KR101497992B1 - Electrochemical apparatus with barrier layer protected substrate - Google Patents

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Abstract

본 발명은 본 발명의 기판 부분과 전지 부분 사이에 예컨대, 배리어 서브층으로 구성된 적절한 배리어층을 제조하여, 전기화학 장치의 전체 수명 동안 그 전기화학 장치의 임의의 구동 및 저장뿐만 아니라 전체 전지 제조 공정 동안 이들 두 부분을 화학적으로 분리함으로써, 금속 기판, 폴리머 기판, 또는 도핑 또는 비도핑 실리콘 기판상에 고성능 박막 전지를 제조하는 장치, 조성물 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 배리어 서브층으로 구성된 적절한 배리어층을 사용하여 얇은 가요성 스테인리스강 호일 기판 상에 제조된 박막 전지는 LiCoO2 포지티브 캐소드에 대한 700℃ 퇴적-후 어닐 프로세스를 사용하는 경우 세라믹 기판 상에 제조된 박막 전지에 비하여 손상되지 않은 전기화학적 성능을 갖는다.

Figure R1020077028407

전기화학 장치, 박막 전지, 전기화학적 활성 셀, 배리어층, 배리어 서브층

The present invention relates to a process for preparing an appropriate barrier layer consisting, for example, of a barrier sub-layer between the substrate portion and the cell portion of the present invention, for the entire lifetime of the electrochemical device, as well as any drive and storage of the electrochemical device, To a device, a composition and a method for producing a high performance thin film battery on a metal substrate, a polymer substrate, or a doped or undoped silicon substrate by chemically separating these two portions. In a preferred embodiment of the invention, the barrier of the thin film battery manufacturing thin flexible using a suitable barrier layer consisting of a sub-layer on a property of stainless steel foil substrate 700 ℃ deposition for LiCoO 2 positive cathode-When using a post annealing process Has an undamaged electrochemical performance as compared to a thin film battery fabricated on a ceramic substrate.

Figure R1020077028407

An electrochemical device, a thin film battery, an electrochemically active cell, a barrier layer, a barrier sublayer

Description

배리어층 보호 기판을 갖는 전기 화학 장치{ELECTROCHEMICAL APPARATUS WITH BARRIER LAYER PROTECTED SUBSTRATE}ELECTROCHEMICAL APPARATUS WITH BARRIER LAYER PROTECTED SUBSTRATE FIELD OF THE INVENTION [0001]

관련 출원Related application

본 출원은 2005년 6월 15일자로 출원된 미국 가특허출원 일련번호 제60/690,697호로서 사전 인증된 미국 출원 일련번호 제(미할당)호의 일부 계속 출원이며 그 출원의 35U.S.C.§120의 이익을 청구하며, 2005년 8월 23일자로 출원된 미국 출원 일련번호 제11/209,536호에 관계된 것이며 그 출원의 35U.S.C.§120의 이익을 청구하고, 상기 문헌들은 여기에 참고자료로서 명확히 포함된다.This application is a continuation-in-part of U.S. Provisional Patent Application Serial No. 60 / 690,697, filed June 15, 2005, which is a continuation-in-part of US Application Serial Number Filed on August 23, 2005, and claims the benefit of 35 USC § 120 of that application, the disclosures of which are hereby expressly incorporated herein by reference do.

본 발명의 분야는 커패시티 밀도, 에너지 밀도 및 파워 밀도가 개선되고, 바람직하게는 가요성 형태 인자 및 결정질 LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4 캐소드(cathode) 및 유도 재료를 갖는 리튬계 고체 상태 박막 2차 및 1차 전지의 장치, 구성 및 제조에 관한 것이다.Field of the present invention capacity density, the energy density and the power density is improved, preferably a flexible form factor and a crystalline LiCoO 2, LiNiO 2, LiMn 2 O 4 lithium-based solid state having a cathode (cathode) and the inducing material The present invention relates to a device, construction and manufacture of thin film secondary and primary batteries.

이하에서는 박막 전지 분야에서의 관련 기술의 요구 및 진전에 대하여 기술한다.The requirements and progress of the related art in the field of thin film batteries will be described below.

박막 전지는 층상의 전지 구성 요소를 해당 기판에 예컨대, 이하의 순서로 순차적 진공 퇴적하여 제조될 수 있다: 포지티브 캐소드(positive cathode) 전류 콜렉터, 포지티브 캐소드, 네가티브 애노드(negative anode) 전류 콜렉터, 전해질(분리자), 네가티브 애노드, 및 캡슐레이션(encapsulation). 퇴적 프로세스 단계 대신에 적층 프로세스가 사용될 수 있다(예컨대, 미국 특허 제6,916,679(Wang 등), 143 J. Electrochem. Soc. 3203-12(1996) 또는 미국 특허 제5,561,004호 참조). 선택적으로, 박막 전지의 두 단자는 포지티브 및 네가티브 전류 콜렉터의 연장부를 단순히 포함하는 것이 아니라, 각각의 전류 콜렉터에 전기적으로 접촉하는 단자 컨택이 부가적으로 퇴적될 수 있다. 포지티브 캐소드 재료는 퇴적 상태에서 불충분하게 결정질일 수 있고, 이 사실과 관련하여 불충분한 전기화학적 특성을 보일 수 있다(예컨대, Wang 등의 상기 문헌 참조). 이 때문에, 포지티브 캐소드는 전지 제조 동안에 결정화되고, 이는 퇴적 후의 고온("어닐") 프로세스에 의해서 달성될 수 있다(예컨대, Wang 등의 상기 문헌, 또는 New Trends in Electrochemical Technology : Energy Storage Systems for Electronics (T. Osaka & M. Datta eds ., Gordon and Breach 2000)에서의 Bates 등의 "Thin-Film Lithium Batteries" 참조). 포지티브 캐소드의 퇴적 직후에 인가되는 어닐 프로세스는 기판 및 포지티브 캐소드 전류 콜렉터를 위한 재료의 선택을 제한하여서, 부피 및 중량당 박막 전지의 커패시티 밀도, 에너지 밀도, 및 파워 밀도를 제한한다. 예컨대, 이들 3가지 양에 대한 기판의 영향을 이하에서 상세히 설명한다.A thin film battery can be fabricated by sequentially depositing layered battery components on a corresponding substrate, for example, in the following order: a positive cathode current collector, a positive cathode, a negative anode current collector, an electrolyte ( Separator), a negative anode, and encapsulation. A deposition process may be used instead of the deposition process step (see, for example, U.S. Patent No. 6,916,679 (Wang et al.), 143 J. Electrochem. Soc. 3203-12 (1996) or U.S. Patent No. 5,561,004). Optionally, the two terminals of the thin film battery do not simply include extensions of the positive and negative current collectors, but terminal contacts that are in electrical contact with each current collector may be additionally deposited. The positive cathode material may be insufficiently crystalline in the deposited state and may exhibit insufficient electrochemical properties in connection with this fact (see, e. G., Wang et al., Supra). Therefore, the cathode is the positive et is crystallized during battery manufacturing, which can be achieved by high-temperature ( "annealing") process after deposition (e.g., Wang, or New Trends in Electrochemical Technology : Energy Storage Systems for Electronics (T. Osaka & M. Datta eds ., Gordon and Bates et al., "Thin-Film Lithium Batteries & quot ; , Breach 2000 ). The annealing process applied immediately after deposition of the positive cathode limits the choice of materials for the substrate and the positive cathode current collector to limit the capacity density, energy density, and power density of the thin film battery per volume and weight. For example, the influence of the substrate on these three quantities will be described in detail below.

리튬계 고체 상태 박막 2차(충전 가능) 및 1차(충전 불가능) 전지의 커패시티, 에너지 및 파워의 고유(즉, 기판 및 인캡슐레이션 없이)의 부피 및 중량 밀도 는 포지티브 캐소드 재료의 커패시티, 에너지 및 파워의 부피 및 중량 밀도에 의해 좌우된다. 2차 전지의 경우, 결정질 LiCoO2는 커패시티, 에너지, 파워 및 순환능력의 견지에서 벌크(박막이 아님) 및 박막 전지의 양쪽에 대한 포지티브 캐소드 재료 선택의 일 예이며, 결정질 LiMn2O4, 결정질 LiMnO2, 및 결정질 LiNiO2의 유도체가 그 뒤를 잇는다. 이들 주요 모(母) 포지티브 캐소드 재료를 Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, La, Hf, Ta, W 및 Ru와 같은 다른 천이 금속(유도체가 됨)과, 1족, 2족, 13족, 14족, 15족, 16족 및 17족에서 선택된 주요 족 원소로 도핑하는 것은 전체 개선에 있어서 LiCoO2, LiMn2O4, LiMnO2, 및 LiNiO2의 특성을 매우 작게 변경하는 것이 발견되었다.The volume and weight density of the capacity, energy and power inherent in the lithium-based solid state thin film secondary (rechargeable) and primary (non-rechargeable) cells (ie, without substrate and encapsulation) , The volume and weight density of energy and power. In the case of a secondary cell, crystalline LiCoO 2 is an example of a positive cathode material selection for both bulk (not thin film) and thin film cells in terms of capacity, energy, power and circulating capability, and crystalline LiMn 2 O 4 , Crystalline LiMnO 2 , and derivatives of crystalline LiNiO 2 . These main parent cathode materials are represented by Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, La, Hf, Doping with other transition metals (which are derivatives) such as Ru and major group elements selected from Group 1, Group 2, Group 13, Group 14, Group 15, Group 16, and Group 17 is believed to be LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , LiMnO 2 , and LiNiO 2 to a very small extent.

미국 특허 제6,280,875호에 따르면, Ti 기판 상의 순수한 산화티탄은 Ti 기판과 전지 구성요소 사이에서 해로운 반응이 발생하는 것을 방지할 만큼 충분히 비활성적이지 않다. 이러한 접근은, 기판 재료의 선택이 포지티브 캐소드의 어닐 단계 동안 순수한 표면 산화물을 형성할 수 있는 재료로 제한되기 때문에, 매우 한정적이 된다. 본 발명과 별개로, 순수한 표면 산화물을 형성하지 않는 가요성 호일을 포함하는 금속성 기판은 박막 전지 기판으로서 성공적으로 채택되지 않았다. 예컨대, Zr이외의 가요성 호일을 포함하는 금속성 기판에 고온 캐소드 재료를 직접 퇴적한 다음, 1시간 동안 공기 중에 700℃와 같은 고온에서 어닐링하여 고체 상태 박막 2차 전지를 제조하는 것은, 포지티브 캐소드 및 기판 재료가 포지티브 캐소드가 쓸모없게 되는 정도까지 해롭게 반응하는 결과를 낳는다. 순수한 Ti 및 Zr 기 판은 또한 비교적 고가이다.According to U. S. Patent No. 6,280, 875, pure titanium oxide on a Ti substrate is not sufficiently inert to prevent deleterious reactions between the Ti substrate and the battery components from occurring. This approach is very limited since the choice of substrate material is limited to a material that can form a pure surface oxide during the annealing step of the positive cathode. Apart from the present invention, a metallic substrate comprising a flexible foil that does not form a pure surface oxide has not been successfully employed as a thin film cell substrate. For example, directly depositing a high temperature cathode material on a metallic substrate comprising a flexible foil other than Zr, and then annealing at a high temperature such as 700 캜 in air for one hour to produce a solid state thin film secondary cell, Substrate material results in detrimental reaction to such an extent that the positive cathode becomes useless. Pure Ti and Zr substrates are also relatively expensive.

종래의 박막 전지는 기판과 전지 사이에서의 효과적인 배리어층(barrier layer)의 사용을 개시하지 않고, 그리하여, 잠재적인 부정적 관찰을 제공한다. 예컨대, 종래 박막 전지의 특정 문제를 극복하기 위한 부층상화(sublayering) 속성을 갖는 창의적인 배리어층과 같은 본 발명에 대한 요구가 존재한다.Conventional thin film cells do not disclose the use of an effective barrier layer between the substrate and the cell, thus providing a potential negative observation. For example, there is a need for the present invention, such as a novel barrier layer having sublayering properties to overcome the specific problems of conventional thin film batteries.

발명의 개요Summary of the Invention

이하에 실시예로서 상세히 기재하는 바와 같이, 본 발명의 각종 측면 및 실시예는 종래 기술의 특정 단점과 관련 산업에서의 부상하는 필요성을 언급한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS As will be described in detail below by way of example, the various aspects and embodiments of the present invention refer to particular drawbacks of the prior art and the emerging need in the industry.

휴대용 및 온-보드 장치의 수는 계속 급격하게 증가하고 있는 반면, 이용가능한 물리적 치수는 감소할 수 있다. 이들 장치를 구동하는 전지는 장치의 요구, 예컨대, 동일한 파워를 전달하면서 잠재적 사이즈 감소에 부합해야만 한다. 전지가 박형화될수록, 적용할 수 있는 분야는 더 많아진다. 하나의 가능한 파워 장치는 박막 고체 상태 전지이다. 풋프린트(footprint)는 한정적인 인자이지만 커패시티 요구가 여전히 "높은" 경우, 이용가능한 공간(풋프린트 × 높이) 내에 가능한 한 여러 개의 전지 셀로서 패킹하고 적층하는 것이 중요하게 된다. While the number of portable and on-board devices continues to increase rapidly, the available physical dimensions may decrease. Batteries driving these devices must meet the needs of the device, e. G., Delivering the same power, with potential size reduction. The thinner the battery, the more applications can be applied. One possible power device is a thin film solid state battery. It is important to pack and stack as many battery cells as possible within the available space (footprint x height) if the footprint is a limiting factor but the capacity demand is still "high ".

최고의 커패시티, 전압, 전류, 파워 및 충전가능한 주기 유효기간을 갖는 전지는 예컨대, 오늘날 가장 파워풀한 포지티브 캐소드 재료인 LiCoO2, LiMn2O4, LiMnO2, LiNiO2, 및 그 유도체를 이용할 수 있다.Batteries with the highest capacity, voltage, current, power and chargeable cycle lifetime can use, for example, LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , LiMnO 2 , LiNiO 2 , and derivatives thereof, which are today's most powerful positive cathode materials .

박막으로 진공 퇴적되는 경우, 이들 재료는 바람직하게는 전기화학적 특성의 전체 범위의 발전과 직접적으로 관련되는 결정도를 개선하기 위해서 고온에서의 퇴적-후(post-deposition) 어닐닝을 포함할 수 있다. 그러한 박막 전지를 채용하는 전기화학 장치의 경우, 박형화되기 위해서는 주로 전기화학 장치의 불활성이고 전기화학적으로 비활성적인 부분이 박형화되어야 한다. 하나의 접근은 전지를 두꺼운 벌크의 세라믹 기판 대신에 박형의 금속 호일 기판에 구축하는 것일 수 있다. 금속 호일은 동일한 풋프린트의 세라믹 기판보다 가요적이고, 박형이며, 저렴하다. 또한, 그것들은 매우 넓은 지역에서 용이하게 입수가능하고, 이는 제조시의 실질적인 비용 저감으로 이어진다.When vacuum deposited into a thin film, these materials may preferably include post-deposition annealing at high temperatures to improve the crystallinity directly associated with the development of the full range of electrochemical properties. In the case of an electrochemical device employing such a thin film battery, in order to be thin, an inactive electrochemical device and an electrochemically inactive portion must be thinned. One approach may be to build the battery on a thin metal foil substrate instead of a thick bulk ceramic substrate. Metal foil is more flexible, thinner, and less expensive than ceramic substrates of the same footprint. In addition, they are readily available in very large areas, leading to substantial cost savings during manufacture.

하지만, 다른 포지티브 캐소드 재료와 같이, LiCoO2는 강한 산화제이고 매우 이동적이고 그리하여 반응적인 리튬 이온을 갖는다. 퇴적된 LiCoO2막을 결정화하기 위해 필요한 높은 어닐링 온도에서, 제한된 수의 비활성 세라믹을 제외하고, 여러 화합물뿐만 아니라 대부분의 금속 및 합금과 강하게 반응한다. 다른 경우에, 높은 어닐링 온도 동안에 기판으로부터 바라지 않는 종이 LiCoO2로 확산하고 포지티브 캐소드를 오염시킬 수 있고, 그리하여 그것의 전기화학적 특성을 유해하게 변경시킨다. 어닐링 온도가 반응 또는 바라지 않는 확산을 방지하기 위해 충분히 낮게 유지되는 경우, 포지티브 캐소드는 완전하게 결정화하지 않을 수 있고, 커패시티, 에너지, 전류 및 파워 용량, 그리고 충전가능한 전지의 경우 수명(주기 수)이 손상될 수 있다.However, like other positive cathode materials, LiCoO 2 is a strong oxidant and very mobile and thus has reactive lithium ions. At high annealing temperatures required to crystallize the deposited LiCoO 2 film, it reacts strongly with most metals and alloys as well as with a variety of compounds, with the exception of a limited number of inert ceramics. In other cases, unwanted paper from the substrate during high annealing temperatures may diffuse into the LiCoO 2 and contaminate the positive cathode, thereby detrimentally altering its electrochemical properties. If the annealing temperature is kept low enough to prevent reactive or undesired diffusion, the positive cathode may not be completely crystallized, and the capacity, energy, current and power capacity, and lifetime (number of cycles) Can be damaged.

고-파워 포지티브 캐소드 재료는 그것의 결정질 상태에서 완전한 원하는 전기화학적 특성을 나타낼 수 있다. 이들 재료가 예컨대, 본 발명에서 박막 형태로 사용될 수 있기 때문에, 그것들은 스퍼터 퇴적(RF, 펄스 DC 또는 AC), 전자-빔 증발, 화학 기상 증착, 플라스마 강화 화학 기상 증착, 분무 열분해, 이온-보조 빔 증발, 전자-빔 직접 기상 증착, 캐소드 아크 퇴적 등과 같은 통상의 기상 박막 퇴적법의 하나에 의해 통상적으로 퇴적될 수 있다. 이들 기상법은 휴대폰 및 캠코더 유형 전지와 같은 벌크의 전지로 사용되는 각각의 잘-결정화된 파우더로부터 제조되는 포지티브 캐소드에 필적할만한 전기화학적 특성을 나타내는 퇴적 상태의 포지티브 캐소드막을 생성하지 않을 수 있다. 그리하여, 박막법에 의해 퇴적된 그러한 포지티브 캐소드의 부족한 전기화학적 특성은 퇴적 상태에서의 필요한 결정도의 부족에 기인될 수 있다.The high-power positive cathode material can exhibit the complete desired electrochemical properties in its crystalline state. As these materials can be used in the form of thin films, for example, in the present invention, they can be used in a wide range of applications including, but not limited to, sputter deposition (RF, pulsed DC or AC), electron-beam evaporation, chemical vapor deposition, plasma enhanced chemical vapor deposition, For example, by conventional vapor phase thin film deposition methods such as electron beam evaporation, beam evaporation, electron-beam direct vapor deposition, cathode arc deposition, and the like. These vaporization processes may not produce a deposited positive cathode film exhibiting electrochemical properties comparable to positive cathodes fabricated from respective well-crystallized powders used in bulk batteries such as mobile phones and camcorder type cells. Thus, the lack of electrochemical properties of such positive cathodes deposited by thin-film processes can be attributed to the lack of required crystallinity in the deposited state.

하지만, 결정도는 고온에서, 통상적으로는 200℃ 내지 900℃에서, 바람직하게는 500℃ 내지 850℃에서, 더욱 바람직하게는 650℃ 내지 800℃에서의 퇴적-후 어닐에 의해서 개선될 수 있다. 이 어닐에 사용된 분위기는 통상적으로는 공기, O2, N2, Ar, He, H2, H2O, CO2, 진공(P < 1 토르), 또는 그 조합이다. 충분한 결정화를 달성하고 그리하여 개선된 전기화학적 특성을 달성하기 위해, 바람직하게는, 어닐링 시간은 예컨대, 어닐링 온도를 약 650℃ 이하로 낮추는 경우에 연장되어야 한다. 결정화율은 온도에 의해서 지수적으로 활성화되고, 그리하여 낮아진 어닐링 온도에서는 현저히 저감할 수 있다. 어닐 온도가 너무 많이 낮아지면, 그 어닐링 온도부터 인가된 에너지는 결정화 프로세스가 일어나게 하는데 필요한 열 활성화 에너지를 넘어서는데 전혀 충분하지 않을 수 있다. 예컨대, 15분 동안 공기 중에서의 900℃ 어닐은 마그네트론-스퍼터링된 LiCoO2막에서, 700℃에서 공기 중의 약 1시간 어닐, 600℃에서 공기 중의 12시간 어닐에서와 동일한 결정도를 보일 수 있다. 24시간 동안 공기 중의 400℃에서의 어닐 후에, 마그네트론-스퍼터 퇴적된 LiCoO2 캐소드 막의 전기화학적 품질은 불량으로 남고 그 온도에서 72시간 후에도 개선되지 않을 수 있다. 그리하여, 기상법을 통하여 제조되는 LiCoO2 캐소드 막은 약 30분 내지 2시간 동안 공기 중의 700℃ 퇴적-후 어닐링될 수 있다. 하지만, 이와 같은 비교적 높은 어닐링 온도는 화학적 혼화성 문제를 야기할 수 있고, 그리하여 그와 같은 어닐링 단계가 박막 전지의 제조 프로세스에서는 잠재적으로는 바람직하지 않을 뿐만 아니라, 비용을 증가시키고 제조 수율을 저하시킬 수 있다.However, the crystallinity can be improved by high-temperature annealing, usually at 200 ° C to 900 ° C, preferably at 500 ° C to 850 ° C, more preferably at 650 ° C to 800 ° C. The atmosphere used in this anneal is typically air, O 2 , N 2 , Ar, He, H 2 , H 2 O, CO 2 , vacuum (P <1 torr), or a combination thereof. To achieve sufficient crystallization and thus achieve improved electrochemical properties, preferably the annealing time should be extended, for example, if the annealing temperature is lowered to below about 650 ° C. The crystallization rate is exponentially activated by the temperature, and can be significantly reduced at lower annealing temperatures. If the annealing temperature is too low, the applied energy from the annealing temperature may not be sufficient at all to exceed the thermal activation energy needed to cause the crystallization process to occur. For example, a 900 ° C anneal in air for 15 minutes can show the same crystallinity as in a magnetron-sputtered LiCoO 2 film at 700 ° C for about 1 hour anneal, 600 ° C for 12 hours in air. After annealing at 400 ° C in air for 24 hours, the electrochemical quality of the magnetron-sputter deposited LiCoO 2 cathode film remains poor and may not improve even after 72 hours at that temperature. Thus, the LiCoO 2 cathode film produced by the vapor phase method can be annealed after 700 ° C deposition in air for about 30 minutes to 2 hours. However, such relatively high annealing temperatures can cause chemical miscibility problems, and thus such annealing steps are not only potentially undesirable in thin film battery manufacturing processes, but also increase costs and reduce manufacturing yields .

퇴적-후 어닐링 조건은 기판 재료의 선택을 매우 제한시킨다. 기판은 고 어닐링 온도(T > 500℃)를 견뎌야할 뿐만 아니라, 바람직하게는 어닐 분위기 전지 구동 및 인가된 저장 상태에 대해서 기판과 접촉하고 있는 모든 전지막 재료에 대해서 화학적으로 비활성이어야 한다. 유사하게, 기판은 바람직하게는 제조시든 이후의 전기화학 장치의 구동 및 저장 동안에든 전지 막 재료로 확산할 수 있는 불순물의 소스가 되지 않아야 한다. 그러한 불순물은 임의의 전지 막 재료에 해가 되고, 전지 성능 및 수명을 손상시키거나, 심각하게 영향을 끼치거나,심지어는 파괴할 수도 있다. 예컨대, 기판의 특정 선택은 화학적으로 비활성인 고온 세라믹, 예컨대, Al2O3, MgO, NaCl, SiC 및 석영 유리로 제한될 수 있다. 두 금속인 Zr 및 Ti는 예컨대, 금속 기판으로서의 한정된 성공을 보였다. 본 발명의 전기화학 장치는 기판이 Zr 또는 Ti일 것을 필요로 하지 않는다.Post-deposition annealing conditions greatly limit the choice of substrate material. The substrate must not only withstand the high annealing temperature (T > 500 [deg.] C), but also preferably chemically inert with respect to all cell membrane materials in contact with the substrate for annealed atmospheric cell drive and applied storage conditions. Similarly, the substrate should preferably not be a source of impurities that can diffuse into the cell membrane material during the operation and storage of the electrochemical device, either during or after manufacture. Such impurities can be detrimental to any cell membrane material and may impair, seriously affect, or even destroy cell performance and lifetime. For example, the particular selection of substrates may be limited to chemically inert high temperature ceramics such as Al 2 O 3 , MgO, NaCl, SiC and quartz glass. The two metals, Zr and Ti, have shown limited success as, for example, metal substrates. The electrochemical device of the present invention does not require that the substrate be Zr or Ti.

전술한 세라믹이 박막 전지 제조 동안에 화학적 반응 없이 고온에서 견디는 그것의 능력을 입증하였을지라도, 박막 전지의 비용 효과적인 제조에 그것들을 사용하는 것은 상당한 결점이 존재할 수 있다. 세라믹은 적어도 5mil

Figure 112007087562739-pct00001
125㎛두께이고, 취성을 갖고, 비가요적(강성적)이며, 주어진 풋프린트 당 비교적 고가인 경향이 있다. 또한, 그것들의 얇은 면적 사이즈는 제한될 수 있다. 세라믹 기판이 얇을수록, 세라믹이 파손되지 않고 안전하게 취급될 수 있는 최대 면적은 더 작아진다. 예컨대, 1/4인치 두께의 12인치 × 12인치 플레이트 Al2O3는 상업적으로 쉽게 입수할 수 있다. 하지만, 10mil
Figure 112007087562739-pct00002
250㎛ 두께의 박형화되고 폴리싱된 Al2O3 세라믹 기판은 타당한 수율로 제조될 수 있는 면적을 대략 4인치 × 4인치 기판으로 감소시킨다. 박형의(< 20mil 또는 < 500㎛) 4인치 × 8인치 폴리싱된 세라믹 기판은 그것을 박막 전지의 대규모 제조를 위한 허용가능한 가격의 일반적인 재고로서가 아니라 소비자 주문으로 입수가능하다.Although the above-described ceramics have demonstrated their ability to withstand high temperatures without chemical reactions during thin-film cell fabrication, using them for cost-effective fabrication of thin-film batteries can have significant drawbacks. The ceramic is at least 5 mil
Figure 112007087562739-pct00001
125 탆 thick, brittle, irreversible (rigid) and tends to be relatively expensive per given footprint. Also, their thin area size can be limited. The thinner the ceramic substrate, the smaller the maximum area that the ceramic can be handled safely without breaking. For example, a 12 inch by 12 inch plate Al 2 O 3 of 1/4 inch thickness is commercially available. However,
Figure 112007087562739-pct00002
A thinned and polished Al 2 O 3 ceramic substrate of 250 μm thickness reduces the area that can be produced with reasonable yield to approximately 4 inches by 4 inches substrate. A thin (<20 mil or <500 micron) 4 inch 8 inch polished ceramic substrate is available as a consumer order, not as a general inventory at an acceptable price for large scale fabrication of thin film cells.

약 100㎛ 이하에서 그것들의 취성 특성으로 인하여, 세라믹을 박막 전지 재료의 기판 재료로서 이용하는 것은 불가능할 수 있다(100㎛ 이하의 두께를 갖는 운모(mica) 기판에 대하여 기술하는 미국 특허 제6,632,563호에서의 기술에도 불구하고). 운모의 특성 중의 하나는 심지어 100㎛ 이상의 두께에서조차도 매우 취성적이라는 것이다. 하지만, 100㎛ 보다 두꺼운 세라믹 기판의 사용은 기판의 전기화학적으로 비활성인 중량 및 체적도 전체 전지의 중량 및 체적의 90% 보다 더 큰 부분으로 구상시키고, 이는 바람직하지 않을 수 있다.Due to their brittle properties at about 100 μm or less, it may not be possible to use ceramics as a substrate material for thin film battery materials (see US Pat. No. 6,632,563, which describes a mica substrate having a thickness of 100 μm or less Despite the technology). One of the characteristics of mica is that it is very brittle even at thicknesses of 100 μm or more. However, the use of a ceramic substrate thicker than 100 占 퐉 may be undesirable as the electrochemically inactive weight and volume of the substrate is also larger than 90% of the weight and volume of the total cell.

