KR101786959B1 - 고체-상태 전지를 위한 기판 - Google Patents

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Abstract

개선된 에너지 밀도를 갖는 고체-상태 전지들 및 개선된 에너지 밀도를 갖는 고체-상태 전지들을 제조하는 방법들이 개시되어 있다. 일부 실시예들에서, 고체-상태 전지는, 이트리아-안정화 지르코니아의 기판, 기판 상에 형성된 캐소드 집전체, 기판 상에 형성된 애노드 집전체, 캐소드 집전체와 전기 접촉 상태에 있는 리튬 코발트 산화물의 캐소드, 애노드 집전체와 전기 접촉 상태에 있는 리튬의 애노드, 및 캐소드와 애노드 사이에 형성된 리튬 인 산질화물의 고체-상태 전해질을 포함할 수도 있다.

Description

고체-상태 전지를 위한 기판{SUBSTRATE FOR SOLID-STATE BATTERY}
본 명세서에서 달리 표시되지 않는다면, 이 섹션에 설명되는 재료들은 본 출원의 청구범위에 대한 종래 기술이 아니며 이 섹션에 포함됨으로써 종래 기술로 인정되는 것이 아니다.
종래의 리튬-이온 및 리튬 중합체 전지들은 전형적으로 리튬 코발트 산화물(LiCoO2) 캐소드, 흑연 애노드, 중합체 세퍼레이터(polymer separator), 및 액체 전해질(liquid electrolyte)로 구성된다. 종래의 리튬-이온 및 리튬 중합체 전지들의 하나의 제한은, 액체 전해질이, 예를 들어 결함 또는 취급 부주의로 인해 그러한 전지의 애노드와 캐소드 사이에서 단락(short)이 발생하는 경우 그것이 인화성으로 될 수도 있기 때문에, 안전성 문제들을 제기한다는 것이다. 종래의 리튬-이온 및 리튬 중합체 전지들의 다른 제한은, 그러한 전지들이 높은 비율의 비활성 재료(예컨대, 중합체 세퍼레이터, 액체 전해질) 대 활성 재료(예컨대, LiCoO2 캐소드 및 흑연 애노드)를 갖기 때문에, 이들은 대략 500 내지 550 Wh/L의 제한된 에너지 밀도를 갖는다는 것이다.
고체-상태 전지(solid-state battery)들은 에너지 밀도 및 안전성 둘 모두에서 종래의 리튬-이온 및 리튬 중합체 전지들보다 개선을 나타낸다. 고체-상태 전지들은 전형적으로 LiCoO2 캐소드, 리튬 애노드, 및 세퍼레이터로서도 또한 작용하는 고체-상태(solid-state) 리튬 인 산질화물(LiPON) 전해질로 구성된다. 리튬 애노드는 이론적인 비용량(specific capacity)이 (리튬-이온 및 리튬 중합체 전지들에서 사용되는, 이론적인 비용량이 단지 대략 372 mAh/g인 흑연 애노드와 비교해서) 대략 3800 mAh/g이고, 이는 고체-상태 전지들의 증가된 에너지 밀도를 허용한다.
고체-상태 전지들이, 액체 전해질 대신에, 고체-상태 전해질(solid-state electrolyte)을 사용하기 때문에, 고체-상태 전지들은 리튬-이온 및 리튬 중합체 전지들이 제기하는 안전성 문제들을 제기하지 않는다. 추가적으로, 고체-상태 전지들은 에너지 밀도가 대략 1000 Wh/L일 수 있다.
이트리아-안정화 지르코니아(yttria-stabilized zirconia, YSZ)의 기판 상에 형성된 고체-상태 전지들이 개시되어 있다. 일부 실시예들에서, 고체-상태 전지는, YSZ의 기판, 기판 상에 형성된 캐소드 집전체, 기판 상에 형성된 애노드 집전체, 캐소드 집전체와 전기 접촉 상태에 있는 리튬 코발트 산화물(LiCoO2)의 캐소드, 애노드 집전체와 전기 접촉 상태에 있는 리튬의 애노드, 및 캐소드와 애노드 사이에 형성된 리튬 인 산질화물(LiPON)의 고체-상태 전해질을 포함할 수도 있다.
일부 실시예들에서, 고체-상태 전지는 양면(double-sided) 고체-상태 전지일 수도 있다. 이러한 실시예들에서, 캐소드 집전체, 애노드 집전체, 캐소드, 애노드, 및 고체-상태 전해질 각각이 기판의 제1 면 상에 형성될 수도 있다. 추가적으로, 제2 캐소드 집전체, 제2 애노드 집전체, 제2 캐소드, 제2 애노드, 및 제2 고체-상태 전해질이 기판의 제1 면의 반대편인 제2 면 상에 형성될 수도 있다. 제2 캐소드는 LiCoO2로 형성될 수도 있고 제2 캐소드 집전체와 전기 접촉 상태에 있을 수도 있다. 게다가, 제2 애노드는 리튬으로 형성될 수도 있고 제2 애노드 집전체와 전기 접촉 상태에 있을 수도 있다. 더욱이, 제2 고체-상태 전해질은 LiPON으로 형성될 수도 있고 제2 캐소드와 제2 애노드 사이에 형성될 수도 있다.
또한 YSZ의 기판을 포함하는 고체-상태 전지를 제조하는 방법들이 개시되어 있다. 일부 실시예들에서, 본 방법은 YSZ의 기판을 제공하는 단계, 기판 상에 애노드 집전체 및 캐소드 집전체를 형성하는 단계, 및 LiCoO2의 캐소드를 형성하는 단계를 포함할 수도 있는데, 여기서 캐소드는 캐소드 집전체와 전기 접촉 상태에 있다. 본 방법은 약 700℃ 내지 약 800℃의 온도에서 캐소드를 어닐링하는 단계, LiPON의 고체-상태 전해질을 형성하는 단계, 및 리튬의 애노드를 형성하는 단계를 더 포함할 수도 있는데, 여기서 애노드는 애노드 집전체와 전기 접촉 상태에 있고, 고체-상태 전해질은 애노드와 캐소드 사이에 형성된다.
또한 다수의 고체-상태 전지들을 제조하는 방법들이 개시되어 있는데, 각각의 고체-상태 전지는 YSZ의 기판을 포함한다. 일부 실시예들에서, 본 방법은 YSZ의 다수의 기판들을 포함하는 롤(roll)을 제공하는 단계; 그리고 다수의 기판들에서의 각각의 기판에 대해, 기판 상에 애노드 집전체 및 캐소드 집전체를 형성하는 단계, LiCoO2의 캐소드를 형성하는 단계 - 여기서 캐소드는 캐소드 집전체와 전기 접촉 상태에 있음 -, 약 700℃ 내지 약 800℃의 온도에서 캐소드를 어닐링하는 단계, LiPON의 고체-상태 전해질을 형성하는 단계, 및 리튬의 애노드를 형성하는 단계 - 여기서 애노드는 애노드 집전체와 전기 접촉 상태에 있고, 고체-상태 전해질은 애노드와 캐소드 사이에 형성됨 - 를 포함할 수도 있다.
