KR101749488B1 - 플렉시블한 박막 고체 상태 리튬 이온 배터리 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 대표적인 플렉시블한 박막 고체 상태 리튬 이온 배터리(10) 및 그것을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다. 상기 대표적인 플렉시블 고체 상태 박막 전기화학 장치(10)는 플렉시블 기판(12), 제1 전극(14) 및 제2 전극(18), 및 상기 제1 전극(14) 및 제2 전극(18) 사이에 배치된 전해질(16)을 포함한다. 상기 전해질(16)은 상기 플렉시블 기판(12) 상에 배치된다. 상기 제1 전극(14)은 상기 전해질(16) 상에 배치되고, 사익 제2 전극(18)은 상기 전해질(16) 및 상기 기판(12) 사이에 내장된다.

Description

플렉시블한 박막 고체 상태 리튬 이온 배터리{FLEXIBLE THIN FILM SOLID STATE LITHIUM ION BATTERIES}
미국 정부는 미드웨스트 연구소(Midwest Research Institute)의 부서인 미국 에너지부(United States Department of Energy) 및 국립 재생 에너지 연구실(National Renewable Energy Laboratory) 간의 계약 번호 DE-AC36-99GO10337 하에 본 발명의 권리를 가진다.
배터리는 화학 반응의 산물로서 전기적 에너지를 저장하고 공급하는 전기화학적 셀(cell)이다. 그것들의 가장 단순한 개념화에 있어서, 배터리는 두개의 전극(electrode)을 가지며, 하나는 애노드(anode)라 칭하는 전극에서 발생하는 산화 과정에 의해 전자를 공급하고(이하, "애노드 과정(anodic processes)"), 다른 하나는 캐소드(cathode)라 칭하는 전극에서 발생하는 환원 과정(이하, "캐소드 과정(cathode processes)")에 의해 전자를 소비한다. 박막의 고체 상태 리튬 이온 형태의 것들을 포함하는 박막 이온 배터리들은 전형적으로 약 25 미크론(microns)의 두께를 넘지 않는 배터리, 개별적인 셀을 형성하기 위하여 함께 결합된 애노드, 캐소드 및 전해질(electrolyte) 물질을 제조하기 위한 다양한 증착(deposition) 기술로부터 제조될 수 있다. 이와 같은 기술들은 전형적으로 "박막(thin film)" 배터리를 생산하기 위하여, 진공 증착(vacuum deposition) 또는 박막과 유사한 것을 형성하는 다른 기술을 사용하여 이와 같은 물질들의 박막을 증착하는 것을 포함할 수 있다. 박막 배터리들은 종종 공간과 무게가 절약되는 것이 바람직하고, 극도로 긴 사이클 수명(cycle life)이 요구되는 어플리케이션에 사용된다.
리튬 애노드는 리튬의 높은 반응성 때문에 과거의 리튬 박막 배터리 기술 상에 문제점이 있었다; 그러나, 안정한 박막의 고체 상태 리튬 애노드 배터리를 제공하기 위하여 내장된(buried) 리튬 애노드가 (본원발명과 공동 소유권 및 공동 발명자가 일치하는) 미국 등록특허번호 제6,805,999호에 기재되어 있다. 미국 등록특허번호 제6,805,999호는 그것이 교시하고 암시하는 모든 것에 대하여 여기에 충분히 설명하는 것처럼 참조로서 본원에 통합되어 있다.
더욱이, 종래 기술은 박막 배터리의 용량 및/또는 전류 운송 증가의 부가적 필요성을 제기하기 시작하였다. 하나의 예로, 배터리에서 리튬의 양을 증가시키는 것이 바람직하다는 것을 발견하였다; 그러나, 박막의 고체 상태 어플리케이션에 사용된 많은 물질들은 큰 사이즈에 구조적으로 효과적이지 않다는 것을 발견하였다. 예를 들어, 우수한 고체 상태 전해질인 리튬 포스포러스 옥시나이트라이드(lithium phosphorus oxynitride; LiPON으로도 알려져 있음)는 완만하게(moderate) 팽창될 때 크래킹(cracking)되기 쉬운 잘 부서지는 세라믹(brittle ceramic)이다. 또 다른 대안은 배터리를 포함할 수 있는 것과 같은 박막 전자 장치를 위한 플렉시블 물질의 공급이다. 그러나, 성공적인 리튬 이온, 박막, 고체 상태의 배터리 기술들은 아직 플렉시블 형태로 성공적으로 달성된 적이 없다.
본 발명의 목적은 대표적인 전자 장치 및 우수한 구조적 및/또는 전기적 또는 전기화학적 특성을 가지는 하나 또는 그 이상의 플렉시블한 고체 상태 리튬 이온 배터리를 제공하기 위하여 플렉시블 기판 상에 증착된 리튬 물질의 사용을 포함하는 그것들의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 플렉시블 기판(flexible substrate), 제1 및 제2 전극, 및 상기 제1 및 제2 전극 사이에 배치된 전해질(electrolyte)을 포함하고 플렉시블한 고체 상태 박막 전기화학 장치(flexible solid state thin film electrochemical device) 및 이를 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명은 플랙시블 박막 배터리 또는 배터리 구조의 조합과 같은 플렉시블 전기화학 장치의 제조 및, 애노드, 캐소드 및 전해질 층의 형성 뒤에 단순한 보호성 오버레이어의 적용으로 공기에 안정할 수 있는 리튬-기재 배터리를 생산하고 이와 같은 배터리를 충전하는 방법을 제공할 수 있다.
대표적인 구현들을 참조된 도면의 그림에 나타내었다. 본원에 기재된 구현들 및 도면들은 한정하고자 함이 아니라 실례로서 간주되어야 한다.
도 1은 대표적인 박막 배터리 장치의 몇가지 기본 구성요소의 도식적인 등각투상도(isometric view)이다.
도 2는 다른 대표적인 박막 배터리 장치의 도식적인 등각투상도이다.
도 3은 또 다른 대표적인 박막 배터리 장치의 도식적인 등각투상도이다.
도 4는 대표적인 방법의 제조 흐름도이다.
도 5는 또 다른 대표적인 박막 배터리 장치의 도식적인 등각투상도이다.
도 6은 또 다른 대표적 박막 배터리 장치의 도식적인 등각투상도이다.
도 7a 및 도 7b의 서브 파트를 포함하는 도 7은 어떤 다른 대표적 박막 배터리 장치의 도식적인 평면도(plan view)를 제공한다.
