KR102072534B1 - 배터리 장치용 비정질 캐소드 재료 - Google Patents

배터리 장치용 비정질 캐소드 재료 Download PDF

Info

Publication number
KR102072534B1
KR102072534B1 KR1020177010636A KR20177010636A KR102072534B1 KR 102072534 B1 KR102072534 B1 KR 102072534B1 KR 1020177010636 A KR1020177010636 A KR 1020177010636A KR 20177010636 A KR20177010636 A KR 20177010636A KR 102072534 B1 KR102072534 B1 KR 102072534B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
cathode material
thin film
solid state
thickness
battery device
Prior art date
Application number
KR1020177010636A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20170056014A (ko
Inventor
앤 마리 사스트리
자-웨이 왕
옌-훙 천
현철 김
샹 춘 장
명도 정
Original Assignee
삭티3, 인크.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삭티3, 인크. filed Critical 삭티3, 인크.
Publication of KR20170056014A publication Critical patent/KR20170056014A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102072534B1 publication Critical patent/KR102072534B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0413—Large-sized flat cells or batteries for motive or stationary systems with plate-like electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0436—Small-sized flat cells or batteries for portable equipment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0402—Methods of deposition of the material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0402—Methods of deposition of the material
    • H01M4/0421—Methods of deposition of the material involving vapour deposition
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/483—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides for non-aqueous cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/485—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of mixed oxides or hydroxides for inserting or intercalating light metals, e.g. LiTi2O4 or LiTi2OxFy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/5825—Oxygenated metallic salts or polyanionic structures, e.g. borates, phosphates, silicates, olivines
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M6/00—Primary cells; Manufacture thereof
    • H01M6/40—Printed batteries, e.g. thin film batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H01M10/0585—Construction or manufacture of accumulators having only flat construction elements, i.e. flat positive electrodes, flat negative electrodes and flat separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/021—Physical characteristics, e.g. porosity, surface area
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/10—Batteries in stationary systems, e.g. emergency power source in plant
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/30—Batteries in portable systems, e.g. mobile phone, laptop
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0065—Solid electrolytes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

다층 박막 고상 배터리 장치를 제조하는 방법. 이 방법 단계는 기판 부재, 장벽 재료, 제 1 전극 재료, 캐소드 재료의 두께, 전해질, 애노드 재료, 및 제 2 전극 재료의 층을 형성하는 단계를 포함하지만 이것에 한정되지 않는다. 장벽 재료를 형성하는 단계는 활성 금속 종의 상기 기판 부재로의 이동을 실질적으로 차단하도록 구성되고, 장벽 열화 온도를 특징으로 하는 폴리머 재료를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 캐소드 재료를 형성하는 단계는 공간 체적이 캐소드 재료의 외부 경계 영역을 특징으로 하도록 약 -40 ℃ 내지 500 ℃의 온도를 유지하면서 비정질 특성을 갖는 캐소드 재료를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 이 방법은 얻어진 박막 고상 배터리를 이송하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

배터리 장치용 비정질 캐소드 재료{AMORPHOUS CATHODE MATERIAL FOR BATTERY DEVICE}
본 발명은 일반적으로 박막 전기화학 에너지 저장 장치 또는 고상 배터리 장치를 제조하는 것에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 몇 가지 특징 중 특히 개선된 캐소드 재료를 위한 기술을 제공한다. 더 상세히 설명하면, 본 발명은 고상 배터리 장치의 제조를 위한 다수의 활성층 및 중간층을 사용하는 기술을 제공한다.
일반적인 전기-화학 전지는 종종 액체 전해질을 사용한다. 이러한 전지는 통상적으로 많은 종래의 용도에서 사용된다. 전기-화학 전지를 제조하기 위한 대안적 기술은 고상 전지를 포함한다. 이러한 고상 전지는 일반적으로 실험 상태에 있고, 제조가 어렵고, 대규모로 성공적으로 생산되지 못했다. 유망하기는 하지만, 고상 전지는 전지 구조 및 제조 기술의 한계로 인해 실현되지 못하였다. 이러한 한계 및 기타의 한계는 본 명세서의 전체를 통해 특히 이하에서 설명된다.
상기로부터, 고상 전지의 제조를 개선하기 위한 기술이 매우 바람직한 것으로 보인다.
본 발명에 따르면, 박막 전기화학 에너지 저장 장치 또는 고상 배터리 장치를 제조하기 위한 기술이 포함된다. 특히, 본 발명은 몇 가지 특징 중 특히 개선된 캐소드 재료를 위한 기술을 제공한다. 더 상세히 설명하면, 본 발명은 후속 층을 위한 응력 완화 수단, 열 제어 수단, 이온 확산 방지 수단, 이온 확산 강화 수단, 전기 전도 수단, 전기 절연 수단, 접착 수단, 또는 가장 중요한 평탄화 수단의 역할을 하는 다수의 활성층 및 박막 중간층을 사용함으로써 더 우수한 성능 및 더 긴 사이클 수명을 달성하기 위한 박막 전기화학 에너지 저장 장치 또는 모든 고상 장치를 제조하기 위한 방법을 제공한다. 이러한 장치의 성능은 전기-화학 변환 효율, 광기전 변환 효율, 전기 전도, 전기 절연, 또는 고/저 온도 동작 능력 중 하나일 수 있다.
박막 에너지 저장 장치, 및 본 발명의 방법이 적용될 수 있는 모든 고상 장치는 태양전지 패널, 가정용 전자 장치, 차량, 또는 배전망과 같은 다양한 용도를 위해 사용될 수 있고, 여기서 상기 가정용 전자 장치는 디스플레이 장치, MP3 플레이어, 스마트폰, 태블릿, 랩톱 컴퓨터, 스마트워치, 활동 추적장치, 및 기타 웨어러블 장치를 포함하지만 이것에 한정되지 않고, 상기 차량은 하이브리드 전기 버스, 전기 버스, 하이브리드 전기 자동차, 전기 자동차, 전기 자전거, 전기 오토바이, 전기 스쿠터, 전기 골프 카트, 열차, 선박, 비행기, 전기 비행기, 헬리콥터, 무인 항공기, 전기 무인 항공기, 드론, 기타 항공기, 우주 정거장, 우주 왕복선, 우주선, 인공위성, 무인 우주선, 기타 우주선, 및 기타 하이브리드 전기 차량, 플러그-인 하이브리드 전기 차량, 및 전기 차량을 포함하지만 이것에 한정되지 않고, 상기 배전망은 주택, 상업용 건물 및 공동체를 위한 독립형 미세 배전망 및 중앙집중식 배전망을 포함하지만 이것에 한정되지 않는다. 또한, 이러한 에너지 저장 장치는 원격통신 시스템, 셀폰 및 안테나 타워, 데이터 센터, 및 무정전 전력 공급장치에 사용될 수 있다.
일 실시례에서, 캐소드 재료는 다분산 일반화된 원추의 임의의 조합의 형태를 취하는 관찰가능한 불연속부를 생성하도록 침착될 수 있고, 관찰가능한 불연속부는 기판에 대한 원추 표면의 경사의 변화에 따라 다양하게 플레이트리트(platelet), 원추, 반전된 원추 또는 직원주, 표면 불연속부일 수 있고, 표면 불연속부는 균열, 연속 또는 불연속 다면체 요소, 구멍, 균열 또는 기타 결함, 첨가제, 침착층, 무엇보다 3 차원의 불규칙 침착된 다면체 구조들과의 조합으로의 임의의 전술한 기하학적 형상으로 다양하게 나타난다. 물론, 다른 변형, 개조, 및 대안이 있을 수 있다.
일 실시례에서, 본 발명은 다층 박막 고상 배터리 장치를 제조하는 방법을 제공할 수 있다. 본 방법에 포함되는 단계는 기판 부재를 제공하는 단계, 장벽 재료를 형성하는 단계, 제 1 전극 재료를 형성하는 단계, 캐소드 재료의 두께를 형성하는 단계, 전해질을 형성하는 단계, 애노드 재료를 형성하는 단계, 제 2 전극 재료를 형성하는 단계, 및 박막 고상 배터리 장치를 이송하는 단계를 포함하지만, 이것에 한정되지 않는다.
