JP2009509289A - 障壁層保護基板を有する電気化学装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願の内容は、米国仮特許出願第60/690,697号(2005年6月15日出願)として以前に確認された、番号が未だ指定されていない米国特許出願の一部継続出願であって、米国特許法第120条の利益を主張するものであり、さらに、米国特許出願第11/209,536号(2005年8月23日出願)の内容に関連するものであって、米国特許法第120条の利益を主張するものであり、これらは特に参考として本明細書に援用される。
本発明の分野は、改善された容量密度、エネルギー密度、および出力密度を有し、好ましくは、柔軟性のある形状因子および結晶性のLiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4正極および誘導体材料を有する、リチウムベースで、固体で、薄膜の、二次および一次の電池の装置、組成、および作製である。
まず、基板材料が選択されてもよい。薄膜電池は、多様な表面仕上げを有するさまざまな金属箔および金属板の上に作製されてもよい。ステンレス鋼の薄箔は、基板に使用されてもよい。しかし、例えば、TiおよびTi合金、AlおよびAl合金、CuおよびCu合金、ならびにNiおよびNi合金を含むがそれだけに限られない、より高価でより厚いその他の材料または融点の低いその他の材料も使用できる。さらに、合金鋼の種類、表面粗度、均質性、および純度などの箔の好適な物理的特性は、ユーザーに委ねられて、特定の装置のための最適な製造パラメーターが決定される。本発明の電気化学的装置は、基板が、V、Mn、Mg、Fe、Ge、Cr、Ni、Zn、およびCoを含む金属または半金属で被覆されるAlである必要がない。さらに、本発明の電気化学的装置は、基板が、純ポリイミドである必要がない。
障壁層の基板への蒸着は、例えば、電池作製中ならびに例えばその後の電池動作中や保管状態中に、基板を電池部分から化学的に分離する薄膜電池の作製と併用して実行されてもよい。
障壁層は、基板に直接蒸着されてもよい。少なくとも一つの障壁副層が非晶質またはガラス状である障壁副層から成る障壁層は、イオンおよび電子の粒界拡散を回避または最小化するように設計および作製されることによって、電池の作製中およびその後の動作や保管状態中に電池層を出入りする不要種の拡散を削減してもよい。基板にある電池要素間の化学反応を防止または最小化することが好ましい。
導電性の障壁副層は、例えば、1)電池層を出入りするイオン拡散を防止する、2)作製処理中およびその後の電池動作および保管状態中に、基板または電池層と反応しないという好適な属性を満たす場合、例えば、同等に効果的であってもよい。障壁層は、例えば、電気的に絶縁する障壁副層も含んでもよい。このように電気的に絶縁で導電性の副層は、全て、例えば、同一の形状または部分サイズでなくてもよい。ゆえに、障壁副層のこのような混合積層からなる障壁層は、基板部分または電池部分と接触するいくつかの部分において、例えば、導電性であってもよく、一方、基板部分または電池部分とのその他の接触部分においては、障壁層は、電気的に絶縁する特性を呈してもよい。
障壁層を提供する理由の一つに、基板の融点までの処理温度を伴う電池部分の作製中、ならびにその後の電気化学的装置の動作および保管状態中に、本発明の実施形態による電気化学的装置の基板部分と電池部分との間に、化学的分離を提供することが挙げられる。上に詳しく説明される同一の原理は、金属基板、高分子基板、およびドープまたは非ドープのシリコン基板を含み得る本発明の少なくとも三つの基板のタイプに適用してもよい。
本発明における基板が障壁層と作製されると、電気化学的装置のその後の作製処理は、「両面」電気化学的装置を達成するために、第二の電気化学的に活性なセルが基板の第二の側面に作製されるか否かによって決まり、それは以下にさらに説明される。本発明の電気化学的装置は、第一の電気化学的に活性なセルが太陽電池であることを必要としない。
a.障壁層と負極との間に位置する正極(負極の蒸着前に正極を蒸着「正常構成」)
および障壁層と正極との間に位置する負極(正極の蒸着前に負極を蒸着「逆構
成」)
b.正極に適用される蒸着後アニール
(ii)使用される負極構成
a.負極層は、障壁層に接触または非接触
b.負極集電体は、障壁層に接触または非接触
(iii)使用される障壁層のタイプ
a.電気的に絶縁する副層または導電性の副層
b.一定の障壁層におけるその他の副層と比較した一定の副層の面積寸法
c.障壁層における絶縁および導電性の副層の配列組み合わせ
(iv)基板は、電気化学的に活性なセルと電気接触または非接触(その正の部分また