도 8a, 8b 및 8c의 서브 파트를 포함하는 도 8은 또 다른 대표적 박막 배터리 장치의 도식적인 평면도를 제공한다.
요약
하기의 구현들 및 그것의 양상들은 범위에 제한 없이 대표적이고 예시적인 시스템, 도구(tool) 및 방법과 함께 기재되고 설명된다. 다양한 구현에서, 하나 또는 그 이상의 상기에 기재된 문제점들이 감소되거나 제거되는 반면, 다른 구현들은 그 밖의 향상들을 목표로 한다.
대표적 구현은 플렉시블 기판(flexible substrate); 제1 및 제2 전극; 및 제1 및 제2 전극 사이에 배치된 전해질을 포함하는 플렉시블의 고체 상태 박막 전기화학 장치를 포함할 수 있으며, 상기 전해질은 플렉시블 기판 상에 배치되고, 상기 제1 전극은 상기 전해질 상에 배치되고 상기 제2 전극은 상기 전해질과 기판 사이에 내장되어 있다.
다른 대표적 구현은 벌크와 같은(bulk-like) 배터리 특성을 만들어내기 위하여 박막의 고체 상태 배터리의 플렉시블 스태킹(flexible stacking)을 포함할 수 있다.
본 발명의 앞서 말한 특정 양상들 및 이점들은 이 발명에 의하여 달성될 수 있는 것들의 실례이며, 달성할 수 있는 가능한 이점들을 모두 규명하거나 제한하고자 하는 것이 아니다. 따라서, 이 발명의 양상 및 다른 양상들 및 이점들은 본원의 명세서로부터 명백해 질 것이며, 또는 본원에 구체화된 것과 같은 또는 당업자들에게 명백할 수 있는 임의의 변화의 관점에서 변경된 것과 같은 것 모두, 본원의 명세를 실행함으로써 배울 수 있다. 따라서, 상기에 기재된 대표적 양상들 및 구현들 뿐만 아니라, 또 다른 양상들 및 구현들 또한 도면에 대한 참조 및 하기 명세서의 연구에 의하여 명백해질 것이다.
본원에 제시된 것들은 대표적인 전자 장치 및 우수한 구조적 및/또는 전기적 또는 전기화학적 특성을 가지는 하나 또는 그 이상의 플렉시블한 고체 상태 리튬 이온 배터리를 제공하기 위하여 플렉시블 기판 상에 증착된 리튬 물질의 사용을 포함하는 그것들의 제조 방법이다. 더욱 상세하게는, 본원에 제공되는 것들은 단순화되고 안정한 플렉시블한 박막 고체 상태 리튬 이온 배터리 또는 이러한 전기 장치와 유사한 것, 및 그것들의 제조 공정이다. 본 발명의 박막은 약 25 미크론의 것들을 포함할 수 있지만, 더 작고 더 큰 것들(예를 들어, 어떤 경우에 있어서 약 50 미크론 이하 및 어쩌면 약 50 미크론을 초과함) 모두 본 발명의 범위에 포함된다. 리튬 기재(lithium-based) 전해질 및 그 위에 배치된 캐소드 층과 함께 기판에 인접한 리튬 애노드를 얻기 위하여, 저온 처리(예를 들면, 상온), 특히 진공 증착(vacuum deposition) 또는 다른 박막 기술 및 역 증착(inverted deposition) 순서를 사용하는 것은 플렉시블 배터리 생산에서 플렉시블 기판을 사용할 수 있게 한다는 것에 유의하라.
도면을 참고하면, 도 1은 본 발명이 적용되거나 사용될 수 있는 대표적인 박막 전자 장치(10)의 일반화된 전망도를 제공한다. 더욱 상세하게는, 상기 전자 장치(10)는 제1 전극 층(14)과 그 위에 배치되는 전해질 층(16), 및 그 위에 형성된 제2 전극 층(18)이 배치될 수 있는 플렉시블 기판(12)을 포함할 수 있다. 본원에서 형성되고 사용된 것으로서, 상기 기판(12) 및 고체 상태 층(14, 16 및 18)은 플렉시블하며, 함께 플렉시블 장치(10)를 형성한다. 본 발명의 구현 원리에서와 같이, 이러한 장치(10)가 배터리인 경우, 그 후 상기 전극(14 및 18)은 전구(load)(22)에 동력을 공급하기 위하여 회로(circuit)(20)에 (개별적인 집전 장치(current collector) 층 또는 다른 전도성 형태를 통하여 직접 또는 간접적으로, 도시하지 않음) 연결될 수 있고; 상기 회로(20) 및 전구(22)는 그것들의 선택적이고 도식적인 개념를 설명하기 위하여 점선으로 나타내었다. 그 중에서도, 회로(20)에 대한 이러한 연결을 달성하기 위하여, 기판 및/또는 전극 상에 증착된 하나 또는 그 이상의 박막 집전 장치(예를 들어, 애노드 및/또는 집전 장치, 도시하지 않음)의 형태에 관계없이, 또는 당업계에 공지되고 후에 개발될 수 있는 것과 같은 다른 연결을 통하여 어떤 하나 또는 그 이상의 전기적인 전도성 접촉이 사용될 수 있다.
제2 또는 뒤이은 전자 장치(11)가 기초 장치(10) 위에 형성될 수 있으므로, 도 2에 나타낸 것과 같이 다수의 적층된(stacked) 층들이 서로 형성될 수 있고; 상기 제2 장치(11)는 장치(10)의 층(14, 16 및 18)과 마찬가지로, 전극 층(24 및 28) 및 그것들 사이의 전해질 층(26)을 포함할 수 있다는 것 또한 유의하라. 절연체(insulator) 층(30)은 전류 또는 전압의 출력을 증가시키기 위하여 직렬(in series) 또는 병렬(parallel)로 전기적으로 연결될 수 있더라도, 장치를 분리하기 위하여 그 사이에 또한 사용될 수 있다. 대안적으로, 층(30)은 직렬 연결된 구성을 위하여 캐소드 장치(10) 및 애노드 장치(11) 간의 공통된 집전 장치를 나타내는, 하나 또는 다중 층의 전자 전도체일 수 있다.