일 실시례에서, 기판 부재는 표면 영역을 포함할 수 있고, 융점 온도를 특징으로 할 수 있다. 장벽 재료는 기판 부재의 표면 영역을 피복하도록 형성될 수 있다. 이 장벽 재료는 폴리머 재료를 포함할 수 있고, 활성 금속 종의 기판 부재로의 이동을 실질적으로 차단하도록 구성될 수 있다. 또한, 장벽 재료는 장벽 열화 온도를 특징으로 할 수 있다. 제 1 전극 재료는 또한 표면 영역을 피복하도록 형성될 수 있다.
일 실시례에서, 캐소드 재료의 두께는 비정질 특성을 가질 수 있다. 이 캐소드 재료의 형성은 -40 ℃ 내지 500 ℃ 범위의 온도를 유지하면서 실행될 수 있다. 또한, 캐소드 재료의 형성은 공간 체적이 캐소드 재료의 외부 경계 영역을 특징으로 하도록 실행되고, 캐소드 재료의 두께는 1.E-18 m2/s 내지 1.E-4 m2/s 범위의 값을 갖는 유효 확산도를 특징으로 하고, 캐소드 재료는 공극 영역이 공간 체적의 0.001% 내지 80%인 것을 특징으로 한다.
구체적 실시례에서, 캐소드 재료의 두께는 비정질 재료의 제 1 두께 및 재료의 제 2 두께를 포함할 수 있다. 캐소드 재료의 제 1 두께는 제 2 두께보다 두껍고, 비정질 재료의 제 1 두께는 재료의 제 2 두께와 상이한 구조일 수 있다. 이 캐소드 재료는 또한 표면 형태를 포함할 수 있다. 구체적 실시례에서, 유효 확산도는 제 1 두께의 제 1 확산도 및 제 2 두께의 제 2 확산도를 포함한다.
구체적 실시례에서, 캐소드 재료는 리튬 종을 포함하고, 이 리튬 종은 LiSON, LixLa1-xZrO3(0<x<1), LixLa1-xTiO3(0<x<1), LiAlGePO4, LiAlTiPO4, LiSiCON, Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3, 0.5LiTaO3+0.5SrTiO3, Li0.34La0.51TiO2.94, LiAlCl4, Li7SiPO8, Li9AlSiO8, Li3PO4, Li3SP4, LiPON, Li7La3Zr2O12, Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3, Li6PS5Cl, 또는 Li5Na3Nb2O12 중 하나 이상으로부터 선택된다. 이 캐소드 재료는 1.E-12 S/m 내지 1.E6 S/m 범위의 전도율, C/100 내지 100C 범위의 C 레이트(rate), 0% 내지 50% 결정도 범위의 XRD 피크 대 총 비율, 및 공간 영역 내에 구성된 0.1nm 내지 100 nm 범위의 평균 결정 크기를 특징으로 할 수 있다.
일 실시례에서, 전해질은 캐소드 재료를 피복하도록 구성될 수 있다. 애노드 재료는 전해질을 피복하도록 형성될 수 있고, 제 2 전극 재료는 애노드 재료를 피복하도록 형성될 수 있다. 다음에 본 방법은 50 와트-시/리터 내지 3000 와트-시/리터 범위의 에너지 밀도를 특징으로 하는 얻어진 박막 고상 배터리 장치를 이송하는 단계를 포함할 수 있다.
종래의 기술에 대비되는 이점이 달성된다. 특정 실시형태에 따라, 이들 이점 중에서 하나 이상이 달성될 수 있다. 바람직한 실시형태에서, 본 발명은 장벽 영역을 포함하는 적절한 고상 배터리 구조를 제공한다. 바람직하게는, 캐소드 재료는 전기화학 전지를 위한 개선된 전력 밀도를 제공하도록 구성된다. 본 캐소드 재료는 종래의 공정 기술을 이용하여 제조될 수 있다. 물론, 다른 변형, 개조, 및 대안이 있을 수 있다.
본 발명은 공지된 공정 기술의 맥락에서 이러한 이점 및 다른 이점을 달성한다. 그러나, 본 발명의 본질 및 장점에 대한 더 깊은 이해는 명세서의 후반 부분과 첨부된 도면을 참조하여 실현될 수 있다.
본 발명을 더 충분히 이해하기 위해, 첨부된 도면을 참조한다. 이들 도면이 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안되며, 본 발명의 현재 개시된 실시형태 및 현재 이해되는 최적의 양태를 첨부한 도면을 사용하여 더 상세히 설명한다.
도 1a는 본 발명의 실시형태에 따른 박막 전기화학 에너지 저장 전지의 단순화된 단면도이다.
도 1b는 본 발명의 실시형태에 따른 전해질과 애노드 층 사이의 브릿지 영역 상의 추가의 확산 장벽층을 가진 개조된 박막 전기화학 전지의 단순화된 단면도이다.
도 2a는 본 발명의 실시형태에 따른 박막 전기화학 에너지 저장 전지의 단순화된 단면도이다.
도 2b는 본 발명의 실시형태에 따른 박막 전기화학 에너지 저장 전지의 사진이다.
도 2c는 본 발명의 실시형태에 따른 도 2a에 도시된 개략도와 동일한 영역의 현미경 사진이다.
도 2d 및 도 2e는 본 발명의 실시형태에 따른 시험편의 저부로부터 빛이 비춰지는 도 2a의 개략도와 동일한 영역의 현미경 사진이다.
도 2f는 본 발명의 실시형태에 따른 도 2c에 도시된 "브릿지" 영역의 주사형 전자 현미경 사진이다.
도 3a는 본 발명의 실시형태에 따른 브릿지 영역 상에 침착된 추가의 확산 장벽층을 구비한 3 개의 영역을 갖는 박막 전기화학 에너지 저장 전지의 단순화된 단면도이다.
도 3b는 본 발명의 실시형태에 따른 도 3a에 도시된 모든 3 개의 영역의 전역에 걸친 초기의 애노드 표면을 도시하는 그래프이다.
도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 실시형태에 따라 형성된 전기화학 전지 층을 도시한 각각의 공정 단계의 단순화된 단면도를 도시한다.
도 5a는 본 발명의 실시형태에 따른 캐소드 재료의 예시의 단순화된 단면도이다.
도 5b 본 발명의 실시형태에 따른 비정질 캐소드 재료의 예시의 단순화된 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시형태에 따른 캐소드 재료의 예시의 단순화된 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시형태에 따른 캐소드 재료의 예시의 단순화된 단면도이다.
도 8은 본 발명의 실시형태에 따른 캐소드 재료의 예시의 단순화된 단면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 실시례에서 다양한 배터리 장치에 대한 캐소드 특성을 예시하는 표이다.
도 10은 본 발명의 실시례에 따른 캐소드 장치를 위한 다양한 리튬 함유 종을 위한 결정질 및 비정질 구조를 예시하는 표이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시례에 따른 캐소드 장치를 위한 본 발명의 실시례에 따른 캐소드 장치를 위한 다양한 리튬 함유 종을 위한 결정질 및 비정질 구조를 예시하는 표이다.
도 12 내지 도 19는 본 발명의 실시형태에 따른 캐소드 장치를 위한 다양한 리튬 함유 종을 위한 결정질 및 비정질 구조를 예시한다.
도 20 내지 도 22는 본 발명의 실시례에 따른 실험 결과에 기초한 값이다.
도 23은 본 발명의 실시례에서 캐소드 재료의 이미지를 예시한다.
도 24는 본 발명의 대안적 실시례에서 캐소드 재료의 이미지를 예시한다.
도 25는 본 발명의 바람직한 실시례에서 캐소드 재료의 이미지를 예시한다.
본 발명에 따르면, 박막 전기화학 에너지 저장 장치 또는 고상 배터리 장치를 제조하기 위한 기술이 포함된다. 특히, 본 발명은 몇 가지 특징 중 특히 개선된 캐소드 재료를 위한 기술을 제공한다. 더 상세히 설명하면, 본 발명은 고상 배터리 장치의 제조를 위한 다수의 활성층 및 중간층을 사용하는 기술을 제공한다.
