FR3068830A1 - Systeme d'encapsulation pour composants electroniques et batteries - Google Patents

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Abstract

Système d'encapsulation (30) d'un objet tel qu'un composant électronique ou d'une batterie, caractérisé en ce qu'il est formé par trois couches successives comprenant (iv) une première couche de recouvrement (31,31') composée d'une matière électriquement isolante déposée par ALD (Atomic Layer Deposition), qui recouvre au moins en partie ledit objet, (v) une deuxième couche de recouvrement (32,32') comprenant du parylène, disposée sur la première couche de recouvrement, (vi) une troisième couche de recouvrement (33,33') déposée sur la deuxième couche de recouvrement de manière à protéger la deuxième couche d'encapsulation, notamment de l'oxygène et à accroître la durée de vie de l'objet.

Description

Système d’encapsulation pour composants électroniques et batteries
Domaine technique de l’invention
La présente invention se rapporte aux systèmes d’encapsulation d’objets tels de que composants microélectroniques et batteries. Elle concerne plus particulièrement le domaine des batteries, et notamment des batteries à ions de lithium, qui peuvent être encapsulées de cette manière. L’invention concerne également un nouveau procédé de fabrication de batteries à couches minces à ions de lithium, présentant une architecture et encapsulation nouvelles qui leur confèrent une autodécharge particulièrement faible, et une durée de vie améliorée.
Etat de la technique
Les composants microélectroniques et batteries, et en particulier les batteries en couches minces, doivent être encapsulées pour être durables car l’oxygène et l’humidité les dégradent. En particulier, les batteries à ions de lithium sont très sensibles à l’humidité, et ont besoin d’une encapsulation qui leur assure une durée de vie supérieure à 10 ans. Avec la généralisation des dispositifs électroniques portables et des réseaux de capteurs autonomes le besoin en batteries rechargeables à forte densité d’énergie et forte densité de puissance s’est renforcé considérablement. Les batteries Li-ion en couches minces disposent d’une forte densité d’énergie et d’une forte densité de puissance, sont rechargeables, et ne présentent pas d’effet mémoire : elles sont capables de satisfaire ce besoin, mais leur fiabilité et leur durée de vie restent des facteurs critiques.
Les batteries Li-ion en couches minces comprennent des électrodes et un électrolyte entièrement solide, c’est-à-dire exemptes de liquide. L’épaisseur des différentes couches qui les constituent ne dépasse normalement pas les 10 pm, et est souvent comprise entre 1 et 4 pm. On observe que ces batteries en couches minces telles que les batteries multicouches sont sensibles à l’autodécharge. En fonction du positionnement des électrodes, notamment la proximité des bords des électrodes pour les batteries multicouches et de la propreté des découpes, un courant de fuite peut apparaître sur les extrémités, un court-circuit rampant qui diminue la performance de la batterie. Ce phénomène est exacerbé si le film d’électrolyte est très mince.
Ces batteries Li-ion entièrement solides en couches minces utilisent le plus souvent des anodes comportant une couche de lithium métallique. On observe que les matériaux d’anode présentent une forte variation de leur volume pendant les cycles de charge et décharge de la batterie. En effet, lors d’un cycle de charge et de décharge, une partie du lithium métallique est transformée en ions de lithium qui s’insèrent dans la structure des matériaux de cathode, ce qui s’accompagne d’une réduction du volume de l’anode. Cette variation cyclique du volume peut détériorer les contacts mécaniques et électriques entre les couches d’électrodes et d’électrolyte. Cela diminue les performances de la batterie au cours de sa vie.
La variation cyclique du volume des matériaux d’anode induit également une variation cyclique du volume des cellules des batteries. Elle engendre ainsi des contraintes cycliques sur le système d’encapsulation, susceptibles d’amorcer des fissures qui sont à l’origine de la perte d’étanchéité (ou même d’intégrité) du système d’encapsulation. Ce phénomène est une autre cause de la diminution des performances de la batterie au cours de sa vie
En effet, les matériaux actifs des batteries Li-ion sont très sensibles à l’air et en particulier à l’humidité. Les ions lithium mobiles réagissent spontanément avec des traces d’eau pour former du LiOH, induisant un vieillissement calendaire des batteries. Tous les matériaux à insertion et électrolytes conducteurs des ions lithium ne sont pas réactifs au contact de l’humidité. A titre d’exemple, le Li4Ti50i2 ne se détériore pas au contact de l’atmosphère ou de traces d’eau. En revanche, dès qu’il est chargé en lithium sous forme υ4+χΤί50ι2 avec x>0, alors le surplus de lithium inséré (x) est, quant à lui, sensible à l’atmosphère et réagit spontanément avec les traces d’eau pour former du LiOH. Le lithium ayant réagi n’est alors plus disponible pour le stockage d’électricité, induisant une perte de capacité de la batterie.
Pour éviter l'exposition des matériaux actifs de la batterie Li-ion à l'air et à l'eau et empêcher ce type de vieillissement, il est essentiel de la protéger par un système d’encapsulation. De nombreux systèmes d'encapsulation pour des batteries en couches minces sont décrits dans la littérature.
Le document US 2002 / 0 071 989 décrit un système d’encapsulation d’une batterie en couches minces entièrement solide comprenant un empilement d’une première couche d’un matériau diélectrique choisi parmi l’alumine (AI2O3), la silice (SiO2), le nitrure de silicium (Si3N4), le carbure de silicium (SiC), l’oxide de tantale (Ta2O5) et le carbone amorphe, d’une seconde couche d’un matériau diélectrique et d’une couche d'étanchéité disposée sur la seconde couche et recouvrant la totalité de la batterie.
Le document US 5 561 004 décrit plusieurs systèmes de protection d’une batterie Lithium en couches minces. Un premier système proposé comprend une couche de parylène recouverte d’un film d’aluminium déposée sur les composants actifs de la batterie.
Toutefois, ce système de protection contre la diffusion de l’air et de la vapeur d’eau n’est efficace que pendant environ un mois. Un deuxième système proposé comprend des couches alternées de parylène (500 nm d’épaisseur) et de métal (environ 50 nm d’épaisseur). Le document précise qu’il est préférable de revêtir ces batteries encore d'une couche d'époxy durcie aux ultraviolets (UV) de manière à réduire la vitesse de dégradation de la batterie par des éléments atmosphériques.
Selon l’état de la technique la plupart des batteries Li-ion sont encapsulées dans des feuilles de polymère métallisées (appelées « pouch ») refermées autour de la cellule batterie et thermoscellées au niveau des rubans (appelés « tabs ») de connectique. Ces emballages sont relativement souples et les connections positive et négative de la batterie sont alors noyées dans le polymère thermoscellé qui a servi à refermer l’emballage autour de la batterie. Toutefois, cette soudure entre les feuilles de polymère n’est pas totalement étanche aux gaz de l’atmosphère, les polymères servant à thermo-sceller la batterie sont assez perméables aux gaz de l’atmosphère. On observe que la perméabilité augmente avec la température, ce qui accélère le vieillissement.
Cependant la surface de ces soudures exposées à l’atmosphère reste très faible, et le reste du packaging est constitué de feuilles d’aluminium pris en sandwich entre ces feuilles de polymère. En général, deux feuilles d’aluminium sont associées afin de minimiser les effets liés à la présence de trous, de défauts dans chacune de ces feuilles d’aluminium. La probabilité pour que deux défauts, sur chacun des feuillards soit alignés est fortement réduite.
Ces technologies de packaging permettent de garantir environ 10 à 15 ans de durée de vie calendaire pour une batterie de 10 Ah de 10 x 20 cm2 de surface, dans des conditions normales d’utilisation. Si la batterie est exposée à une température élevée, cette durée de vie peut se réduire à moins de 5 ans ; cela reste insuffisant pour de nombreuses applications. Des technologies similaires peuvent être utilisées pour d’autres composants électroniques, tels que des condensateurs, des composants actifs.
En conséquence, il existe un besoin pour des systèmes et des procédés d'encapsulation de batteries en couches minces et d’autres composants électroniques, qui protègent le composant contre l’air, l'humidité et les effets de la température. Plus particulièrement il existe un besoin pour des systèmes et procédés d’encapsulation des batteries à ions de lithium en couches minces, qui les protège contre l’air et l’humidité ainsi que contre leur détérioration lorsque la batterie est soumise à des cycles de charge et de décharge. Le système d’encapsulation doit être étanche et hermétique, doit envelopper et recouvrir totalement le composant ou la batterie, doit être suffisamment souple pour pouvoir accompagner des légers changements de dimensions (« respirations ») de la cellule batterie, et doit également permettre de séparer galvaniquement les bords d’électrodes de signes opposés afin d’éviter tout court-circuit rampant.
Un objectif de la présente invention est de remédier au moins en partie aux inconvénients de l’art antérieur évoqués ci-dessus.
Un autre objectif de la présente invention est de proposer des batteries lithium ion dotées d’une durée de vie très élevée et présentant une faible autodécharge.
Objets de l’invention
La présente invention propose comme premier objet un système d’encapsulation 30 d’un objet tel qu’un composant électronique ou d’une batterie, caractérisé en ce qu’il est formé par trois couches successives comprenant
i. une première couche de recouvrement 31, 31’ composée d’une matière électriquement isolante déposée par ALD (Atomic Layer Déposition), qui recouvre au moins en partie ledit objet, ii. une deuxième couche de recouvrement 32, 32’ comprenant du parylène, disposée sur la première couche de recouvrement, iii. une troisième couche de recouvrement 33, 33’ déposée sur la deuxième couche de recouvrement de manière à protéger la deuxième couche d’encapsulation, notamment de l’oxygène et à accroître la durée de vie de l’objet.
Avantageusement, le système d’encapsulation d’un objet comprend une couche de recouvrement comprenant du parylène, de préférence du parylène N et un système d’encapsulation (30) déposé sur la dite couche de recouvrement comprenant du parylène.
Un deuxième objet est un composant électronique ou une batterie, de préférence une batterie en couches minces comprenant un système d’encapsulation 30.
Un autre objet est une batterie en couches minces comprenant un empilement alterné entre au moins une anode 10, 10’ et au moins une cathode 20, 20’, chacune constituée d’un empilement de couches minces et dans lequel l’anode 10, 10’ comprend o au moins une couche mince d’un matériau actif d’anode 12, et o éventuellement une couche mince d’un matériau d’électrolyte 13, et dans lequel empilement la cathode 20, 20’comprend o au moins une couche mince d’un matériau actif de cathode 22, et o éventuellement une couche mince d’un matériau d’électrolyte 23 de sorte que la batterie comprenne successivement au moins une couche mince d’un matériau actif d’anode 12, au moins une couche mince d’un matériau d’électrolyte 13,23 et au moins une couche mince d’un matériau actif de cathode 22, un système d’encapsulation 30 dans lequel ladite première couche 31,31’ recouvre au moins en partie l’empilement, ledit système d’encapsulation 30 recouvrant partiellement ledit empilement, une première anode 10 ou cathode 20 comprenant au moins une zone de connexion accessible, alors que la cathode 20 ou l’anode 10 adjacente comprend une zone de recouvrement ZRT, qui est recouverte par au moins ladite première couche de recouvrement (31,3T) et ladite deuxième couche de recouvrement (32,32’), ladite zone de recouvrement étant située en regard des zones de connexion ZC de la première anode ou cathode, selon une direction perpendiculaire au plan dudit empilement.
Un autre objet de l’invention est un procédé de fabrication d’un composant électronique ou d’une batterie encapsulé(e), comprenant la formation d’un système d’encapsulation 30 et dans lequel on dépose successivement de manière à former ledit système d’encapsulation 30 :
(i) une première couche 31,31’ de recouvrement composée d’une matière électriquement isolante par ALD (Atomic Layer Déposition), (ii) une deuxième couche de recouvrement 32,32’ comprenant du parylène, déposée sur ladite première couche de recouvrement, (iii) une troisième couche de recouvrement 33,33’, déposée sur la deuxième couche de recouvrement, apte à, et déposée de manière à, protéger la deuxième couche d’encapsulation notamment de l’oxygène.