상기에 나타낸 바와 같이, 도 1의 배터리(10)는 애노드인 전극 언더레이어(electrode underlayer)(14) 및 캐소드인 전극 언더레이어(18)를 가지는 것을 포함할 수 있다. 이것은 (전통적으로 기판에 인접한 캐소드를 가지는) 많은 기존의 리튬 박막 배터리의 구현, 특히 예를 들어, 그 위에 증착될 리튬 기재 전해질과 함께 우선 리튬 금속을 증착하는 것의 불안정성(instability) 및 고반응성(high reactivity) 때문에 일반적으로 이 방식으로 제조될 수 없는 리튬 금속 애노드를 가지는 이러한 리튬 박막 구현의 반대 및 대조되는 것일 수 있다. 그러나, 본원에 기재된 바와 같이, 이러한 배열은 플렉시블 기판 환경에서 오히려 안정성을 얻기 위한 어떤 제조 기술의 이점을 얻을 수 있다. 이것의 예를 도 3에 더욱 상세하게 나타내었다.
도 3에서, 약간 다른 형태의 전극 언더레이어(34)를 본 발명의 전자 장치(100) 내에 나타내었다. 이 경우에 있어서, 상기 전극 층은 그것이 교시하고 암시하는 모든 것에 대하여 본원에 충분히 설명하는 것과 같이 참조로서 본원에 통합되어 있는 미국 등록특허번호 제6,805,999호에 기재된 원리에 따라 형성될 수 있는 내장된(buried) 애노드(34)이다. 더욱 상세하게는, 도 3에 나타낸 이러한 형태는 전해질 층(16) 및/또는 전극 층(18)이 전해질 층(16) 및 캐소드 층(18)의 형성 후 전압의 적용에 의한 전기도금에 의한 것과 같이(더욱 상세한 이와 같은 공정은 하기 및 통합된 특허 6,805,999에 설명되어 있다), 그 결과 기판(12) 아래에 도금될 수 있는 리튬을 포함하는 복합체 형태의 물질 중 하나인 그러한 방식으로 형성될 수 있다. 집전 장치 스트립(strip) 또는 트레이스(15) 또한 도 3에 나타내었으며, 이것은 기판(12) 상에, 전형적으로 전해질 층(16) 및 이어서 형성되는 내장된 애노드(34) 아래에 형성될 수 있음에 유의하라.
애노드의 이 활성화 또는 전기도금은 리튬 금속 애노드(34)가 기판과 전해질 사이에 형성되는 초기 충전 단계를 사용하며, 그것에 의하여 배터리의 구조에 내장된 리튬 금속 층(따라서, "내장된 애노드(buried anode)")을 가지는 것을 특징으로 하는 리튬 기재 박막 배터리가 만들어진다. 유익하게는, 이 내장된 애노드는 종종 다른 리튬 금속 애노드 구조를 사용하며, 이러한 종래의 구조에서 상기 리튬이 고반응성인 경우와 같은 주변 환경으로부터 그것을 보호하기 위하여, 그 위에 부가적인 레이어링(layering) 또는 실링(sealing)을 함으로써 향상될 수 있다. 어떤 경우에 있어서, 에폭시(epoxy) 또는 어떤 다른 보호 층(protectant)이 배터리 조립 부품(assembly)의 상부에 배치될 수 있다. 여기에서 다시 한번, 이것은 기판에 인접한 애노드를 가지는 역 배터리 구조로 고려될 수 있다(비록 리튬 배터리에 사용된 그래파이트 또는 비-리튬 기재 애노드가 외관상으로는 이렇게 배치되었다 할지라도, 리튬형 애노드 중 내장된 리튬 금속 애노드만이 훨씬 잘 알려져 있다).
본 발명의 제조 공정은 플렉시블 기판 위에 전해질 층 및 캐소드 층을 가지는 공기에 안정한 복합체 배터리 구조를 얻기 위하여 증기 증착 또는 다른 박막 제조 단계를 사용할 수 있다. 제조될 수 있는(to-be-formed) 전극 층 중 어느 하나 또는 양쪽 또한 하기에 기재된 것과 같이 그것과 함께 결합된 집전 장치 층을 가질 수 있다. 플렉시블 기판에서 바라보면, 이 층의 순서는 하기에 더 설명될 기존의 박막 배터리의 순서와 반대이다. 배터리 복합체 구조의 플렉시블 기판은 복합체 구조를 위한 지지체, 어떤 경우에는 그 결과로서 생기는 박막 배터리에서의 절연체 모두를 제공한다. 본 발명의 다양한 층들은 본원의 기술에 익숙해진 후 당업자들에게 익숙해지게 될 것으로서, 예를 들어, 증발(evaporation), 스퍼터링(sputtering), 화학 기상 증착(chemical vapor deposition) 등의 하나 또는 그 이상의 이와 같은 기술들을 사용하여 증착될 수 있다.
도 3을 계속 참고하면, 역 구조의 배터리 구조(100)의 증착은 많은 예들에서 고분자(polymer) 또는 얇은 금속 호일(foil)일 수 있는 플렉시블 기판(12) 위에 기능성 층을 형성하는 약 3개의 증착 단계로 수행될 수 있다. 첫째로, 어떤 경우에 있어서, 플렉시블 애노드 집전 장치(15)가 사용될 수 있고, 그것의 전기적 전도성 및 리튬 금속에 의해 공격받는 그것의 불활성 특성 뿐만 아니라 하기에 더 기재되는 것과 같은 구부러질 수 있는 그것의 능력이 선택될 수 있다. 따라서, 상기 집전 장치(15)는 예를 들어, 전도성 금속일 수 있으며, 이것의 예는 구리, 니켈, 알루미늄 및 금이다. 집전 장치(15)는 또한 철합금(ferrous alloy), 예를 들어 스틸(steel), 예로서 스테인레스 스틸(stainless steel)일 수 있으나, 사용하는 데 있어 탄력성(flexibility)이 바람직한 요소가 될 것이다. 집전 장치(15)는 또한 리튬 금속, 예를 들어 철(iron)에 적합한 임의의 다른 전도성 금속의 층, 또는 리튬과 금속간 화합물(intermetallic compound)을 형성하지 않는 임의의 전이성 금속(transition metal)의 층일 수 있다. 전형적으로, 상기 집전 장치(15)는 증착된 전도성 막(conductive film), 예를 들어 폴리에스테르 또는 다른 고분자 기판(12) 상의 구리 또는 금일 것이다. 어떤 구현에서, 상기 기판은 실질적으로 단일(unitary)일 수 있고/있거나 상기 기판이 얇은 금속성 호일 또는 유사한 물질인 경우와 같이 기판 및 집전 장치 모두로서 작용할 수 있다.