본 발명은 박막 전기화학 에너지 저장 장치 및 고상 장치 제조에 관련된 기술을 사용한다. 더 상세히 설명하면, 본 발명은 후속 층을 위한 응력 완화 수단, 열 제어 수단, 이온 확산 방지 수단, 이온 확산 강화 수단, 전기 전도 수단, 전기 절연 수단, 접착 수단, 또는 가장 중요한 평탄화 수단의 역할을 하는 다수의 활성층 및 박막 중간층을 사용함으로써 더 우수한 성능 및 더 긴 사이클 수명을 달성하기 위한 박막 전기화학 에너지 저장 장치 또는 모든 고상 장치를 제조하기 위한 방법을 제공한다. 이러한 장치의 성능은 전기-화학 변환 효율, 광기전 변환 효율, 전기 전도, 전기 절연, 또는 고/저 온도 동작 능력 중 하나일 수 있다.
박막 에너지 저장 장치, 및 본 발명의 방법이 적용될 수 있는 모든 고상 장치는 태양전지 패널, 가정용 전자 장치, 차량, 또는 배전망과 같은 다양한 용도를 위해 사용될 수 있고, 여기서 상기 가정용 전자 장치는 디스플레이 장치, MP3 플레이어, 스마트폰, 태블릿, 랩톱 컴퓨터, 스마트워치, 활동 추적장치, 및 기타 웨어러블 장치 또는 의료 장치를 포함하지만 이것에 한정되지 않고, 상기 차량은 하이브리드 전기 버스, 전기 버스, 하이브리드 전기 자동차, 전기 자동차, 전기 자전거, 전기 오토바이, 전기 스쿠터, 전기 골프 카트, 열차, 선박, 비행기, 전기 비행기, 헬리콥터, 무인 항공기, 전기 무인 항공기, 드론, 기타 항공기, 우주 정거장, 우주 왕복선, 우주선, 인공위성, 무인 우주선, 기타 우주선, 및 기타 하이브리드 전기 차량, 플러그-인 하이브리드 전기 차량, 및 전기 차량을 포함하지만 이것에 한정되지 않고, 상기 배전망은 주택, 상업용 건물 및 공동체를 위한 독립형 미세 배전망 및 중앙집중식 배전망을 포함하지만 이것에 한정되지 않는다. 또한, 이러한 에너지 저장 장치는 원격통신 시스템, 셀폰 및 안테나 타워, 데이터 센터, 및 무정전 전력 공급장치에 사용될 수 있다.
특정 실시형태에서, 본 발명은 박막 전기화학 에너지 저장 시스템 또는 모든 고상 박막 장치에서 결함을 피복하여 파괴를 방지하기 위해 평탄화 층을 사용하는 방법을 제공한다. 결함은 이전 층의 표면에 발생된 거칠기, 핀홀 및 균열을 지칭한다. 이들 결함은 2 개의 연속적으로 연결된 층들 사이의 불량한 연결로 인해 높은 접촉 저항을 유발할 수 있다. 이것은 또한 불량한 접착으로 인해 층간박리를 초래할 수 있다. 또한,이것은 제조 공정 중에 유발된 온도 차이로 인해, 또는 주기적 부하 시의 온도 차이 또는 집중 차이에 기인되는 체적 팽창으로 인해 유발된 변형으로 인해 피로 또는 기계적 파괴를 초래할 수 있다. 이러한 평탄화 층은 이전에 침착된 층의 표면 상의 결함을 평탄화하기 위해 박막 관련 침착 공정을 사용하여 침착된다. 이러한 평탄화 층의 기능은 결함을 완화하고, 기계적 파괴를 방지하고, 산소 종, 물 종, 질소 종, 및 이산화탄소 종이 제 1 전기화학/전기 활성층 중 어느 하나 내로 확산하는 것을 방지하고, 제 2 층을 포함하는 임의의 재료가 제 1 층과 결합되거나, 합금되거나, 혼합되거나 또는 복합체를 형성하는 것을 방지하는 것을 포함하지만, 이것에 한정되지 않는다. 또한, 결함이 평탄화되므로, 따라서 후속 침착층은 더 우수한 기초 및 더 우수한 접착성을 가질 수 있으므로 박막 구성요소 층의 더 우수한 균일성을 달성할 수 있다. 박막 에너지 저장 장치 또는 불활성 물리적 특성을 갖는 기타 고상 장치 내의 전기화학/전기 활성층(들)의 결함을 피복하는 중간의 박막 평탄화 층을 형성하기 위해 사용되는 재료는 그 기능에 기초하여 4 개의 그룹으로 분류될 수 있으나, 이것에 제한되지 않는다.
A. 낮은 전기/열 전도율을 갖는 전기/열 절연체 또는 화학적 불활성체로서의 기능;
B. 높은 열 전도율을 갖는 높은 열 전도체로서의 기능;
C. 낮은 이온 종 확산도 또는 반응성을 갖는 내습층으로서의 기능;
D. 응력 집중을 완화시키고, 접촉 저항을 감소시키기 위해 높은 습윤성(wettability) 및 이전 층과의 우수한 접착력을 갖는 평탄화 층으로서의 기능.
대안적 실시형태에서, 고상 배터리 또는 불활성 특성을 갖는 기타 고상 박막 장치 내의 제 1 전기화학/전기 활성층(들)을 피복하기 위한 중간의 하나 이상의 박막 평탄화 층을 형성하기 위해 사용되는 재료는 결함을 완화하고, 전기화학/전기 활성층 내로 산소 종, 물 종, 질소 종, 및 이산화탄소 종의 확산에 의한 기계적 파괴를 방지하고, 이러한 중간의 하나 이상의 박막층에기인되어 제 1 층과 결합하거나, 합금되거나, 혼합되거나, 복합체를 형성하는 것에 기인된 오염을 방지하기 위한 것이다. 이러한 평탄화 층을 형성하기 위한 재료의 선택은 그 의도에 밀접하게 의존한다. 이러한 평탄화 층이 또한 전기/열 절연체, 또는 화학 불활성체를 위해 사용되는 경우, 이 평탄화 층을 위한 재료는 소다석회 유리, 보로실리케이트 유리, LiAlCl4 구조, β 또는 β''-알루미나 구조, 또는 페로브스카이트형(perovskite-type) 구조와 유사한 NASICON, aLixPO4-bLi2S-cSiS2 (여기서, a+b+c = 1), LiSON, LixLa1-xZrO3(0<x<1), LixLa1-xTiO3(0<x<1), LiAlGePO4, LiAlTiPO4, LiSiCON, Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3, 0.5LiTaO3+0.5SrTiO3, Li0.34La0.51TiO2.94, LiAlCl4, Li7SiPO8, Li9AlSiO8, Li3PO4, Li3SP4, LiPON, Li7La3Zr2O12, Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3, Li6PS5Cl, Li5Na3Nb2O12; 또는 일련의 폴리머: PEO, 올리고머 에틸렌 산화물 기 및 올리고머 에틸렌 산화물 기들 사이의 교번 위치에 분포된 실리콘계의 기를 포함하는 세라믹 그룹으로부터 선택될 수 있으나, 이것에 한정되지 않는다. 이러한 평탄화 층이 또한 높은 열 전도체를 위해 사용되는 경우, 이러한 층을 위한 재료는 알루미늄 산화물, 알루미늄 질화물, 지르코늄 이산화물(지르코니아), 마그네슘 산화물, 이트륨 산화물, 칼슘 산화물, 세륨 (III) 산화물 및 붕소 질화물의 세라믹 그룹으로부터 선택될 수 있으나, 이것에 한정되지 않는다. 이러한 평탄화 층이 또한 내습용으로 사용되는 경우, 이 평탄화 층을 위한 재료는 금속, 유리, 세라믹, 운모, 실리콘(silicone) 수지, 석면, 아크릴, 디알릴 프탈레이트, 및 플라스틱 수지의 그룹으로부터 선택될 수 있으나, 이것에 한정되지 않는다.