이들 그리고 다른 양태들, 이점들, 및 대안예들은 첨부 도면들을 적절히 참조하여 하기 상세한 설명을 읽음으로써, 관련 기술분야에서의 통상의 기술자에게 명백해질 것이다.
도 1a 및 도 1b는 일부 실시예들에 따라, 이트리아-안정화 지르코니아 기판들을 포함하는 예시적인 고체-상태 전지들을 도시한다.
도 2는 일부 실시예들에 따라, 이트리아-안정화 지르코니아 기판을 포함하는 고체-상태 전지를 제조하는 방법을 기술하는 플로차트이다.
도 3a 내지 도 3e는 일부 실시예들에 따라, 이트리아-안정화 지르코니아 기판을 포함하는 고체-상태 전지를 제조하는 방법을 도시한다.
도 4는 일부 실시예들에 따라, 다수의 고체-상태 전지들을 제조하는 방법을 기술하는 플로차트인데, 고체-상태 전지들 각각은 이트리아-안정화 지르코니아 기판을 포함한다.
도 5a 내지 도 5c는 일부 실시예들에 따라, 다수의 고체-상태 전지들을 제조하는 방법을 도시하는데, 고체-상태 전지들 각각은 이트리아-안정화 지르코니아 기판을 포함한다.
예시적인 방법들 및 시스템들이 본 명세서에 설명된다. 단어들 "예" 및 "예시적"은 "예, 사례, 또는 실례로서 기능함"을 의미하도록 본 명세서에서 사용되는 것을 이해해야 한다. "예" 또는 "예시적"이라고 본 명세서에서 설명되는 임의의 실시예 또는 특징부는 반드시 다른 실시예들 또는 특징부들보다 바람직하거나 또는 유리하다고 해석되지는 않아야 한다. 하기 상세한 설명에서는, 그의 부분을 형성하는 첨부 도면들에 대한 참조가 이루어진다. 도면들에서, 문맥이 달리 지시하지 않는다면, 유사한 도면 부호들은 전형적으로 유사한 구성요소들을 식별한다. 본 명세서에 제시된 발명 대상의 사상 또는 범주로부터 벗어나지 않는 한, 다른 실시예들이 활용될 수도 있고 다른 변경들이 이루어질 수도 있다.
본 명세서에 설명된 예시적인 실시예들은 제한되는 것으로 여겨지지 않는다. 본 명세서에서 일반적으로 설명되고 도면들에 도시되는 바와 같이, 본 개시내용의 양태들은 매우 다양한 상이한 구성들로 배열되고, 치환되고, 조합되고, 분리되고, 설계될 수 있는데, 그 모두가 본 명세서에서 명시적으로 고려된다는 것이 용이하게 이해될 것이다.
I. 개관
예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸 및 폴리이미드를 포함하는 다양한 기판 재료들이 고체-상태 전지들에서 현재 사용되고 있다. 그러나, 이러한 기판 재료들 각각 상에 형성된 고체-상태 전지들은 전형적으로 대략 97 내지 150 Wh/L 정도로 제한된 에너지 밀도들을 나타낸다. 이러한 제한된 에너지 밀도들은 다수의 요인들의 결과이다.
먼저, 에너지 밀도들은 고체-상태 전지의 제조 동안 사용될 수도 있는 어닐링 온도에 의해 제한된다. 리튬 코발트 산화물(LiCoO2) 캐소드의 결정화 및 결정 배향(및, 이에 따라서, 고체-상태 전지의 에너지 밀도)을 최적화하기 위해, LiCoO2 캐소드를 약 700℃ 내지 약 800℃의 온도에서 어닐링하는 것이 바람직할 수도 있다. 그러나, 폴리이미드 기판들은 그러한 높은 어닐링 온도들을 견딜 수 없고; 오히려, 폴리이미드는 대략 400℃의 어닐링 온도로 제한된다. 구리는 대략 700 내지 800℃의 어닐링 온도들을 견딜 수 있지만, 그 결과로 구리는 어닐링 동안 산화될 것이다. 또한, 스테인리스 스틸이 유사하게 대략 700 내지 800℃의 어닐링 온도를 견딜 수 있지만, 이러한 온도에서의 어닐링 동안 스테인리스 스틸에서의 합금 원소들(예컨대, 크롬)이 LiCoO2 캐소드 내로 이동함으로써, 고체-상태 전지의 사이클 수명을 감소시킨다.
구리, 스테인리스 스틸, 및 폴리이미드 기판들 상에 형성된 고체-상태 전지들의 에너지 밀도들은 기판 재료들의 열 팽창 계수(CTE)들과 LiCoO2의 CTE 간의 불일치에 의해 더욱 제한될 수도 있는데, 이는 이러한 기판들 각각 상에 성장될 수 있는 LiCoO2 캐소드의 두께를 제한한다. 이러한 기판들 상에서의 LiCoO2의 더 큰 두께의 성장은 LiCoO2의 균열 및 박리를 초래한다.
이트리아-안정화 지르코니아(YSZ)의 기판 상에 형성된 고체-상태 전지들이 개시되어 있다. YSZ는 약 700℃와 약 800℃ 사이의 어닐링 온도들을 견딜 수 있어, LiCoO2의 바람직한 어닐링을 허용하는 가요성 세라믹이다. 추가적으로, YSZ는 대략 800℃에서 0에 근접한 열 팽창 계수를 갖고, 이는 LiCoO2의 균열 또는 박리 없이 LiCoO2의 더 두꺼운 층의 성장을 허용한다. 그 결과, YSZ 기판을 갖는 고체-상태 전지들은 대략 1030 Wh/L의 개선된 에너지 밀도를 나타낼 수도 있다.
도 1a는 일부 실시예들에 따라, YSZ 기판(102)을 포함하는 예시적인 고체-상태 전지(100)를 도시한다. 도시된 바와 같이, 고체-상태 전지(100)는 캐소드 집전체(104), 애노드 집전체(106), 캐소드(108), 고체-상태 전해질(110), 및 애노드(112)를 더 포함한다.
기판(102)은 임의의 수의 치수들을 취할 수도 있다. 일부 실시예들에서, 기판(102)은 예를 들어, 약 25㎛ 내지 약 40㎛의 두께를 가질 수도 있다. 다른 두께들도 역시 가능하다. 예를 들어, 기판(102)의 평면 면적 및 두께를 포함하여, 기판(102)의 치수들은 고체-상태 전지(100)의 응용마다 다를 수도 있다.