그 후, 리튬 이온의 손쉬운 전도체가 되는 그것의 능력 및 리튬 금속과 접촉할 때의 그것의 안정성으로 선택되어 질 수 있는 전해질 필름층(16)이 기판(12) 상에(만일 사용된다면, 집전기(15) 위에) 증착된다. 상기 전해질은 진공 또는 편리한 리튬 이온 전도 및 리튬 금속을 향한 비활성의 기준을 만족하는 다른 기술에 의하여 증착될 수 있는 임의의 고체 상태 전해질일 수 있다. 하나의 바람직한 전해질 물질은 리튬 포스포러스 옥시나이트라이드(lithium phosphorous oxynitride)(LiPON으로도 알려져 있음)이다.
다음으로, 충전되었을 때 역으로 리튬 이온을 배출할 수 있고, 환원으로 리튬 이온을 삽입할 수 있는; 예를 들어, 리튬 코발테이트(lithium cobaltate; LiCoO2), 리튬 망가네이트(lithium manganate; LiMn2O4), 리튬 니켈레이트(lithium nickelate; LiNiO2) 및 리튬 바나데이트(lithium vanadate; LiV2O5)를 포함하는 임의의 리튬 층간삽입(intercalation) 물질일 수 있는 물질로 구성되는 캐소드 층(18)이 전해질 필름(16)의 노출된 표면상에 증착된다. 이러한 필름들은 리튬 삽입 단계에 이은 제거(elimination)와 함께 리튬을 포함하는 소스(source)로 증착될 수 있거나, 그 후 리튬 삽입 단계에 영향을 받기 쉬운 전이 금속 옥사이드로 증착될 수 있다. 종종, 캐소드 층(18)을 제조하는 방법은 적층된 산화(layered oxidation), 즉 전이 금속 옥사이드의 리튬화에 따른 원하는 두께의 전이 금속 옥사이드 층의 증착을 포함할 것이다. 이 공정은 따라서 캐소드 층(18)이 배터리 구조(100)가 활성화 또는 (상기에 간단히 기재되고 하기에 더 기재될) 전기도금 단계(electro-plating step)에 영향을 받기 쉬운 경우, 리튬 애노드의 형성을 가능하도록 만들어줄 수 있을 만큼의 수프라-화학량적(supra-stoichiometric) 양의 리튬을 포함하도록 형성되게 한다. 상기 옥사이드 필름의 리튬화는 리튬 증기를 사용하여 전이 금속 옥사이드 필름을 처리함으로써 달성될 수 있다. 코발트 및 바나듐은 옥사이드 층이 형성될 수 있는 대안적인 바람직한 전이 금속이다. 하나의 비제한적인 실시예로서, 적합한 바나듐 옥사이드-기재의 캐소드 층(18)은 예를 들어, 산소의 존재하에서 바나듐 타겟으로 반응성 이온을 스퍼터링시킴으로써, 전해질 층(16)의 노출된 표면 상에 V2O5의 층을 처음으로 증착시킴으로서 형성될 수 있다. 이 후에, 리튬 금속은 진공 증발될 수 있거나, 그렇지 않으면 바나듐 옥사이드 층 상에 증착되어 옥사이드 층을 리튬화시킨다.
당업자들에게 친숙한 것으로서 다른 박막 증착 기술(예를 들어, 그 중에서도 전착(electrodeposition) 또는 금속 유기 증착(metal organic deposition))들이 다양한 층들을 증착하기 위하여 사용될 수 있다. 특히, 상기 층이 화학량적 리튬 전이 금속 옥사이드인 경우 및 상기 층이 수프라-화학량적 양의 리튬 금속을 포함하는 경우 모두에 있어서, 캐소드 층(18)을 증착하기 위하여 여러가지 대안적인 기술들이 사용될 수 있다.
고체 상태의 박막 리튬 이온 배터리에서, 많은 다양한 물질들이 각각의 전극에 사용되고 있다는 것에 유의하라. 일반적으로, 캐소드(기존의 리튬-이온 배터리에 동력을 공급하는 양극)는 리튬 코발트 옥사이드(LiCoO2)와 같은 리튬화된 금속 옥사이드, 또는 망간 및 니켈과 같은 다른 금속의 옥사이드(liMnO2 또는 LiMn2O4 ; LiNiO) 또는 스피넬 또는 그것들의 복합체(예를 들어, 두개 또는 그 이상의 코발트, 망간 또는 니켈의 복합체), 또는 리튬 철 포스페이트(liFePO4)와 같은 리튬화된 금속 포스페이트가 포함된다. 애노드(배터리의 충전 동안 Li+ 이온을 삽입하고 배터리의 방전 동안 Li+ 이온이 이동하거나 추출되는 음극) 또한 많은 물질들 중 하나일 수 있으나, 내장된 애노드의 예는 다른 애노드 물질 또한 유용할 수 있지만 전형적으로 리튬 금속 형태를 포함할 것이다. 고체 상태 리튬 이온 배터리에서 고체 상태 전해질 또한 주로 고체 형태 및 우수한 Li+ 이온 수송 능력을 제공하는 다양한 서로 다른 물질에 들어갈 수 있다. 몇몇의 초기 예들은 리튬 요오드화물(Lithium Iodide; LiI) 및 리튬 포스포러스 옥시나이트라이드(LiPON)를 포함할 수 있다. 고체 고분자 분리막(solid polymer separator) 또한 포함될 수 있으며, 이러한 고분자는 종종 거기에 배치된 리튬 염을 가지기 때문에 Li+ 수송 능력을 가지며 최신 기술로 알려져 있다. 작업은 또한 리튬 및 할라이드 물질, 특히 어떤 예에 있어서 리튬 알루미늄 테트라플루오라이드(LiAlF4)와 같은 리튬 알루미늄 테트라할라이드를 사용하여 수행될 수 있다.
두개의 초기 필름 증착 단계(전해질(16) 및 전극(18)) 및 리튬화 단계(만일 개별적으로 사용된다면) 다음에 오는 가능한 또 다른 단계에서, 또 다른 캐소드 집전 장치 필름(도시하지 않음)은 어떤 경우에 캐소드 필름(18) 상에 증착될 수 있다. 비록 이러한 캐소드 집전 장치 필름이 음극 물질로 향하는 비활성의 임의의 전기적 전도성 금속일 수 있을지라도, 알루미늄, 금 및 구리가 그 중에서 더욱 바람직하다. 다른 전도성 요소들도 대안적으로 사용될 수 있다.