본 발명의 대안적 실시형태에서, 고상 배터리 또는 불활성 특성을 갖는 기타 고상 장치 내의 제 1 전기화학/전기 활성층(들)을 피복하기 위한 중간의 하나 이상의 박막 평탄화 층을 형성하기 위해 사용되는 재료는
결함을 완화하고, 제 1 전기화학/전기 활성층(들) 내로 산소 종, 물 종, 질소 종, 및 이산화탄소 종의 확산을 방지하는 것을 포함(그러나, 이것이 한정되지 않음)하는 기계적 파괴를 방지하고, 제 2 층을 포함하는 임의의 재료가 제 1 층과 결합하거나, 혼합되거나, 또는 복합체를 형성하는 것을 방지하기 위한 것이다.
평탄화 층을 형성하는 침착 방법의 선택은 형성될 필요가 있는 재료의 유형, 생성하고자 하는 재료 특성의 유형, 및 형성하고자 하는 재료의 미세구조의 유형에 의존한다. 이러한 방법은 열 증발, 상변화 액체 공급기 보조식 열 증발, 전자빔 증착, 무선 주파수 마그네트론 스퍼터링, 직류 마그네트론 스퍼터링, 물리 증착(PVD), 화학 증착, 저압 화학 증착(LPCVD), 원자 층 침착(ALD), DLW(direct laser writing), 스퍼터링, 마이크로파 플라즈마 화학 증착(MPECVD), 펄스 레이저 침착(PLD), 나노임프린트(nanoimprint), 이온 주입, 레이저 어블레이션(ablation), 스프레이 침착, 스프레이 열분해, 스프레이 코팅 및 플라즈마 스프레이를 포함하지만, 이것에 한정되지 않는다. 적층식 전지 또는 단일층 전지의 침착 후에, 고상 배터리 장치 또는 서브유닛은 적층된 전지 또는 층들 사이의 분리 층 또는 평탄화 층으로서 작용하는 특정 층을 연소 또는 산화시키기 위해 적어도 60 분 동안 목표 온도까지 급속히 가열될 수 있다.
대안적 실시형태에서, 하나 이상의 평탄화 층이 핀홀 및 균열을 충전시키기 위해 사용된다. 이들 평탄화 층의 두께, 순서 및 선택은 결함의 치수 및 선행 층의 재료의 유형에 의존한다. 또한, 이러한 평탄화 층의 미세구조의 유형은 자체의 재료 특성을 변경시킬 수 있다. 증발 방법의 유형, 배경 가스, 기판, 증발원의 온도가 막의 최종 제품의 미세구조에 밀접하게 관련되므로 적절한 증발 방법을 신중하게 선태해야 한다. 침착 공정 중에 유발되는 접촉 저항 및 잔류 응력은 감소될 수 있고, 평탄화 층의 평평한 표면은, 일단 선행 층의 균열, 핀홀 및 거칠기가 평탄화 층에 의해 평탄화되면, 장치 내의 평면 치수에서 후속 층들의 균일성을 위한 기초를 제공한다.
다른 특정 실시형태에서, 본 발명은 종의 확산이나 전자의 전도를 제한하기 위해 이종 재료의 다른 층을 피복하는 하나 이상의 불활성 층을 사용하는 방법을 제공하며, 여기서 상기 층의 적층 순서는 단일 적층으로 또는 1회 이상 반복하여 실시된다. 이 불활성 층은 박막 에너지 저장 장치 또는 모든 고상 장치 내의 층의 전체를 통해 강한 반응성 종의 확산을 방지하기 위해 사용된다. 불활성 층이 제어하려고 하는 강한 반응성 종은 리튬 원자, 리튬 이온, 양성자, 나트륨 이온, 및 포타슘 이온, 또는 기타 이온 종을 포함하지만, 이것에 한정되지 않는다. 이 불활성 층은 강한 반응성 종이 거의 확산되지 않도록 강한 반응성 종에 대해 1x10-17m2/s 미만의 이온 확산 계수를 갖는 폴리머 재료, 알루미늄 산화물, 및 기타 세라믹을 포함하는 재료로부터 선택되지만, 이것에 한정되지 않는다. 불활성 층의 다른 기능은 전자의 전도를 방지하는 것이며, 여기서 불활성 층은 전자가 이들 층을 통해 거의 전도되지 않도록 폴리머 재료를 포함하는 재료로부터 선택되지만, 이것에 한정되지 않는다. 이들 2 개의 그룹의 재료 층을 교번함으로써 이온 종 및 전자 모두를 제어할 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 실시형태에서, 박막 에너지 저장 장치 또는 모든 고상 장치의 전기/전기화학 활성층 상에 중첩되는 하나 이상의 박막 평탄화 층은 고온 하에서의 장치의 작동, 화학적 열화 및 물리적 열화를 포함한 열악한 환경에 대한 저항성, 및 전기 절연의 제공을 가능하게 한다. 이러한 목적을 달성하기 위해, 다음의 수 개의 박막층이 서로 중첩되어 침착되어 기능적 유닛을 형성하였다. 즉, 고상 전기화학 에너지 저장 장치 또는 전자 장치의 비평면적 전기/전기화학 활성층과 연속적인 물리적 접촉 상태인 단일 박막 접착제 층; 선행 접착제 층 상에 중첩하여 침착된, 그리고 이 장치 내에서 허용 온도가 유지되도록 장치 내부에서 발생된 열을 외부 환경으로 수송하기 위해 히트싱크 위치까지 와이어로 연결된 다른 하나 이상의 열전도층; 본 장치가 고온 방출기의 주위에 장착되거나 설치된 경우에 이 방출기로부터의 열이 제어되어 본 장치 내로 전도될 수 없도록 열전도층 상에 중첩되어 침착된 추가의 하나 이상의 상대적 단열층; 마지막으로, 이 유닛이 환경에 노출되어 있는지, 또는 온도 제어된 다른 장치의 내부에 여전히 매립되어 있는지의 여부에 따라 선행 열전도층 또는 단열층 상에 침착된 보호층. 온도 제어에 사용되는 이 기능적 유닛이 박막 에너지 저장 장치 또는 모든 고상 장치의 내부에 있을 때, 이 유닛은 2 개의 기능적 활성층들 사이에 개재될 수 있다. 그렇지 않으면, 이 기능적 유닛의 보호층은 외부 환경을 향할 것이다.
다른 대안적 실시형태에서, 본 발명은 고온 하에서의 장치의 작동, 화학적 열화 및 물리적 열화를 포함한 열악한 환경에 대한 저항성, 및 전기 절연의 제공을 가능하게 하는 박막 에너지 저장 장치 또는 모든 고상 장치의 전기/전기화학 활성층 상에 중첩되는 하나 이상의 박막 평탄화 층을 사용하는 방법을 제공한다. 이러한 목적을 달성하기 위해, 수 개의 박막층이 중첩 상태로 순차적으로 침착되어 기능적 유닛을 형성하며, 그 순서는 다음과 같다.
