolytschicht auf Grundlage von Lithium, die sich auf der Schicht des lithiierten Kathodenmaterials befindet, und eine Auskleidung zur Verstärkung einer Lithium-Keimbildung, die sich auf der Festkörperelektrolytschicht auf Grundlage von Lithium befindet. Eine obere Elektrode befindet sich auf der Auskleidung zur Verstärkung einer Lithium-Keimbildung des Batteriematerialstapels. Während eines Ladens/Wiederaufladens wird ein Lithium-Ansammlungsbereich auf zumindest einer Fläche der Auskleidung zur Verstärkung einer Lithium-Keimbildung ausgebildet.
  • In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Ausbilden einer Festkörperbatterie auf Grundlage von Lithium bereitgestellt. Bei einer Ausführungsform kann das Verfahren ein Ausbilden eines strukturierten Opfermaterials auf einer Fläche einer unteren Elektrode beinhalten, wobei das strukturierte Opfermaterial eine Öffnung enthält, die einen Abschnitt der Fläche der unteren Elektrode physisch freilegt. Als Nächstes wird eine Schicht eines lithiierten Kathodenmaterials auf dem strukturierten Opfermaterial und auf dem physisch freiliegenden Abschnitt der Fläche der unteren Elektrode in der Öffnung ausgebildet. Anschließend wird eine Festkörperelektrolytschicht auf Grundlage von Lithium auf der Schicht des lithiierten Kathodenmaterials ausgebildet, und danach wird eine Auskleidung zur Verstärkung einer Lithium-Keimbildung auf der Festkörperelektrolytschicht auf Grundlage von Lithium ausgebildet, und eine obere Elektrode wird auf der Auskleidung zur Verstärkung einer Lithium-Keimbildung ausgebildet. Als Nächstes wird ein Abhebeprozess durchgeführt, um das strukturierte Opfermaterial und auf dem strukturierten Opfermaterial ausgebildete Materialien von der unteren Elektrode zu entfernen, wohingegen ein Materialstapel auf dem physisch freiliegenden Abschnitt der Fläche der unteren Elektrode erhalten bleibt. Der Materialstapel beinhaltet jeweils einen verbleibenden Abschnitt der Schicht des lithiierten Kathodenmaterials, der Festkörperelektrolytschicht auf Grundlage von Lithium, der Auskleidung zur Verstärkung einer Lithium-Keimbildung und der oberen Elektrode. Während eines Lade-/Wiederauflade-Prozesses wird ein Lithium-Ansammlungsbereich auf zumindest einer Fläche der Auskleidung zur Verstärkung einer Lithium-Keimbildung ausgebildet.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine Querschnittansicht einer beispielhaften Struktur, die eine untere Elektrode beinhaltet, die sich auf einer Fläche eines Substrats befindet, die gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann.
    • 2 ist eine Querschnittansicht der beispielhaften Struktur von 1 nach einem Ausbilden eines strukturierten Opfermaterials auf der Fläche der unteren Elektrode, wobei das strukturierte Opfermaterial eine Öffnung beinhaltet, die einen Abschnitt der Fläche der unteren Elektrode physisch freilegt.
    • 3 ist eine Querschnittansicht der beispielhaften Struktur von 2 nach einem Ausbilden einer Schicht eines lithiierten Kathodenmaterials auf dem strukturierten Opfermaterial und auf dem physisch freiliegenden Abschnitt der unteren Elektrode in der Öffnung.
    • 4 ist eine Querschnittansicht der beispielhaften Struktur von 3 nach einem Ausbilden einer Festkörperelektrolytschicht auf Grundlage von Lithium auf der Schicht des lithiierten Kathodenmaterials.
    • 5 ist eine Querschnittansicht der beispielhaften Struktur von 4 nach einem Ausbilden einer Auskleidung zur Verstärkung einer Lithium-Keimbildung auf der Festkörperelektrolytschicht auf Grundlage von Lithium.
    • 6 ist eine Querschnittansicht der beispielhaften Struktur von 5 nach einem Ausbilden einer oberen Elektrode auf der Auskleidung zur Verstärkung einer Lithium-Keimbildung.
    • 7 ist eine Querschnittansicht der beispielhaften Struktur von 6 nach einem Durchführen eines Abhebeprozesses, bei dem das strukturierte Opfermaterial und sämtliche darauf ausgebildeten Materialien von der unteren Elektrode entfernt werden, wohingegen ein Materialstapel auf der unteren Elektrode erhalten bleibt.
    • 8 ist eine Querschnittansicht der beispielhaften Struktur von 7 nach einem Ausbilden einer luft- und/oder feuchtigkeitsundurchlässigen Struktur.
    • 9 ist eine Querschnittansicht nach einem Laden der in 8 dargestellten, resultierenden Struktur.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die folgende Erörterung und die beigefügten Zeichnungen ausführlicher beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass die beigefügten Zeichnungen lediglich zur Veranschaulichung bereitgestellt werden und dass die Zeichnungen insofern nicht maßstabsgetreu gezeichnet sind. Es wird außerdem darauf hingewiesen, dass durch gleiche Bezugszeichen auf gleiche und entsprechende Elemente Bezug genommen wird.
