JP2023057545A - 固体電解質電池 - Google Patents

Abstract

【課題】改善された電池を提供すること。
【解決手段】本発明は、支持体（１）の第１の面（１１）の上に連続して積層されて、積層方向に、少なくとも、
－ 下面（３２）、上面（３３）および下面（３２）から上面（３３）に積層方向に向けられる側壁（３１）を備えるカソード（３）と、
－ 固体電解質（４）と、
－ アノード（５）とを備える、電池において、
カソード（３）の上面（３３）を覆わずに、カソード（３）の側壁（３１）の全てを取り囲み、かつそれと接触した被覆部分を備えることを特徴とする、電池に関する。
【選択図】図１０

Description

本発明は、電気化学的にエネルギーを貯蔵する分野において、電気化学デバイスの分野に関する。これは、サイズが小さい、すなわち１０ｃｍ^２より小さく、さらには１ｃｍ^２より小さい、有利にはマイクロ電池型の、固体電池状電解質デバイスに関する。

本発明は、マイクロ電子デバイスを製造することに有利な応用を有する。マイクロ電子デバイスによって、これは、マイクロ電子手段で作られる任意の種類のデバイスを意味する。加えて、特にこれらのデバイスには、純粋に電子目的のデバイス、微小機械または電気機械デバイス（ＭＥＭＳ、ＮＥＭＳ等）の他に光学または光電子デバイス（ＭＯＥＭＳ等）を含む。

マイクロ電池は、電気絶縁体（電解質）によって分離される２つの電極（正および負、それぞれカソードおよびアノードとも呼ばれる）から構成される電気化学デバイスである。

固体マイクロ電池は、現状技術によれば、以下の特徴を備える電池であるとして定義される：
－ 全ての活性層（すなわち正極、電解質、負極）が無機性の、固体状態の材料だけから作られており、典型的に、これは、標準的な電池の場合のように高分子、液状またはゲル状材料から作られている電解質がなく高分子バインダを含有する電極材料からでもないことを意味する。
－ 全ての活性層（すなわち正極、電解質および負極）の個々の厚さが５０μｍより小さい。加えて、電解質厚さは通常５μｍより小さい。標準的な電池では、これらの層の各々の厚さは通常１００μｍより大きい。
－ マイクロ電池の表面積は略１ｍｍ^２～１０ｃｍ^２間である。

モバイルデバイス（接続物体、医療用インプラント等）の小型化は、十分な量のエネルギーを貯蔵することが可能な小型のエネルギー源（特に数ｍｍ^２）を生産することができることを伴う。電池の容量は、化学式ＬｉＣｏＯ_２の、しばしばＬｉｃｏまたはＬＣＯと略される、リチウム化コバルト酸化物から典型的に作られる、正極の体積に正比例する。

図１が図示するように、典型的にマイクロ電池スタックを例示する、マイクロ電池の従来の製造において、スタックは、第１の集電体２の、第１の電極３の、電解質４（またはイオン伝導体）の、第２の電極５の、および第２の集電体６（再配電線の形態をとることができる）の支持体１への連続した堆積によって作られる。カプセル化が、１つもしくは複数の追加の保護層１６の堆積を介して、またはキャップの移載によって、システムを酸素および水蒸気との化学反応性から保護するためにしばしば必要である。集電体２、６は接点再接続部分を各々有しており、マイクロ電池の電気的接続のためにそのスタックの外側を通してアクセス可能であり続ける。保護層１６におけるキャビティ１６１が、第２の集電体６に対応して、アノード５に到達できる。

電解質４を通って２つの電極３、５間での１つまたは複数のイオンの移動が、エネルギーを貯蔵することか外部回路に搬送することかを可能にする。

そのような構造の製造は現在、有意なカソード厚さが求められるときに特に、欠陥を生じさせており、この厚さが電池の容量を直接左右する限り、しばしば当てはまることである。しかしながら、カソードの表面の有意な粗さが観察されており、しかも、その厚さが大きいことよりも観察されている。例えば、Ｌｉｃｏは、粒状表面を伴う極めて柱状の構造を有する。

一般に、かつカソードの表面の粗さの問題とは独立して、有意なカソード厚さを求めることは、製造困難性および構造的不利点を誘発する。

本発明の目的は、そのため、改善された電池およびその製造のための方法を提案することである。

本発明の他の目的、特徴および利点は、以下の説明および添付図面を検討した上で明らかであろう。他の利点を組み込むことができることが理解される。

この目標を達成するために、一実施形態によれば、支持体の第１の面の上に連続して積層されて、積層方向に、少なくとも、
－ 下面、上面および下面から上面に積層方向に向けられる側壁を備える１つのカソードと、
－ １つの固体電解質と、
－ １つのアノードとを備える、電池が提供される。

有利には、電池は、カソードの上面を覆わずに、カソードの側壁の全てを取り囲み、かつそれと接触した被覆部分を備える。

被覆部分によって、カソードは埋設される、すなわちそれを取り囲む要素によって包囲される。この配置は、以下の利点の少なくとも１つを誘発する。

カソードの機械的強度は、被覆部分によって、それが有する横補強によって増加させることができ、これは、特に、例えばカソードの上面が、その表面状態を改善するために、例えば研磨によって、機械加工される場合、製造段階中に有用であることができ、この補強は、有意なカソード厚さが到達されるときに特に、支持体へのカソードの維持を増強させるために、製造後にも有用であり得る。