は負の部分で)
(v)電気化学的に活性なセルは、基板の片面(片面電気化学的装置)または両面(両
面電気化学的装置)に作製される
(vi)使用される保護カプセルまたは保護ケース設計
a.カプセルまたはケース
b.端子にアクセスするための、カプセルまたはケースにおける開口または無開口
c.開口部における防湿層の使用または非使用
(vii)集電体および端子
3.1 正極構成
3.1.1 負極の蒸着前に正極の蒸着および潜在的蒸着後アニールに相当し得る、障壁層と負極との間に位置する正極:「正常構成」
障壁層の電気特性に応じて、正極集電体は、正極の蒸着前に作製されてもよい。つまり、副層に基づく障壁層は、正極が作製される部分において絶縁し、正極集電体は、正端子から正極に必要な電気的アクセスを形成するために、蒸着されてもよい。しかし、副層に基づく障壁層は、正極が蒸着される部分において導電性であり、付加的な不活性金属層(「伝導増強物」)が、任意で、障壁層の集電特性を増強するために障壁層と正極との間に蒸着されてもよい。
本発明の実施形態による「逆構成」の一例は、基板が金属基板である場合について、図3cにおいて図式的に示される。障壁層の電気特性に応じて、負極集電体は、負極の蒸着前に作製されてもよい。つまり、副層に基づく障壁層は、負極が作製される部分において絶縁し、負極集電体は、負極端子から負極に必要な電気的アクセスを形成するために、蒸着されてもよい。しかし、副層に基づく障壁層は、負極が蒸着される部分において導電性であり、付加的な不活性金属層(「伝導増強物」)が、任意で、障壁層の集電特性を増強するために障壁層と負極との間に蒸着されてもよい。
「逆構成」の例示的実施形態は、上に説明された。
基板と正極または負極との間の反応がない例示的実施形態において、それらの電極を有する基板には、直接的電気接触、または集電体を介した間接的電気接触がもたらされてもよい。しかしながら、金属基、ドープまたは非ドープのシリコンウエハー、あるいは金属高分子基板などの導電性の基板に関して、電気化学的に活性なセルがショートし、または強い漏電電流がもたらされることから、それらの電極のうちの一つのみが、基板との電気接触が可能になってもよい。この例示的アプローチは、例えば、電気化学的装置の二つの端子のうちの一つとして導電性の基板を都合良く使用するという利点を有する(図9参照)。
本発明は、電気化学的装置が少なくとも一つの電気化学的に活性なセルを、基板の片側上に有する実施形態を含んでもよい。例えば、実施形態の作製は、それぞれの電気化学的に活性なセルが、正極などの一定の電気化学的に活性なセル要素の層によって、例えば、基板の両側に同時に蒸着可能にする器具を使用して基板の両側に蒸着されることを含み、それは、次の電池要素層の作製を進める前に行なわれ、その次の電池要素層も、基板の両側に蒸着されることを含む。
本発明の目的で、「保護ケース」は、電気化学的装置を収容し、特定の実施形態においては、その装置を完全に包囲およびまたは全体的に収容してもよい、ポーチまたは密封金属缶などの、保護エンクロージャとして形成される。「保護カプセル」は、例えば、電気化学的装置または電気化学的装置に供給される一つ以上の個々の電気化学的に活性なセルに「キャップする」保護として形成される。キャップは、例えば、電気化学的に活性なセルに隣接する利用可能な基板部分または電気化学的装置の適切ないかなる基板部分に装着されてもよい。
LiCoO2正極またはLi4Ti5O12負極などの導電性の劣る電極材料は、電極の電気抵抗を小さく維持するだけでなく電極内のイオン拡散経路を最小化するために、AuまたはNiなどの十分導電性で不活性な裏面コンタクト(集電体)を必要とし、それは、電子経路およびイオン経路のz−パラメーター(厚さ)が最低限に抑えられる場合に達成される。この原理は、電子が好ましくは平坦または薄く(z−パラメーター)形成される、つまり、厚さ(z−パラメーター)と比べて最小化される長さ寸法(x−パラメーター)および幅寸法(y−パラメーター)を有するほとんどの電池において実施される。電極によっては、電子的にかつイオン的に優れた導電体であるため、上記理由により集電体を必要としない。しかしながら、それらは、負の金属Li負極のように化学的に非常に反応性があってもよいため、負のLi金属負極の場合に、Niなどの適切な不活性「ブリッジ」によって負端子などのその他の電池部分と好ましくは分離されてもよい。この「ブリッジ」は、導電性の劣る電極の場合の全裏面コンタクトとは対照的に、一つの角または端でのみ反応性で十分導電性の電子に接触してもよい。ブリッジは、反応性電極とその端子との間の不活性な媒体としての役割を果たし、集電特性を提供することから、「集電体」とも呼ばれてもよい。
Claims (117)