Un autre objet de l’invention est un procédé de fabrication d’un composant électronique ou d’une batterie encapsulé(e), comprenant la formation d’un système d’encapsulation selon l’invention et dans lequel on dépose successivement de manière à former ledit système d’encapsulation :
une couche de recouvrement comprenant du parylène sur ledit composant électronique ou ladite batterie une première couche (31,3T) de recouvrement composée d’une matière électriquement isolante par ALD (Atomic Layer Déposition) déposée sur ladite couche de recouvrement comprenant du parylène, une deuxième couche de recouvrement (32,32’) comprenant du parylène, déposée sur ladite première couche de recouvrement, une troisième couche de recouvrement (33,33’), déposée sur la deuxième couche de recouvrement, apte à, et déposée de manière à, protéger la deuxième couche d’encapsulation notamment de l’oxygène.
Encore un autre objet de l’invention est un procédé de fabrication d’une batterie en couches minces, ladite batterie comprenant un empilement alterné entre au moins une anode 10, 10’ et au moins une cathode 20, 20’, chacune constituée d’un empilement de couches minces et dans lequel l’anode 10, 10’ comprend, o au moins une couche mince d’un matériau actif d’anode 12, et o éventuellement une couche mince d’un matériau d’électrolyte 13, et dans lequel la cathode 20, 20’ comprend o au moins une couche mince d’un matériau actif de cathode 22, et o éventuellement une couche mince d’un matériau d’électrolyte 23 de sorte que la batterie comprenne successivement au moins une couche mince d’un matériau actif d’anode 12, au moins une couche mince d’un matériau d’électrolyte 13,23 et au moins une couche mince d’un matériau actif de cathode 22, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :
(a) on forme une superposition primaire, comprenant une succession alternée de feuilles de cathode et de feuilles d’anode, ladite superposition primaire étant destinée à former au moins une batterie, deux feuilles adjacentes définissant au moins une région en saillie RS, destinée à former ladite zone de connexion accessible ZC, ainsi qu’au moins une région en retrait RT, destinée à former ladite zone de recouvrement RTC, (b) on dépose le système d’encapsulation selon l’invention par le procédé précédemment décrit.
Avantageusement, après l’étape (b), on fait apparaître la zone de connexion accessible ZC ou chaque zone de connexion accessible ZC.
Dans un mode de réalisation, après l’étape (b), on réalise une étape (c) comprenant au moins une découpe primaire perpendiculairement au plan de ladite superposition primaire de manière à rendre accessible une zone de connexion ZC au niveau de l’anode ci-après zone de connexion anodique et on réalise au moins une découpe primaire perpendiculairement au plan de ladite superposition primaire de manière à rendre accessible une zone de connexion ZC au niveau de la cathode ci-après zone de connexion cathodique.
Avantageusement, les découpes primaires sont réalisées au niveau de bords opposés de ladite superposition primaire.
Dans un premier mode de réalisation, les bords des deux feuilles adjacentes de la superposition primaire comprenant une succession alternée de feuilles de cathode et de feuilles d’anode sont des bords droits, le bord d’une première feuille formant la région en saillie RS alors que le bord d’une deuxième feuille formant la région en retrait RR.
Dans un second mode de réalisation, dans le bord d’une première feuille de la superposition primaire comprenant une succession alternée de feuilles de cathode et de feuilles d’anode, des premières échancrures 50, 50’, 50”, 50”’ ayant une première ou grande section, la paroi desdites premières échancrures constituant ladite région en retrait, et on réalise, dans une deuxième feuille adjacente, des deuxièmes échancrures ayant une deuxième ou petite section, inférieure à la première section, la paroi desdites deuxièmes échancrures 50, 50’, 50”, 50’” constituant ladite région en saillie RS.
Avantageusement, les feuilles de cathode et les feuilles d’anode, présentent des échancrures 50, 50’, 50”, 50’” en forme de cercle.
Avantageusement, on réalise, dans une première feuille, des premiers orifices ayant une première ou grande section, la paroi desdits orifices constituant ladite région en retrait, on réalise, dans une deuxième feuille adjacente, des deuxièmes orifices ayant une deuxième ou petite section, inférieure à la première section, la paroi desdits orifices constituant ladite région en saillie RS, on remplit le volume intérieur desdits orifices au moyen du système d’encapsulation et on réalise chaque découpe secondaire à l’intérieur desdits premiers et deuxièmes orifices, de sorte que les zones de connexion ZC sont formées au voisinage des parois présentant la petite section et les zones de recouvrement sont formées au voisinage des parois présentant la grande section.
Avantageusement, on réalise, dans deux feuilles adjacentes, des premières et deuxièmes fentes, mutuellement décalées selon la direction perpendiculaire au plan desdites feuilles, on remplit le volume intérieur desdites fentes au moyen du système d’encapsulation et on réalise chaque découpe secondaire à l’intérieur desdites fentes, de sorte que les zones de connexion sont formées au voisinage des parois d’une première fente et les zones de recouvrement sont formées au voisinage des parois d’une deuxième fente.
Avantageusement, après l’étape (c), les zones de connexion ZC anodique et cathodique sont connectées électriquement entre elles par un dépôt en couche mince d’un conducteur électronique et dans lequel le dépôt est réalisé par ALD 41, 41’.
Avantageusement, on réalise des terminaisons 40, 40’ anodiques et cathodiques par métallisation des sections préalablement recouvertes d’une couche mince d’un conducteur électronique.
Avantageusement, après l’étape (c), les zones de connexion anodique et cathodique sont connectées électriquement entre elles par un système de terminaison comprenant successivement :
o une première couche métallique optionnelle, de préférence déposée par ALD 41, 41’, o une seconde couche 42, 42’ à base de résine époxy chargée à l’argent, déposée sur la première couche métallique, et o une troisième couche 43, 43’ à base d’étain, déposée sur la deuxième couche.
Dans un autre mode de réalisation, après l’étape (c), les zones de connexion anodique et cathodique sont connectées électriquement entre elles par un système de terminaison comprenant successivement :
o une première couche métallique, optionnelle, de préférence déposée par ALD (41), o une seconde couche (42) à base de résine époxy chargée à l’argent, déposée sur la première couche métallique, et o une troisième couche (43a) à base de nickel, déposée sur la deuxième couche, o une quatrième couche (43b) à base d’étain ou de cuivre, déposée sur la troisième couche.
Avantageusement, les feuilles présentent des dimensions nettement supérieures à celles de la batterie finale, caractérisé en ce qu’on réalise au moins une autre découpe dite secondaire, dans une partie médiane desdites feuilles.
Avantageusement, ladite matière électriquement isolante est choisie parmi des matières polymères organiques ou inorganiques non conductrices ayant des propriétés de barrière par rapport à l’eau. Avantageusement, ladite matière électriquement isolante est choisie parmi AI2O3, SiO2, SiOyNxet les résines époxydes.
Avantageusement, la deuxième couche de recouvrement comprend du parylène N.
Avantageusement, l’épaisseur de la première couche mince de recouvrement est inférieure à 200 nm, de préférence comprise entre 5 nm et 200 nm, et encore plus préférentiellement d’environ 50 nm et l’épaisseur de la deuxième couche de recouvrement est comprise entre 1 pm et 50 pm, de préférence d’environ 10 pm.
Avantageusement, l’épaisseur de la troisième couche mince de recouvrement est comprise entre 1 pm et 50 pm, de préférence inférieure à 10 pm, préférentiellement inférieure à 5 pm et encore plus préférentiellement d’environ 2 pm.
Avantageusement, la couche de matériau d’anode est réalisée à partir d’un matériau choisi parmi :
(i) les oxynitrures d’étain (de formule typique SnOxNy) ;
(ii) le phosphate de fer lithié (de formule typique LiFePO4) ;
(iii) les oxynitrures mixtes de silicium et étain (de formule typique SiaSnbOyNz avec a>0, b>0, a+b<2, 0<y<4, 0<z<3) (appelés aussi SiTON), et en particulier le SiSn0,87Oi,2N1,72 ; ainsi que les oxynitrures-carbures de formule typique SiaSnbCcOyNz avec a>0, b>0, a+b<2, 0<c<10, 0<y<24, 0<z<17; SiaSnbCcOyNzXn avec X au moins un des éléments parmi F, Cl, Br, I, S, Se, Te, P, As, Sb, Bi, Ge, Pb et a>0, b>0, a+b>0, a+b<2, 0<c<10, 0<y<24 et 0<z<17; et SiaSnbOyNzXn avec Xn au moins un des éléments parmi F, Cl, Br, I, S, Se, Te, P, As, Sb, Bi, Ge, Pb et a>0, b>0, a+b<2, 0<y<4 et 0<z<3;
(iv) les nitrures de type SixNy (en particulier avec x=3 et y=4), SnxNy (en particulier avec x=3 et y=4), ZnxNy (en particulier avec x=3 et y=4), Li3.xMxN (avec M = Co et 0<x<0.5, avec M = Ni et 0<x<0.6 ou avec M = Cu et 0<x<0.3) ;
(v) les oxydes SnO2, Li4Ti50i2, SnBo,6Po,402,9 et TiO2.