내장된(buried) 애노드를 사용하는 도 3에 나타낸 형태의 배터리(아직 형성되지 않음)는 기판(12) 상에 내장된 애노드를 "전기도금(electro-plate)" 하기 위하여 다중층 배터리 구조(100)를 활성화시킴으로써 완전하게 형성될 수 있다. 이 활성화는 기판 층(12)(전형적으로 집전 장치(15) 또는 유사한 전도체를 통하여) 및 캐소드 층(18)(전형적으로, 만일 사용된다면, (비록 본원에 도시하지는 않았으나) 캐소드 집전 장치) 사이에 충분한 기전력(electromotive force; emf)의 지속적인 극성의 소스(source)를 제공하는 것을 포함할 수 있다. 도 3을 참고하여, 이런 식으로, 캐소드 층(18)에서의 물질을 산화시킨다. 이 산화 동안, 리튬 이온은 캐소드 층(18)으로부터 방출되고 전해질 층(16)을 통하여 전도된다. 상기 리튬 이온은 그 후 전해질(16)/기판(12) 경계면에서 리튬 금속으로 전기화학적으로 환원되므로, 내장된 리튬 금속 애노드 층(34)이 형성된다. 이 층은 절대 주변 환경에 노출되지 않는 방법으로 형성되기 때문에 내장된다고 칭해지지만, 배터리 복합체 물질의 구조 내에 대신 형성되고, 그 후에 그것의 아래에서 기판(12)에 의해(도 3에 나타낸 것과 같음) 그리고 그것의 위에서 다른 다중 층에 의해 나중에 보호된다. 전류는 충분한 두께의 리튬 애노드 층이 형성될 때까지 이러한 방식으로 장치를 통과한다.
일단 활성화/전기도금 단계가 완료되고, 원하는 두께의 내장된 애노드 층(34)이 증착되면, 배터리(100)는 많은 기존의 리튬 박막 배터리의 것과는 반대로 된 구조를 가진다(본원에서는 "역 구조(reverse configuration)"). 이 역 구조는 추가적인 보호층(protective layers)이 없는 애노드를 보호하는 "내장된 애노드(buried anode)" 구조를 제공하고, 주변 환경에 대한 노출을 견디며 악화 없이 (약 250℃에 대하여) 중간정도의 열 익스커션(excursions)을 견딜 수 있는 배터리를 제공한다.
따라서, 상기에 기재된 것들은 플렉시블한 리튬-기재의 박막 배터리를 제공하는 공정이다. 이것들의 일반적인 공정(40)의 요약도를 도 4에 나타내었다. 대표적인 공정(40)은 일반적으로 플렉시블 기판을 제조하는 작업(작업 41); 전해질 층을 형성하는 작업(작업 42); 전극을 형성하는 작업(작업 43); 및 내장된 전극을 형성하는 작업(작업 44)을 포함한다. 이것들 각각은 다양한 형태를 취할 수 있고, 연속적으로 일어날 수 있거나, 어떠한 경우에는 실질적으로 동시에 일어날 수 있음에 유의하라. 상기 제조 단계는 단지 증착 챔버에서 기판을 셋팅하는 것만을 포함할 수 있고, 또는 기판의 실제 형성, 또는 세척, 또는 평평하게 눕히는 것, 또는 (만일 사용된다면) 애노드 집전 장치를 증착하는 것에서와 같은 전해질 층 이전의 기초 층(base layer)의 증착에 더 포함될 수 있다. 각각의 형성 단계는 단지 형성만을 포함할 수 있거나, 다른 제조 또는 마무리(finishing) 또는 중개(intervening) 단계를 포함할 수 있고, 예로서 단지 적절한 물질의 증착만을 포함하거나 마스크 교체 등을 수행할 수 있다.
대안적인 대표적 공정은 a) 플렉시블 기판의 노출된 표면 상에 리튬 이온의 전도체인 고체 상태 전해질 물질을 포함하는 필름을 증착하는 것; b) 전해질 물질 상에 전이 금속 옥사이드의 필름을 증착하는 것; c) 전이 금속 옥사이드 필름이 수프라-화학량적 양의 리튬을 포함할 때까지 전이 금속 옥사이드 필름을 리튬화시킴으로써 캐소드 필름 층을 형성하는 것; d) 상기 캐소드 필름 층 위에 전자-전도성 집전 장치 필름을 증착하는 것; 및 e) 기판의 전도성 표면과 고체 상태 전해질 물질 사이에 리튬 금속이 내장된 애노드 층을 형성하는 작업을 포함할 수 있다. 물론, 어떤 구현에서, 내장된 애노드의 형성은 캐소드 필름 층을 산화시키고 리튬 이온이 고체 상태 전해질 물질로 이동하게 한 후 리튬 금속으로 환원되어 상기 내장된 애노드 층을 형성하고, 내장된 애노드 층이 바람직한 양의 리튬 금속을 포함할 때까지 전류 흐름을 유지하는 공정에서, 기판 전도성 표면 및 캐소드 집전 장치 사이에 전류를 흘리는 것을 사용하는 것을 포함할 수 있다.
상기에 소개한 바와 같이, 또 다른 본 발명은 플렉시블한 리튬-기재의 박막 고체 상태 배터리의 공급을 포함한다. 상기에 기재한 바와 같이, 이와 같은 플렉시블한 박막 배터리는 활성화 단계를 거친 후에 플렉시블한 박막 리튬-기재 배터리로서 기능하는 복합 구조를 형성하는 데 요구되는 여러가지 필름 층의 적용을 달성하기 위하여 연속적인 박막 증착 기술에 의해 제조될 수 있다. 본원에 기재된 것과 같은 상기 배터리 구조는 산소 및 증기 중 하나 또는 양쪽 모두에 안정하며 열에 강할 수 있다. 그 결과, 상기 배터리 구조는 주변 환경으로부터 분리되지 않고 조작될 수 있고, 전자 장치 공정에 관련된 높은 온도를 견딜 수 있다. 따라서, 예를 들면, 상기 배터리 구조는 그것을 보호하기 위한 임의의 특정 환경, 분리 단계 또는 열흡수(heat sinking) 장치를 사용하는 일 없이, 하위부품의 납땜(soldering) 및/또는 피막형성(encapsulation) 이전에 회로 보드(circuit boards) 또는 다른 전자 또는 전기 하위부품 내로의 통합을 견딜 수 있다. 게다가, 이것들의 제조 기술 및 이것들을 위해 선택되는 물질들은 다수의 플렉시블 기판, 예를 들어, 고분자를 처리하기 위하여 충분히 낮은 온도(예를 들어, 상온)에서 조작될 수 있다.