- a)第一の側面を有する、金属、高分子、またはドープ若しくは非ドープのシリコン材料の群から選択される基板と、
b)負の部分および正の部分を有する、該第一の側面上の第一の電気化学的に活性なセルであって、該負および正の部分は1つ以上の端子をさらに備える、第一の電気化学的に活性なセルと、
c)該第一の電気化学的に活性なセルを該基板から化学的に分離する該第一の側面上の第一の障壁層と
を備え、
d)該第一の障壁層は、複数の副層をさらに含む、電気化学的装置。 - 前記基板の前記第一の側面上に提供される複数の電気化学的に活性なセルをさらに備える、請求項1に記載の電気化学的装置。
- 前記第一の障壁層は、前記第一の電気化学的に活性なセルおよび前記基板に対して、化学的に不活性な材料を含み、該基板上に該第一の電気化学的に活性なセルの作製中および前記電気化学的装置の動作および保管の状態中に、該第一の電気化学的に活性なセルおよび該基板に対して拡散阻止するように構成されている、請求項1に記載の電気化学的装置。
- 前記副層は、電気的に導電性、電気的に絶縁性、または電気的に半導電性の材料の群から選択され、
a)前記第一の電気化学的に活性なセルの前記正の部分は、該第一の電気化学的に活性なセルの前記負の部分に電気接触せず、
b)該第一の電気化学的に活性なセルの該正の部分は、少なくとも正極、正極集電体、および正端子を備え、
c)該第一の電気化学的に活性なセルの前記負の部分は、少なくとも負極、負極集電体、および負端子を備える
請求項1に記載の電気化学的装置。 - 前記正極集電体は前記正端子を備える、請求項4に記載の電気化学的装置。
- 前記負極集電体は前記負端子を備える、請求項4に記載の電気化学的装置。
- 前記負極集電体は前記負極を備える、請求項4に記載の電気化学的装置。
- 前記負極集電体は、該負極集電体、前記負極、および前記負端子を備える、請求項4に記載の電気化学的装置。
- 前記副層は、同一の形状および面積サイズをそれぞれ備える、請求項1に記載の電気化学的装置。
- 前記副層の少なくとも1つは、前記複数の副層の別のものとは異なる形状および面積サイズを備える、請求項1に記載の電気化学的装置。
- 前記第一の障壁層は、前記第一の電気化学的に活性なセルの少なくとも前記正の部分が、前記基板から化学的に分離されるように、該基板を部分的にだけ被覆する、請求項1に記載の電気化学的装置。
- 前記第一の障壁層は、前記第一の電気化学的に活性なセルの少なくとも前記負の部分が、前記基板から化学的に分離されるように、該基板を部分的にだけ被覆する、請求項1に記載の電気化学的装置。
- 前記第一の障壁層は、0.01μmから1mmに及ぶ厚さを備える、請求項1に記載の電気化学的装置。
- 前記第一の障壁層は、0.1μmから100μmに及ぶ厚さを備える、請求項1に記載の電気化学的装置。
- 前記第一の障壁層は、0.5μmから5μmに及ぶ厚さを備える、請求項1に記載の電気化学的装置。
- 前記基板は、0.1μmから1cmに及ぶ厚さを備える、請求項1に記載の電気化学的装置。
- 前記基板は、1μmから1mmに及ぶ厚さを備える、請求項1に記載の電気化学的装置。
- 前記基板は、10μmから100μmに及ぶ厚さを備える、請求項1に記載の電気化学的装置。
- 前記副層は、
a)金属、半金属、合金、ホウ化物、炭化物、ダイヤモンド、ダイヤモンド状炭素、ケイ化物、窒化物、リン化物、酸化物、フッ化物、塩化物、臭化物、ヨウ化物の群から、
b)ホウ化物、炭化物、ケイ化物、窒化物、リン化物、酸化物、フッ化物、塩化物、臭化物、およびヨウ化物から成るいずれの多元化合物の群から、または、
c)高温安定性有機ポリマーおよび高温安定性シリコンの群から
選択される化合物を含む、請求項1に記載の電気化学的装置。 - 前記副層の少なくとも1つは、結晶性、ナノ結晶性、非晶質、若しくはガラス状の材料の単相、またはその多相混合物若しくは合成物を含む、請求項1に記載の電気化学的装置。
- 前記副層の少なくとも1つは、非晶質またはガラス状の材料の単相を含む、請求項1に記載の電気化学的装置。
- 前記第一の電気化学的に活性なセルは、リチウム金属負極電池、リチウムウイオン負極電池、および無リチウム負極電池の群から選択される電池を備える、請求項1に記載の電気化学的装置。
- 前記第一の電気化学的に活性なセルは、蒸着によって蒸着される正の薄膜正極を備え、該正の薄膜正極の厚さは200μm未満である、請求項22に記載の電気化学的装置。
- 前記第一の電気化学的に活性なセルは、非真空蒸着によって蒸着される正の薄膜正極を備え、該正の薄膜正極の厚さは200μm未満である、請求項22に記載の電気化学的装置。
- 前記正の薄膜正極は、少なくとも100Åのサイズを有する単結晶を含む、請求項23に記載の電気化学的装置。