Avantageusement, la couche de matériau d’électrolyte est réalisée à partir de matériau d’électrolyte choisi parmi :
o les grenats de formule Lid A1x A2y(TO4)z où
A1 représente un cation de degré d’oxydation +II, de préférence Ca, Mg, Sr, Ba, Fe, Mn, Zn, Y, Gd ; et où
A2 représente un cation de degré d’oxydation +III, de préférence Al, Fe, Cr, Ga, Ti, La ; et où (TO4) représente un anion dans lequel T est un atome de degré d’oxydation +IV, situé au centre d’un tétraèdre formé par les atomes d’oxygène, et dans lequel TO4 représente avantageusement l’anion silicate ou zirconate, sachant que tout ou partie des éléments T d’un degré d’oxydation +IV peuvent être remplacés par des atomes d’un degré d’oxydation +III ou +V, tels que Al, Fe, As, V, Nb, ln, Ta ;
sachant que : d est compris entre 2 et 10, préférentiellement entre 3 et 9, et encore plus préférentiellement entre 4 et 8 ; x est de 3 mais peut être compris entre 2,6 et 3,4 (de préférence entre 2,8 et 3,2) ; y est de 2 mais peut être compris entre 1,7 et 2,3 (de préférence entre 1,9 et 2,1) et z est de 3 mais peut être compris entre 2.9 et 3.1;
o les grenats, de préférence choisi parmi : le Li7La3Zr20i2; le Li6La2BaTa20i2 ; le Li55La3Nb175lno.250i2 ; le Ι_ί5Ι_33Μ20ι2 avec M = Nb ou Ta ou un mélange des deux composés ; le U7.xBaxLa3.xM20i2 avec 0<x<1 et M = Nb ou Ta ou un mélange des deux composés ; le Li7.xLa3Zr2.xMxOi2 avec 0<x<2 et M = Al, Ga ou Ta ou un mélange de deux ou trois de ces composés ;
o les phosphates lithiés, de préférence choisi parmi : le Li3PO4 ; le Li3(Sc2.xMx)(PO4)3 avec M=AI ou Y et 0 < x < 1 ; le Li1+xMx(Sc)2.x(PO4)3 avec M = Al, Y, Ga ou un mélange des trois composés et 0 < x < 0,8 ; le Li1+xMx(Ga1.yScy)2.x(PO4)3 avec 0 < x < 0,8 ; 0 < y < 1 et M= Al ou Y ou un mélange des deux composés; le Li1+xMx(Ga)2.x(PO4)3 avec M = Al, Y ou un mélange des deux composés et 0 < x < 0,8 ; le Li1+xAlxTi2.x(PO4)3 avec 0 < x < 1, ou le Li1+xAlxGe2.x(PO4)3 avec 0 < x < 1 ; ou le Liux+zM^GevyTiyj^xSizPs-zO^ avec 0<x<0,8 et 0<y<1,0 & 0<z<0,6 et M= Al, Ga ou Y ou un mélange de deux ou trois de ces composés ; le Li3+y(Sc2.xMx)QyP3. γΟι2, avec M = Al et/ou Y et Q = Si et/ou Se, 0 < x < 0,8 et 0 < y < 1 ; ou le Li1+x+yMxSc2.xQyP3.yOi2, avec M = Al, Y, Ga ou un mélange des trois composés et Q = Si et/ou Se, 0 < x < 0,8 et 0 < y < 1 ; ou le Lh+x+y+zM^Ga^ySCy^.xQzPs.zO^ avec 0<x<0,8;0<y<1;0<z<0,6 avec M = Al ou Y ou un mélange des deux composés et Q= Si et/ou Se ; ou Li1+xNxM2.xP30i2, avec 0 < x < 1 et N= Cr et/ou V, M = Sc, Sn, Zr, Hf, Se ou Si, ou un mélange de ces composés ;
o les composés soufrés lithiés, de préférence choisi parmi : le LixAlz.yGaySw(PO4)c avec 4<w<20, 3<x<10, 0^y<1, 1^z<4 et 0<c<20 ; le LixAlz.yGaySw(BO3)c avec 4<w<20, 3<x<10, 0^y<1, 1^z<4 et 0<c<20; le LixAlz.yScySw(PO4)c avec 4<w<20, 3<x<10, 0^y<1, 1^z<4 et 0<c<20 ; le LixAlz.yScySw(BO3)c avec 4<w<20, 3<x<10, 0^y<1, 1^z<4 et 0<c<20 ; le LixGez.ySiySw(PO4)c avec 4<w<20, 3<x<10, 0^y<1, 1^z<4 et 0<c<20 ; le LixGe(z.y)SiySw(BO3)c avec 4<w<20, 3<x<10, 0^y<1, 1^z<4 et 0<c<20 ;
o les borates lithiés, de préférence choisi parmi : le Li3(Sc2.xMx)(BO3)3 avec M=AI ou Y et 0 < x < 1 ; le Li1+xMx(Sc)2.x(BO3)3 avec M = Al, Y, Ga ou un mélange des trois composés et 0 < x < 0,8 ; 0 < y < 1 ; le LiuxM^GavySCyj^BO^s avec 0 < x < 0,8 ;
< y < 1 et M= Al ou Y ; le Li1+xMx(Ga)2.x(BO3)3 avec M = Al, Y ou un mélange des deux composés et 0 < x < 0,8 ; 0 < y < 1 ; le Li3BO3, le Li3BO3-Li2SO4, le Li3BO3-U2SiO4, la Li3BO3-Li2SiO4-Li2SO4 ;
o les oxynitrures, de préférence choisis parmi Li3PO4.xN2x/3, Li4SiO4.xN2x/3, Li4GeO4. xN2x/3 avec 0 < x < 4 ou Li3BO3.xN2x/3 avec 0 < x < 3 ; les matériaux à base d'oxynitrures de lithium de phosphore ou de bore (appelés LiPON et LIBON) pouvant également contenir du silicium, du soufre, du zirconium, de l'aluminium, ou une combinaison d'aluminium, bore, soufre et/ou silicium, et du bore pour les de lithium de phosphore ;
o les oxydes lithiés, de préférence choisis parmi le Li7La3Zr20i2 ou le Li5+xLa3(Zrx,A2. x)Oi2 avec A=Sc, Y, Al, Ga et 1,4 < x < 2 ou le Li0,35La0,55TiO3 ;
o les silicates, de préférence choisis parmi Li2Si2O5, Li2SiO3, Li2Si2O6, LiAISiO4, Li4SiO4, LiAISi2O6 ;
o les électrolytes solides de type anti-perovskite choisis parmi :
Li3OA avec A un halogénure ou un mélange d’halogénures et de préférence au moins un des éléments choisi parmi F, Cl, Br, I ou un mélange de deux ou trois ou quatre de ces éléments ;
Lip.xjMxœOA avec 0 < x < 3, M un métal divalent, de préférence au moins un des éléments choisi parmi Mg, Ca, Ba, Sr ou un mélange de deux ou trois ou quatre de ces éléments, A un halogénure ou un mélange d’halogénures, de préférence au moins un des éléments choisi parmi F, Cl, Br, I ou un mélange de deux ou trois ou quatre de ces éléments ;
υ^Ν,^ΟΑ avec 0 < x < 3, N un métal trivalent, A un halogénure ou un mélange d’halogénures, de préférence au moins un des éléments choisi parmi F, Cl, Br, I ou un mélange de deux ou trois ou quatre de ces éléments ;
LiCOXzY(i_Z), avec X et Y des halogénures et 0 < z < 1 ;
o les électrolytes à base de polymères conducteurs d’ions lithium imprégnés ou non par des sels de lithium, o les électrolytes hybrides comprenant une matrice inorganique telle qu’une matrice céramique dans laquelle un électrolyte organique comprenant des sels de lithium est inséré.
Encore un autre objet de l’invention est une batterie en couches minces susceptible d'être obtenue par le procédé selon l'invention.
Encore un autre objet de l’invention est une batterie en couches minces susceptible d'être obtenue par le procédé selon l'invention caractérisée en ce que ledit système d’encapsulation revêt totalement quatre des six faces de ladite batterie et partiellement les deux faces restantes latéralement opposées, les dites deux faces restantes étant partiellement revêtues par au moins ladite première couche de recouvrement (31,3T) et au moins ladite deuxième couche (32,32’) et les dites deux faces restantes comprenant une zone de connexion anodique et une zone de connexion cathodique.
Un autre objet de l’invention est une batterie comprenant un empilement alterné entre au moins une anode 10’ et au moins une cathode 20’, chacune constituée d’un empilement de couches minces et dans lequel l’anode 10’ comprend, o au moins une couche mince d’un matériau actif d’anode 12’, et o éventuellement une couche mince d’un matériau d’électrolyte 13’, et dans lequel la cathode 20’ comprend o au moins une couche mince d’un matériau actif de cathode 22’, et o éventuellement une couche mince d’un matériau d’électrolyte 23’ de sorte que la batterie comprenne successivement au moins une couche mince d’un matériau actif d’anode, au moins une couche mince d’un matériau d’électrolyte et au moins une couche mince d’un matériau actif de cathode, étant entendu que l’anode 10’ présente un premier orifice 50 ayant une première section, la paroi dudit premier orifice constituant au moins une région en retrait RT (respectivement en saillie RS) et la cathode 20’ adjacente présente un deuxième orifice ayant une deuxième section, inférieure (respectivement supérieure) à la première section, la paroi dudit deuxième orifice constituant au moins une région en saillie RS (respectivement en retrait RT) ; ladite au moins région en saillie définissant une zone de connexion ZC accessible et ladite au moins région en retrait RT définissant une zone de recouvrement non accessible.
Figures
Les figures 1 à 27 illustrent certains aspects de l’invention, mais ne limitent pas sa portée.
La figure 1 représente de manière schématique, une batterie faisant apparaître un élément central et des terminaisons disposées aux deux extrémités de l’élément central.
La figure 2 représente une vue en perspective avec arrachement selon la ligne ll-ll d’une batterie entièrement solide, faisant apparaître la structure interne de l’élément central comprenant un assemblage de cellules élémentaires recouvert par un système d’encapsulation selon l’invention et celle des terminaisons.
La figure 3 est une vue en perspective avec arrachement analogue à la figure 2 illustrant à plus grande échelle le détail III de cette figure 2. Les éléments constitutifs des cellules élémentaires, du système d’encapsulation et des terminaisons sont présentés en plus grand détail respectivement dans les figures 4, 5 et 6.
La figure 4 est une vue en perspective avec arrachement analogue à la figure 3 illustrant à plus grande échelle le détail IV de cette figure 3, illustrant la structure interne de différents éléments constitutifs d’une batterie entièrement solide.
La figure 5 est une vue en perspective avec arrachement analogue à la figure 4 illustrant à plus grande échelle la structure interne du système d’encapsulation selon l’invention.
La figure 6 est une vue en perspective avec arrachement analogue à la figure 4 illustrant à plus grande échelle la structure interne des terminaisons.
La figure 7 représente une vue en perspective éclatée de l’empilement des couches minces d’anode et de cathode, de manière à ce que ces couches soient décalées latéralement.
La figure 8 représente une vue en perspective éclatée du système d’encapsulation selon l’invention de l’empilement des couches d’anode et de cathode comprenant un empilement de couches de recouvrement.
La figure 9A représente une vue en sortie de l’anode montrant les collecteurs de courant anodiques entourés sur leur périphérie par le système d’encapsulation. La figure 9B représente une vue en sortie de la cathode montrant les collecteurs de courant cathodiques entourés sur leur périphérie par le système d’encapsulation.
La figure 10 représente une vue en perspective éclatée des terminaisons d’une batterie entièrement solide, constituées d’un empilement de couches.
La figure 11 représente schématiquement le procédé de fabrication de plusieurs batteries entièrement solides à partir d’un empilement alternatif de feuilles comprenant entre plusieurs dizaines et plusieurs centaines d’anodes délimitées suivant un plan de coupe en forme de U et de feuilles comprenant entre plusieurs dizaines et plusieurs centaines de cathodes délimitées suivant un plan de coupe en forme de U.
La figure 12 représente une vue en perspective avec arrachement d’une batterie entièrement solide,selon la ligne XII-XII de la figure 11 montrant l’empilement des feuilles d’anodes et de cathodes superposées et décalées latéralement.
La figure 13 représente une vue en perspective avec arrachement d’une batterie entièrement solide, selon la ligne XIII-XIII de la figure 11 montrant l’empilement des feuilles d’anodes et de cathodes superposées et décalées latéralement.
La figure 14 représente une vue en perspective avec arrachement d’une batterie entièrement solide montrant l’empilement des feuilles d’anodes et de cathodes superposées et décalées latéralement, ainsi que le système d’encapsulation et les terminaisons.
La figure 15 représente une vue en perspective avec arrachement analogue à la figure 14 illustrant à plus grande échelle le détail VI de cette figure 14, illustrant la structure interne de différents éléments constitutifs d’une batterie entièrement solide.
La figure 16 représente schématiquement, selon un autre mode de réalisation, le procédé de fabrication de plusieurs batteries entièrement solides.
La figure 17 représente de manière schématique une vue en coupe illustrant à plus grande échelle le détail VII de la figure 16.
La figure 18 représente une vue en perspective analogue à la figure 16 illustrant à plus grande échelle le détail VIII de cette figure 16.
La figure 19A représente une vue en perspective avec arrachement d’une batterie entièrement solide, selon la ligne XIX-XIX de la figure 18. La figure 19B représente une vue en perspective avec arrachement d’une batterie entièrement solide, selon la ligne XIX’-XIX’ de la figure 18.
La figure 20 représente une vue en perspective de la structure présentée en figure 18 recouverte du système d’encapsulation.
La figure 21A représente une vue en perspective avec arrachement d’une batterie entièrement solide, selon la ligne XXI-XXI de la figure 20. La figure 21B représente une vue en perspective avec arrachement d’une batterie entièrement solide, selon la ligne XXI’-XXI’ de la figure 20.
La figure 22 représente une vue en perspective analogue à la figure 21A illustrant à plus grande échelle le détail IX de cette figure 21A.
La figure 23 représente une vue en perspective analogue à la figure 22 illustrant à plus grande échelle le détail X de cette figure 22.
La figure 24 représente une vue en perspective de la structure présentée en figure 20 et montrant le système multicouches d’encapsulation selon l’invention recouvert du système multicouches des terminaisons.
La figure 25 représente une vue en perspective avec arrachement d’une batterie entièrement solide, selon la ligne XXV-XXV ou XXV’-XXV’ de la figure 24 montrant 10 l’empilement des feuilles d’anodes et de cathodes superposées.
