JP5603011B2 - 電気化学的装置及び該装置の製造方法 - Google Patents
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Description
本願は、2005年11月17日に出願された米国特許出願第60/737,613号、2006年1月17日に出願された米国特許出願第60/759,479号および2006年3月16日に出願された米国特許出願第60/782,792号の米国特許法119条(e)項の利益を主張し、2005年8月23日に出願された、名称「Electrochemical Apparatus with Barrier Layer Protected Substrate」の米国特許出願第11/209,536の一部係属出願であり、かつ米国特許法120条の利益を主張する。後者の出願は、2005年6月15日に出願された、名称「Electrochemical Apparatus with Barrier Layer Protected Substrate」の米国仮特許出願第60/690,697号の119条(e)項からの変更である米国特許出願第11/374,282号の係属出願であり、かつ120条の利益を主張する。米国仮特許出願第60/690,697号は、2002年8月9日に出願された、名称「Methods of and device for encapsulation and termination of electronic devices」の米国特許出願第10/215,190号(現在は、2005年7月12日発行の米国特許第6,916,679号)の一部係属出願であり、かつ米国特許法120条の利益を主張する。これら出願のすべては、全体として本願明細書に参照によって援用される。
本発明の分野は、電気化学的装置およびその製造方法に関し、より具体的には、バッテリーを含む固体薄膜主副電気化学的装置の組成、堆積方法、および製造に関する。
記電解質は薄膜電解質を含んでもよい。前記電解質は、真空気相成長法または非気相法によって堆積されてもよい。
Claims (35)
- 厚さが0.5μm以上かつ200μm以下の非気相堆積の正のカソードと、
前記正のカソードを被覆する化学的不活性かつ金属性の伝導層と、
前記伝導層の上に堆積された厚さが10μm以下の気相堆積の電解質と、
前記気相堆積の電解質の直接上に配置された厚さが30μm以下の負のアノードと
を備える、電気化学的装置。 - 前記正のカソードは4μm以上の厚さである、請求項1に記載の電気化学的装置。
- 基板上に前記カソードと、前記伝導層と、前記電解質と、前記アノードと、が形成され、前記カソードは前記基板と隣接する、請求項2に記載の電気化学的装置。
- 前記基板は、アルミニウムおよびアルミニウム合金の群から選択される、請求項3に記載の電気化学的装置。
- 前記基板は電流コレクタを備える、請求項3に記載の電気化学的装置。
- さらに障壁層を備え、前記障壁層は、前記基板と、前記アノードまたは前記カソードのいずれかとの間の電子の移動を防ぐように適合される、請求項3に記載の電気化学的装置。
- さらに障壁層を備え、前記障壁層は、前記基板と、前記アノードまたは前記カソードのいずれかとの間のイオンの移動を防ぐように適合される、請求項3に記載の電気化学的装置。
- 電流コレクタをさらに備える、請求項1〜7のいずれかに記載の電気化学的装置。
- 前記カソードは、5μm以上かつ100μm以下の厚さである、請求項1〜7のいずれかに記載の電気化学的装置。
- 前記カソードは、30μm以上かつ80μm以下の厚さである、請求項9に記載の電気化学的装置。
- 前記電解質は薄膜電解質である、請求項1に記載の電気化学的装置。
- 前記カソードは、スラリーコーティングカソード粉末材料、バインダー材料および電気伝導エンハンサー材料によって堆積する、請求項1〜7のいずれかに記載の電気化学的装置。
- 前記カソードはマイヤーロッドコーティング技術、直接ロールコーティング技術、逆コーティング技術またはドクターブレード技術を用いて堆積する、請求項1〜7のいずれかに記載の電気化学的装置。
- 前記カソードはスピンコーティングによって、電気泳動堆積によって、またはインク吐出工程によって堆積する、請求項1〜7のいずれかに記載の電気化学的装置。
- 前記カソードは、LiCoO2またはその誘導体を含む、請求項1〜7のいずれかに記載の電気化学的装置。
- 前記LiCoO2またはその誘導体は、周期表の1から17族の元素の群から選択される元素でドーピングされる、請求項15に記載の電気化学的装置。
- 前記カソードは、LiCoO2、LiMn2O4、LiMnO2、LiNiO2、LiFePO4、LiVO2およびそれらの任意の混合物から成る群からの材料を含む、請求項1〜7のいずれかに記載の電気化学的装置。
- 基板上に前記カソードと、前記伝導層と、前記電解質と、前記アノードと、が形成され、前記カソードは、前記基板に対して垂直な複数の垂直構造を有する構造に形成され、
前記複数の垂直構造は、前記カソード内の任意の体素と、該カソードと反対側の前記電解質の層の最も近い体素との平均距離を減少させるように構成される、請求項1〜7のいずれかに記載の電気化学的装置。 - 前記カソードは、少なくとも炭素質材料をさらに含む複合カソードである、請求項1〜7のいずれかに記載の電気化学的装置。
- 前記電解質は、リチウムホスホラスオキシニトリド(LiPON)を含む、請求項1に記載の電気化学的装置。
- 前記アノードは、リチウム、リチウム合金、リチウムを含む固溶体または化合物を形成できる金属、および負のアノードとして機能できる任意のリチウムイオン化合物から選択される、請求項1に記載の電気化学的装置。
- 前記電解質は真空気相成長法によって堆積される、請求項1、11または20のいずれかに記載の電気化学的装置。
- 真空気相工程によって成長した被包をさらに含む、請求項1に記載の電気化学的装置。
- 前記被包は無機化合物および金属の多層堆積から成る、請求項23に記載の電気化学的装置。
- 前記被包は10μm以下の厚さである、請求項23または24のいずれかに記載の電気化学的装置。
- アノード電流コレクタをさらに備える、請求項1〜25のいずれかに記載の電気化学的装置。
- 防湿層が前記アノード電流コレクタと前記電解質との間に介在させられる、請求項26に記載の電気化学的装置。
- 前記防湿層は湿度遮断特性を有する材料を含み、金属、半金属、合金、ホウ化物、炭化物、ダイアモンド、ダイアモンド様炭素、ケイ化物、窒化物、リン化物、酸化物、フッ化物、塩化物、臭化物およびヨウ化物から選択される、請求項27に記載の電気化学的装置。
- 前記防湿層は湿度遮断特性を有する材料を含み、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で構成される任意の多元系化合物から選択される、請求項27または28に記載の電気化学的装置。
- 前記防湿層は湿度遮断特性を有する材料を含み、高温安定性有機ポリマーおよび高温安定性シリコーンから選択される、請求項27または28に記載の電気化学的装置。
- カソード電流コレクタをさらに備える、請求項1に記載の電気化学的装置。
- 前記アノード電流コレクタは、少なくとも部分的に防湿層によって覆われる、請求項26に記載の電気化学的装置。
- 前記防湿層はZrO2を含む、請求項27に記載の電気化学的装置。
- 非気相堆積工程を用いて、厚さが0.5μm以上かつ200μm以下の正のカソードを堆積することと
化学的不活性かつ金属性の伝導層で前記正のカソードを被覆することと、
気相堆積工程を用いて、前記伝導層の上に厚さが10μm以下の電解質を堆積することと、
前記気相堆積の電解質の直接上に厚さが30μm以下の負のアノードを堆積することと
を含む、請求項1〜33のいずれかに記載の電気化学的装置の製造方法。 - 前記カソードは基板上に堆積する、請求項34に記載の方法。
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