- 前記正の薄膜正極は、少なくとも100Åのサイズを有する単結晶を含む、請求項24に記載の電気化学的装置。
- 前記第一の電気化学的に活性なセルは、100μm未満の厚さを有する薄膜で固体の電解質を備える、請求項1に記載の電気化学的装置。
- 前記第一の電気化学的に活性なセルは、リチウム金属、リチウムイオン負極、またはリチウムと金属間化合物を形成しない金属の群から選択され、前記薄膜の負極の厚さは200μm未満である、請求項1に記載の電気化学的装置。
- 前記第一の電気化学的に活性なセルは、保護カプセルをさらに備え、該保護カプセルは、周囲環境から、少なくとも機械的および化学的要因に対して該第一の電気化学的に活性なセルを保護するように構成されている、請求項1に記載の電気化学的装置。
- 前記保護ケースは、周囲環境から、少なくとも機械的および化学的要因に対して前記第一の電気化学的に活性なセルを保護するように構成されている、請求項1に記載の電気化学的装置。
- 前記カプセルは、前記第一の電気化学的に活性なセルの少なくとも1つの端子に、直接的な電気接触を可能にするように構成されている少なくとも1つの開口を有する、請求項29に記載の電気化学的装置。
- 前記保護ケースは、前記第一の電気化学的装置の少なくとも1つの端子への直接的な電気接触を可能にするように構成されている少なくとも1つの開口を有する、請求項30に記載の電気化学的装置。
- 前記電気化学的に活性なセルは、電解質をさらに備え、前記1つ以上の端子は、防湿層によって該電解質から分離されている、請求項31に記載の電気化学的装置。
- 前記電気化学的に活性なセルは、電解質をさらに備え、前記1つ以上の端子は、防湿層によって該電解質から分離されている、請求項32に記載の電気化学的装置。
- 前記防湿層は、湿気阻止特性を有する材料を含み、
a)金属、半金属、合金、ホウ化物、炭化物、ダイヤモンド、ダイヤモンド状炭素、ケイ化物、窒化物、リン化物、酸化物、フッ化物、塩化物、臭化物、ヨウ化物の群から、
b)ホウ化物、炭化物、ケイ化物、窒化物、リン化物、酸化物、フッ化物、塩化物、臭化物、およびヨウ化物から成る多元化合物の群から、または、
c)高温安定性有機ポリマーおよび高温安定性シリコンの群から
選択される、請求項33に記載の電気化学的装置。 - 前記防湿層は、結晶性、ナノ結晶性、非晶質、若しくはガラス状の材料の単相、またはその多相混合物若しくは合成物を備える、請求項33に記載の電気化学的装置。
- 前記防湿層は、湿気阻止特性を有する材料を含み、
a)金属、半金属、合金、ホウ化物、炭化物、ダイヤモンド、ダイヤモンド状炭素、ケイ化物、窒化物、リン化物、酸化物、フッ化物、塩化物、臭化物、ヨウ化物の群から、
b)ホウ化物、炭化物、ケイ化物、窒化物、リン化物、酸化物、フッ化物、塩化物、臭化物、およびヨウ化物から成るいずれかの多元化合物からなる群から、または、
c)高温安定性有機ポリマーおよび高温安定性シリコンの群から
選択される、請求項34に記載の電気化学的装置。 - 前記防湿層は、結晶性、ナノ結晶性、非晶質、若しくはガラス状の材料の単相、またはその多相混合物若しくは合成物を備える、請求項34に記載の電気化学的装置。
- 前記基板の第二の側面上に位置する第二の層をさらに備える、請求項1に記載の電気化学的装置。
- 前記第二の層は、
a)金属、半金属、合金、ホウ化物、炭化物、ダイヤモンド、ダイヤモンド状炭素、ケイ化物、窒化物、リン化物、酸化物、フッ化物、塩化物、臭化物、ヨウ化物の群から、
b)ホウ化物、炭化物、ケイ化物、窒化物、リン化物、酸化物、フッ化物、塩化物、臭化物、およびヨウ化物から成るいずれの多元化合物の群から、または、
c)高温安定性有機ポリマーおよび高温安定性シリコンの群から
選択される化合物を含む、請求項39に記載の電気化学的装置。 - a)第一の側面および第二の側面を有する、金属、高分子、またはドープ若しくは非ドープのシリコンの基板と、
b)正の部分、負の部分をさらに備える、該第一の側面上の第一の電気化学的に活性なセルであって、該部分はさらに1つ以上の端子をさらに備える、第一の電気化学的に活性なセルと、
c)該金属、高分子、またはドープ若しくは非ドープのシリコン基板から、該第一の電気化学的に活性なセルを化学的に分離する該第一の側面上の第一の障壁層と、
d)正の部分および負の部分をさらに備える、該第二の側面上の第二の電気化学的に活性なセルであって、該部分は1つ以上の端子をさらに備える、第二の電気化学的に活性なセルと、
e)該基板から、該第二の電気化学的に活性なセルを化学的に分離する該第二の側面上の第二の障壁層と
を備え、
f)該第一の障壁層は、複数の副層を含み、
g)該第二の障壁層は、複数の副層を含む、