기판(102)의 YSZ에서의 이트리아의 몰 농도는 유사하게 응용마다 다를 수도 있다. 일부 실시예들에서, YSZ에서의 이트리아의 몰 농도는, 예를 들어 대략 3%일 수도 있다. 이트리아의 다른 몰 농도들도 역시 가능하다.
일부 실시예들에서, 기판(102)은 YSZ의 독립 층일 수도 있다. 대안적으로, 다른 실시예들에서, 기판(102)은 금속 또는 세라믹의 층을 더 포함할 수도 있다. 이러한 실시예들에서, 기판(102)의 YSZ는 금속 또는 세라믹의 층에 부착될 수도 있다. 그 후에, 캐소드 집전체(104) 및 애노드 집전체(106)가 YSZ 상에 형성될 수도 있다.
캐소드 집전체(104) 및 애노드 집전체(106)는 각각 전기 전도성 재료로 형성될 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 캐소드 집전체(104) 및 애노드 집전체(106) 중 하나 또는 둘 모두가 스테인리스 스틸 및/또는 니켈로 형성될 수도 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 캐소드 집전체(104) 및 애노드 집전체(106) 중 하나 또는 둘 모두가 시트, 포일, 또는 분말의 형태를 취할 수도 있다. 다른 캐소드 집전체 및/또는 애노드 집전체 재료들 및 형태들도 역시 가능하다. 캐소드 집전체(104) 및 애노드 집전체(106)는 각각 임의의 수의 치수들을 취할 수도 있다. 일부 실시예들에서, 캐소드 집전체(104) 및 애노드 집전체(106) 중 하나 또는 둘 모두가 예를 들어, 약 3㎛ 내지 약 4㎛의 두께를 가질 수도 있다. 다른 두께들도 역시 가능하다. 예를 들어, 캐소드 집전체(104) 및 애노드 집전체(106)의 평면 면적들 및 두께들을 포함하여, 캐소드 집전체(104) 및 애노드 집전체(106)의 치수들은 고체-상태 전지(100)의 응용마다 다를 수도 있다.
도시된 바와 같이, 캐소드(108)는 캐소드 집전체(104)와 전기 접촉 상태에 있다. 캐소드(108)는 예를 들어, LiCoO2로 형성될 수도 있다. 다른 캐소드 재료들도 역시 가능하다. 캐소드(108)는 임의의 수의 치수들을 취할 수도 있다. 일부 실시예들에서, 캐소드(108)는 예를 들어, 약 10㎛ 내지 약 15㎛의 두께를 가질 수도 있다. 다른 두께들도 역시 가능하다. 일반적으로, 구리, 폴리이미드, 및 스테인리스 스틸의 통상의 기판들 상에서보다 YSZ 기판(102) 상에서 더 큰 두께의 캐소드(108)가 성장될 수도 있다. 그럼에도 불구하고, 예를 들어, 캐소드(108)의 평면 면적 및 두께를 포함하여, 캐소드(108)의 치수들은 고체-상태 전지(100)의 응용마다 다를 수도 있다.
도시된 바와 같이, 고체-상태 전해질(110)이 캐소드(108)와 애노드(112) 사이에 형성될 수도 있다. 일부 실시예들에서, 고체-상태 전해질은 리튬 인 산화물(LiPON)로 형성될 수도 있다. 다른 고체-상태 전해질 재료들도 역시 가능하다. 고체-상태 전해질(110)은 임의의 수의 치수들을 취할 수도 있다. 일부 실시예들에서, 고체-상태 전해질(110)은 예를 들어, 약 2㎛ 내지 약 3㎛의 두께를 가질 수도 있다. 다른 두께들도 역시 가능하다. 예를 들어, 고체-상태 전해질(110)의 평면 면적 및 두께를 포함하여, 고체-상태 전해질(110)의 치수들은 고체-상태 전지(100)의 응용마다 다를 수도 있다.
도시된 바와 같이, 애노드(112)는 애노드 집전체(106)와 전기 접촉 상태에 있다. 애노드(112)는 예를 들어, 리튬으로 형성될 수도 있다. 다른 애노드 재료들도 역시 가능하다. 애노드(112)는 임의의 수의 치수들을 취할 수도 있다. 일부 실시예들에서, 애노드(112)는 예를 들어, 약 2㎛ 내지 약 3㎛의 두께를 가질 수도 있다. 다른 두께들도 역시 가능하다. 예를 들어, 애노드(112)의 평면 면적 및 두께를 포함하여, 애노드(112)의 치수들은 고체-상태 전지(100)의 응용마다 다를 수도 있다.
동작 시에, 고체-상태 전지(100)가 회로(예를 들어, 전자 디바이스의 회로)에 접속될 때, 고체-상태 전지(100)는 애노드(112)와 캐소드(108) 사이의 화학 반응에 의해 회로에 전력을 공급할 수도 있다. 특히, 회로에 접속될 때, 애노드(112)는, 애노드(112)로부터의 이온들이 고체-상태 전해질(110)을 통하여 캐소드(108)를 향해 이동하여, 애노드(112)로부터 회로 내로의 전자들의 방출을 초래하는 산화 반응을 겪을 수도 있다. 동시에, 회로에 접속될 때, 캐소드(108)는, 고체-상태 전해질(110)을 통하여 이동하는 이온들이 캐소드(108)와 조합하여, 애노드(112)에 의해 회로 내로 방출되는 전자들의 캐소드(108)에서의 흡수를 초래하는 환원 반응을 겪을 수도 있다. 애노드(112)에서의 전자들의 방출 및 캐소드(108)에서의 전자들의 흡수는 회로에 전력을 공급하는 전류를 생성한다.
일부 실시예들에서, 도시된 바와 같이, 고체-상태 전지(100)는 보호 코팅(114)을 더 포함할 수도 있다. 보호 코팅(114)은, 예를 들어 애노드(112)를 실질적으로 덮어, 고체-상태 전지(100)를 오염으로부터 보호하고 고체-상태 전지(100)의 수명을 연장할 수도 있다. 일부 실시예들에서, 보호 코팅(114)은 이산화규소(SiO2), 알루미나, 또는 세라믹으로 형성될 수도 있다. 다른 보호 코팅 재료들도 역시 가능하다.
고체-상태 전지(100)는 임의의 수의 치수들을 취할 수도 있다. 일부 실시예들에서, 예를 들어, 고체-상태 전지(100)는 약 30㎛ 내지 약 60㎛의 두께를 가질 수도 있다. 고체-상태 전지(100)의 다른 두께들도 역시 가능하다. 예를 들어, 고체-상태 전지(100)의 평면 면적 및 두께를 포함하여, 고체-상태 전지(100)의 치수들은 고체-상태 전지(100)의 응용마다 다를 수도 있다.