任意選択で、被覆部分は、カソードの上面を覆う被覆層の堆積に続いて、カソードの上面を覆う被覆層の部分の、機械的作用を含む、除去後に得ることができる。

被覆部分の別の潜在的な関心は、１つの同じレベルに位置するカソードの上面の周辺区域を有することであり、被覆部分が上面と同じ高さであり、したがって他の層の堆積区域が有され（特に、限定的でないが、電解質およびアノード）、カソードがそれを取り囲む区域に対して起伏を有する場合に該当するであろうくぼんだ堆積表面よりも与える製造制約が少なく、可能性によれば、被覆部分の上面の少なくとも一部が、平坦なアセンブリを形成するように、平坦でありかつカソードの上面と連続しており、好ましくは積層方向に垂直に向けられており、このアセンブリの表面は、電池を作る以降の層の堆積に特に有利である。

別の態様は、基板の第１の面に、積層方向に、少なくとも、
－ 下面、上面および下面から上面に積層方向に向けられる側壁を備える１つのカソードと、
－ １つの電解質と、
－ １つのアノードとを連続して備えるスタックの形成を含み、
カソードの上面を覆わずに、カソードの側壁の全てを取り囲み、かつそれと接触した被覆部分の形成をさらに含む、電池を製造するための方法に関する。

別の態様は、複数の電池を備えるシステムにも関する。同電池は、並置および／または重畳できる。

別の態様は、少なくとも１つの電池を備えるマイクロ電子デバイスである。

本発明の目的、目標、ならびに特徴および利点は、以下の添付図面によって例示される、本発明の一実施形態の詳細な説明から最もよく明らかになるであろう。

現状技術に係る固体電解質電池を形成する電気化学デバイスのスタックの一例を表す。 一実施形態に係る電池を作る一連のステップを有する。 一実施形態に係る電池を作る一連のステップを有する。 一実施形態に係る電池を作る一連のステップを有する。 一実施形態に係る電池を作る一連のステップを有する。 一実施形態に係る電池を作る一連のステップを有する。 一実施形態に係る電池を作る一連のステップを有する。 一実施形態に係る電池を作る一連のステップを有する。 一実施形態に係る電池を作る一連のステップを有する。 一実施形態に係る電池を作る一連のステップを有する。 一実施形態に係る電池を作る一連のステップを有する。 一実施形態に係る電池を作る一連のステップを有する。 一実施形態に係る電池を作る一連のステップを有する。 電池システムの一例を有しており、電池が重畳されている。 電池を作るステップの別の続きを有する。 電池を作るステップの別の続きを有する。 電池を作るステップの別の続きを有する。 電池を作るステップの別の続きを有する。 電池スタックの一例を有しており、電池が重畳されている。 平板における、複数の電池の形成の一例を図示する。 電池重畳構成における電池のレベルの例を有する。 電池重畳構成における電池のレベルの例を有する。 電池重畳構成における電池のレベルの例を有する。

図面は、例として与えられており、本発明を限定しているわけではない。それらは、本発明の理解を容易にすると意図される原理概略図を構成しており、必ずしも実際的応用の縮尺にあるわけではない。特に、厚さは、必ずしも現実を表しているわけではない。

本発明の実施形態の詳細な検討を始める前に、以下に、任意選択で併せてまたは代替的に使用できる任意選択の特徴を述べる。
－ 一例によれば、カソード３の上面３３は平坦であり、そして被覆部分は、カソード３の上面３３と連続した少なくとも１つの平坦部分を有する上面７１を備える。
－ 一例によれば、被覆部分は、第１の材料から作られる主部分７２および第１の材料と異なる第２の材料から作られる接触被覆７３であって、カソード３の側壁３１と接触しかつ主部分７２とカソード３の側壁３１との間に設けられる、接触被覆７３を備える。
－ 一例によれば、少なくとも１つの電気的接続要素９が被覆部分を通って交差しかつ被覆部分の上面７１に至る。
－ 一例によれば、少なくとも１つの電気的接続要素９は、導電性材料から、特にはんだ付け材料から、または電気分解によって析出可能である、特に銅ベースの材料、もしくはまたアルミニウム端子のように、その支持体に溶接可能である材料からも作られる少なくとも１つの端子９２を備える。
－ 一例によれば、少なくとも１つの電気的接続要素９は、第１の面１１の反対側の、支持体１の第２の面１２に至る。
－ 一例によれば、カソード３と導通した第１の集電体２、アノード５と導通した第２の集電体６、および少なくとも１つの電気的接続要素９は、第１の集電体２に接続される少なくとも１つの第１の電気的接続要素９および第２の集電体６に接続される少なくとも１つの第２の電気的接続要素９を備える。
－ 本発明は、複数の上記したような電池を備えるシステムにも関する。
－ 少なくとも２つの電池が任意選択で重畳される。
－ 電池のうちの１つの少なくとも１つの電気的接続要素９が電池のうちの少なくとも１つの他の電気的接続要素９と導通している。
－ 上記方法の可能な一態様によれば、被覆部分の形成は、
○カソード３を完全に覆うような被覆層の形成と、
○カソード３の上面３３を露出させるまでの被覆層の薄化であって、少なくとも１つの研磨段階を含む、薄化とを含む。
－ 被覆層の形成は、カソード３上の、かつそれと接触した第１の材料から作られる被覆層８の形成、次いで被覆層８上の、かつそれと接触した、第１の材料と異なる第２の材料から作られる主層７の形成を含む。
－ 第１の材料は、第２の材料より研磨に対して機械耐性があるように選ばれる。
－ 研磨は、被覆層８を研磨停止層として使用することによって、主層７に適用される。
－ カソード３の上面３３を露出させるために、研磨後に、被覆層８のエッチングが含まれる。
－ 研磨は、カソード３の上面３３を露出させるまで適用される。
－ 任意選択で、上記方法は、少なくとも１つの電気的接続要素９の形成を含み、そして研磨は、被覆部分の上面３３に少なくとも１つの電気的接続要素９を露出させるように構成される。
－ 任意選択で、上記方法は、第１の面１１の反対側の支持体１の第２の面１２による支持体１の薄化であって、支持体１の第２の面１２に少なくとも１つの電気的接続要素９を露出させるように構成される、薄化を含む。

