KR101389423B1 - 금속막 캡슐화 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기 화학 장치의 금속박 캡슐화에 관한 것이다. 또한, 상기 금속박 캡슐화는 전기화학 장치를 위한 접촉 탭을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명은 접촉부와 셀 구조 사이에 선택적으로 통전하는 결합층을 포함할 수 있다.

Description

금속막 캡슐화{METAL FILM ENCAPSULATION}
본 출원발명은 일부계속출원으로서 2006년 3월 16일에 출원된 미국 특허출원번호 제60/782,792호의 35 U.S.C.§119에 의한 이익을 청구하고, 2006년 11월 17일에 출원된 미국 특허출원번호 제11/561,277호의 35 U.S.C.§120에 의한 이익을 청구하며, 2005년 11월 17일에 출원된 미국 특허출원번호 제60/737,613호, 2006년 1월 17일에 출원된 미국 특허출원번호 제60/759,479호, 및 일부계속출원으로서 2006년 3월 16일에 출원된 미국 특허출원번호 제60/782,792호의 35 U.S.C.§119에 의한 이익을 청구하고, 계속출원으로서 2005년 8월 23일에 출원된 미국 특허출원번호 제11/209,536호의 35 U.S.C.§120에 의한 이익을 청구하며, 일부계속출원으로서 2005년 6월 15일에 출원된 미국 가특허출원번호 제60/690,697호로부터 변경된 미국 특허출원번호 제11/374,282호의 35 U.S.C.§120에 의한 이익을 청구하고, 2002년 8월 9일에 출원된 미국 특허출원 번호 제10/215,190호로서 현재 2005년 7월 12에 등록공고된 미국 특허번호 제6,916,679호의 35 U.S.C.§120에 의한 이익을 청구하며, 이 모든 문헌들은 본 명세서내에서 참조로서 그 전체가 병합되어 있다.
본 발명의 기술분야는 장치, 조성, 증착 방법, 및 제조 방법이고, 더 상세하게는 배터리를 비롯한 고상 박막형 2차 및 1차 전기화학 장치의 캡슐화이다.
통상적인 전기화학 장치는 애노드, 캐소드, 전해질, 기판, 집전 장치(current collector) 등과 같은 다수의 전기적 활성층을 포함한다. 예컨대, 리튬을 포함하는 애노드 층과 같은 일부 층은 환경에 매우 민감한 재료로 이루어져 있다. 상기 배터리는 이와 같이 환경에 민감한 재료를 보호하기 위해 캡슐화될 것을 요한다. 금박으로 캡슐화하는 등의, 전기화학 장치의 민감한 층을 캡슐화하기 위해 이용된 일부 기법은 비용이 많이 든다. 다른 기법은, 소자의 둘레를 밀봉하는, 예컨대 금속 및 플라스틱으로 제조된 파우치로 장치를 밀봉하는 것이다. 온도가 변할 때, 금속 및 플라스틱 파우치 내의 공기가 팽창 및/또는 수축한다. 이러한 팽창 및/또는 수축은 금속 및 플라스틱 파우치의 밀봉을 파열시킬 수 있거나 다른 문제를 야기할 수 있어서, 파우치의 캡슐화 이점을 떨어뜨린다.
또한 통상적인 전기화학 장치는 기판에서 연장되어 나온 탭을 갖는다. 이들 탭은 배터리에 대한 전기 전도성 접촉점을 제공한다. 이러한 탭은 취약하여, 외부에서 잡히거나 고정될 때에 부서질 수 있어, 탭 주위에 적절한 밀봉을 유지하기 위해 캡슐화를 구성하려 할 때 어려움을 야기할 수 있다.
따라서, 당해 기술분야에서 공지의 캡슐화 방법보다 실질적으로 더 얇은 캡슐화를 비롯하여 더 양호하고 더 경제적인 캡슐화 기법 및 전기 전도성 접촉부를 제공하는 더 양호한 접근법을 필요로 한다.
본 발명의 대표적인 일 실시예는, 제1 전기 접촉부; 상기 제1 전기 접촉부와 연결되고 매립 컨덕터를 구비한 결합층; 적어도 하나의 셀 구조; 및 제2 전기 접촉부를 포함하고, 상기 결합층 및 상기 적어도 하나의 셀 구조는 제1 접촉층 및 제2 접촉층 사이에 끼워지는, 배터리로 이루어진다. 상기 결합층은, 매립 컨덕터를 통해 선택적으로 전도성이 있을 수 있다. 또한, 상기 셀 구조는 매립 컨덕터를 통해 제1 전기 접촉부와 선택적인 전기 접촉을 할 수 있다.
상기 제1 전기 접촉부는, 예컨대, 캡슐화 금속을 포함할 수 있다. 상기 제2 전기 접촉부는 예컨대 기판을 포함할 수 있다. 결합층은 접착 재료, 절연 재료, 플라스틱, 유리, 및/또는 섬유 유리일 수 있다. 컨덕터는 탭, 와이어, 다수의 와이어, 와이어 메쉬, 천공 금속, 접착제층에 도포된 금속 코팅, 또는 디스크일 수 있다. 컨덕터는 결합층 내에 위빙(weaving)될 수 있고 결합층은 매립 컨덕터가 위빙되는 슬릿을 포함할 수 있다. 결합층은, 예컨대 하나 이상의 선택된 영역에 도포된 전도 분말, 전도체 또는 전도입자일 수 있는 하나 이상의 전도부를 함유하는 접착 재료일 수 있다. 제1 접촉부 및 제2 접촉부는, 예컨대 금, 백금, 스테인리스강, 티타늄, 지르코늄, 코발트, 알루미늄, 인듐, 니켈, 구리, 은, 탄소, 청동, 황동, 베릴륨, 및/또는 이들의 산화물, 질화물, 및 합금과 같은 전도 재료로 제조될 수 있다. 제1 접촉부 및/또는 제2 접촉부에서 절연층이 또한 포함될 수 있다. 절연층은 예컨대 플라스틱일 수 있다. 셀 구조는 애노드, 전해질, 캐소드 및 배리어층을 포함할 수 있다. 캐소드는, 예컨대 급속 열처리법을 이용하여 어닐링되거나 어닐링되지 않을 수 있다.