  • In der folgenden Beschreibung werden zahlreiche spezifische Einzelheiten wie zum Beispiel bestimmte Strukturen, Komponenten, Materialien, Abmessungen, Bearbeitungsschritte und -techniken dargelegt, um ein Verständnis der verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen. Für einen Fachmann versteht es sich jedoch, dass die verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ohne diese spezifischen Einzelheiten umgesetzt werden können. In anderen Fällen sind allgemein bekannte Strukturen oder Bearbeitungsschritte nicht ausführlich beschrieben worden, um die vorliegende Erfindung nicht unklar werden zu lassen.
  • Es versteht sich, dass, wenn ein Element wie eine Schicht, ein Bereich oder ein Substrat als „auf“ oder „über“ einem weiteren Element befindlich bezeichnet wird, es sich direkt auf dem anderen Element befinden kann oder dazwischenliegende Elemente ebenfalls vorhanden sein können. Wenn ein Element dagegen als „direkt auf“ oder „direkt über“ einem weiteren Element befindlich bezeichnet wird, sind keine dazwischenliegenden Elemente vorhanden. Es versteht sich außerdem, dass, wenn ein Element als „unterhalb“ oder „unter“ eines/einem weiteren Element(s) befindlich bezeichnet wird, es sich direkt unterhalb oder unter des/dem anderen Element(s) befinden kann oder dazwischenliegende Elemente vorhanden sein können. Wenn ein Element dagegen als „direkt unterhalb“ oder „direkt unter“ eines/einem weiteren Element(s) befindlich bezeichnet wird, sind keine dazwischenliegenden Elemente vorhanden.
  • Unter Bezugnahme zunächst auf 1 wird eine beispielhafte Struktur veranschaulicht, die gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann. Die beispielhafte Struktur von 1 beinhaltet eine untere Elektrode 12, die sich auf einer Fläche eines Substrats 10 befindet. Wie dargestellt, handelt es sich bei der unteren Elektrode 12 üblicherweise um eine zusammenhängende Schicht (ohne jegliche absichtlich ausgebildete Spalten und Bruchstellen), die auf einer Gesamtheit des Substrats 10 vorhanden ist.
  • Das Substrat 10, das in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann, beinhaltet ein beliebiges herkömmliches Material, das als Substrat für eine Festkörperbatterie auf Grundlage von Lithium verwendet wird. Bei einer Ausführungsform kann das Substrat 10 ein oder mehrere Halbleitermaterialien beinhalten. Der Begriff „Halbleitermaterial“ wird hierin verwendet, um ein Material mit Halbleitereigenschaften zu bezeichnen.
  • Zu Beispielen für Halbleitermaterialien, die als Substrat 10 eingesetzt werden können, zählen Silicium (Si), Germanium (Ge), Siliciumgermanium-Legierungen (SiGe), Siliciumcarbid (SiC), Siliciumgermaniumcarbid (SiGeC), III-V-Verbindungshalbleiter oder II-VI-Verbindungshalbleiter. III-V-Verbindungshalbleiter sind Materialien, die zumindest ein Element aus der Gruppe III des Periodensystems der Elemente und zumindest ein Element aus der Gruppe V des Periodensystems der Elemente beinhalten. II-VI-Verbindungshalbleiter sind Materialien, die zumindest ein Element aus der Gruppe II des Periodensystems der Elemente und zumindest ein Element aus der Gruppe VI des Periodensystems der Elemente beinhalten.
  • Bei einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Halbleitermaterial, das das Substrat 10 bereitstellen kann, um ein Vollhalbleitersubstrat. Mit „voll“ ist gemeint, dass das Substrat 10 vollständig aus zumindest einem Halbleitermaterial besteht, wie oben definiert. In einem Beispiel kann das Substrat 10 vollständig aus Silicium bestehen. Bei einigen Ausführungsformen kann das Vollhalbleitersubstrat einen mehrschichtigen Halbleiter-Materialstapel beinhalten, der zumindest zwei verschiedene Halbleitermaterialien beinhaltet, wie oben definiert. In einem Beispiel kann der mehrschichtige Halbleiter-Materialstapel einen Stapel aus Si und einer Siliciumgermanium-Legierung in einer beliebigen Reihenfolge aufweisen.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform besteht das Substrat 10 aus einer obersten Halbleiter-Materialschicht eines Halbleiter-auf-Isolator(SOI)-Substrats. Das SOI-Substrat würde darüber hinaus ein (nicht dargestelltes) Handhabungssubstrat, das eines der oben genannten Halbleitermaterialien beinhaltet, und eine (nicht dargestellte) Isolatorschicht wie zum Beispiel ein vergrabenes Oxid unterhalb der obersten Halbleiter-Materialschicht beinhalten.
  • Bei beliebigen der oben genannten Ausführungsformen kann es sich bei dem Halbleitermaterial, das das Substrat 10 bereitstellen kann, um ein einkristallines Halbleitermaterial handeln. Das Halbleitermaterial, das das Substrat 10 bereitstellen kann, kann eine beliebige der allgemein bekannten Kristallorientierungen aufweisen. Beispielsweise kann es sich bei der Kristallorientierung des Halbleitermaterials, das das Substrat 10 bereitstellen kann, um {100}, {110} oder {111} handeln. Sonstige kristallographische Orientierungen neben diesen ausdrücklich erwähnten können ebenfalls verwendet werden.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform handelt es sich bei dem Substrat 10 um ein Metallmaterial wie zum Beispiel Aluminium (Al), eine Aluminiumlegierung, Titan (Ti), Tantal (Ta), Wolfram (W) oder Molybdän (Mo).
