JP7271747B2 - エネルギー貯蔵デバイス - Google Patents
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Description
、この方法は、
基板の表面にスタックを設けることであって、スタックは第1の電極層、第2の電極層
、および第1の電極層と第2の電極層との間の電解質層を含み、第1の電極層は第2の電 極層よりも基板の表面に近い、スタックを設けることと、
スタックの第1の面上に第1の溝を形成することであって、スタックの第1の面は基板 の表面上のスタックの第2の面に対向し、第1の溝は第1の深さ、および第2の電極層の第1の露出表面を含む第1の表面を有する、第1の溝を形成することと、
スタックの第1の面に第2の溝を形成することであって、第2の溝は第1の深さと異な る第2の深さ、および第1の電極層の露出表面を含む第2の表面を有する、第2の溝を形成することと、
スタックの第1の面に第3の溝を形成することであって、第3の溝は第1の深さと実質 的に同じ第3の深さ、および第2の電極層の第2の露出表面を含む第3の表面を有する、第3の溝を形成することとを含み、
第2の溝は、第1の溝と第3の溝との間にある。
第1の溝を形成することが、
第2の電極層の第1の露出表面を含む第1の表面を有する第1の溝を形成するために、第1のプリカーサー溝内で電気的絶縁材料を通して第1の溝を形成することであって、さらなる第2の電極層の第1の露出表面が電気的絶縁材料によって第1の溝から絶縁されるように、形成することと、
第1の溝を、第1の表面がさらなる第2の電極層の第1の露出表面をさらに含むよう に広げることとを含むか、または
第2の溝を形成することが、
第1の電極層の露出表面を含む第2の表面を有する第2の溝を形成するために、第2 のプリカーサー溝内で電気的絶縁材料を通して第2の溝を形成することであって、さらなる第1の電極層の露出表面が電気的絶縁材料によって第2の溝から絶縁されるように、形成することと、
第2の溝を、第2の表面がさらなる第1の電極層の露出表面をさらに含むように広げ ることとを含むか、または
第3の溝を形成することが、
第2の電極層の第2の露出表面を含む第3の表面を有する第3の溝を形成するために、第3のプリカーサー溝内で電気的絶縁材料を通して第3の溝を形成することであって、さらなる第2の電極層の第2の露出表面が電気的絶縁材料によって第3の溝から絶縁されるように、形成することと、
第3の溝を、第3の表面がさらなる第2の電極層の第2の露出表面をさらに含むよう に広げることとを含むか
のうちの少なくとも1つである。
第1の溝を広げた後に、第1の溝の第1の部分が、第1の溝の第2の部分よりも狭く、 第1の溝の第1の部分は第1の溝の第2の部分よりも、基板の第1の面に近い、
第2の溝を広げた後に、第2の溝の第1の部分が、第2の溝の第2の部分よりも狭く、 第2の溝の第1の部分は第2の溝の第2の部分よりも、基板の第1の面に近い、
第3の溝を広げた後に、第3の溝の第1の部分が、第3の溝の第2の部分よりも狭く、 第3の溝の第1の部分は第3の溝の第2の部分よりも、基板の第1の面に近い
のうちの少なくとも1つである。
基板の表面上のスタックであって、
第1の電極と、
第2の電極と、
第1の電極と第2の電極との間の電解質であって、第1の電極は第2の電極よりも基板の表面に近い、電解質とを備える、スタックと、
第2の電極の第1の露出表面の少なくとも一部に接触することなく第1の電極の第1の露出表面および電解質の第1の露出表面に接触している第1の電気絶縁体と、
第1の電極の第2の露出表面の少なくとも一部に接触することなく第2の電極の第2の露出表面および電解質の第2の露出表面に接触している第2の電気絶縁体とを備える。
、電解質層106は、たとえば、固体層であり、高速イオン伝導体と称され得る。固体電解質層は、たとえば、規則的な構造を欠き、自由に移動し得るイオンを含む液体電解質の 構造と、結晶性固体の構造との間の中間の構造を有し得る。結晶性物質は、たとえば、原子が秩序正しく配列されている正規構造を有し、これは二次元または三次元の格子として配列され得る。結晶性物質のイオンは、典型的には不動であり、したがって、物質全体を通して自由に移動することができない場合がある。