본 발명의 또 다른 대표 실시예는, 특정한 순서 없이, 선택적으로 통전하는 결합층을 생성하는 단계; 결합층을 제1 접촉층과 연결하는 단계; 셀 구조의 제1 측면을 제2 접촉층과 연결하는 단계; 및 셀 구조의 제2 측면을 결합층과 연결하는 단계를 포함하는 박막 배터리의 제조 방법을 포함한다. 대안적인 단계는 애노드, 캐소드, 및 전해질 층을 구비한 셀 구조를 생성하는 단계; 결합층 내에 컨덕터를 매립하는 단계; 선택적인 부분이 노출된 적어도 하나의 전도 와이어를 결합층을 통해 위빙하는 단계; 결합층을 가열하고 결합층 내의 컨덕터를 압착하는 단계; 및 배터리를 절연 재료로 배터리를 절연하는 단계를 포함할 수 있다. KEVLAR®, 유리섬유, 플라스틱, 유리 또는 다른 절연 재료를 포함하는 보강층이 결합층 내에 매립될 수 있다. 이 보강층은 선택적으로 전도성이 있다.
본 발명의 또 다른 대표 실시예는 적어도 하나의 노치를 갖는 전기화학 장치; 및 금속박을 구비한 장치이다. 금속박은 전기화학 장치를 캡슐화할 수 있고, 금속박의 일부가 노치 위에서 연장되며, 금속박 상의 전기 접촉 탭이 전기화학 장치의 노치부 위에 마련되어 있다. 또한, 접촉 영역은 구멍을 가질 수 있다. 금속박은 하나 이상의 개구를 구비할 수 있다. 장치는 또한 제2 전기화학 장치를 구비할 수도 있고, 두 전기화학 장치 모두를 금속박이 캡슐화한다. 또한, 복수 개의 전기화학 장치 및 이들 사이에 존재하는 금속박이 있을 수 있다. 금속박은 전기화학 장치를 캡슐화하거나 전기화학 장치 위에 놓인다.
또한, 금속박은 전기화학 장치의 캐소드 요소를 포함할 수 있다. 전기화학 장치는 기판을 구비할 수 있고, 금속박은 기판에 전도 부착될 수도 있다.
상기 대표 실시예 중 어느 것에 있어서, 금속박은 예컨대 필요한 양의 전도성과 같이 필수적인 특징 및 특성을 갖는 스테인리스강 또는 임의의 다른 금속 물질로 제조될 수 있다. 장치는, 예컨대 절연층을 포함할 수도 있다. 또한, 금속박은 100 미크론 미만의 두께, 50 미크론 미만의 두께, 또는 25 미크론 미만의 두께를 가질 수 있다.
본 발명의 또 다른 대표 실시예는, 기판을 제공하는 단계를 포함할 수 있는, 전기화학 장치를 제공하는 단계; 및 상기 전기화학 장치 내에 노치를 제공하는 단계를 포함하는 전기화학 장치의 제조 방법을 포함한다. 이러한 대표 실시예는, 예컨대, 기판을 금속박으로 캡슐화하는 단계를 포함할 수도 있다. 이 실시예에서, 예컨대, 금속박은 상기 노치를 제공하는 단계에서 노치가 형성된 영역 위로 연장되고 기판에 전도 결합된다. 이 실시예는 급속 열처리에 의해 기판에 캐소드를 만드는 단계를 포함할 수도 있다. 또한, 이러한 대표 실시예는 캐소드, 애노드, 전해질, 집전 장치, 배리어층, 금속박 상의 절연 재료, 및/또는 금속박에 의해 캡슐화된 제2 전기화학 장치를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 대표 실시예는 금속박에 개구를 마련하는 단계를 포함할 수도 있다. 이러한 개구는 금속박 내에 미리 만들어질 수 있다.
도 1a는 본 발명의 대표 실시예에 따른 전기화학 장치의 평면도를 도시한다.
도 1b는 본 발명의 대표 실시예에 따른 전기화학 장치의 측면도를 도시한다.
도 2a는 본 발명의 대표 실시예에 따른 전기화학 장치 내에 노치를 구비한 전기화학 장치의 일 모서리의 사시도를 도시한다.
도 2b는 본 발명의 대표 실시예에 따른 캡슐화 층에 노치를 구비한 전기화학 장치의 일 모서리의 사시도를 도시한다.
도 3a는 본 발명의 대표 실시예에 따른 금속 캡슐화부에 다른 구성의 구멍이 배치된 전기화학 장치의 평면도를 도시한다.
도 3b는 본 발명의 대표 실시예에 따른 금속 캡슐화부에 구멍이 배치된 전기화학 장치의 평면도를 도시한다.
도 4a는 본 발명의 대표 실시예에 따른 접촉부에 구멍을 구비한 전기화학 장치의 평면도를 도시한다.
도 4b는 본 발명의 대표 실시예에 따른 접촉부에 구멍을 구비한 전기화학 장치의 측면도를 도시한다.
도 5a는 본 발명의 대표 실시예에 따른 금속막 캡슐화부의 각 측면에 전기화학 장치를 갖는 전기화학 장치의 측면도를 도시한다.
도 5b는 본 발명의 대표 실시예에 따른 금속막 캡슐화부의 각 측면에 전기화학 장치를 갖는 전기화학 장치의 사시도를 도시한다.
도 5c는 본 발명의 대표 실시예에 따른 두 개의 장치 사이에 노치를 형성한 금속막 캡슐화부를 갖는 전기화학 장치의 사시도를 도시한다.
도 6은 본 발명의 대표 실시예에 따른 금속박을 사이에 구비하여 적층된 복수 개의 전기화학 장치를 도시한다.
도 7은 본 발명의 대표 실시예에 따른 전기화학 장치의 측면에 노치 및 탭을 구비하는 전기화학 장치를 도시한다.