  • Bei einer noch weiteren Ausführungsform ist das Substrat 10 ein dielektrisches Material wie zum Beispiel dotiertes oder nicht dotiertes Silicatglas, Siliciumdioxid oder Siliciumnitrid. Bei einer noch weiteren Ausführungsform besteht das Substrat 10 aus einem Polymer oder einem flexiblen Substratmaterial wie zum Beispiel einem Polyimid, einem Polyetherketon (PEEK) oder einem transparenten, leitfähigen Polyester. Bei einer noch weiteren Ausführungsform kann das Substrat 10 aus einem mehrschichtigen Stapel von zumindest zwei der oben genannten Substratmaterialien, z.B. einem Stapel aus Silicium und Siliciumdioxid, bestehen.
  • Das Substrat 10, das in der vorliegenden Anmeldung verwendet werden kann, kann eine Dicke von 10 µm bis 5 mm aufweisen. Sonstige Dicken, die geringer oder größer als die oben genannten Dickenwerte sind, können ebenfalls für das Substrat 10 verwendet werden.
  • Bei einigen Ausführungsformen kann das Substrat 10 eine nicht texturierte (ebene oder planare) Fläche aufweisen. Der Begriff „nicht texturierte Fläche“ bezeichnet eine Fläche, die glatt ist und eine Oberflächenrauheit in der Größenordnung von weniger als 100 nm im quadratischen Mittel, gemessen durch Profilometrie, aufweist. Bei einer noch weiteren Ausführungsform kann das Substrat 10 eine texturierte Fläche aufweisen. Bei einer solchen Ausführungsform kann die Oberflächenrauheit des texturierten Substrats in einem Bereich von 100 nm im quadratischen Mittel bis 100 µm im quadratischen Mittel, ebenfalls durch Profilometrie gemessen, liegen. Eine Texturierung kann durch Ausbilden einer Mehrzahl von Ätzmasken (z.B. aus Metall, einem Isolator oder einem Polymer) auf der Fläche eines nicht texturierten Substrats, Ätzen des nicht texturierten Substrats mithilfe der Mehrzahl von Masken als Ätzmaske und Entfernen der Ätzmasken von der nicht texturierten Fläche des Substrats durchgeführt werden. Bei einigen Ausführungsformen besteht die texturierte Fläche des Substrats aus einer Mehrzahl von Pyramiden. Bei einer noch weiteren Ausführungsform besteht die texturierte Fläche des Substrats aus einer Mehrzahl von Kegeln. Bei einigen Ausführungsformen wird eine Mehrzahl von Metallmasken verwendet, die durch Abscheiden einer Schicht eines Metallmaterials und anschließendes Durchführen eines Temperns ausgebildet werden kann. Während des Temperns schmilzt die Schicht des Metallmaterials und ballt sich so zusammen, dass es zu einer Entnetzung der Fläche des Substrats kommt.
  • Die untere Elektrode 12 kann ein beliebiges metallisches Elektrodenmaterial wie zum Beispiel Titan (Ti), Platin (Pt), Nickel (Ni), Aluminium (AI) oder Titannitrid (TiN) beinhalten. In einem Beispiel beinhaltet die untere Elektrode 12 einen Stapel aus, von unten nach oben, Titan (Ti), Platin (Pt) und Titan (Ti). Die untere Elektrode 12 kann mithilfe eines Abscheideprozesses ausgebildet werden, der zum Beispiel chemische Gasphasenabscheidung (chemical vapor deposition, CVD), plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD), Bedampfen, Sputtern oder Plattieren beinhaltet. Die untere Elektrode 12 kann eine Dicke von 10 nm bis 500 nm aufweisen. Sonstige Dicken, die geringer oder größer als die oben genannten Dickenwerte sind, können ebenfalls für die untere Elektrode 12 verwendet werden.
  • Unter Bezugnahme auf 2 wird die beispielhafte Struktur von 1 nach einem Ausbilden eines strukturierten Opfermaterials 14 auf der Fläche der unteren Elektrode 12 veranschaulicht, wobei das strukturierte Opfermaterial 14 eine Öffnung 16 beinhaltet, die einen Abschnitt der Fläche der unteren Elektrode 12 physisch freilegt. Die Öffnung 16 definiert einen Bereich, in dem nachfolgend eine Festkörperbatterie auf Grundlage von Lithium ausgebildet wird. Wenngleich hierin eine einzige Öffnung 16 beschrieben und veranschaulicht wird, kann eine Mehrzahl von Öffnungen 16 ausgebildet werden, wobei jede Öffnung der Mehrzahl von Öffnungen 16 einen Bereich für ein nachfolgendes Ausbilden einer Festkörperbatterie auf Grundlage von Lithium definieren kann.
  • Das strukturierte Opfermaterial 14 kann ausgebildet werden, indem zuerst ein (nicht dargestelltes) Opfermaterial auf die physisch freiliegende Fläche der unteren Elektrode 12 aufgebracht wird. Bei einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Opfermaterial um ein Photolackmaterial. Bei einer solchen Ausführungsform kann das Photolackmaterial ein Positiv-Photolackmaterial, ein Negativ-Photolackmaterial oder ein Hybrid-Photolackmaterial sein. Das Opfermaterial kann mithilfe eines Abscheideprozesses wie zum Beispiel einer Rotations- oder Rakelbeschichtung, gefolgt von einem Erhitzungsschritt zum Verdampfen jeglichen Lösungsmittelrückstands/jeglicher Lösungsmittelrückstände ausgebildet werden. Das Opfermaterial kann eine Dicke von 100 nm bis 20 µm aufweisen. Sonstige Dicken, die geringer oder größer als die oben genannten Dickenwerte sind, können ebenfalls für das Opfermaterial verwendet werden.