本発明の範囲において、用語「上に（ｏｎ）」または「の上に（ａｂｏｖｅ）」が「と接触した」を強制的に意味するわけではないことが明記される。したがって、例えば、別の層上への層の堆積が、２つの層が互いと直接接触していることを強制的に意味するわけではなく、これは、層の一方が、他方と直接接触していることによってか、膜または同様に別の層もしくは別の要素によってそれから分離されることによってか、他方を少なくとも部分的に覆うことを意味する。しかしながら、第１の集電体の、第１の電極の、電解質、第２の電極の、および第２の集電体の層は、好ましくは連続した接触面で積層される。層は、必ずしも下にある部分の全面を覆うわけではない。

さらに、層は、１つの同じ材料からまたは異なる材料から作られる幾つかの副層から構成できる。

材料Ｍに「基づく」基板、要素、層その他によって、この材料Ｍだけ、またはこの材料Ｍおよび任意選択で他の材料、例えば合金元素、不純物もしくはドーピング元素を含む基板、要素、層を意味する。必要であれば、材料Ｍは種々の化学量を有することができる。

本発明の範囲において、層のまたは基板の厚さは、この層またはこの基板がその最大伸張を有する表面に垂直な方向に測定されることが明記される。電気化学デバイスのスタックは、この方向に行われる。横方向は、基板の厚さに垂直に向けられるように広がる。

本発明のデバイスの或る部分が電気機能を有することができる。一部は、導電性のためにかつ電極、集電体または均等物によって使用され、これは、所望の機能を達成するために、適用において、十分な導電率を有する少なくとも１つの材料から形成される要素を意味する。反対に、電気または誘電絶縁体によって、これは、適用において、電気絶縁機能を保証する材料を意味する。

電池によって、これは、電気エネルギーを貯蔵および放出するための要素を意味し、それは、カソード、固体電解質およびアノードと共に、部品のスタックを備える。この電池は、例えば、カソードと電解質との間の接触面が、積層方向の投影において、１ｃｍ^２、さらには２０ｍｍ^２またはさらには１０ｍｍ^２より小さい場合、マイクロ電池と称されるような縮小サイズであることができる。

全て本発明によるか否かを問わず、電池アセンブリを作ることができる。特に、それらの層の積層方向に電池を重畳することによってである。或る導電要素は、所与の電池を通って、アセンブリの少なくとも１つの他の電池を電気接続する役割をすることができる。

実施形態の詳細を提供する前に、特に例示に基づいて、本発明の態様に関する一般注釈が以下に述べられる。

被覆部分は、幾つかの下位部分から作ることができる。例えば、それは、カソードと直接接触していると意図される、ここで接触被覆部分とも呼ばれる、下位部分を備える。これは限定的でなく、それは、被覆部分の残りより薄くなることができる。好ましくは、この下位部分は、カソードの輪郭を非常に一様に成形するために、材料に従う堆積に由来する。被覆部分は、支持体の第１の面にわたって広がることができる。

被覆部分は、主部分を相補的に備えることができ、被覆部分から横に広がる。この部分は、その他より大きくなることができ、特に、カソードの厚さと同一の高さにわたって、カソードを取り囲む全体積を満たすことができる。それは、所望の最終厚さより大きい厚さにわたる、被覆層の「固体板」形成からであることができる。

別の可能性によれば、被覆部分は、例えば支持体の表面におよびカソードに連続して形成される幾つかの層から、３つ以上の部分を備える。

しかし、被覆部分は、特に被覆層を形成する単一ステップから、単一材料から作られる部分から形成されるだけであることもできる。

したがって、被覆層が由来する被覆層は、たとえカソードがもはや全く露出されなくても、カソード全体を覆う。しかしながら、これは、被覆部分を作成するために最初に形成される全ての層がカソードの全面を覆うことを必ずしも意味するわけではない。特に、接触被覆部分の形成層は、カソードの上面の全起伏を吸収しないよう十分に薄くなることができ、カソードは、この製造段階では有意な粗さを有することができる。この段階でカソード材料隆起が被覆層から突出して存在することがあり得る。被覆層は、この区域を強化して、後に続くことになる研磨を待つ役割することができる。したがって、隆起は、それらの基部が破壊されずに、それらの上部が徐々に取り除かれるであろう。

代替的に、接触被覆層は、この面の起伏の要素が露出されたままでないようにカソードの上面を覆うことができ、この場合にさえ、被覆層は、それが成形するこの起伏に対して、研磨のために評価できる機械的補強である。

電気的接続要素９は構造全体から延びて、２点間で電気を伝導するように構成される。例示される構造は単に例である。より一般に、これらの要素は、一部には、少なくとも１つの電池の、好ましくは第１の集電体を介して、カソードを電気接続する役割をすることができる。他には、少なくとも１つの電池の、好ましくは第２の集電体を介して、アノードを電気接続すると意図される。これらの要素は、好ましくは積層方向に向けられる主寸法を有する。

１つまたは複数の電池をそれらの環境から絶縁するために密封構造が有利にも形成される。それは、好ましくはスタックの周囲に密閉枠を形成する。この構造は、それぞれ第１の電池におよび第２の電池に、互いに向き合う面で、各々形成される２つの密封要素を組み付けることによって形成できる。