도 8은 본 발명의 대표 실시예에 따른 기판, 캐소드, 전해질, 애노드 및 금속박 캡슐화 층을 구비한 전기화학 장치를 도시한다.
도 9a는 본 발명의 대표 실시예에 따른 절연층을 구비한 도 2a의 전기화학 장치를 도시한다.
도 9b는 본 발명의 대표 실시예에 따른 절연층을 구비한 도 2b의 전기화학 장치를 도시한다.
도 10은 본 발명의 대표 실시예에 따른 세 개의 금속박을 구비한 두 개의 전기화학 장치를 도시한다.
도 11a는 본 발명의 대표 실시예에 따른 캡슐화부와 기판으로서의 전기 접촉부를 갖는 전기화학 장치의 측면도를 도시한다.
도 11b는 본 발명의 대표 실시예에 따른 캡슐화부와 기판으로서의 전기 접촉부를 갖는 전기화학 장치의 평면도를 도시한다.
도 11c는 본 발명의 대표 실시예에 따른 캡슐화부에 부분 절단부를 갖는 도 11b의 전기화학 장치의 평면도를 도시한다.
도 11d는 본 발명의 대표 실시예에 따른 접어서 겹쳐지는 획득 스트립을 갖는 도 11c의 전기화학 장치의 평면도를 도시한다.
도 12a는 본 발명의 대표 실시예에 따른 스탠드 얼론 컨덕터(stand alone conductor)의 측면도를 도시한다.
도 12b는 본 발명의 대표 실시예에 따른 스탠드 얼론 컨덕터의 평면도를 도시한다.
도 13a는 본 발명의 대표 실시예에 따른 슬릿 컷을 구비한 결합층의 측면도를 도시한다.
도 13b는 본 발명의 대표 실시예에 따른 슬릿 컷을 구비한 결합층의 평면도를 도시한다.
도 14a는 본 발명의 대표 실시예에 따른 결합층을 통해 위빙된 컨덕터의 측면도를 도시한다.
도 14b는 본 발명의 대표 실시예에 따른 결합층을 통해 위빙된 메쉬 와이어 컨덕터의 평면도를 도시한다.
도 15a는 본 발명의 대표 실시예에 따른 결합층 내에 매립된 컨덕터의 측면도를 도시한다.
도 15b는 본 발명의 대표 실시예에 따른 결합층 내에 매립된 메쉬 와이어 컨덕터의 평면도를 도시한다.
도 16a는 본 발명의 대표 실시예에 따른 제1 접촉층의 측면도를 도시한다.
도 16b는 본 발명의 대표 실시예에 따른 제1 접촉층의 평면도를 도시한다.
도 17a는 본 발명의 대표 실시예에 따른 결합층과 결합된 제1 접촉층의 측면도를 도시한다.
도 17b는 본 발명의 대표 실시예에 따른 결합층과 결합된 제1 접촉층의 평면도를 도시한다.
도 18a는 본 발명의 대표 실시예에 따른 제2 접촉층 상의 셀 구조의 측면도를 도시한다.
도 18b는 본 발명의 대표 실시예에 따른 제2 접촉층 상의 셀 구조의 평면도를 도시한다.
도 19a는 본 발명의 대표 실시예에 따른 도 18a의 셀 구조 및 제2 접촉부와 연결된 도 17a의 제1 접촉부 및 결합층의 측면도를 도시한다.
도 19b는 본 발명의 대표 실시예에 따른 도 18b의 셀 구조 및 제2 접촉부와 연결된 도 17b의 제1 접촉부와 결합층의 평면도를 도시한다.
도 1a는 대표적인 일실시예의 평면도를 도시한다. 도 1b는 본 실시예의 측면도를 도시한다. 도면에 도시한 바와 같이, 본 실시예는 전기화학 장치(130) 및 금속 캡슐화 층(110)을 포함한다. 전기화학 장치(130)는 임의 개수의 재료 또는 층을 포함할 수 있다. 전기화학 장치(130)는 배터리를 포함할 수도 있다. 예컨대, 전기화학 장치(130)는 애노드, 캐소드, 전해질, 집전 장치, 기판 등을 포함할 수 있다. 일부 재료는, 예컨대, 리튬, LiCoO2, LIPON, 금, 백금, 스테인리스강, 티타늄, 지르코늄, 코발트, 알루미늄, 인듐, 니켈, 구리, 은, 탄소, 청동, 황동, 베릴륨, 및/또는 이들의 산화물, 질화물, 및 합금을 포함할 수 있다. 또한, 전기화학 장치(130)는 후막 장치일 수 있다.
금속박은, 예컨대, 100 미크론 미만의 두께를 가질 수 있다. 또 다른 실시예에서, 금속박은 50 미크론 미만일 수 있고, 특정 실시예에서 금속박은 25 미크론 미만일 수 있다.
전기화학 장치(130)는 적어도 하나의 노치(131)를 포함할 수 있다. 도 1a, 도 1b, 도 2a 및 도 2b에 도시된 전기화학 장치(130)는 하나의 노치(131)를 포함하고, 캡슐화 층(110)도 하나의 노치(111)를 포함한다. 이들 노치(111, 131)는 임의의 형상 또는 크기를 가질 수 있다. 전기화학 장치(130) 또는 캡슐화 층(110)은 임의 개수의 노치를 포함할 수 있다. 금속 캡슐화 층(110)은 전기화학 장치(130) 내의 노치 위에 연장되어 캡슐화 접촉 탭(112)을 마련하고 있다. 이 접촉 탭(112)은 노치(131)에 의해 남겨진 개방 영역 위에 연장되어 있다. 접촉 탭(112)은 장치에 대해 종래의 전기 전도 접촉을 제공할 수 있다. 유사한 방법으로, 전기화학 장치는 금속 캡슐화 층(110) 내의 노치(111) 아래로 연장되어 접촉 탭(132)을 제공한다.