  • Anschließend wird das abgeschiedene Opfermaterial strukturiert. Bei einer Ausführungsform und wenn es sich bei dem Opfermaterial um ein Photolackmaterial handelt, kann das Photolackmaterial durch Belichten des Photolackmaterials mit einem gewünschten Strahlungsmuster strukturiert werden, und anschließend wird das belichtete Photolackmaterial mithilfe eines herkömmlichen Photolackentwicklers entwickelt, um ein strukturiertes Opfermaterial 14 bereitzustellen. Wenn andere Opfermaterialien als Photolacke verwendet werden, können die anderen Opfermaterialien als Photolacke durch Lithographie und Ätzen strukturiert werden.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform handelt es sich bei dem Opfermaterial, das das strukturierte Opfermaterial 14 bereitstellt, um eine Schattenmaske. Bei einer solchen Ausführungsform kann die Schattenmaske ein vorstrukturiertes Metallmaterial oder ein vorstrukturiertes Polymermaterial sein. Das vorstrukturierte Schattenmaskenmaterial wird durch mechanische Kraft oder einen ablösbaren Klebstoff an der in 1 dargestellten Struktur angebracht.
  • Unter Bezugnahme auf 3 wird die beispielhafte Struktur von 2 nach einem Ausbilden einer Schicht 18 eines lithiierten Kathodenmaterials auf dem strukturierten Opfermaterial 14 und auf dem physisch freiliegenden Abschnitt der unteren Elektrode 12 in der Öffnung 16 veranschaulicht.
  • Die Schicht 18 des lithiierten Kathodenmaterials, die in der vorliegenden Anmeldung eingesetzt werden kann, beinhaltet ein Mischoxid auf Grundlage von Lithium. Zu Beispielen für Mischoxide auf Grundlage von Lithium, die als Schicht 18 des lithiierten Kathodenmaterials eingesetzt werden können, zählen Lithiumcobaltoxid (LiCoO2), Lithiumnickeloxid (LiNiO2), Lithiummanganoxid (LiMn2O4), Lithiumvanadiumpentoxid (LiV2O5) oder Lithiumeisenphosphat (LiFePO4), ohne darauf beschränkt zu sein.
  • Die Schicht 18 des lithiierten Kathodenmaterials kann mithilfe eines Abscheideprozesses wie zum Beispiel Sputtern oder Plattieren ausgebildet werden. Bei einer Ausführungsform wird die Schicht 18 des lithiierten Kathodenmaterials durch Sputtern mithilfe eines beliebigen herkömmlichen Vorläuferquellmaterials oder einer Kombination von Vorläuferquellmaterialien ausgebildet. In einem Beispiel werden ein Lithium-Vorläuferquellmaterial und ein Cobalt-Vorläuferquellmaterial beim Ausbilden eines Lithiumcobalt-Mischoxids eingesetzt. Ein Sputtern kann in einem Zusatz eines Inertgases und Sauerstoff durchgeführt werden. Bei einer solchen Ausführungsform kann der Sauerstoffgehalt des Inertgas-/Sauerstoff-Zusatzes von 0,1 Atomprozent bis 70 Atomprozent betragen, der Rest des Zusatzes beinhaltet das Inertgas. Zu Beispielen für verwendbare Inertgase zählen Argon, Helium, Neon, Stickstoff oder eine beliebige Kombination von diesen.
  • Die Schicht 18 des lithiierten Kathodenmaterials kann eine Dicke von 10 nm bis 20 µm aufweisen. Sonstige Dicken, die geringer oder größer als die oben genannten Dickenwerte sind, können ebenfalls für die Schicht 18 des lithiierten Kathodenmaterials verwendet werden.
  • Unter Bezugnahme auf 4 wird die beispielhafte Struktur von 3 nach einem Ausbilden einer Festkörperelektrolytschicht 20 auf Grundlage von Lithium auf der Schicht 18 des lithiierten Kathodenmaterials veranschaulicht. Bei der Festkörperelektrolytschicht 20 auf Grundlage von Lithium handelt es sich um einen Feststoff, der die Leitung von Lithiumionen ermöglicht. Solche Materialien können elektrisch isolierend oder ionenleitend sein. Zu Beispielen für Materialien, die als Festkörperelektrolytschicht 20 auf Grundlage von Lithium eingesetzt werden können, zählen Lithiumphosphoroxynitrid (LiPON) oder Lithiumphosphorsilicatoxynitrid (LiSiPON), ohne darauf beschränkt zu sein.