전술한 모든 이유로 인하여, 비-세라믹 호일이 박막 전지 기판으로서 사용될 수 있다. 예컨대 금속 및 폴리머 기판을 포함하는 비-세라믹 기판 하부에 실리콘 및 도핑(doped) 실리콘이 중간 위치를 취할 수 있다.For all of the reasons described above, non-ceramic foil can be used as a thin film cell substrate. Silicon and doped silicon can take intermediate positions, for example, below the non-ceramic substrate, including metal and polymer substrates.

예컨대, 비-세라믹 호일은 기판 재료가 온도를 포함하는 처리 조건과 예컨대 특정의 잠재적인 반응성 전지 층의 접촉을 견딜 수 있다면, 박막 전지용 기판으로서의 장점을 제공할 수 있다. 주어진 풋프린트의 세라믹 기판에 비하여, 비-세라믹 호일 기판은 더 박형이며, 더 가요적이며, 더 저렴하고, 큰 사이즈로 쉽게 입수할 수 있으며, 전체 전지의 전기화학적으로 비활성인 중량 및 체적을 저감하면서, 전지 또는 전기화학 장치의 전체 두께를 저감할 수 있고, 이는 전지의 커패시티 밀도, 에너지 밀도, 및 파워 밀도를 증가시킬 것이다. 예컨대, 비-세라믹 호일은 예컨대 0.5-5mil

Figure 112007087562739-pct00003
12-125㎛ 두께와, 수 미터의 폭과, 수 미터 길이의 롤로서 입수가능하다. 긴 롤로부터의 기판은 현재 실시되고 있는 통상적인 배치 모드 제조 프로세스보다 매우 낮은 비용에서 오픈 롤식(roll-to-roll) 제조의 가능성을 제시한다. 두껍고 강성인 기판상에서 제조된 박막 전지에 비하여, 전지 성능을 손상시키지 않으면서, 박막 전지를 얇고 더 가요성인 기판상에서 제조하는 것은 박막 전지 기술에 대한 특정 적용을 가능하게 하는 역할을 한다.For example, a non-ceramic foil can provide advantages as a substrate for a thin film battery if the substrate material can withstand processing conditions including temperature, for example, contact of a particular potential reactive cell layer. Compared to a ceramic substrate of a given footprint, the non-ceramic foil substrate is thinner, more flexible, less expensive, readily available in larger sizes, and reduces the electrochemically inactive weight and volume of the entire cell , The overall thickness of the battery or electrochemical device can be reduced, which will increase the battery's capacity density, energy density, and power density. For example, the non-ceramic foil may be, for example, 0.5-5 mil
Figure 112007087562739-pct00003
Available as rolls of 12-125 micrometers thick, several meters wide, and several meters long. Substrates from long rolls offer the possibility of roll-to-roll manufacture at a much lower cost than conventional batch mode manufacturing processes currently in operation. Compared to thin film cells fabricated on thick and rigid substrates, the fabrication of thin film cells on thin and more flexible substrates, without compromising battery performance, allows specific applications for thin film cell technology.

기판을 현저히 얇게 함으로써, 전지의 전기화학적으로 비활성인 중량 및 체적을 감소시키는 것은 단위 중량 및 체적 당 전지의 커패시티 밀도, 에너지 밀도, 및 파워 밀도를 증가시킬 수 있다. 예컨대, 주어진 적용은 전지에 2㎝×2㎝×0.1㎝의 체적을 할당할 수 있다. 현재는 그러한 체적에 물리적으로 부합할 수 있는 통상적인 버튼 셀 또는 젤리 롤(나선형으로 권취되거나 각주(角柱)형의) 전지가 존재하지 않는다. 대조적으로, 박막의 고체 상태 전지는 0.05㎝의 세라믹 기판으로 제조되더라도 선택적인 보호 인캡슐레이션(encapsulation) 및 인케이싱(encasing)(후술하는 규정 참조)를 포함하는 전체 전지는 0.1㎝보다도 훨씬 얇기 때문에 그러한 체적에 부합할 수 있다. 2mil

Figure 112007087562739-pct00004
50㎛=0.005cm 두께의 호일 기판상에 동일한 풋프린트 및 동일한 전지 커패시티로 박막 전지를 제조하는 것은 그 체적 내에 최대 20개 전지의 적층을 더 허용할 것이다. 전지의 실제 수는 예컨대, 기판과 선택적인 보호 인캡슐레이션 또는 인케이싱을 포함하는 각 전지 셀의 두께에 의해서 결정된다. 두꺼운 세라믹 기판 대신에 얇은 비-세라믹 호일 기판을 사용하는 것은 커패시티 밀도, 에너지 밀도 및 파워 밀도에서의 많은 증가를 야기할 수 있다.By significantly thinning the substrate, reducing the electrochemically inactive weight and volume of the cell can increase the battery's capacity density, energy density, and power density per unit weight and volume. For example, a given application can allocate a volume of 2 cm x 2 cm x 0.1 cm to the cell. There are currently no conventional button cells or jelly rolls (spirally wound or prismatic) cells that can physically match such volumes. In contrast, even though the thin film solid state cell is fabricated with a 0.05 cm ceramic substrate, the entire cell, including the optional protective encapsulation and encasing (see below), is much thinner than 0.1 cm Such volume can be met. 2 mil
Figure 112007087562739-pct00004
Fabricating thin film cells with the same footprint and the same cell capacity on a foil substrate of 50 μm = 0.005 cm thickness would allow for stacking of up to 20 cells within that volume. The actual number of cells is determined, for example, by the thickness of each cell, including the substrate and optional protective encapsulation or encasing. The use of thin non-ceramic foil substrates instead of thick ceramic substrates can cause a large increase in power density, energy density and power density.

예컨대, 박막 전지는 개별적인 전지 구성요소 층을 서로의 상면에 순차 적층하여 제조될 수 있다. 전술한 바와 같이, 최적의 포지티브 캐소드는 LiCoO2, LiMn2O4, LiMnO2, LiNiO2, 및 그 유도체를 포함한다(이에 한정되는 것은 아님). 본 발명의 전기화학 장치는 LixV2Oy 캐소드(여기서, O < x ≤ 100이고, 0 < y ≤5임)를 요구하지는 않는다. 포지티브 캐소드는 완전히 결정화하여 그들 완전한 전기화학적 특성을 달성하기 위해 500℃ 이상에서의 퇴적-후 어닐을 포함할 수도 있다.. 특정의 공지된 고체 상태 리튬 전해질은 그러한 높은 온도에서 고온 포지티브 캐소드와 접촉하는 경우 파괴적으로 반응할 수 있기 때문에, 포지티브 캐소드는 전해질 층을 퇴적하기 이전에 퇴적되어 어닐링된다.For example, thin film cells can be fabricated by sequentially layering individual battery component layers on top of each other. As described above, the optimal positive cathode includes, but is not limited to, LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , LiMnO 2 , LiNiO 2 , and derivatives thereof. The electrochemical device of the present invention does not require a Li x V 2 O y cathode (where O <x ≦ 100, 0 <y ≦ 5). The positive cathodes may also include post-deposition annealing at temperatures above 500 DEG C to fully crystallize and achieve their full electrochemical properties. Certain known solid state lithium electrolytes are capable of contacting the hot positive cathode at such high temperatures The positive cathode is deposited and annealed prior to depositing the electrolyte layer.

포지티브 캐소드 재료는 일반적으로 전지 구동 동안의 전하 상태의 적어도 일부 범위에서는 불량한 반도체로 간주될 수 있다. 전지로부터의 그리고 외부 회로로의 최대 파워를 얻기 위해서, 포지티브 캐소드 층은 금속성 백 컨택(back contact), 캐소드 전류 콜렉터(CCC) 층에 퇴적될 수 있다. 이 CCC는 또한 고온 캐소드 어닐을 수행해야 하고 동시에 포지티브 캐소드와 반응하지 않아야 한다. 이로 인해, 예컨대, 금 또는 그 합금이나, 그 등가물과 같은 귀금속이 사용될 수 있다.The positive cathode material can generally be regarded as a poor semiconductor in at least some range of charge states during battery operation. To obtain maximum power from the cell and into the external circuit, the positive cathode layer may be deposited in a metallic back contact, a cathode current collector (CCC) layer. The CCC should also perform a hot cathode anneal and at the same time not react with the positive cathode. For this reason, for example, noble metals such as gold or its alloys or their equivalents can be used.

위에서 강조한 사실은 전지의 성능 개선을 위해서, CCC의 퇴적 직후 포지티브 캐소드 재료가 전지의 제 2 층으로서 퇴적될 수 있다는 것을 제안한다. 그리하여, 포지티브 캐소드 층의 퇴적-후 어닐은 이후의 제조 단계 및 전해질 퇴적 이전에 그것의 결정화를 달성할 수 있다. 비교적 얇은 CCC(0.1 - 1㎛)에 의해서만 서로 분리될 수 있는 기판과 고온 캐소드 재료의 근접성으로 인하여, 세라믹 기판을 사용하는 대신에 스테인리스강과 같은 고온 안정적인 금속 호일을 사용할 때, 금속 포지티브 캐소드와 기판의 매우 해로운 상호확산 및 강한 반응이 관찰되었다. 이 상호확산은 예컨대, 3가지 주요 이유로 인하여 금속성 CCC 자체만으로는 차단되지 않을 수 있다. 첫째, CCC막은 비교적 얇아서(0.1 - 1㎛), 얇은 준-확산 장벽만 나타낼 뿐이다. 둘째, CCC는 결정질 그레인 구조를 나타낸다. 입계는 이온 및 전자 확산 및 전도를 위한 통상적인 위치일 수 있어서, CCC는 인접 포지티브 캐소드 층 및 인접 금속성 호일 기판 양쪽으로부터의 이온 및 전자에 대하여 고유적으로 투과적인 것으로 봐야 한다. 그리하여, 캐소드 어닐 단계 동안에, 호일 기판 재료 및 캐소드 막 재료는 상호확산할 수 있다. 셋째, 금속성 CCC는 금속 호일 기판과 합금이 되어 그것의 전류 수집 특성에 영향을 끼친다. It is emphasized that the positive cathode material can be deposited as the second layer of the battery immediately after the deposition of the CCC, in order to improve the performance of the battery. Thus, post-deposition annealing of the positive cathode layer can achieve its crystallization prior to subsequent fabrication steps and electrolyte deposition. Due to the proximity of the substrate and the hot cathode material that can be separated from each other only by a relatively thin CCC (0.1 - 1 mu m), when using a high temperature stable metal foil such as stainless steel instead of using a ceramic substrate, Very harmful interdiffusion and strong reaction were observed. This interdiffusion may not be blocked by the metallic CCC itself, for example, due to three main reasons. First, the CCC membrane is relatively thin (0.1 - 1 μm) and only shows a thin quasi-diffusion barrier. Second, CCC represents a crystalline grain structure. The grain boundaries can be conventional locations for ion and electron diffusion and conduction so that the CCC should be viewed as inherently transmissive to ions and electrons from both the adjacent positive cathode layer and the adjacent metallic foil substrate. Thus, during the cathode anneal step, the foil substrate material and the cathode film material can diffuse each other. Third, the metallic CCC becomes an alloy with the metal foil substrate and affects its current collecting characteristics.

CCC의 두께는 예컨대, 비용, 중량, 체적 및 부착에 의해서 결정되며, 이 모두는 CCC를 약 2㎛보다 두껍게 제조하는 경우, 특히 금과 같은 고가의 귀금속을 사용하는 경우에는 기술적으로 실시불가능한 것으로 될 수 있다. 잠재적으로, 약 5㎛보다 현저히 두꺼운 CCC 막은 예컨대, 어닐링 단계의 온도 및 관련 체류 시간에 따라서 상호확산을 피할 수 있다. 하지만, 그러한 두꺼운 CCC의 사용은 예컨대, 증가된 재료 비용 및 잠재적으로 비신뢰적인 부착을 포함할 수 있다.The thickness of the CCC is determined, for example, by cost, weight, volume and adhesion, all of which would be technically impractical if the CCC is made thicker than about 2 microns, especially if expensive precious metals such as gold are used . Potentially, a CCC film that is significantly thicker than about 5 占 퐉 may avoid interdiffusion depending on, for example, the temperature of the annealing step and the associated residence time. However, the use of such a thick CCC may include, for example, increased material costs and potentially unreliable attachment.

세라믹 기판의 금속 호일 기판으로의 대체는 세라믹 기판에서 제조된 박막 전지에 대하여 제조 비용을 저감하는 것에 부가하여, 박막 전지를 사용하는 새로운 기술을 가능하게 하는 수많은 기회를 창출한다. 세라믹 플레이트와 대조적으로, 금속 호일은 75㎛보다 적은 두께로 쉽게 상업적으로 입수할 수 있으며, 일부 재료는 4㎛만큼 얇은 것으로서 입수 가능하다. 이들 호일은 그것의 세라믹 대응물보다 훨씬 가요적이고, 전지에 대하여 구조적이고 비활성적인 중량에 덜 기여하고, 가장 중요하게는 완성의 박막 전지 장치의 전체 두께를 실질적으로 저감한다. 전지의 전체 두께의 감소 및 가요성의 증가는 대부분의 박막 전지 적용에서 특히 중요하다는 것이 강조되어야 한다. 박막 전지 장치가 얇아질수록 새롭고 물리적으로 소형인 응용제품에 부합할 수 있다. 버튼-셀 전지로는 실시할 수 없었던 것이 이제 박막 전지로는 가능해진다(즉, 스마트 카드 등). 호일 기판의 부가된 가요성은 예컨대, 새로운 비-평면 형상에 더 부합할 수 있게 한다.The replacement of a ceramic substrate with a metal foil substrate creates numerous opportunities to enable new technologies using thin film batteries in addition to reducing manufacturing costs for thin film cells fabricated on ceramic substrates. In contrast to ceramic plates, metal foils are readily commercially available in thicknesses of less than 75 microns, and some materials are available as thin as 4 microns. These foils are much more flexible than their ceramic counterparts, contribute less to the structural and inactive weight for the cell, and most importantly substantially reduce the overall thickness of the finished thin film battery device. It should be emphasized that the overall thickness reduction of the cell and the increase in flexibility are particularly important in most thin film battery applications. The thinner the thin film battery device, the more new and physically smaller the application can be. What could not be done with a button-cell battery now becomes possible with thin-film batteries (ie smart cards, etc.). The added flexibility of the foil substrate makes it possible, for example, to better match the new non-planar shape.

또한, 얇은 금속 호일은 일반적으로 세라믹보다는 풋프린트 면적당 비용이 더 저렴할 수 있고, 롤과 같이 더 큰 사이즈가 될 수 있다. 가요적이고, 대면적인 기판의 이용가능성에 의해, 오픈-롤식 제조 방법의 개발에 대한 잠재성이 존재하고, 그로 인해 제조 비용을 추가로 저감한다.In addition, thin metal foils can generally be less costly per footprint area than ceramics, and can be larger in size, such as rolls. Due to the availability of flexible, oversized substrates, the potential for development of open-roll manufacturing methods exists, thereby further reducing manufacturing costs.

세라믹 기판상에서 제조된 종래의 박막 전지에 비하여 손상되지 않거나 개선된 성능을 제공하는 박막 전지에 의해 예컨대, 새로운 응용제품이 가능해질 수 있다. 이와 관련하여, 본 발명은 상호확산 배리어층을 금속 호일 기판에 퇴적하는 것을 포함할 수 있고, 배리어층은 높고 낮은 퇴적-후 어닐 온도, 예컨대, 100℃와 기판의 융점 사이의 범위에서뿐만 아니라, 불순물의 소스 자체가 되지 않는 전기화학 장치의 구동 및 저장 상태 동안 전기화학 장치의 기판 부분으로부터 전지(즉, 전기화학적 활성 셀) 부분을 화학적으로 분리시킨다. 본 발명의 이러한 측면의 실시예는 예컨대 도 1에 도시된다.For example, new applications can be made possible by thin film cells that are not damaged or provide improved performance compared to conventional thin film cells fabricated on ceramic substrates. In this regard, the present invention can include depositing an interdiffusion barrier layer on a metal foil substrate, wherein the barrier layer is deposited not only in a range between high and low deposition-post anneal temperatures, such as between 100 DEG C and the melting point of the substrate, (I.e., the electrochemically active cell) portion from the substrate portion of the electrochemical device during the driving and storage states of the electrochemical device that is not the source of the electrochemical device. An embodiment of this aspect of the invention is shown, for example, in FIG.

배리어층은 예컨대, 기판으로부터 전지로 들어가는 임의의 오염물의 확산뿐만 아니라, 예컨대, 전지 제조와 전지 구동 및 저장 상태 동안에 전지로부터 나와 기판으로 확산하는 블록 이온(block ion)의 확산을 방지한다. 그러한 배리어층은 예컨대, 임의의 시간에서 그레인 구조를 나타내지 않을 수 있다. 즉, 그 배리어층은 퇴적된 상태에서 비정질 또는 유리질 상태일 수 있고, 전체 어닐링 및 전지 제조 프로세스뿐만 아니라 전지 구동 및 저장 상태 동안에 그러한 상태로 남을 수 있다. 배리어층에서의 그레인 구조의 부재는 해로운 입계 확산 또는 이온 및 전자의 전도를 피하게 할 수 있다. 전술한 바와 같이, 입계는 불순물 및 오염물이 이동하는 경로가 된다. 이들 특정 조건이 충족되는 경우, 금속 기판상에서 제조된 가요적이며 얇거나, 덜 가요적이며 더 두꺼운 박막 전지는, 예컨대, 화학적으로 비활성이며 두껍고, 무겁고, 강성적이며, 비싼 세라믹 기판 상에 제조된 박막 전지에 필적할만한 특성을 나타낼 수 있다.The barrier layer prevents, for example, diffusion of any contaminants entering the cell from the substrate, as well as diffusion of block ions diffusing from the cell to the substrate during battery manufacturing and cell driving and storage conditions. Such a barrier layer, for example, may not exhibit a grain structure at any time. That is, the barrier layer may be in an amorphous or vitreous state in the deposited state, and may remain in such state during battery operating and storage conditions as well as in the overall annealing and battery manufacturing process. Members of the grain structure in the barrier layer can avoid deleterious grain boundary diffusion or conduction of ions and electrons. As described above, the grain boundaries are paths through which impurities and contaminants migrate. When these specific conditions are met, the thin, less flexible, thicker, thinner and thinner cells that are produced on the metal substrate are more flexible and thicker, for example, chemically inert and thicker, heavier, stronger, Which is comparable to a thin film battery.

확산 배리어층에 잠재적으로 적합한 특정 재료는 예컨대, 붕화물, 탄화물, 다이아몬드, 유사 다이아몬드 탄소(diamond-like carbon; DLC), 규화물, 질화물, 인화물, 산화물, 불화물, 염화물, 브롬화물, 요오드화물, 및 그것의 임의의 다원 화합물(multinary compound)과 같이 이온 전도가 약한 재료일 수 있다. 이들 화합물 중에서, 전기적으로 절연성인 재료가 기판과 전지층 사이에서의 가능한 반응이 일어나는 것을 추가로 방지할 수 있는데, 이는 예컨대, 이들 화학적 반응이 이온 및 전자의 확산을 포함하는 경우, 전자의 차단이 이들 예시적인 화학적 반응을 차단하는 하나의 수단일 수 있기 때문이다. 하지만, 예컨대, 임의의 기판 이온 또는 전지층 재료를 전도시키지 않는 한, 예컨대, ZrN과 같은 전기적 도전성 재료가 사용될 수 있다. 일부 경우에는, 금속, 합금 및/또는 반금속(semi-metal)은 전지 제조 프로세스 동안에 인가된 어닐 온도 및 사용된 기판 재료에 따라서 충분한 배리어층으로서 작용할 수 있다. 증가되지만 원하지 않는 이온 및 전자 전도의 위치로 작용하는 입계의 부재로 인하여 비정질 또는 유리질 구조가 일반적으로 사용될지라도, 확산 배리어층은 예컨대, 단일상 또는 다중상, 결정질, 유리질, 비정질 또는 그것의 임의의 혼합일 수 있다.Specific materials potentially suitable for the diffusion barrier layer include, for example, borides, carbides, diamonds, diamond-like carbon (DLC), silicides, nitrides, phosphides, oxides, fluorides, chlorides, bromides, iodides, and It may be a material whose ion conduction is weak, such as its arbitrary multinary compound. Among these compounds, an electrically insulating material may further prevent the possible reaction between the substrate and the cell layer to occur, for example, when these chemical reactions involve the diffusion of ions and electrons, Since it may be one means of blocking these exemplary chemical reactions. However, for example, an electrically conductive material such as ZrN may be used, as long as it does not conduct any substrate ions or cell layer materials. In some cases, the metal, alloy and / or semi-metal may act as a sufficient barrier layer depending on the annealing temperature applied during the cell manufacturing process and the substrate material used. Although an amorphous or glassy structure is commonly used due to the absence of a grain boundary that acts as an increased but undesirable ion and electron conduction position, the diffusion barrier layer may be formed, for example, as a single or multiple phase, crystalline, glassy, amorphous, Can be mixed.

특정 재료가 각종의 이온의 전도를 차단하기 때문에, 그것의 전자 활성 이온이 예컨대, 베릴륨, 나트륨, 마그네슘, 칼륨, 칼슘, 붕소, 및 알루미늄인 전지와 같은 특정 리튬 비-함유 박막 전지에 그러한 특정 재료가 또한 사용될 수 있다. 확산 배리어층의 두께는 예컨대, 0.01㎛ 내지 1mm의 범위일 수 있다.Because certain materials block the conduction of various ions, certain lithium non-containing thin film cells, such as beryllium, sodium, magnesium, potassium, calcium, boron, and aluminum, May also be used. The thickness of the diffusion barrier layer may be in the range of, for example, 0.01 탆 to 1 mm.

본 발명의 박막 전지를 위한 배리어층 및/또는 서브-배리어층의 개념 및 원리가 금속 기판을 위해서 처음에 개발되었을지라도, 예컨대, 그 관련 박막 전지 적용이 또한 상업적으로 관심 있는 폴리머 기판과, 도핑 및 비-도핑 실리콘 기판에 동일한 배리어층 재료가 퇴적될 수 있다. 퇴적-후 어닐 온도는 예컨대 기판의 용융을 피하기 위해 인가되는 배리어층에 관계없이 예컨대, 사용된 실리콘 또는 폴리머 기판의 융점보다 낮을 수 있다.Although the concepts and principles of the barrier layer and / or sub-barrier layer for the thin film battery of the present invention were originally developed for metal substrates, for example, the application of the associated thin film battery also includes a polymer substrate of commercial interest, The same barrier layer material may be deposited on the non-doped silicon substrate. The post-deposition anneal temperature may be, for example, lower than the melting point of the silicon or polymer substrate used, for example, regardless of the barrier layer applied to avoid melting of the substrate.

본 발명의 실시예는 얇은 호일 기판, 예컨대 금속 기판상에 예컨대, 가요성 고-커패시티 고체 상태 박막 전지를 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 목적을 위해, 전기화학 장치는 적어도 하나의 전기화학적 활성 셀 예컨대, 박막 전지와, 적절한 기판 예컨대, 금속 기판과, 적합한 확산 배리어층을 포함하는 장치로서 규정되며, 그 배리어층은 전기화학적 활성 셀과 기판 사이의 복수의 배리어 서브층으로 구성될 수 있다(도 1 참조). 또한, 전기화학 장치는 이하에 상세히 설명하는 보호 인캡슐레이션 또는 보호 인케이싱을 포함할 수 있다.An embodiment of the present invention is directed to a method of manufacturing, for example, a flexible high-capacity solid state thin film battery on a thin foil substrate, such as a metal substrate. For purposes of the present invention, an electrochemical device is defined as an apparatus comprising at least one electrochemically active cell, such as a thin film cell, with a suitable substrate, such as a metal substrate, and a suitable diffusion barrier layer, And a plurality of barrier sub-layers between the active cell and the substrate (see FIG. 1). The electrochemical device may also include a protective encapsulation or protective encasing as described in detail below.

본 발명의 특성 실시예의 성공은 전기 화학 장치의 기판과 박막 전지 사이를 효과적으로 분리할 수 있는, 이들 두 부분 사이의 적절한 화학적으로 비활성인 확산 배리어층 및 서브층의 활용에 있다고 여겨진다. 확산 배리어층은 기판 상에서의 박막 전지 부분의 제조 동안에 그 박막 전지에 인가될 수 있는 높은 어닐링 온도를 견딜 수 있고, 기판과 박막 전지 부분 양쪽에 대하여 비활성적이며, 적어도 박막 전지 부분에 대해 불순물의 소스가 되지 않고, 제조 완료 후 전기화학 장치의 구동 및 저장 상태 하에서 기판으로부터 박막 전지 부분이 화학적으로 분리되어 유지하는 것이 바람직하다. 또한, 배리어층은 예컨대, 기판으로부터 박막 전지 부분으로 들어가려고 시도하는 임의의 오염물의 확산뿐만 아니라, 전지 제조 동안과 모든 전지 구동 및 저장 상태 동안 박막 전지 부분으로부터 나와 기판으로 확산하려고 하는 블록 Li 이온의 확산을 방지하는 것이 바람직하다. 부가된 이익으로서, 배리어층은 또한 처리 동안의 기판을 퇴적-후 어닐 동안에 인가되는 분위기로부터 완성되지 않은 전기화학 장치의 제조 단계에서 이미 존재하는 임의의 박막 전지 구성요소로부터 보호할 수 있다.The success of the characteristic embodiments of the present invention is believed to be in the utilization of a suitable chemically inactive diffusion barrier layer and sub-layer between these two parts, which can effectively separate the substrate and the thin film battery of the electrochemical device. The diffusion barrier layer is capable of withstanding a high annealing temperature that can be applied to the thin film battery during fabrication of the thin film cell portion on the substrate and is inert with respect to both the substrate and the thin film cell portion, And it is preferable that the thin film battery portion is chemically separated and held from the substrate under the driving and storage conditions of the electrochemical device after the completion of the production. In addition, the barrier layer can be used to prevent diffusion of any contaminants that attempt to enter the thin film cell portion from the substrate, as well as the diffusion of block Li ions that will diffuse from the thin film cell portion to the substrate during all cell drive and storage conditions, It is desirable to prevent diffusion. As an added benefit, the barrier layer can also protect the substrate during processing from any of the thin film battery components already present in the fabrication step of the incomplete electrochemical device from the applied atmosphere during post-deposition annealing.

복수의 배리어 서브층의 확산 배리어의 제조는 확산 배리어층의 물리적(기계적(특히, 핀홀-프리, 가요성 및 부착), 전기적, 자기적, 음향적, 열적 및 광학적) 및 화학적 특성의 미세 조성을 가능하게 하고, 그리하여 Si3N4 또는, 예컨대, 열역학적으로 거의 동일한 양의 TiB2와 베타-B의 2상계("복합체")인 Ti84B16(여기에 참고 자료로 포함된, Binary Alloy Phase Diagrams, 2nd Ed.(T.B. Massalski, H. Okamoto, P.R. Subramanian, and L. Kacprzak eds., ASM International 1990)), 또는 미국 특허 제 6,444,336호(여기에 참고 자료로 포함됨)에 기술된 바와 같은 TiO2-Ba0.5Sr0.5TiO3 복합체 재료와 같은 주어진 재료의 하나의 단일 층만을 포함할 수 있는 확산 배리어층을 갖고 제조된 장치에 비하여 전기화학 장치의 성능 및 신뢰성을 개선한다. 가장 단순한 형태로, 본 발명의 확산 배리어층은 Ti와 같은 부가적인 부착 개선 특성을 갖는 얇은(∼1000Å) 배리어 서브층과, Si3N4와 같은 하나의 더 두꺼운(1㎛) 배리어 서브층을 포함할 수 있다.The fabrication of diffusion barriers of a plurality of barrier sublayers allows the fine composition of the physical (mechanical (especially pinhole-free, flexible and adherent), electrical, magnetic, acoustical, thermal and optical) and chemical properties of the diffusion barrier layer to, and therefore included by reference in the Si 3 N 4 or, for example, two-phase ( "complex") of Ti 84 B 16 (here of the thermodynamic approximately the same amount of TiB 2 and the beta -B, Binary Alloy Phase Diagrams, 2 nd Or TiO 2 -Ba 0 .5 as described in U.S. Patent No. 6,444,336 (incorporated herein by reference), which is incorporated herein by reference in its entirety. It improves performance and reliability of an electrochemical device compared to Sr 0.5 TiO 3 composite material and a manufacturing apparatus having a diffusion barrier layer which may comprise one single layer of a given material such. In its simplest form, the diffusion barrier layer of the present invention comprises a thin (~ 1000A) barrier sublayer with additional adhesion improving properties such as Ti and a thicker (1 mu m) barrier sublayer such as Si 3 N 4 .