A. 단일 박막 접착제;
B. 하나 이상의 열전도층;
C. 추가의 하나 이상의 상대적 단열층;
D. 및 보호층(필요한 경우).
이 접착제 층은 500 옹스트롬 미만의 총 두께를 가지며, 이 접착제 층의 재료는 부틸, 스티렌 부타디엔, 페놀, 폴리설파이드, 실리콘, 또는 네오프렌과 같은 탄성중합체의 그룹; 폴리(에틸렌 산화물)(PEO), 폴리(프로필렌 산화물)(PPO), 폴리(에틸렌 글리콜)(PEG), 폴리(비닐리덴 불화물)(PVdF), 폴리(아크릴로니트릴)(PAN), 폴리(메틸 메타크릴레이트)(PMMA), 폴리(비닐리덴 불화물-헥사플루오로프로필렌)(PVdF-co- HFP)와 같은 폴리머 그룹으로부터 선택되는 폴리머 내의 금속염(AX)(여기서, A+는 양극 이온이며, Li+, Na+, Mg2 + 등의 금속의 그룹으로부터 선택되지만 이것에 한정되지 않고, X-는 음극 이온(I-, Cl-, Br-, ClO4 -, CF3SO3 -,BF4 -, 및 AsF6 -)이지만, 이것에 한정되지 않음)과 같은 폴리머 전해질의 그룹; 시아노아크릴레이트, 폴리에스터, 에폭시, 페놀, 폴리미드, 폴리비닐아세테이트, 폴리비닐 아세탈, 폴리아미드, 아크릴과 같은 플라스틱폴리머의 그룹; 탄성중합체 및 플라스틱폴리머의 온도 범위가 적합하지 않은 경우에 지르코늄 산화물, 루테늄 산화물, 로듐 산화물, 이리듐 산화물, 오스뮴 산화물, 지르코늄 붕화물, 타이타늄 질화물, 텅스텐 탄화물, 탄탈럼 질화물, 텅스텐 질화물, 타이타늄 붕화물, 탄탈럼 붕화물, 텅스텐 붕화물, 납-알칼리 보로실리케이트와 같은 세라믹 또는 유리의 그룹으로부터 선택되거나, 지르코늄, 타이타늄, 로듐, 이리듐, 오스뮴, 또는 팔라듐의 금속 그룹으로부터 선택된다. 이 하나 이상의 열전도층은 선행 접착제 층 상에 중첩하여 침착되며, 이들 층은 1 마이크론 미만의 총 두께를 갖는다. 본 장치의 외부로 열을 전도하기 위한 재료의 유형은 알루미늄 산화물, 알루미늄 질화물, 붕소 질화물, 아연 산화물, 인듐 주석 산화물 및 운모와 같은 세라믹 그룹; 또는 알루미늄, 은 구리, 아연, 인듐, 주석과 같은 금속의 그룹으로부터 선택될수 있다. 다음에, 고온이 본 장치 내로 방출되지 않도록 고온 방출기 장치가 본 장치의 부근에 있으므로 추가의 하나 이상의 상대적 단열 중간층은 열전도층 상에 중첩되어 침착된다. 이러한 상대적 단열 중간층은 필요한 경우 1 마이크론 미만의 두께를 갖는다. 단열을 위해 사용될 수 있는 재료의 유형은 소다석회, 운모, 및 보로실리케이트와 같은 세라믹의 그룹; 알루미늄, 은 구리, 아연, 인듐, 및 주석과 같은 금속의 그룹; 또는 에틸렌(E), 폴리에틸렌, 프로필렌(P), 비닐 불화물, 비닐리덴 불화물, 테트라플루오로에틸렌, 헥사플루오로프로필렌, 퍼플루오로프로필비닐에테르, 퍼플루오로메틸비닐에테르, 클로로트리플루오로에틸렌, 폴리카보네이트, 폴리에테르i미드(PEI), 폴리미드, 폴리스티렌, 에폭시, 및 페놀 재료와 같은 폴리머의 그룹으로부터 선택될 수 있다.
본 발명의 다른 특정 실시형태에서, 박막 전기화학 에너지 저장 시스템에서 2 개의 상이한 물리적 특성의 적층된 전해질이 전해질로서의 적절한 기능을 제공하기 위해, 그리고 제조 시간을 단축시키기 위해 사용된다. 이러한 제어된 물리적 특성의 후보는 질량 밀도, 결정 구조, 이온 전도율, 이온 확산도, 전자 전도율, 유전 상수, 시트 저항, 접촉 저항, 기계적 강도, 기계적 경도, 열 팽창 계수, 및 농도 팽창 계수를 포함하지만, 이것에 한정되지 않는다. 이러한 2층 전해질의 제 1 층은 더 얇고, 고온에 견딜 수 있고, 경직성을 가지므로 덴드라이트(dendrite)의 성장 및 전기적 단락을 방지한다. 이러한 2층 전해질의 제 2 층은 더 두껍고, 강한 반응성 종에 대해 더 낮은 이온 확산도를 가지며, 물리적 특성 중 하나 이상은 외부 종 또는 강한 반응성 종에 대한 확산, 전기 전도, 기계적 응력, 불활성 또는 확산성 부족에 관련 문제를 완화시키는데 사용하여 전체 시스템의 사이클 수명을 향상시킬 수 있도록 특정 특성을 가지도록 조정될 수 있다.
다른 바람직한 실시형태에서, 본 발명은 고상 장치로부터 Li 또는 기타 활성 종의 확산을 방지하기 위해, 그리고 산소, 수분 또는 질소과 같은 활성 재료와 반응할 수 있는 서비스 환경으로부터 박막 전기화학 시스템 또는 고상 장치를 보호하기 위해 박막 전기화학 시스템 또는 기타 고상 장치에서 복수의 2 층을 사용하는 방법을 제공한다. 이러한 2 층형 기능적 유닛에서, 제 1 층은 불활성이며 활성 재료와 반응하지 않는 폴리머 층이다. 이러한 폴리머 층은 활성 재료 이온 종의 확산을 방지하고, 후속 층을 위한 평탄화 층의 역할을 하는 2 가지 기능을 갖는다. 이러한 2 층형 기능적 유닛의 제 2 층은 무기 재료로 구성된다. 이 제 2 층은 산소, 질소, 및 수분과 같은 환경으로부터 확산될 수 있는 종에 대해 장벽의 역할을 한다. 이러한 2 층형 기능적 유닛의 조합은 본 장치의 활성 종이 외부 종과 반응하는 것을 방지할 수 있고, 활성 종과 외부 종의 반응으로 인한 유용한 용량 또는 에너지 손실을 방지할 수 있다.
일 실시례에서, 우리는 기판(110), 집전기(120), 캐소드(130), 전해질(140), 애노드(150), 및 캡슐화 층(160)(도 1a 및 도 1b에 도시됨)을 포함하는 박막 전기화학 시스템 내의 확산 장벽 중간층의 효과를 입증한다. 도 1a는 본 발명의 실시형태에 따른 박막 전기화학 에너지 저장 전지의 단순화된 단면도이다. 도 1a는 캐소드 활성 영역과 애노드 집전기 사이의 "브릿지" 영역의 부근의 전기화학 전지(101)의 단순화된 단면도를 예시하며, 여기서 애노드로부터의 리튬 이온은 애노드 및 애노드 집전기의 전역에 걸쳐 기판을 통해 환산되어 기판에 수직인 전도 경로를 형성한다.
도 1b는 본 발명의 실시형태에 따른 전해질과 애노드 층 사이의 브릿지 영역 상의 추가의 확산 장벽층을 가진 개조된 박막 전기화학 전지의 단순화된 단면도이다. 도 1b는 애노드 종(즉, 리튬 이온)이 기판 또는 다른 하부의 층 재료 내로 확산하는 것을 방지하기 위해 전해질과 애노드 층 사이의 브릿지 영역 위에 추가의 확산 장벽층(170)을 갖는 개조된 전기화학 전지의 단면도를 예시한다.
도 2a는 본 발명의 일 실시형태에 따른 박막 전기화학 에너지 저장 전지의 단순화된 단면도이다. 도 2a는 도 1a에 도시된 것과 유사한 개략적 전지 구조를 보여주는 애노드 장벽층을 포함하지 않는 전지 구조의 일 실시례를 예시한다. 이 전지(201)는 기판(210), 집전기(220), 캐소드(230), 전해질(240), 애노드(250), 및 캡슐화 층(160)을 포함할 수 있다. 당업자는 다른 변형, 개조, 대안을 인식할 것이다.
도 2b는 본 발명의 실시형태에 따른 박막 전기화학 에너지 저장 전지의 사진이다. 이 이미지(202)는 전기 접속부에 결합된 박막을 도시한다. 점선 부분(212)은 다음의 도면을 위한 주목 영역을 도시한다. 이 이미지는 도 2a에 도시된 것과 유사한 전지의 이미지일 수 있다.
도 2c는 본 발명의 실시형태에 따른 도 2a에 도시된 개략도와 동일한 영역의 현미경 사진이다. 이 이미지(203)는 또한 도 2b에 도시된 주목 영역(212)의 확대도일 수 있다. 도 2c는 브릿지 영역에서 리튬 부식 층(213)의 성장을 도시하며, 여기서 부식된 리튬은 확대도(223)에서 어두운 적층 패턴으로서 도시되어 있다.
도 2d 및 도 2e는 본 발명의 실시형태에 따른 시험편의 저부로부터 빛이 비춰지는 도 2a의 개략도와 동일한 영역의 현미경 사진이다. 도 2d 및 도 2e는 적층된 패턴을 보여주기 위해 시험편의 배면 상에 광원을 설치한 유사한 현미경 이미지(204, 205)를 도시하고, 점선은 반투명하고, 여기서 리튬 애노드가 누락되어 부식되어 리튬 산화물이 된다.