더욱이, 본 발명에 따른 플렉시블 박막 배터리는 배터리 필름의 새로운 구조적 배열을 통하여, 예를 들어, 유연하게 처리된 넓은 부분을 통하여 또는 스태킹(stacking)(도 2의 형태를 참고하면, 예를 들어 내장된 애노드도 잘 형성될 수 있다) 또는 어떤 구현에서는 양쪽 모두를 통하여, 벌크 배터리 특성을 얻는데 사용될 수 있다. 특히, 본 발명의 플렉시블 기판을 포함하는 플렉시블 물질은 이러한 구조의 저장 밀도는 벌크 배터리에 필적하는 반면, 박막 배터리의 유익한 속성(예를 들어, 긴 사이클 수명(cycle life), 고유 안정성(inherent safty), 고전하(high charge) 및 방전율(discharge rate))은 유지할 수 있는 방법으로 박막 배터리의 스태킹 또는 롤링을 가능하게 한다.
특히, 도 5 및 6에 나타낸 것과 같이, 플렉시블 기판 상에 플렉시블 리튬 물질을 가지는 플렉시블 배터리(100)는 예를 들어, 도 5의 젤리롤(jellyroll) 및 도 6의 접히는 구현을 포함하는 다양한 형태로 조작될 수 있다. 각각의 이들 실시예에 나타낸 것과 같이, 거기에 배치된 전해질(16) 및 캐소드 층(18)의 두개의 주된 층을 가지는 기판(12)(비록 내장된 애노드(34)가 본원에 나타낸 조작 전 또는 아마도 그 후에 형성될 수 있을지라도, 내장된 애노드(34)는 전해질(16) 내에서의 그것의 숨겨진 특성 때문에 본원에 도시하지 않았다)은 서로 다른 최종 형태로 조작될 수 있다(각각의 이 실시예에서, 상기 배터리(100)는 (층 증착 동안에 사용되는) 실질적으로 평평한 형태로부터 각각 그것들의 최종으로 말리거나(rolled) 접힌(folded) 형태로 이동하는 과정에 있다). 각각의 도 5 및 도 6의 이러한 실시예에서, 리튬 물질 층(16 및 18)은 바람직하게는 실질적으로 기판(12)의 폭 및 너비와 공외연적으로(co-extensive) 형성될 수 있고(비록 상기 리튬 오버레이어의 어떤 환원된 부분은 당업자에 의해 인식될 수 있는 것과 같이 핸들링 및/또는 절연(insulation)을 향상시킬 수 있다), 만약 특정 배터리 구조에서 반응성 리튬의 양을 최대화할 수 없는 경우 이것에 의해 확대시키면 또한 전류 및/또는 전압의 수용력은 최대화된다. 이와 같은 구조에서, 상기 전류는 그 후 각각의 캐소드 및 애노드 층 상에서 각각 양성 및 음성 접촉(50, 51)(각각 양성 및 음성 사인 + 및 -로 도식적으로 나타냄)으로 나타낸 것과 같은 각각의 정반대의 코너에서 수집(또는 증착)될 수 있다. 집전 장치 또는 다른 장치 또는 전도체들은 아는 바와 같이 이들 각각의 포인트에서 사용될 수 있다. 도 5의 젤리롤 예에서, 상기 기판(12)은 또한 절연체로서 제공될 수 있고, 장치(100)는 그 자체로 말리며(rolled onto), 캐소드 층(18)은 기판(12)의 아래쪽과 접촉하여야만 들어간다. 도 6의 접히는 형태에 대하여, 기판(12)은 또한 절연체로서 기능할 수 있으나, 임의의 바람직하지 않은 접촉을 제거하기 위하여 또 다른 절연 오버레이어(도시하지 않음)가 바람직하게는 캐소드 층(18) 위에 추가될 수 있다. 접히는 형태의 접는선(fold lines)(60)에 주의하고, 이것들은 정사각형, 직사각형 또는 다른 것이든지에 상관없이 바람직한 최종 산물의 형태를 산출하기 위하여 이격(spaced apart)되어 있다.
임의의 가능한 굽힘 한계(bending limitation)를 극복할 수 있게 하는 또 다른 기하학적 조작이 또한 사용될 수 있다. 예를 들면, 얇은 플렉시블 기판 상에 증착된 분리된 배터리의 사용은 롤링(rolling) 및 폴딩(folding)이 개개의 부분 전체 또는 그 중의 구조의 전기 및 기계적 완전성을 방해하거나 파괴할 가능성 없이 달성될 수 있도록 하는 것이다. 한 실시예에서, 도 7에 나타낸 것과 같이(도 7a는 접히기 전의 형태를 나타내고, 도 7b는 접힌 형태를 나타냄), 분리된 배터리 유닛(102-106)은 복합 장치(200)를 위한 바람직한 유연성을 제공하기 위하여 플렉시블 기판(12) 상에 증착될 수 있다. 분리된 배터리(102, 103, 104, 105 및 106)는 증착 공정에서 마스크를 사용하여 형성될 수 있고(예를 들어, 도 1, 2 및 3에 도식적으로 나타낸 그것들의 형태와 실질적으로 다르지 않음을 나타낼 수 있음), 동시에(도시함) 또는 연속적으로(도 7에 도시하지 않았으나 하기에 기재된 도 8에서의 직렬연결(series connection)을 참고) 개별적인 요소에 연결하는 금속화(metallization)를 더 포함할 수 있다. 각각의 캐소드 및 애노드 연결 포인트(50, 51)는 금속화에 따른 임의의 다양한 포인트에 배치될 수 있음에 유의한다. 고전도성 및 고유연성을 모두 가지는 금속의 선택에 의하여, 연결 금속화 트레이스(connecting metallization trace)(151, 152)는 얇고 플렉시블해 질 수 있으므로, 그것들은 상대적으로 작은 반지름의 곡선으로의 구부러짐에 견딜 수 있다. 약간 확장된 겹치는 부분(151a 및 152a)이 접는선(fold line) 위로 나타나기 때문에 이를 도 7b에 나타내었음에 유의하라. 도 7a는 또한 접힘이 어디에서 일어날 수 있는지를 설명하는 몇몇의 개별적인 접는선(60)을 나타내는 것이다. 접힌 형태를 도 7b에 나타내었다. 이 유연성은 패턴형 고분자(patterned polymer) 시트가 배터리 물질 자체가 아마도 효과적이거나 능률적이지 않은 형태인 콤팩트 형태 내로 접힐 수 있게 해준다. 이 예(200)는 각각 최종적으로 접힌 정사각형(200)(도 7b를 참조)이 총 5개의 장치를 가지고 있는 경우의 접힌 장치를 나타내며, 5개의 배터리들은 서로 겹쳐져 쌓여 있고, 모두 병렬로 연결된다. 전압 출력은 상기 장치와 같지만, 충전 용량은 5배 증가한다.