La figure 25A montre les contacts d’anode recouverts latéralement par le système multicouches des terminaisons.
La figure 25B montre les contacts de cathode recouverts latéralement par le système multicouches des terminaisons.
La figure 26 représente une vue en perspective analogue à la figure 25 illustrant à plus grande échelle le détail XI de cette figure 25.
La figure 27 représente une vue en perspective analogue à la figure 26 illustrant à plus grande échelle le détail XII de cette figure 26.
Liste des repères utilisés sur les figures :
1 Batterie entièrement solide 23, 23’ Couche mince d’un matériau d’électrolyte
2 Cellule élémentaire 30, 30’ Système d’encapsulation selon l’invention
3 Empilement de feuilles d’anodes et de cathode 31, 31’ 1ere couche mince de recouvrement
10, 10’ Anode 32/33 2ème / 3ème couche de recouvrement
11, 11’ Couche mince d’un substrat conducteur tel que l’inox 40, 40’ Terminaisons
12, 12’ Couche mince d’un matériau actif d’anode 41, 41’ Couche métallique déposée par ALD
13, 13’ Couche mince d’un matériau d’électrolyte 42, 42’ Couche en résine époxy chargée en Ag
20, 20’ Cathode 43, 43’ Couche de métallisation (étain)
21, 21’ Couche mince d’un substrat conducteur tel que l’inox 43a/ 43b Première/deuxième couche de métallisation
22, 22’ Couche mince d’un matériau actif de cathode F Flèche indiquant les zones recouvertes par le système d’encapsulation
RS Région en saillie RR Région en retrait
ZRT zone de recouvrement ZC zones de connexion
III, IV, V, VI, VII, VIII, IX, X, XI, XII Grossissements
ll-ll, XII-XII, XIX-XIX, XIX’-XIX’, XXI-XXI, XXI’-XXI’, XXV-XXV, XXV’-XXV’ Axe
Description de l’invention
La présente invention concerne un système d’encapsulation d’un objet lui conférant une 5 isolation électrique et le protégeant de l’environnement externe, et notamment de l'atmosphère ambiante. Le système d’encapsulation selon l’invention permet d'offrir une protection adaptée aux contraintes que les composants électroniques doivent effectivement pouvoir supporter sans perturbation notable de leur fonctionnement ou sans dommage.
Le système d’encapsulation d’un objet selon l’invention comprend :
i. une première couche de recouvrement composée d’une matière électriquement isolante déposée par ALD (Atomic Layer Déposition) destinée à recouvrir au moins en partie ledit objet, ii. une deuxième couche comprenant du parylène disposée sur la première couche de recouvrement, iii. une troisième couche déposée sur la deuxième couche de recouvrement de manière à protéger la deuxième couche d’encapsulation, notamment de l’oxygène et à accroître la durée de vie de l’objet.
L’objet encapsulé peut être un composant électronique (tel qu’un circuit intégré, une 20 résistance, un condensateur), une batterie, un panneau photovoltaïque.
La première couche de recouvrement 31 du système d’encapsulation est constituée d’une matière électriquement isolante telle que l’AI2O3, le SiO2, le SiOyNx et les résines époxydes. Avantageusement, ladite matière électriquement isolante est choisie parmi des matières polymères organiques ou inorganiques ayant des propriétés de barrière par 25 rapport à l’eau. Cette couche est déposée sur au moins une partie dudit objet par un procédé de dépôt par couche atomique (Atomic layer déposition en anglais, plus connue sous le sigle ALD). Lorsque l’objet est une batterie, la première couche de recouvrement 31 est déposée sur l’empilement ou la superposition primaire par ALD. Les techniques de dépôt par ALD sont particulièrement bien adaptées pour recouvrir des surfaces présentant une forte rugosité de manière totalement étanche et conforme. Les techniques de dépôt par ALD permettent de réaliser des dépôts conformaux, exempts de défauts, de trous. Ces dépôts sont qualifiés de « exempt de trous » (pinhole free) et représentent des très bonnes barrières. Leur coefficient WVTR est extrêmement faible. Le coefficient WVTR (water vapor transmission rate) permet d’évaluer la perméance à la vapeur d'eau du système d’encapsulation. Plus le coefficient WVTR est faible plus le système d’encapsulation est étanche. A titre d’exemple, un dépôt d’AI2O3 de 100 nm d’épaisseur par ALD présente une perméation à la vapeur d’eau de 0,00034 g/m2.d.
La première couche d’encapsulation ainsi obtenue est généralement constituée d’oxydes, de type AI2O3, de nitrure, de phosphates, d’oxynitrure, de siloxane, d’une épaisseur inférieure à 200 nm, de préférence comprise entre 5 nm et 200 nm, plus préférentiellement comprise entre 10 nm et 100 nm et encore plus préférentiellement de l’ordre d’une cinquantaine de nanomètres. Toutefois, ces couches sont très fragiles mécaniquement et nécessitent une surface d’appui rigide. Le dépôt d’une couche fragile sur une surface souple conduirait à la formation de fissures, engendrant une perte d’intégrité de cette couche de protection. Par ailleurs, pour permettre industriellement une vitesse de dépôt relativement élevée, ces couches doivent être déposées à une température assez élevée, i.e. à une température comprise entre 180 °C et 300 °C. Les matériaux constituants l’objet doivent ainsi résister à de telles températures et présenter une surface suffisamment rigide pour garantir la réalisation d’une encapsulation de qualité par ALD. Ceci s’applique en particulier aux empilements de la batterie Li-ion. Or, la plupart des électrolytes usuels à base de polymères contenant des sels de lithium, i.e des électrolytes sous forme de gel, liquides ou contenant des poches de liquide, ne résistent pas à une telle température et ne présentent pas une surface suffisamment rigide pour garantir la réalisation d’une encapsulation fiable par ALD. En effet, sous vide et à haute température, ces électrolytes dégazent et empêchent ainsi la réalisation de dépôts minces homogènes et protecteurs directement sur leurs surfaces. De manière préférée on évitera donc l’utilisation de ces électrolytes dans des batteries qui bénéficieront du système d’encapsulation selon l’invention.
Lorsque l’objet est une batterie, cette première couche d’encapsulation permet aussi de séparer les sections des électrodes, afin de réduire l’autodécharge et les risques de vieillissement de la batterie, ce qui facilite ainsi le rapprochement des électrodes.
Selon l’invention, une seconde couche d’encapsulation 32 est déposée sur la première couche d’encapsulation afin d’améliorer la protection de l’objet (i.e. composant électronique tel qu’une batterie) de son environnement externe. Cette couche est en parylène. Le parylène (appelé aussi polyparaxylylène ou poly(p-xylylène)) est un matériau diélectrique, transparent, semi cristallin qui présente une grande stabilité thermodynamique, une excellente résistance aux solvants ainsi qu’une très faible perméabilité. Dans un mode de réalisation on dépose sur la première couche un film de parylène, tel qu’un film de parylène C, de parylène D, un film de parylène N (CAS 163322-3) ou un film comprenant un mélange de parylène C, D et/ou N. Ce film de parylène permet de protéger les éléments sensibles de l’objet de leur environnement. La protection de la batterie est accrue lorsque cette deuxième couche d’encapsulation est réalisée à partir de parylène N. L’épaisseur de ladite deuxième couche d’encapsulation est comprise entre 1 pm et 50 pm, de préférence comprise entre 1 pm et 35 pm et encore plus préférentiellement d’environ 10 pm.
Cette deuxième couche d’encapsulation est avantageusement obtenue à partir de la condensation de monomères gazeux déposés par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) sur les surfaces, ce qui permet d’avoir un recouvrement conformai et uniforme de l’ensemble des surfaces de l’objet accessible.
Cette deuxième couche assure le remplissage du système d’encapsulation sans dégrader la première couche du système d’encapsulation. Elle permet de suivre les variations de volume de l’objet lors de son fonctionnement et facilite la découpe propre des batteries de par ses propriétés élastiques. Toutefois, les inventeurs ont observé que cette deuxième couche ne présente pas une stabilité suffisante en présence d’oxygène. Selon l’invention elle est revêtue d’une troisième couche, qui la protège contre l’air et améliore la durée de vie du composant électronique (en l’occurrence de la batterie). Avantageusement cette troisième couche barrière est choisie également pour résister à une température élevée, et présente une résistance mécanique suffisante pour la protéger lors de l’utilisation ultérieure de l’objet. Avantageusement, l’épaisseur de la troisième couche mince de recouvrement est comprise entre 1 pm et 50 pm, de préférence inférieure à 10 pm, préférentiellement inférieure à 5 pm et encore plus préférentiellement d’environ 2 pm.
Cette troisième couche 33 est de préférence à base de résine époxy, de polyéthylène naphtalate (PEN), polyimide, polyamide, polyuréthane ou de silicone. Avantageusement les matériaux utilisés pour réaliser cette troisième couche sont choisis pour faciliter l’assemblage du composant électronique. Avantageusement, cette troisième couche est déposée par trempage.
Dans un autre mode de réalisation, un prétraitement de l’objet est réalisé avant son encapsulation par le système d’encapsulation selon l’invention. Ce prétraitement de l’objet consiste à recouvrir l’objet d’une couche de parylène, de préférence de parylène N afin d’améliorer la protection de l’objet. De préférence, l’épaisseur de parylène est comprise entre 1 pm et 50 pm, de préférence est d’environ 10 pm.
Superposition primaire de feuilles d’anode et de feuilles de cathode/ empilement d’anode et de cathode
Avantageusement, l’objet protégé par le système d’encapsulation selon l’invention est une batterie et de préférence une batterie entièrement solide.
Dans la présente description, on entend par batterie « entièrement solide » (appelée aussi ici « tout solide »), une batterie comprenant au moins une couche mince de cathode, une couche mince d’anode et une couche mince d’électrolyte solide, chacune des couches minces présentant un très faible nombre de pores.
Dans la présente demande, une cellule élémentaire d’une batterie entièrement solide comprend, de manière alternée, une anode et une cathode, chacune éventuellement constituée d’un empilement de couches minces. L’anode comprend au moins une couche mince d’un matériau actif d’anode et éventuellement une couche mince d’un matériau d’électrolyte. La cathode comprend au moins une couche mince d’un matériau actif de cathode et éventuellement une couche mince d’un matériau d’électrolyte de sorte que la cellule élémentaire d’une batterie entièrement solide comprenne successivement au moins une couche mince d’un matériau actif d’anode, au moins une couche mince d’un matériau d’électrolyte et au moins une couche mince d’un matériau actif de cathode.
Lorsque la batterie est obtenue à partir d’une succession alternée d’au moins une anode et d’au moins une cathode, l’anode comprend avantageusement, successivement :
éventuellement une couche mince d’un matériau d’électrolyte, une couche mince d’un matériau actif d’anode, une couche mince métallique, une couche mince d’un matériau actif d’anode, et éventuellement, une couche mince d’un matériau d’électrolyte.
Dans la présente demande, le terme « feuille d’anode » sera employé pour désigner cette succession de couche utilisable pour réaliser une superposition primaire à partir de laquelle au moins une batterie unitaire sera obtenue ultérieurement, de préférence plusieurs batteries unitaires.
De la même manière, la cathode comprend avantageusement et successivement :
éventuellement une couche mince d’un matériau d’électrolyte, une couche mince d’un matériau actif de cathode, une couche mince métallique, une couche mince d’un matériau actif de cathode, et éventuellement, une couche mince d’un matériau d’électrolyte, de sorte qu’une batterie entièrement solide comprenne successivement au moins une couche mince d’un matériau actif d’anode, au moins une couche mince d’un matériau d’électrolyte et au moins une couche mince d’un matériau actif de cathode.
Dans le cadre de la présente invention l’épaisseur de chacune des couches minces présentes au sein de la batterie, est inférieure à 10 pm et préférentiellement inférieure à 5 pm.