일부 실시예들에서, 고체-상태 전지(100)의 에너지 밀도를 개선시키기 위해, 도 1b에 도시된 바와 같이, 고체-상태 전지(100)가 양면 고체-상태 전지인 것이 바람직할 수도 있다. 도시된 바와 같이, 양면 고체-상태 전지(100)는 제2 캐소드 집전체(116), 제2 애노드 집전체(118), 제2 캐소드(120), 제2 고체-상태 전해질(122), 및 제2 애노드(124)를 포함한다. 제2 캐소드 집전체(116), 제2 애노드 집전체(118), 제2 캐소드(120), 제2 고체-상태 전해질(122) 및 제2 애노드(124)는, 도 1a와 관련하여, 각각, 캐소드 집전체(104), 애노드 집전체(106), 캐소드(108), 고체-상태 전해질(110) 및 애노드(112)에 대해 설명된 형태들 중 임의의 것을 취할 수도 있다. 일부 실시예들에서, 도시된 바와 같이, 고체-상태 전지(100)는 보호 코팅(126)을 더 포함할 수도 있다. 보호 코팅(126)은, 예를 들어 제2 애노드(124)를 실질적으로 덮어, 고체-상태 전지(100)를 오염으로부터 보호하고 고체-상태 전지(100)의 수명을 연장할 수도 있다. 일부 실시예들에서, 보호 코팅(126)은 SiO2, 알루미나, 또는 세라믹으로 형성될 수도 있다. 다른 보호 코팅 재료들도 역시 가능하다.
II. 고체-상태 전지를 제조하기 위한 예시적인 방법
도 2는 일부 실시예들에 따라, YSZ 기판을 포함하는 고체-상태 전지를 제조하는 방법(200)을 기술하는 플로차트이다.
도시된 바와 같이, 방법(200)은 블록 202에서 YSZ의 기판을 제공하는 것으로 시작한다. 기판은, 예를 들어, 도 1a와 관련하여 기판(102)에 대해 전술한 형태들 중 임의의 것을 취할 수도 있다. 일부 실시예들에서, 기판을 제공하는 것은 YSZ 기판을 제조하는 것을 수반할 수도 있다. 대안적으로, 다른 실시예들에서, 기판을 제공하는 것은, 미국 뉴욕주 버펄로 소재의 ENrG Inc.에 의해 제조된 E-Strate® 기판과 같은, 미리 제조된 기판을 획득하는 것을 수반할 수도 있다. 어느 경우에도, 기판은 YSZ의 독립 층일 수도 있거나, 또는 금속 또는 세라믹의 층에 부착된 YSZ의 층일 수도 있다. 기판은 또한 다른 방식들로 제공될 수도 있다.
방법(200)은 블록 204에서 기판 상에 애노드 집전체 및 캐소드 집전체를 형성하는 것으로 계속된다. 애노드 집전체는, 예를 들어, 도 1a와 관련하여 애노드 집전체(106)에 대해 전술한 형태들 중 임의의 것을 취할 수도 있다. 유사하게, 캐소드 집전체는, 예를 들어, 도 1a와 관련하여 캐소드 집전체(104)에 대해 전술한 형태들 중 임의의 것을 취할 수도 있다. 일부 실시예들에서, 애노드 집전체 및 캐소드 집전체 중 하나 또는 둘 모두가 미리 형성될 수도 있고, 기판 상에 애노드 집전체 및 캐소드 집전체 중 하나 또는 둘 모두를 형성하는 것은 (예컨대, 기판과 애노드 및/또는 캐소드 집전체(들) 사이의 접착 층을 사용하여) 미리 형성된 애노드 및/또는 캐소드 집전체(들)를 기판에 접착하는 것을 수반할 수도 있다. 대안적으로, 다른 실시예들에서, 기판 상에 애노드 집전체 및 캐소드 집전체 중 하나 또는 둘 모두를 형성하는 것은 (예컨대, 리소그래피를 이용하여) 애노드 및/또는 캐소드 집전체(들)를 기판 상으로 패턴화하는 것을 수반할 수도 있다. 애노드 및/또는 캐소드 집전체(들)는 또한 다른 방식들로 형성될 수도 있다. 캐소드 집전체(104) 및 애노드 집전체(106)는 동시에 또는 순차적으로 형성될 수도 있다.
방법(200)은 블록 206에서 LiCoO2의 캐소드를 형성하는 것으로 계속되는데, 여기서 캐소드는 캐소드 집전체와 전기 접촉 상태에 있다. 캐소드는, 예를 들어, 도 1a와 관련하여 캐소드(108)에 대해 전술한 형태들 중 임의의 것을 취할 수도 있다. 일부 실시예들에서, 캐소드를 형성하는 것은, 예를 들어, 캐소드 집전체 상에 LiCoO2를 퇴적(예컨대, 스퍼터링)하여 캐소드를 형성하는 것을 수반할 수도 있다. 캐소드는 또한 다른 방식들로 형성될 수도 있다.
방법(200)은 블록 208에서 약 700℃ 내지 약 800℃의 온도에서 캐소드를 어닐링하는 것으로 계속된다. 어닐링은 일반적으로 캐소드의 결정화 및 결정 배향을 개선시키는 기능을 하고, 약 700℃ 내지 약 800℃의 온도에서의 어닐링은 캐소드의 결정화 및 결정 배향을 개선시키는 기능을 할 수도 있다. 전술한 바와 같이, 기판의 YSZ는 약 700℃ 내지 약 800℃의 어닐링 온도를 견딜 수 있고 대략 800℃에서 0에 근접한 열 팽창 계수를 가질 수 있다. 그 결과, YSZ 기판은 약 700℃ 내지 약 800℃의 온도에서 캐소드를 손상시키지 않고 캐소드의 어닐링을 허용하여, 고체-상태 전지의 대략 1030 Wh/L의 개선된 에너지 밀도를 야기한다. 어닐링은, 예를 들어 퍼니스(furnace), 급속 열 어닐링 시스템, 또는 플래시 어닐링 시스템과 같은 밀폐된 가열 장치에서 일어날 수도 있다. 캐소드는 또한 다른 방식들로 어닐링될 수도 있다.
방법(200)은 블록 210에서 LiPON의 고체-상태 전해질을 형성하는 것으로 계속된다. 고체-상태 전해질은, 예를 들어, 도 1a와 관련하여 고체-상태 전해질(110)에 대해 전술한 형태들 중 임의의 것을 취할 수도 있다. 일부 실시예들에서, 고체-상태 전해질을 형성하는 것은, 예를 들어, 물리 증착(physical vapor deposition)을 이용하여 고체-상태 전해질을 형성하는 것을 수반할 수도 있다. 예를 들면, 고체-상태 전해질은, 인산리튬(Li3PO4)의 타깃에 대면하여 진공 챔버 내에 기판을 위치시키고 챔버 내로 질소를 도입함으로써, 플라즈마를 형성하여 LiPON의 퇴적(예컨대, 스퍼터링)을 용이하게 함으로써 형성될 수도 있다. 고체-상태 전해질은 또한 다른 방식들로 형성될 수도 있다.