도 2f는 본 발명의 실시형태에 따른 도 2c에 도시된 "브릿지" 영역의 주사형 전자 현미경 사진이다. 도 2f는 애노드 층이 기판 내로 확산되어 전해질과 캡슐화 층 사이에 공극을 남기는 브릿지 영역의 단면의 SEM 이미지(206)를 도시한다.
도 3a는 본 발명의 실시형태에 따른 브릿지 영역 상에 침착된 추가의 확산 장벽층을 구비한 3 개의 영역을 갖는 박막 전기화학 에너지 저장 전지의 단순화된 단면도이다. 이 전지(301)는 도 1b에 도시된 전지와 유사하며, 기판(310), 집전기(320), 캐소드(330), 전해질(340), 애노드(350), 캡슐화 층(360), 및 장벽층(370)을 포함한다. 도 3a는 전지 활성 영역(영역 A)과 집전기(영역 C) 사이의 브릿지 영역(영역 B) 위에 침착된 추가의 확산 장벽층을 가진 개조된 전지 구조이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시형태에 따른 도 3a에 도시된 바와 같은 모두 3 개의 영역의 전역에 걸친 초기의 애노드 표면을 도시한다. 이미지(302)는 리튬과 기판 재료 사이의 반응을 방지하는 장벽층으로 보호되는 전지를 도시한다. 영역 A는 전지 활성 영역에 대응하고, 영역 B는 브릿지 영역(PML 장벽 상의 Li)에 대응하고, 영역 C는 이전에 도시된 전지의 집전기에 대응한다.
도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 실시형태에 따라 형성된 전기화학 전지 층을 도시한 각각의 공정 단계의 단순화된 단면도를 도시한다. 도 4a에는 기판이 제공되어 있다. 제 1 단계에서, 애노드 및 캐소드 집전기(ACC 및 CCC)가 기판 상에 침착되고(도 4b); 제 2 단계에서, 캐소드 재료가 캐소드 집전기 상에 침착되고(도 4c); 제 3 단계에서, 전해질의 재료가 캐소드 상에 침착되고(도 4d); 제 4 단계에서, 확산 장벽이 캐소드 재료가 침착되는 활성 영역과 애노드 집전기 사이의 전해질의 전역에 걸쳐 브릿지 영역 위에 침착되고(도 4e), 제 5 단계에서, 애노드 재료가 활성 영역, 브릿지 영역 및 애노드 집전기의 부분 위체 침착된다(도 4f).
다른 바람직한 실시형태에서, 본 발명은 다층 재료를 사용함으로써 공정 고유의 및/또는 환경의 스트레스를 완화하기 위해 디스플레이, 태양 전지, 일렉트로크로믹 유리 등과 같은 박막 전기화학 시스템 또는 기타 박막 장치 내의 확산층으로서 다수의 박막층을 사용하는 방법을 제공한다. 확산층 중 하나는 소실층이며, 이 층은 고도의 확산성 재료를 사용함으로써 종(species)이 인접 층을 통해 확산됨에 따라 공동화되고, 이 공동화된 공간은 응력 단절부의 역할을 하므로 박막 전기화학 시스템 또는 박막 장치 내의 전체 응력을 감소시키고, 그 수명을 연장시킨다. 확산층의 제 2 층은 통과층의 역할을 하며, 소실층 내의 고도의 확산성 종에 대해 높은 이온 전도율을 갖는 재료를 사용한다. 확산층의 제 3 층은 중첩층 및 확산 호스트(host)의 역할을 하며, 이것은 소실층 내의 고도의 확산성 종과 반응하여 합금을 형성하고, 이후의 사용을 위해 확산성 종을 수용한다. 이러한 중첩층은, 소실층이 공동화되어 중첩층 내에 저장된 후, 고도의 확산성 종을 위한 확산 호스트가 되고, 고도의 확산성 종의 요구가 이러한 확산 호스트 층으로부터 제공될 것이다.
대안적인 바람직한 실시형태에서, 본 발명은 확산층으로서 다수의 박막층을 사용하는 방법을 제공한다. 이들 다수의 박막층은 소실층, 통과층, 및 확산층(또는 호스트 층)을 순차적으로 포함한다. 이 소실층은 확산 매개체의 역할을 한다. 이러한 소실층은 리튬 원자, 리튬 이온, 양성자, 나트륨 이온, 및 포타슘 이온, 또는 기차 이온 종과 같은 단일 원소의 그룹(그러나 이것에 한정되지 않음), 및 리튬 마그네슘 합금, 리튬 알루미늄 합금, 리튬 주석 합금, 리튬 주석 알루미늄 합금을 포함하는 리튬 합금의 그룹(그러나 이것에 한정되지 않음)을 포함하는 고도의 확산성 종으로부터 침착된다. 확산 매개체로서의 통과층은 이온 전도 재료로 구성되고, 리튬화 산질화물 인, 리튬 란타넘 지르코늄 산화물, 리튬 란타넘 타이타늄 산화물, 리튬 나트륨 니오븀 산화물, 리튬 알루미늄 실리콘 산화물, 리튬 포스페이트, 리튬 티오포스페이트, 리튬 알루미늄 게르마늄 포스페이트, 리튬 알루미늄 타이타늄 포스페이트, LISICON(리튬 초이온 전도체, 일반적으로 LixM1 - yM'yO4(M = Si, Ge, M'= P, Al, Zn, Ga, Sb)로 기술됨), 티오-LISICON(리튬 초이온 전도체, 일반적으로 LixM1-yM'yS4(M = Si, Ge, M'= P, Al, Zn, Ga, Sb)로 기술됨), 10-5 내지 10-1 S/m 범위의 이온 전도율을 갖는 리튬 이온 전도성 아기로다이트(Li6PS5X(X = Cl, Br, I))과 같은 유리질 이온 전도 재료의 그룹; 및 폴리(에틸렌 산화물)(PEO)과 같은 이온 전도 폴리머의 그룹으로부터 선택될 수 있으나, 이것에 한정되지 않는다.
일 실시형태에서, 고도의 확산성 종이 소실층으로부터 확산되어 이 중첩층과 반응하거나 중첩층 내에 삽입되면, 이 중첩층은 확산 호스트의 역할을 한다. 이러한 중첩층 또는 확산 호스트 층을 위한 후보는 알루미늄, 은 구리, 아연, 인듐, 주석과 같은 금속의 그룹; 및 비정질 또는 결정질 리튬화 또는 비-리튬화 천이 금속 산화물 및 리튬화 천이 금속 포스페이트의 그룹으로부터 선택될 수 있으나, 이것에 한정되지 않고, 상기 금속은 주기율표의 3족 내지 12족에 속하고, 리튬 망가니즈 산화물, 리튬 니켈 산화물, 리튬 코발트 산화물, 리튬 니켈-코발트-망가니즈 산화물, 리튬 니켈-코발트-알루미늄 산화물, 리튬 구리-망가니즈 산화물, 리튬 철-망가니즈 산화물, 리튬 니켈-망가니즈 산화물, 리튬 코발트-망가니즈 산화물, 리튬 니켈-망가니즈 산화물, 리튬 알루미늄-코발트 산화물, 리튬 철 포스페이트, 리튬 망가니즈 포스페이트, 리튬 니켈 포스페이트, 리튬 코발트 포스페이트, 바나듐 산화물, 마그네슘 산화물, 나트륨 산화물, 황, 금속(Mg, La) 도핑된 리튬 금속 산화물(예를 들면, 마그네슘 도핑된 리튬 니켈 산화물, 란타넘 도핑된 리튬 망가니즈 산화물, 란타넘 도핑된 리튬 코발트 산화물)을 포함하지만, 이것에 한정되지 않는다.