Dans la présente demande, le terme « feuille de cathode » sera employé pour désigner cette succession de couches utilisable pour réaliser une superposition primaire. La superposition primaire comprend une succession alternée de feuilles de cathode et de feuilles d’anode, à partir de laquelle au moins une batterie unitaire comprenant un empilement d’au moins une anode et d’au moins une cathode sera obtenue ultérieurement, de préférence plusieurs batteries unitaires. Deux feuilles adjacentes de cette superposition primaire définissent au moins une région en saillie, destinée à former une zone de connexion accessible, ainsi qu’au moins une région en retrait, destinée à former une zone de recouvrement, .i.e. zone recouverte par le système d’encapsulation. Ces régions en saillie et en retrait seront explicitées en plus grand détail au regard de deux modes de réalisation, qui ne limitent pas l’invention.
La présente invention concerne en particulier l’encapsulation des batteries Li-ion entièrement solides. Les batteries entièrement solides 1 présentent une structure monobloc rigide sur laquelle on peut déposer un système d’encapsulation 30 (cf. figure 1). La figure 3, tout comme la figure 2, est une vue en perspective avec arrachement d’une batterie entièrement solide 1. Elle fait apparaître la structure interne de l’élément central comprenant un assemblage de cellules élémentaires 2 recouvert par un système d’encapsulation 30 selon l’invention et celle des terminaisons 40. La figure 4 représente en plus grand détail une batterie entièrement solide comprenant une anode 10 et une cathode 20, chacune constituée d’un empilement de couches minces. L’anode comprend successivement une couche mince d’un matériau d’électrolyte 13, une couche mince d’un matériau actif d’anode 12 tel que du Li4Ti50i2, une couche mince métallique 11 (par exemple en inox), une couche mince d’un matériau actif d’anode tel que du Li4Ti50i212 et une couche mince d’un matériau d’électrolyte 13.
La cathode 20 comprend successivement une couche mince d’un matériau d’électrolyte 23, une couche mince d’un matériau actif de cathode 22 tel que du LiMn2O4, une couche mince métallique 21 (par exemple en inox), une couche mince d’un matériau actif de cathode 22 tel que du LiMn2O4) et une couche mince d’un matériau d’électrolyte 23, étant entendu que la batterie comprend une succession alternée d’au moins une anode 10 et d’au moins une cathode 20 dont deux feuilles adjacentes définissent au moins une région en saillie, destinée à former une zone de connexion accessible et au moins une région en retrait, destinée à former une zone de recouvrement, i.e. zone recouverte par le système d’encapsulation.
Cette batterie est constituée d’un assemblage de plusieurs cellules élémentaires connectées en parallèle, est formée à partir de films minces d’anode et de cathode élaborés de préférence à partir de matériaux stables dimensionnellement pendant les étapes de charge et décharge de la batterie.
Parmi les matériaux actifs d’anode pouvant être utilisés pour réaliser une telle fonction on peut citer les matériaux à insertion de type Li4Ti50i2, certain des nitrures de type Li3.xMxN dans une plage d’insertion en lithium limitée, ainsi que d’autres anodes de type LiySiTON ou Sn3N4.
Les matériaux à insertion de lithium utilisés pour réaliser les cathodes sont souvent beaucoup plus stables dimensionnellement que les matériaux d’anode. Les oxydes avec une structure spinelle comme le LiMn2O4, LiMn1,5Ni0,5O4, ainsi que les structures de type olivine comme le LiFePO4 sont particulièrement stables dimensionnellement, et leur utilisation est préférée dans le cadre de la présente invention.
De la même manière, ces matériaux actifs d’anode et de cathode sont assemblés à l’aide d’électrolytes solides afin d’assurer une surface rigide et stable pour l’encapsulation et éviter le risque de détérioration de cette dernière pendant les cycles d’utilisation de la batterie. Ces électrolytes solides peuvent être des polymères, des céramiques, des verres, vitrocéramiques et/ou des matériaux hybrides composés à la fois d’une partie organique et inorganique.
Pour assurer une excellente protection contre les gaz de l’atmosphère, il est nécessaire d’avoir un film protecteur qui ait un WVTR extrêmement faible. Selon l’état de la technique, les meilleures protections sont offertes par les films métalliques, cependant ces derniers ne peuvent pas recouvrir l’intégralité de la batterie sans mettre les électrodes en court-circuit.
Après l’étape d’empilement (cf. figures 4, 7 et 15) et avant l’ajout des terminaisons, l’empilement est encapsulé dans un système d’encapsulation selon l’invention permettant d’assurer la protection de la batterie vis-à-vis de l’atmosphère.
Système d’encapsulation
La qualité de l’encapsulation est d’une importance capitale pour les batteries de type Liion. Le système d’encapsulation 30 selon l’invention est stable chimiquement, résiste à une température élevée, offre une protection contre l’humidité et est imperméable à l'atmosphère pour jouer sa fonction de couche barrière. II est constitué de plusieurs couches déposées successivement sur l’empilement (cf. figures 5 et 8), comme décrit cidessus.
Pour ce faire, le système d’encapsulation selon l’invention est constitué de plusieurs couches déposées successivement sur l’objet, notamment sur les parties de l’objet nécessitant d’être protégé.
Ce système d’encapsulation permet une isolation électrique et une étanchéité des composants électroniques ou batteries tout en assurant la possibilité de pouvoir ultérieurement les connecter électriquement entre eux/elles et/ou avec des points de connexion externes.
Après l’étape d’encapsulation du composant électronique, des terminaisons sont ajoutées pour établir les contacts électriques nécessaires au bon fonctionnement dudit composant.
Terminaisons
Pour réaliser les terminaisons 40, l’empilement enrobé est découpé suivant des plans de coupe permettant d’obtenir des composants de batterie unitaires, avec la mise à nue sur chacun des plans de coupe des connexions (+) et (-) de la batterie, notamment dans les régions en saillie. Sur et autour de ces connexions est déposé un système de terminaison (cf. figure 6). Les connexions peuvent ensuite être métallisées à l’aide de techniques de dépôt plasma connu de l’homme du métier, de préférence par ALD (cf. figure 6 ou figure 10, repère 41) et / ou par immersion dans une résine époxy conductrice (chargée à l'argent - (cf. figure 6 ou figure 10, repère 42) et / ou un bain d'étain en fusion (cf. figure 6 ou figure 10, repère 43). De préférence, les terminaisons sont constituées d’un empilement de couches comprenant successivement une première couche mince de recouvrement métallique déposée par ALD 41, une deuxième couche en résine époxy chargée en Ag 42 déposée sur la première couche et une troisième couche à base d’étain 43 déposée sur la deuxième couche.
La première couche conductrice déposée par ALD 41 sert à protéger la section de la batterie de l’humidité. Cette première couche conductrice déposée par ALD est optionnelle. Elle permet d’augmenter la durée de vie calendaire de la batterie en réduisant le WVTR au niveau de la terminaison. La seconde couche en résine époxy chargée en Ag 42, permet de procurer de la « souplesse » à la connectique sans rompre le contact électrique lorsque le circuit électrique est soumis à des contraintes thermiques et/ou vibratoires.
La troisième couche de métallisation à base d’étain 43 sert à réduire le WVTR, ce qui augmente la durée de vie de la batterie.
Dans un autre mode de réalisation, cette troisième couche peut être composée de deux couches de matériaux différents. Une première couche 43a venant au contact de la couche en résine époxy chargée en Ag 42. Cette couche est en nickel 43a et est réalisée par dépôt électrolytique. La couche en nickel sert de barrière thermique et protège le reste du composant de la diffusion pendant les étapes d’assemblage par refusion. La dernière couche 43b, déposée sur la couche en nickel 43a est également une couche de métallisation, préférentiellement en étain pour rendre l’interface compatible des assemblages par refusion. Cette couche en étain peut être déposée soit par trempage dans un bain d’étain fondu soit par électrodéposition.
Pour certains assemblages sur des pistes en cuivre par microcâblage, il peut être nécessaire d’avoir une dernière couche 43b de métallisation en cuivre. Une telle couche peut être réalisée par électrodéposition à la place de l’étain.
Dans un autre mode de réalisation, les terminaisons peuvent être constituées d’un empilement de couches comprenant successivement une couche en résine époxy chargée en Ag 42 et une deuxième couche à base d’étain ou de nickel 43 déposée sur la première couche.
Dans un autre mode de réalisation, les terminaisons peuvent être constituées d’un empilement de couches comprenant successivement une couche en résine époxy chargée en Ag 42, une deuxième couche à base de nickel 43a déposée sur la première couche et une troisième couche à base d’étain ou de cuivre 43b.
Les terminaisons permettent de reprendre les connections électriques alternativement positives et négatives sur chacune des extrémités de la batterie. Ces terminaisons permettent de réaliser les connections électriques en parallèle entre les différents éléments de batterie. Pour cela, seule les connections (+) sortent sur une extrémité (région en saillie), et les (-) sont disponibles sur les autres extrémités (autres régions en saillie).
Description du procédé de fabrication d’une batterie entièrement solide selon un premier mode de réalisation
La figure 7 représente selon un premier mode de réalisation, tout comme la figure 4, une batterie entièrement solide comprenant des anodes 10 et des cathodes 20, chacune constituée d’un empilement de couches minces ; les anodes et les cathodes sont décalées latéralement de manière à former des régions en saillie RS, destinée à former une zone de connexion accessible et des régions en retrait RR, destinée à former une zone de recouvrement, .i.e. zone recouverte par le système d’encapsulation.
Dans ce premier mode de réalisation et avantageusement, l’encapsulation de la batterie est réalisée sur quatre des six faces de l’empilement étant entendu que les sections de cathode apparaissant sur une première face et les sections d’anode apparaissant sur une deuxième face ne sont pas recouvertes par ce système d’encapsulation de manière à faciliter la collection de courant sur les côtés latéraux. Les couches d’encapsulation entourent la périphérie de l’empilement, le reste de la protection à l’atmosphère étant assuré par les couches obtenues par les terminaisons.
De manière préférentielle les connections cathodiques et anodiques sont décalées latéralement, ce qui permet à la couche d’encapsulation de fonctionner comme diélectrique pour éviter la présence de court-circuit sur ces extrémités.
Une fois l’empilement réalisé, et après l’étape d’encapsulation de l’empilement, des terminaisons (contacts électriques, cf. figure 6, référence 40) sont ajoutées au niveau où les collecteurs de courant cathodiques, respectivement anodiques sont apparents (non revêtus d’électrolyte isolant). Ces zones de contact peuvent être sur les côtés opposés de l’empilement pour collecter le courant (collecteurs de courant latéraux) ou sur des côtés adjacents (cf. figure 9 A et figure 9 B).
Avantageusement, la batterie selon l’invention obtenue à partir d’une superposition primaire, comprenant une succession alternée de feuilles d’anode et de feuilles de cathode comme indiqué précédemment, est caractérisée en ce que ledit système d’encapsulation revêt totalement quatre des six faces de ladite batterie et partiellement les deux faces restantes latéralement opposées, les dites deux faces restantes étant partiellement revêtues par au moins ladite première couche de recouvrement (31,3T) et au moins ladite deuxième couche (32,32’) et les dites deux faces restantes comprenant une zone de connexion anodique et une zone de connexion cathodique. La troisième couche de recouvrement dudit système d’encapsulation pénètre difficilement dans la superposition primaire. Par conséquent, cette troisième couche recouvre difficilement les deux faces restantes latéralement opposées.