。この例では、第1の電極層104の露出表面134は、第1の電極層104の第1の部分104aの表面(この例では、基板102の表面126の平面から離れる第1の電極層104の第1の部分104aの面の表面)である。しかしながら、第2の溝128bの第2の表面は、また、電極層106の第2および第3の部分106b、106cの露出表面と、第2の電極層108の第2および第3の部分108b、108cの露出表面とを含む。したがって、この例では、第2の溝128bは、第2の電極層108、電解質層106、および第1の電極層104を通して形成され、これらは、たとえば、第2の溝128bの面を形成する。第2の溝128bは、基板102を貫通しないが、図3aにおける基板102の表面126は、第2の溝128bの基部と対応する。第2の溝128bは、第1の溝128aと第3の溝128cとの間に配置される。
、第2の溝128bは、第3の溝128cから離間し、実質的に平行である。2つの溝は
、互いに正確に平行である場合、または製造公差内で、または20度、15度、10度、もしくは5度未満の範囲内で、互いに平行である場合に、互いに実質的に平行であると考えられ得る。言い換えれば、第1、第2、および第3の溝128は、各々、互いに一般的に同じ方向に延在する。これは、第1、第2、および第3の溝128の形成を簡素化し得る。
、溝は異なる形状を有し得る。たとえば、溝の断面は、溝の基部から離れるにつれてサイズが増加または減少し得るか、またはサイズが不均一であってもよい。溝128の一部または全部は、正確に同じ幅、または製造公差内で同じ幅、または20%、15%、10%、または5%未満の偏差などで、互いに実質的に同じ幅を有し得る。異なる幅を有する溝128を製造するよりも、各々同じ幅を有する溝128を製造する方が簡単であり得る。たとえば、これにより、他の場合であれば異なる幅の溝を形成するために必要になる可能性がある、隣接する溝の形成の間の製造機器の調整の必要がなくなり得る。溝の幅は、基板102の表面126の平面に平行な方向に取られてよく、これは溝の深さに垂直であってよい。他の例では、溝の1つまたは複数は、それらの溝のうちの別の溝とは異なる幅および/または形状を有し得る。
と第2の溝128bとの間の第1の距離D1は、同じ方向の第2の溝128bと第3の溝128cとの間の第2の距離D2と実質的に同じである。2つの距離は、全く同じであるか、測定不確実性の範囲内で、またはたとえば、互いの20%、15%、10%、もしくは5%の範囲内で同じである場合に実質的に同じであるとみなされ得る。この配置構成により、溝128は、溝128が不規則な間隔で形成されている他の場合に比べて、より容易に製造され得る。さらに、これは、溝をz折り配置構成で互いに整列させることを容易にし得る。
、スタック100と比較して比較的厚いものであってもよい。たとえば、基板102の表面126の平面に垂直な方向における基板102の厚さは、同じ方向におけるスタック100の厚さと実質的に同じか、またはそれよりも大きく、実質的に同じであるとは、たとえば、厚さが正確に同じであること、製造公差内で同じであること、または互いの20%、15%、10%、もしくは5%の範囲内などの一般的に類似していることを指す。そのような場合、基板102を切断することなくスタック100の第1の面130から溝を切ることによって溝の深さを制御する方が、基板102を貫通してスタック100内に溝を切ることよって溝の深さを制御することよりも簡単であり得る。
、たとえば、電界の印加時に分極し得る電気絶縁体である。そのような誘電体材料はまた
、典型的には、低い電気伝導率を有する。図3bでは、同じ電気的絶縁材料136は溝128の各々に堆積されているが、他の例では、異なる電気的絶縁材料は溝128の1つまたは複数に堆積され得ることが理解されるべきである。
、これは単なる例示に過ぎないが、第2の電極層108の第2の部分108bの表面である。第2の電極層108の第2の部分108bの表面を露出させることに加えて、図3cの例では、第2の電極層108の第3の部分108cの表面も露出されている(これはその場合でなくてもよいが)。導電性材料は、その後堆積され、第2の電極層108の第3の露出表面138に接触して、第2の電極層108を外部回路に接続し得る。