図２～図１３は、本発明に係る電池に到達することを可能にする連続したステップの第１の例を例示する。

支持体１が開始要素を形成する。それは、半導電性材料、特にシリコンから作られる平板であることができる。しかしながら、他の基板が可能であり、例えばガラスから作られる。その上、特に支持体が導電性材料から作られる基部を備える場合、それは、シリコン支持体基部１のための、電気絶縁材料から、典型的に二酸化ケイ素から作られる表層を備えることができる。

支持体１は、スタックにおける、電池の複数の部品の生産を可能にすることになる。本説明において以下に別途処置されない限り、これらの部品の形成は、所望の部品パターンを得るために層堆積フォトリソグラフィおよびエッチングステップを実装できる。典型的に、スタックの層の堆積のために、物理蒸着（ＰＶＤ）技術を使用できる。

支持体の第１の面１１が第１の集電体２を支える。集電体２は、その電極、ここではカソード３に、これらの２つの部分間の導通を確立するように接続され、この集電体は、一般にカソード３を越えて横に、カプセル化デバイスから外へ延びる。

一例として、第１の集電体２は、少なくとも１つの、例えばチタンおよび／またはプラチナベースの、金属層を備える。特に、それは、最初の二酸化チタン薄層に続いてプラチナ層を備えることができる。

スタックは、カソード３の形成に続く。

第１の電極３の材料はＬｉＣｏＯ_２であることができる（上に示した通り）。さらに、以下に、第１の電極３のために同様に使用できる材料の例が挙げられる：Ｖ_２Ｏ_５、ＴｉＳ_２、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４、ＮａＭｎＯ_２、ＮａＣｏＯ_２。カソード３のパターンの形成後、これは、一般に焼なましを受ける。

好ましくは、カソード３の厚さは１０μｍ以上、さらには２０μｍ以上である。任意選択で、この厚さは７０μｍ以下であることができる。その後、実装される構造および／または製造準備により本発明によって、そのような有意な厚さを達成できることが分かるであろう。このステップで、カソード３が基板１の第１の面１１の上に有意な上昇を潜在的に表すことが留意されるであろう。それは、好ましくは電池の部品のスタックの方向（典型的に支持体１の厚さの次元）に延びる側壁３１、第１の集電体２と接触した下面３２、および下面３２の反対側の上面３３を備える。上面３３は、有利には積層方向に垂直な平面に沿って平坦である。

通常、製造は、カソード３の上に直接の電解質の実装に続くことになる。しかしながら、図３が図示するように、ここでカソード３の被覆部分を予め形成することが提案される。

これを達成するために、図３の実施形態において、それは、カソード３を完全に覆うように構成される接触被覆層８を形成することによって開始される。しかしながら、層８の形成が必須でないことが留意されなければならない。実際、被覆部分は、このステップに訴えずに作ることができる。

層８は、カソード３の側壁３１を覆う側部８１、カソード３の上面３３を覆う上部８２、および支持体の面１１の上に設けられる基部８３を有する。

しかしながら、上に示したように、粗さ、特に上面３３の起伏の隆起が接触被覆層８を越えて突出したままであることがあり得る。好ましくは、被覆層８は、支持体の面１１の残りも覆う。この層は、鉱物性でありえ、例えばＴＥＯＳ（テトラエチルオルトシリケート）、ＳｉＮ、ＳｉＯＮから作られる、または有機性である（例えば、パリレンなど、感光性であるか否かを問わずポリマーである）ことができる。接触被覆層８は、例えば上に挙げた例に従って、異なる材料の幾つかの副層から形成できる。被覆層８の厚さは２００ナノメートル以上かつ／または１０μｍ以下であることができる。

被覆層８の第１の潜在的な関心は、以下に詳細に記載される、研磨を含む後の薄化段階の停止層としての役割をすることである。代替的に、または相補的に、この層８は、カソード３の材料、典型的にＬｉｃｏからの粒子の離脱を回避するために保護役を有することができる。

上に示したように、カソード３の材料は、特にカソードが厚いときに、その露出面に、概して尖りの形態の不規則性を有することがある。本発明の非限定的な一態様によれば、層８は、主被覆層７の薄化中に尖りを維持する役割をする。特に、層８の厚さは、尖りの最大高さより小さくなることができ、例えば、尖りの最大高さの３０％と７５％との間を表すことができる。この場合、これらの尖りは、層８を越えて突出し、次いで層７によって覆われる。それらは、それらをそれらの基部で離脱させずに、尖りから突出する端部の消耗にも至る層７の薄化中に層８によって横に維持される。たとえ尖りの基部が存在しても、カソード３の起伏はそれから明らかに低減される。

一可能性によれば、電池のスタックの形成と平行して、電気的接続要素９を作る少なくとも幾つかのステップが実施される。それは図４が反映するものであり、１つまたは複数のキャビティ１３が、例えばトレンチの形態で、被覆層８を通って交差することによって、支持体１に作られる。この目的でエッチングステップを、またはソーカットも実装できる。好ましくは、この成形は、第１の集電体２の一部分を、それをアクセス可能にするために、層８に対して横に露出させるように構成される。