電気化学的装置。 - 前記基板の前記第一の側面上に提供される複数の電気化学的に活性なセルをさらに備える、請求項41に記載の電気化学的装置。
- 前記基板の前記第二の側面上に提供される複数の電気化学的に活性なセルをさらに備える、請求項41に記載の電気化学的装置。
- 前記基板の両側面上の前記障壁層は、該基板から前記電気化学的に活性なセルを化学的に分離するように構成され、
(a)該基板の前記第一の側面上の前記第一の電気化学的に活性なセルに対して、および該基板に対して、化学的に不活性な材料を含む、前記第一の障壁層と、
(b)該基板の前記第二の側面上の前記第二の電気化学的に活性なセルに対して、および前記基板に対して、化学的に不活性な材料を含む、前記第二の障壁層と、
(c)該基板の該第一の側面上の該第一の電気化学的に活性なセル内の化学的要素に対して、拡散阻止特性をさらに含む、該第一の障壁層と、
(d)該基板の該第二の側面上の該第二の電気化学的に活性なセル内の化学的要素に対して、拡散阻止特性をさらに含む、該第二の障壁層と
をさらに備える、請求項41に記載の電気化学的装置。 - a)前記副層は、電気的に導電性、電気的に絶縁性、または電気的に半導電性の材料の群から選択され、
b)前記電気化学的に活性なセルの前記正の部分は、前記基板の両側面上の該電気化学的に活性なセルの前記負の部分に電気接触せず、
c)該電気化学的に活性なセルの該正の部分は、少なくとも正極、正極集電体、および正端子を備え、
d)該電気化学的に活性なセルの該負の部分は、少なくとも負極、負極集電体、および負端子を備える
請求項41に記載の電気化学的装置。 - 前記正極集電体は正端子を備える、請求項45に記載の電気化学的装置。
- 前記負極集電体は前記負端子を備える、請求項45に記載の電気化学的装置。
- 前記負極集電体は前記負極を備える、請求項45に記載の電気化学的装置。
- 前記負極集電体は、該負極集電体、前記負極、および前記負端子を備える、請求項45に記載の電気化学的装置。
- 前記副層は、同一の形状および面積サイズをそれぞれ備える、請求項41に記載の電気化学的装置。
- 前記副層の少なくとも1つは、前記複数の副層の別のものとは異なる形状および面積サイズを備える、請求項41に記載の電気化学的装置。
- 前記障壁層の少なくとも1つは、部分的にだけ前記基板を被覆し、前記電気化学的に活性なセルの少なくとも前記正の部分が、該基板から化学的に分離される、請求項41に記載の電気化学的装置。
- 前記障壁層の少なくとも1つは、部分的にだけ前記基板を被覆し、前記電気化学的に活性なセルの少なくとも前記負の部分が、該基板から化学的に分離される、請求項41に記載の電気化学的装置。
- 前記基板の両側面上の前記障壁層は、0.01μmから1mmに及ぶ厚さを備える、請求項41に記載の電気化学的装置。
- 前記基板の両側面上の前記障壁層は、0.1μmから100μmに及ぶ厚さを備える、請求項41に記載の電気化学的装置。
- 前記基板の両側面上の前記障壁層は、0.5μmから5μmに及ぶ厚さを備える、請求項41に記載の電気化学的装置。
- 前記基板は、0.1μmから1cmに及ぶ厚さを備える、請求項41に記載の電気化学的装置。
- 前記基板は、1μmから1mmに及ぶ厚さを備える、請求項41に記載の電気化学的装置。
- 前記基板は、10μmから100μmに及ぶ厚さを備える、請求項41に記載の電気化学的装置。
- 前記副層の少なくとも1つは、
a)金属、半金属、合金、ホウ化物、炭化物、ダイヤモンド、ダイヤモンド状炭素、ケイ化物、窒化物、リン化物、酸化物、フッ化物、塩化物、臭化物、ヨウ化物の群から、
b)ホウ化物、炭化物、ケイ化物、窒化物、リン化物、酸化物、フッ化物、塩化物、臭化物、およびヨウ化物から成るいずれの多元化合物の群から、または、
c)高温安定性有機ポリマーおよび高温安定性シリコンの群から
選択される化合物を含む、請求項41に記載の電気化学的装置。 - 前記副層の少なくとも1つは、結晶性、ナノ結晶性、非晶質、若しくはガラス状の材料の単相、またはその多相混合物若しくは合成物を含む、請求項41に記載の電気化学的装置。
- 前記副層の少なくとも1つは、非晶質またはガラス状の材料の単相を含む、請求項41に記載の電気化学的装置。
- 前記基板の両側面上の前記電気化学的に活性なセルは、リチウム金属負極電池、リチウムウイオン負極電池、および無リチウム負極電池の群から選択される電池を備える、請求項41に記載の電気化学的装置。
- 前記電気化学的に活性なセルは、蒸着または非真空蒸着によって蒸着される正の薄膜正極を備え、該正の薄膜正極は200μm未満の厚さを備える、請求項41に記載の電気化学的装置。
- 前記正の薄膜正極は、少なくとも100Åのサイズを有する単結晶を含む、請求項64に記載の電気化学的装置。