、エネルギー貯蔵デバイスのセル142が形成され得る。図3eでは、4つのセル142a~142eが形成されているが、典型的には、スタック100からかなり多くのセルが形成され得る。第1のセル142aは、第2の電極層108の第1の部分108a(第2の電極に対応すると考えられる)、電極層106の第1の部分106a(電解質に対応すると考えられ得る)、第1の電解質層104の第1の部分104a(第1の電極に対応すると考えられ得る)、および第1の基板102の第1の部分102aを含む。第2、第3、および第4のセル142b、142c、142dは、第1のセル142aと同様の層を含む。第1のセル142aの対応するコンポーネントに類似する第2、第3、および第4のセル142b、142c、142dのコンポーネントは、同じ参照番号を付けられているが、それぞれ、「a」ではなく、「b」、「c」または「d」を付加されている。
。電気的絶縁材料236は、図3bを参照しつつ説明されているように提供され得る。
れ得る。これは、第1および第2の溝228a、228bの形成を示す、図4dに概略として示されている(第1の溝228aの形成と同様に第3の溝が形成され得ることは理解されるが)。
、たとえば、基板202の表面226の平面と平行な方向において、第1および第2の領域R1、R2よりも幅広である。電気的絶縁材料236の第3の部分を除去することによって、第1の溝228a内のさらなる第2の電極層208’の第1および第2の部分208a’、208b’の表面が露出される。これは、たとえば、さらなる第2の電極層208の第1の露出表面を露出させる。これは、さらなる第2の電極層208’が、たとえば、さらなる第2の電極層208’の第1の露出表面と接触して堆積されている導電性材料を介して外部回路に接続されることを可能にする。
)は、第1の溝228aの第2の部分(たとえば、さらなる第1の電極層204’の第1の部分204a’と第2の部分204b’との間の)より狭くなっている。第1の溝228aの第1の部分は、たとえば、第1の溝228aの第2の部分よりも基板202に近い。したがって、第1の溝228aは、たとえば、基板202から離れるにつれ(または第1の溝228aの口に向かうにつれ)断面が広くなるものとしてよい。これは、導電性材料のようなさらなるコンポーネントの堆積など、スタック200のさらなる加工を円滑にし得る。しかしながら、図4dの第1の溝228aの形状は、単なる一例に過ぎない。
似た方法で第3のプリカーサー溝228cを通して形成され得る。したがって、図4のスタック200などのスタック200内に第1、第2、および第3の溝を形成した後、第1の溝228aの第1の表面は、さらなる第2の電極層208’の第1の露出表面さらには第2の電極層208の第1の露出表面を含み得る。同様に、第2の溝228bの第2の表 面は、さらなる第1の電極層204’の露出表面さらには第1の電極層204の露出表面 を含み得る。第3の溝の第3の表面は、さらなる第2の電極層208’の第2の露出表面 さらには第2の電極層208の第2の露出表面を含み得る。
102 基板
104 第1の電極層
104a 第1の部分
104b 第2の部分
106 電解質層
106a 第1の部分
106b 第2の部分
106c 第3の部分
106d 第4の部分
108 第2の電極層
108a 第1の部分
108b 第2の部分
108c 第3の部分
108d 第4の部分
110 中間構造
112 ローラ
114 第1のレーザー
116 レーザービーム
118 材料堆積システム
120 液体
122 第2のレーザー124 レーザービーム126 表面
128 溝
128a 第1の溝
128b 第2の溝
128c 第3の溝
130 第1の面
132a 第1の露出表面
132b 第2の露出表面
136 電気的絶縁材料
138 第3の露出表面
142 エネルギー貯蔵デバイスのセル
142a 第1のセル
142b 第2のセル
142c 第3のセル
142d 第4のセル
144a~144d、146a~146c 電気絶縁体
148 プリカーサー溝