Description du procédé de fabrication d’une batterie entièrement solide selon un second mode de réalisation
Procédé de fabrication simultanée de plusieurs batteries
Premier mode de réalisation
Afin d’accroitre le rendement de production des batteries entièrement solides, la fabrication simultanée de plusieurs batteries entièrement solides peut être réalisée à partir d’une superposition primaire de feuilles alternées comprenant entre plusieurs dizaines et plusieurs centaines d’anodes délimitées suivant un plan de coupe en forme de U et de feuilles comprenant entre plusieurs dizaines et plusieurs centaines de cathodes délimitées suivant un plan de coupe en forme de U (cf. figure 11, premier mode de réalisation). Toutes ces feuilles présentent des perforations à leurs quatre extrémités de manière à ce que lorsque ces perforations sont superposées, toutes les cathodes et toutes les anodes de ces feuilles sont superposées et décalées latéralement (cf. figures 12 et 13, premier mode de réalisation).
L’encapsulation est ensuite réalisée comme décrit précédemment suivant les flèches (F) présentes sur les figures 12 et 13. Ces flèches indiquent les zones recouvertes par le système d’encapsulation selon l’invention (régions en retrait).
La superposition primaire de feuilles d’anode et de cathode ainsi enrobée est ensuite découpée par tout moyen approprié de manière à mettre à nu les collecteurs de courant anodiques et cathodiques et à obtenir des batteries unitaires.
Des terminaisons (contacts électriques, cf. figure 15, référence 40, 41’, 42’ et 43’) sont ajoutées au niveau où les collecteurs de courant cathodiques, respectivement anodiques sont apparents (non revêtus d’électrolyte isolant). Ces zones de contact sont, de préférence, disposées sur les côtés opposés de l’empilement de la batterie pour collecter le courant (collecteurs de courant latéraux) ou sur des côtés adjacents.
Second mode de réalisation
Dans un autre mode de réalisation, la fabrication simultanée de plusieurs batteries entièrement solides peut être réalisée à partir d’une superposition primaire alternatif de feuilles comprenant entre plusieurs dizaines et plusieurs centaines d’anodes 10’ présentant des échancrures 50, 50’ et de feuilles comprenant entre plusieurs dizaines et plusieurs centaines de cathodes 20’ présentant des échancrures 50”, 50”’. Toutes ces feuilles présentent des échancrures, de préférence des orifices ou trous concentriques de manière à ce que lorsque ces perforations sont superposées, toutes les cathodes et toutes les anodes de ces feuilles définissent au moins une région en saillie RS, destinée à former une zone de connexion accessible, ainsi qu’au moins une région en retrait RR, destinée à former une zone de recouvrement, i.e. zone recouverte par le système d’encapsulation (cf. figures 16, 17, 18 et 19). Sur la figure 16, chaque feuille d’anode comprend une succession alternative de trous de diamètres Dt et D2 où D2 est un diamètre inférieur à Dt et chaque feuille de cathode comprend une succession alternative de trous de diamètres D2 et Dt où D2 est un diamètre inférieur à de manière à ce que les trous présents sur les feuilles d’anode de diamètre Dt (respectivement D2) et de cathode de diamètre D2 (respectivement DQ soient concentriques. La figure 19 représente une vue en perspective analogue à la figure 16 illustrant à plus grande échelle la superposition primaire de feuilles d’anode et de feuilles de cathode, et notamment la superposition des trous concentriques de diamètres différents Dt et D2 présents sur ces feuilles mettant en exergue les régions en saillie et les régions en retrait.
La superposition primaire de feuilles d’anode et de feuilles de cathode est ensuite recouverte du système d’encapsulation selon l’invention comprenant :
- une première couche de recouvrement du système d’encapsulation 31’, identique à la première couche de recouvrement du système d’encapsulation 31 et déposée sur l’empilement par un procédé de dépôt par couche atomique,
- une seconde couche d’encapsulation 32’ comparable à la seconde couche d’encapsulation 32 déposée sur la première couche d’encapsulation afin d’améliorer la protection des cellules des batteries de leur environnement externe,
- une troisième couche 33 comparable à la troisième couche 33’ déposée sur la deuxième couche d’encapsulation (cf. figure 22 et 23).
La superposition primaire de feuilles d’anode et de cathode ainsi enrobée est ensuite perforée au niveau des perforations concentriques par tout moyen approprié de manière à ce que le diamètre de ces nouvelles perforations soit compris entre Dt et D2 et ainsi laisse apparaitre pour chaque trou, soit les connexions anodiques soit les connexions cathodiques, i.e. les connexions (+) et (-) de la batterie (cf. figures 21A et 21 B) afin de faciliter la collection de courant dans les trous concentriques latéraux.
Après découpe dite secondaire, dans une partie médiane de ladite superposition primaire, des batteries unitaires sont obtenues (cf. figure 20) et des terminaisons (contacts électriques, cf. figure 24, référence 40, figure 27 référence 41’, 42’ et 43’) sont ajoutées au niveau où les collecteurs de courant cathodiques, respectivement anodiques sont apparents (non revêtus d’électrolyte isolant). Ces zones de contact sont, de préférence, disposées sur les côtés opposés de l’empilement de la batterie pour collecter le courant (collecteurs de courant latéraux) ou sur des côtés adjacents (cf. figures 24, 25 à 27).
Les connexions sont métallisées à l’aide de techniques de dépôt plasma connu de l’homme du métier, de préférence par ALD (cf. figure 27, repère 41’) et/ou par immersion dans une résine époxy conductrice chargée à l'argent - (cf. figure 27, repère 42’) et / ou un bain d'étain en fusion (cf. figure 27, repère 43’). De préférence, les terminaisons sont constituées d’un empilement de couches comprenant successivement une première couche mince de recouvrement métallique déposée par ALD 41’, une deuxième couche en résine époxy chargée en Ag 42’ déposée sur la première couche et une troisième couche à base d’étain 43' déposée sur la deuxième couche. Les terminaisons permettent de reprendre les connections électriques alternativement positives et négatives sur chacune des extrémités concentriques. Ces terminaisons permettent de réaliser les connections électriques en parallèle entre les différents éléments de batterie. Pour cela, seule les connections (+) sortent sur une extrémité concentrique, et les (-) sont disponibles sur une autre extrémité concentrique.
Exemples
L’invention est illustrée ci-dessous par des exemples qui cependant ne limitent pas l’invention. Ces exemples portent sur la préparation d’une batterie entièrement solide et sur l’encapsulation d’une batterie entièrement solide.
1. Préparation d’une batterie Li-ion entièrement solide
Une suspension du matériau d'anode à 10 g/l a été obtenue par broyage puis dispersion de Li4TÎ50i2 dans de l'éthanol absolu avec ajout quelques ppm d'acide citrique. Une suspension de matériau de cathode à 25 g/l a été obtenue par broyage puis dispersion de LiMn2O4 dans de l'éthanol absolu. La suspension de cathode a ensuite été diluée dans l'acétone jusqu'à une concentration de 5 g/l. La suspension de matériau d'électrolyte à 5 g/l a été obtenue par broyage puis dispersion d’une poudre de LisAlo^Sc^eiPO^s dans de l'éthanol absolu.
Pour toutes ces suspensions, le broyage a été conduit de manière à obtenir des suspensions stables avec une taille de particules inférieure à 100 nm.
Les électrodes négatives ont été préparées par dépôt électrophorétique des nanoparticules de Li4Ti50i2 contenues dans la suspension préalablement préparée. Le film mince de Li4Ti50i2 (environ 1 micron) a été déposé sur les deux faces du substrat. Ces électrodes négatives ont ensuite été recuites à 600 °C.
Les électrodes positives ont été préparées de la même manière, par dépôt électrophorétique à partir de la suspension de LiMn2O4. Le film mince de LiMn2O4 (environ pm) a été déposé sur les deux faces du substrat. Les électrodes positives ont ensuite été recuites à 600 °C.
Après recuit les électrodes négatives et les électrodes positives ont été recouvertes d’une couche d’électrolyte Li3AI0,4Sc16(PO4)3 par EPD. L’épaisseur de Li3AI0,4Sc16(PO4)3 était d’environ 500 nm sur chaque électrode. Ces films d'électrolyte ont ensuite été séchés.
L'empilement des anodes et cathodes revêtues Li3Alo,4Sc1,6(P04)3 a été ensuite réalisé de manière à obtenir un empilement multicouche décalé latéralement (cf. figure 7). L'ensemble a ensuite été maintenu sous pression pendant 15 minutes à 600 °C pour réaliser l'assemblage.
2. Encapsulation de la batterie entièrement solide selon l’invention
Le système d’encapsulation a ensuite été déposé sur l’empilement multicouche précédent. Une couche d’alumine AI2O3 représentant la première couche du système d’encapsulation a été déposée par un procédé de dépôt par couche atomique (Atomic layer déposition en anglais, plus connue sous le sigle ALD). L’empilement multicouche des anodes et cathodes revêtues a été introduit dans la chambre d’un réacteur ALD P300 Picosun. La chambre du réacteur ALD a été préalablement mise sous vide à 5 hPa et à 180 °C et préalablement soumise pendant 30 minutes à un flux de Trimethylaluminium (ciaprès TMA - CAS 75-24-1), un précurseur chimique de l’alumine sous azote contenant moins de 3 ppm d’eau ultra-pure de type 1 (o ~ 0,05 pS/cm) comme gaz porteur à un débit de 150 sccm (cm3 standard / min), afin de stabiliser l’atmosphère de la chambre du réacteur avant tout dépôt. Après stabilisation de la chambre, une couche d’AI2O3 de 100 nm a été déposée par ALD.
Sur cette première couche d’alumine a ensuite été déposée par CVD un film de parylène N de 12 pm +/- 2 pm d’épaisseur.
Sur cette deuxième couche a ensuite été déposée une troisième couche d’encapsulation. Celle-ci peut être réalisée à base de résine époxy, de polyéthylène naphtalate (PEN), de silicone, de polyimide, de polyamide ou de polyuréthane. De préférence, elle est réalisée à base d’une résine époxy. Cette troisième couche a ensuite été durcie sous ultraviolets (UV) de manière à réduire la vitesse de dégradation de la batterie par des éléments atmosphériques.
3. Réalisation des terminaisons de la batterie entièrement solide
L’empilement ainsi encapsulé a ensuite été découpé suivant des plans de coupe en forme de U permettant d’obtenir des composants de batterie unitaires, avec la mise à nue sur chacun des plans de coupe les collecteurs de courant cathodiques, respectivement anodiques de la batterie. L’empilement encapsulé a ainsi été découpé sur deux des six faces de l’empilement de manière à rendre apparents les collecteurs de courant cathodiques, respectivement anodiques. Des terminaisons ont ensuite été ajoutées au niveau où les collecteurs de courant cathodiques, respectivement anodiques sont apparents (non revêtus d’électrolyte isolant).
Les connexions ont ensuite été métallisées par ALD. Cette première couche de terminaison a ensuite été immergée dans une résine époxy conductrice (chargée à l'argent) puis immergée dans un bain d'étain en fusion.
La batterie ainsi obtenue a été cyclée entre 2 et 2,7 V.

Claims (28)

  1. REVENDICATIONS
    1. Système d’encapsulation (30) d’un objet tel qu’un composant électronique ou d’une batterie, caractérisé en ce qu’il est formé par trois couches successives comprenant (i) une première couche de recouvrement (31,3T) composée d’une matière électriquement isolante déposée par ALD (Atomic Layer Déposition), qui recouvre au moins en partie ledit objet, (ii) une deuxième couche de recouvrement (32,32’) comprenant du parylène, disposée sur la première couche de recouvrement, (iii) une troisième couche de recouvrement (33,33’) déposée sur la deuxième couche de recouvrement de manière à protéger la deuxième couche d’encapsulation, notamment de l’oxygène et à accroître la durée de vie de l’objet.
  2. 2. Système d’encapsulation d’un objet comprenant une couche de recouvrement comprenant du parylène, de préférence du parylène N et un système d’encapsulation (30) déposé sur la dite couche de recouvrement comprenant du parylène selon la revendication 1.
  3. 3. Composant électronique ou batterie comprenant un système d’encapsulation (30) selon la revendication 1 ou la revendication 2.