본 발명의 확산 배리어층의 배리어 서브층 재료는 무엇보다도 비정질 Si3N4, SiC, ZrN 및 TiC를 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 이들은 그것들의 이온 차단 특성, 비정질 구조, 및 전기화학 장치의 기판 뿐만 아니라 전지 부분에 대한 화학적 비활성으로 인하여 배리어로서 효과적으로 작용할 수 있는 예시적인 화합물이다. 이들 배리어층 화학물의 현저한 특징은, 퇴적된 상태에서 그것들의 비정질을 유지하고, 바람직한 LiCoO2 결정화 퇴적-후 어닐 프로세스 동안에 예컨대 700℃의 실질적으로 고온까지 그리고 이 온도에서 예컨대, 2시간의 장기간 동안 그것들의 확산 차단 특성을 유지하는 그것들의 고유 능력이다. 그 결과, 그러한 배리어층을 갖고 금속 호일 상에서 제조된 박막 전지는 세라믹 기판 상에서 제조된 동등한 구성의 박막 전지에 대하여 양호한 전기화학적 특성을 유지하며, 가요적이고, 더욱 얇으며, 저렴하다는 부가된 이점을 갖는다.The barrier sublayer material of the diffusion barrier layer of the present invention may include, among other things, amorphous Si 3 N 4 , SiC, ZrN and TiC, but is not limited thereto. These are exemplary compounds that can act effectively as a barrier due to their ion blocking properties, amorphous structure, and chemical inertness to the substrate as well as the substrate of the electrochemical device. They then annealed, for example up to a substantially high temperature of 700 ℃ during the process, and at this temperature, for example, for a long period of time of 2 hours remarkable features of the these barrier layers chemistry, maintain their amorphous in the deposited state, the preferred LiCoO 2 crystallization deposited Lt; RTI ID = 0.0 &gt; blocking &lt; / RTI &gt; As a result, a thin film battery having such a barrier layer and fabricated on a metal foil has the added advantage that it maintains good electrochemical characteristics for thin film cells of equivalent configuration made on a ceramic substrate, is flexible, thinner, and inexpensive .

본 발명의 실시예는 예컨대, 후속하는 박막 전지 제조와 연계하여 기판 상에 적절한 배리어층을 형성하는 것에 관련되는 것으로, 배리어층은 전지 제조 동안 뿐만 아니라, 그 이후의 전지 구동 및 저장 상태 동안에 기판을 전지 부분과 화학적으로 분리할 수 있다. 폴리머 기판과, 도핑 및 비도핑(undoped) 실리콘 기판은 금속 기판에 부가하여 사용될 수 있다.Embodiments of the present invention relate, for example, to forming a suitable barrier layer on a substrate in conjunction with subsequent thin film cell fabrication, wherein the barrier layer protects the substrate during battery manufacturing and subsequent storage as well as during battery fabrication. And can be chemically separated from the cell portion. Polymer substrates and doped and undoped silicon substrates may be used in addition to metal substrates.

본 발명의 실시예의 목적은 예컨대, 금속 기판, 폴리머 기판, 또는 도핑 또는 비도핑 실리콘 기판을 갖고, 그 기판의 일 측에만 전지(전기화학적 활성 셀)를 갖는 전기화학 장치를 제공하는 것이다.An object of an embodiment of the present invention is to provide an electrochemical device having a metal substrate, a polymer substrate, a doped or undoped silicon substrate, and a cell (electrochemically active cell) on only one side of the substrate.

본 발명의 실시예의 다른 목적은 예컨대, 금속 기판, 폴리머 기판, 또는 도핑 또는 비도핑 실리콘 기판을 갖고, 그 기판의 각각의 측에 하나씩 두 개의 전지(두 개의 전기화학적 활성 셀)를 갖는 전기화학 장치를 제공하는 것이다.Another object of an embodiment of the present invention is to provide an electrochemical device having a metal substrate, a polymer substrate, or a doped or undoped silicon substrate, and having two cells (two electrochemically active cells) one on each side of the substrate .

본 발명의 실시예의 다른 목적은 예컨대, 금속 기판, 폴리머 기판, 또는 도핑 또는 비도핑 실리콘 기판을 갖고, 그 기판의 일측에만 전지(전기화학적 활성 셀)를 갖는 전기화학 장치를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.Another object of an embodiment of the present invention is to provide a method of manufacturing an electrochemical device having a metal substrate, a polymer substrate, or a doped or undoped silicon substrate, and a cell (electrochemically active cell) on only one side of the substrate will be.

본 발명의 실시예의 다른 목적은 예컨대, 금속 기판, 폴리머 기판, 또는 도핑 또는 비도핑 실리콘 기판을 갖고, 그 기판의 각각의 측에 하나씩 두 개의 전지(두 개의 전기화학적 활성 셀)를 갖는 전기화학 장치를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.Another object of an embodiment of the present invention is to provide an electrochemical device having a metal substrate, a polymer substrate, or a doped or undoped silicon substrate, and having two cells (two electrochemically active cells) one on each side of the substrate And a method for producing the same.

도 1은 복수의 배리어 서브층을 포함하는 배리어층을 통하여 전기화학 장치의 전기화학적 활성 셀 부분으로부터 기판을 화학적으로 분리하는 실시예의 예시적 인 개략도를 도시한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 shows an exemplary schematic diagram of an embodiment for chemically separating a substrate from an electrochemically active cell portion of an electrochemical device through a barrier layer comprising a plurality of barrier sub-layers.

도 2는 전기화학적 활성 셀의 포지티브 부분과 네가티브 부분 사이의 전기적 분리를 제공하고 상이한 면적 치수의 배리어 서브층을 포함하는 배리어층의 일 실시예의 예시적 이용의 개략도를 도시한다.Figure 2 shows a schematic diagram of an exemplary use of an embodiment of a barrier layer that provides electrical isolation between the positive and negative portions of an electrochemically active cell and includes barrier sub-layers of different area dimensions.

도 3a는 전기화학적 활성 셀의 포지티브 부분과 네가티브 부분 사이의 전기적 분리가 전해질의 상부 전체에 네가티브 부분을 형성하는 것을 통하여 달성되는 경우에 대하여 전기적 도전성 배리어 서브층을 포함하는 배리어층의 일 실시예의 예시적 이용의 개략도를 도시한다.Figure 3a shows an example of an embodiment of a barrier layer comprising an electrically conductive barrier sub-layer for the case where electrical separation between the positive and negative portions of the electrochemically active cell is achieved through forming a negative portion over the top of the electrolyte Fig.

도 3b는 전지의 포지티브 부분과 네가티브 부분 사이의 전기적 분리가 전해질의 상부 전체에 네가티브 부분을 형성하는 것을 통하여 달성되는 경우에 대하여 금속 기판 상에 전기적 도전성 배리어 서브층을 포함하는 배리어층의 일 실시예의 다른 예시적 이용의 개략도를 도시한다.FIG. 3B is a cross-sectional view of one embodiment of a barrier layer comprising an electrically conductive barrier sub-layer on a metal substrate, wherein electrical separation between the positive and negative portions of the cell is achieved by forming a negative portion over the top of the electrolyte. &Lt; / RTI &gt; FIG.

도 3c는 전지의 포지티브 부분과 네가티브 부분 사이의 전기적 분리가 전해질의 상부 전체에 포지티브 부분을 형성하는 것을 통하여 달성되는 경우에 대하여 금속 기판 상에 전기적 도전성 배리어 서브층을 포함하는 배리어층의 일 실시예의 예시적 이용의 개략도를 도시한다.FIG. 3c is a cross-sectional view of an embodiment of a barrier layer comprising an electrically conductive barrier sub-layer on a metal substrate, wherein electrical separation between the positive and negative portions of the cell is achieved by forming a positive portion over the top of the electrolyte. 1 shows a schematic diagram of an exemplary use.

도 4a는 전기화학적 활성 셀의 포지티브 부분과 네가티브 부분 사이의 전기적 분리가 전해질의 상부 전체에의 네가티브 부분의 형성을 통하여 행해지지 않는 경우에 대하여 전기적 도전성 배리어 서브층을 포함하는 배리어층의 일 실시예의 예시적 이용의 개략도를 도시한다.FIG. 4A is a graphical representation of one embodiment of a barrier layer comprising an electrically conductive barrier sub-layer for the case where electrical separation between the positive and negative portions of the electrochemically active cell is not made through formation of a negative portion over the top of the electrolyte. 1 shows a schematic diagram of an exemplary use.

도 4b는 전기화학적 활성 셀의 포지티브 부분과 네가티브 부분 사이의 전기적 분리가 전해질의 상부 전체에의 네가티브 부분의 형성을 통하여 행해지지 않는 경우에 대하여 전기적 도전성 배리어 서브층을 포함하는 배리어층의 일 실시예의 다른 예시적 이용의 개략도를 도시한다.FIG. 4B is a cross-sectional view of an embodiment of a barrier layer comprising an electrically conductive barrier sub-layer for the case where electrical separation between the positive and negative portions of the electrochemically active cell is not made through formation of a negative portion over the top of the electrolyte. &Lt; / RTI &gt; FIG.

도 4c는 전기화학적 활성 셀의 포지티브 부분과 네가티브 부분 사이의 전기적 분리가 전해질의 상부 전체에의 네가티브 부분의 형성을 통하여 행해지지 않고, 네가티브 애노드가 배리어 서브층과 직접 접촉하는 경우에 대하여 전기적 도전성 배리어 서브층을 포함하는 배리어층의 일 실시예의 예시적 이용의 개략도를 도시한다.Figure 4c shows that the electrical separation between the positive and negative portions of the electrochemically active cell is not effected through the formation of the negative portion over the entire top of the electrolyte, Lt; RTI ID = 0.0 &gt; a &lt; / RTI &gt; barrier layer comprising a sub-layer.

도 5는 50㎛ 두께의 스테인리스강 호일 타입 430 기판 상의 5000Å Al2O3와 6000Å Co3O4의 두 배리어 서브층으로 구성된 전기적 절연성 배리어층에 부착된 300Å Co 부착층 상의 3000Å Au 캐소드 전류 콜렉터 상에 형성된 1.6㎛ 두께 LiCoO2 포지티브 캐소드 막의 일 실시예의 X-선 회절(XRD) 패턴의 그래프를 도시한다.Figure 5 shows a 3000 Å Au cathode current collector on a 300 Å Co adherent layer attached to an electrically insulating barrier layer consisting of two barrier sublayers of 5000 Å Al 2 O 3 and 6000 Å Co 3 O 4 on a 50 μm thick stainless steel foil type 430 substrate Ray diffraction (XRD) pattern of an embodiment of a 1.6 탆 thick LiCoO 2 positive cathode film formed on a substrate.

도 6은 300㎛ 두께의 실리콘 기판 상의 5000Å Si3N4와 5000Å SiO2의 두 서브층으로 구성된 배리어층 상의 300Å Co 부착층 상의 3000Å Au 캐소드 전류 콜렉터 상에 형성된 1.6㎛ 두께 LiCoO2 포지티브 캐소드 막의 일 실시예의 X-선 회절(XRD) 패턴의 그래프를 도시한다.Figure 6 shows a cross-sectional view of a 1.6 탆 thick LiCoO 2 positive cathode film formed on a 3000 Å Au cathode current collector on a 300 Å Co adhering layer on a barrier layer consisting of two sub-layers of 5000 Å Si 3 N 4 and 5000 Å SiO 2 on a 300 μm thick silicon substrate Fig. 5 shows a graph of an X-ray diffraction (XRD) pattern of the example.

도 7a는 네가티브 애노드가 배리어층과 직접 접촉하지 않는 "통상적 구성"의 애노드 구성의 일 실시예의 개략도를 도시한다.Figure 7a shows a schematic diagram of one embodiment of a "conventional configuration" anode configuration in which the negative anode is not in direct contact with the barrier layer.

도 7b는 네가티브 애노드가 배리어 서브층의 적어도 하나와 직접 접촉하고 있는 "통상적 구성"의 애노드 구성의 일 실시예의 개략도를 도시한다.Figure 7B shows a schematic diagram of one embodiment of a "conventional configuration" anode configuration in which the negative anode is in direct contact with at least one of the barrier sub-layers.

도 8은 애노드 전류 콜렉터로서도 작용하는 전기적 도전성 ZrN 배리어 서브층과 네가티브 애노드가 직접 접촉하는 "통상적 구성"의 애노드 구성의 일 실시예의 개략도를 도시한다.Figure 8 shows a schematic diagram of one embodiment of a "conventional configuration " anode configuration in which the anode is in direct contact with an electrically conductive ZrN barrier sublayer that also functions as an anode current collector.

도 9는 기판이 네가티브 애노드에 대하여 전기화학적으로 비활성인 경우에, 네가티브 애노드가 기판과 직접 접촉하는 전지 구성의 일 실시예의 개략도를 도시한다. 이 실시예에서, 예컨대, 스테인리스강의 경우에서와 같이 기판이 충분히 전기적으로 도전성인 경우, 기판은 네가티브 애노드 전류 콜렉터 및 네가티브 단자로서 작용할 수 있다.Figure 9 shows a schematic diagram of one embodiment of a battery configuration in which the negative anode is in direct contact with the substrate when the substrate is electrochemically inactive with respect to the negative electrode. In this embodiment, the substrate can act as a negative anode current collector and a negative terminal if the substrate is sufficiently electrically conductive, such as in the case of stainless steel for example.

도 10은 네가티브 단자에의 접속을 제공하기 위한 개구부를 갖고 보호 인캡슐레이션이 형성된 경우에서, 주변 환경에 존재하는 습기로부터 습기-민감성 전해질층을 보호하는 습기 보호층의 사용의 일 실시예의 개략도를 도시한다.Figure 10 is a schematic view of one embodiment of the use of a moisture-protective layer to protect the moisture-sensitive electrolyte layer from moisture present in the surrounding environment, with an opening for providing a connection to the negative terminal and a protective encapsulation being formed Respectively.

본 발명은 여기에 기술한 특정 방법론, 프로토콜 등에 한정되지 않고, 변경할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 여기에 사용된 용어는 단지 특정 실시예를 기술하기 위한 것으로서, 청구 범위에 의해서만 규정되는 본 발명의 범주를 제한하도록 의도되지 않는다.It is to be understood that the invention is not limited to the particular methodology, protocols, etc. described herein. The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to limit the scope of the invention, which is defined solely by the claims.

청구 범위 및 여기에 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥에서 명료하게 달 리 지시하지 않는 한 복수 부재를 포함한다.As used in this specification and the appended claims, the singular forms "a", "an", and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise.

확인된 모든 특허 및 다른 공보는 예컨대, 본 발명과 연계하여 사용될 수 있는 그러한 공보 내에 기술된 방법론, 장치 및 구성을 기술하고 개시할 목적으로 그 전체가 여기에 참고 자료로 포함된다. 이들 공보는 단지 본 발명의 출원일 이전의 개시에 대해서만 제공된다. 이와 관련해서, 본 발명자가 이전의 발명에 의해 그러한 개시를 선행하도록 또는 임의의 다른 목적을 위해 자격이 주어지지 않은 허가로서 간주하여서는 안 된다.All identified patents and other publications are incorporated herein by reference in their entirety for the purpose of describing and describing the methodologies, apparatus and configurations described in such publications that may be used in conjunction with the present invention. These publications are provided only for disclosure prior to the filing date of the present invention. In this connection, the inventor should not regard it as a permission to precede such disclosure by a previous invention or to be unqualified for any other purpose.

달리 규정하지 않는 한, 여기에 사용된 모든 기술 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에게 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 임의의 공지된 방법, 장치 및 재료를 본 발명의 실시 및 시험에 사용할 수 있을지라도, 이와 관련하여 특정의 예시적인 바람직한 방법, 장치 및 재료를 여기에 기술한다.Unless otherwise specified, all technical terms used herein have the same meanings as commonly understood to one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Although any known method, apparatus, or material may be used in the practice and testing of the present invention, certain exemplary preferred methods, apparatus, and materials are described herein in this regard.

박막 전지는 예컨대, 개별 전지 구성요소 층을 순차적으로 퇴적하여 배치 모드(batch mode)로 제조할 수 있다. 기판 재료가 일단 선택되면, 그 재료는 세정에 의해, 그리고 원하는 경우 다른 전처리에 의해 준비될 수 있다. 전체 0.5 - 5㎛ 두께일 수 있는, 배리어 서브층으로 구성된 배리어층은 실리콘뿐만 아니라 금속 및 폴리머 호일 상에서의 박막 전지의 성공적 제조를 위한 중요사항이다. 배리어층은 캐소드 전류 콜렉터와 함께 포지티브 캐소드 막에 대한 어닐링 온도에 견딜 수 있어야 하고, 화학적으로 비활성을 유지해야 하고, 불순물의 소스가 되어서는 안 된다.The thin film battery can be manufactured in a batch mode, for example, by sequentially depositing the individual battery component layers. Once the substrate material is selected, the material may be prepared by cleaning and, if desired, by other pretreatment. A barrier layer comprised of a barrier sub-layer, which may be a total of 0.5-5 占 퐉 thickness, is an important issue for the successful manufacture of silicon as well as thin-film cells on metal and polymer foils. The barrier layer should be able to withstand the annealing temperature for the positive cathode film with the cathode current collector, remain chemically inert, and should not be a source of impurities.

부가적으로, 배리어층은 전지 제조 동안, 그리고 모든 전지 구동 및 저장 상 태 동안에, 포지티브 캐소드 및 캐소드 전류 콜렉터로부터의 모든 이온 및 원자가 기판으로 확산하는 것을 차단해야할 뿐만 아니라, 기판으로부터 포지티브 캐소드에 유입되는 임의의 오염물의 확산을 방지해야 한다. 배리어층은 깨끗한 기판에 퇴적될 수 있고, 통상적으로는 균일하고 결함이 없는 막으로 기판을 코팅한다. 다음의 전지층은 박막 전지의 각 층의 경계를 구분하도록 새도우 마스크를 사용하여 배치식으로 순차적으로 퇴적될 수 있다. 배리어층은 입계 확산 효과를 단절시키고, 이에 의해 하층의 캐소드 전류 콜렉터를 갖는, LiCoO2와 같은 순차적으로 퇴적된 포지티브 캐소드와, 금 캐소드 전류 콜렉터 및 가요성 스테인리스강 호일 기판과 같은 기판 사이에서의 반응을 없애도록 설계 및 제조될 수 있다. 이하에서는 배리어 서브층을 포함하는 배리어층을 박막 전지가 형성되는 기판 상에 퇴적하는 실시예의 예시적인 방식을 제안한다.Additionally, the barrier layer must prevent diffusion of all ions and atoms from the positive cathode and cathode current collectors to the substrate during cell fabrication and during all cell driving and storage conditions, The diffusion of any contaminants must be prevented. The barrier layer can be deposited on a clean substrate, typically coating the substrate with a uniform, defect-free film. The following battery layers can be sequentially deposited in a batch manner using a shadow mask so as to divide the boundaries of each layer of the thin film battery. The barrier layer is formed by intercepting the intergranular diffusion effect and thereby causing a reaction between a sequentially deposited positive cathode, such as LiCoO 2, with a cathode current collector underneath, and a substrate such as a gold cathode current collector and a flexible stainless steel foil substrate And the like. Hereinafter, an exemplary method of depositing a barrier layer including a barrier sub-layer on a substrate on which a thin film battery is formed is proposed.

1. 기판 선택 및 준비1. Board selection and preparation

먼저, 기판 재료를 선택할 수 있다. 박막 전지는 다양한 표면 마무리가 된 각종의 금속 호일 및 시이트(sheet) 상에서 제조할 수 있다. 스테인리스강의 얇은 호일을 기판으로 사용할 수 있다. 하지만, 예컨대, Ti 및 Ti 합금, Al 및 Al 합금, Cu 및 Cu 합금, 및 Ni 및 Ni 합금을 포함하지만 이에 한정되는 것은 아니며, 더 비싸고 두꺼운 다른 재료 또는 낮은 융점 재료 또한 사용할 수 있다. 또한, 그러한 유형의 스틸 합금과 같은 호일의 바람직한 물리적 특성, 표면 거칠기, 균질 성, 및 순도는 특정 장치에 대한 최적 제조 파라미터를 결정하도록 유저에게 맡겨 진다. 본 발명의 전기화학 장치는 기판이 V, Mn, Mg, Fe, Ge, Cr, Ni, Zn 및 Co를 포함하는 금속 또는 반-금속으로 Al 코팅될 것이 요구되지 않는다. 또한, 본 발명의 전기화학 장치는 기판이 순수한 폴리이미드일 것을 요구하지 않는다.First, the substrate material can be selected. Thin film batteries can be fabricated on a variety of metal foils and sheets with various surface finishes. A thin foil of stainless steel can be used as the substrate. However, other and more expensive and thicker materials, including, for example, Ti and Ti alloys, Al and Al alloys, Cu and Cu alloys, and Ni and Ni alloys, but are not limited thereto, or low melting point materials may also be used. In addition, the desired physical properties, surface roughness, homogeneity, and purity of the foil, such as steel alloys of that type, are left to the user to determine the optimal manufacturing parameters for the particular device. The electrochemical device of the present invention does not require that the substrate be Al coated with a metal or semi-metal containing V, Mn, Mg, Fe, Ge, Cr, Ni, Further, the electrochemical device of the present invention does not require that the substrate be pure polyimide.

예컨대, 스테인리스강 호일 재료가 일단 선택되면, 제거되지 않는 경우 기판에 대한 배리어층의 화학적 또는 기계적 부착을 방해할 수 있는 것인 오일, 미립자 및 다른 표면 오염물을 제거하기 위해 일반적으로 세정한다. 임의의 세정 절차, 예컨대, 충분히 깨끗한 표면을 제공하는 임의의 적합한 습식 화학적 세정 또는 플라스마 세정 프로세스를 이와 관련하여 사용할 수 있다. 선택적으로, 세정된 호일 기판은 원하는 경우 추가로 더 전처리할 수 있다. 예컨대, 금속 호일의 고유 응력을 경감시키기 위해, 어닐 온도가 금속 호일의 융점 이하로 유지되는 한, 배리어층을 퇴적하기 이전에 고온(예컨대, 500℃)에서의 어닐 단계를 채용할 수 있다.For example, once a stainless steel foil material is selected, it is typically cleaned to remove oils, particulates, and other surface contaminants that would otherwise interfere with chemical or mechanical adhesion of the barrier layer to the substrate if not removed. Any suitable wet chemical cleaning or plasma cleaning process that provides a sufficiently clean surface, such as a sufficiently clean surface, may be used in this regard. Optionally, the cleaned foil substrate can be further pre-treated if desired. For example, in order to alleviate the inherent stress of the metal foil, an annealing step at a high temperature (e.g., 500 캜) may be employed prior to depositing the barrier layer, as long as the annealing temperature is maintained below the melting point of the metal foil.

임의의 호일 재료 및 그 두께와 실질적으로 독립적일지라도, 몇몇 어닐링 방법은 막 기초의 열적 응력 및 기계적 응력을 추가로 저감하거나 수용할 수 있다. 예컨대, 세정된 호일의 사전-어닐링은 비코팅 금속 호일을 조절하기 위해 전술한 바와 같이 수행될 수 있다. 또한, 다른 어닐링 단계는 예컨대, 퇴적-후 배리어층 어닐, 퇴적-후 캐소드 전류 콜렉터 층 어닐, 또는 캐소드 결정화 어닐 이전의 퇴적-후 층 어닐의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 그러한 단계 이전 또는 이후에 추가적인 플라스마 처리가 이어질 수 있다(예컨대, D.M. Mattox, Handbook of Physical Vapor Deposition ( PVD ) Processing , Society of Vacuum Coaters , Albuquerque , New Mexico 660ff and 692ff(Noyes Publications 1998) 참조). 유사하게, 실리콘 및 폴리머 기판이 준비될 수도 있다.Although substantially independent of any foil material and its thickness, some annealing methods can further reduce or accommodate the thermal stresses and mechanical stresses of the membrane bases. For example, pre-annealing of the cleaned foil may be performed as described above to control the uncoated metal foil. Other annealing steps may also include any combination of post-deposition barrier layer anneal, post-deposition cathode current collector layer anneal, or post-deposition anneal prior to cathode crystallization anneal, for example. Additional plasma treatments may be followed before or after such steps (see, e.g., DM Mattox, Handbook of Physical Vapor Deposition ( PVD ) Processing , Society of Vacuum Coaters , Albuquerque , New Mexico 660ff and 692ff (Noyes Publications 1998)). Similarly, silicon and polymer substrates may be prepared.

2. 2. 배리어층Barrier layer 퇴적 accumulation

기판 상에의 배리어층의 퇴적은 전지 제조 동안 뿐만 아니라, 예컨대, 그 후의 전지 구동 및 저장 상태 동안에 기판을 전지 부분으로부터 예컨대 화학적으로 분리하는 박막 전지 제조와 연계하여 수행할 수 있다.Deposition of the barrier layer on the substrate can be performed not only during cell preparation, but also in conjunction with thin film cell fabrication, e.g., chemically separating the substrate from the cell portion during subsequent cell drive and storage conditions.

일반적으로, 잠재적 반응물 사이의 화학 반응은, 그들 이온 또는 그들 전자가 그 반응물의 공간의 각각에 구속되거나, 반응물의 계면에서 차단되어서, 바람직하게는 잠재적 반응물 사이의 그러한 종의 상호확산이 없는 경우에 방지될 수 있다. 단순한 확산 차단 특성에 부가하여, 배리어층 및 그것을 구성하는 배리어 서브층을 위해 선택된 재료는 그 배리어층이 (a) 캐소드 전류 콜렉터와 함께 포지티브 캐소드 막에 대한 어닐링 온도를 견딜 수 있어야 하고, (b) 화학적으로 비활성을 유지하고, (c) 불순물의 소스가 되어서는 안 됨을 고려해야만 한다.In general, the chemical reaction between the potential reactants is such that their ions or their electrons are either bound to each of the spaces of the reactants, or are blocked at the interface of the reactants, preferably without interdiffusion of such species between the potential reactants Can be prevented. In addition to the simple diffusion barrier properties, the material chosen for the barrier layer and the barrier sublayer constituting it must be such that the barrier layer can withstand (a) the annealing temperature for the positive cathode film with the cathode current collector, (b) (C) it should not be a source of impurities.

예컨대, 전기화학 장치 내의 전지 부분으로부터 기판을 화학적으로 분리하기 위하여 이온에 대한 적절한 확산 차단 특성을 갖는 ZrN과 같은 전기적 도전성 재료를 퇴적시킬 수 있다. 이 경우, 도전성 배리어 서브층은 또한 전류 콜렉터로서 작용할 수 있다. ZrN은 또한 네가티브 애노드 재료, 특히 금속성 리튬과 접촉하여 안정적이기 때문에, 캐소드 전류 콜렉터 및/또는 애노드 전류 콜렉터로서 사용될 수도 있다.For example, an electrically conductive material such as ZrN with appropriate diffusion barrier properties for ions can be deposited to chemically separate the substrate from the cell portion in the electrochemical device. In this case, the conductive barrier sub-layer may also act as a current collector. ZrN may also be used as a cathode current collector and / or an anode current collector, since it is also stable in contact with a negative anode material, particularly metallic lithium.

배리어층을 예컨대, 전기적으로 절연성이고 금속 이온을 차단하는 Si3N4과 같은 특정 재료의 하나의 단일층으로 구성하는 것이 원칙적으로는 적합하지만, 하나보다 많은 적합한 서브층으로 구성된 배리어층은, 각각의 서브층이 상이한 특정 특성을 배리어 층에 제공하며 배리어층 특성을 미세 조정할 목적으로, 더 높은 제조 수율을 달성하고 그리하여 주어진 박막 전지 수명에 걸쳐 전지 성능에 있어서 높은 신뢰성을 달성한다는 것이 밝혀졌다. 이러한 이유로, 본 발명은 하나의 단일층보다 많은 층으로 구성되고, 바람직하게는 전기화학 장치의 신뢰적인 제조를 가능하게 하면서 그 장치의 전지 부분으로부터 기판을 화학적으로 분리하는 배리어층의 제조 및 제공에 중점을 둔다.It is in principle suitable, for example, to construct the barrier layer as a single layer of a particular material, such as Si 3 N 4 , which is electrically insulating and blocks metal ions, but the barrier layer consisting of more than one suitable sub- Has been found to achieve higher manufacturing yields for the purpose of providing barrier layers with different specific properties and fine tuning the barrier layer properties and thus achieving high reliability in cell performance over a given film cell lifetime. For this reason, the present invention relates to the fabrication and provision of a barrier layer that is composed of more than one single layer and preferably chemically separates the substrate from the cell portion of the device, while enabling reliable fabrication of the electrochemical device. Focus on.