또 다른 예를 도 8(도 8a에 접히지 않은 형태, 도 8b에 접힌 형태)에 나타내었다. 배터리 유닛, 셀(cells) 또는 포드(pod)(102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109, 110 및 111)를 종합적인 장치(300)를 형성하는 것으로 나타내었다. 도 7의 장치(200)와 같이, 이 장치는 병렬로 연결된 5개의 포드 또는 셀(102-106)을 가지므로, 이 셀의 뱅크(bank)(102-106)의 전압 용량은 임의의 어떤 셀과 동일하게 유지될 것이지만, 충전 용량은 개별적으로 포드 중 하나의 5배로 증가될 것이다. 게다가, 적당한 패턴의 트레이스의 상호접속과 함께, 각각의 배터리 셀은 임의의 다른 배터리와 함께 병렬 또는 직렬로 배열될 수 있다. 따라서, 그것은 결과로서 생기는 접힌 스택(300)의 전압 출력을 증가시키기 위하여 이 배열의 열개의 셀을 사용할 수 있다(도 8). 예를 들면, 5개의 배터리들이 병렬로 연결될 수 있는 반면(윗줄에 나타냄, 102-106), 그 외 5개(예를 들어, 107-111)는 서로 병렬로 연결됨에도 불구하고 공통의 전도성 트레이스(153)를 통하여 윗 열(top row)과 함께 직렬로 연결된다. 각 두 그룹의 다섯개의 병렬로 연결된 셀들은 따라서 서로 직렬로 연결될 수 있다. 이와 같은 배열은 한 셀의 두배의 전압 및 다섯배의 충전 용량을 야기한다(도 8c의 도식적 회로도를 또한 참조). 다른 배열 또한 트레이스의 상호연결 기하학을 재정립함으로써 분명해진다. 또한 도시한 것과 같이 위치한 접은선을 사용하여, 단지 연성의 전도성 스트립(151, 152 및 153)만이 팽팽한 반지름의 곡선으로 굴곡을 만들고, 각 박막 배터리 스택의 기계적 완전성을 보호한다. 그러나, 상기 트레이스는 도 7의 예에 걸쳐 도 8의 예에서, 즉 각 폴드(60), 여기에서 151a, 152a 지점 및 또한 153a 지점에서 종종 원래대로 오버랩된다.
도 7 및 8에서의 예 모두 서로 연결된 각 셀의 주요 전도체를 도식적으로 나타내고 있음에 유의하라(예를 들어, 트레이스(152)는 각 셀과 겹쳐지고, 그것에 의하여 상부 층 또는 각 셀의 집전 장치와 연결된다; 예를 들어 도 1 및 3의 층(18)을 참조하라). 이러한 윗 열의 연결은 그 후 트레이스(152)에 의해 캐소드 출력(50)에 연결된다. 유사하게는, 트레이스(151)는 언더레이어 또는 애노드 층(예를 들어, 도 1 및 3에서의 언더레이어(14)를 참조)과 서로(도 8의 밑줄) 연결된다. 이것을 각 셀에 연결되는 트레이스의 비겹침(non-overlapping) 또는 아래겹침(under-lapping)으로 도식적으로 나타내었다. 그 후, 트레이스(153)는 장치(300)의 셀(107-111)의 아랫 열의 캐소드 층과 함께 도 8의 예에서의 셀(102-106)의 윗 열의 애노드 층과 연결된다. 다시 도 8c의 회로도를 참고하라. 트레이스 연결에서의 대안은 또한 무수한 방법으로 배열될 수 있으며, 예를 들어 병렬로 두 그룹의 셀을 배열하기 위하여 도 8 형태의 장치의 아랫 열에서의 상단(top) 트레이스는 윗 열에서의 아랫쪽 전도체에 다르게 연결될 수 있다.
그 후 또 다른 세트의 예에서, 스태킹 컨셉(예를 들어, 도 2를 참조)과 함께 도 5, 6, 7 및/또는 8의 기하학적 컨셉을 조합함으로써 플렉시블 고분자 기판 상에 더욱 컴팩트한 구조를 만들 수 있다. 두개 또는 그 이상의 층의 배터리(상기 도 2에 대하여 기재한 바와 같이)를 개발하기 위하여 증착하는 동안 마스크를 사용함으로써 이를 달성할 수 있고, 이러한 스택은 그것들 내에 병렬 또는 직렬 중 하나로 연결됨과 동시에 전체적인 구조 기하학을 설계한다. 이것은 기판 물질을 제거하고 집전 장치를 공유함으로써 기판 물질의 단위 면적(unit area) 당 전력 밀도를 증가시킬 수 있다.
상기 결과들은 얇고 플렉시블한 기판 상에 플렉시블 박막 배터리 구조를 배열하는 새로운 방법들을 포함한다. 이것은 이러한 구조의 저장 밀도가 벌크 배터리와 필적하는 반면 박막 배터리의 유익한 속성(예를 들어, 긴 사이클 수명(cycle life), 안정성 등)은 유지할 수 있는 방법으로 박막 배터리의 스태킹 또는 롤링을 가능하게 한다. 본 발명은 따라서 플랙시블 박막 배터리 또는 배터리 구조의 조합과 같은 플렉시블 전기화학 장치의 제조 및, 애노드, 캐소드 및 전해질 층의 형성 뒤에 단순한 보호성 오버레이어의 적용으로 공기에 안정할 수 있는 리튬-기재 배터리를 생산하고 이와 같은 배터리를 충전하는 방법을 목표로 한다. 낮은 온도 공정(예를 들어, 상온)은 고분자 또는 플렉시블 기판의 사용을 가능하게 한다.