방법(200)은 블록 212에서 리튬의 애노드를 형성하는 것으로 계속되는데, 여기서 애노드는 애노드 집전체와 전기 접촉 상태에 있고, 고체-상태 전해질은 애노드와 캐소드 사이에 형성된다. 애노드는, 예를 들어, 도 1a와 관련하여 애노드(112)에 대해 전술한 형태들 중 임의의 것을 취할 수도 있다. 일부 실시예들에서, 애노드를 형성하는 것은, 예를 들어, 애노드 집전체 및 고체-상태 전해질 상에 리튬을 퇴적(예컨대, 스퍼터링)하여 캐소드를 형성하는 것을 수반할 수도 있다. 애노드는 또한 다른 방식들로 형성될 수도 있다.
일부 실시예들에서, 방법(200)은 애노드를 실질적으로 덮는 보호 코팅을 형성하는 것을 더 포함할 수도 있다. 보호 코팅은, 예를 들어, 도 1a와 관련하여 보호 코팅(114)에 대해 전술한 형태들 중 임의의 것을 취할 수도 있다. 다른 실시예들에서, 보호 코팅이 형성되지 않을 수도 있다.
도 3a 내지 도 3e는 일부 실시예들에 따라, YSZ 기판을 포함하는 고체-상태 전지를 제조하는 방법을 도시한다. 이 방법은, 예를 들어, 도 2와 관련하여 전술한 방법(200)일 수도 있다.
도 3a에 도시된 바와 같이, YSZ의 기판(302)이 제공된다. 기판(302)은 도 1a와 관련하여 기판(102)에 대해 전술한 형태들 중 임의의 것을 취할 수도 있고, 도 2와 관련하여 블록 202에 대해 전술한 방식들 중 임의의 것으로 제공될 수도 있다.
도 3b는 기판 상에서의 캐소드 집전체(304) 및 애노드 집전체(306)의 형성을 도시한다. 캐소드 집전체(304) 및 애노드 집전체(306)는 각각 도 1a와 관련하여 캐소드 집전체(104) 및 애노드 집전체(106)에 대해 전술한 형태들 중 임의의 것을 취할 수도 있다. 또한, 캐소드 집전체(304) 및 애노드 집전체(304)는 도 2와 관련하여 블록 204에 대해 전술한 방식들 중 임의의 것으로 형성될 수도 있다.
도 3c는 LiCoO2의 캐소드(308)의 형성을 도시한다. 도시된 바와 같이, 캐소드(308)는 캐소드 집전체(304)와 전기 접촉 상태에 있다. 캐소드(308)는 도 1a와 관련하여 캐소드(108)에 대해 전술한 형태들 중 임의의 것을 취할 수도 있다. 또한, 캐소드(308)는 도 2와 관련하여 블록 206에 대해 전술한 방식들 중 임의의 것으로 형성될 수도 있다. 추가적으로, 캐소드(308)는 도 2와 관련하여 블록 208에 대해 전술한 방식들 중 임의의 것으로 어닐링(도시되지 않음)될 수도 있다.
도 3d는 LiPON의 고체-상태 전해질(310)의 형성을 도시한다. 고체-상태 전해질(310)은 도 1a와 관련하여 고체-상태 전해질(110)에 대해 전술한 형태들 중 임의의 것을 취할 수도 있다. 또한, 고체-상태 전해질은 도 2와 관련하여 블록 210에 대해 전술한 방식들 중 임의의 것으로 형성될 수도 있다.
도 3e는 리튬의 애노드(312)의 형성을 도시한다. 도시된 바와 같이, 애노드(312)는 애노드 집전체(306)와 전기 접촉 상태에 있다. 추가적으로, 도시된 바와 같이, 고체-상태 전해질(310)이 캐소드(308)와 애노드(312) 사이에 형성된다. 애노드(312)는 도 1a와 관련하여 애노드(112)에 대해 전술한 형태들 중 임의의 것을 취할 수도 있다. 또한, 애노드(312)는 도 2와 관련하여 블록 212에 대해 전술한 방식들 중 임의의 것으로 형성될 수도 있다.
도시된 바와 같이, 애노드를 실질적으로 덮는 보호 코팅(314)이 추가적으로 형성될 수도 있다. 보호 코팅(314)은, 예를 들어, 도 1a와 관련하여 보호 코팅(114)에 대해 전술한 형태들 중 임의의 것을 취할 수도 있다. 일부 실시예들에서, 보호 코팅(314)이 형성되지 않을 수도 있다.
III. 다수의 고체-상태 전지들을 제조하기 위한 예시적인 방법
일부 응용들에서, 다수의 고체-상태 전지들을, 개별적으로 보다는, 단일 제조 공정으로 제조하는 것이 바람직할 수도 있다. 이 때문에, 개시된 고체-상태 전지들은 롤-투-롤(roll-to-roll) 제조 공정을 이용하여 제조될 수도 있는데, 여기서 다수의 기판들을 포함하는 가요성 롤이 (예컨대, 리소그래피 및/또는 잉크젯 인쇄를 이용하여) 패턴화되고 그리고/또는 하나 이상의 다른 롤들에 접착되어 다수의 기판들 각각으로부터 고체-상태 전지를 형성한다. 그 후에, 다수의 기판들은 서로 분리되어 다수의 고체-상태 전지들을 생성할 수도 있다.
도 4는 일부 실시예들에 따라, 다수의 고체-상태 전지들을 제조하는 방법(400)을 기술하는 플로차트인데, 고체-상태 전지들 각각은 YSZ 기판을 포함한다. 도시된 바와 같이, 방법(400)은 블록 402에서 YSZ의 다수의 기판들을 포함하는 롤을 제공하는 것으로 시작한다. 롤은 임의의 수의 치수들을 취할 수도 있다. 일부 실시예들에서, 롤은 예를 들어, 약 25㎛ 내지 약 40㎛의 두께를 가질 수도 있다. 다른 두께들도 역시 가능하다. 또한, 일부 실시예들에서, 롤은 대략 수 미터의 평면 길이 및/또는 평면 폭을 가질 수도 있다. 예를 들어, 롤의 평면 면적 및 두께를 포함하여, 롤의 치수들은 제조되는 고체-상태 전지들의 응용마다 다를 수도 있다.