도 2a 및 도 2b는 도 1a 및 도 1b에 도시한 실시예의 사시도를 도시하고 있다. 도 2a는 전기화학 장치(130), 금속 캡슐화 층(110), 전기화학 장치(130) 내의 노치(131), 및 캡슐화 층(110) 내의 접촉 탭(112)을 도시한다. 도 2b는 전기화학 장치(130), 금속 캡슐화 층(110), 캡슐화 층(110) 내의 노치(111) 및 전기화학 장치(130) 내의 접촉 탭(132)을 도시한다. 이들 도면이 장치의 모서리에 노치(131, 111)를 나타내고 있지만, 노치는 임의 위치에 있을 수 있다. 이러한 대표적인 구성이 장치의 측면 상의 노치와 함께 도 7에 도시되어 있다. 또한, 노치는 반드시 정사각형은 아니다. 예컨대, 도 7에 도시한 노치는 둥근형인 반면에, 도 1a, 도 1b, 도 2a 및 도 2b에 도시한 노치는 직사각형 노치이다.
금속박 층(110)은 전기화학 장치(130)를 캡슐화하는데 적합할 수 있다. 이러한 캡슐화는, 예컨대, 환경의 영향으로 손상되는 것으로부터 전기화학 장치(130)를 보호할 수 있다. 예컨대, 많은 전기화학 장치는 리튬과 같이 환경에 민감한 재료를 포함한다. 이러한 재료는 공기 및 습도와 극도로 반응할 수 있고, 이러한 환경에 노출될 때 저하될 수 있다. 따라서, 금속박 캡슐화 층(110)은 공기 및/또는 습도로부터 전기화학 장치 내의 환경에 민감한 재료를 보호할 수 있다.
본 발명의 대표 실시예의 금속박 캡슐화 층(110)은 전기화학 장치(130) 내의 기판 층 위에 놓일 수 있다. 전기화학 장치는 복수 개의 층, 예컨대, 기판, 캐소드, 전해질, 및 애노드를 포함할 수 있다. 상기 장치는 기판에 증착된 금속박으로 캡슐화될 수 있고, 또한 접촉 탭을 포함할 수 있다. 따라서, 금속박은 확실하고 내구성 있는 접촉부를 제공할 수 있고, 장치의 임의 위치에 포함될 수 있다. 접촉부가 금속박의 일부를 이루기 때문에, 접촉부가 기판으로부터 끊어지거나 잘리는 일은 덜 일어날 수 있다.
본 발명의 대표 실시예에서, 금속박 층은 캐소드를 포함할 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 대표 실시예의 평면도를 도시한다. 본 실시예에서, 금속박 캡슐화 층(110)은 개구(150)를 포함한다. 이들 개구(150)는, 예컨대, 전기화학 장치 내에서 층에 대해 접촉 또는 접근을 제공할 수 있다. 예컨대, 이들 개구(150)는 전기화학 장치 내의 기판에 직접적으로 접근할 수 있게 한다. 이들 개구(150)는 임의의 크기 또는 형상을 가질 수 있다. 도면에 도시한 것은 대표적인 원형 개구 및 타원형 개구이다. 용례에 따르면 복수 개의 개구가 필요할 수 있거나 하나의 개구가 충분할 수 있다.
도 9a는 금속박(110) 상에 절연층(180)을 구비한 도 2a의 실시예를 도시하고 있고 도 9b는 금속박(110) 상에 절연층(180)을 구비한 도 2b의 실시예를 도시하고 있다. 절연층(180)은 불필요한 전기 접촉으로부터 금속박(110)을 보호한다. 도 9a 및 도9b에서 탭(112, 132) 부분은 절연층(180)으로 덮이지 않은 유일한 부분이고, 이 탭(112, 132)에서만 전기 접촉이 허여된다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 대표 실시예를 도시한다. 이 실시예는 접촉 탭(132) 내의 구멍(126) 및 캡슐화 탭(112) 내의 구멍(125)을 포함한다. 따라서, 이들 구멍(125, 126)은, 예컨대, 보다 확실한 접촉점을 제공할 수 있다. 다른 장치가 구멍(125, 126)을 통해 접촉부에 연결될 수 있다.
도 5a, 도 5b, 및 도 5c는 본 발명의 대표 실시예를 도시한다. 이 실시예는 두 개의 전기화학 장치(130, 160) 및 이들 두 장치 사이에 있는 하나의 금속박 캡슐화 층(110)을 포함한다, 이 실시예에서, 예컨대, 금속박(110)은 전기화학 장치(130, 160) 모두에 대한 캐소드를 포함할 수 있다. 또한, 또 다른 실시예에서 금속박(110)은 전기화학 장치(130, 160)의 기판에 대해 전기 전도성이 있을 수 있다. 이 실시예는, 도 5b에 도시한 바와 같이 전기화학 장치(160)의 상단에 캡슐화 층(161)을 포함할 수도 있다. 도 10에서 제3 금속박(134)이 또한 포함된다.
도 5b는 제2 캡슐화 층(161)을 갖는 도 5a의 우측의 사시도이다. 도시한 바와 같이 두 개의 전기화학 장치(130, 160)는 노치(131, 141)를 구비하고 있고 캡슐화 층(110, 161) 내에 연장 탭(112)이 존재한다.
도 5c는 도 5a의 좌측의 사시도이고, 캡슐화 층(110) 내의 노치(111) 및 두 전기화학 장치 내의 탭을 도시한다.
도 6은 하나 위에 다른 하나가 적층된 복수 개의 전기화학 장치(130, 160, 170, 180)와 그 사이의 금속박 층(110, 161, 171) 및 상단의 금속 캡슐화 층(181)을 도시한다. 이 도면이 4 개의 전기화학 장치(130, 160, 170, 180)을 도시하고 있지만, 본 발명은 적층될 수 있는 장치의 개수에 제한을 두지 않는다. 임의 개수의 장치가 본 발명에서 벗어나지 않고 적층될 수 있다. 또한, 이 실시예는 캡슐화 층 내의 4 개의 탭(112, 122, 173, 183)을 도시한다.