  • Die Festkörperelektrolytschicht 20 auf Grundlage von Lithium kann mithilfe eines Abscheideprozesses wie zum Beispiel Sputtern oder Plattieren ausgebildet werden. Bei einer Ausführungsform wird die Festkörperelektrolytschicht 20 auf Grundlage von Lithium durch Sputtern mithilfe eines beliebigen herkömmlichen Vorläuferquellmaterials ausgebildet. Ein Sputtern kann in Gegenwart zumindest einer stickstoffhaltigen Umgebung durchgeführt werden. Zu Beispielen für stickstoffhaltige Umgebungen, die eingesetzt werden können, zählen N2, NH3, NH4, NO oder NHx, wobei x zwischen 0 und 1 liegt, ohne darauf beschränkt zu sein. Auch Gemische der oben genannten stickstoffhaltigen Umgebungen können eingesetzt werden. Bei einigen Ausführungsformen wird die stickstoffhaltige Umgebung pur, d.h., unverdünnt verwendet. Bei sonstigen Ausführungsformen kann die stickstoffhaltige Umgebung mit einem Inertgas wie zum Beispiel Helium (He), Neon (Ne), Argon (Ar) und Gemischen von diesen verdünnt werden. Der Gehalt an Stickstoff (N2) innerhalb der eingesetzten stickstoffhaltigen Umgebung beträgt üblicherweise von 10 % bis 100 %, wobei ein Stickstoffgehalt innerhalb der Umgebung von 50 % bis 100 % typischer ist.
  • Die Festkörperelektrolytschicht 20 auf Grundlage von Lithium kann eine Dicke von 10 nm bis 10 µm aufweisen. Sonstige Dicken, die geringer oder größer als die oben genannten Dickenwerte sind, können ebenfalls für die Festkörperelektrolytschicht 20 auf Grundlage von Lithium verwendet werden.
  • Unter Bezugnahme auf 5 wird die beispielhafte Struktur von 4 nach einem Ausbilden einer Auskleidung 22 zur Verstärkung einer Lithium-Keimbildung auf der Festkörperelektrolytschicht 20 auf Grundlage von Lithium veranschaulicht. Bei der Auskleidung 22 zur Verstärkung einer Lithium-Keimbildung handelt es sich um eine zusammenhängende Schicht, die die Festkörperelektrolytschicht 20 auf Grundlage von Lithium vollständig bedeckt. Die Auskleidung 22 zur Verstärkung einer Lithium-Keimbildung beinhaltet ein Material, das die nachfolgende Keimbildung von Lithium beim Durchführen eines Lade-/Wiederauflade-Prozesses erleichtern kann. Bei einer Ausführungsform besteht die Auskleidung 22 zur Verstärkung einer Lithium-Keimbildung aus Gold (Au), Silber (Ag), Zink (Zn), Magnesium (Mg), Tantal (Ta), Wolfram (W), Molybdän (Mo), einer Titanzirconiummolybdän-Legierung (TZM) oder Silicium (Si).
  • Die Auskleidung 22 zur Verstärkung einer Lithium-Keimbildung kann mithilfe eines Abscheideprozesses ausgebildet werden. Zu Beispielen für Abscheideprozesse, die beim Ausbilden der Auskleidung 22 zur Verstärkung einer Lithium-Keimbildung verwendet werden können, zählen chemische Gasphasenabscheidung (CVD), plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD), Bedampfen, Sputtern oder Plattieren. Die Auskleidung 22 zur Verstärkung einer Lithium-Keimbildung weist eine Dicke auf, die größer als 1 nm ist. Bei einer Ausführungsform weist die Auskleidung 22 zur Verstärkung einer Lithium-Keimbildung eine Dicke von 2 nm bis 20 nm auf.
  • Unter Bezugnahme auf 6 wird die beispielhafte Struktur von 5 nach einem Ausbilden einer oberen Elektrode 24 auf der Auskleidung 22 zur Verstärkung einer Lithium-Keimbildung veranschaulicht. Die obere Elektrode 24 kann ein beliebiges metallisches Elektrodenmaterial wie zum Beispiel Titan (Ti), Platin (Pt), Nickel (Ni), Kupfer (Cu) oder Titannitrid (TiN) beinhalten. In einem Beispiel beinhaltet die obere Elektrode 24 einen Stapel aus, von unten nach oben, Nickel (Ni) und Kupfer (Cu). Bei einer Ausführungsform kann es sich bei dem metallischen Elektrodenmaterial, das die obere Elektrode 24 bereitstellt, um dasselbe wie das metallische Elektrodenmaterial handeln, das die untere Elektrode 12 bereitstellt. Bei einer weiteren Ausführungsform kann es sich bei dem metallischen Elektrodenmaterial, das die obere Elektrode 24 bereitstellt, um ein anderes als das metallische Elektrodenmaterial handeln, das die untere Elektrode 12 bereitstellt. Die obere Elektrode 24 kann mithilfe eines der Abscheideprozesse ausgebildet werden, die oben für das Ausbilden der unteren Elektrode 12 genannt wurden. Die obere Elektrode 24 kann eine Dicke innerhalb des oben für die untere Elektrode 12 genannten Bereichs aufweisen.
  • Unter Bezugnahme auf 7 wird die beispielhafte Struktur von 6 nach einem Durchführen eines Abhebeprozesses veranschaulicht, bei dem das strukturierte Opfermaterial 14 und sämtliche darauf ausgebildeten Materialien von der unteren Elektrode 12 entfernt werden, wohingegen ein Materialstapel auf der unteren Elektrode 12 erhalten bleibt. Der Materialstapel beinhaltet jeweils einen verbleibenden Abschnitt der Schicht 18 des lithiierten Kathodenmaterials, der Festkörperelektrolytschicht 20 auf Grundlage von Lithium, der Auskleidung 22 zur Verstärkung einer Lithium-Keimbildung und der oberen Elektrode 24. Der Materialstapel befindet sich auf dem physisch freiliegenden Abschnitt der unteren Elektrode 12.