図５は以下のステップを有しており、キャビティ１３に、壁部分９１の形態で、導電性部分が作られ、これは金属被覆に由来することができる。チタンと金の二重層を、例えば、用いることができる。部分９１は、キャビティ１３の表面の全てを覆うことができる。少なくとも一部の電気的接続要素９のため、部分９１は、カソード３の電気的接続のために、第１の集電体２と接触していることができる。上に示したように、他の電気的接続要素９は、他の、特にアノード５の電気的接続のための機能を有することができる。図５の表現では、カソードの右に例示される部分９１は第１の集電体２の接続としての役割をし、カソードの左に例示される部分９１は、第１の集電体２に接続されず、第２の集電体６を介してアノード５の接続としての役割をすることができる。さらに、特に支持体１が導電性であるとき、部分９１を形成する前に電気絶縁層も堆積させることでき、この絶縁層は、集電体２との部分９１の電気的接触を確立するためにエッチングできる。

電気的接続要素９の形成は、各要素９に対して、特にキャビティ１３を少なくとも部分的に充填するために、かつ、好ましくは、それを越えて突出する要素を形成するために、部分９１と接触して、導電性材料から作られる端子９２を作ることによって、続くことができる。

端子９２のために、「バンプ」として公知の技術に従って、典型的に鉛および／またはスズベースの材料を使用できる。この解決策は比較的廉価である。また、特に、そのようなバンプが「スタッドバンプ」型形状を有する場合、端子９２は金からまたはアルミニウムから作ることができる。

導電要素９の高さを増すために、製造は、有利には、図７が図示するように、導通して、かつ端子９２の上に少なくとも１つの第２の端子９３を形成する追加の段階を含む。得られた構造が支持体１の第１の面１１を越えて、カソード３を備えるスタックに向けて横に突出することが理解される。好ましくは、この構造の高さは、このステップでは、カソード３の上面３３の高さ以上であり、好ましくは厳密にそれより大きい。

図８は、支持体１の第１の面１１に既に形成された全ての要素を覆う主被覆層７の形成を図示する。

一可能性によれば、層７は、成形によって、例えばデバイスに対して型を平坦化することによっておよび、十分な温度で、高分子材料の射出を行うことによって、得ることができる。被覆層８の上に膜を成層することによっておよび上昇する温度によって成層材料のクリープを続けることによって、成層も用いることができる。したがって、カソード３が、例示される例では、被覆層８からおよび主層７から形成される被覆によって外側から完全に絶縁されることが理解される。

これに基づいて、図９の構成を得るまで、この被覆の薄化が続けられる。この図では、カソード３の上面３３が露出されるが、その壁の残りは、接触被覆層８のおよび主被覆層７の残りの部分によって形成される被覆部分７２、７３によって保護されたままである。

そのような構成に到達するために、薄化は研磨を含む。これは、研削もしくは乾式研磨などの、単なる機械的作用、または被覆材料の少なくとも１つのエッチングに適合される溶液による機械的エッチングおよび化学エッチングを同時に実装する化学機械研磨などの、機械的かつ化学的作用であることができる。

一可能性によれば、研磨は、接触被覆層８の上部を停止層として使用することによって、主被覆層７を薄化するために行われる。この構成において、研磨は、被覆８上で精巧に停止することによって正常に完了できる。

任意選択で、被覆８は、カソード３の上面３３の粗さを徐々に低減させるために、研磨中に、より低速度で薄化できる。好ましくは、この文脈では、層８のために選ばれる材料は、層７のために選ばれる材料より研磨に対して機械耐性がある（特に、硬い）。

第１の可能性によれば、研磨は、カソード３の面３３の露出を保証する。被覆の集合へのその機械的作用によって、あるいは被覆層８を対象とする化学的作用によって完了されるその機械的作用によってかのいずれかである。

別の可能性によれば、研磨は、面３３を露出させる前に停止される。層８の上部は、したがってエッチングによって除去され、これはドライエッチングまたはウェットエッチングであることができる。

得られる構成は、図９に見ることができるが、接触被覆層８からの接触被覆７３、および主被覆層７からの主被覆部分７２を備える被覆部分によってカソード３が横に維持されることを示す。

被覆を薄化するために上記したステップが実装される場合には、被覆部分のために平坦な上面７１が得られる。さらに、上面７１は、カソード３の上面３３と同じ高さである。例示は被覆部分７２、７３の或る横への伸張を図示するが、それはさらに制限できる。しかしながら、それは、カソードから横に、少なくとも或る距離にわたってカソード３の全高を覆う。

さらに、図９は、予め形成された電気的接続要素部分９、特に端子９３が、薄化によって、露出されたことを図示する。したがって、要素９も、有利にも被覆部分７２、７３に埋設され、そしてそれらの露出は、いかなる追加ステップなしでも行われる。

したがって、電池スタックの作成が続けられる。図１０において、カソード３の上面３３からおよび被覆部分の上面７１から、電解質４、アノード５、保護層１６および第２の集電体６が連続して形成される。これらの追加作用に対して平坦面から利益が得られる限り、特に層堆積の実装に一般に不利益である地形である支持体１の第１の面１１に対してカソード３がもはや起伏を有さないので、製造は単純化される。

電解質４は、有利には固体イオン伝導体によって作られる。これはＬｉＰＯＮであることができる。

カソード３の表面およびその環境が平坦区域を形成する構成では、アノード５は、標準構成においてよりも広くなる、特にカソード３より広くなることができ、これは、静電制御の観点から有利であることができる。アノード５は、例えば、金属導体、特にチタンから作ることができる。それを覆う第２の集電体は、好ましくは銅からまたはチタンからまたは任意の他の導電性材料、好ましくは金属から作ることができる。上に示したように、保護層１６における開口１６１は、保護層１６によって保護されるスタックを維持しつつ、アノード５の電気的接続を可能にすることができる。保護層は、例えば、ポリパラキシリレンから作られる。