도 7은 본 발명의 대표 실시예를 도시한다. 이 실시예에서 전기화학 장치(130)는 노치(131) 및 탭(132)을 구비한다. 전기화학 장치(130)의 바닥에는 탭(112) 및 노치(111)를 포함하는 캡슐화 층(110)이 존재한다. 노치(111, 131)는 원형이고 장치의 동일한 측면에 배치된다.
도 8은 캡슐화 층(110) 및 전기화학 셀(130) 모두에 원형 노치를 구비하는, 도 7에 도시한 것과 유사한 실시예를 도시한다. 이 대표적인 실시예는 제2 전기화학 장치(160) 및 제2 캡슐화 층(161)을 도시한다.
본 발명의 대표 실시예에서, 금속박이 전기화학 장치 위에 놓일 수 있다. 이 금속박은 전기화학 장치를 캡슐화하고 환경의 위해로부터 전기화학 장치를 보호한다. 또한, 금속박은 장치의 기판에 전도 접촉되는 탭을 제공한다.
본 발명의 대표 실시예에서, 전기화학 장치는 LiCoO2를 포함한다. 이 실시예에서, 장치는 급속 열처리로 처리된다. 예컨대, 장치는 6분의 기간에 걸쳐 약 700 ℃까지 상승한다. 장치가 약 5분 동안 이 온도에서 유지된 후에 약 6분 내에 상온 까지 급속 냉각된다. 이러한 급속 열처리는 배리어 층이 없이 이용될 수 있도록 LiCoO2를 결정화시킨다. 시간의 기간은 30분까지 증가시키거나 심지어 10초까지 감소시킬 수 있다.
도 11a는 본 발명의 대표 실시예에 따른 전기화학 장치의 측면도를 도시한다. 이 실시예에서, 제1 접촉부(1101)가 결합층(1110)과 연결되고, 제1 접촉부(1101)의 일부는 결합층(1110)을 지나서 연장된다. 또한, 결합층(1110)이 셀 구조(1115)와 결합될 수 있다. 제2 접촉부(1105)가 셀 구조(1115) 아래에 배치된다. 배리어층은, 예컨대, 제2 접촉부(1105)와 셀 구조(1115) 사이에 배치될 수 있다. 결합층(1110) 내에 매립되어 도시한 것은 컨덕터(1120)이다. 이 컨덕터(1120)는, 예컨대, 선택적으로 통전하는 결합층을 생성한다. 선택적으로 통전하는 결합층(1110)은, 셀 구조(1115)로부터 결합층(1110)을 통해 제1 접촉부(1101)로 특정한 점에서 전도하게 하지만, 제1 접촉부(1101)와 제2 접촉부(1105) 사이에 절연을 제공한다.
컨덕터(1120)는 매우 다양한 방식으로 결합층(1110) 내에 배치될 수 있다. 예컨대, 금속 탭, 금속 와이어, 다수의 금속 와이어, 금속 와이어 메쉬, 천공 금속박, 천공 금속, 접착제층에 도포된 금속 코팅, 금속 디스크, 금속 코팅된 유리섬유 또는 이들의 조합이 이용될 수 있다. 이들 각각의 실시예에서, 컨덕터(1120)는 셀 구조(1115)와 제1 접촉부(1101) 사이에 전기 전도를 제공할 수 있지만, 두 개의 접촉부(1101, 1105) 사이에 절연을 제공할 수 있다. 일부 실시예에서, 컨덕터(1120) 는 결합층(1110) 내에 위빙될 수 있다. 컨덕터(1120)는, 예컨대, 결합층(1110) 내에 매립된 디스크일 수 있다. 일부 실시예에서 결합층(1110) 내의 슬릿이, 결합층(1110)을 통해 컨덕터(1120)를 위빙시키거나 배치하도록 형성될 수 있다. 또한, 예컨대, 구멍 또는 다른 수단이 결합층(1110)을 통해 컨덕터(1120)를 배치하기 위해 이용될 수 있다.
대표적인 실시예에서, 보강층이 절연층 내에 배치될 수 있다. 예컨대, 유리섬유 재료가, 층을 통해 위빙된 절연층의 일 표면의 절반을 덮을 수 있고 결합층의 다른 절반을 덮을 수 있다. 전도 코팅이 없는 상기 유리섬유의 층은 사이에 배치된 재료를 절연시킬 것이다. 유리섬유는 국부 영역에서 전도 재료로 코팅될 수 있다. 상기 전도 코팅은 결합층의 상면 및 하면의 유리섬유 영역을 코팅할 수 있다. 상기 실시예에서, 예컨대, 유리섬유는 상부 접촉부와 셀 사이에서 지날 것이다. 전도 재료는 잉크젯, 실크 스크린, 플라즈마 증착, e-비임 증착, 스프레이법 및/또는 브러쉬법을 이용하여 유리섬유 위에 증착될 수 있다. 유리섬유 이외에 다른 재료, 예컨대, KEVLAR®, 플라스틱, 유리 또는 기타 절연 재료가 사용될 수 있다.
본 발명의 대표 실시예는 결합층 내의 구멍을 통해 제1 접촉부와 셀 구조 사이에 선택적인 접촉을 제공한다. 이러한 실시예에서, 결합층 내의 구멍은 제1 접촉부 및 셀 구조가 접촉을 유지할 수 있게 한다. 예컨대, 접촉을 이루기 위해 층들이 함께 압착될 수 있다. 대안적으로, 층 사이의 접촉을 이루기 위해 전도성 아교 또는 전도성 잉크가 결합층 내의 구멍 영역 안 또는 그 근처에 도포될 수 있다. 리튬 이 전도 재료로서 이용될 수 있다.
컨덕터(1120)는, 예컨대, 금, 백금, 스테인리스강, 티타늄, 지르코늄, 코발트, 알루미늄, 인듐, 니켈, 구리, 은, 탄소, 청동, 황동, 베릴륨, 또는 이들의 산화물, 질화물 및 합금으로 제조될 수 있다.
도 11b는 도 11a에 도시한 대표 실시예의 평면도를 도시한다. 도 11b에 도시한 바와 같이 제1 접촉부(1101)는 결합층(1110) 및 제2 접촉부(1105)를 지나 연장된다. 마찬가지로, 예컨대, 제2 접촉부(1105)도 반대 방향에서 결합층(1110) 및 제1 접촉부(1101)를 지나 연장된다.