일 실시례에서, 박막 전기화학 전지가 함께 적층되는 경우, 일련의 전기화학 전지는 특정 용도를 위한 원하는 전압 또는 용량을 형성하기 위해 직렬 접속 또는 병렬 접속을 형성하도록 연결되거나 분리되어야 한다. 이 실시례에서, 3 개의 리튬 배터리는 적층되어 적층체들 사이에서 전기적으로 절연된 중간층과 병렬인 3 개의 전지를 형성한다. 병렬 접속된 적층된 전기화학 전지를 위한 절연성 중간층으로서 세라믹 또는 폴리머와 같은 재료 유형이 사용될 수 있다. 이 실시례에서 이들 2 개의 재료 유형의 평탄화의 효과를 비교한다.
일 실시례에서, 본 발명은 다층 박막 고상 배터리 장치를 제조하는 방법을 제공할 수 있다. 본 방법에 포함되는 단계는 기판 부재를 제공하는 단계, 장벽 재료를 형성하는 단계, 제 1 전극 재료를 형성하는 단계, 캐소드 재료의 두께를 형성하는 단계, 전해질을 형성하는 단계, 애노드 재료를 형성하는 단계, 제 2 전극 재료를 형성하는 단계, 및 박막 고상 배터리 장치를 이송하는 단계를 포함하지만, 이것에 한정되지 않는다.
일 실시례에서, 기판 부재는 표면 영역을 포함할 수 있고, 융점 온도를 특징으로 할 수 있다. 장벽 재료는 기판 부재의 표면 영역을 피복하도록 형성될 수 있다. 이 장벽 재료는 폴리머 재료를 포함할 수 있고, 활성 금속 종의 기판 부재로의 이동을 실질적으로 차단하도록 구성될 수 있다. 또한, 장벽 재료는 장벽 열화 온도를 특징으로 할 수 있다. 제 1 전극 재료는 또한 표면 영역을 피복하도록 형성될 수 있다.
구체적 실시례에서, 장벽 재료는 폴리머 재료를 포함한다. 이 폴리머 재료는 0.001μm 내지 1 μm 범위의 두께를 가질 수 있다. 폴리머 재료의 이 두께는 전극 부재와 표면 영역 사이의 변형을 보상하도록 구성될 수 있다. 또한, 온도는 900 ℃ 미만이다.
일 실시례에서, 캐소드 재료의 두께는 비정질 특성을 가질 수 있다. 이 캐소드 재료의 형성은 -40 ℃ 내지 900 ℃ 범위의 온도를 유지하면서 실행될 수 있다. 또한, 캐소드 재료의 형성은 공간 체적이 캐소드 재료의 외부 경계 영역을 특징으로 하도록 실행되고, 캐소드 재료의 두께는 1.E-18 m2/s 내지 1.E-4 m2/s 범위의 값을 갖는 유효 확산도를 특징으로 하고, 캐소드 재료는 공극 영역이 공간 체적의 0.001% 내지 80%인 것을 특징으로 한다.
일 실시례에서, 전해질은 캐소드 재료를 피복하도록 구성될 수 있다. 애노드 재료는 전해질을 피복하도록 형성될 수 있고, 제 2 전극 재료는 애노드 재료를 피복하도록 형성될 수 있다. 다음에 본 방법은 50 와트-시/리터 내지 3000 와트-시/리터 범위의 에너지 밀도를 특징으로 하는 얻어진 박막 고상 배터리 장치를 이송하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시례에서, 적층된 전기화학 전지에 대한 고유 응력 분포는 알려지지 않았다. 응력을 감소시키기 위해 층 1과 층 2 사이에 적절한 중간층을 선택하는 것은 긴 사이클 수명의 배터리를 구성하는데 중요하다. 이 실시례는 컴퓨터 시뮬레이션에 의해 전기화학 전지의 응력 분포에 미치는 중간층의 모듈러스의 영향을 설명한다.
도 5a는 본 발명의 실시형태에 따른 캐소드 재료의 예시의 단순화된 단면도이다. 도시된 바와 같이, 제 2 캐소드 재료(510)를 피복하는 제 1 캐소드 재료(521)는 매끈하고 균일한 프로파일을 갖는다.
도 5b 본 발명의 실시형태에 따른 비정질 캐소드 재료의 예시의 단순화된 단면도이다. 도시된 바와 같이, 캐소드 재료의 제 2 두께(510)를 피복하는 비정질 캐소드 재료의 제 1 두께(522)는 거칠고 불규칙한 프로파일을 갖는다.
구체적 실시례에서, 캐소드 재료의 두께는 비정질 재료의 제 1 두께 및 재료의 제 2 두께를 포함할 수 있다. 캐소드 재료의 제 1 두께는 제 2 두께보다 두껍고, 비정질 재료의 제 1 두께는 재료의 제 2 두께와 상이한 구조일 수 있다. 이 캐소드 재료는 또한 표면 형태를 포함할 수 있다. 구체적 실시례에서, 유효 확산도는 제 1 두께의 제 1 확산도 및 제 2 두께의 제 2 확산도를 포함한다.
구체적 실시례에서, 캐소드 재료는 리튬 종을 포함하고, 이 리튬 종은 LiSON, LixLa1-xZrO3(0<x<1), LixLa1-xTiO3(0<x<1), LiAlGePO4, LiAlTiPO4, LiSiCON, Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3, 0.5LiTaO3+0.5SrTiO3, Li0.34La0.51TiO2.94, LiAlCl4, Li7SiPO8, Li9AlSiO8, Li3PO4, Li3SP4, LiPON, Li7La3Zr2O12, Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3, Li6PS5Cl, 또는 Li5Na3Nb2O12 중 하나 이상의으로부터 선택된다. 이 캐소드 재료는 1.E-12 S/m 내지 1.E4 S/m 범위의 전도율, C/100 내지 100C 범위의 C 레이트(rate), 0% 내지 50% 결정도 범위의 XRD 피크 대 총 비율, 및 공간 영역 내에 구성된 0.1nm 내지 100 nm 범위의 평균 결정 크기를 특징으로 할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시형태에 따른 캐소드 재료(600)의 예시의 단순화된 단면도이다. 구체적 실시례에서, 캐소드 재료의 두께는 복수의 주상(pillar-like) 구조(620)를 포함할 수 있고, 각각의 주상 구조는 두께(610)의 방향을 따라 연장되고, 상기 재료의 두께의 평면 및 상기 기판의 표면 영역에 실질적으로 수직이다. 각각의 주상 구조는 기저 영역(621) 및 상부 영역(622)을 가질 수 있다. 각각의 주상 구조(620)는 각각의 주상 구조 내에 구성될 수 있는 복수의 입자형 구조를 포함한다. 각 쌍의 주상 구조는 또한 각 쌍의 주상 구조들 사이에 제공된 복수의 불규칙 형상의 다면체 구조를 가질 수 있다. 또한, 각각의 주상 구조는 캐소드 재료의 상면 영역과 하면 영역에 실질적으로 수직인 방향으로 배치될 수 있는 나노튜브 구조를 포함할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시형태에 따른 캐소드 재료(700)의 예시의 단순화된 단면도이다. 구체적 실시례에서, 캐소드 재료는 일반적으로 캐소드 재료의 제 1 면(711)으로부터 캐소드 재료의 제 2 면(712)으로의 방향으로 배치되는 복수의 불연속부(720)를 포함한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 제 1 면(711)은 캐소드 재료의 하면 영역일 수 있고, 제 2 면(712)은 상면 영역일 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시형태에 따른 캐소드 재료(800)의 예시의 단순화된 단면도이다. 구체적 실시례에서, 캐소드 재료를 형성하는 단계는 복수의 제 1 원추 구조(811)가 복수의 제 2 원추 구조(812)와 상호 맞물림(inter-digitating)되도록 복수의 제 1 원추 구조(811)와 복수의 제 2 원추 구조(812)를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
도 9는 본 발명에 따른 실시례에서 다양한 배터리 장치에 대한 캐소드 특성을 예시하는 표이다. 도시된 바와 같이, 이 표는 LiCoO2, LiMn2O4, LiFePO4, 및 LiV2O5의 4 가지 유형의 캐소드 재료의 특성을 제공한다.
도 10은 본 발명의 실시례에 따른 캐소드 장치를 위한 다양한 리튬 함유 종을 위한 결정질 및 비정질 구조를 예시하는 표이다. 도시된 바와 같이, 이 표는 도 9에 기술된 것과 동일한 4 가지 유형의 캐소드 재료에 대응하는 결정질 구조 및 비정질 구조를 제공한다. 이들 각각의 리튬 함유 종(LiCoO2, LiMn2O4, LiFePO4, 및 LiV2O5)은 관련된 분자를 보여주는 색으로 구분된 키(key)를 포함한다.