2.1 절연성 2.1 Insulation 배리어Barrier 서브층을Sublayer 포함하는  Included 배리어층의Barrier layer 제조 Produce

배리어층은 기판에 직접 퇴적될 수 있다. 적어도 하나의 배리어 서브층이 비정질 또는 유리질인 배리어 서브층으로 구성된 배리어층은 이온 및 전자의 입계 확산을 피하거나 최소화하고, 그리하여 전지의 제조 동안과 그 이후의 전지의 구동 및 저장 상태 동안에 원치 않는 종이 전지층 내로 확산하거나 전지층으로부터 확산하는 것을 감소하도록 설계 및 제조될 수 있다. 전지 구성요소와 기판 사이의 화학 반응을 방지하거나 최소화하는 것이 바람직하다.The barrier layer may be deposited directly on the substrate. A barrier layer comprised of a barrier sub-layer wherein at least one barrier sub-layer is amorphous or glassy is capable of avoiding or minimizing intergranular diffusion of ions and electrons, thereby preventing undesired paper during and during the fabrication of the cell And may be designed and manufactured to reduce diffusion into or diffusion from the cell layer. It is desirable to prevent or minimize the chemical reaction between the battery component and the substrate.

예를 들어 단순하게 기판, 전류 콜렉터 및/또는 포지티브 캐소드에 대해 비활성인 전기적 절연성 재료를 사용하는 것이 충분할 수 있지만, 각각의 배리어 서 브층은 예컨대, LiCoO2 캐소드 층으로부터의 이온(리튬 이온, 코발트 이온, 및 산소 이온), 전류 콜렉터로부터의 원자 및 이온(금, 백금, 니켈, 구리 등), 및 스테인리스강 기판으로부터의 이온 및 원자(철, 크롬, 니켈, 다른 중금속 및 선택한 스테인리스강 타입의 주요 그룹 원소)의 확산을 차단할 수 있는 재료의 그룹에서 선택될 수 있다. 이온 및 전자를 차단할 수 있는 서브층으로 구성되는 배리어층의 선택은 전지화학 장치의 제조 동안과, 그 이후의 구동 및 저장 상태 동안에 화학적으로 분리될 수 있는 전기 화학 장치의 기판 부분과 전지 부분을 획득하는 것과 관련하여 바람직한 접근이라 간주될 수 있다.For example, simple substrates, current collector, and / or positive for the cathode may be sufficient to use an inert, electrically insulating material, but the ions from the standing in each barrier beucheung is, for example, LiCoO 2 cathode layer (lithium ion, cobalt ion (Iron, chromium, nickel, other heavy metals, and selected main groups of selected stainless steel types) from the current collector and atoms and ions (gold, platinum, nickel, copper, etc.) Element) that is capable of blocking the diffusion of the element. The choice of a barrier layer consisting of a sublayer capable of blocking ions and electrons is achieved during the manufacture of the battery chemistry device and after obtaining the substrate portion and the battery portion of the electrochemical device which can be chemically separated during the subsequent drive and storage states Can be regarded as a desirable approach in relation to doing so.

이원 붕화물, 탄화물, 규화물, 질화물, 인화물, 산화물, 불화물, 염화물, 브롬화물, 및 요오드화물의 그룹 뿐만 아니라, 다이아몬드, 유사 다이아몬드 탄소, 고온 안정형 유기 폴리머, 및 고온 안정형 실리콘(silicone)이 예컨대, 전기 절연 특성에 부가하여, 일반적인 이온 차단 특성을 제공할 수 있다. 따라서, 이들 재료는 배리어 서브층 재료로 사용될 수 있다. 이들 재료의 이원 화합물을 바람직하게 사용하는 것에 부가하여, 배리어 서브층은 예컨대, 산화-질화물, 탄화-붕화물, 탄화-산화-질화물, 규화-탄화-질화물, 및 산화-불화물과 같은 재료(이에 한정되는 것은 아님)로 구성된 임의의 다원 화합물로 형성될 수 있다. 본 발명의 전기화학 장치는 배리어층이 순수한 산화물일 것을 요구하지 않는다.Like diamond carbons, high temperature stable organic polymers, and high temperature stabilized silicon as well as groups of boron carbide, bicarbonate, carbide, silicide, nitride, phosphide, oxide, fluoride, chloride, bromide and iodide, In addition to the insulating properties, general ion barrier properties can be provided. Thus, these materials can be used as barrier sub-layer materials. In addition to the preferably use of binary materials of these materials, the barrier sub-layer may be made of a material such as, for example, an oxide-nitride, a carbonized-boride, a carbonized-oxidized-nitride, But are not limited to, a &lt; / RTI &gt; The electrochemical device of the present invention does not require that the barrier layer be a pure oxide.

위에 나열한 이원 및 다원 배리어 서브층 재료는 스퍼터링(RF-마그네트론, AC 마그네트론, DC 및 DC 펄스 마그네트론, 다이오드 RF 또는 DC 또는 AC), 전자빔 증발, 열(저항) 증발, 플라스마 강화 화학적 기상 증착, 이온빔 보조 퇴적, 캐소드 아크 퇴적, 전기화학적 퇴적, 분무 열분해 등을 포함하는 여러 적합한 박막 퇴적 방법 중에서 하나 이상을 선택하여 퇴적될 수 있다. Si3N4 배리어 서브층은, 예컨대, Ar-N2 반응성 플라스마 환경을 사용하여 RF 마그네트론 스퍼터 시스템에서 바람직하게 퇴적되는 순수한 실리콘 타깃을 활용하여 제조될 수 있다. SiC 및 TiC 배리어 서브층 막은 그것들의 질소 도핑 유도체인 SiC:N과 TiC:N이 RF 마그네트론 스퍼터 장비를 사용하여 반응성 Ar-N2 플라스마 환경 내에서 각각 SiC 및 TiC 타깃으로부터 퇴적되는 동안에, 일반적으로 비활성 Ar 플라스마 환경에서 동일한 각 조성의 타깃으로부터 RF 마그네트론 스퍼터링된다.The binary and polyvalent barrier sub-layer materials listed above can be fabricated by sputtering (RF-magnetron, AC magnetron, DC and DC pulse magnetron, diode RF or DC or AC), electron beam evaporation, thermal (resistance) evaporation, plasma enhanced chemical vapor deposition, Deposition may be performed by depositing one or more of various suitable thin film deposition methods including deposition, cathodic arc deposition, electrochemical deposition, spray pyrolysis, and the like. The Si 3 N 4 barrier sublayer may be fabricated utilizing a pure silicon target that is preferably deposited in an RF magnetron sputter system, for example, using an Ar-N 2 reactive plasma environment. SiC and TiC barrier sub-layer film their nitrogen doped derivatives SiC: N and TiC: N while the respectively deposited from SiC and TiC targets in reactive Ar-N 2 plasma environment using the RF magnetron sputtering apparatus, generally inert RF magnetron sputtering is performed from targets of the same angular composition in an Ar plasma environment.

최적화된 산화-질화물, 탄화-붕화물, 탄화-산화-질화물, 규화-탄화-질화물, 산화-불화물 등의 형성은 N2, O2, N2O, BF3, C2F6, B2H6, CH4, SiH4 등을 단독으로 또는 아르곤과 같은 비활성 캐리어 가스에 부가하여 그리고/또는 스퍼터 타깃으로부터의 원소를 제공하는 것에 부가하여 포함할 수 있는 스퍼터 가스 혼합물을 제공함으로써 달성될 수 있다. 예컨대, 티타늄 규화-탄화-질화물(또는 티타늄 규소 탄화물 질화물)인 Ti3SiC2:N의 박막 퇴적은 임의의 주어진 시간에서 동일한 기판 영역에 3:1의 TiC/SiC 비율을 갖는 혼합 재료 층을 퇴적하는 방식으로 구동되는, 3:1의 전체 면적 비율에서 TiC 및 SiC의 교호적인 면적으로 구축된 단일 스퍼터 타깃, 또는 하나의 TiC 타깃과, 다른 하나의 SiC 타깃으로 이루어진 두 개의 개별적인 스퍼터 타깃을 사용하여, Ar-N2 플라스마 분위기 내에서 RF 마그네트론 스퍼터링에 의해서 달성될 수 있다(듀얼 타깃 스퍼터 퇴적). 배리어층이 코팅된 기판은 전지 제조에 계속하기 이전에 퇴적-후 처리되거나 그렇지 않을 수 있다.The formation of optimized oxidation-nitrides, carbonized-borides, carbonized-oxidized-nitrides, silicified-carbonized-nitrides, oxidized-fluorides and the like can be achieved by using N 2 , O 2 , N 2 O, BF 3 , C 2 F 6 , B 2 H 6 , CH 4 , SiH 4, etc., alone or in addition to providing an element from a sputter target, in addition to an inert carrier gas such as argon . For example, thin film deposition of Ti 3 SiC 2 : N, a titanium silicide-carbonitride (or titanium silicon carbide nitride), deposits a layer of mixed material having a TiC / SiC ratio of 3: 1 in the same substrate region at any given time A single sputter target constructed with alternating areas of TiC and SiC at a total area ratio of 3: 1, or two individual sputter targets consisting of one TiC target and another SiC target , And can be achieved by RF magnetron sputtering in an Ar-N 2 plasma atmosphere (dual target sputter deposition). The substrate coated with the barrier layer may be post-deposited or not before continuing to manufacture the cell.

배리어 서브층 재료는 Si3N4, SiNxOy(3x+2y=4), 또는 원하는 경우 대부분의 SiO2의 표면, 또는 그 양쪽 표면에서 화학양론에 도달할 수 있는 산화물-구배 Si3N4를 예로 들 수 있다. 또한, 질소 도핑이 있거나 없는 SiC 또는 TiC가 배리어 서브층 재료로서 사용될 수 있다.The barrier sub-layer material may be selected from the group consisting of Si 3 N 4 , SiN x O y (3x + 2y = 4), or an oxide-gradient Si 3 N that can reach the stoichiometry on the surface of most SiO 2 , 4, for example. In addition, SiC or TiC with or without nitrogen doping can be used as the barrier sub-layer material.

이들 재료의 몇몇 특정 유도체는 임의의 추가의 적합한 배리어 서브층이 없이 배리어층에 사용되는 경우 이온 차단제로서 가장 바람직하지 않을 수도 있는데, 이는 비-화학양론적 ZrO2, 비-화학양론적 YSZ(이트륨 안정화 지르코니아), 및 비-화학양론적 LiI(요오드화 리튬)과 같이, 불량한 절연 특성만 나타내면서 그것들이 제조 프로세스 또는 전지 구동 및 저장 상태 동안에 특정 이온의 확산을 허용하기 때문이다. 그것들의 화학양론적 대응물과 대조적으로, 비-화학양론은 이들 재료가 산소 및 리튬 이온 확산을 각각 허용하면서 전기적으로 도전성인 주요 이유이다.Some specific derivatives of these materials may be most undesirable as ionic blocking agents when used in a barrier layer without any additional suitable barrier sub-layer, which may be non-stoichiometric ZrO 2 , non-stoichiometric YSZ Stabilized zirconia), and non-stoichiometric LiI (lithium iodide), while allowing them to diffuse certain ions during the manufacturing process or during battery operating and storage conditions. In contrast to their stoichiometric counterparts, the non-stoichiometry is the main reason why these materials are electrically conductive while allowing oxygen and lithium ion diffusion respectively.

예컨대, 기판 및/또는 전지 부분에의 개선된 부착, 기계적 가요성, 인접층에의 안정도, 핀홀-프리, 전기 저항, 및 화학적 비활성과 같은 특정 배리어 특성을 미세 조정하기 위해, 배리어 서브층을 포함하는 적합한 배리어층이 제공될 수 있다. 예컨대, 스테인리스강 430 기판 상부의 배리어층은 이하 순서의 배리어 서브층 스택(stack)으로 구축될 수 있다: (산화물-접합 스테인리스강 기판에의 개선된 부착을 위한) 500Å SiO2/ 2000Å Si3N4(전기적으로 절연성이고, 예컨대, 리튬 이온, 코발트 이온, 산소 이온, 철 이온, 크롬 이온 및 금 이온에 대한 확산 차단 재료) / 1000Å SiC:N(리튬 이온, 코발트 이온, 산소 이온, 철 이온, 크롬 이온 및 금 원자에 대한 강한 확산 차단층) / 2000Å Si3N4(전기적으로 절연성이며, 예컨대, 리튬 이온, 코발트 이온, 산소 이온, 철 이온, 크롬 이온 및 금 이온에 대한 확산 차단 재료) / 300Å 코발트 전류 콜렉터 부착층 및 3000Å 금 전류 콜렉터가 위에 퇴적될 수 있는 500Å SiO2(전류 콜렉터 층에의 부착 촉진제).For example, to fine tune certain barrier properties such as improved adhesion to the substrate and / or cell portions, mechanical flexibility, stability to adjacent layers, pinhole-free, electrical resistance, and chemical inertness, A suitable barrier layer may be provided. For example, the barrier layers in the upper stainless steel 430. The substrate may be constructed as a barrier sub-layer stack (stack) of the following sequence: - 500Å SiO 2 / 2000Å (oxide bonding for improved adhesion to the stainless steel substrate) Si 3 N 4 (and electrically insulating, for example, lithium ions, cobalt ions, oxygen ions, iron ions, the diffusion of the chromium ion and gold ion barrier material) / 1000Å SiC: N (lithium ions, cobalt ions, oxygen ions, iron ions, (Diffusion barrier material for lithium ions, cobalt ions, oxygen ions, iron ions, chromium ions and gold ions) / 2000 Å Si 3 N 4 (electrically insulating, A 300 Å cobalt current collector attachment layer and a 500 Å SiO 2 (adhesion promoter to the current collector layer) on which a 3000 Å gold current collector can be deposited.

일부 경우에 절연 배리어 서브층은 포지티브 캐소드 및/또는 캐소드 전류 콜렉터와 접촉할 뿐만 아니라, 네가티브 애노드 및/또는 애노드 전류 콜렉터와 접촉할 수 있다. 어느 경우든, 배리어 서브층은 예컨대, 그것이 접촉하고 있는 모든 재료에 대하여 화학적으로 비활성인 것이 바람직하다. 이러한 특징은 예컨대, Li2O, LiAlO2 및 Li-Al 합금, 또는 Li2O, Li2SiO3 및 Li-Si 합금과 해롭게 반응할 수 있는 금속성 리튬 네가티브 애노드와 접촉하고 있는 경우, 순수한 Al2O3 또는 SiO2 배리어층의 사용을 제한할 수 있다.In some cases, the insulating barrier sublayer may contact the negative anode and / or the anode current collector as well as contact the positive cathode and / or the cathode current collector. In any event, it is preferred that the barrier sublayer be chemically inert, for example, for all materials it is in contact with. This feature, for example, Li 2 O, LiAlO 2, and Li-Al alloy, or Li 2 O, Li 2 SiO 3, and when in contact with the metallic lithium negative anode which can deleteriously react with the Li-Si alloy, pure Al 2 O 3 or SiO 2 barrier layer.

2.2 적어도 하나의 전기적 도전성 2.2 At least one electrical conductivity 배리어Barrier 서브층으로Into the sublayer 이루어진  Made 배리어층의Barrier layer 제조 Produce

예컨대, 도전성 배리어 서브층은, 예컨대, 이하의 바람직한 속성을 만족시키 는 경우 동등하게 효과적일 수 있다: 1) 전지층으로의/전지층으로부터의 이온 확산을 방지, 및 2) 제조 프로세스 동안과, 그 이후의 모든 전지 구동 및 저장 상태 동안에 기판 또는 전지층과 무반응. 배리어층은 예컨대, 전기적 절연성 배리어 서브층을 역시 포함할 수 있다. 그러한 전기적 절연성 및 전기적 도전성 서브층은 예컨대, 모두 동일한 형상 및 면적 사이즈를 갖지 않을 수 있다. 따라서, 배리어 서브층의 그러한 혼합 스택으로 이루어진 배리어층은 예컨대, 기판 부분 또는 전지 부분과 접촉하고 있는 일부 영역에서는 전기적 도전성인 반면, 기판 부분 또는 전지 부분과의 다른 접촉 영역에서는 전기적 절연성 특성을 나타낼 수 있다.For example, the conductive barrier sublayer may be equally effective if, for example, the following desirable properties are met: 1) to prevent diffusion of ions to / from the cell layer, and 2) And is unresponsive to the substrate or cell layer during all subsequent cell driving and storage conditions. The barrier layer may also comprise, for example, an electrically insulating barrier sublayer. Such electrically insulating and electrically conductive sub-layers may not all have the same shape and area size, for example. Thus, a barrier layer made of such a mixed stack of barrier sub-layers may exhibit electrical insulation properties, for example, in the substrate portion or in some areas in contact with the cell portion, while in other regions of contact with the substrate portion or cell portion have.

전기적 도전성 배리어 서브층을 위한 재료는 예컨대, 도전성 이원 붕화물, 탄화물, 규화물, 질화물, 인화물 및 산화물로 이루어진 그룹뿐만 아니라, 산화-질화물, 탄화-붕화물, 탄화-산화-질화물, 규화-탄화-질화물, 및 산화-불화물을 예로 들 수 있는(이에 한정되는 것은 아님) 그것들의 임의의 도전성 다원 화합물로 이루어진 그룹에서 선택될 수 있다. 또한, 전기적 도전성이 되도록 특별히 처리되는 고온-안정형 폴리머 및 고온-안정형 실리콘이 사용될 수 있다. 전기적 절연성 배리어 서브층에 대한 재료 선택 리스트를 전술한 항목 2.1에서 제시하였고, 여기에 포함된다. 배리어 서브층은 예컨대, 5000Å ZrN / 4000Å Si3N4 / 3000Å WC / 1000Å MoSi2의 배리어 서브층 스택으로 제조될 수 있는 배리어층과 같이 완전히 상이한 조성물로 형성될 수 있고, 각각의 배리어 서브층은 예컨대 상이한 면적 치수를 가질 수 있다.The material for the electrically conductive barrier sub-layer may be selected from the group consisting of, for example, a group consisting of a conductive binary compound, a carbide, a silicide, a nitride, a phosphide and an oxide, as well as a group of oxides such as oxides, nitrides, carbides, borides, Oxides, nitrides, and oxide-fluorides of any of the conductive multiples thereof. In addition, high temperature-stable polymers and high temperature-stable silicon that are specially treated to be electrically conductive may be used. A material selection list for the electrically insulating barrier sublayer is presented in item 2.1 above and is incorporated herein. The barrier sub-layer, for example, 5000Å ZrN / 4000Å Si 3 N 4 / 3000Å WC / 1000Å MoSi 2 of the barrier may be formed of a completely different composition as the barrier layer, which may be prepared as a sub-stack, each barrier sub-layer is For example, have different area dimensions.

그 결과, 예컨대, Si3N4 배리어 서브층은 예컨대, 금속 기판의 전체 풋프린트 영역에 걸쳐 연장할 수 있고, ZrN 배리어 서브층은 캐소드 전류 콜렉터 하부 기판 영역만을 덮을 수 있고, WC 및 MoSi2 배리어 서브층은 예컨대, 애노드 전류 콜렉터 하부의 적어도 전체 영역을 덮으면서 ZrN 영역으로 더 연장할 수 있다. 자신의 영역 사이즈로 인하여, 개재된 Si3N4 배리어 서브층은 예컨대, 전기적 도전성 WC/MoSi2 배리어 서브층으로부터의 전기적 도전성 ZrN 배리어 서브층의 전기적 분리를 제공하고 그리하여 전지의 포지티브 부분과 네가티브 부분 사이의 전기적 분리를 제공할 수 있다(도 2 참조).As a result, for example, the Si 3 N 4 barrier sublayer may extend, for example, over the entire footprint region of the metal substrate, the ZrN barrier sublayer may cover only the cathode current collector lower substrate region, and the WC and MoSi 2 barrier The sub-layer may extend further into the ZrN region, for example, covering at least the entire region below the anode current collector. Due to its region size, the interposed Si 3 N 4 barrier sub-layer provides electrical isolation of the electrically conductive ZrN barrier sub-layer from, for example, the electrically-conductive WC / MoSi 2 barrier sub-layer and thus allows the positive and negative portions (See FIG. 2).

본 실시예에서, ZrN, TiN, WC, MoSi2, TiB2 또는 NiP와 같은 전기적 도전성 배리어 서브층은 스퍼터 퇴적(RF-마그네트론, DC 및 DC 펄스 마그네트론, AC 마그네트론, 다이오드 RF 또는 DC 또는 AC), 전자 빔 증발, 열(저항) 증발, 플라스마 강화 화학적 기상 증착, 이온 빔 보조 퇴적, 캐소드 아크 퇴적, 전기화학 퇴적, 분무 열분해 등을 포함하는 표준 퇴적 방법에 의해서 기판 상에 퇴적될 수 있다. 예컨대, ZrN 배리어 서브층은 비활성 Ar 분위기 내에서 DC 마그네트론 스퍼터 퇴적을 수행하는 ZrN 스퍼터 타깃으로부터 또는 반응성 Ar-N2 분위기 내에서 DC 마그네트론 스퍼터 퇴적을 역시 사용하는 금속 Zr 타깃으로부터 제조될 수 있다.In this embodiment, ZrN, TiN, WC, MoSi 2, TiB 2 or electrically conductive barrier sub-layer is sputter deposited (RF- magnetron, pulsed DC, and DC magnetron, AC magnetron, RF diode or DC or AC), such as NiP, Can be deposited on a substrate by standard deposition methods including electron beam evaporation, thermal (resistance) evaporation, plasma enhanced chemical vapor deposition, ion beam assisted deposition, cathode arc deposition, electrochemical deposition, spray pyrolysis, For example, ZrN barrier sub-layer may be made from a Zr metal target using a DC magnetron sputter deposited also in an inert Ar atmosphere within the ZrN from the sputter target to perform DC magnetron sputter deposition or reactive Ar-N 2 atmosphere.

또한, 포지티브 캐소드를 결정화하는데 필요한 퇴적-후 어닐 온도가 200℃-500℃와 같이 적절한 경우, 특정 금속(예컨대, Au, Pt, Ir, Os, Ag, Pd), 반-금속 (예컨대, 흑연질 탄소, Si) 및 합금(예컨대, Au, Pt, Ir, Os, Ag, Pd, C 및 Si 기반)이(이에 한정되는 것은 아님) 전기적 도전성 배리어 서브층으로서 바람직하게 선택될 수 있다. 전기적 도전성 배리어 서브층은 전지 제조 프로세스를 게속하기 이전에 추가로 열처리 되거나 되지 않을 수 있다.In addition, when the post-deposition anneal temperature necessary for crystallizing the positive cathode is suitable, such as 200 ° C. to 500 ° C., a specific metal (eg, Au, Pt, Ir, Os, Ag, Pd) Carbon, Si), and alloys (e.g., Au, Pt, Ir, Os, Ag, Pd, C, and Si based) can be preferably selected as electrically conductive barrier sublayers. The electrically conductive barrier sub-layer may or may not be further heat treated before continuing the battery manufacturing process.

포지티브 전지 단자로부터의 전기 접속가능성의 관점에서 적절히 제조된 경우, 도전성 배리어 서브층은 별도의 캐소드 전류 콜렉터를 없앨 수 있는 부가적인 이점을 가질 수 있는데, 만일 그렇지 않은 경우, 예컨대, 도전성 배리어 서브층을 더욱 도전성이며 비활성인 얇은 층, 예컨대, 금으로 코팅하여 그 도전성 배리어 서브층의 전기적 특성을 최적화하는 것을 선택해야 한다. 그러한 더욱 도전성인 층으로 부가적으로 코팅하든 하지 않든, 도전성 배리어 서브층의 접근은, 동시에, 애노드 전류 콜렉터 및 네가티브 애노드가, 포지티브 캐소드 및/또는 그것의 캐소드 전류 콜렉터가 전기 접촉하는 도전성 배리어 서브층으로부터 분리되는 것을 포함할 수 있다. 이러한 분리는 예컨대, 다음과 같이 달성될 수 있다:The conductive barrier sublayer may have the additional advantage of eliminating a separate cathode current collector, if properly manufactured in terms of electrical connectivity from the positive cell terminal, if not, for example, the conductive barrier sublayer It should be chosen to optimize the electrical properties of the conductive barrier sublayer by coating it with a more conductive and inert thin layer, e.g., gold. The approach of the conductive barrier sub-layer, whether or not additionally coated with such a more conductive layer, is such that the anode current collector and the negative anode are simultaneously electrically connected to the conductive barrier sub-layer in which the positive cathode and / As shown in FIG. This separation can be accomplished, for example, as follows:

1) 네가티브 애노드 및 그것의 애노드 전류 콜렉터가 전기적 절연성 전해질의 상부에 전제적으로 위치하도록 하는 영역으로 전해질을 연장시킴으로써 달성될 수 있고, 이 경우, 이는 네가티브 애노드 및 그것의 애노드 전류 콜렉터를 위한 국부적 배리어 서브층으로 효과적으로 작용할 수 있다(도 3a 및 3b 참조). 포지티브 캐소드의 특정 제조 파라미터가 이미 존재하는 전해질 층과의 반응을 야기하지 않는 경우, 포지티브 캐소드 및 그것의 캐소드 전류 콜렉터는 전해질의 전체 상부에 유사하게 제조될 수 있고, 네가티브 애노드는 그 전해질의 하부에 위치된다(도 3c 참조).1) It can be achieved by extending the electrolyte to a region where the negative anode and its anode current collector are located precisely above the electrically insulative electrolyte, which in this case is the local anode for the negative anode and its anode current collector Layer (see Figs. 3A and 3B). If a particular production parameter of the positive cathode does not cause a reaction with an already existing electrolyte layer, the positive cathode and its cathode current collector may be similarly fabricated on the entire upper portion of the electrolyte, and the negative anode may be located at the bottom of the electrolyte (See Fig. 3C).

2) 네가티브 애노드 및/또는 애노드 전류 콜렉터가 전해질의 상부에 전체적으로 위치되지 않을 경우, 그것은 배리어층과 접촉하고 그리하여 배리어 서브층의 적어도 하나 및/또는 금속 기판과 접촉할 수 있다. 이 경우, 서브층의 적어도 하나가 절연성이어야 하는 반면, 배리어 서브층의 하나 이상은 전기적으로 도전성일 수 있다(도 4a 및 도 4b 참조). 어느 경우든, 모든 배리어 서브층은 접촉하는 모든 재료에 대하여 화학적으로 비활성이어야 한다. 이는 바람직하게는 예컨대, 네가티브 금속성 리튬 애노드와 접촉하는 경우 Pt2Si 배리어 서브층의 사용을 금지할 수 있는데, 이는 그렇지 않으면 LixSi(0<x<=4.4) 및 LiyPt(0<y<=2)와의 반응이 일어날 수 있기 때문이다(도 4c 참조).2) When the negative anode and / or anode current collector is not located entirely on top of the electrolyte, it may contact the barrier layer and thus contact at least one of the barrier sub-layers and / or the metal substrate. In this case, at least one of the sub-layers must be insulating, while one or more of the barrier sub-layers may be electrically conductive (see FIGS. 4A and 4B). In any case, all barrier sub-layers must be chemically inert with respect to all materials in contact. This may preferably prohibit the use of a Pt 2 Si barrier sublayer when, for example, it is contacted with a negative metallic lithium anode, which would otherwise prevent Li x Si (0 <x <= 4.4) and Li y Pt &Lt; = 2) (Fig. 4C).

2.3 2.3 배리어층Barrier layer 및 기판 And a substrate

배리어층을 설치하는 하나의 이유는 기판의 용융점까지의 프로세스 온도를 수반할 수 있는 전지 부분의 제조 동안과, 그 이후의 전기화학 장치의 모든 구동 및 저장 상태 동안에 예컨대, 본 발명의 일 실시예의 전기화학 장치의 기판 부분과 전지 부분 사이의 화학적 분리를 제공하기 위한 것이다. 전술한 것과 동일한 원리가, 금속 기판, 폴리머 기판, 및 도핑 또는 비도핑 실리콘 기판을 포함할 수 있는 본 발명의 적어도 3가지의 기판 유형에 적용될 수 있다.One reason for installing the barrier layer is to provide a method of manufacturing the cell portion during the manufacture of the cell portion that may involve process temperatures up to the melting point of the substrate and during all subsequent actuation and storage conditions of the electrochemical device, To provide chemical separation between the substrate portion of the chemical device and the cell portion. The same principles as described above can be applied to at least three substrate types of the present invention, which may include metal substrates, polymer substrates, and doped or undoped silicon substrates.