  4. 4. Batterie selon la revendication 3, comprenant un empilement alterné entre au moins une anode (10,10’) et au moins une cathode (20,20’), chacune constituée d’un empilement de couches minces et dans lequel l’anode (10,10’) comprend o au moins une couche mince d’un matériau actif d’anode (12), et o éventuellement une couche mince d’un matériau d’électrolyte (13), et dans lequel empilement la cathode (20,20’) comprend o au moins une couche mince d’un matériau actif de cathode (22), et o éventuellement une couche mince d’un matériau d’électrolyte (23) de sorte que la batterie comprenne successivement au moins une couche mince d’un matériau actif d’anode (12), au moins une couche mince d’un matériau d’électrolyte (13,23) et au moins une couche mince d’un matériau actif de cathode (22), un système d’encapsulation (30) selon la revendication 1, dans lequel ladite première couche (31,3Γ) recouvre au moins en partie l’empilement, ledit système recouvrant partiellement ledit empilement, une première anode (10) ou cathode (20) comprenant au moins une zone de connexion accessible, alors que la cathode (20) ou l’anode (10) adjacente comprend une zone de recouvrement (ZRT), qui est recouverte par au moins ladite première couche de recouvrement (31.3T) et ladite deuxième couche de recouvrement (32,32’) , ladite zone de recouvrement étant située en regard des zones de connexion (ZC) de la première anode ou cathode, selon une direction perpendiculaire au plan dudit empilement.
  5. 5. Procédé de fabrication d’un composant électronique ou d’une batterie encapsulé(e), comprenant la formation d’un système d’encapsulation selon la revendication 1 et dans lequel on dépose successivement de manière à former ledit système d'encapsulation :
    une première couche (31,31’) de recouvrement composée d’une matière électriquement isolante par ALD (Atomic Layer Déposition), • une deuxième couche de recouvrement (32,32’) comprenant du parylène, déposée sur ladite première couche de recouvrement, une troisième couche de recouvrement (33,33’), déposée sur la deuxième couche de recouvrement, apte à, et déposée de manière à, protéger la deuxième couche d’encapsulation notamment de l’oxygène.
  6. 6. Procédé de fabrication d’un composant électronique ou d’une batterie encapsulé(e), comprenant la formation d’un système d’encapsulation selon la revendication 2 et dans lequel on dépose successivement de manière à former ledit système d’encapsulation :
    une couche de recouvrement comprenant du parylène sur ledit composant électronique ou ladite batterie une première couche (31,3T) de recouvrement composée d’une matière électriquement isolante par ALD (Atomic Layer Déposition) déposée sur ladite couche de recouvrement comprenant du parylène, une deuxième couche de recouvrement (32,32’) comprenant du parylène, déposée sur ladite première couche de recouvrement, » une troisième couche de recouvrement (33,33’), déposée sur la deuxième couche de recouvrement, apte à, et déposée de manière à, protéger la deuxième couche d’encapsulation notamment de l’oxygène.
  7. 7. Procédé de fabrication d’une batterie en couches minces selon la revendication 5, ladite batterie comprenant un empilement alterné entre au moins une anode (10) et au moins une cathode (20,20’), chacune constituée d’un empilement de couches minces et dans lequel l'anode (10,10') comprend :
    o au moins une couche mince d’un matériau actif d’anode (12), et o éventuellement une couche mince d’un matériau d’électrolyte (13), et dans lequel la cathode (20,20’) comprend :
    o au moins une couche mince d’un matériau actif de cathode (22), et o éventuellement une couche mince d'un matériau d’électrolyte (23) de sorte que la batterie comprenne successivement au moins une couche mince d’un matériau actif d’anode (12), au moins une couche mince d’un matériau d’électrolyte (13,23) et au moins une couche mince d’un matériau actif de cathode (22), ledit procédé comprenant les étapes suivantes :
    (a) on forme une superposition primaire, comprenant une succession alternée de feuilles de cathode et de feuilles d’anode, ladite superposition primaire étant destinée à former au moins une batterie, deux feuilles adjacentes définissant au moins une région en saillie (RS), destinée à former ladite zone de connexion accessible (ZC), ainsi qu’au moins une région en retrait (RT), destinée à former ladite zone de recouvrement (RTC), (b) on dépose le système d’encapsulation selon la revendication 1 par le procédé selon la revendication 5.
  8. 8. Procédé de fabrication d’une batterie selon la revendication 7 dans lequel, après l’étape (b), on fait apparaître la zone de connexion accessible (ZC) ou chaque zone de connexion accessible (ZC).
  9. 9. Procédé de fabrication d’une batterie selon la revendication 7 ou 8 dans lequel, après l’étape (b), on réalise une étape (c) comprenant au moins une découpe primaire perpendiculairement au plan de ladite superposition primaire de manière à rendre accessible une zone de connexion (ZC) au niveau de l’anode ci-après zone de connexion anodique et on réalise au moins une découpe primaire perpendiculairement au plan de ladite superposition primaire de manière à rendre accessible une zone de connexion (ZC) au niveau de la cathode ci-après zone de connexion cathodique.
  10. 10. Procédé de fabrication d’une batterie selon la revendication 9, caractérisé en ce que les découpes primaires sont réalisées au niveau des bords opposés de ladite superposition primaire.
  11. 11. Procédé de fabrication d’une batterie selon l’une quelconque des revendications 7 à
    8, caractérisé en ce que les bords des deux feuilles adjacentes de la superposition primaire comprenant une succession alternée de feuilles de cathode et de feuilles d’anode sont des bords droits, le bord d’une première feuille formant la région en saillie (RS) alors que le bord d’une deuxième feuille formant la région en retrait (RR).
  12. 12. Procédé de fabrication d’une batterie selon l’une quelconque des revendications 7 à
    9, caractérisé en ce qu’on réalise, dans le bord d’une première feuille de la superposition primaire comprenant une succession alternée de feuilles de cathode et de feuilles d’anode, des premières échancrures (50, 50’, 50”, 50’”) ayant une première ou grande section, la paroi desdïtes premières échancrures constituant ladite région en retrait, et on réalise, dans une deuxième feuille adjacente, des deuxièmes échancrures ayant une deuxième ou petite section, inférieure à la première section, la paroi desdites deuxièmes échancrures (50, 50’, 50”, 50’”) constituant ladite région en saillie (RS).
  13. 13. Procédé de fabrication d’une batterie selon la revendication 12, caractérisé en ce que les feuilles de cathode et les feuilles d’anode, présentent des échancrures (50, 50’, 50”, 50’”) en forme de cercle.
  14. 14. Procédé de fabrication d’une batterie selon l’une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce qu’on réalise, dans une première feuille, des premiers orifices ayant une première ou grande section, la paroi desdits orifices constituant ladite région en retrait, on réalise, dans une deuxième feuille adjacente, des deuxièmes orifices ayant une deuxième ou petite section, inférieure à la première section, la paroi desdits orifices constituant ladite région en saillie (RS), on remplit le volume intérieur desdits orifices au moyen du système d’encapsulation et on réalise des découpes secondaires à l’intérieur desdits premiers et deuxièmes orifices, de sorte que les zones de connexion (ZC) sont formées au voisinage des parois présentant la petite section et les zones de recouvrement sont formées au voisinage des parois présentant la grande section.
  15. 15. Procédé de fabrication d’une batterie selon l’une quelconque des revendications 7 à 11, caractérisé en ce qu’on réalise, dans deux feuilles adjacentes, des premières et deuxièmes fentes, mutuellement décalées selon la direction perpendiculaire au plan desdites feuilles, on remplit le volume intérieur desdites fentes au moyen du système d’encapsulation et on réalise des découpes secondaires à l’intérieur desdites fentes, de sorte que les zones de connexion sont formées au voisinage des parois d’une première fente et les zones de recouvrement sont formées au voisinage des parois d’une deuxième fente.
  16. 16. Procédé de fabrication d’une batterie selon l’une quelconque des revendications 9 à 15 dans lequel, après l’étape (c), les zones de connexion (ZC) anodique et cathodique sont connectées électriquement entre elles par un dépôt en couche mince d’un conducteur électronique et dans lequel le dépôt est réalisé par ALD (41, 4Γ).
  17. 17. Procédé de fabrication d’une batterie selon l'une quelconque des revendications 9 à 15 caractérisé en ce qu’on réalise des terminaisons (40, 40’) anodiques et cathodiques par métallisation des sections préalablement recouvertes d’une couche mince d’un conducteur électronique.
  18. 18. Procédé de fabrication d’une batterie selon l’une quelconque des revendications 9 à 15 dans lequel, après l’étape (c), les zones de connexion anodique et cathodique sont connectées électriquement entre elles par un système de terminaison comprenant successivement :
    o une première couche métallique optionnelle, de préférence déposée par ALD (41,41’), o une seconde couche (42, 42’) à base de résine époxy chargée à l’argent, déposée sur la première couche métallique, et o une troisième couche (43, 43’) à base d’étain, déposée sur la deuxième couche.
  19. 19. Procédé de fabrication d’une batterie selon l’une quelconque des revendications 9 à 15 dans lequel, après l’étape (c), les zones de connexion anodique et cathodique sont connectées électriquement entre elles par un système de terminaison comprenant successivement :
    o une première couche métallique, optionnelle, de préférence déposée par ALD (41), o une seconde couche (42) à base de résine époxy chargée à l’argent, déposée sur la première couche métallique, et o une troisième couche (43a) à base de nickel, déposée sur la deuxième couche, o une quatrième couche (43b) â base d’étain ou de cuivre, déposée sur la troisième couche.
  20. 20. Procédé de fabrication d’une batterie selon l’une quelconque des revendications 7 à
    19, dans lequel les feuilles présentent des dimensions nettement supérieures à celles de la batterie finale, caractérisé en ce qu’on réalise au moins une autre découpe dite secondaire, dans une partie médiane desdites feuilles.
  21. 21. Procédé de fabrication d’une batterie selon l’une quelconque des revendications 7 à
    20, caractérisé en ce que ladite matière électriquement isolante est choisie parmi AI2O3, SiO2, SiOyNx, et les résines époxydes.
  22. 22. Procédé de fabrication d’une batterie selon l’une quelconque des revendications 7 à
    21, caractérisé en ce que la deuxième couche de recouvrement comprend du parylène N.
  23. 23. Procédé de fabrication d'une batterie selon l’une quelconque des revendications 7 à
    22, caractérisé en ce que l’épaisseur de la première couche mince de recouvrement est inférieure à 200 nm, de préférence comprise entre 5 nm et 200 nm, et encore plus préférentiellement d’environ 50 nm et l’épaisseur de la deuxième couche de recouvrement est comprise entre 1 pm et 50 pm, de préférence d’environ 10 pm.
  24. 24. Procédé de fabrication d’une batterie selon l’une quelconque des revendications 7 à
    23, caractérisé en ce que l’épaisseur de la troisième couche mince de recouvrement est comprise entre 1 pm et 50 pm, de préférence inférieure à 10 pm, préférentiellement inférieure à 5 pm et encore plus préférentiellement d’environ 2 pm.
  25. 25. Procédé de fabrication d’une batterie selon l’une quelconque des revendications 7 à
    24, caractérisé en ce que la couche de matériau d’anode est réalisée à partir d’un matériau choisi parmi :
    - les oxynitrures d’étain (de formule typique SnOxNy) ;
    - le phosphate de fer lithié (de formule typique LiFePO4) ;
    les oxynitrures mixtes de silicium et étain (de formule typique SiaSnbOyNz avec a>0, b>0, a+b^2, 0<y<4, 0<z<3) (appelés aussi SiTON), et en particulier le SiSno,870i,2Ni,72 ; ainsi que les oxynitrures-carbures de formule typique SiaSnbCcOyNz avec a>0, b>0, a+b<2, 0<c<10, 0<y<24, 0<z<17; SiaSnbCcOyNzXn avec Xn au moins un des éléments parmi F, Cl, Br, i, S, Se, Te, P, As, Sb, Bi, Ge,
    Pb et a>0, b>0, a+b>0, a+b<2, 0<c<10, 0<y<24 et 0<z<17; et SiaSnbOyNzXn avec Xn au moins un des éléments parmi F, Cl, Br, I, S, Se, Te, P, As, Sb, Bi, Ge, Pb et a>0, b>0, a+b<2, 0<y<4 et 0<z<3;
    - les nitrures de type SixNy (en particulier avec x=3 et y=4), SnxNy (en particulier avec x=3 et y=4), ZnxNy (en particulier avec x=3 et y=4), LÎ3_XMXN (avec M = Co et 0<x<0.5, avec M = Ni et 0<xs0.6 ou avec M = Cu et 0<x<0.3) ;
    - les oxydes SnO2, Li4Ti5Oi2, SnB0.6P0.4O2,9 et TiO2.