  • Bei einer Ausführungsform beinhaltet der Abhebeprozess ein Entfernen des strukturierten Opfermaterials 14 mithilfe eines selektiven Lösungsmittels oder Ätzmittels zum Entfernen des Opfermaterials. Bei einer weiteren Ausführungsform beinhaltet das Entfernen keine Verwendung eines Lösungsmittels, sondern stattdessen wird die mechanische Kraft aufgehoben, oder ein Aufheben erfolgt durch Ablösen des strukturierten Opfermaterials 14 von dem ablösbaren Klebstoff.
  • Die in 7 dargestellte beispielhafte Struktur veranschaulicht eine Festkörperbatterie auf Grundlage von Lithium gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Festkörperbatterie auf Grundlage von Lithium beinhaltet eine untere Elektrode 12 und einen Batteriematerialstapel (18, 20, 22), der sich auf einem Abschnitt der Fläche der unteren Elektrode 12 befindet. Der Batteriematerialstapel (18, 20, 22) beinhaltet die Schicht 18 des lithiierten Kathodenmaterials, die Festkörperelektrolytschicht 20 auf Grundlage von Lithium, die sich auf der Schicht 18 des lithiierten Kathodenmaterials befindet, und die Auskleidung 22 zur Verstärkung einer Lithium-Keimbildung. Eine obere Elektrode 24 befindet sich auf der Auskleidung 22 zur Verstärkung einer Lithium-Keimbildung des Batteriematerialstapels (18, 20, 22). Die Festkörperbatterie auf Grundlage von Lithium der vorliegenden Anmeldung weist eine schnelle Ladegeschwindigkeit auf. Bei einigen Ausführungsformen weist die Festkörperbatterie auf Grundlage von Lithium eine Ladegeschwindigkeit von mehr als 3C auf, wobei C die Gesamtkapazität der Batterie pro Stunde ist.
  • Wie in 7 dargestellt, weisen die Schicht 18 des lithiierten Kathodenmaterials, die Festkörperelektrolytschicht 20 auf Grundlage von Lithium und die Auskleidung 22 zur Verstärkung einer Lithium-Keimbildung der Festkörperbatterie auf Grundlage von Lithium vertikal zueinander ausgerichtete Seitenwandflächen auf. Wie des Weiteren dargestellt wird, weist die obere Elektrode 24 der Festkörperbatterie auf Grundlage von Lithium vertikal zu den Seitenwandflächen der Schicht 18 des lithiierten Kathodenmaterials, der Festkörperelektrolytschicht 20 auf Grundlage von Lithium und der Auskleidung 22 zur Verstärkung einer Lithium-Keimbildung der Festkörperbatterie auf Grundlage von Lithium ausgerichtete Seitenwandflächen auf.
  • Unter Bezugnahme auf 8 wird die beispielhafte Struktur von 7 nach einem Ausbilden einer luft- und/oder feuchtigkeitsundurchlässigen Struktur 26 veranschaulicht. Die luft- und/oder feuchtigkeitsundurchlässige Struktur 26 beinhaltet ein beliebiges luft- und/oder feuchtigkeitsundurchlässiges Material oder einen mehrschichtigen Stapel solcher Materialien. Zu Beispielen für luft- und/oder feuchtigkeitsundurchlässige Materialien, die in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können, zählen Parylen, ein Fluorpolymer, Siliciumnitrid und/oder Siliciumdioxid, ohne darauf beschränkt zu sein. Die luft- und/oder feuchtigkeitsundurchlässige Struktur 26 kann ausgebildet werden, indem zuerst das luft- und/oder feuchtigkeitsundurchlässige Material abgeschieden wird und anschließend das luft- und/oder feuchtigkeitsundurchlässige Material strukturiert wird. Bei einer Ausführungsform kann das Strukturieren durch Lithographie und Ätzen durchgeführt werden.
  • Die in 8 dargestellte Batterie kann nun einem Lade-/Wiederauflade-Prozess unterzogen werden. Ein Laden/Wiederaufladen kann mithilfe herkömmlicher Techniken durchgeführt werden, die Fachleuten allgemein bekannt sind. Beispielsweise kann eine Festkörperbatterie auf Grundlage von Lithium der vorliegenden Erfindung durch Verbinden der Festkörperbatterie auf Grundlage von Lithium der vorliegenden Anmeldung mit einer externen Stromversorgung geladen/wiederaufgeladen werden.