전기적 절연성 또는 도전성 배리어 서브층의 직접 퇴적은 전술한 바와 같은 3가지의 기판 유형에 똑바른 방식으로 달성될 수 있다. 물론, 각각의 기판 유형이 갖는 고유의 물리적 및 화학적 제한은 준수해야 하며, 그에 따라 각 배리어 서브층에 대한 퇴적 파라미터가 조정되어야 한다. 예컨대, 스퍼터 퇴적은 높은 퇴적률 하에서 수행될 수 있고, 기판 표면에서의 결과적인 퇴적 온도는 폴리머 기판의 용융점을 초과할 수 있다. 따라서, 퇴적 파라미터는 바람직하게는 기판의 용융점을 준수하도록 제한되어야 한다. 다른 예에서, 단지 10㎛의 매우 얇은 Si 기판이 사용될 수 있다. 그러한 경우, 이는 우선 임의의 퇴적-후 어닐을 무시하여, 퇴적 동안의 배리어 서브층의 응력을, 임의의 후속 배리어 서브층 및/또는 전지층의 퇴적 이전에 그것을 균열시키지 않도록 취성 Si 기판의 기계적 특성에 맞게 조정하는 것에 관련될 수 있다. 세 가지 모든 기판 유형의 가능한 이용 및 배리어 서브층을 포함하여 기판 위로의 배리어층의 제조에 대한 기본 원리에 대한 본 발명의 범주를 한정하지 않고 더욱 구체적인 예가 주어질 수 있다.Direct deposition of an electrically insulating or conductive barrier sublayer can be achieved in a straightforward manner on the three substrate types as described above. Of course, the inherent physical and chemical limitations of each substrate type must be adhered to, so that the deposition parameters for each barrier sub-layer must be adjusted. For example, sputter deposition may be performed under a high deposition rate, and the resulting deposition temperature at the substrate surface may exceed the melting point of the polymer substrate. Thus, the deposition parameters should preferably be limited to adhere to the melting point of the substrate. In another example, a very thin Si substrate of only 10 mu m may be used. In such a case, this is done first by ignoring any post-deposition anneal, so that the stress of the barrier sub-layer during deposition does not cause cracking of it prior to deposition of any subsequent barrier sub-layer and / &Lt; / RTI &gt; A more specific example can be given without limiting the scope of the present invention to the possible use of all three substrate types and the basic principles for the fabrication of a barrier layer over a substrate including a barrier sublayer.

3. 전지 제조3. Battery Manufacturing

본 발명에서의 배리어층을 갖는 기판이 일단 제조되면, 전기화학 장치의 후속 제조 단계는 이하에 더 기술되는 "양면" 전기화학 장치를 달성하기 위해서 기판의 제 2 측에 제 2 의 전기화학적 활성 셀을 제조할 것인지 여부에 의존한다. 본 발명의 전기화학 장치는 제 1 의 전기화학적 활성 셀이 태양 전지일 것을 요구하지 않는다.Once the substrate with the barrier layer in accordance with the present invention has been fabricated, subsequent fabrication steps of the electrochemical device may include forming a second electrochemically active cell on the second side of the substrate to achieve a " &Lt; / RTI &gt; The electrochemical device of the present invention does not require that the first electrochemically active cell be a solar cell.

하지만, 단지 제 1 의 전기화학적 활성 셀이 기판의 제 1 측에 제조되는 "단 면" 전기화학 장치의 경우, 제 2 층은 제 1 의 전기화학적 활성 셀의 구성요소 층의 제조 이전에 기판의 제 2 측에 선택적으로 퇴적된다. 이러한 제 2 층은 전기화학 장치의 제조, 구동 및 저장 동안에 화학적 및 기계적 인자에 대하여 주변 환경으로부터 기판을 보호할 목적으로 제조될 수 있다. 또한, 제 2 층의 구현을 통하여, 제 1 의 전기화학적 활성 셀은, 제 2 의 비보호측에서 기판에 유입하고 그 기판을 통하여 확산하고, 이에 의해 잠재적으로 전기화학 장치의 제조, 구동, 및/또는 저장 동안에 제 1 전기화학적 활성 셀에 도달하여 그것과 해롭게 반응할 수 있는 주변 환경으로부터의 화학적 오염물로부터 보호될 수 있다. 제 1 의 전기화학적 활성 셀의 이러한 보호는, 기판 자체 및 기판과 제 1 의 전기화학적 활성 셀 사이의 배리어층에 의해 제공된 보호에 부가하여, 특히 그 배리어층이 제 1 의 전기화학적 활성 셀 하부의 전체 영역을 덮지 않을 수 있는 경우에, 존재할 수 있다. 기판과 제 1 의 전기화학적 활성 셀의 양쪽의 보호는 전기화학 장치의 수명을 연장하게 된다.However, in the case of a "single-faced" electrochemical device in which only a first electrochemically active cell is fabricated on the first side of the substrate, the second layer is formed prior to the fabrication of the constituent layers of the first electrochemically active cell And is selectively deposited on the second side. This second layer may be fabricated for the purpose of protecting the substrate from the environment for chemical and mechanical factors during the fabrication, operation, and storage of the electrochemical device. In addition, through the implementation of the second layer, the first electrochemically active cell can flow into and diffuse through the substrate on the second, unprotected side, thereby potentially producing, driving, and / Or may be protected from chemical contaminants from the surrounding environment that may reach the first electrochemically active cell during storage and react harmful thereto. This protection of the first electrochemically active cell is in addition to the protection provided by the substrate itself and the barrier layer between the substrate and the first electrochemically active cell, And may not cover the entire area. The protection of both the substrate and the first electrochemically active cell extends the life of the electrochemical device.

제 2 층은 예컨대, 금속, 반-금속, 합금, 붕화물, 탄화물, 다이아몬드, 유사 다이아몬드 탄소, 규화물, 질화물, 인화물, 산화물, 불화물, 염화물, 브롬화물, 요오드화물로 이루어진 그룹으로부터, 또는 예컨대 붕화물, 탄화물, 규화물, 질화물, 인화물, 산화물, 불화물, 염화물, 브롬화물, 및 요오드화물로 이루어진 임의의 다원 화합물의 그룹, 또는 예컨대, 고온 안정형 유기 폴리머 및 고온 안정형 실리콘의 그룹으로부터 선택된 화학 화합물을 포함하는 재료로 제조될 수 있다. 특히, 500Å과 5㎛ 사이 두께의 얇은 금속층은 전기화학 장치의 제조, 구동, 및/또는 저 장 동안에 제 2 측에서의 오염물의 유입을 차단하여 기판을 보호하는데 유용할 수 있다. 또한, 금속층, 예컨대, 니켈 또는 티탄은 세라믹 대응물 예컨대, TiC에 비하여 비교적 빠르게 퇴적될 수 있고 저렴하기 때문에, 유용할 수 있다.The second layer may be formed from the group consisting of, for example, a metal, a semi-metal, an alloy, a boride, a carbide, a diamond, a diamond like carbon, a silicide, a nitride, a phosphide, an oxide, a fluoride, a chloride, a bromide, A chemical compound selected from the group of any multi-component compound consisting of a carbohydrate, a carbide, a silicide, a nitride, a phosphide, an oxide, a fluoride, a chloride, a bromide, and an iodide or a group of high temperature stable organic polymers and high temperature stable silicon , &Lt; / RTI &gt; In particular, a thin metal layer of between 500 Å and 5 urn thickness may be useful for protecting the substrate by blocking the entry of contaminants on the second side during the fabrication, operation, and / or storage of the electrochemical device. In addition, metal layers, such as nickel or titanium, can be useful because they can be deposited relatively quickly and cheaper than ceramic counterparts such as TiC.

제 2 층의 차단 작용은 예컨대, 화학적 게터링(gettering), 부식 방지, 또는 희생층 설치와 같은 문헌에서 공지된 오염물과 제 2 층의 화학적 반응을 포함하고, 금속층에 한정되는 것이 아니라, 예컨대, 부-산화물 또는 부-질화물(예컨대, 스퍼터 퇴적에 의해서 용이하게 제조될 수 있는 불충분하게 산화되거나 질화된 막 재료) 또는, 예컨대, 전기화학 장치의 제조, 구동 및/또는 저장 동안에 주변 환경에 존재하는 산소, 습기, 또는 이산화탄소 오염물과 반응할 때 산화물 또는 카보네이트로 변환될 수 있는 질화물 또는 탄화물에 의해서도 달성될 수 있다.The blocking action of the second layer includes, for example, the chemical reaction of the second layer with known contaminants in literature such as chemical gettering, corrosion inhibition, or sacrificial layer deposition, and is not limited to metal layers, (E. G., An insufficiently oxidized or nitrided film material that can be easily prepared by sputter deposition) or a material that is present in the environment during the fabrication, operation, and / or storage of an electrochemical device Can also be achieved by nitrides or carbides that can be converted to oxides or carbonates when reacting with oxygen, moisture, or carbon dioxide contaminants.

주로 화학 반응이 없이 보호하는 재료 또는 주로 화학 반응을 통하여 보호하는 재료를 선택하여 기판의 제 2 측에 있는 제 2 층을 미세 조정할 수 있다. 추가의 미세 조정은 예컨대, 특정 주변 환경 조건하에서의 더 높거나 더 낮은 반응성을 갖는 후자의 재료 중 하나를 선택하여 일어날 수 있다. 예컨대, Al4C3는 SiC 내지 SiO2보다 훨씬 낮은 산소 분압 및 훨씬 낮은 온도에서 Al2O3로 변환한다. 유사하게, Co2N과 같이 매우 작은 형성 엔탈피를 갖는 질화물은 Si3N4 및 ZrN과 같이 큰 네가티브 형성 엔탈피 하에서 형성된 그 대응물보다 훨씬 낮은 온도 및 산소 분압에서 각각의 산화물로 변환한다.It is possible to fine-tune the second layer on the second side of the substrate by selecting a material that primarily protects without chemical reaction or a material that primarily protects through a chemical reaction. Further fine tuning can occur, for example, by selecting one of the latter materials with higher or lower reactivity under certain ambient environmental conditions. For example, Al 4 C 3 converts to Al 2 O 3 at a much lower oxygen partial pressure than SiC to SiO 2 . Similarly, the nitride having a very small formation enthalpy as Co 2 N is converted to the respective oxides at much lower temperatures and oxygen partial pressures than the corresponding water formed under large negative enthalpy of formation as Si 3 N 4 and ZrN.

궁극적으로, 기판의 제 2 측에 제 2 층을 제조하기 위해 추가된 비용과 관련 하여 최적의 파라미터를 결정하는 것은 전기화학 장치의 제조자에게 달려 있으며, 이는 제 2 층의 재료 선택 및 제조된 두께 대 특정 기간 동안 존재하는 특정 주변 환경 조건에 대한 기판 및 제 1 의 전기화학적 활성 셀의 추가적 보호의 함수이며, 이는 다시 주로 상기 제 2 층의 재료 선택 및 제조된 두께의 함수이다.Ultimately, it is up to the manufacturer of the electrochemical device to determine the optimal parameters in relation to the added cost to produce the second layer on the second side of the substrate, Is a function of the additional protection of the substrate and the first electrochemically active cell against the specific ambient conditions present for a certain period of time, which is again primarily a function of the material selection and the thickness produced of the second layer.

박막 전지는 개별적인 전지 구성요소 층을 구축하기 위해 새도우 마스크를 사용하는 순차적인 물리적 및/또는 화학적 기상 증착 단계를 이용하는 배치 제조 프로세스에서 제조될 수 있다. 전기화학적 활성 셀은 임의의 여러가지 구조로 제조될 수 있다. 특징은 이하를 포함할 수 있다:Thin film cells may be fabricated in a batch manufacturing process that utilizes sequential physical and / or chemical vapor deposition steps that use shadow masks to build individual battery component layers. The electrochemically active cell may be fabricated in any of a variety of structures. Features may include:

(i) 사용될 포지티브 캐소드 구성(i) a positive cathode configuration to be used

a. 배리어층과 네가티브 애노드 사이에 위치된 포지티브 캐소드(애노드 퇴적전 캐소드 퇴적;"통상적 구성"), 및 배리어층과 포지티브 캐소드 사이에 위치된 네가티브 애노드(캐소드 퇴적전 애노드 퇴적;"반대 구성")a. (Cathode deposition prior to anode deposition; "conventional configuration") positioned between the barrier layer and the negative anode, and a negative anode (anode deposition before cathode deposition;

b. 포지티브 캐소드에 인가되는 퇴적-후 어닐b. Post-deposition anneal applied to the positive cathode

(ii) 사용될 애노드 구성(ii) the anode configuration to be used

a. 네가티브 애노드층이 배리어층을 접촉하거나 접촉하지 않음a. Negative anode layer does not contact or contact barrier layer

b. 애노드 전류 콜렉터가 배리어층을 접촉하거나 접촉하지 않음b. The anode current collector does not contact or contact the barrier layer

(iii) 사용될 배리어층의 유형(iii) the type of barrier layer to be used

a. 전기적 절연성 서브층 대 전기적 도전성 서브층a. Electrically insulating sublayer to electrically conductive sublayer

b. 주어진 배리어층 내의 다른 서브층과 비교한 주어진 서브층의 면적 치수b. Area dimensions of a given sublayer compared to other sublayers in a given barrier layer

c. 배리어층 내에서 절연성 서브층과 도전성 서브층의 순서 조합c. The order combination of the insulating sublayer and the conductive sublayer in the barrier layer

(iv) 기판이 전기화학 활성 셀과(그것의 포지티브 부분 또는 네가티브 부분과) 전기 접촉되거나 접촉하지 않음(iv) the substrate is not in electrical or in contact with the electrochemically active cell (with its positive or negative part)

(v) 전기화학 활성 셀이 기판의 일 측에 제조되거나(단면 전기화학 장치) 기판의 양측에 제조됨(양면 전기화학 장치)(v) electrochemically active cells are fabricated on one side of the substrate (cross-sectional electrochemical device) or on both sides of the substrate (bi-electrochemical device)

(vi) 사용될 보호 인캡슐레이션 또는 보호 인케이싱 설계(vi) Protective encapsulation or protective encasing design to be used

a. 인캡슐레이션 대 인케이싱a. Encapsulation versus inching

b. 인캡슐레이션 또는 인케이싱 내의 개구(들) 대 단자에 접속하기 위한 개구(들)가 없음b. There is no opening (s) for connection to opening (s) to terminal (s) in encapsulation or encasing

c. 개구 영역 내에서의 습기 보호층의 이용 또는 미이용c. The use or nonuse of the moisture protection layer in the opening area

(vii) 전류 콜렉터 및 단자(vii) Current collector and terminal

3.1 3.1 캐소드Cathode 구성 Configuration

3.1.1 3.1.1 네가티브Negative 애노드Anode 퇴적 전의 포지티브  Positive before deposition 캐소드의Cathode 퇴적 및 잠재적 퇴적-후  Sedimentation and potential sedimentation - after 어닐에To anneal 등가적일Equivalent 수 있는,  Can, 배리어층과Barrier layer 네가티브Negative 애노드Anode 사이에 위치된 포지티브 캐소드:"통상적인 구성" Positive cathode located between: "conventional configuration"

배리어층의 전기적 특성에 따라서, 포지티브 캐소드의 퇴적 전에 전류 콜렉터가 제조될 수 있다. 즉, 그 서브층에 기초하는 배리어층이 포지티브 캐소드가 제조될 영역에서 절연성이면, 포지티브 단자로부터 포지티브 캐소드에 대한 필요한 전기적 접속을 생성하기 위해 캐소드 전류 콜렉터가 퇴적될 수 있다. 하지만, 그 서브층에 기초하는 배리어층이 포지티브 캐소드가 퇴적될 영역에서 전기적으로 도전성이면, 부가적인 비활성 금속층("전도 강화제(conduction enhancer)")이 배리어층의 전류 수집 특성(current collecting property)을 강화시키기 위해서 배리어층과 포지티브 캐소드 사이에 선택적으로 퇴적될 수 있다.Depending on the electrical properties of the barrier layer, a current collector can be fabricated before the deposition of the positive cathode. That is, if the barrier layer based on that sublayer is insulating in the region where the positive cathode is to be fabricated, a cathode current collector may be deposited to create the necessary electrical connection for the positive cathode from the positive terminal. However, if the barrier layer based on that sub-layer is electrically conductive in the region where the positive cathode is to be deposited, then an additional inactive metal layer ("conduction enhancer") will reduce the current collecting property of the barrier layer And may be selectively deposited between the barrier layer and the positive cathode to enhance it.

포지티브 캐소드, 캐소드 전류 콜렉터, 및 배리어층의 전도 강화제는 스퍼터링(RF-마그네트론, DC 및 DC 펄스 마그네트론, AC 마그네트론, 다이오드 RF 또는 DC 또는 AC), 전자 빔 증발, 열(저항) 증발, 플라스마 강화 화학적 기상 증착, 이온 빔 보조 퇴적, 캐소드 아크 퇴적, 전기화학 퇴적, 분무 열분해 등을 포함하는 여러 퇴적 방법의 임의의 하나를 선택하여 퇴적될 수 있다.The conduction enhancer of the positive cathode, the cathode current collector, and the barrier layer may be selected from the group consisting of sputtering (RF-magnetron, DC and DC pulse magnetron, AC magnetron, diode RF or DC or AC), electron beam evaporation, Deposition can be performed by any one of various deposition methods including vapor deposition, ion beam assisted deposition, cathode arc deposition, electrochemical deposition, spray pyrolysis, and the like.

포지티브 캐소드의 퇴적후, 포지티브 캐소드의 물리적, 화학적, 및 전기화학적 특성을 향상시키기 위해서 퇴적-후 어닐이 후속될 수 있다. 대부분의 통상적 퇴적-후 어닐은 공기중 700℃에서 약 30분 내지 2시간 동안 일어나며, 포지티브 캐소드 재료인 LiCoO2, LiMn2O4, LiMnO2, LiNiO2, 및 그 유도체의 결정화를 완료한다.After depositing the positive cathode, post-deposition annealing may be followed to improve the physical, chemical, and electrochemical properties of the positive cathode. Most conventional deposition-post annealing takes place in air at 700 ° C for about 30 minutes to 2 hours, completing the crystallization of LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , LiMnO 2 , LiNiO 2 , and its derivatives as positive cathode materials.

주어진 유도체의 조성 및 적용된 퇴적-후 어닐의 파라미터는 배리어층 재료의 선택 정보를 제공할 수 있다. 예컨대, 순수한 LiCoO2 및 공기중 700℃에서 2시간 동안의 어닐의 경우, 50㎛의 스테인리스강 430 호일 상의 두 배리어 서브층인 5000Å Al2O3와 6000Å Co3O4를 포함하는 전기적 절연성 배리어층에 300Å 코발트 부착층에 의해서 부착될 수 있는 3000Å 금 캐소드 전류 콜렉터가 하나의 선택적 조합일 수 있다. 700℃ 어닐 이후의 그러한 설정의 X-선 회절(XRD) 패턴을 도 5에 도시한다. LiCoO2 포지티브 캐소드는 (101) 그레인의 경우 그 격자 상수 파리미터(ahex = 2.8146(4)Å; chex = 14.0732(8)Å)가 이론값(예컨대, ICDD 77-1370: ahex = 2.815(1)Å; chex = 14.05(1)Å)과 일치할 수 있으면서, 약 560Å의 결정자 크기를 나타내었다. 이러한 사실은 결정질 LiCoO2 포지티브 캐소드 막은 전기화학적 활성 셀에서의 최적 전기화학적 거동을 보이기 위해 필요한 양호한 결정학적 파라미터를 달성하면서, 기판을 포함하는 그 주변의 임의의 재료와 반응하지 않을 수 있다는 것을 나타낸다.The composition of a given derivative and the applied post-anneal parameters can provide selection information for the barrier layer material. For example, in the case of pure LiCoO 2 and air annealing at 700 ° C for 2 hours, an electrically insulating barrier layer containing 5000 Å Al 2 O 3 and 6000 Å Co 3 O 4 , two barrier sublayers on a 50 μm stainless steel 430 foil Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 300 A &lt; / RTI &gt; gold cathode current collectors that can be attached by a 300 A cobalt deposition layer. An X-ray diffraction (XRD) pattern of such a setting after 700 ° C anneal is shown in FIG. LiCoO 2 positive cathode for grain 101, the lattice constant parameter (a hex = 2.8146 (4) Å; c hex = 14.0732 (8) Å) the theoretical value (e.g., ICDD 77-1370: a hex = 2.815 ( 1) Å; c hex = 14.05 (1) Å), and showed a crystallite size of about 560 Å. This fact indicates that the crystalline LiCoO 2 positive cathode film may not react with any material in its surroundings, including the substrate, while achieving the good crystallographic parameters needed to demonstrate the optimal electrochemical behavior in the electrochemically active cell.

300㎛ 두께의 비도핑 실리콘 기판 상에서, 두 배리어 서브층인 5000Å Si3N4와 5000Å SiO2로 구성된 배리어층에 부착되는 3000Å Au / 300Å Co 캐소드 전류 콜렉터 상에 순수한 LiCoO2 포지티브 캐소드를 제조하고, 공기중 700℃에서 2시간 동안 어닐을 행한 후에, 거의 이론 격자 파라미터(예컨대, ICDD 77-1370: ahex = 2.815(1)Å; chex = 14.05(1)Å)를 갖는 양호한 결정질의 LiCoO2 포지티브 캐소드(ahex = 2.8151(4)Å; chex = 14.066(7)Å; (101)면에서의 샘플 그레인 크기 1100Å)가 얻어질 수 있다. 층상 구조 및 이론적인 결정학적 격자 파라미터를 갖는 양호한 결정질의 화학양론적 LiCoO2 포지티브 캐소드 막의 획득은 예컨대, 결정질 LiCoO2 포지티브 캐소드 막이 예컨대, 도 6에 도시된 바와 같은 실리콘 기판을 포함 하는 주변 재료와 반응하지 않을 수 있는 것을 제공한다. 스테인리스강 430 호일 기판 상에서 제조된 전술한 예에서의 LiCoO2 포지티브 캐소드 막에 의해, 이론적인 결정학적 격자 파라미터(ahex = 2.8151(4)Å; chex = 14.066(7)Å)는 Si 기판 상의 LiCoO2 포지티브 캐소드 막이 특정의 바람직한 전기화학 거동을 보일 수 있음을 암시할 수 있다.A pure LiCoO 2 positive cathode was fabricated on a 300 탆 thick undoped silicon substrate on a 3000 Å Au / 300 Å Co cathode current collector attached to a barrier layer consisting of two barrier sublayers of 5000 Å Si 3 N 4 and 5000 Å SiO 2 , After annealing in air at 700 ° C for 2 hours, a good crystalline LiCoO 2 with almost theoretical lattice parameters (e.g., ICDD 77-1370: a hex = 2.815 (1) A; c hex = 14.05 A sample cathode grain size of 1100 Å on the (101) plane can be obtained with a positive cathode (a hex = 2.8151 (4) Å; c hex = 14.066 (7) Å). Acquisition of a good crystalline stoichiometric LiCoO 2 positive cathode film having a layered structure and a theoretical crystallographic lattice parameter can be achieved, for example, by allowing the crystalline LiCoO 2 positive cathode film to react with, for example, a surrounding material comprising a silicon substrate, Provide what you can not do. The theoretical crystallographic lattice parameter (a hex = 2.8151 (4) A; c hex = 14.066 (7) A) was obtained on the Si substrate by the LiCoO 2 positive cathode film in the above- It can be suggested that the LiCoO 2 positive cathode film may exhibit certain desirable electrochemical behavior.

3.1.2 포지티브 3.1.2 Positive 캐소드의Cathode 퇴적 전  Sedimentation 네가티브Negative 애노드의Anode 퇴적 및 잠재적인 퇴적-후  After sedimentation and potential sedimentation 어닐과Anne and 근접하는 성능을 제공할 수 있는,  Can provide close performance, 배리어층과Barrier layer 포지티브  Positive 캐소드Cathode 사이에 위치된  Located between 네가티브Negative 애노드Anode :"반대 구성": "Reverse configuration"

본 발명의 일 실시예의 "반대 구성"이, 기판이 금속 기판일 수 있는 경우에 대하여 도 3c에 개략적으로 도시된다. 배리어층의 전기적 특성에 따라서, 애노드 전류 콜렉터는 네가티브 애노드의 퇴적 이전에 제조될 수 있다. 즉, 그 서브층에 기초하여 배리어층이 네가티브 애노드가 제조될 영역에서 절연성이면, 네가티브 단자로부터 네가티브 애노드에 대한 필요한 전기적 접속을 생성하기 위해서 애노드 전류 콜렉터가 퇴적될 수 있다. 하지만, 그 서브층에 기초하는 배리어층이 네가티브 애노드가 퇴적될 영역에서 전기적으로 도전성이면, 부가적인 비활성 금속층("전도 강화제")이 배리어층의 전류 수집 특성을 강화시키기 위해서 배리어층과 네가티브 애노드 사이에 퇴적될 수 있다.An "opposite configuration" of an embodiment of the present invention is schematically illustrated in Figure 3c for the case where the substrate may be a metal substrate. Depending on the electrical properties of the barrier layer, the anode current collector may be fabricated prior to deposition of the negative anode. That is, if the barrier layer is insulating in the region where the negative anode is to be fabricated, based on that sublayer, the anode current collector may be deposited to create the necessary electrical connection to the negative anode from the negative terminal. However, if the barrier layer based on that sublayer is electrically conductive in the region where the negative anode is to be deposited, an additional inactive metal layer ("conduction enhancer") may be provided between the barrier layer and the negative anode . &Lt; / RTI &gt;

네가티브 애노드, 애노드 전류 콜렉터, 및 배리어층의 전도 강화제는 스퍼터 링(RF-마그네트론, DC 및 DC 펄스 마그네트론, AC 마그네트론, 다이오드 RF 또는 DC 또는 AC), 전자 빔 증발, 열(저항) 증발, 플라스마 강화 화학적 기상 증착, 이온 빔 보조 퇴적, 캐소드 아크 퇴적, 전기화학 퇴적, 분무 열분해 등을 포함하는 여러 퇴적 방법의 임의의 하나를 선택하여 퇴적될 수 있다.Conduction enhancers for negative anodes, anode current collectors, and barrier layers include sputtering (RF-magnetron, DC and DC pulse magnetron, AC magnetron, diode RF or DC or AC), electron beam evaporation, Including any one of a variety of deposition methods including chemical vapor deposition, ion beam assisted deposition, cathode arc deposition, electrochemical deposition, spray pyrolysis, and the like.

네가티브 애노드는 금속 리튬, 리튬-이온 애노드, 및 소위 리튬-프리 애노드로 이루어진 그룹에서 선택될 수 있다(예컨대, 여기에 그 전체가 참고 자료로 포함되는 미국 특허 제6,168,884호 참조). 네가티브 애노드의 퇴적 후, 네가티브 애노드의 물리적, 화학적, 및 전기화학적 특성을 향상시키기 위해서 퇴적-후 어닐이 후속될 수 있다. 바람직하게는, 그러한 어닐은 리튬-이온 애노드, 예컨대, Li4Ti5O12에 인가될 수 있지만, 예컨대, 금속 리튬에 인가되지 않으며, 리튬-프리 애노드의 그룹에는 바람직하지 않다.Negative anodes may be selected from the group consisting of metal lithium, lithium-ion anodes, and so-called lithium-free anodes (see, for example, U.S. Patent No. 6,168,884, which is hereby incorporated by reference in its entirety). Following deposition of the negative anode, post-deposition anneal may be followed to improve the physical, chemical, and electrochemical properties of the negative anode. Preferably, such an anneal can be applied to a lithium-ion anode, such as Li 4 Ti 5 O 12 , but is not, for example, applied to metal lithium, and is not preferred for a group of lithium-free anodes.