도 11c 및 도 11d는 리드(lead)가 제1 접촉부(1101) 및 제2 접촉부(1105)로부터 형성되는 대표 실시예를 도시한다. 도 11c에 도시한 바와 같이, 제1 부분 컷(1140a)이 제1 접촉부(1101)에 형성되고 부분 컷(1140b)이 제2 접촉부(1105)에 형성된다. 이러한 부분 컷은 전기화학 장치로부터 연장되도록 위로 접을 수 있는 스트립을 형성한다. 예컨대, 도 11d는 접촉부(1101, 1105) 내의 부분 컷에서 기인한 스트립(1142a, 1142b)이 도면의 아래 방향으로 접은 실시예를 도시한다. 접촉부(1101, 1105)의 연장 부분의 하나만 또는 모두가, 전기화학 장치의 소망의 용례 또는 배향을 위해 여러 방향에서 리드를 형성하기 위해 부분적으로 절단될 수 있다는 점이 인식되어야 한다.
도 11a 내지 도 11d에 도시한 대표 실시예를 설명하기 위한 목적을 위해, 도 12a 내지 도 19b는 본 실시예의 개개의 층 및 본 실시예의 일부를 도시하고 있고 이들이 어떻게 함께 연결 또는 결합될 수 있는지를 나타내고 있다. 이들 도면은 본 발명의 임의 실시예를 제작하기 위한 단계적인 방법을 나타내기를 의도하는 것은 아니다. 오히려, 이들 도면은 층들이 어떻게 상호작용하는지를 이해하도록 돕기 위해 존재한다. 도 12a, 도 13a, 도 14a, 도 15a, 도 16a, 도 17a, 도 18a 및 도 19a는 대표적인 배터리의 여러 부분의 측면도를 도시하고, 도 12b, 도 13b, 도 14b, 도 15b, 도 16b, 도 17b, 도 18b 및 도 19b는 평면도를 도시한다.
도 12a는 본 발명의 일 실시예에 따른 컨덕터(1120)의 측면도를 도시한다. 세 가지 대표적인 유형의 컨덕터의 평면도, 즉 와이어(1121), 탭(1122), 및 와이어 메쉬(1123)가 도 12b에 도시되어 있다. 도 13a는 결합층(1110) 내에서 절단된 슬릿(1130)의 측면도를 도시하고 있고, 도 13b는 그 평면도를 도시하고 있다. 도 14a는, 예컨대, 결합층을 통해 위빙된 컨덕터(1120)의 측면도를 도시한다. 도 14b는 결합층(1110)을 통해 위빙된 메쉬 와이어 컨덕터(1123)의 평면도를 도시한다. 도 15a는 결합층 내에 매립된 컨덕터(1120)를 도시한다. 컨덕터(1120)는, 예컨대, 컨덕터(1120)가 결합층(1110) 내에 압착될 수 있는 상태까지 결합층(1110)을 가열함으로써, 결합층(1110) 내에 매립될 수 있다. 바람직하게는, 컨덕터(1120) 및 결합층(1110)의 표면이 본 공정 후에 동평면을 이룰 수 있다. 도 15b는 결합층 내에 매립된 와이어 메쉬 컨덕터(1123)의 평면도를 도시한다.
도 12a 내지 도 15b에서 얻어진 결합층(1110)은 절연 특성을 갖고 있지만 결합층(1120)의 상면과 하면의 부분들 사이에서 선택적인 전도성을 제공하고 있음을 나타낸다. 다른 조합도 선택적인 전도성을 생성할 수 있다.
도 16a 및 도 16b는 제1 접촉부(1101)를 도시한다. 도 17a는 결합층(1110)에 결합된 제1 접촉부(1101)를 도시한다. 바람직하게는, 이 실시예에서 컨덕터(1120)가 제1 전기 접촉부(1101)와 전기 접촉함을 주목하라. 도 17b는 도 17a의 평면도를 도시한다. 또한, 제1 접촉부는 배터리를 캡슐화할 수 있어서 환경에 의한 저하 및 손상으로부터 배터리를 보호한다. 예컨대, 수많은 전기화학 장치는 리튬과 같은 환경에 민감한 재료를 포함한다. 이들 재료는 공기 및 수분과 극도로 반응할 수 있고, 이러한 환경에 노출될 때 저하될 수 있다. 따라서, 제1 접촉부(1101)가 배터리를 캡슐화할 수 있어서 공기 및/또는 습도로부터 전기화학 장치 내의 환경에 민감한 재료를 보호할 수 있다.
도 18a는 제2 접촉부(1105)와 연결된 하나의 배터리 셀(1115)의 대표적인 실시예를 도시한다. 또한, 제2 접촉부(1105)는 셀이 위에 증착되는 기판일 수 있다. 이 실시예에서 셀 구조는 캐소드, 애노드 및 전해질을 포함한다. 전해질은 LIPON을 포함할 수 있다.
도 19a는 완성된 셀 구조를 도시한다. 도 18a의 제2 접촉부(1105) 및 셀 구조(1115)가 도 17a에 도시한 것과 같은 제1 접촉부(1101) 및 결합층(1110)에 연결된다. 게다가, 바람직하게는, 컨덕터(1120)가 선택적인 영역에서 전기화학 장치(1115)와 어떻게 전기 접촉되는지를 주목하라. 셀은 외부 접촉부(1101, 1105)와 사이에 경계를 이루고, 그 사이에서 최소의 층을 구비한다. 이 실시예에서, 제1 접촉부(1101) 및 제2 접촉부(1105)는 전기화학 장치(1115)의 영역을 지나서 연장된다.
이 실시예의 제1 접촉부(1101) 및 제2 접촉부(1105)는 전도성 금속으로 제조 될 수 있다. 예컨대, 접촉부(들)은 금, 백금, 스테인리스강, 티타늄, 지르코늄, 코발트, 알루미늄, 인듐, 니켈, 구리, 은, 탄소, 청동, 황동, 베릴륨, 또는 이들의 산화물, 질화물 및 합금으로 제조될 수 있다. 다른 전도성 재료가 사용될 수도 있다.