アノード５の接続のために、第２の集電体６の形成は、それを少なくとも１つの電気的接続要素９、典型的に図１０において左に表されるものに接続するように構成できる。電気的接続は、例えば金から作られる、接点再接続要素９４によって完成できる。

さらに、密封要素も生成でき、これは、電池を外部環境に対して絶縁する役割をすることになる。図１０に提示される実施形態において、或る要素の形成から、特に第２の集電体６および接点９４から、密封シーム１０ａを作るために、利益が得られる。密封シームは、横断面図として図１０に見ることができないが、有利には電池の周囲に閉輪郭を形成するように構成される。輪郭の一例が、電池１７ｉに対して図２１Ａに与えられる。

このように形成された電池は、従来は、それを動作させるために電気接続できる。図１０に提示される前面による電気接点再接続が、これを可能にする。

以降のステップは、任意選択で支持体１の後面、第２の面１２による接点再接続を行う役割をすることができる。

したがって、図１１において、前面は、電池スタックを備えて、カプセル化層１８（例えば、高分子から作られる）にカプセル化され、そして支持体の第２の面１２は、キャビティ１３の底を通って電気的接続要素９を露出させるまで薄化された。

図１２の以下のステップは金属堆積を含んでおり、例えばチタンと金の二重層によって、電気的接続要素９の後面に接点再接続要素９５を作ることを可能にする。上述のように、この形成からは、他方の面上の密封シーム１０ａのために提案されることと同様に、別の密封シーム１０ｂを作るために、利益を得ることができる。当然、密封のために提案される特定の実施形態は限定的でなく、それは、他の目的で行われる金属層堆積およびパターン作成段階から利益を得る。密封は、異なったステップによって確実に再現され得る。

一般に、本発明によれば、支持体１とここに提示されるデバイスの導電性部材の全てまたは一部との間の界面に、特に支持体１が導電性であるときに、電気絶縁層を実装することが可能である。

任意選択で、支持体において、カソード３を備える電池スタックに面して位置する区域に、凹部１４を作ることができる。この目的でエッチングを実装できる。この配置は、図１４に表されるように、電池を積層するために有用であることができる体積を定める。

実際、凹部１４は、重畳される電池を、少なくとも部分的に受け入れるように構成される。この配置の関心は、充電中の電池の膨張に対応することができることである。

図１４に表される構成では、３つのレベルの電池ａ、ｂ、ｃが重畳される。この数は、しかしながら単に示しただけである。好ましくは、低レベル、レベルｃは、層１８にカプセル化された電池スタックを有する。その反対側の面によって、この電池はレベルｂの電池を受け入れる。電気的接続要素９を経由してこれらの２つのレベル間に電気的接続が生成される。ここで例示される実装は並列に回路を形成しており、或る電気的接続要素９、典型的に図１４において右に表されるものの連続性によって形成される共通ノードに電池の正極が接続される。同様に、電池のアノードは、ここで図１４において左のものである、他の電気的接続要素９によって接続される。

等価な接続がレベルｂおよびａ間で行われる。電池スタックの下部に提示されるものの反対側の最後のレベルは、ここで、それが備える接続要素９の露出部分を経由して、電池の外部接続の役割をすることができる。

その後、他の電気接続図が可能であることが分かるであろう。

他方で、密封シーム１０ａ、１０ｂによって、電池の周辺アセンブリを生成でき、シームは、電池のスタックが位置する内部容積を生じさせる。

レベル間のアセンブリは、これらが密封シーム１０ａ、１０ｂおよび／または電気的接続要素９であるかを問わず、直接接着、はんだ付けまたは熱圧縮によって作ることができる。金／金界面を有することの利点が、この文脈において、得られる接点品質およびコールドグルーの容量を通して留意されるであろう。

好ましくは、電池のアセンブリは、真空下でまたは、アルゴンなどの中性ガスの流れ下で作られる。

上記した集積化では、基板、例えばシリコンの一部が保持されており、これは、金属密封（特に金／金）が実装されるときに特に、機械的強度のために有利である。それにもかかわらず、応力および機械的強度は、電池の表面に大いに依存する。或る場合には、先の場合の代替的に支持体１を完全に除去すること、および拡張電池スタック体積を有するように構造を変更することが可能である。

図１５～図１９が図示するのが、この可能性であり、図１９の場合は電池スタック構成変形例である。

図１５は、図１０において得られるものとかなり同様の構造を図示する。これを達成するために、全ての共通部分に対して、先の実施形態の説明を参照できる。

明確に、前面の接点再接続は、電池スタックを他の重畳される電池に接続するために、図１５において好ましく求められる、すなわち電池スタックの側である。したがって、電気的接続要素９は、この任意選択では、必ずしもキャビティ１３において支持体を通って交差するわけではない。それらは、支持体１の第１の面１１の上に作ることができる。図１５に表される例では、上述のように、それらは、被覆部分の厚さを通って、ここでは部分７２に交差する１つまたは複数の端子を有する。

さらに上述のように、図１５は、２つの連続した部分７２、７３を持つ被覆部分を図示するが、この実施形態が限定的でないことが想起される。１つの単一部分で済むことができる、または３つ以上の部分を実装できる。

図１６のステップは、電解質およびアノードを備えるスタックの周囲に残る容積を生成することを可能にする。この目的で、電池スタックの周囲にかつ被覆部分の面７１の上に密封枠１９が形成される。密封枠は、典型的にこのスタックの上に、特に第２の集電体６の上に空間が存在するように、電池スタックのそれより大きい厚さの寸法を有する。

密封枠１９は、外壁１９１のおよび内壁１９２の形成を経由して作ることができ、その間隙空間が次いで充填材料１９３によって充填される。より詳細には、壁１９１、１９２を作るためにリソグラフィおよび成層ステップを使用できる。充填材料１９３は、はんだ付けペーストをスクリーン印刷することによって、または電気分解によって堆積させることができる。