네가티브 애노드의 실제 조성과, 인가된 퇴적-후 어닐의 파라미터는 배리어층 재료의 선택 정보를 제공할 수 있다. 예컨대, 금속 리튬 네가티브 애노드에 대하여 실리콘 기판을 상기 금속 리튬 네가티브 애노드로부터 분리하는 상기 실리콘 기판 상 5000Å Si3N4 배리어 서브층은 배리어층과 금속 리튬 사이의 화학적 비활성이 12Li + Si3N4 = 4Li3N + 3Si의 반응 경로에서 포지티브 반응 앤탈피를 통하여 달성될 수 있는 필요한 배리어층 특성을 제공할 수 있다.The actual composition of the negative anode and the parameters of the applied deposition-after anneal can provide selection information of the barrier layer material. For example, the 5000 Å Si 3 N 4 barrier sub-layer on the silicon substrate that separates the silicon substrate from the metal lithium negative anode with respect to the metal lithium negative anode may have a chemical inertness between the barrier layer and the metal lithium of 12Li + Si 3 N 4 = 4Li 3 &lt; / RTI &gt; N &lt; RTI ID = 0.0 &gt; 3Si &lt; / RTI &gt; can be achieved through positive reaction and exfoliation.

예시적인 반대 구성에서, 포지티브 캐소드는 전해질 상에 퇴적될 수 있다. 그리하여, 예컨대 전해질과 포지티브 캐소드 사이의 화학 반응뿐만 아니라 네가티 브 애노드와 전해질 사이의 반응이 피해지는 것이 바람직하기 때문에, 포지티브 캐소드의 잠재적인 퇴적-후 어닐에서 허용된 온도가 제한될 수 있다.In an exemplary contrary configuration, the positive cathode may be deposited on the electrolyte. Thus, the temperature allowed in the potential deposition-post anneal of the positive cathode may be limited, for example, because it is desirable that the reaction between the electrolyte and the positive cathode, as well as the reaction between the negative electrode and the electrolyte, be avoided.

3.2 3.2 애노드Anode 구성 Configuration

"반대 구성"의 예시적인 실시예는 상기에 이미 전술하였다.Exemplary embodiments of "opposite configurations" have been described above.

전해질의 상부에 전체적으로 네가티브 애노드를 포함하는 실시예의 제조시, 예컨대, 네가티브 애노드와 배리어층 사이에 직접적인 화학적 상호작용이 없을 수 있다.For example, there may be no direct chemical interaction between the negative anode and the barrier layer in the manufacture of an embodiment that includes a negative anode as a whole on top of the electrolyte.

전해질의 상부에 부분적으로 네가티브 애노드의 실시예를 제조하는 경우, "통상적 구성"(항목 3.1.1 참조)이 바람직하다. 전해질층 에지 상의 네가티브 애노드의 중첩 영역은 애노드 전류 콜렉터가 존재하는 경우에 대하여 배리어층을 접촉하는 것이 방지될 수 있다(도 7a 참조). 적절하게 구성된 애노드 전류 콜렉터가 없는 경우, 네가티브 애노드를 중첩하는 영역은 배리어층을 접촉할 수 있다(도 7b 참조). 어느 경우든, 네가티브 애노드는 예컨대, 네가티브 애노드가 집적 접촉하는 배리어층 및 그것의 배리어 서브층에 대해 화학적으로 비활성인 것이 바람직한데, 이는 한정된 두께 및 입계 모폴로지로 인하여 애노드 전류 콜렉터가 네가티브 애노드와 배리어층 사이에 적절한 화학적 분리를 제공하지 않을 수 있기 때문이다. 그러한 경우, 네가티브 애노드 재료의 선택이 배리어 서브층 재료의 선택을 결정한다. 이와 관련하여, 네가티브 애노드가 금속 리튬 애노드이고 이 애노드가 Co3O4 배리어 서브층과 접촉하는 경우, 그 Co3O4 배리어 서브층은 사용되지 않을 수 있다. 그렇지 않은 경우, 금속 리튬은 Co3O4 배리어 서브층을 Li2O, CoO, 및 Li(Co)과 Co(Li)의 고용체로 반응적으로 열화시킬 수 있다.When manufacturing an embodiment of a partially negative anode at the top of the electrolyte, a "conventional configuration" (see section 3.1.1) is preferred. The overlap region of the negative anode on the electrolyte layer edge can be prevented from contacting the barrier layer in the presence of the anode current collector (see FIG. 7A). In the absence of an appropriately configured anode current collector, the region overlying the negative anode can contact the barrier layer (see FIG. 7B). In any case, the negative anode is preferably chemically inert with respect to the barrier layer and its barrier sub-layer, for example, where the negative anode is in contact with the integrated anode, because of the limited thickness and the intergranular morphology, Because it may not provide adequate chemical separation between the two. In such a case, the selection of the negative anode material determines the choice of the barrier sub-layer material. In this regard, a negative anode is lithium metal and the anode when the anode is in contact with the Co 3 O 4 barrier sub-layer, and Co 3 O 4 barrier sub-layer can not be used. Otherwise, the metallic lithium may reactively degrade the Co 3 O 4 barrier sublayer with Li 2 O, CoO, and solid solutions of Li (Co) and Co (Li).

네가티브 애노드 및/또는 그것의 애노드 전류 콜렉터가 배리어층에 접촉하는 경우, 네가티브 애노드 및/또는 그것의 애노드 전류 콜렉터가 1) 절연성 배리어 서브층에 접촉하는지, 또는 2) 전기적 도전성 배리어 서브층에 접촉하는지 여부에 대한 두 경우가 평가될 필요가 있다. 첫 번째 예로서, 금속 리튬 애노드를 사용하는 경우, 이러한 배리어 서브층이 Si3N4와 같은 네가티브 애노드 및/또는 그것의 애노드 전류 콜렉터에 충분히 비활성적일 수 있다. 두 번째 예로서, 접촉하고 있는 도전성 배리어 서브층이 네가티브 애노드 및/또는 그것의 애노드 전류 콜렉터에 대해 화학적으로 비활성인 것에 부가하여, 예컨대, 더욱 정교한 배리어 서브층 접근이 예컨대, 금속 기판, 및 도핑 및 비도핑 실리콘 기판과 같은 도전성 기판에 대하여 이용될 수 있다(도 4a-4c 참조). 폴리머 기판 및 두 번째 예를 절연시키기 위해서는, 전지의 포지티브 부분과 네가티브 부분이 전기적 도전성 배리어 서브층을 통하여 단락되지 않도록 비-연속적인 도전성 배리어 서브층을 사용하는 것이 충분하다.If the negative anode and / or its anode current collector is in contact with the barrier layer, it is preferred that the negative anode and / or its anode current collector contact 1) the insulating barrier sublayer or 2) contact the electrically conductive barrier sublayer Both cases need to be evaluated. As a first example, if a metal lithium anode is used, this barrier sub-layer may be sufficiently inert to the negative anode such as Si 3 N 4 and / or its anode current collector. As a second example, in addition to the contacting conductive barrier sub-layer being chemically inert with respect to the negative anode and / or its anode current collector, for example, a more sophisticated barrier sub-layer approach may be used, Can be used for a conductive substrate such as an undoped silicon substrate (see Figs. 4A to 4C). To insulate the polymer substrate and the second example, it is sufficient to use a non-continuous conductive barrier sub-layer so that the positive and negative portions of the cell are not shorted through the electrically conductive barrier sub-layer.

예컨대, 1㎛ 두께 ZrN 배리어 서브층은 금속 리튬 네가티브 애노드가 이 ZrN 배리어 서브층과 접촉하고, 전지의 포지티브 부분과 공유되지 않아야 하고, 대신에 전지의 포지티브 부분이 Si3N4와 같은 절연 배리어 서브층 상에 위치될 수 있는 실시예에 대하여, 비교적 간단하고 효과적이다. 이러한 후자의 예시적 실시예의 하 나의 장점은, ZrN 배리어 서브층이 또한 네가티브 금속 리튬 애노드를 위한 애노드 전류 콜렉터로서도 작용할 수 있다는 것이다(도 8 참조).For example, the thickness 1㎛ ZrN barrier sub-layer is metallic lithium negative anode is in contact with the ZrN barrier sub-layer, and not to be shared with the positive portion of the battery and, instead of the positive portion of the battery sub-insulating barrier, such as Si 3 N 4 in For embodiments that may be located on a layer, it is relatively simple and effective. One advantage of this latter exemplary embodiment is that the ZrN barrier sub-layer can also act as an anode current collector for the negative metal lithium anode (see FIG. 8).

애노드 전류 콜렉터는 비활성 금속, 비활성 합금, 또는 비활성 질화물을 포함할 수 있어서, 배리어층 또는 네가티브 애노드와 반응하기 쉽지 않을 수 있다. 애노드 전류 콜렉터는 포지티브 캐소드 및/또는 캐소드 전류 콜렉터가 또한 전기 접촉하는 도전성 배리어 서브층과 전기적 접촉을 하지 않는 것이 바람직하다. 그렇지 않은 경우, 전지는 단락 상태가 될 수 있다.The anode current collector may comprise an inactive metal, an inactive alloy, or an inactive nitride, so that it may not be easy to react with the barrier layer or the negative anode. The anode current collector preferably does not make electrical contact with the conductive barrier sublayer in which the positive cathode and / or cathode current collector is also in electrical contact. Otherwise, the battery may be short-circuited.

3.3 전기화학적 활성 셀과 전기 접촉하는 기판3.3 Substrate in electrical contact with the electrochemically active cell

기판과 포지티브 캐소드 또는 네가티브 애노드 사이에 반응이 없는 예시적 실시예에서, 이들 전극을 갖는 기판은 직접적으로 전기 접촉되거나, 전류 콜렉터를 통하여 간접적으로 전기 접촉될 수 있다. 하지만, 금속 기판, 도핑 또는 비도핑 실리콘 웨이퍼, 또는 금속화된 폴리머 기판과 같은 도전성 기판의 경우, 예컨대, 이들 전극 중 하나만 기판과의 전기적 접촉이 허용되는데, 이는 그렇지 않은 경우 전기화학적 활성 셀이 단락되거나 강한 전류 누설이 도입될 수 있기 때문이다. 이러한 예시적 접근은 예컨대, 전기화학 장치의 두 단자의 하나로서 도전성 기판을 편리하게 사용하는 장점을 갖는다(도 9 참조)In an exemplary embodiment where there is no reaction between the substrate and the positive or negative anode, the substrate having these electrodes may be in direct electrical contact or indirectly in electrical contact through the current collector. However, in the case of a conductive substrate, such as a metal substrate, a doped or undoped silicon wafer, or a metallized polymer substrate, for example, only one of these electrodes is allowed to make electrical contact with the substrate, Or a strong current leakage may be introduced. This exemplary approach has the advantage, for example, of conveniently using a conductive substrate as one of the two terminals of an electrochemical device (see Figure 9)

3.4 양면 전기화학 장치3.4 Double-sided electrochemical device

본 발명은 전기화학 장치가 기판의 각 측에 적어도 하나의 전기화학적 활성 셀을 갖는 실시예를 포함할 수 있다. 예컨대, 실시예의 제조는 예컨대, 동시에 기판의 양측에 퇴적될 수도 있는 다음의 전지 구성요소 층의 제조로 진행하기 이전에 동시에 기판의 양측에 퇴적시킬 수 있는 장비를 사용하여 기판의 양측에서, 각각의 전기화학적 활성 셀이 포지티브 캐소드와 같은 주어진 전기화학적 활성 셀 구성요소 층에 의해 퇴적되는 것을 포함한다.The present invention can include embodiments in which the electrochemical device has at least one electrochemically active cell on each side of the substrate. For example, the fabrication of an embodiment may be accomplished using, for example, equipment that can be deposited on both sides of the substrate at the same time prior to proceeding to fabrication of the next layer of battery components that may be deposited on both sides of the substrate simultaneously, The electrochemically active cell is deposited by a given electrochemically active cell component layer, such as a positive cathode.

전지 구성요소 층의 잠재적인 순차적 제조 프로세스는 예컨대, 단면 전기화학 장치에서와 동일한 방식으로 행해질 수 있다. 기판의 양측에 다음 층을 퇴적하기 이전에 기판의 양측에서의 층 완료의 이 예시적 접근의 결과로서, 잠재적인 퇴적-후 어닐은 그러한 퇴적-후 어닐이 가해지지 않아야 하는 기판의 다른 측에 있는 층에는 가해지지 않을 수 있다.The potential sequential manufacturing process of the battery component layer can be done in the same way as for example in a cross-sectional electrochemical device. As a result of this exemplary approach of layer completion on both sides of the substrate prior to depositing the next layer on either side of the substrate, potential post-deposition anneal is performed on the other side of the substrate where such post- It may not be applied to the layer.

다른 예시적 접근이, 기판의 제 2 측에 있는 제 2 의 전기화학적 활성 셀 또는 기판의 제 1 측 또는 제 2 측에 있는 임의의 추가의 전기화학적 활성 셀 제조의 부분적 완료 이전에 기판의 제 1 측에 있는 제 1 의 전기화학적 활성 셀을 부분적으로 완료시키기 위해 존재할 수 있다. 이러한 접근은 예컨대, 이용가능한 퇴적 장비가 양면 퇴적을 동시에 허용하지 않는 경우 채용될 수 있다. 예컨대, 캐소드 전류 콜렉터를 포함하는 기판의 제 1 측에의 퇴적과 그 후의 포지티브 캐소드 층은 기판의 제 2 측에의 캐소드 전류 콜렉터 및 포지티브 캐소드 층의 퇴적 이전에 달성될 수 있다. 이 단계 후에, 퇴적-후 어닐이 전해질-애노드 전류 콜렉터-애노드의 제조 순서를 이용하여 기판의 제 1 측에서의 전기화학적 활성 셀의 제조에 계속하기 이전에 이 기판상의 부분 완료된 전기화학적 활성 셀에 동시에 적용될 수 있 다. 이어서, 기판의 양측이 기판의 양측 상의 열 감응형 폴리머 적층물로 동시에 캡슐화되기 이전에, 또는 동시에 또는 순차적으로 적용될 수 있는 박막 인캡슐레이션 이전에, 동일한 제조 순서가 기판의 제 2 측에 적용될 수 있다.Another exemplary approach is to use a first electrochemically active cell on the second side of the substrate or a second electrochemically active cell on the second side of the substrate prior to partial completion of any additional electrochemically active cell fabrication on the first side or second side of the substrate. To partially complete the first electrochemically active cell on the first side. This approach can be employed, for example, if the available deposition equipment does not allow for double sided deposition at the same time. For example, deposition on a first side of a substrate comprising a cathode current collector and subsequent positive cathode layer can be achieved prior to deposition of a cathode current collector and a positive cathode layer on a second side of the substrate. After this step, the post-deposition anneal is applied simultaneously to the partially completed electrochemically active cell on the substrate before continuing to manufacture the electrochemically active cell on the first side of the substrate using the manufacturing sequence of the electrolyte-anode current collector-anode It is possible. The same manufacturing sequence can then be applied to the second side of the substrate before the thin film encapsulation, where both sides of the substrate are simultaneously encapsulated with the thermally sensitive polymer laminate on either side of the substrate, or simultaneously or sequentially, have.

포지티브 캐소드 및/또는 네가티브 애노드의 잠재적인 퇴적-후 어닐의 실제 조건에 따라서, 기판의 제 1 측에서의 제 1 의 전기화학적 활성 셀의 제조가 기판의 제 2 측에서의 제 2 의 전기화학적 활성 셀의 제조 개시 이전에 완료될 수 있는 제 3 의 접근이 가능하다.According to the actual conditions of the potential deposition and post-anneal of the positive cathode and / or the negative anode, the fabrication of the first electrochemically active cell on the first side of the substrate results in the production of the second electrochemically active cell on the second side of the substrate A third approach that can be completed before is possible.

3.5 보호 인캡슐레이션 및 보호 3.5 Protection Encapsulation and Protection 인케이싱Inquiring 설계 design

본 발명의 목적을 위해, "보호 인케이싱"을 예컨대, 전기화학 장치를 내부에 포함할 수 있는 파우치(pouch) 또는 기밀(氣密)하게 밀봉된 금속과 같은 보호 인클로저(enclosure)로서 규정하며, 특정 실시예에서 장치를 완전히 둘러싸고 그리고/또는 전체적으로 포함할 수 있다. "보호 인캡슐에이션"은 예컨대, 전기화학 장치 또는 전기 화학 장치의 하나 이상의 주어진 개별적인 전기화학적 활성 셀을 덮는 캡(cap)인 보호물로서 규정한다. 캡(cap)은 예컨대, 다음의 전기화학적 활성 셀에 이용가능한 기판 영역 또는 전기화학 장치의 임의의 적합한 기판 영역에 부착될 수 있다.For purposes of the present invention, the term "protective enclosure" is defined as a protective enclosure, such as, for example, a pouch or a hermetically sealed metal that may include an electrochemical device therein, In certain embodiments, the device may be completely enclosed and / or included entirely. "Protective encapsulation" is defined as a baffle that is, for example, a cap covering one or more given individual electrochemically active cells of an electrochemical device or electrochemical device. The cap may be attached to any suitable substrate region of the substrate region or electrochemical device available, for example, to the next electrochemically active cell.

본 발명의 전기화학 장치가 주변 환경에서 구동되기 이전에, 예컨대, 주어진 주변 분위기 내에 존재할 수 있으며, 해롭게 반응하거나 전기화학 장치를 열화시킬 수 있는 임의의 반응성 화학물질로부터 그 전기화학 장치를 보호하는 것이 바람직 하다. 예컨대, 주변 환경이 공기이면, 본 발명의 전기화학 장치는 O2 또는 CO2와 같은 다른 반응성 화학물질중에서도 바람직하게는 습기로부터 보호될 수 있다(여기에 그 전체가 참고 자료로 포함되는 미국 특허 제6,916,679호 참조). 본 발명의 전기화학 장치, 예컨대, 레이저 용접 스테인리스강 캔이나 진공 금속 또는 유리 튜브 또는 용기와 같이 전기 공급 통로를 갖는 기밀하게 밀봉된 금속 내부를 이들 외부의 화학적 인자로부터 보호할 수 있다. 하지만, 그러한 유형의 보호 인케이싱의 치수는 에너지 운반 포지티브 캐소드를 제외하는 그 구성요소가 그들 두께에 대하여 최소화될 수 있는 전기화학 장치에 지나친 비활성 체적 및 중량을 부가할 수 있다. 이러한 최소화 전략은, 단순한 존재로 인해 전기화학적 활성 셀의 파워, 에너지 및 커패시티 밀도를 항상 저감하고, 그리하여 전기화학 장치의 파워, 에너지 및 커패시티 밀도를 항상 저감하는, 기판 및 임의의 보호 인케이싱 또는 보호 인캡슐레이션과 같은 전기화학 장치의 비활성 구성요소의 두께에 대하여 특히 유용하다.It is contemplated that the electrochemical device of the present invention may be, for example, in a given ambient atmosphere before it is driven in a surrounding environment, and that the electrochemical device be protected from any reactive chemicals that may react detrimental or degrade the electrochemical device desirable. For example, if the ambient environment is air, the electrochemical device of the present invention can be preferably protected from moisture among other reactive chemicals such as O 2 or CO 2 (see US Pat. 6,916,679). The electrochemical devices of the present invention, such as laser welded stainless steel cans or vacuum metal or glass tubes or vessels, can protect the hermetically sealed metal interior with electrical supply passages from these external chemical agents. However, the dimensions of such types of protection encasing can add excessive inactivity volume and weight to electrochemical devices whose components, excluding the energy carrying positive cathode, can be minimized relative to their thickness. This minimization strategy is based on the fact that the presence of the substrate and any protective encasing, which always reduces the power, energy and capacity density of the electrochemically active cell due to its simple presence and thus reduces the power, energy and capacity density of the electrochemical device at all times, Or protective encapsulation of the electrochemical device.

전술한 이유로 인하여, 보호 인캡슐레이션 또는 보호 인케이싱은 바람직하게는 전기화학 장치가 구동하는 주변 환경 내에 존재하는 각종 화학물질로부터 전기화학 장치를 보호할 수 있으면서 가능한 한 얇아야한다. 이들 화학물질로부터의 보호는 전기화학 장치가 그 수명 동안 직면할 수 있는 상기 화학물질에의 노출 시간 및 온도를 포함하는 모두를 함축적으로 포함한다. 하지만, 제조 비용 및 성능과 관련하여 전지화학 장치의 최적 파라미터를 확립하는 것은 전기화학 장치 제조자의 단독 판단이다. 이와 관련하여, 그 제조 후 며칠 동안만 구동될 수 있는 전 기화학 장치는 예컨대, 수년 동안 구동되도록 설계될 수 있는 전기화학 장치보다는 예컨대, 잠재적으로 더 저렴하고 덜 정밀한 보호 인캡슐레이션 또는 보호 인케이싱이 적용될 수도 있다.For the reasons stated above, the protective encapsulation or protective encasing should preferably be as thin as possible while being capable of protecting the electrochemical device from various chemicals present in the ambient environment in which the electrochemical device is driven. Protection from these chemicals implicitly includes all that includes the exposure time and temperature to the chemical that the electrochemical device can encounter during its lifetime. However, it is the sole judgment of the manufacturer of the electrochemical device to establish the optimal parameters of the battery chemical apparatus in terms of manufacturing cost and performance. In this regard, an electrochemical device that can only be driven for a few days after its manufacture is, for example, a potentially cheaper and less precise protective encapsulation or protection encasing May be applied.

보호 인캡슐레이션 및 보호 인케이싱은 둘다 전기화학 장치의 단자에 대한 외부 접속을 허용해야 한다. 이러한 외부 접속은 예컨대, 이하의 세 가지 주요 공학적 설계 중 하나를 채택하여 달성될 수 있다. 첫째, 기판 및/또는 보호 인캡슐레이션은 직접적인 외부 접촉이 이루어질 수 있는 단자로서 기능할 수 있다(예컨대, 도 3b에서 기판(300)이 포지티브 단자로서 작용하는 것을 참조). 둘째, 단자는 보호 인캡슐레이션의 기밀하게 밀봉된 에지 하부에 달하고 접촉이 이루어지는 상기 보호 인캡슐레이션의 외부로 더 연장할 수 있다(예컨대, 도 4a의 층(430 및 480) 참조). 유사하게, 단자는 기밀하게 밀봉된 출구 또는 보호 인케이싱의 개구를 통하여 달하고, 접촉이 이루어질 수 있는 보호 인케이싱의 외측으로 더 연장할 수 있다(예컨대, 사방정계 Li-이온 벌크 전지 기술 참조). 셋째, 전기 화학 장치 내부 단자에의 직접 외부 접속을 허용하는 개구가 보호 인캡슐레이션 또는 보호 인케이싱에 제공될 수 있지만, 감응부, 예컨대, 습기 감응형 전해질은 주변 환경 예컨대, 수분 함유 공기로부터 단자 또는 그것의 인접 전류 콜렉터의 두께만큼 분리될 수 있다.Both protective encapsulation and protective encasing should allow external connection to the terminals of the electrochemical device. This external connection can be achieved, for example, by adopting one of the following three major engineering designs. First, the substrate and / or protective encapsulation can function as a terminal through which direct external contact can be made (e.g., see FIG. 3B where the substrate 300 acts as a positive terminal). Second, the terminals may extend further to the exterior of the protective encapsulation that contacts the lower, airtightly sealed edge of the protective encapsulation (see, for example, layers 430 and 480 in FIG. 4A). Similarly, the terminals may extend through the openings of the hermetically sealed outlets or protective encasing, and may extend further to the outside of the protective encasing, where contact may be made (see, for example, the orthotropic Li-ion bulk battery technology). Third, the opening allowing the direct external connection to the electrochemical device internal terminal may be provided in the protective encapsulation or protective encasing, but the sensitive part, for example, the moisture sensitive electrolyte, Or by the thickness of its adjacent current collector.

본 발명의 전기화학 장치의 유용한 성능 파라미터를 나타내는 향상된 수명을 위해, 특히 상기 제 3 설계의 상기 개구가 전해질 영역 근처에 위치되는 경우, 전해질이 예컨대, 도 10에 개략적으로 나타낸 바와 같은 습기 보호층에 의한 부가적 보호를 받는 것을 보장할 수 있다.For an improved lifetime representing useful performance parameters of the electrochemical device of the present invention, particularly when the opening of the third design is located near the electrolyte region, the electrolyte may be exposed to a moisture protective layer, for example, as schematically shown in FIG. 10 It can be ensured that it is subjected to additional protection.

3.6 전류 3.6 Current 콜렉터Collector 및 단자 And terminal

LiCoO2 포지티브 캐소드 또는 Li4Ti5O12 네가티브 애노드와 같이 전기적으로 덜 도전성인 전극 재료는 전자 및 이온 경로의 z-파라미터(두께)가 최소로 유지되는 경우 달성될 수 있는 전극 내부의 이온 확산 경로를 최소화할 뿐만 아니라, 그 전극의 전기 저항을 작게 유지하기 위하여, 예컨대, Au 또는 Ni와 같이 우수한 도전성의 비활성 후면측 컨택(backside contact)(전류 콜렉터)을 필요로 할 수 있다. 이러한 원리는 전극이 바람직하게는 평탄하거나 얇게 구축되는 경우(z-파라미터), 즉, 두께(z-파라미터)에 비하여 최대화된 길이 치수(x-파라미터) 및 폭 치수(y-파라미터)를 갖는 대부분의 전지에서 구현된다. 일부 전극은 전자적 및 이온적으로 양호한 전기 전도체이며, 전술한 이유로 인하여 전류 콜렉터를 필요로 하지 않을 것이다. 하지만, 그러한 전극들은 네가티브 금속 Li 애노드와 같이 화학적으로 매우 반응적이어서, 네가티브 Li 금속 애노드 경우에서의 Ni와 같은 적합한 비활성 "브릿지(bridge)"에 의해 네가티브 단자와 같은 다른 전지 부분으로부터 분리되는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 "브릿지"는, 열악한 도전성 전극 경우에서의 전 영역(full-area) 후면측 컨택과 대조적으로, 반응성의 우수한 도전성 전극과 일 코너 또는 일 에지에서만 접촉할 수 있다. 브릿지는 반응성 전극과 그것의 단자 사이의 비활성 매체로서 작용하며, 전류 콜렉터 특성을 제공하며, 그리하여 "전류 콜 렉터"로도 칭해질 수 있다.LiCoO 2 positive cathode or Li 4 Ti 5 O 12 negative when less electrically conductive electrode material as the anode is the z- parameters (thickness) of the electron and ion paths are kept to a minimum ion diffusion inside the electrode which can be achieved path It may require an inactive backside contact (current collector) of good conductivity, such as, for example, Au or Ni, in order to minimize the electrical resistance of the electrode. This principle is based on the fact that most of the electrodes have a maximum length dimension (x-parameter) and a width dimension (y-parameter) compared to the case where the electrode is preferably flat or thin (z-parameter) Lt; / RTI &gt; Some electrodes are electronically and ionically good electrical conductors and will not require current collectors for the reasons stated above. However, such electrodes are chemically very reactive, such as negative metal Li anodes, so that they are preferably separated from other cell portions, such as negative terminals, by suitable inert "bridges " such as Ni in the case of negative Li metal anodes can do. This "bridge" can only touch one conductive edge or one edge with a conductive electrode with good reactivity, as opposed to full-area backside contact in the case of a poor conductive electrode. The bridge acts as an inert medium between the reactive electrode and its terminals, provides current collector characteristics, and may thus be referred to as a "current collector. &Quot;

일 실시예에서, 본 발명의 전기화학 장치의 단자는 연장된 전류 콜렉터일 수 있고, 그리하여 전극과 접촉하는 동일한 재료로 제조될 수 있다. 하지만, 박막 전지에 사용된 전류 콜렉터는 매우 얇고 기계적으로 조밀할 수 있어서, 예컨대, 외부 접촉, 기계적인(예컨대, 클리핑(clipping)), 납땜 또는 스팟(spot) 용접은 바람직한 영구적 전기 컨택을 형성하지 않을 수 있다. 예컨대, 두껍고 그리고/또는 다공성의 우수한 도전성 재료를, 예컨대, 기계적이거나, 납땜 되거나, 또는 스팟 용접된 외부 전기 컨택이 달성될 수 있는 "단자"라 칭하는 영역인 전류 콜렉터의 단부에 부가하여 전류 콜렉터의 접촉 특성을 개선하는 것이 바람직할 수 있다. 이와 관련하여, 스크린(screen)-인쇄된 약 5-15㎛ 두께의 상당히 다공성인 은 및 은 합금은 상기 스크린 인쇄된 재료가 전기화학적 활성 셀의 제조, 구동 또는 저장 동안의 임의의 시점에서 그 셀 또는 셀들을 화학적으로 오염시키지 않으면서 캐소드 또는 애노드 전류 콜렉터가 그와 양호한 전기적 접촉을 할 수 있는 방식으로, 인쇄된 단자로서 성공적으로 채택되었다.In one embodiment, the terminals of the electrochemical device of the present invention can be extended current collectors, and thus can be made of the same material in contact with the electrodes. However, the current collectors used in thin film batteries can be very thin and mechanically dense, so that external contact, mechanical (e.g., clipping), brazing or spot welding do not form the desired permanent electrical contact . For example, a conductive material that is thick and / or porous may be added to the end of the current collector, which is, for example, a region referred to as a "terminal" where mechanical, soldered, or spot welded external electrical contacts may be achieved, It may be desirable to improve the contact properties. In this regard, screen-printed silver and silver alloys, which are fairly porous, about 5-15 microns thick, are preferred because the screen-printed material is capable of forming a thin layer of the electrochemically active cell at any point during the manufacture, Or as printed terminals in a manner that allows the cathode or anode current collector to make good electrical contact therewith without chemically contaminating the cells.