- 前記電気化学的に活性なセルは、100μm未満の厚さを有する薄膜で固体の電解質を備える、請求項41に記載の電気化学的装置。
- 前記電気化学的に活性なセルは、リチウム金属、リチウムイオン負極、またはリチウムと金属間化合物を形成しない金属の群から選択され、前記薄膜の負極は、200μm未満の厚さを備える、請求項41に記載の電気化学的装置。
- 前記電気化学的装置の前記電気化学的に活性なセルの各々は、保護カプセルまたは保護ケースを備えており、該カプセルまたは該ケースは、周囲環境における少なくとも機械的および化学的要因から、該電気化学的装置の該電気化学的に活性なセルを保護するように構成されている、請求項41に記載の電気化学的装置。
- 前記カプセルまたは前記ケースは、前記電気化学的に活性なセルの各々の少なくとも1つの端子に、直接的な電気接触を可能にするように構成されている少なくとも1つの開口を有する、請求項68に記載の電気化学的装置。
- 前記電気化学的に活性なセルは、電解質をさらに備えており、前記端子は、前記カプセルにおける開口によって外部にアクセス可能であり、防湿層によって該電解質から分離される、請求項69に記載の電気化学的装置。
- 前記防湿層は、湿気阻止特性を有する材料を含み、
a)金属、半金属、合金、ホウ化物、炭化物、ダイヤモンド、ダイヤモンド状炭素、ケイ化物、窒化物、リン化物、酸化物、フッ化物、塩化物、臭化物、ヨウ化物の群から、
b)ホウ化物、炭化物、ケイ化物、窒化物、リン化物、酸化物、フッ化物、塩化物、臭化物、およびヨウ化物から成る多元化合物の群から、または、
c)高温安定性有機ポリマーおよび高温安定性シリコンの群から
選択される、請求項70に記載の電気化学的装置。 - 前記防湿層は、結晶性、ナノ結晶性、非晶質、若しくはガラス状の材料の単相、またはその多相混合物若しくは合成物を備える、請求項70に記載の電気化学的装置。
- 電気化学的装置を作製する方法であって、
(a)第一の側面を有する、金属、高分子、またはシリコンの基板を提供することと、
(b)該第一の側面上に、第一の障壁層を蒸着することと、
(c)正の部分および負の部分を備える第一の電気化学的に活性なセルを作製することであって、該正および負の部分は、1つ以上の端子をさらに備え、前記セルは、該第一の障壁層の上の該第一の側面上に位置し、該障壁層は、該第一の電気化学的に活性なセルを前記基板から化学的に分離することと、
(d)複数の化学的に異なる副層から該第一の障壁層を作製することと
を含む、方法。 - 前記基板の前記第一の側面上に複数の電気化学的に活性なセルを提供することをさらに備える、請求項73に記載の方法。
- a)電気的に導電性、電気的に絶縁性、または電気的に半導電性の材料の群から、前記副層を選択することと、
b)前記第一の電気化学的に活性なセルの前記正の部分を、該第一の電気化学的に活性なセルの前記負の部分に電気的に接触しないようにすることと、
c)該第一の電気化学的に活性なセルの該正の部分上に、正極、正極集電体、および正端子を備えることと、
d)該第一の電気化学的に活性なセルの前記負の部分上に、負極、負極集電体、および負端子を提供することと
をさらに含む、請求項73に記載の方法。 - 前記正極集電体を前記正端子として提供することをさらに含む、請求項75に記載の方法。
- 前記負極集電体を前記負端子として提供することをさらに含む、請求項75に記載の方法。
- 前記負極集電体を前記負極として提供することをさらに含む、請求項75に記載の方法。
- 前記負極集電体を、該負極集電体、前記負極、および前記負端子として提供することをさらに含む、請求項75に記載の方法。
- 前記副層に、同一の形状および面積サイズを備える各副層を提供することをさらに含む、請求項73に記載の方法。
- 前記複数の副層の別のものとは異なる形状および面積サイズを備える、少なくとも1つの前記副層を提供することをさらに含む、請求項73に記載の方法。
- 前記第一の電気化学的に活性なセルの少なくとも前記正の部分が、前記基板から化学的に分離されるように、前記第一の障壁層で該基板を部分的にだけ被覆することをさらに含む、請求項73に記載の方法。
- 前記第一の電気化学的に活性なセルの少なくとも前記負の部分が、前記基板から化学的に分離されるように、該基板を部分的にだけ被覆する前記第一の障壁層を提供することをさらに含む、請求項73に記載の方法。
- a)金属、半金属、合金、ホウ化物、炭化物、ダイヤモンド、ダイヤモンド状炭素、ケイ化物、窒化物、リン化物、酸化物、フッ化物、塩化物、臭化物、ヨウ化物の群から、
b)ホウ化物、炭化物、ケイ化物、窒化物、リン化物、酸化物、フッ化物、塩化物、臭化物、およびヨウ化物から成るいずれかの多元化合物の群から、または、高温安定性有機ポリマーおよび高温安定性シリコンの群から