  • Während eines Ladens/Wiederaufladens wird ein Lithium-Ansammlungsbereich auf zumindest einer (obersten und/oder untersten) Fläche der Auskleidung 22 zur Verstärkung einer Lithium-Keimbildung ausgebildet. In einem Beispiel und wie in 9 dargestellt, wird ein Lithium-Ansammlungsbereich 28 zwischen der Festkörperelektrolytschicht 20 auf Grundlage von Lithium und der Auskleidung 22 zur Verstärkung einer Lithium-Keimbildung des Batteriematerialstapels (18, 20, 22) und der oberen Elektrode 24 ausgebildet; während des Lade-/Wiederauflade-Prozesses kann die Dicke der ursprünglich ausgebildeten Festkörperelektrolytschicht 20 auf Grundlage von Lithium und der Auskleidung 22 zur Verstärkung einer Lithium-Keimbildung verringert werden. Darüber hinaus und während des Lade-/Wiederauflade-Prozesses kann die Auskleidung 22 zur Verstärkung einer Lithium-Keimbildung mit etwas Lithium legiert sein. Insgesamt stellen der Lithium-Ansammlungsbereich 28 und die Auskleidung 22 zur Verstärkung einer Lithium-Keimbildung eine Anodenstruktur bereit, die die vorliegende Erfindung verkörpert. In einem weiteren Beispiel, das nicht dargestellt wird, für einen Fachmann jedoch leicht zu verstehen ist, wird ein Lithium-Ansammlungsbereich zwischen der Auskleidung zur Verstärkung einer Lithium-Keimbildung und der oberen Elektrode 24 ausgebildet. In einem noch weiteren Beispiel, das nicht dargestellt wird, für einen Fachmann jedoch leicht zu verstehen ist, wird ein erster Lithium-Ansammlungsbereich zwischen der Festkörperelektrolytschicht 20 auf Grundlage von Lithium und der Auskleidung zur Verstärkung einer Lithium-Keimbildung ausgebildet und wird ein zweiter Lithium-Ansammlungsbereich zwischen der Auskleidung zur Verstärkung einer Lithium-Keimbildung und der oberen Elektrode 24 ausgebildet.
  • Bei einigen Ausführungsformen ist der Lithium-Ansammlungsbereich 28 zusammenhängend auf zumindest einer Fläche der Auskleidung 22 zur Verstärkung einer Lithium-Keimbildung vorhanden. Bei (nicht dargestellten) sonstigen Ausführungsformen kann der Lithium-Ansammlungsbereich 28 als diskrete Inseln vorhanden sein, d.h. der Lithium-Ansammlungsbereich 28 befindet sich unzusammenhängend auf zumindest einer Fläche der Auskleidung zur Verstärkung einer Lithium-Keimbildung. Bei einigen Ausführungsformen ist ein erster Lithium-Ansammlungsbereich zusammenhängend auf einer ersten Fläche der Auskleidung 22 zur Verstärkung einer Lithium-Keimbildung vorhanden, und ein zweiter Lithium-Ansammlungsbereich befindet sich als diskrete Inseln auf einer zweiten Fläche der Auskleidung 22 zur Verstärkung einer Lithium-Keimbildung. Die Dichte dieser diskreten Inseln ist im Vergleich mit einer herkömmlichen Festkörperbatterie auf Grundlage von Lithium, die dieselben Bestandteile mit Ausnahme des Nichtvorhandenseins der Auskleidung 22 zur Verstärkung einer Lithium-Keimbildung aufweist, um 80 Prozent oder mehr verringert.
  • Die vorliegende Erfindung ist zwar insbesondere in Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen derselben dargestellt und beschrieben worden, für Fachleute versteht es sich jedoch, dass die obigen und sonstige Änderungen in Formen und Einzelheiten vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die vorliegende Erfindung soll daher nicht auf die genauen beschriebenen und veranschaulichten Formen und Einzelheiten beschränkt werden, sondern soll in den Umfang der beigefügten Ansprüche fallen.

Claims (21)

  1. Festkörperbatterie auf Grundlage von Lithium, die aufweist: eine untere Elektrode (12); einen Batteriematerialstapel, der sich auf einer Fläche der unteren Elektrode befindet, wobei der Batteriematerialstapel eine Schicht (18) eines lithiierten Kathodenmaterials, eine Festkörperelektrolytschicht (20) auf Grundlage von Lithium, die sich auf der Schicht des lithiierten Kathodenmaterials befindet, und eine Auskleidung (22) zur Verstärkung einer Lithium-Keimbildung, die eine Titanzirconiummolybdän-Legierung aufweist, beinhaltet; und eine obere Elektrode (24), die sich auf der Auskleidung zur Verstärkung einer Lithium-Keimbildung des Batteriematerialstapels befindet.
  2. Festkörperbatterie auf Grundlage von Lithium nach Anspruch 1, die des Weiteren einen Lithium-Ansammlungsbereich aus Lithium aufweist, der sich auf zumindest einer Fläche der Auskleidung zur Verstärkung einer Lithium-Keimbildung befindet.
  3. Festkörperbatterie auf Grundlage von Lithium nach Anspruch 1, wobei die Auskleidung zur Verstärkung einer Lithium-Keimbildung mit Lithium legiert ist.
  4. Festkörperbatterie auf Grundlage von Lithium nach Anspruch 1, wobei die Auskleidung zur Verstärkung einer Lithium-Keimbildung nicht mit Lithium legiert ist.
  5. Festkörperbatterie auf Grundlage von Lithium nach Anspruch 1, die des Weiteren eine luft- und/oder feuchtigkeitsundurchlässige Struktur (26) aufweist, die sich auf physisch freiliegenden Flächen der unteren Elektrode befindet und den Batteriematerialstapel umgibt.
  6. Festkörperbatterie auf Grundlage von Lithium nach Anspruch 1, wobei die Schicht des lithiierten Kathodenmaterials, die Festkörperelektrolytschicht auf Grundlage von Lithium und die Auskleidung zur Verstärkung einer Lithium-Keimbildung vertikal zueinander ausgerichtete Seitenwandflächen aufweisen.