상기 실시예가 도 13b에 도시한 슬릿(1130)과 같이 결합층(1110) 내에 개구가 마련된 전도 재료(1120 내지 1123)를 도시하고 있지만, 셀 구조(1115)와 제1 전기 접촉부(1101) 간의 전기 접촉이 수많은 다른 방식에 의해 제공될 수 있다는 점을 인식하여야 한다. 예컨대, 셀 구조(1115)와 제1 접촉부(1101) 간의 전기 전도는 전도성 분말을 결합층(1110)을 형성하는 접착제 내에 매립함으로써 제공될 수 있다. 예컨대, 금속 분말(예컨대, 니켈 분말)과 같은 전도성 분말이, 접촉부(1101)와 셀 구조(1115) 사이의 접착성 결합층(1110) 내의 하나 이상의 선택된 영역에서 접착성 결합층 내에 매립될 수 있다. 당업자는, 예컨대, 선택적으로 접착제 내에 마련된 전도성 볼, 슬러그, 와이어링 메쉬 등과 같이 선택적인 전도를 위해 마련될 수 있는 다른 전도 재료를 인식할 것이다. 셀 구조(1115)와 제1 접촉부(1101) 간의 전기 전도를 이루지만 두 개의 접촉부(1101, 1105) 간에는 절연을 제공하는 방법이 본 명세서에서 설명한 실시예로 한정되는 것으로서 간주되지 않아야 한다.
상기 실시예는 대표적인 것일 뿐이다. 당업자는 본 명세서의 범위 내에서 의도되는, 특히 여기에서 설명한 실시예로부터의 변형예를 인지할 수 있다. 이와 같이, 본 발명은 이하의 청구범위에 의해서만 한정된다. 따라서, 본 발명의 변형이 첨부한 청구범위 및 그 동등물의 범위 내에서 일어난다면, 본 발명은 본 발명의 변 형을 보호한다.

Claims (129)

  1. 제1 전기 접촉부;
    전기 절연 물질을 포함하는 결합층으로서, 상기 결합층은 상기 제1 전기 접촉부와 결합되고, 매립된 전기 컨덕터를 포함하며, 상기 매립된 전기 컨덕터는 상기 제1 전기 접촉부와 접촉하는 것인, 결합층;
    캐소드, 전해질 및 애노드를 포함하는 셀 구조; 및
    제2 전기 접촉부
    를 포함하고, 상기 결합층 및 상기 셀 구조는 상기 제1 전기 접촉부와 제2 전기 접촉부 사이에 끼워지고, 상기 제1 전기 접촉부는 캡슐화 금속을 더 포함하는 것인 배터리.
  2. 제1항에 있어서, 상기 결합층은 상기 매립된 전기 컨덕터를 통해 선택적으로 전도성이 있는 것인 배터리.
  3. 제1항에 있어서, 상기 셀 구조는 상기 매립된 전기 컨덕터를 통해 상기 제1 전기 접촉부와 선택적으로 전기 접촉하는 것인 배터리.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 제2 전기 접촉부는 기판을 더 포함하는 것인 배터리.
  6. 제1항에 있어서, 상기 결합층은 접착 재료, 절연 재료, 플라스틱, 유리, KEVLAR®, 보강 재료, 및 유리섬유를 포함하는 군으로부터 선택된 재료를 포함하는 것인 배터리.
  7. 제1항에 있어서, 상기 매립된 전기 컨덕터는 탭, 와이어, 다수의 와이어, 와이어 메쉬, 천공 금속, 접착제층에 도포된 금속 코팅, 및 디스크로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 배터리.
  8. 제1항에 있어서, 상기 매립된 전기 컨덕터는 상기 결합층 내에서 위빙되는 것인 배터리.
  9. 제8항에 있어서, 상기 결합층은 상기 매립된 전기 컨덕터가 내부에서 위빙되는 슬릿을 포함하는 것인 배터리.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제2 전기 접촉부는 금, 백금, 스테인리스강, 티타늄, 지르코늄, 코발트, 알루미늄, 인듐, 니켈, 구리, 은, 탄소, 청동, 황동, 베릴륨, 및 이들의 산화물, 질화물, 및 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 재료를 포함하는 것인 배터리.
  11. 제1항에 있어서, 상기 매립된 전기 컨덕터는 금, 백금, 스테인리스강, 티타늄, 지르코늄, 코발트, 알루미늄, 인듐, 니켈, 구리, 은, 청동, 황동, 베릴륨, 및 이들의 산화물, 질화물, 및 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 재료를 포함하는 것인 배터리.
  12. 제1항에 있어서, 상기 제1 전기 접촉부 상에 절연층을 더 포함하는 것인 배터리.
  13. 청구항 13은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제12항에 있어서, 상기 절연층은 플라스틱을 포함하는 것은 배터리.
  14. 청구항 14은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서, 상기 제2 전기 접촉부 상에 절연층을 더 포함하는 것인 배터리.
  15. 청구항 15은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제14항에 있어서, 상기 절연층은 플라스틱을 포함하는 것인 배터리.
  16. 청구항 16은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서, 상기 캐소드는 어닐링되지 않는 것인 배터리.
  17. 청구항 17은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서, 상기 캐소드는 급속 열처리를 통해 어닐링되는 것인 배터리.
  18. 제1항에 있어서, 상기 셀 구조와 상기 제2 전기 접촉부 사이에 배리어층을 더 포함하는 것인 배터리.
  19. 제1항에 있어서, 상기 제1 전기 접촉부 내에 접촉 영역을 더 포함하는 것인 배터리.
  20. 청구항 20은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제19항에 있어서, 상기 제1 전기 접촉부 내의 상기 접촉 영역은 상기 제1 전기 접촉부로부터 연장되는 리드(lead)를 더 포함하는 것인 배터리.
  21. 청구항 21은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서, 상기 제2 전기 접촉부 내에 접촉 영역을 더 포함하는 것인 배터리.