壁のために、商標Ｓｈｉｎ－Ｅｔｓｕ（登録商標）の下で販売される、ＳｉＮＲ型の感光性誘電高分子材料を、ドライフィルムの形態で、またはスピン塗布によって使用できる。

上述のように、しかし非限定的に、密封の構造と同時に電気的接続構造段階を続けることが有利である。

それは、図１６においても提案されることである。したがって、電池スタックに対して内壁１９２より内側に設けられる追加の壁１５１を用いて接続トレンチ１５２が画定される。壁１５１は、壁１９１、１９２と同時に作ることができる。また、壁１５１と壁１９２との間にこのように画定されるトレンチ１５２の充填が可能である。はんだ付けペーストを同じく使用できる。今回、充填１９３とは逆に、トレンチ１５２を完全には充填せずに、基本的に要素９と導通した、不連続な充填を形成することが好ましくは求められる。集電体は、異なる構成に従って、電気的接続要素を経由して電気接続できる。特に、図１６～図１９に提示されるように、トレンチ１５２は、第２の集電体６と導通した要素９を、この場合、トレンチ１５２の要素９に向けてこうして延ばされる第２の集電体６の少なくとも一部に載る壁１５１の下流に、生成する役割をすることができる。しかしながら、第２の集電体６が中断されないように、壁１５１のない表面の一部の保持のような、他の状況を考慮できる。

図１７は、重畳されることになる電池アセンブリの第１の電池構成例のためのカプセル化１８の作成により、図１１のそれと同様のステップを有する。この例は、重畳の端レベルを構成できる。

本実施形態において、当初の支持体１は、図１８が示すように完全に除去される。したがって、後面では、支持体は消滅しており、そして電気的接続要素９が電気的接続のためにアクセス可能である。上述のように、これは、金表層および、例えばチタン／金二重層を含み得る、例えば金属被覆の形態の、接点再接続要素９５の形成を通ることができる。

さらに上述のように、密封シーム１０ｂを作る接点９５を形成するために金属被覆段階を活用でき、そのようなシームが別々に作られ得ることが想起される。

図１８の構造に基づいて、図１９が、３つのレベルを表して図示するように、他の電池を重畳できる。今回、電池スタックのハウジングの内容積を保持するのは密封枠１９のスペーサ機能である。

密封は、特に金／金接着界面で、先の場合と同等に作ることができる。同様に、電気的接続要素９は、所望の電気構成に従って、レベルごとに連続して接続できる。

これに関して、図２０は、異なる可能性を図示する。

一態様によれば、それは、この例では電池マトリックス１２の１つの同じレベルに複数の電池１７ｉ、１７ｊ、１７ｋを有する能力を例示する。特に、この場合、電池は、少なくとも製造中は、１つの同じ支持体または同じく１つの同じ被覆部分７２、７３を共有できる。それらは、次いで個別化できる、またはされない。

別の態様によれば、この図は、電気的接続要素９を共通して作ることができることを反映する。例えば、ここで点線によって図式化される１つの同じトレンチを、幾つかの並置される電池のキャビティ１３またはトレンチ１５２を作るために形成できる。次いで、これらのトレンチ内に、導電要素９が個別的に作られる。

ここで提案される電池が、図２０が図示するように、並置編制を、または図１４および図１９が図示したように、重畳編制を可能にすることが理解される。

複数の配置可能性が図２１Ａ～図２１Ｃからも明らかにされる。図２１Ａは、２つの他のレベルｂ、ｃとの重畳を考慮したレベルａの電池を図示する。このレベルは複数の導電要素９を備える。

重畳される電池間に直列および／または並列接続が作られることになるとき、電池による２つの導電要素９で済むことができる（アノードのために１つ、カソードのために１つ）。

しかしながら、重畳される電池の個々のアドレス指定も、それらを個々に外部に接続するように、続けることができる。これを達成するために、重畳される電池の各連続に対して、レベルより少なくとも２倍多くの導電要素９が有される。表された場合では、例えば、電池１７ｉは６つの電気的接続要素を備える（すなわち、３つのレベル上で、各電池の２つの電極を電気接続するのに十分な数）。

この文脈では、２つの第１の電気的接続要素９がこのレベルの電池１７ｉの電気的接続としての役割をすることになり、これは、２つの対応する要素９のグレーの塗りつぶしによって図２１Ａに図式化される。電池１７ｉ、１７ｊ、１７ｋの４つの他の要素９は、他のレベルの電池への導通としての役割をすることになる。

したがって、図２１Ｂは、電池ｂのレベルを図示しており、先のレベルａの２つの電気的接続要素９と連続した、グレーの塗りつぶしによって図式化される、２つの接続要素９が、レベルｂの電池１７ｉ、１７ｊ、１７ｋのカソード３およびアノード５を電気接続する役割をすることになる。

最後に、レベルｃの電池は、それらのカソードのおよびそれらのアノードの接続のための２つの接続要素９を備える。これらの要素は、低レベルの要素９と連続している。

したがって、異なるレベルの電池は、接続要素９の重畳によって形成される、構造を通る電気的接続を通じて個々に接続できる。

図２１Ａ～図２１Ｃに表された解決策では、電池システムの全ての電池が独立している。本発明の範囲から離れずに、一レベルの電池の全てまたは一部がさらに直列にまたは並列に接続され得、そして各レベルが独立して電気接続され得る。