  7. Festkörperbatterie auf Grundlage von Lithium nach Anspruch 6, wobei die obere Elektrode vertikal zu den Seitenwandflächen der Schicht des lithiierten Kathodenmaterials, der Festkörperelektrolytschicht auf Grundlage von Lithium und der Auskleidung zur Verstärkung einer Lithium-Keimbildung ausgerichtete Seitenwandflächen aufweist.
  8. Festkörperbatterie auf Grundlage von Lithium nach Anspruch 1, wobei die Schicht des lithiierten Kathodenmaterials aus LiCoO2 besteht, die Festkörperelektrolytschicht auf Grundlage von Lithium aus LiPON besteht.
  9. Festkörperbatterie auf Grundlage von Lithium nach Anspruch 2, wobei sich der Lithium-Ansammlungsbereich zusammenhängend auf der zumindest einen Fläche der Auskleidung zur Verstärkung einer Lithium-Keimbildung befindet.
  10. Festkörperbatterie auf Grundlage von Lithium nach Anspruch 2, wobei sich der Lithium-Ansammlungsbereich unzusammenhängend auf der zumindest einen Fläche der Auskleidung zur Verstärkung einer Lithium-Keimbildung befindet.
  11. Festkörperbatterie auf Grundlage von Lithium nach Anspruch 1, die des Weiteren ein Substrat (10) aufweist, das sich unterhalb der unteren Elektrode befindet.
  12. Verfahren zum Ausbilden einer Festkörperbatterie auf Grundlage von Lithium, wobei das Verfahren aufweist: Ausbilden eines strukturierten Opfermaterials (14) auf einer Fläche einer unteren Elektrode (12), wobei das strukturierte Opfermaterial eine Öffnung (16) enthält, die einen Abschnitt der Fläche der unteren Elektrode physisch freilegt; Ausbilden einer Schicht (18) eines lithiierten Kathodenmaterials auf dem strukturierten Opfermaterial und auf dem physisch freiliegenden Abschnitt der Fläche der unteren Elektrode in der Öffnung; Ausbilden einer Festkörperelektrolytschicht (20) auf Grundlage von Lithium auf der Schicht des lithiierten Kathodenmaterials; Ausbilden einer Auskleidung (22) zur Verstärkung einer Lithium-Keimbildung, die eine Titanzirconiummolybdän-Legierung aufweist, auf der Festkörperelektrolytschicht auf Grundlage von Lithium; Ausbilden einer oberen Elektrode (24) auf der Auskleidung zur Verstärkung einer Lithium-Keimbildung; und Durchführen eines Abhebeprozesses, um das strukturierte Opfermaterial und auf dem strukturierten Opfermaterial ausgebildete Materialien von der unteren Elektrode zu entfernen, wohingegen ein Materialstapel auf dem physisch freiliegenden Abschnitt der Fläche der unteren Elektrode erhalten bleibt, wobei der Stapel jeweils einen verbleibenden Abschnitt der Schicht des lithiierten Kathodenmaterials, der Festkörperelektrolytschicht auf Grundlage von Lithium, der Auskleidung zur Verstärkung einer Lithium-Keimbildung und der oberen Elektrode beinhaltet.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, das des Weiteren ein Laden/Wiederaufladen der Festkörperbatterie auf Grundlage von Lithium aufweist, wobei sich während des Ladens/Wiederaufladens ein Lithium-Ansammlungsbereich aus Lithium auf zumindest einer Fläche der Auskleidung zur Verstärkung einer Lithium-Keimbildung ausbildet.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei sich der Lithium-Ansammlungsbereich zusammenhängend auf der zumindest einen Fläche der Auskleidung zur Verstärkung einer Lithium-Keimbildung befindet.
  15. Verfahren nach Anspruch 13, wobei sich der Lithium-Ansammlungsbereich unzusammenhängend auf der zumindest einen Fläche der Auskleidung zur Verstärkung einer Lithium-Keimbildung befindet.
  16. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Auskleidung zur Verstärkung einer Lithium-Keimbildung mit Lithium legiert ist.
  17. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Auskleidung zur Verstärkung einer Lithium-Keimbildung nicht mit Lithium legiert ist.
  18. Verfahren nach Anspruch 12, das des Weiteren ein Ausbilden einer luft- und/oder feuchtigkeitsundurchlässigen Struktur (26) aufweist, die sich auf physisch freiliegenden Flächen der unteren Elektrode befindet und den Batteriematerialstapel umgibt.
  19. Verfahren nach Anspruch 12, wobei nach dem Abheben die verbleibenden Abschnitte der Schicht des lithiierten Kathodenmaterials, der Festkörperelektrolytschicht auf Grundlage von Lithium und der Auskleidung zur Verstärkung einer Lithium-Keimbildung vertikal zueinander ausgerichtete Seitenwandflächen aufweisen.
  20. Verfahren nach Anspruch 12, wobei nach dem Abheben der verbleibende Abschnitt der oberen Elektrode vertikal zu den Seitenwandflächen der verbleibenden Abschnitte der Schicht des lithiierten Kathodenmaterials, der Festkörperelektrolytschicht auf Grundlage von Lithium und der Auskleidung zur Verstärkung einer Lithium-Keimbildung ausgerichtete Seitenwandflächen aufweist.
  21. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Schicht des lithiierten Kathodenmaterials aus LiCoO2 besteht, die Festkörperelektrolytschicht auf Grundlage von Lithium aus LiPON besteht.
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