148a 第1のプリカーサー溝
148b 第2のプリカーサー溝
148c 第3のプリカーサー溝
200 スタック
202 基板
204 第1の電極層
204’ 第1の電極層
204a’ 第1の部分
204b’ 第2の部分
204c’ 第3の部分
206 電極層
206’、206’’ 電解質層206’’ 第2の電解質層
206a、206b 電解質層
206a’ 第1の部分
206b’ 第2の部分
206a’’ 第1の部分
206b’’ 第2の部分
208 第2の電極層
208’ 第2の電極層
208a 第1の部分
208b 第2の部分
208a’ 第1の部分
208b’ 第2の部分
208c 第3の部分
226 表面
228 溝
228a 第1の溝
228b 第2の溝
236 電気的絶縁材料
240a 第1の軸
240b 第2の軸
244a、244b 第1の電気絶縁体
246a、246b 第2の電気絶縁体
Claims (12)
- エネルギー貯蔵デバイスを製造するための方法であって、
基板の表面にスタックを設けるステップであって、前記スタックは第1の電極層、第2の電極層、および前記第1の電極層と前記第2の電極層との間の電解質層を含み、前記第1の電極層は前記第2の電極層よりも前記基板の前記表面に近い、ステップと、
前記スタックの第1の面上に第1のプリカーサー溝と、第2のプリカーサー溝と、第3のプリカーサー溝とを形成するステップであって、前記スタックの前記第1の面は前記基板の前記表面上の前記スタックの第2の面に対向する、ステップと、
前記第1のプリカーサー溝、前記第2のプリカーサー溝、および前記第3のプリカーサー溝内に電気的絶縁材料を設けるステップと、
前記スタックの前記第1の面に第1の溝を設けるステップであって、前記第1の溝は第1の深さ、および前記第2の電極層の第1の露出表面を含む第1の表面を有する、ステップと、
前記スタックの前記第1の面に第2の溝を形成するステップであって、前記第2の溝は前記第1の深さと異なる第2の深さ、および前記第1の電極層の露出表面を含む第2の表面を有する、ステップと、
前記スタックの前記第1の面に第3の溝を形成するステップであって、前記第3の溝は前記第1の深さと実質的に同じ第3の深さ、および前記第2の電極層の第2の露出表面を含む第3の表面を有する、ステップとを含み、
前記第2の溝は、前記第1の溝と前記第3の溝との間にあり、
前記第1の溝は、前記第1のプリカーサー溝内の前記電気的絶縁材料を通して形成され、
前記第2の溝は、前記第2のプリカーサー溝内の前記電気的絶縁材料を通して形成され、
前記第3の溝は、前記第3のプリカーサー溝内の前記電気的絶縁材料を通して形成される、
方法。 - 前記第1の溝、前記第2の溝、または前記第3の溝のうちの少なくとも1つは、前記基板を切断することなく形成される、請求項1に記載の方法。
- 前記第1の溝は、前記第2の溝から離間し、前記第2の溝に実質的に平行であり、
前記第2の溝は、前記第3の溝から離間し、前記第3の溝に実質的に平行である、請求項1または請求項2に記載の方法。 - 前記第1の溝の前記第1の深さ、前記第2の溝の前記第2の深さ、または前記第3の溝の前記第3の深さのうちの少なくとも1つは、前記基板の前記表面の平面に実質的に垂直である、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第1の溝を形成し、前記第2の溝を形成し、前記第3の溝を形成するステップでは、前記基板の前記第1の面の方に向けられた少なくとも1つのレーザービームを使用する、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第1の溝は、前記第2の電極層および前記電解質層を通して形成され、前記第2の電極層の前記第1の露出表面を露出させ、
前記第2の溝は、前記第2の電極層、前記電解質層、および前記第1の電極層を通して形成され、前記第1の電極層の前記表面を露出させ、
前記第3の溝は、前記第2の電極層および前記電解質層を通して形成され、前記第2の電極層の前記第2の露出表面を露出させる、請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。 - 前記第1の溝は、前記第1の電極層を切断することなく、また前記基板を切断することなく、形成され、