  26. 26. Procédé selon l’une quelconque des revendications 7 à 25, caractérisé en ce que la couche de matériau d’électrolyte est réalisée à partir de matériau d’électrolyte choisi parmi :
    o les grenats de formule Lid A1x A2/TO4)Z où A1 représente un cation de degré d’oxydation +II, de préférence Ca, Mg, Sr, Ba, Fe, Mn, Zn, Y, Gd ; et où A2 représente un cation de degré d’oxydation -Mil, de préférence Al, Fe, Cr, Ga, Ti, La ; et où (TO4) représente un anion dans lequel T est un atome de degré d’oxydation +IV, situé au centre d’un tétraèdre formé par les atomes d’oxygène, et dans lequel TO4 représente avantageusement l’anion silicate ou zirconate, sachant que tout ou partie des éléments T d'un degré d’oxydation +IV peuvent être remplacés par des atomes d’un degré d’oxydation +III ou +V, tels que Al, Fe, As, V, Nb, ln, Ta ;
    sachant que : d est compris entre 2 et 10, préférentiellement entre 3 et 9, et encore plus préférentiellement entre 4 et 8 ; x est de 3 mais peut être compris entre 2,6 et 3,4 (de préférence entre 2,8 et 3,2) ; y est de 2 mais peut être compris entre 1,7 et 2,3 (de préférence entre 1,9 et 2,1) et z est de 3 mais peut être compris entre 2.9 et 3.1;
    o les grenats, de préférence choisi parmi : le Li7La3Zr2O12; le Li6La2BaTa2O12 ; le Li5,5La3Nbii75lno.250i2 ; le Li5La3M2O12 avec M = Nb ou Ta ou un mélange des deux composés ; le Li7.xBaxLa3.xM2O12 avec 0<x<1 et M = Nb ou Ta ou un mélange des deux composés ; le Li7_xLa3Zr2.xMxO12 avec 0£x^2 et M = Al, Ga ou Ta ou un mélange de deux ou trois de ces composés ;
    o les phosphates lithiés, de préférence choisi parmi : le Li3PO4 ; le Li3(Sc2_xMx)(PO4)3 avec M=AI ou Y et 0 s x s 1 ; le Li1+xMx(Sc)2.x(PO4)3 avec M = Al, Y, Ga ou un mélange des trois composés et 0 S x i 0,8 ; le Li1+xMx(Gai.yScy)2_x(PO4)3 avec 0 s x s 0,8 ; 0 < y i 1 et M= Al ou Y ou un mélange des deux composés; le Lii+xMx(Ga)2.x(PO4)3 avec M = Al, Y ou un mélange des deux composés et 0 s x <
    0,8 ; le Li1+xAlxTiz.x(PO4)3 avec 0 < x < 1, ou le Li1+xAlxGez.x(PO4)3 avec 0 < x < 1 , ou le Li1+x12Mx(Ge1_yTiy)2.xSi2P3.2O12 avec 0<x<0,8 et 0<y<1,0 & 0<z<0,6 et M= Al, Ga ou Y ou un mélange de deux ou trois de ces composés ; le Li3+y(Sc2.xMx)QyP3. yO12, avec M = Al et/ou Y et Q = Si et/ou Se, 0 £ x < 0,8 et 0 < y < 1 ; ou le Li1+x+yMxSc2.xQyP3.yO12, avec M = Al, Y, Ga ou un mélange des trois composés et Q = Si et/ou Se, 0 s x < 0,8 et 0 < y < 1 ; ou le Li1+x+y+7Mx(Gai_„Scy)2.xQzP3^Oi2 avec 0 x s 0,8 ; 0 £ y < 1 ; 0 s z ί 0,6 avec M = Al ou Y ou un mélange des deux composés et Q= Si et/ou Se ; ou Li1+xNxM2.xP3O12, avec 0 5 x £ 1 et N= Cr et/ou V, M = Sc, Sn, Zr, Hf, Se ou Si, ou un mélange de ces composés ;
    o les composés soufrés lithiés, de préférence choisi parmi : le LixAI2.yGaySw(P04)c avec 4<w<20, 3<x<10, 0Sy<1, 1^z<4 et 0<c<20 ; le LixAI2.yGaySw(BO3)c avec 4<w<20, 3<x<10, 0Îy<1, 1i=z<4 et 0<c<20; le LixAlz.ySCySw(PO4)c avec 4<w<20, 3<x<10, 0i=y<1, 1^z<4 et 0<c<20 ; le LixAlz-yScyS^BO^c avec 4<w<20, 3<x<10, 0^y<1, 1üz<4 et 0<c<20 ; le LixGez_ySiySw(PO4)c avec 4<w<20, 3<x<10, 0ëy<1, 1^z<4 et 0<c<20 ; le LixGe(Z.y)SiySw(BO3)cavec4<w<20, 3<x<10, 0^y<1,1^z<4 et 0<c<20;
    o les borates lithiés, de préférence choisi parmi : le Li3(Sc2.xMx)(BO3)3 avec M=AI ou Y et 0 s x s 1 ; le Li1+xMx(Sc)2-x(BO3)3 avec M = Al, Y, Ga ou un mélange des trois composés et 0 ê x < 0,8 ; 0 s y ê 1 ; le Li1+xMx(Gai.yScy)2-x(BO3)3 avec 0 < x < 0,8 ; 0 £ y s 1 et M= Al ou Y ; le Li1+xMx(Ga)2.x(BO3)3 avec M = Al, Y ou un mélange des deux composés et 0 £ x £ 0,8 ; 0 s y £ 1 ; le Li3BO3r le Li3BO3-Li2SO4, le Li3BO3-Li2SiO4, le Li3BO3-Li2SiO4-LÎ2SO4 ;
    o les oxynitrures, de préférence choisis parmi LisPO^N^, Li4SiO4.xN2)03, Li4GeO4. xN2x/3 avec 0 < x < 4 ou Li3BO3-xN2x/3 avec 0 < x < 3 ; les matériaux à base d'oxynitrures de lithium de phosphore ou de bore (appelés LiPON et L1BON) pouvant également contenir du silicium, du soufre, du zirconium, de l'aluminium, ou une combinaison d'aluminium, bore, soufre et/ou silicium, et du bore pour les oxynitrures de lithium de phosphore ;
    o les oxydes lithiés, de préférence choisis parmi le Li7La3Zr2Oi2 ou le Li5+xLa3(Zrx,Az. x)Oi2 avec A=Sc, Y, Al, Ga et 1,4 < x < 2 ou le Li0,35Lao,55Ti03 ;
    o les silicates, de préférence choisis parmi Li2Si2O51 Li2SiO3, Li2Si2O6, LiAISiO4, Li4SiO4, LiAISi2O6;
    o les électrolytes solides de type anti-perovskite choisis parmi :
    Li3OA avec A un halogénure ou un mélange d'halogénures et de préférence au moins un des éléments choisi parmi F, Cl, Br, I ou un mélange de deux ou trois ou quatre de ces éléments ;
    Li(3.X)Mx^OA avec 0 < x < 3, M un métal divalent, de préférence au moins un des éléments choisi parmi Mg, Ca, Ba, Sr ou un mélange de deux ou trois ou quatre de ces éléments, A un halogénure ou un mélange d’halogénures, de préférence au moins un des éléments choisi parmi F, Cl, Br, I ou un mélange de deux ou trois ou quatre de ces éléments ;
    Lio-xjNxeOA avec 0 < x < 3, N un métal trivalent, A un halogénure ou un mélange d’halogénures, de préférence au moins un des éléments choisi parmi F, Cl, Br, I ou un mélange de deux ou trois ou quatre de ces éléments ;
    LiCOXzY(i.z), avec X et Y des halogénures et 0 < z < 1 ;
    o les électrolytes à base de polymères conducteurs d’ions lithium imprégnés ou non par des sels de lithium, o les électrolytes hybrides comprenant une matrice inorganique telle qu’une matrice céramique dans laquelle un électrolyte organique comprenant des sels de lithium est inséré.
  27. 27. Batterie en couches minces susceptible d'être obtenue par le procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 26.
  28. 28. Batterie en couches minces susceptible d'être obtenue par le procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 26, caractérisée en ce que ledit système d’encapsulation revêt totalement quatre des six faces de ladite batterie et partiellement les deux faces restantes latéralement opposées, les dites deux faces restantes étant partiellement revêtues par au moins ladite première couche de recouvrement (31,31 ’) et au moins ladite deuxième couche (32,32’) et les dites deux faces restantes comprenant une zone de connexion anodique et une zone de connexion cathodique.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020249877A1 (fr) * 2019-06-13 2020-12-17 I-Ten Batterie a ions de lithium et son procede de fabrication
FR3105602A1 (fr) * 2019-12-24 2021-06-25 I-Ten Dispositif électrochimique de type batterie, comprenant des moyens d’étanchéité perfectionnés, et son procédé de fabrication
WO2021130697A1 (fr) * 2019-12-24 2021-07-01 I-Ten Procédé de fabrication de batteries à ions de lithium, notamment à forte puissance, et batterie obtenue par ce procédé

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5561004A (en) * 1994-02-25 1996-10-01 Bates; John B. Packaging material for thin film lithium batteries
US20020071989A1 (en) * 2000-12-08 2002-06-13 Verma Surrenda K. Packaging systems and methods for thin film solid state batteries
EP2868770A1 (fr) * 2013-10-29 2015-05-06 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Dispositif d'encapsulation d'un dispositif sensible et procédé de réalisation dudit dispositif
CN105552254A (zh) * 2016-03-02 2016-05-04 郭菲 一种防腐耐压的锂电池外壳及其生产方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5561004A (en) * 1994-02-25 1996-10-01 Bates; John B. Packaging material for thin film lithium batteries
US20020071989A1 (en) * 2000-12-08 2002-06-13 Verma Surrenda K. Packaging systems and methods for thin film solid state batteries
EP2868770A1 (fr) * 2013-10-29 2015-05-06 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Dispositif d'encapsulation d'un dispositif sensible et procédé de réalisation dudit dispositif
CN105552254A (zh) * 2016-03-02 2016-05-04 郭菲 一种防腐耐压的锂电池外壳及其生产方法

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020249877A1 (fr) * 2019-06-13 2020-12-17 I-Ten Batterie a ions de lithium et son procede de fabrication
FR3097370A1 (fr) * 2019-06-13 2020-12-18 I-Ten Batterie à ions de lithium et son procédé de fabrication
CN114128008A (zh) * 2019-06-13 2022-03-01 I-Ten公司 锂离子电池及其制造方法
FR3105602A1 (fr) * 2019-12-24 2021-06-25 I-Ten Dispositif électrochimique de type batterie, comprenant des moyens d’étanchéité perfectionnés, et son procédé de fabrication
WO2021130688A1 (fr) 2019-12-24 2021-07-01 I-Ten Dispositif electrochimique de type batterie, comprenant des moyens d'etancheite perfectionnes, et son procede de fabrication
WO2021130697A1 (fr) * 2019-12-24 2021-07-01 I-Ten Procédé de fabrication de batteries à ions de lithium, notamment à forte puissance, et batterie obtenue par ce procédé

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