選択される化合物から前記副層を作製することをさらに含む、請求項73に記載の方法。 - 結晶性、ナノ結晶性、非晶質、若しくはガラス状の材料の単相、またはその多相混合物若しくは合成物から、前記副層を作製することをさらに含む、請求項73に記載の方法。
- 非晶質またはガラス状の材料の単相から、前記副層を作製することをさらに含む、請求項73に記載の方法。
- 正極が少なくとも100Åのサイズを有する結晶を備えるように、100℃から前記基板の融点までの間における現場(in−situ)または現場外(ex−situ)の温度プロセスによって、前記第一の電気化学的なセル上に該正極を作製することをさらに含む、請求項73に記載の方法。
- 保護カプセルまたは保護ケースを提供することによって、周囲環境からの少なくとも機械的および化学的要因に対して、前記第一の電気化学的に活性なセルまたは前記電気化学的装置をそれぞれ保護することをさらに含む、請求項73に記載の方法。
- 前記第一の電気化学的に活性なセルの前記1つ以上の端子に対して、直接的に電気接触を可能にする少なくとも1つの開口を有する、前記カプセルまたは前記ケースを作製することをさらに含む、請求項88に記載の方法。
- 1つの前記電気化学的に活性なセルにおいて電解質を提供することと、防湿層によって前記1つ以上の端子から該電解質を分離することとをさらに含む、請求項89に記載の方法。
- 湿気阻止特性を有する材料から前記防湿層を作製することと、
a)金属、半金属、合金、ホウ化物、炭化物、ダイヤモンド、ダイヤモンド状炭素、ケイ化物、窒化物、リン化物、酸化物、フッ化物、塩化物、臭化物、ヨウ化物の群から、
b)ホウ化物、炭化物、ケイ化物、窒化物、リン化物、酸化物、フッ化物、塩化物、臭化物、およびヨウ化物から成る多元化合物の群から、または、
c)高温安定性有機ポリマーおよび高温安定性シリコンの群から、
化合物を該防湿層のために選択することとをさらに含む、請求項90に記載の方法。 - 結晶性、ナノ結晶性、非晶質、若しくはガラス状の材料の単相、またはその多相混合物若しくは合成物から、前記防湿層を作製することをさらに含む、請求項90に記載の方法。
- 前記第一の電気化学的に活性なセルの作製前に、前記基板および該基板の前記第一の側面上の該第一の電気化学的に活性なセルを、周囲環境から化学的に保護する目的で、該基板の第二の側面上に第二の層を蒸着することと、周囲環境からの汚染物質の拡散を阻止することによって、該第一の電気化学的に活性なセルを化学的に保護することとをさらに含む、請求項73に記載の方法。
- a)金属、半金属、合金、ホウ化物、炭化物、ダイヤモンド、ダイヤモンド状炭素、ケイ化物、窒化物、リン化物、酸化物、フッ化物、塩化物、臭化物、ヨウ化物の群から、
b)ホウ化物、炭化物、ケイ化物、窒化物、リン化物、酸化物、フッ化物、塩化物、臭化物、およびヨウ化物から成るいずれかの多元化合物からなる群から、または、
c)高温安定性有機ポリマーおよび高温安定性シリコンの群から
選択される化合物から、前記第二の層を作製することをさらに含む、請求項93に記載の方法。 - 100℃から前記基板の融点までの間の現場(in−situ)または現場外(ex−situ)の温度プロセスによって、前記第一の障壁層および前記第二の層を熱的に緩和することであって、該現場外(ex−situ)温度プロセスは、該第一の障壁層および該第二の層の蒸着の後に、該温度プロセスを適用することをさらに含む、請求項93に記載の方法。
- 電気化学的装置を作製する方法であって、
(a)第一の側面および第二の側面を有する、金属、高分子、またはドープ若しくは非ドープのシリコン基板を提供することと、
(b)該第一の側面に第一の障壁層を蒸着することと、
(c)該第二の側面に第二の障壁層を蒸着することと、
(d)該基板から前記第一の電気化学的に活性なセルを化学的に分離する、該第一の障壁層の上の該第一の側面上に該第一の電気化学的に活性なセルを作製することと、
(e)該基板から前記第二の電気化学的に活性なセルを化学的に分離する、該第二の障壁層の上の該第二の側面上に該第二の電気化学的に活性なセルを作製することと、
(f)複数の化学的に異なる副層から該第一の障壁層を構成することと、
(g)複数の化学的に異なる副層から該第二の障壁層を構成することと
を含む、方法。 - 前記基板の前記第一の側面上の複数の前記電気化学的に活性なセルを提供することをさらに含む、請求項96に記載の方法。
- 前記基板の前記第二の側面上の複数の前記電気化学的に活性なセルを提供することをさらに含む、請求項96に記載の方法。
- a)電気的に導電性、電気的に絶縁性、または電気的に半導電性の材料の群から、前記副層を選択することと、