롤은 도 1a와 관련하여 기판(102)에 대해 전술한 형태들 중 임의의 것을 취할 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 롤은 YSZ의 층으로 형성될 수도 있다. 이러한 실시예들에서, 다수의 기판들에서의 각각의 기판은 롤의 한 영역에 의해 형성될 수도 있다. 다른 예로서, 일부 실시예들에서, 롤은 금속 또는 세라믹의 층에 부착된 YSZ의 층일 수도 있다. 이러한 실시예들에서, 다수의 기판들에서의 각각의 기판은 롤의 한 영역에 의해 형성될 수도 있다. 롤은 또한 다른 형태들을 취할 수도 있다. 임의의 수의 기판들이 롤에 포함될 수도 있고, 기판들은 임의의 패턴으로 배열될 수도 있다.
방법(400)은 블록 404에서 다수의 기판들에서의 각각의 기판에 대해, 기판 상에 애노드 집전체 및 캐소드 집전체를 형성하는 것으로 계속된다. 각 애노드 집전체는, 예를 들어, 도 1a와 관련하여 애노드 집전체(106)에 대해 전술한 형태들 중 임의의 것을 취할 수도 있다. 유사하게, 각 캐소드 집전체는, 예를 들어, 도 1a와 관련하여 캐소드 집전체(104)에 대해 전술한 형태들 중 임의의 것을 취할 수도 있다. 각 애노드 집전체 및 캐소드 집전체는 도 2와 관련하여 블록 204에 대해 전술한 방식들 중 임의의 것으로 형성될 수도 있다. 대안적으로, 각 애노드 집전체 및 캐소드 집전체는 패턴화(예컨대, 리소그래피 및/또는 잉크젯 인쇄)를 통하여 형성될 수도 있고 그리고/또는 기판들을 포함하는 롤 위에 감겨서 그에 접착된 추가적인 롤 상에서 미리 형성될 수도 있다. 애노드 집전체들 및 캐소드 집전체들은 또한 다른 방식들로 형성될 수도 있다. 애노드 집전체들 및 캐소드 집전체들은 동시에, 순차적으로, 그리고/또는 그룹을 지어 형성될 수도 있다.
방법(400)은 블록 406에서 다수의 기판들에서의 각각의 기판에 대해, LiCoO2의 캐소드를 형성하는 것으로 계속되는데, 여기서 캐소드는 캐소드 집전체와 전기 접촉 상태에 있다. 각 캐소드는 도 1a와 관련하여 캐소드(108)에 대해 전술한 형태들 중 임의의 것을 취할 수도 있다. 또한, 각 캐소드는 도 2와 관련하여 블록 206에 대해 전술한 방식들 중 임의의 것으로 형성될 수도 있다. 대안적으로, 각 캐소드는 패턴화(예컨대, 리소그래피 및/또는 잉크젯 인쇄)를 통하여 형성될 수도 있고 그리고/또는 기판들을 포함하는 롤 위에 감겨서 그에 접착된 추가적인 롤 상에서 미리 형성될 수도 있다. 캐소드들은 또한 다른 방식들로 형성될 수도 있다. 캐소드들은 동시에, 순차적으로, 그리고/또는 그룹을 지어 형성될 수도 있다.
방법(400)은 블록 408에서 다수의 기판들에서의 각각의 기판에 대해, 약 700℃ 내지 약 800℃의 온도에서 캐소드를 어닐링하는 것으로 계속된다. 각 캐소드는 도 2와 관련하여 블록 208에 대해 전술한 방식들 중 임의의 것으로 어닐링될 수도 있다. 캐소드들은 동시에, 순차적으로, 그리고/또는 그룹을 지어 어닐링될 수도 있다.
방법(400)은 블록 410에서 다수의 기판들에서의 각각의 기판에 대해, LiPON의 고체-상태 전해질을 형성하는 것으로 계속된다. 각 고체-상태 전해질은 도 1a와 관련하여 고체-상태 전해질(110)에 대해 전술한 형태들 중 임의의 것을 취할 수도 있다. 또한, 각 고체-상태 전해질은 블록 210에 대해 전술한 방식들 중 임의의 것으로 형성될 수도 있다. 대안적으로, 각 고체-상태 전해질은 패턴화(예컨대, 리소그래피 및/또는 잉크젯 인쇄)를 통하여 형성될 수도 있고 그리고/또는 기판들을 포함하는 롤 위에 감겨서 그에 접착된 추가적인 롤 상에서 미리 형성될 수도 있다. 고체-상태 전해질들은 또한 다른 방식들로 형성될 수도 있다. 고체-상태 전해질들은 동시에, 순차적으로, 그리고/또는 그룹을 지어 형성될 수도 있다.
방법(400)은 블록 412에서 다수의 기판들에서의 각각의 기판에 대해, 리튬의 애노드를 형성하는 것으로 계속되는데, 여기서 애노드는 애노드 집전체와 전기 접촉 상태에 있고, 고체-상태 전해질은 애노드와 캐소드 사이에 형성된다. 각 애노드는 도 1a와 관련하여 애노드(112)에 대해 전술한 형태들 중 임의의 것을 취할 수도 있다. 또한, 각 애노드는 도 2와 관련하여 블록 212에 대해 전술한 방식들 중 임의의 것으로 형성될 수도 있다. 대안적으로, 각 애노드는 패턴화(예컨대, 리소그래피 및/또는 잉크젯 인쇄)를 통하여 형성될 수도 있고 그리고/또는 기판들을 포함하는 롤 위에 감겨서 그에 접착된 추가적인 롤 상에서 미리 형성될 수도 있다. 캐소드들은 또한 다른 방식들로 형성될 수도 있다. 애노드들은 동시에, 순차적으로, 그리고/또는 그룹을 지어 형성될 수도 있다.
일부 실시예들에서, 방법(400)은, 다수의 기판들에서의 각각의 기판에 대해, 애노드를 실질적으로 덮는 보호 코팅을 형성하는 것을 더 포함할 수도 있다. 보호 코팅은, 예를 들어, 도 1a와 관련하여 보호 코팅(114)에 대해 전술한 형태들 중 임의의 것을 취할 수도 있다. 일부 실시예들에서, 각 보호 코팅은 패턴화(예컨대, 리소그래피 및/또는 잉크젯 인쇄)를 통하여 형성될 수도 있고 그리고/또는 기판들을 포함하는 롤 위에 감겨서 그에 접착된 추가적인 롤 상에서 미리 형성될 수도 있다. 보호 코팅들은 또한 다른 방식들로 형성될 수도 있다. 보호 코팅들은 동시에, 순차적으로, 그리고/또는 그룹을 지어 형성될 수도 있다. 대안적으로, 일부 실시예들에서, 보호 코팅이 형성되지 않을 수도 있다.