  22. 청구항 22은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제21항에 있어서, 상기 제2 전기 접촉부 내의 상기 접촉 영역은 상기 제2 전기 접촉부로부터 연장되는 리드를 더 포함하는 것인 배터리.
  23. 제1항에 있어서, 상기 제1 전기 접촉부 내에 하나 이상의 개구를 더 포함하는 것인 배터리.
  24. 제1항에 있어서, 상기 제1 전기 접촉부는 금속박을 포함하는 것인 배터리.
  25. 청구항 25은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서, 상기 제2 전기 접촉부는 금속박을 포함하는 것인 배터리.
  26. 청구항 26은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서, 상기 제1 전기 접촉부 내에 복수의 개구를 더 포함하는 것인 배터리.
  27. 청구항 27은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서, 제2 셀 구조를 더 포함하는 것인 배터리.
  28. 제24항에 있어서, 상기 배터리는 하나 이상의 노치를 구비하는 제2 셀 구조를 더 포함하고, 상기 금속박은 또한 하나 이상의 노치를 구비하는 상기 제2 셀 구조를 캡슐화하고, 상기 제1 전기 접촉부의 일부는 상기 노치 위에 연장하며, 상기 제1 전기 접촉부 상의 전기 접촉 탭은 셀 구조의 노치 위에 마련되어 있는 것인 배터리.
  29. 청구항 29은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서, 상기 제1 전기 접촉부는 상기 셀 구조의 캐소드 요소로서 작용하는 것인 배터리.
  30. 청구항 30은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서, 상기 제1 전기 접촉부는 상기 셀 구조의 애노드 요소로서 작용하는 것인 배터리.
  31. 제1항에 있어서, 복수의 셀 구조를 더 포함하고, 상기 복수의 셀 구조는 각각의 셀 구조 내에 하나 이상의 노치를 구비하고, 하나의 셀 구조 위에 다른 하나의 셀 구조가 적층되어 있으며, 하나 이상의 금속박이 각각의 셀 구조를 캡슐화하는 것인 배터리.
  32. 청구항 32은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서, 상기 제1 전기 접촉부는 전기화학 장치 위에 놓여 있는 것인 배터리.
  33. 청구항 33은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서, 상기 제1 전기 접촉부는 스테인리스강을 포함하는 것인 배터리.
  34. 제1항에 있어서, 상기 제1 전기 접촉부의 일부는 절연 재료로 코팅되는 것인 배터리.
  35. 제1항에 있어서, 상기 제1 전기 접촉부는 100 미크론 이하의 두께를 갖는 것인 배터리.
  36. 청구항 36은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서, 상기 제1 전기 접촉부는 50 미크론 이하의 두께를 갖는 것인 배터리.
  37. 청구항 37은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서, 상기 제1 전기 접촉부는 25 미크론 이하의 두께를 갖는 것인 배터리.
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  81. 하나 이상의 노치를 구비한 전기화학 장치; 및
    금속박
    을 포함하고, 상기 금속박은 상기 전기화학 장치를 캡슐화하고, 상기 금속박의 일부가 상기 노치 위에서 연장하며, 상기 금속박 상의 전기 접촉 탭이 상기 전기화학 장치의 노치부 위에 마련되어 있는 것인 장치.
  82. 제81항에 있어서, 상기 접촉 영역 내에 구멍을 더 포함하는 것인 장치.
  83. 제81항에 있어서, 상기 금속박 내에 하나 이상의 개구를 더 포함하는 것인 장치.
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  85. 제81항에 있어서, 상기 접촉 탭은 상기 전기화학 장치로부터 연장되는 리드인 것인 장치.
  86. 제81항에 있어서, 제2 전기화학 장치를 더 포함하는 것인 장치.
  87. 제86항에 있어서, 상기 금속박은 또한 하나 이상의 노치를 구비한 상기 제2 전기화학 장치를 캡슐화하고, 상기 금속박의 일부는 상기 노치 위에서 연장하며, 상기 금속박 상의 전기 접촉 탭이 상기 전기화학 장치의 노치부 위에 마련되어 있는 것인 장치.
  88. 제87항에 있어서, 상기 접촉 탭은 상기 금속박으로부터 연장한 리드인 것인 장치.
  89. 청구항 89은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제81항에 있어서, 상기 금속박은 상기 전기화학 장치의 캐소드 또는 애노드 요소로서 작용하는 것인 장치.
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  91. 제81항에 있어서, 각 전기화학 장치 내에 하나 이상의 노치를 구비하고, 하나의 셀 구조 위에 다른 하나의 셀 구조가 적층되어 있으며, 하나 이상의 금속박이 각 전기화학 장치를 캡슐화하는, 복수 개의 전기화학 장치를 더 포함하는 것인 장치.
  92. 제91항에 있어서, 복수 개의 셀 구조를 더 포함하는 것인 장치.
  93. 제81항에 있어서, 상기 전기화학 장치는 기판을 포함하고, 상기 금속박은 상기 기판에 전도 부착되는 것인 장치.
  94. 청구항 94은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제81항에 있어서, 상기 금속박은 상기 전기화학 장치 위에 놓이는 것인 장치.
  95. 청구항 95은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제81항에 있어서, 상기 금속박은 스테인리스강을 포함하는 것인 장치.
  96. 제81항에 있어서, 상기 금속박의 일부는 절연 재료로 코팅되는 것인 장치.
  97. 제81항에 있어서, 상기 금속박은 100 미크론 이하의 두께를 갖는 것인 장치.
  98. 청구항 98은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제81항에 있어서, 상기 금속박은 50 미크론 이하의 두께를 갖는 것인 장치.
  99. 청구항 99은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제81항에 있어서, 상기 금속박은 25 미크론 이하의 두께를 갖는 것인 장치.
  100. 청구항 100은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제89항에 있어서, 상기 캐소드는 어닐링되지 않은 것인 장치.
  101. 청구항 101은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제89항에 있어서, 상기 캐소드는 급속 열처리를 통해 어닐링된 것인 장치.
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