前記第2の溝は、前記基板を切断することなく形成され、
前記第3の溝は、前記第1の電極層を切断することなく、また前記基板を切断することなく、形成される、
請求項6に記載の方法。 - 前記第1のプリカーサー溝、前記第2のプリカーサー溝、および前記第3のプリカーサー溝は、互いに実質的に同じ深さで形成される、請求項1から請求項7のいずれかに記載の方法。
- 前記スタックは、さらなる第1の電極層と、さらなる第2の電極層と、前記さらなる第1の電極層と前記さらなる第2の電極層との間のさらなる電解質層とを含み、前記さらなる第1の電極層は前記第2の電極層と前記さらなる電解質層との間に配置され、
前記第1の溝を形成するステップが、
前記第2の電極層の前記第1の露出表面を含む前記第1の表面を有する前記第1の溝を形成するために、前記第1のプリカーサー溝内で前記電気的絶縁材料を通して前記第1の溝を形成するステップであって、前記さらなる第2の電極層の第1の露出表面が前記電気的絶縁材料によって前記第1の溝から絶縁されるように、形成するステップと、
前記第1の溝を、前記第1の表面が前記さらなる第2の電極層の前記第1の露出表面をさらに含むように広げるステップとを含むか、または
前記第2の溝を形成するステップが、
前記第1の電極層の前記露出表面を含む前記第2の表面を有する前記第2の溝を形成するために、前記第2のプリカーサー溝内で前記電気的絶縁材料を通して前記第2の溝を形成するステップであって、前記さらなる第1の電極層の露出表面が前記電気的絶縁材料によって前記第2の溝から絶縁されるように、形成するステップと、
前記第2の溝を、前記第2の表面が前記さらなる第1の電極層の前記露出表面をさらに含むように広げるステップとを含むか、または
前記第3の溝を形成するステップが、
前記第2の電極層の前記第2の露出表面を含む前記第3の表面を有する前記第3の溝を形成するために、前記第3のプリカーサー溝内で前記電気的絶縁材料を通して前記第3の溝を形成するステップであって、前記さらなる第2の電極層の第2の露出表面が前記電気的絶縁材料によって前記第3の溝から絶縁されるように、形成するステップと、
前記第3の溝を、前記第3の表面が前記さらなる第2の電極層の前記第2の露出表面をさらに含むように広げるステップとを含むか
のうちの少なくとも1つである、請求項1から請求項8のいずれかに記載の方法。 - 前記第1の溝を広げた後に、前記第1の溝の第1の部分は、前記第1の溝の第2の部分よりも狭く、前記第1の溝の前記第1の部分は前記第1の溝の前記第2の部分よりも、前記基板の前記第1の面に近い、
前記第2の溝を広げた後に、前記第2の溝の第1の部分は、前記第2の溝の第2の部分よりも狭く、前記第2の溝の前記第1の部分は前記第2の溝の前記第2の部分よりも、前記基板の前記第1の面に近い、
前記第3の溝を広げた後に、前記第3の溝の第1の部分は、前記第3の溝の第2の部分よりも狭く、前記第3の溝の前記第1の部分は前記第3の溝の前記第2の部分よりも、前記基板の前記第1の面に近い
のうちの少なくとも1つである、請求項9に記載の方法。 - 前記スタックは、さらなる第1の電極層と、さらなる第2の電極層と、前記さらなる第1の電極層と前記さらなる第2の電極層との間のさらなる電解質層とを含み、前記さらなる第1の電極層は前記第2の電極層と前記さらなる電解質層との間に配置され、
前記第1のプリカーサー溝、前記第2のプリカーサー溝、および前記第3のプリカーサー溝は、各々、前記さらなる第2の電極層、前記さらなる電解質層、前記さらなる第1の電極層、前記第2の電極層、前記電解質層、および前記第1の電極層を通して形成される、請求項9または請求項10に記載の方法。 - 前記基板の平面に平行な方向における、前記第1の溝と前記第2の溝との間の第1の距離は、前記基板の前記平面に平行な前記方向における、前記第2の溝と前記第3の溝との間の第2の距離と実質的に同じである、請求項1から請求項11のいずれか一項に記載の方法。
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