일부 실시예들에서, 방법(400)은 다수의 기판들에서의 기판들 각각을 서로 분리시킴으로써, 다수의 고체-상태 전지들을 형성하는 것을 더 포함할 수도 있다. 각각의 고체-상태 전지는 각자의 기판을 포함할 수도 있다. 기판들은, 예를 들어 다이 커팅 및/또는 레이저 커팅을 이용하여 분리될 수도 있다. 기판들은 또한 다른 방식들로 분리될 수도 있다.
도 5a 내지 도 5c는 일부 실시예들에 따라, 다수의 고체-상태 전지들을 제조하는 방법을 도시하는데, 고체-상태 전지들 각각은 YSZ 기판을 포함한다. 이 방법은, 예를 들어, 도 4와 관련하여 전술한 방법(400)일 수도 있다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 다수의 기판들(502)을 포함하는 롤(500)이 제공될 수도 있다. 일부 실시예들에서, 롤(500)은 YSZ의 층으로 형성될 수도 있다. 이러한 실시예들에서, 다수의 기판들(502)에서의 각각의 기판은 롤(500)의 한 영역에 의해 형성될 수도 있다. 다른 예로서, 일부 실시예들에서, 롤(500)은 금속 또는 세라믹의 층에 부착된 YSZ의 층일 수도 있다. 이러한 실시예들에서, 다수의 기판들(502)에서의 각각의 기판은 롤(500)의 한 영역에 의해 형성될 수도 있다. 롤(500)은 또한 다른 형태들을 취할 수도 있다. 임의의 수의 기판들이 롤(500)에 포함될 수도 있고, 기판들은 임의의 패턴으로 배열될 수도 있다.
도 5b에 도시된 바와 같이, 다수의 기판들(502)에서의 각각의 기판 상에 고체-상태 전지가 형성될 수도 있다. 특히, 각각의 기판에 대해, 캐소드 집전체(504), 애노드 집전체(506), 캐소드(평면도에서 보이지 않음), 고체-상태 전해질(평면도에서 보이지 않음), 및 애노드(508)가 형성될 수도 있다. 캐소드 집전체(504), 애노드 집전체(506), 캐소드, 고체-상태 전해질 및 애노드(508) 각각은, 도 1a와 관련하여, 각각, 캐소드 집전체(104), 애노드 집전체(106), 캐소드(108), 고체-상태 전해질(110) 및 애노드(112)에 대해 전술한 형태들 중 임의의 것을 취할 수도 있다. 또한, 캐소드 집전체(504) 및 애노드 집전체(506) 각각은 도 4와 관련하여 블록 404에 대해 전술한 방식들 중 임의의 것으로 형성될 수도 있다. 게다가, 캐소드, 고체-상태 전해질 및 애노드(508) 각각은, 도 4와 관련하여, 각각 블록 406, 410 및 412에 대해 전술한 방식들 중 임의의 것으로 형성될 수도 있다. 캐소드 집전체(504), 애노드 집전체(506), 캐소드, 고체-상태 전해질 및 애노드(508) 중 하나 이상이 동일한 제조 단계 동안 형성될 수도 있거나, 또는 각각이 별도의 제조 단계 동안 형성될 수도 있다.
일부 실시예들에서, 애노드들(508) 각각을 실질적으로 덮는 보호 코팅(도시되지 않음)이 추가적으로 형성될 수도 있다. 보호 코팅은, 예를 들어, 도 1a와 관련하여 보호 코팅(114)에 대해 전술한 형태들 중 임의의 것을 취할 수도 있다. 도시된 것과 같은, 다른 실시예들에서, 보호 코팅이 형성되지 않을 수도 있다.
어느 경우에도, 각각의 캐소드 집전체(504), 애노드 집전체(506), 캐소드, 고체-상태 전해질 및 애노드(508)는, 이들이 상부에 형성되는 기판과 함께, 고체-상태 전지를 형성할 수 있다. 도 5c에 도시된 바와 같이, 이어서 고체-상태 전지들이 분리될 수도 있다. 고체-상태 전지들(510) 각각은 각자의 기판을 포함할 수 있다. 고체-상태 전지들(510)은, 예를 들어, 다이 커팅 및/또는 레이저 커팅을 이용하여 분리될 수도 있다. 고체-상태 전지들(510)은 또한 다른 방식들로 분리될 수도 있다.
도 5c의 고체-상태 전지들(510)은 평면도로부터 도시되어 있지만, 각각의 고체-상태 전지는 측면도로부터 도 1a와 관련하여 전술한 고체-상태 전지(100)와 유사하게 나타날 수도 있다. (도 1a의 고체-상태 전지(100)는 보호 코팅(114)을 포함하는 것으로 도시되어 있지만, 고체-상태 전지들(510) 각각은 전술한 바와 같이 보호 코팅을 포함할 수 있거나 포함하지 않을 수도 있다.)
일부 실시예들에서, 고체-상태 전지들(510)의 에너지 밀도를 개선시키기 위해, 고체-상태 전지들(510)이 양면 고체-상태 전지들인 것이 바람직할 수도 있다. 각 양면 고체-상태 전지는 제2 캐소드 집전체, 제2 애노드 집전체, 제2 캐소드, 제2 고체-상태 전해질 및 제2 애노드를 포함할 수도 있다. 제2 캐소드 집전체, 제2 애노드 집전체, 제2 캐소드, 제2 고체-상태 전해질 및 제2 애노드는, 도 1a와 관련하여, 각각, 캐소드 집전체(104), 애노드 집전체(106), 캐소드(108), 고체-상태 전해질(110) 및 애노드(112)에 대해 전술한 형태들 중 임의의 것을 취할 수도 있다. 측면도로부터, 양면 고체-상태 전지들(510) 각각은 도 1b와 관련하여 전술한 양면 고체-상태 전지(100)와 유사하게 나타날 수도 있다. (도 1b의 고체-상태 전지(100)는 보호 코팅들(114, 126)을 포함하는 것으로 도시되어 있지만, 양면 고체-상태 전지들(510) 각각은 전술한 바와 같이 보호 코팅을 포함할 수 있거나 포함하지 않을 수도 있다.)
IV. 결론
다양한 양태들 및 실시예들이 본 명세서에 개시되어 있지만, 다른 양태들 및 실시예들이 관련 기술분야에서의 통상의 기술자에게 자명할 것이다. 본 명세서에 개시된 다양한 양태들 및 실시예들은 예시를 목적으로 한 것이고 제한으로 의도된 것이 아니며, 그 진정한 범주 및 사상은 하기 청구범위에 의해 나타나 있다.