본원발명의 다른 양상은 전류가 애노드 집전 장치 및 캐소드 집전 장치 사이에서 유지되는 경우 애노드 집전 장치와 전해질 사이의 경계에 내장된 리튬 애노드 층을 형성할 수 있는 능력, 및 주변 환경(예를 들어, 산소, 안정화되고 주변 환경에 반응하지 않는 리튬을 포함)에 노출될 경우 화학적으로 안정할 수 있는 능력을 가지는 것을 특징으로 하는 플렉시블 리튬 배터리일 수 있고, 상기 배터리는 지지체를 형성하고 적어도 하나의 전도성 표면을 가지는 애노드 집전 장치; 리튬 이온의 전도체이며 애노드 집전 장치 층의 전도성 표면과 접촉하는 하나의 표면을 가지는 전해질 층; 애노드 집전 장치 층과 접촉하지 않는 전해질 층의 표면과 접촉하는 캐소드 층; 및 전해질 층과 접촉하지 않는 캐소드 층의 표면과 접촉하는 캐소드 집전 장치 층을 가진다.
다수의 대표적인 양상들 및 구현들이 상기에 논의되는 동안, 당업자들은 어떤 변경, 전변화, 추가 및 그것들의 서브 조합을 깨달을 수 있다. 따라서, 하기에 부가된 청구항 및 후에 도입될 청구항들은 모든 이와 같은 변경, 전변화, 추가 및 서브-조합들이 그것들의 본래의 취지 및 범위 내에 포함되는 것으로 해석된다.

Claims (25)

  1. 플렉시블한 고체 상태 박막 전기화학 장치 (flexible solid state thin film electrochemical device) 로서,
    제 1 절연 물질로서 상부 표면을 갖는 플렉시블 기판 층 (flexible substrate layer);
    상기 기판 층의 상기 상부 표면에 직접 접촉하여 배치된 플렉시블 애노드 층;
    상기 애노드 층 및 상기 기판 층의 상기 상부 표면의 위에 배치된 플렉시블 캐소드 층;
    상부 표면과 하부 표면을 갖는 플렉시블 전해질 층으로서, 상기 전해질 층은 상기 캐소드 층과 상기 애노드 층 사이에 위치되고, 상기 캐소드 층과 상기 애노드 층 모두에 직접 접촉하며, 상기 전해질 층의 상기 하부 표면은 상기 기판 층의 상기 상부 표면을 향하는, 상기 전해질 층; 및
    상기 캐소드 층의 상부 표면에 직접 접촉하여 배치된 제 2 절연 물질로 이루어진 플렉시블 절연 층을 포함하고,
    상기 장치는, 상기 기판 층, 상기 캐소드 층, 상기 애노드 층, 상기 전해질 층 및 상기 절연 층 각각의 연속적인 스트립들을 포함하는 연속적인 적층된 스트립으로서 구성되는, 플렉시블한 고체 상태 박막 전기화학 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 층, 상기 캐소드 층, 상기 애노드 층 및 상기 전해질 층은, 25 미크론 (microns) 보다 작거나 같은 두께의 박막 (thin film) 인, 플렉시블한 고체 상태 박막 전기화학 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 절연 물질은 고분자(polymer)인, 플렉시블한 고체 상태 박막 전기화학 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 전해질 층은 리튬 이온 전도성(lithium ion conductive)이며, 상기 캐소드 층 및 상기 애노드 층 중 하나 또는 양쪽 모두는 리튬 이온을 삽입할 수 있는 (lithium ion insertive), 플렉시블한 고체 상태 박막 전기화학 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐소드 층은 리튬화 (lithiated) 되고, 상기 전해질 층은 리튬-기재 (lithium-based) 인, 플렉시블한 고체 상태 박막 전기화학 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐소드 층은,
    리튬 코발트 옥사이드(lithium cobalt oxide; LiCoO2);
    리튬 망간 옥사이드(lithium manganese oxide; LiMnO2 또는 LiMn2O4), 리튬 니켈 옥사이드(lithium nickel oxide; LiNiO); 코발트, 망간 또는 니켈 중 두개 이상의 복합체(composite); 또는
    리튬 철 포스페이트(lithium iron phosphate; LiFePO4)
    중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 플렉시블한 고체 상태 박막 전기화학 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 전해질 층은,
    리튬 요오드화물(lithium iodide; LiI) 또는 리튬 포스포러스 옥시나이트라이드(lithium phosphorus oxynitride; LiPON);
    Li+ 수송 능력을 가지는 고체 고분자 분리막(solid polymer separator) 또는 그 안에 배치되는 리튬 염을 가지는 고체 고분자 분리막; 또는
    리튬 및 할라이드(halide) 복합체 물질
    중 하나 이상을 포함하는 고체 상태 전해질인 것을 특징으로 하는, 플렉시블한 고체 상태 박막 전기화학 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 애노드 층은 리튬 금속 형태를 포함하는, 플렉시블한 고체 상태 박막 전기화학 장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    하나 또는 그 이상의 집전 장치(current collector)를 더 포함하는, 플렉시블한 고체 상태 박막 전기화학 장치.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 장치는, 박막 배터리 및 리튬 이온 배터리 중 하나 이상이거나 그 일부인, 플렉시블한 고체 상태 박막 전기화학 장치.
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 제 1 항에 있어서,
    상기 적층된 스트립은 상기 기판 층 또는 상기 절연 층 중 적어도 하나가 접혀서 그 자신과 직접 접촉하는 방식의 접힘을 포함하고, 상기 접힘은 적어도 2 개의 분리된 배터리 유닛들을 형성하는, 플렉시블한 고체 상태 박막 전기화학 장치.
  22. 제 21 항에 있어서,
    양극 리드, 음극 리드 및 상기 적어도 2 개의 분리된 배터리 유닛들을 병렬 또는 직렬로 연결하도록 구성된 적어도 2 개의 트레이스들을 더 포함하는, 플렉시블한 고체 상태 박막 전기화학 장치.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 적어도 2 개의 분리된 배터리 유닛들은 병렬로 연결된, 플렉시블한 고체 상태 박막 전기화학 장치.
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 적어도 2 개의 분리된 배터리 유닛들은 직렬로 연결된, 플렉시블한 고체 상태 박막 전기화학 장치.
  25. 제 1 항에 있어서,
    상기 적층된 스트립은 상기 기판 층 및 상기 절연 층이 롤링되어 상기 기판 층과 상기 절연 층 서로가 접촉하는 방식의 롤 (roll) 로 구성되는, 플렉시블한 고체 상태 박막 전기화학 장치.
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