b)前記基板の両側面上の、該電気化学的に活性なセルの正の部分と、電気化学的に活性なセルの負の部分との前記電気接触を回避することと、
c)該電気化学的に活性なセルの該正の部分上に、正極、正極集電体、および正端子を提供することと、
d)該電気化学的に活性なセルの該負の部分上に、負極、負極集電体、および負端子を提供することと
をさらに含む、請求項96に記載の方法。 - 前記正極集電体を前記正端子として提供することをさらに含む、請求項99に記載の方法。
- 前記負極集電体を前記負端子として提供することをさらに含む、請求項99に記載の方法。
- 前記負極集電体を前記負極として提供することをさらに含む、請求項99に記載の方法。
- 前記負極集電体を、該負極集電体、前記負極、および前記負端子として提供することをさらに含む、請求項99に記載の方法。
- 同一の形状および面積サイズを備える前記副層を提供することをさらに含む、請求項96に記載の方法。
- 前記複数の副層の別のものとは異なる形状および面積サイズを備える、前記副層の少なくとも1つを提供することをさらに含む、請求項96に記載の方法。
- 前記障壁層の少なくとも1つで前記基板を部分的にだけ被覆することであって、前記電気化学的に活性なセルの少なくとも前記正の部分が、該基板から化学的に分離されることをさらに含む、請求項96に記載の方法。
- 前記障壁層の少なくとも1つで前記基板を部分的にだけ被覆することであって、前記電気化学的に活性なセルの少なくとも前記正の部分が、該基板から化学的に分離されることをさらに含む、請求項96に記載の方法。
- a)金属、半金属、合金、ホウ化物、炭化物、ダイヤモンド、ダイヤモンド状炭素、ケイ化物、窒化物、リン化物、酸化物、フッ化物、塩化物、臭化物、ヨウ化物の群から、
b)ホウ化物、炭化物、ケイ化物、窒化物、リン化物、酸化物、フッ化物、塩化物、臭化物、およびヨウ化物から成るいずれかの多元化合物の群から、または、
c)高温安定性有機ポリマーおよび高温安定性シリコンの群から
選択される化合物から、前記基板の両側面上の前記副層を作製することをさらに含む、請求項96に記載の方法。 - 結晶性、ナノ結晶性、非晶質、若しくはガラス状の材料の単相、またはその多相混合物若しくは合成物から、前記副層を作製することをさらに含む、請求項96に記載の方法。
- 非晶質またはガラス状の材料の単相から、前記副層を作製することをさらに含む、請求項96に記載の方法。
- 100℃から前記基板の融点までの間の現場(in−situ)または現場外(ex−situ)の温度プロセスによって、前記第一の障壁層および前記第二の障壁層を熱的に緩和することであって、該現場外(ex−situ)温度プロセスは、該第一の障壁層および該第二の層の前記蒸着の後に、適用されることをさらに含む、請求項96に記載の方法。
- 少なくとも100Åのサイズを有する結晶を備える正極を提供するために、100℃から前記基板の融点までの間の現場(in−situ)または現場外(ex−situ)の温度プロセスによって、前記電気化学的なセルの該正極を作製することをさらに含む、請求項96に記載の方法。
- 周囲環境からの少なくとも機械的および化学的要因に対して、前記電気化学的に活性なセルまたは前記電気化学的装置の各々を保護する保護カプセルまたは保護ケースを有する、該電気化学的に活性なセルまたは該電気化学的装置の各々を作製することをさらに含む、請求項96に記載の方法。
- 前記電気化学的に活性なセルの各々の前記端子の少なくとも1つに対して、直接的な電気接触を可能にする、前記カプセルまたは前記ケース毎に少なくとも1つの開口を有する、該カプセルまたは該ケースを作製することをさらに含む、請求項113に記載の方法。
- 前記電気化学的に活性なセルにおいて電解質を提供することと、防湿層によって前記端子から該電解質を分離することとをさらに含む、請求項114に記載の方法。
- 湿気阻止特性を有し、
a)金属、半金属、合金、ホウ化物、炭化物、ダイヤモンド、ダイヤモンド状炭素、ケイ化物、窒化物、リン化物、酸化物、フッ化物、塩化物、臭化物、ヨウ化物の群から、
b)ホウ化物、炭化物、ケイ化物、窒化物、リン化物、酸化物、フッ化物、塩化物、臭化物、およびヨウ化物から成る多元化合物の群から、または、
c)高温安定性有機ポリマーおよび高温安定性シリコンの群から
選択される化合物を備える材料から、前記防湿層を作製することをさらに含む、請求項115に記載の方法。 - 結晶性、ナノ結晶性、非晶質、若しくはガラス状の材料の単相、またはその多相混合物若しくは合成物から、前記防湿層を作製することをさらに含む、請求項115に記載の方法。
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