본 발명의 실시예 및 구현예를 도면을 참조하여 기술한다.Embodiments and embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

도 1은 전기화학 장치의 일 실시예를 도시한다. 기판 부분(100)은 예컨대, 배리어 서브층(111-114)으로 구성된 배리어층(110)을 통하여 전지 부분(120)으로부터 화학적으로 분리될 수 있다. 전지 구성요소 층(121-125)이 설치된다. 포지티브 전지 단자(126) 및 네가티브 전지 단자(127)가 추가로 설치된다.Figure 1 shows an embodiment of an electrochemical device. The substrate portion 100 may be chemically isolated from the cell portion 120 through a barrier layer 110 comprised, for example, of barrier sublayers 111-114. The battery component layers 121 to 125 are provided. A positive battery terminal 126 and a negative battery terminal 127 are additionally provided.

도 2는 예시적인 배리어 서브층인 1000Å MoSi2(211)와, 3000Å WC(212)와, 4000Å Si3N4(213)과, 5000Å ZrN(214)으로 구성된 배리어층(210)의 예시적인 일 실시예를 도시한다. 도시된 바와 같이, 이들 서브층의 면적 치수는 전기화학적 활성 셀의 포지티브 부분(214, 220, 230 및 240)과 네가티브 부분(260, 270 및 280) 사이의 바람직한 전기적 분리를 여전히 달성하면서, 예컨대, 서로 매우 상이할 수 있다. 캐소드 전류 콜렉터, 포지티브 단자, 및 포지티브 캐소드는 아이템(220, 230 및 240)으로 각각 나타낸다. 전기화학적 활성 셀의 포지티브 부분은 적어도 포지티브 캐소드, 캐소드 전류 콜렉터 및 포지티브 단자를 포함할 수 있다. 캐소드 전류 콜렉터은 단독으로 포지티브 단자로 작용할 수 있다. 네가티브 애노드, 애노드 전류 콜렉터 및 네가티브 단자는 260, 270 및 280으로 각각 나타낸다. 전기화학적 활성 셀은 적어도 네가티브 애노드, 애노드 전류 콜렉터 및 네가티브 단자를 포함할 수 있다. 연장된 애노드 콜렉터는 또한 (1) 네가티브 단자; (2) 애노드; 및 (3) 애노드 전류 콜렉터, 애노드 및 네가티브 단자로 작용할 수도 있다. 전해질(250)은 예컨대, 전기화학적 활성 셀의 네가티브 부분으로부터 포지티브 부분을 전기화학적으로 분리할 수 있다. 이러한 특정 경우에서, 전기화학적 활성 셀은 예컨대, 네가티브 단자(280)에 접속하기 위한 개구(291)를 갖는 인캡슐레이션(290)에 의해서 보호될 수 있다. 이러한 캡슐화된(encapsulated) 전기화학적 활성 셀은 전기화학 장치를 함께 형성하는 기판(200) 상에 제조될 수 있다.2 is an exemplary illustration of a barrier layer 210 comprised of an exemplary barrier sublayer 1000 Å MoSi 2 211, 3000 Å WC 212, 4000 Å Si 3 N 4 213 and 5000 Å ZrN 214. Fig. As shown, the area dimensions of these sub-layers can be varied to achieve the desired electrical separation between the positive portions 214, 220, 230 and 240 of the electrochemically active cell and the negative portions 260, 270 and 280, They can be very different from each other. The cathode current collector, the positive terminal, and the positive cathode are shown as items 220, 230, and 240, respectively. The positive portion of the electrochemically active cell may comprise at least a positive cathode, a cathode current collector and a positive terminal. The cathode current collector can act alone as a positive terminal. Negative anodes, anode current collectors and negative terminals are denoted by 260, 270 and 280, respectively. The electrochemically active cell may comprise at least a negative anode, an anode current collector and a negative terminal. The extended anode collector also includes (1) a negative terminal; (2) an anode; And (3) an anode current collector, an anode, and a negative terminal. Electrolyte 250 may, for example, electrochemically separate the positive portion from the negative portion of the electrochemically active cell. In this particular case, the electrochemically active cell may be protected, for example, by an encapsulation 290 having an opening 291 for connection to the negative terminal 280. These encapsulated electrochemically active cells may be fabricated on a substrate 200 that together form an electrochemical device.

도 3a는 전기화학적 활성 셀의 포지티브 부분과 네가티브 부분 사이의 전기 적 분리가 전해질(350) 상부 전체에 네가티브 부분을 제조하여 달성될 수 있는 일 실시예에서, 예컨대, 전기적 도전성일 수 있는 제 1 배리어 서브층(311)과 제 2 배리어 서브층(312)을 포함하는 배리어층(310)의 예시적 실시예를 도시한다. 포지티브 부분은 예컨대, 제 2 배리어 서브층(312), 캐소드 전류 콜렉터(320), 포지티브 단자(330) 및 포지티브 캐소드(340)를 구성할 수 있다. 설치된 제 1 배리어층(311)이 전기적으로 도전성인 경우, 포지티브 부분은 제 1 배리어층(311)을 부가적으로 구성할 수 있다. 전기적 도전성 제 1 배리어층(311)에 관련하여, 기판(300)이 전기적 도전성인 경우, 예컨대 금속성인 실시예의 경우, 이러한 기판은 포지티브 부분의 일부가 될 수도 있다. 네가티브 부분은 네가티브 애노드(360), 애노드 전류 콜렉터(370), 및 네가티브 단자(380)를 구성할 수 있다. 이러한 특정 예에서, 전기화학적 활성 셀은 네가티브 단자(380)에 접속하기 위한 개구(391)를 갖는 인캡슐레이션(390)에 의해서 보호될 수 있다.Figure 3a illustrates that in one embodiment where electrical separation between the positive and negative portions of the electrochemically active cell may be achieved by fabricating a negative portion over the electrolyte 350, Illustrates an exemplary embodiment of a barrier layer 310 comprising a sublayer 311 and a second barrier sublayer 312. The positive portion may constitute, for example, a second barrier sublayer 312, a cathode current collector 320, a positive terminal 330 and a positive cathode 340. When the installed first barrier layer 311 is electrically conductive, the positive portion may additionally constitute the first barrier layer 311. With respect to the electrically conductive first barrier layer 311, when the substrate 300 is electrically conductive, for example, in the case of a metallic embodiment, such a substrate may be part of the positive portion. The negative portion can constitute a negative anode 360, an anode current collector 370, and a negative terminal 380. [ In this particular example, the electrochemically active cell may be protected by an encapsulation 390 having an opening 391 for connection to the negative terminal 380.

도 3b는 전기화학적 활성 셀의 포지티브 부분과 네가티브 부분 사이의 전기적 분리가 전해질(350)의 전체 상부에 네가티브 부분을 제조하여 달성될 수 있고, 캐소드 전류 콜렉터(320), 포지티브 단자(330) 및 포지티브 캐소드(340)가 예컨대, 제 2 배리어 서브층(312)을 통하여 금속 기판(300)에 전기 접속하는 경우의 일 실시예에서, 예컨대, 전기적 도전성일 수 있는 제 1 배리어 서브층(311) 및 제 2 배리어 서브층(312)을 포함하는 배리어층(310)의 예시적 실시예를 도시한다. 이러한 구성에서, 금속 기판(300)은 포지티브 단자로서 작용할 수 있다. 포지티브 부분은 금속 기판(300), 제 2 배리어 서브층(312), 캐소드 전류 콜렉터(320), 포지티브 단 자(330) 및 포지티브 캐소드(340)를 구성할 수 있다. 제 1 배리어층(311)이 전기적 도전성인 실시예에서, 포지티브 부분은 제 1 배리어층(311)을 부가적으로 포함할 수 있다. 네가티브 부분은 네가티브 애노드(360), 애노드 전류 콜렉터(370), 및 네가티브 단자(380)를 포함할 수 있다. 이러한 특정 예에서, 전기화학적 활성 셀은 네가티브 단자(380)에 접속하기 위한 개구(391)를 갖는 인캡슐레이션(390)에 의해서 보호될 수 있다.Figure 3b shows that electrical separation between the positive and negative portions of the electrochemically active cell can be achieved by fabricating a negative portion over the entire top of the electrolyte 350 and the cathode current collector 320, In one embodiment, where the cathode 340 is electrically connected to the metal substrate 300 through, for example, the second barrier sublayer 312, the first barrier sublayer 311, which may be electrically conductive, 2 barrier sublayer 312. The barrier layer 310 includes a first barrier sublayer 312 and a second barrier sublayer 312, In this configuration, the metal substrate 300 can act as a positive terminal. The positive portion may constitute a metal substrate 300, a second barrier sublayer 312, a cathode current collector 320, a positive terminal 330 and a positive cathode 340. In embodiments where the first barrier layer 311 is electrically conducting, the positive portion may additionally comprise a first barrier layer 311. [ The negative portion may include a negative anode 360, an anode current collector 370, and a negative terminal 380. In this particular example, the electrochemically active cell may be protected by an encapsulation 390 having an opening 391 for connection to the negative terminal 380.

도 3c는 전기화학적 활성 셀의 포지티브 부분과 네가티브 부분 사이의 전기적 분리가 전해질(350)의 전체 상부에 포지티브 부분을 제조하여 달성될 수 있고, 애노드 전류 콜렉터(370), 네가티브 단자(380) 및 네가티브 애노드가 예컨대, 제 2 배리어층(312)을 통하여 금속 기판(300)에 전기 접속하는 경우의 일 실시예에서, 예컨대, 전기적 도전성일 수 있는 제 1 배리어 서브층(311) 및 제 2 배리어 서브층(312)을 포함하는 배리어층(310)의 예시적 실시예를 도시한다. 이러한 구성에서, 기판(300)은 예컨대, 포지티브 단자로서도 작용할 수 있다. 포지티브 부분은 캐소드 전류 콜렉터(320), 포지티브 단자(330) 및 포지티브 캐소드(340)를 구성할 수 있다. 네가티브 부분은 금속 기판(300), 제 2 배리어 서브층(312), 네가티브 애노드(360), 애노드 전류 콜렉터(370) 및 네가티브 단자(380)를 구성할 수 있다. 제 1 배리어층(311)도 전기적 도전성인 경우, 네가티브 부분은 이러한 제 1 배리어층(311)을 부가적으로 구성할 수 있다. 이러한 특정 예에서, 전기화학적 활성 셀은 포지티브 단자(330)에 접속하기 위한 개구(391)를 갖는 인캡슐레이션(390)에 의해서 보호될 수 있다.FIG. 3C shows that electrical separation between the positive and negative portions of the electrochemically active cell can be achieved by manufacturing a positive portion over the entire top of the electrolyte 350, and the anode current collector 370, the negative terminal 380, In one embodiment, when the anode is electrically connected to the metal substrate 300 through the second barrier layer 312, for example, the first barrier sublayer 311 and the second barrier sublayer 311, which may be electrically conductive, Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 310 &lt; / RTI &gt; In this configuration, the substrate 300 may also function as, for example, a positive terminal. The positive portion can constitute the cathode current collector 320, the positive terminal 330 and the positive cathode 340. The negative portion can constitute the metal substrate 300, the second barrier sublayer 312, the negative anode 360, the anode current collector 370 and the negative terminal 380. When the first barrier layer 311 is also electrically conductive, the negative portion can additionally constitute this first barrier layer 311. In this particular example, the electrochemically active cell may be protected by an encapsulation 390 having an opening 391 for connection to the positive terminal 330.

도 4a는 전기화학적 활성 셀의 포지티브 부분과 네가티브 부분 사이의 전기적 분리가 전해질(450)의 상부 전체에의 네가티브 부분의 제조를 통하여 행해지지 않을 수 있는 경우에 대하여, 전기적 도전성 배리어 서브층을 포함하는 배리어층(410)의 예시적 실시예를 도시한다. 전해질(450)과 함께, 전기적으로 절연성인 제 2 배리어층(412)은 예컨대, 전기화학적 활성 셀의 네가티브 부분으로부터 포지티브 부분을 분리할 수 있다. 포지티브 부분은 캐소드 전류 콜렉터(420), 포지티브 단자(430) 및 포지티브 캐소드(440)를 구성할 수 있다. 제 3 배리어 서브층(413)이 전기적으로 도전성인 경우, 그것은 예컨대 포지티브 부분의 일 부재가 될 수도 있다. 제 1 배리어 서브층(411)은 전기적으로 절연성이거나 도전성일 수 있다. 후자의 경우, 그것은 네가티브 부분 자체의 일 부재가 되면서, 기판(400)을 네가티브 부분의 일 부재로 만들 수도 있다. 부가적으로, 네가티브 부분은 네가티브 애노드(460), 애노드 전류 콜렉터(470), 및 네가티브 단자(480)를 구성할 수 있다. 이러한 구성에서 금속 기판은 또한 네가티브 단자로서 작용할 수 있다. 마지막으로, 전기화학적 활성 셀은 인캡슐레이션(490)에 의해서 보호될 수 있다.4A shows a schematic cross-sectional view of an electrochemical cell including an electrically conductive barrier sub-layer, where the electrical separation between the positive and negative portions of the electrochemically active cell may not be made through the fabrication of the negative portion over the top of the electrolyte 450 Barrier layer &lt; RTI ID = 0.0 &gt; 410 &lt; / RTI &gt; Along with the electrolyte 450, the electrically insulating second barrier layer 412 can separate the positive portion, for example, from the negative portion of the electrochemically active cell. The positive portion can constitute the cathode current collector 420, the positive terminal 430 and the positive cathode 440. If the third barrier sub-layer 413 is electrically conductive, it may, for example, be a member of the positive portion. The first barrier sublayer 411 may be electrically insulating or conductive. In the latter case, it may make the substrate 400 a member of the negative portion, while being a member of the negative portion itself. In addition, the negative portion can constitute the negative anode 460, the anode current collector 470, and the negative terminal 480. In this configuration, the metal substrate may also function as a negative terminal. Finally, the electrochemically active cell may be protected by encapsulation 490.

도 4b는 전기화학적 활성 셀의 포지티브 부분과 네가티브 부분 사이의 전기적 분리가 전해질(450)의 상부 전체에의 네가티브 부분의 제조를 통하여 행해지지 않을 수 있는 경우에 대하여, 전기적 도전성 배리어 서브층을 포함하는 배리어층(410)의 다른 예시적 실시예를 도시한다. 전해질(450)과 함께, 전기적으로 절연성인 제 2 배리어층(412)은 예컨대, 전기화학적 활성 셀의 네가티브 부분으로부터 포지티브 부분을 분리할 수 있다. 포지티브 부분은 캐소드 전류 콜렉터(420), 포 지티브 단자(430) 및 포지티브 캐소드(440)를 구성할 수 있다. 제 3 배리어 서브층(413)이 전기적으로 도전성인 경우, 그것은 예컨대 포지티브 부분의 일 부재가 될 수도 있다. 제 1 배리어 서브층(411)은 전기적으로 절연성이거나 도전성일 수 있다. 후자의 경우, 그것은 네가티브 부분의 일 부재가 되면서, 기판(400)을 네가티브 부분의 일 부재로 만들 수도 있다. 부가적으로, 네가티브 부분은 네가티브 애노드(460), 애노드 전류 콜렉터(470), 및 네가티브 단자(480)를 구성할 수 있다. 이러한 구성에서 금속 기판은 네가티브 단자로서 또한 작용할 수 있다. 마지막으로, 전기화학적 활성 셀은 인캡슐레이션(490)에 의해서 보호될 수 있다.FIG. 4B shows the case where the electrical separation between the positive and negative portions of the electrochemically active cell may not be made through the fabrication of the negative portion over the top of the electrolyte 450, Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 410 &lt; / RTI &gt; Along with the electrolyte 450, the electrically insulating second barrier layer 412 can separate the positive portion, for example, from the negative portion of the electrochemically active cell. The positive portion can constitute the cathode current collector 420, the positive terminal 430 and the positive cathode 440. If the third barrier sub-layer 413 is electrically conductive, it may, for example, be a member of the positive portion. The first barrier sublayer 411 may be electrically insulating or conductive. In the latter case, it may make the substrate 400 a member of the negative portion, while being a member of the negative portion. In addition, the negative portion can constitute the negative anode 460, the anode current collector 470, and the negative terminal 480. In this configuration, the metal substrate may also act as a negative terminal. Finally, the electrochemically active cell may be protected by encapsulation 490.

도 4c는 전기화학적 활성 셀의 포지티브 부분과 네가티브 부분 사이의 전기적 분리가 전해질(450)의 상부 전체에의 네가티브 부분의 제조를 통하여 행해지지 않을 수 있는 경우에 대하여, 전기적 도전성 배리어 서브층을 포함하는 배리어층(410)의 다른 예시적 실시예를 도시한다. 네가티브 애노드(460)는 예컨대, 제 3 배리어 서브층(413)과 직접 접촉할 수 있으며, 그리하여, 네가티브 애노드(460)에 대하여 화학적으로 비활성이 되는 것이 바람직하다. 이러한 예에서, 제 3 배리어 서브층(413)은 예컨대, 전기적 절연성이 될 수 있어서, 전해질(450)과 함께 전기화학적 활성 셀의 포지티브 부분과 네가티브 부분 사이의 전기적 분리를 제공할 수 있다. 포지티브 부분은 캐소드 전류 콜렉터(420), 포지티브 단자(430) 및 포지티브 캐소드(440)를 구성할 수 있다. 제 2 배리어 서브층(412)이 전기적 도전성인 경우, 그것은 포지티브 부분의 일 부재가 되면서, 금속 기판(400)을 포지티브 부분의 일 부재로 만들 수도 있다. 제 1 배리어 서브층(411)은 전기적으로 절연성이거 나 도전성일 수 있다. 후자의 경우에, 그것은 포지티브 부분의 일 부재가 될 수 있지만, 제 2 배리어층(412)이 역시 그러한 경우일 뿐이다. 네가티브 부분은 네가티브 애노드(460), 애노드 전류 콜렉터(470), 및 네가티브 단자(480)를 구성할 수 있다. 이러한 구성에서, 금속 기판은 네가티브 단자로서 작용할 수 있다. 마지막으로, 전기화학적 활성 셀은 앤캡슐레이션(490)에 의해서 보호될 수 있다.FIG. 4C shows the case where the electrical separation between the positive and negative portions of the electrochemically active cell may not be made through the fabrication of the negative portion over the top of the electrolyte 450, Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 410 &lt; / RTI &gt; Negative anode 460 may, for example, be in direct contact with third barrier sub-layer 413, and thus is preferably chemically inert with respect to negative anode 460. In this example, the third barrier sub-layer 413 may be electrically insulating, for example, to provide electrical separation between the positive and negative portions of the electrochemically active cell along with the electrolyte 450. The positive portion can constitute the cathode current collector 420, the positive terminal 430 and the positive cathode 440. When the second barrier sublayer 412 is electrically conductive, it may be a member of the positive portion, and the metal substrate 400 may be a member of the positive portion. The first barrier sublayer 411 may be electrically insulating or conductive. In the latter case, it may be a member of the positive portion, but the second barrier layer 412 is also such a case. The negative portion can constitute the negative anode 460, the anode current collector 470, and the negative terminal 480. [ In this configuration, the metal substrate can act as a negative terminal. Finally, the electrochemically active cell may be protected by the encapsulation 490.

도 5는 50㎛ 두께의 스테인리스강 호일 타입 430 기판 상의 두 배리어 서브층인 5000Å Al2O3와 6000Å Co3O4로 구성된 배리어층 상의 300Å 코발트 부착층 상의 3000Å 금 캐소드 전류 콜렉터 상에 제조된 1.6㎛ 두께 LiCoO2 포지티브 캐소드 막의 X-선 회절(XRD) 패턴의 그래프를 도시한다. LiCoO2 포지티브 캐소드는 공기중 700℃에서 2시간 동안 퇴적-후 어닐되며, 이는 유사한 열적 방식으로 하지 기판, 배리어층 및 그것의 배리어 서브층, 캐소드 전류 콜렉터 부착층 및 캐소드 전류 콜렉터에 영향을 끼친다. 결정질 LiCoO2 포지티브 캐소드 막의 격자 파라미터(ahex = 2.8146(4)Å; chex = 14.0732(8)Å)가 이론값(예컨대, ICDD 77-1370: ahex = 2.815(1)Å; chex = 14.05(1)Å)과 근접하게 일치하며, 이는 결정질 LiCoO2 포지티브 캐소드(쉐러 방정식에 의해서 추정되는 바와 같은 (101)면에 대한 결정도: 560Å)막이 기판을 포함하여 그것의 임의의 주변 재료와 반응하지 않음을 나타낸다. "Au"는 금 캐소드 전류 콜렉터를 나타낸다. "Au+S"는 금 캐소드 전류 콜렉터와 스테인리스강 430 기판 호일의 중첩 피크를 나타낸다.Figure 5 shows a cross-sectional view of a 600 Å gold cathode current collector on a 300 Å cobalt adherent layer on a barrier layer consisting of two barrier sublayers of 5000 Å Al 2 O 3 and 6000 Å Co 3 O 4 on a 50 μm thick stainless steel foil type 430 substrate. Ray diffraction (XRD) pattern of a 탆 thick LiCoO 2 positive cathode film. LiCoO 2 positive cathode is deposited for two hours at 700 ℃ the air-and annealing after, which affects the substrate, a barrier layer and that of the barrier sub-layer, the cathode current collector, adhesion layer, and a cathode current collector to a similar thermal method. A crystalline LiCoO 2 positive cathode film lattice parameter (a hex = 2.8146 (4) Å; c hex = 14.0732 (8) Å) the theoretical value (e.g., ICDD 77-1370: a hex = 2.815 (1) Å; c hex = 14.05 (1) Å) with and closely matched, which crystalline LiCoO 2 positive cathode crystallinity of the surface ((101, as estimated by the Scherer equation): 560Å) film that of any of the peripheral, including a substrate material and Indicating that they do not react. "Au" represents a gold cathode current collector. "Au + S" represents the superposition peak of the gold cathode current collector and the stainless steel 430 substrate foil.

도 6은 300㎛ 두께의 비도핑 실리콘 기판 상의 두 배리어 서브층인 5000Å Si3N4와 5000Å SiO2로 구성된 배리어층 상의 300Å 코발트 부착층 상의 3000Å 금 캐소드 전류 콜렉터 상에 제조된 1.6㎛ 두께 LiCoO2 포지티브 캐소드 막의 X-선 회절(XRD) 패턴의 그래프를 도시한다. LiCoO2 포지티브 캐소드는 공기중 700℃에서 2시간 동안 퇴적-후 어닐되며, 이는 유사한 열적 방식으로 하지 기판, 배리어층 및 그것의 배리어 서브층, 캐소드 전류 콜렉터 부착층 및 캐소드 전류 콜렉터에 영향을 끼친다. 결정질 LiCoO2 포지티브 캐소드 막의 격자 파라미터(ahex = 2.8151(4)Å; chex = 14.066(6)Å)가 문헌에 주어진 이론값(예컨대, ICDD 77-1370: ahex = 2.815(1)Å; chex = 14.05(1)Å)과 일치하며, 이는 결정질 LiCoO2 포지티브 캐소드(쉐러 방정식에 의해서 추정되는 바와 같은 (101)면에 대한 결정도: 1100Å)막이 실리콘 기판을 포함하여 그것의 임의의 주변 재료와 반응하지 않음을 나타낸다. "Au"는 금 캐소드 전류 콜렉터를 나타낸다. 단결정 실리콘 기판의 피크는 회절계의 세타-2세타 구조에 의해서 추정된다.Figure 6 shows a cross-sectional view of a 300 Å gold cobalt deposition layer on a barrier layer consisting of two barrier sublayers, 5000 Å Si 3 N 4 and 5000 Å SiO 2 , on a 300 μm thick undoped silicon substrate, and a 1.6 μm thick LiCoO 2 FIG. 7 shows a graph of an X-ray diffraction (XRD) pattern of a positive cathode film. FIG. LiCoO 2 positive cathode is deposited for two hours at 700 ℃ the air-and annealing after, which affects the substrate, a barrier layer and that of the barrier sub-layer, the cathode current collector, adhesion layer, and a cathode current collector to a similar thermal method. The lattice parameter (a hex = 2.8151 (4) A; c hex = 14.066 (6) A) of the crystalline LiCoO 2 positive cathode film is compared with the theoretical value given in the literature (for example ICDD 77-1370: a hex = 2.815 (1) A; c hex = 14.05 (1) Å ) and matching, which crystalline LiCoO 2 positive cathode decision on the face ((101, as estimated by the Scherer equation) also: 1100Å) film is its arbitrary periphery of the, including the silicon substrate Indicating that they are not reacting with the material. "Au" represents a gold cathode current collector. The peak of the single crystal silicon substrate is estimated by the theta-2-theta structure of the diffraction system.

도 7a는 네가티브 애노드(760)가 배리어층(710)과 직접 접촉하지 않고, 그리하여 그것의 임의의 배리어 서브층(711, 712)과 직접 접촉하지 않는 애노드 구성의 일 실시예를 도시한다. 제 1 배리어 서브층(711)은 전기적 절연성 또는 전기적 도전성일 수 있고, 제 2 배리어 서브층(712)은 전기화학적 활성 셀의 전기 단락을 피하고, 그리하여 전기화학 장치의 전기 단락을 피하기 위해 전기적으로 절연성이어 야 한다. 네가티브 애노드(760)가 배리어층과 접촉하지 않는 그러한 구성에서, 그것은 배리어 서브층(711, 712)의 화학 조성의 선택을 결정하지 않는다. 예컨대, 전기화학적 활성 셀의 포지티브 부분은 네가티브 애노드(760), 애노드 전류 콜렉터(770) 및 네가티브 단자(780)를 구성할 수 있는 네가티브 부분으로부터 전해질(750)에 의해서 분리되는 캐소드 전류 콜렉터(720), 포지티브 단자(730) 및 포지티브 캐소드(740)를 포함할 수 있다. 마지막으로, 전기화학적 활성 셀은 인캡슐레이션(790)에 의해서 보호될 수 있다.7A shows an embodiment of an anode configuration in which the negative anode 760 does not directly contact the barrier layer 710 and thus does not come in direct contact with any of its barrier sub-layers 711, 712. The first barrier sublayer 711 may be electrically insulative or electrically conductive and the second barrier sublayer 712 may be electrically insulative to avoid electrical shorting of the electrochemically active cell and thus avoid electrical shorting of the electrochemical device It should be. In such a configuration that the negative anode 760 does not contact the barrier layer, it does not determine the choice of chemical composition of the barrier sub-layers 711, 712. For example, the positive portion of the electrochemically active cell includes a cathode current collector 720 that is separated by an electrolyte 750 from a negative portion that can constitute a negative anode 760, an anode current collector 770 and a negative terminal 780, A positive terminal 730, and a positive cathode 740. [ Finally, the electrochemically active cell can be protected by encapsulation 790.