Claims (20)

  1. 고체-상태 전지(solid-state battery)로서,
    이트리아-안정화 지르코니아(yttria-stabilized zirconia, YSZ)로 구성되는 기판;
    상기 기판 상에 형성된 캐소드 집전체;
    상기 기판 상에 형성된 애노드 집전체;
    상기 캐소드 집전체와 전기 접촉 상태에 있는 리튬 코발트 산화물(lithium cobalt oxide)을 포함하는 캐소드;
    상기 애노드 집전체와 전기 접촉 상태에 있는 리튬을 포함하는 애노드; 및
    상기 캐소드와 상기 애노드 사이에 형성된 리튬 인 산질화물(lithium phosphorous oxynitride)을 포함하는 고체-상태 전해질(solid-state electrolyte)
    을 포함하는 고체-상태 전지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기판은 두께가 25㎛ 내지 40㎛인 고체-상태 전지.
  3. 제1항에 있어서, 상기 캐소드는 두께가 10㎛ 내지 15㎛인 고체-상태 전지.
  4. 제1항에 있어서, 상기 애노드를 덮는 보호 코팅을 더 포함하는 고체-상태 전지.
  5. 제4항에 있어서, 상기 보호 코팅은 이산화규소, 알루미나 및 세라믹 중 적어도 하나를 포함하는 고체-상태 전지.
  6. 제1항에 있어서, 상기 애노드 집전체 및 상기 캐소드 집전체 중 적어도 하나는 스테인리스 스틸 또는 니켈을 포함하는 고체-상태 전지.
  7. 삭제
  8. 고체-상태 전지로서,
    이트리아-안정화 지르코니아(YSZ)의 층을 포함하는 기판;
    상기 YSZ의 층의 제1 면과 접촉 상태로 형성된 제1 캐소드 집전체;
    상기 YSZ의 층의 상기 제1 면과 접촉 상태로 형성된 제1 애노드 집전체;
    상기 제1 캐소드 집전체와 전기 접촉 상태에 있는 리튬 코발트 산화물(LiCoO2)을 포함하는 제1 캐소드;
    상기 제1 애노드 집전체와 전기 접촉 상태에 있는 리튬을 포함하는 제1 애노드;
    상기 제1 캐소드와 상기 제1 애노드 사이에 형성된 리튬 인 산질화물(LiPON)을 포함하는 제1 고체-상태 전해질;
    상기 YSZ의 층의 상기 제1 면의 반대편인 제2 면과 접촉 상태로 형성된 제2 캐소드 집전체;
    상기 YSZ의 층의 상기 제2 면과 접촉 상태로 형성된 제2 애노드 집전체;
    상기 제2 캐소드 집전체와 전기 접촉 상태에 있는 LiCoO2를 포함하는 제2 캐소드;
    상기 제2 애노드 집전체와 전기 접촉 상태에 있는 리튬을 포함하는 제2 애노드; 및
    상기 제2 캐소드와 상기 제2 애노드 사이에 형성된 LiPON을 포함하는 제2 고체-상태 전해질
    을 포함하는 고체-상태 전지.
  9. 제8항에 있어서, 상기 기판은 두께가 25㎛ 내지 40㎛인 고체-상태 전지.
  10. 제8항에 있어서, 상기 제1 캐소드 및 상기 제2 캐소드 중 적어도 하나는 두께가 10㎛ 내지 15㎛인 고체-상태 전지.
  11. 제8항에 있어서, 상기 제1 애노드를 덮는 제1 보호 코팅 및 상기 제2 애노드를 덮는 제2 보호 코팅 중 적어도 하나를 더 포함하는 고체-상태 전지.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제1 보호 코팅 및 상기 제2 보호 코팅 중 적어도 하나는 이산화규소, 알루미나 및 세라믹 중 적어도 하나를 포함하는 고체-상태 전지.
  13. 제8항에 있어서, 상기 제1 애노드 집전체, 상기 제1 캐소드 집전체, 상기 제2 애노드 집전체, 및 상기 제2 캐소드 집전체 중 적어도 하나는 스테인리스 스틸 또는 니켈을 포함하는 고체-상태 전지.
  14. 고체-상태 전지의 제조 방법으로서,
    이트리아-안정화 지르코니아(YSZ)로 구성되는 기판 상에 애노드 집전체 및 캐소드 집전체를 형성하는 단계;
    리튬 코발트 산화물을 포함하는 캐소드를 형성하는 단계 - 상기 캐소드는 상기 캐소드 집전체와 전기 접촉 상태에 있음 -;
    700℃ 내지 800℃의 온도에서 상기 캐소드를 어닐링하는 단계;
    리튬 인 산질화물을 포함하는 고체-상태 전해질을 형성하는 단계; 및
    리튬을 포함하는 애노드를 형성하는 단계 - 상기 애노드는 상기 애노드 집전체와 전기 접촉 상태에 있고, 상기 고체-상태 전해질은 상기 애노드와 상기 캐소드 사이에 형성됨 -
    를 포함하는, 고체-상태 전지의 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 애노드를 덮는 보호 코팅을 형성하는 단계를 더 포함하는, 고체-상태 전지의 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 보호 코팅은 이산화규소, 알루미나 및 세라믹 중 적어도 하나를 포함하는, 고체-상태 전지의 제조 방법.
  17. 제14항에 있어서, 상기 애노드 집전체 및 상기 캐소드 집전체 중 적어도 하나는 스테인리스 스틸 또는 니켈을 포함하는, 고체-상태 전지의 제조 방법.
  18. 삭제
  19. 복수의 기판들을 포함하는 롤(roll)을 처리하는 방법으로서, 상기 복수의 기판들 중 각각의 기판은 이트리아-안정화 지르코니아로 구성되고, 상기 방법은
    상기 복수의 기판들 중 각각의 기판에 대해:
    상기 기판 상에 애노드 집전체 및 캐소드 집전체를 형성하는 단계,
    리튬 코발트 산화물을 포함하는 캐소드를 형성하는 단계 - 상기 캐소드는 상기 캐소드 집전체와 전기 접촉 상태에 있음 -,
    700℃ 내지 800℃의 온도에서 상기 캐소드를 어닐링하는 단계,
    리튬 인 산질화물을 포함하는 고체-상태 전해질을 형성하는 단계, 및
    리튬을 포함하는 애노드를 퇴적하는 단계 - 상기 애노드는 상기 애노드 집전체와 전기 접촉 상태에 있고, 상기 고체-상태 전해질은 상기 애노드와 상기 캐소드 사이에 형성됨 -; 및
    상기 복수의 기판들 중 각각의 기판을 분리시킴으로써, 복수의 고체-상태 전지들을 형성하는 단계
    를 포함하는, 복수의 기판들을 포함하는 롤을 처리하는 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 복수의 기판들 중 각각의 기판에 대해, 상기 애노드 각각을 덮는 보호 코팅을 형성하는 단계를 더 포함하는, 복수의 기판들을 포함하는 롤을 처리하는 방법.
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