本発明は、上記した実施形態に限定されず、本発明によって包含される全ての実施形態に及ぶ。

１ 支持体
２ 第１の集電体
３ カソード
４ 電解質
５ アノード
６ 第２の集電体
７ 主被覆層
８ 接触被覆層
９ 電気的接続要素
１０ａ 密封シーム
１０ｂ 密封シーム
１１ 第１の面
１２ 第２の面
１３ キャビティ
１４ 凹部
１６ 保護層
１７ｉ、１７ｊ、１７ｋ 電池
１８ カプセル化層
１９ 密封枠
３１ 側壁
３２ 下面
３３ 上面
７１ 上面
７２ 主被覆部分
７３ 接触被覆
８１ 側部
８２ 上部
８３ 基部
９１ 壁部分
９２ 端子
９３ 第２の端子
９４ 接点再接続要素
９５ 接点再接続要素
１５１ 壁
１５２ 接続トレンチ
１６１ 開口
１９１ 外壁
１９２ 内壁
１９３ 充填材料

Claims (14)

1. 支持体（１）の第１の面（１１）の上に連続して積層されて、積層方向に、少なくとも、
   下面（３２）、上面（３３）および前記下面（３２）から前記上面（３３）に前記積層方向に向けられる側壁（３１）を備えるカソード（３）と、
   固体電解質（４）と、
   アノード（５）とを備える、電池において、
   前記カソード（３）の前記上面（３３）を覆わずに、前記カソード（３）の前記側壁（３１）の全てを取り囲み、かつそれと接触した被覆部分であって、上面（７１）を備える、被覆部分と、
   前記被覆部分を通って交差しかつ前記被覆部分の前記上面（７１）におよび、前記第１の面（１１）の反対側の、前記支持体（１）の第２の面（１２）に至る少なくとも１つの電気的接続要素（９）と
   を備えることを特徴とする、電池。
2. 前記カソード（３）の前記上面（３３）が平坦であり、かつ前記被覆部分の前記上面（７１）が、前記カソード（３）の前記上面（３３）と連続した少なくとも１つの平坦部分を有する、請求項１に記載の電池。
3. 前記被覆部分が、第１の材料から作られる主部分（７２）および前記第１の材料と異なる第２の材料から作られる接触被覆（７３）であって、前記カソード（３）の前記側壁（３１）と接触しかつ前記主部分（７２）と前記カソード（３）の前記側壁（３１）との間に設けられる、接触被覆（７３）を備える、請求項１または２に記載の電池。
4. 前記少なくとも１つの電気的接続要素（９）が、導電性材料から作られる少なくとも１つの端子（９２）を備える、請求項１から３のいずれか一項に記載の電池。
5. 前記カソード（３）と導通した第１の集電体（２）、前記アノード（５）と導通した第２の集電体（６）を備え、かつ前記少なくとも１つの電気的接続要素（９）が、前記第１の集電体（２）に接続される少なくとも１つの第１の電気的接続要素（９）および前記第２の集電体（６）に接続される少なくとも１つの第２の電気的接続要素（９）を備える、請求項１から４のいずれか一項に記載の電池。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の複数の電池を備えるシステム。
7. 前記複数の電池が請求項５に記載のものであり、かつ少なくとも２つの電池が重畳される、請求項６に記載のシステム。
8. 前記電池のうちの１つの少なくとも１つの電気的接続要素（９）が前記電池のうちの他の少なくとも１つの電気的接続要素（９）と導通している、請求項７に記載のシステム。
9. 基板（１）の第１の面に、積層方向に、少なくとも、
   下面（３２）、上面（３３）および前記下面（３２）から前記上面（３３）に前記積層方向に向けられる側壁（３１）を備えるカソード（３）と、
   電解質（４）と、
   アノード（５）とを連続して備えるスタックの形成を含む、電池を製造するための方法において、
   前記カソード（３）の前記上面（３３）を覆わずに、前記カソード（３）の前記側壁（３１）の全てを取り囲み、かつそれと接触した被覆部分の形成であって、
   ｉ．前記カソード（３）を完全に覆うような被覆層の形成と、
   ｉｉ．前記カソード（３）の前記上面（３３）を露出させるまでの前記被覆層の薄化であり、少なくとも１つの研磨段階を含む、薄化とを含む、前記被覆部分の形成と、
   少なくとも１つの電気的接続要素（９）の形成と、
   前記第１の面（１１）の反対側の支持体（１）の第２の面（１２）による前記支持体（１）の薄化とを含み、
   前記研磨が、前記被覆部分の前記上面（３３）に前記少なくとも１つの電気的接続要素（９）を露出させるように構成され、かつ前記支持体（１）の前記薄化が、前記支持体（１）の前記第２の面（１２）に前記少なくとも１つの電気的接続要素（９）を露出させるように構成される、方法。
10. 被覆層の前記形成が、前記カソード（３）上の、かつそれと接触した第１の材料から作られる被覆層（８）の形成、次いで前記被覆層（８）上の、かつそれと接触した、前記第１の材料と異なる第２の材料から作られる主層（７）の形成を含む、請求項９に記載の方法。
11. 前記第１の材料が、前記第２の材料より研磨に対して機械耐性があるように選ばれる、請求項１０に記載の方法。
12. 研磨が、前記被覆層（８）を研磨停止層として使用することによって、前記主層（７）に適用される、請求項１０または１１に記載の方法。
13. 前記カソード（３）の前記上面（３３）を露出させるために、研磨後に、前記被覆層（８）のエッチングを含む、請求項１２に記載の方法。
14. 研磨が、前記カソード（３）の前記上面（３３）を露出させるまで適用される、請求項９から１１のいずれか一項に記載の方法。

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