도 7b는 네가티브 애노드(760)가 배리어층(710)과 직접 접촉하고, 그리하여 그것의 배리어 서브층(712)과 직접 접촉하는 애노드 구성의 개략도를 도시한다. 제 1 배리어 서브층(711)은 전기적 절연성 또는 전기적 도전성일 수 있고, 제 2 배리어 서브층(712)은 전기화학적 활성 셀의 전기 단락을 피하고, 그리하여 전기화학 장치의 전기 단락을 피하기 위해 전기적으로 절연성인 것이 바람직하다. 네가티브 애노드(760)가 배리어층과 접촉하는 그러한 구성에서, 적어도 그것이 접촉하는 그 배리어 서브층(712)의 화학 조성의 선택을 결정할 수 있다. 예컨대, 전기화학적 활성 셀의 포지티브 부분은 네가티브 애노드(760), 애노드 전류 콜렉터(770) 및 네가티브 단자(780)를 구성할 수 있는 네가티브 부분으로부터 전해질(750)에 의해서 분리되는 캐소드 전류 콜렉터(720), 포지티브 단자(730) 및 포지티브 캐소드(740)를 구성할 수 있다. 마지막으로, 전기화학적 활성 셀은 인캡슐레이션(790)에 의해서 보호될 수 있다.7B shows a schematic view of the anode configuration in which the negative anode 760 is in direct contact with the barrier layer 710 and thus in direct contact with its barrier sublayer 712. [ The first barrier sublayer 711 may be electrically insulative or electrically conductive and the second barrier sublayer 712 may be electrically insulative to avoid electrical shorting of the electrochemically active cell and thus avoid electrical shorting of the electrochemical device . In such a configuration in which the negative anode 760 contacts the barrier layer, at least the selection of the chemical composition of that barrier sublayer 712 it contacts can be determined. For example, the positive portion of the electrochemically active cell includes a cathode current collector 720 that is separated by an electrolyte 750 from a negative portion that can constitute a negative anode 760, an anode current collector 770 and a negative terminal 780, The positive terminal 730, and the positive cathode 740, as shown in FIG. Finally, the electrochemically active cell can be protected by encapsulation 790.

도 8은 도시된 전기화학 장치의 제 1 배리어 서브층이며 예컨대, 애노드 전 류 콜렉터로서 작용할 수도 있는 전기적 도전성 ZrN 배리어 서브층(811)과 네가티브 애노드(860)가 직접 접촉하는 애노드 구성의 일 실시예를 도시한다. 이 애노드 전류 콜렉터 및 배리어 서브층(811)은 예컨대, 네가티브 애노드(860)를 위해 선택된 경우, 금속 리튬과 같은 반응성 네가티브 애노드(860)에도 화학적으로 비활성일 수 있다. 이러한 도면에 도시된 전기화학 장치의 실시예를 위해 선택된 배리어 서브층(811)의 특정 구조로 인하여, 제 2 배리어 서브층(812)은 Si3N4와 같이 전기적 절연성인 것이 바람직하다. 전기화학적 셀의 포지티브 부분은 예컨대, 금속 기판(800), ZrN 배리어 서브층 및 애노드 전류 콜렉터(811), 네가티브 애노드(860), 및 네가티브 단자(870)를 구성할 수 있는 네가티브 부분으로부터 전해질(850)에 의해 분리되는 캐소드 전류 콜렉터(820), 포지티브 단자(830) 및 포지티브 캐소드(840)를 포함할 수 있다. 마지막으로, 전기화학적 활성 셀은 인캡슐레이션(880)에 의해서 보호될 수 있다.8 is an embodiment of an anode configuration in which the first barrier sub-layer of the illustrated electrochemical device is in direct contact with the electrically conductive ZrN barrier sub-layer 811, which may serve as an anode current collector, for example, / RTI &gt; The anode current collector and barrier sublayer 811 may also be chemically inert to a reactive negative anode 860, such as metal lithium, if selected, for example, for the negative anode 860. Due to the particular structure of the barrier sub-layer 811 selected for the embodiment of the electrochemical device shown in this figure, the second barrier sub-layer 812 is preferably electrically insulative, such as Si 3 N 4 . The positive portion of the electrochemical cell may include an electrolyte 850 from a negative portion that can comprise, for example, a metal substrate 800, a ZrN barrier sublayer and an anode current collector 811, a negative anode 860, and a negative terminal 870. [ A cathode terminal 830, and a cathode 840 separated by a cathode current collector 820, Finally, the electrochemically active cell may be protected by encapsulation 880.

도 9는 기판이 예컨대, 네가티브 애노드(960)에 대해 화학적으로 비활성인 경우, 네가티브 애노드(960)가 기판(900)과 직접 접촉할 수 있는 특정 전지 구성의 일 실시예를 도시한다. 그러한 경우에, 예컨대, 기판이 스테인리스강의 경우에서와 같이 충분히 전기적 도전성인 경우, 그 기판이 네가티브 애노드 전류 콜렉터 및 네가티브 단자로서 작용할 수 있다. 전기화학적 활성 셀의 포지티브 부분은 예컨대, 캐소드 전류 콜렉터(920), 포지티브 단자(930), 포지티브 캐소드(940), 및 전기적으로 도전성인 경우, 제 2 배리어 서브층(912)을 포함할 수 있다. 하지만, 제 1 배리어층(911)은 예컨대, 금속 기판(900)과 네가티브 애노드(960)를 포함할 수 있는 네가티브 부분에 대한 전기화학 장치의 단락을 피하기 위해서 전기적으로 절연성인 것이 바람직하다.9 illustrates one embodiment of a particular battery configuration in which the negative anode 960 can be in direct contact with the substrate 900 when the substrate is chemically inert with respect to the negative electrode 960, for example. In such a case, for example, if the substrate is sufficiently electrically conductive as in the case of stainless steel, the substrate may serve as a negative anode current collector and a negative terminal. The positive portion of the electrochemically active cell may include, for example, a cathode current collector 920, a positive terminal 930, a positive cathode 940, and, if electrically conductive, a second barrier sublayer 912. However, the first barrier layer 911 is preferably electrically insulative to avoid shorting of the electrochemical device to the negative portion, which may include, for example, the metal substrate 900 and the negative anode 960.

도 10은 네가티브 단자(1080)에 대한 접속을 제공하는 개구(1091)를 갖는 보호 인캡슐레이션(1090)이 제조된 실시예에서 주변 환경에 존재하는 습기에 대하여 습기 보호층(1092)이 예컨대, 습기-감응형 전해질층(1050)을 보호하는 특정 전지 구성의 실시예를 도시한다. 네가티브 단자(1080) 및 애노드 전류 콜렉터(1070)는 예컨대, 충분히 두껍지 않고 그리고/또는 오랜 기간에 걸쳐 하지 전해질층(1050)을 보호하도록 습기 차단적이지 않을 수 있다. 개략 구성은 도 3a에 도시된 전기화학 장치의 변형된 개선이다. 기판(1000)은 전기적으로 절연성이거나 도전성일 수 있고, 배리어층(1010)을 구성할 수 있는 배리어 서브층(1011 및 1012)도 그러할 수 있다. 도 10에 도시된 전기화학 장치의 추가의 구성요소는 캐소드 전류 콜렉터(1020), 포지티브 단자(1030), 포지티브 캐소드(1040) 및 네가티브 애노드(1060)이다.10 illustrates that the moisture encapsulation 1090 is provided with a moisture protection layer 1092 against moisture present in the environment in an embodiment where a protective encapsulation 1090 having an opening 1091 providing a connection to the negative terminal 1080 is made, Sensitive electrolyte layer 1050 to protect the moisture-sensitive electrolyte layer 1050. [ Negative terminal 1080 and anode current collector 1070 may not be moisture resistant, for example, to be thick enough and / or to protect underlying electrolyte layer 1050 over a long period of time. The schematic configuration is a modified improvement of the electrochemical device shown in Fig. 3A. Substrate 1000 may be electrically insulating or conductive, and so may barrier sublayers 1011 and 1012 that may constitute barrier layer 1010. [ 10 are a cathode current collector 1020, a positive terminal 1030, a positive cathode 1040 and a negative anode 1060.

전술한 각종 실시예를 참조하여 본 발명을 특별히 나타내고 기술하였지만, 형태 및 상세사항에서의 각종 변경이 본 발명의 정신 및 범주 내에서 이루어질 수 있다는 것을 당업자는 이해할 것이다.While the invention has been particularly shown and described with reference to various embodiments described above, those skilled in the art will appreciate that various changes in form and details may be made within the spirit and scope of the invention.

Claims (117)

전기화학 장치에 있어서,In an electrochemical device, (a) 제 1 측(side)을 가지며, 금속 재료, 폴리머 재료, 또는 도핑(doped) 또는 비도핑(undoped) 실리콘 재료로 이루어진 그룹에서 선택된 기판(substrate)과,(a) a substrate having a first side and being selected from the group consisting of a metallic material, a polymeric material, or a doped or undoped silicon material, (b) 네가티브 부분(negative part)과 포지티브 부분(positive part)을 갖는 상기 제 1 측 상의 제1의 전기화학적 활성 셀로서, 상기 부분들은 하나 이상의 단자를 더 포함하는 것인, 제1의 전기화학적 활성 셀과,(b) a first electrochemically active cell on the first side having a negative part and a positive part, the parts further comprising one or more terminals, An active cell, (c) 상기 제1의 전기화학적 활성 셀을 상기 기판으로부터 화학적으로 분리하는 상기 제 1 측 상의 제 1 배리어층(barrier layer)을 포함하고,(c) a first barrier layer on said first side that chemically separates said first electrochemically active cell from said substrate, (d) 상기 제 1 배리어층은 복수의 서브층(sublayer)을 더 포함하며, 상기 제1 배리어층은 상기 제1의 전기화학적 활성 셀 및 상기 기판 사이에 전기적 접촉이 있는 것인, 전기화학 장치.(d) the first barrier layer further comprises a plurality of sublayers, wherein the first barrier layer is in electrical contact between the first electrochemically active cell and the substrate, . 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 기판의 상기 제 1 측 상에 제공된 복수의 전기화학적 활성 셀을 더 포함하는 것인, 전기화학 장치.And a plurality of electrochemically active cells provided on the first side of the substrate. 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 제 1 배리어층은,Wherein the first barrier layer comprises: 상기 제 1 의 전기화학적 활성 셀 및 상기 기판에 대하여 화학적으로 비활성인 재료를 포함하고, A first electrochemically active cell and a material chemically inert with respect to the substrate, 상기 기판 상에 상기 제 1 의 전기화학적 활성 셀을 제조 하는 동안과, 상기 전기화학 장치의 동작 및 저장 상태 동안에, 상기 제 1 의 전기화학적 활성 셀 및 상기 기판에 대하여 확산 차단하도록 구성되는 것인, 전기화학 장치.Wherein the first electrochemically active cell is configured to diverge against the first electrochemically active cell and the substrate during manufacture of the first electrochemically active cell on the substrate and during operation and storage of the electrochemical device. Electrochemical device. 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 서브층은 전기적 도전성 재료, 전기적 절연성 재료 또는 전기적 반-도전성인 재료의 그룹에서 선택되며,The sub-layer is selected from the group of electrically conductive materials, electrically insulating materials or electrically semi- a) 상기 제 1 의 전기화학적 활성 셀의 상기 포지티브 부분은 상기 제 1 의 전기화학적 활성 셀의 네가티브 부분과는 전기 접촉하지 않고,a) the positive portion of the first electrochemically active cell is not in electrical contact with the negative portion of the first electrochemically active cell, b) 상기 제 1 의 전기화학적 활성 셀의 상기 포지티브 부분은 적어도 포지티브 캐소드, 캐소드 전류 콜렉터 및 포지티브 단자를 포함하고,b) said positive portion of said first electrochemically active cell comprises at least a positive cathode, a cathode current collector and a positive terminal, c) 상기 제 1 의 전기화학적 활성 셀의 상기 네가티브 부분은 적어도 네가티브 애노드, 애노드 전류 콜렉터 및 네가티브 단자를 포함하는 것인, 전기화학 장치.and c) said negative portion of said first electrochemically active cell comprises at least a negative anode, an anode current collector and a negative terminal. 청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.Claim 5 has been abandoned due to the setting registration fee. 제 4 항에 있어서,5. The method of claim 4, 상기 캐소드 전류 콜렉터는 상기 포지티브 단자를 포함하는 것인, 전기화학 장치.And the cathode current collector comprises the positive terminal. 청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.Claim 6 has been abandoned due to the setting registration fee. 제 4 항에 있어서,5. The method of claim 4, 상기 애노드 전류 콜렉터는 상기 네가티브 단자 또는 상기 애노드를 포함하는 것인, 전기화학 장치.Wherein the anode current collector comprises the negative terminal or the anode. 청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.Claim 7 has been abandoned due to the setting registration fee. 제 4 항에 있어서,5. The method of claim 4, 상기 애노드 전류 콜렉터는 상기 애노드 전류 콜렉터, 상기 애노드 및 상기 네가티브 단자를 포함하는 것인, 전기화학 장치.Wherein the anode current collector comprises the anode current collector, the anode and the negative terminal. 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 서브층은 각각 동일한 형상 및 면적 사이즈를 갖거나, 또는 상기 서브층은 각각 상기 복수의 서브층의 다른 것과 상이한 형상 및 면적 사이즈를 갖는 것인, 전기화학 장치.The sub-layers each having the same shape and area size, or the sub-layers each have a shape and an area size different from the others of the plurality of sub-layers. 청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.Claim 9 has been abandoned due to the setting registration fee. 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 제 1 배리어층은, 상기 제 1 의 전기화학적 활성 셀의 적어도 상기 포지티브 부분 또는 적어도 상기 네가티브 부분이 상기 기판으로부터 화학적으로 분리되도록 상기 기판을 단지 부분적으로 덮은 것인, 전기화학 장치.Wherein the first barrier layer only partially covers the substrate such that at least the positive portion or at least the negative portion of the first electrochemically active cell is chemically separated from the substrate. 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 제 1 배리어층은 0.01㎛ 내지 103㎛ 범위의 두께를 갖는 것인, 전기화학 장치.Wherein the first barrier layer has a thickness in the range of 0.01 [mu] m to 10 &lt; 3 &gt; [mu] m. 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 제 1 배리어층은 0.1㎛ 내지 100㎛ 범위의 두께를 갖는 것인, 전기화학 장치.Wherein the first barrier layer has a thickness in the range of 0.1 占 퐉 to 100 占 퐉. 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 제 1 배리어층은 0.5㎛ 내지 5㎛ 범위의 두께를 갖는 것인, 전기화학 장치.Wherein the first barrier layer has a thickness in the range of 0.5 [mu] m to 5 [mu] m. 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 기판은 0.1㎛ 내지 104㎛ 범위의 두께를 갖는 것인, 전기화학 장치.Wherein the substrate has a thickness in the range of 0.1 占 퐉 to 10 4占 퐉. 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 기판은 1㎛ 내지 103㎛ 범위의 두께를 갖는 것인, 전기화학 장치.Wherein the substrate has a thickness in the range of 1 [mu] m to 10 &lt; 3 &gt; [mu] m. 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 기판은 10㎛ 내지 100㎛ 범위의 두께를 갖는 것인, 전기화학 장치.Wherein the substrate has a thickness in the range of 10 [mu] m to 100 [mu] m. 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 서브층은,The sub- a) 금속, 반-금속(semi-metal), 합금, 붕화물, 탄화물, 다이아몬드, 유사 다이아몬드 탄소(DLC), 규화물, 질화물, 인화물, 산화물, 불화물, 염화물, 브롬화물, 요오드화물의 그룹,a) a group of metals, semi-metals, alloys, borides, carbides, diamonds, quasi-diamond carbon (DLC), silicides, nitrides, phosphides, oxides, fluorides, chlorides, bromides, iodides, b) 붕화물, 탄화물, 규화물, 질화물, 인화물, 산화물, 불화물, 염화물, 브롬화물, 및 요오드화물로 이루어진 임의의 다원 화합물의 그룹, 또는b) a group of any multi-component compounds consisting of borides, carbides, silicides, nitrides, phosphides, oxides, fluorides, chlorides, bromides and iodides, or c) 고온 안정형 유기 폴리머 및 고온 안정형 실리콘의 그룹c) Groups of high temperature stable organic polymers and high temperature stabilized silicon 으로부터 선택된 화학 화합물을 포함하는 것인, 전기화학 장치.&Lt; / RTI &gt; wherein the chemical compound is selected from the group consisting of: 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 서브층의 적어도 하나는 단일상(single phase) 결정질, 나노-결정질, 비정질 또는 유리질 재료, 또는 다상(poly phase) 혼합물, 또는 그의 복합체를 포함하는 것인, 전기화학 장치.Wherein at least one of the sublayers comprises a single phase crystalline, nano-crystalline, amorphous or glassy material, or a poly phase mixture, or a composite thereof. 청구항 18은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.Claim 18 has been abandoned due to the setting registration fee. 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 서브층의 적어도 하나는 단일상 비정질 또는 유리질 재료를 포함하는 것인, 전기화학 장치.Wherein at least one of the sublayers comprises a single-phase amorphous or glassy material. 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 제 1 의 전기화학적 활성 셀은 리튬 금속 애노드 전지, 리튬-이온 애노드 전지, 및 리튬 프리(free) 애노드 전지의 그룹에서 선택된 전지를 포함하는 것인, 전기화학 장치.Wherein the first electrochemically active cell comprises a cell selected from the group of a lithium metal anode cell, a lithium-ion anode cell, and a lithium-free anode cell. 제 19 항에 있어서,20. The method of claim 19, 상기 제 1 의 전기화학적 활성 셀은 기상 증착법 또는 비(non)-진공 퇴적법에 의해 퇴적된 포지티브 박막 캐소드를 포함하고,Wherein the first electrochemically active cell comprises a positive thin film cathode deposited by a vapor deposition method or a non-vacuum deposition method, 상기 포지티브 박막 캐소드의 두께는 200㎛보다 적은 것인, 전기화학 장치.Wherein the thickness of the positive thin film cathode is less than 200 占 퐉. 제 20 항에 있어서,21. The method of claim 20, 상기 포지티브 박막 캐소드는 적어도 100Å의 사이즈를 갖는 단결정자(single crystallite)를 포함하는 것인, 전기화학 장치.Wherein the positive thin film cathode comprises a single crystallite having a size of at least 100 angstroms. 청구항 22은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.Claim 22 is abandoned in setting registration fee. 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 제 1 의 전기화학적 활성 셀은 100㎛보다 적은 두께를 갖는 박막 고상 전해질을 포함하는 것인, 전기화학 장치.Wherein the first electrochemically active cell comprises a thin film solid electrolyte having a thickness of less than 100 mu m. 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 제 1 의 전기화학적 활성 셀은 리튬 금속, 리튬-이온 애노드, 또는 리튬과 상호 금속 화합물을 형성하지 않는 금속의 그룹에서 선택된 박막 네가티브 애노드를 포함하고,Wherein the first electrochemically active cell comprises a thin film negative anode selected from the group consisting of a lithium metal, a lithium-ion anode, or a metal that does not form a mutual metal compound with lithium, 상기 박막 네가티브 애노드의 두께는 200㎛보다 적은 것인, 전기화학 장치.Wherein the thickness of the thin film negative anode is less than 200 占 퐉. 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 제 1 의 전기화학적 활성 셀은 보호 인캡슐레이션(encapsulation)을 더 포함하고,Wherein the first electrochemically active cell further comprises a protective encapsulation, 상기 보호 인캡슐레이션은 주변 환경으로부터의 적어도 기계적 및 화학적 인자에 대하여 상기 제 1 의 전기화학적 활성 셀을 보호하도록 구성되는 것인, 전기화학 장치.Wherein the protective encapsulation is configured to protect the first electrochemically active cell against at least mechanical and chemical factors from the environment. 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1, 보호 인케이싱(encasing)을 더 포함하며,Further comprising protective encasing, 상기 보호 인케이싱은 상기 전기화학 장치를 주변 환경으로부터의 적어도 기계적 및 화학적 인자에 대하여 보호하도록 구성되는 것인, 전기화학 장치.Wherein the protective encasing is configured to protect the electrochemical device against at least mechanical and chemical factors from the surrounding environment. 제 24 항에 있어서,25. The method of claim 24, 상기 인캡슐레이션은 상기 제 1 의 전기화학적 활성 셀의 적어도 하나의 단자에 대한 직접적인 전기 접촉을 허용하도록 구성되는 적어도 하나의 개구를 갖는 것인, 전기화학 장치.Wherein the encapsulation has at least one opening configured to allow direct electrical contact to at least one terminal of the first electrochemically active cell. 청구항 27은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.Claim 27 is abandoned due to the setting registration fee. 제 25 항에 있어서,26. The method of claim 25, 상기 보호 인케이싱은 상기 제 1 전기화학 장치의 적어도 하나의 단자에 대한 직접적인 접촉을 허용하도록 구성되는 적어도 하나의 개구를 갖는 것인, 전기화학 장치.Wherein the protective encasing has at least one opening configured to permit direct contact with at least one terminal of the first electrochemical device. 청구항 28은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.Claim 28 has been abandoned due to the set registration fee. 제 26 항 또는 제 27 항에 있어서,28. The method of claim 26 or 27, 상기 전기화학적 활성 셀은 전해질을 더 포함하고,Wherein the electrochemically active cell further comprises an electrolyte, 상기 하나 이상의 단자는 습기 보호층에 의해 상기 전해질로부터 분리되는 것인, 전기화학 장치.Wherein the at least one terminal is separated from the electrolyte by a moisture protection layer. 제 28 항에 있어서,29. The method of claim 28, 상기 습기 보호층은,The moisture- 습기 차단 특성을 갖는 재료를 포함하고,Comprising a material having moisture barrier properties, a) 금속, 반-금속, 합금, 붕화물, 탄화물, 다이아몬드, 유사 다이아몬드 탄소(DLC), 규화물, 질화물, 인화물, 산화물, 불화물, 염화물, 브롬화물, 요오드화물의 그룹,a) a group of metals, semi-metals, alloys, borides, carbides, diamonds, quasi-diamond carbon (DLC), silicides, nitrides, phosphides, oxides, fluorides, chlorides, bromides, iodides, b) 붕화물, 탄화물, 규화물, 질화물, 인화물, 산화물, 불화물, 염화물, 브롬화물, 및 요오드화물로 이루어진 임의의 다원 화합물의 그룹, 또는b) a group of any multi-component compounds consisting of borides, carbides, silicides, nitrides, phosphides, oxides, fluorides, chlorides, bromides and iodides, or c) 고온 안정형 유기 폴리머 및 고온 안정형 실리콘의 그룹c) Groups of high temperature stable organic polymers and high temperature stabilized silicon 으로부터 선택되는 것인, 전기화학 장치.&Lt; / RTI &gt; 제 28 항에 있어서,29. The method of claim 28, 상기 습기 보호층은 단일상 결정질, 나노-결정질, 비정질 또는 유리질 재료, 또는 다상 혼합물, 또는 그의 복합체를 포함하는 것인, 전기화학 장치.Wherein the moisture protection layer comprises a single-phase crystalline, nano-crystalline, amorphous or glassy material, or a polyphase mixture, or a composite thereof. 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 전기화학 장치는, 상기 기판의 제 2 측에 위치된 제 2 층을 더 포함하는 것인, 전기화학 장치.Wherein the electrochemical device further comprises a second layer located on a second side of the substrate. 청구항 32은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.Claim 32 is abandoned due to the set registration fee. 제 31 항에 있어서,32. The method of claim 31, 상기 제 2 층은,Wherein the second layer comprises: a) 금속, 반-금속, 합금, 붕화물, 탄화물, 다이아몬드, 유사 다이아몬드 탄소(DLC), 규화물, 질화물, 인화물, 산화물, 불화물, 염화물, 브롬화물, 요오드화물의 그룹,a) a group of metals, semi-metals, alloys, borides, carbides, diamonds, quasi-diamond carbon (DLC), silicides, nitrides, phosphides, oxides, fluorides, chlorides, bromides, iodides, b) 붕화물, 탄화물, 규화물, 질화물, 인화물, 산화물, 불화물, 염화물, 브롬화물, 및 요오드화물로 이루어진 임의의 다원 화합물의 그룹, 또는b) a group of any multi-component compounds consisting of borides, carbides, silicides, nitrides, phosphides, oxides, fluorides, chlorides, bromides and iodides, or c) 고온 안정형 유기 폴리머 및 고온 안정형 실리콘의 그룹c) Groups of high temperature stable organic polymers and high temperature stabilized silicon 으로부터 선택되는 화학 화합물을 포함하는 것인, 전기화학 장치.&Lt; / RTI &gt; wherein the chemical compound is selected from the group consisting of: 제 1 항에 있어서, The method according to claim 1, a) 제 2 측을 더 포함하는 상기 기판과,a) the substrate further comprising a second side, b) 포지티브 부분 및 네가티브 부분을 더 포함하는 상기 제 2 측 상의 제 2 의 전기화학적 활성 셀로서, 상기 부분들은 하나 이상의 단자를 더 포함하는 것인, 제 2 의 전기화학적 활성 셀과,b) a second electrochemically active cell on said second side further comprising a positive portion and a negative portion, said portions further comprising one or more terminals; c) 상기 제 2 의 전기화학적 활성 셀을 상기 기판으로부터 분리하는, 상기 제 2 측 상의 제 2 배리어층을 더 포함하고,c) a second barrier layer on the second side separating the second electrochemically active cell from the substrate, d) 상기 제 1 배리어층은 복수의 서브층을 포함하고,d) the first barrier layer comprises a plurality of sublayers, e) 상기 제 2 배리어층은 복수의 서브층을 포함하는 것인, 전기화학 장치.e) the second barrier layer comprises a plurality of sub-layers. 청구항 34은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.Claim 34 is abandoned in setting registration fee. 제 33 항에 있어서,34. The method of claim 33, 상기 기판의 상기 제 1 측 또는 상기 제 2 측 상에 제공된 복수의 전기화학적 활성 셀을 더 포함하는 것인, 전기화학 장치.And a plurality of electrochemically active cells provided on the first side or the second side of the substrate. 제 33 항에 있어서,34. The method of claim 33, (a) 상기 기판의 상기 제 1 측 상의 상기 제 1 의 전기화학적 활성 셀과 상기 기판에 대하여 화학적으로 비활성인 재료를 포함하는 상기 제 1 배리어층과,(a) the first barrier layer comprising the first electrochemically active cell on the first side of the substrate and a material chemically inert to the substrate; and (b) 상기 기판의 상기 제 2 측 상의 상기 제 2 의 전기화학적 활성 셀과 상기 기판에 대하여 화학적으로 비활성인 재료를 포함하는 상기 제 2 배리어층을 더 포함하고, (b) the second barrier layer comprising the second electrochemically active cell on the second side of the substrate and a material chemically inert with respect to the substrate, (c) 상기 제 1 배리어층은 상기 기판의 상기 제 1 측 상의 상기 제 1 의 전기화학적 활성 셀 내의 화학 원소에 대하여 확산 차단 특성을 더 갖고,(c) said first barrier layer further has a diffusion barrier characteristic for chemical elements in said first electrochemically active cell on said first side of said substrate, (d) 상기 제 2 배리어층은 상기 기판의 상기 제 2 측 상의 상기 제 2 의 전기화학적 활성 셀 내의 화학 원소에 대하여 확산 차단 특성을 더 갖는 것인, 전기화학 장치.(d) said second barrier layer further has a diffusion barrier characteristic for chemical elements in said second electrochemically active cell on said second side of said substrate. 청구항 36은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.Claim 36 is abandoned in setting registration fee. 제 33 항에 있어서,34. The method of claim 33, 상기 전기화학 장치의 상기 전기화학적 활성 셀의 각각은 보호 인캡슐레이션 또는 보호 인케이싱을 포함하며,Each of said electrochemically active cells of said electrochemical device comprising a protective encapsulation or protective encasing, 상기 보호 인캡슐레이션 또는 보호 인케이싱은 주변 환경 내의 적어도 기계적 및 화학적 인자에 대하여 상기 전기화학적 활성 셀 또는 전기화학 장치를 보호하도록 구성되는 것인, 전기화학 장치.Wherein the protective encapsulation or protective encasing is configured to protect the electrochemically active cell or electrochemical device against at least mechanical and chemical factors in the environment. 청구항 37은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.Claim 37 is abandoned in setting registration fee. 제 36 항에 있어서,37. The method of claim 36, 상기 인캡슐레이션 또는 상기 인케이싱은 상기 각각의 전기화학적 활성 셀의 적어도 하나의 단자에 대한 직접적인 전기 접촉을 허용하도록 구성되는 적어도 하나의 개구를 갖는 것인, 전기화학 장치.Wherein the encapsulation or ingression has at least one opening configured to allow direct electrical contact to at least one terminal of the respective electrochemically active cell. 청구항 38은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.Claim 38 is abandoned in setting registration fee. 제 37 항에 있어서,39. The method of claim 37, 상기 전기화학적 활성 셀은 전해질을 더 포함하고,Wherein the electrochemically active cell further comprises an electrolyte, 상기 단자는 상기 인캡슐레이션 내의 개구에 의해서 외부에서 접속가능하고, 습기 보호층에 의해서 상기 전해질로부터 분리되는 것인, 전기화학 장치.Wherein the terminal is connectable from the outside by an opening in the encapsulation and is separated from the electrolyte by a moisture protection layer. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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