도 11은 본 발명의 다른 실시례에 따른 캐소드 장치를 위한 본 발명의 실시례에 따른 캐소드 장치를 위한 다양한 리튬 함유 종을 위한 결정질 및 비정질 구조를 예시하는 표이다. 이 표는 동일한 리튬 함유 종의 결정질 구조 및 비정질 구조를 보여준다.
도 12 내지 도 19는 본 발명의 실시형태에 따른 캐소드 장치를 위한 다양한 리튬 함유 종을 위한 결정질 및 비정질 구조를 예시한다. 도 12 및 도 13은 각각 LiMn2O4에 대한 결정질 구조 및 비정질 구조를 보여준다. 도 14 및 도 15는 각각 LiCoO2에 대한 결정질 구조 및 비정질 구조를 보여준다. 도 16 및 도 17은 각각 LiFePO4에 대한 결정질 구조 및 비정질 구조를 보여준다. 도 18 및 도 19는 각각 LiV2O5에 대한 결정질 구조 및 비정질 구조를 보여준다.
일 실시례에서, 본 발명은 배터리 장치를 설계 및 제조하는 방법을 포함할 수 있다 이 방법은 제 1 설계를 갖는 제 1 배터리 전지를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 이 제 1 설계는 제 1 전극 부재, 제 1 구조 및 제 1 조성을 특징으로 하는 제 1 캐소드 장치, 전해질, 및 제 2 전극 부재를 가질 수 있다. 제 1 설계는 또한 제 1 에너지 밀도값을 특징으로 할 수 있다.
이 방법은 또한 캐소드 장치의 제 1 확산도 값을 결정하는 단계를 포함할 수있고, 제 1 에너지 밀도값은 제 1 확산도 값과 직접 관련된다 이 방법은 제 1 캐소드 장치를 2 내지 N(N은 2보다 큰 정수)의 번호가 부여된 복수의 캐소드 장치에 대해 조정하는 단계를 포함할 수 있다. 복수의 캐소드 장치 각각은 2 내지 N의 번호가 부여된 확산도 값을 가질 수 있다. 이 방법은 또한 다른 확산도 값을 참조하여 최고 값을 선택하는 단계, 및 상기 최고 값을 갖는 확산도 값을 자신의 캐소드 장치와 관련시키는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 이 방법은 제 2 설계를 갖는 제 2 배터리 전지를 설계하는 단계를 포함할 수 있다. 이 제 2 설계는 최고 확산도 값을 갖는 캐소드 장치를 포함할 수 있다. 제 2 배터리 장치는 임의의 다른 캐소드 장치를 갖는 모든 다른 배터리 장치보다 높은 에너지 밀도를 가질 수 있다. 그리고, 이 제 2 배터리 장치가 제조될 수 있다.
도 20 내지 도 22는 본 발명의 실시례에 따른 실험 결과에 기초한 값이다. 도 20은 본 발명의 실시형태에 따른 2 개의 전지 샘플의 확산도 및 에너지 밀도 특성을 갖는 표를 도시한다. 일 실시형태에서, 이들 재료의 확산도는 실험 및 시뮬레이션된 방전 곡선으로부터의 적분된 에너지 값들 사이의 차이를 최소화함으로써 역으로 결정된다.
도 21은 제 1 샘플에 대한 관련 데이터의 그래프를 도시한다. 이 전지 샘플은 ALO 기판 상에 제공되었다. 이 전지 샘플의 치수는 다음과 같다. 집전기(CC): 0.14 μm, 캐소드(CA) 1.03 μm, 전극(EL): 0.37 μm, 애노드(AN): 0.83 μm.
도 22는 제 2 샘플에 대한 관련 데이터의 그래프를 도시한다. 이 전지 샘플은 유리 기판 상에 제공되었다. 이 전지 샘플의 치수는 다음과 같다. 집전기(CC): 0.11 μm, 캐소드(CA) 1.09 μm, 전극(EL): 0.49 μm, 애노드(AN): 0.9 μm.
도 23은 본 발명의 실시례에서 캐소드 재료의 이미지를 예시한다. 도시된 바와 같이, 이 이미지는 바나듐 산화물 함유 종을 포함하는 캐소드 재료를 나타낸다. 이 캐소드 재료는 0 와트시/리터의 에너지 밀도를 특징으로한다.
도 24는 본 발명의 대안적 실시례에서 캐소드 재료의 이미지를 예시한다. 이 캐소드 재료는 547 와트시/리터의 에너지 밀도를 특징으로한다.
도 25는 본 발명의 바람직한 실시례에서 캐소드 재료의 이미지를 예시한다. 이 캐소드 재료는 680 와트시/리터의 에너지 밀도를 특징으로한다.
또한 본 명세서에 기술된 실시례 및 실시형태는 단지 예시를 위한 것이며, 이에 비추어 다양한 개조 및 변경이 당업자에게 제안되고, 이것은 본 출원의 정신과 범위 및 첨부된 청구항의 범위 내에 포함되어야 한다는 것이 이해될 것이다.

Claims (36)

  1. 다층 박막 고상 배터리 장치를 제조하는 방법으로서,
    표면 영역을 포함하고, 융점 온도를 갖는 기판을 제공하는 단계;
    상기 표면 영역을 피복하는 폴리머 재료를 포함하는 장벽 재료를 형성하는 단계 － 상기 장벽 재료는 상기 기판으로의 활성 금속 종의 이동을 차단하도록 구성되고, 열화 온도를 가짐 －;
    상기 표면 영역을 피복하는 제 1 전극 재료를 형성하는 단계;
    비정질 특성을 갖는 소정 두께의 캐소드 재료를 형성하는 단계 － 상기 캐소드 재료를 형성하는 단계는 -40 ℃ 내지 500 ℃의 온도를 유지하면서 이루어지고, 상기 캐소드 재료가 차지하는 공간 체적의 경계는 상기 캐소드 재료의 외부 경계 영역에 의해 정해지고, 상기 캐소드 재료는 이온 확산도를 가지고, 공극 영역을 갖고, 상기 공극 영역은 상기 공간 체적의 0.001% 내지 80%임 －;
    상기 소정 두께의 캐소드 재료를 피복하도록 구성되는 전해질을 형성하는 단계;
    상기 전해질을 피복하는 애노드 재료를 형성하는 단계;
    상기 애노드 재료를 피복하는 제 2 전극 재료를 형성하는 단계; 및
    50 와트-시/리터 내지 3000 와트-시/리터 범위의 에너지 밀도를 특징으로 하는 박막 고상 배터리 장치를 이송하는 단계를 포함하는,
    다층 박막 고상 배터리 장치를 제조하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 소정 두께의 캐소드 재료는 제 1 두께의 비정질 재료 및 제 2 두께의 비정질 재료를 포함하고, 상기 제 1 두께는 상기 제 2 두께보다 두껍고, 상기 제 1 두께를 가지는 비정질 재료는 상기 제 2 두께를 가지는 비정질 재료와 상이한 구조인,
    다층 박막 고상 배터리 장치를 제조하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 소정 두께의 캐소드 재료는 제 1 두께의 비정질 재료 및 제 2 두께의 비정질 재료를 포함하고, 상기 제 1 두께는 상기 제 2 두께보다 두껍고, 상기 제 1 두께를 가지는 비정질 재료는 상기 제 2 두께를 가지는 비정질 재료와 상이한 구조이고, 상기 이온 확산도는 상기 제 1 두께를 가지는 비정질 재료의 제 1 이온 확산도 및 상기 제 2 두께를 가지는 비정질 재료의 제 2 이온 확산도를 포함하는,
    다층 박막 고상 배터리 장치를 제조하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐소드 재료의 두께는 복수의 주상(pillar-like) 구조를 포함하고, 각각의 상기 주상 구조는 상기 두께의 방향을 따라 연장되고, 상기 재료의 두께의 평면 및 상기 표면 영역에 수직인,
    다층 박막 고상 배터리 장치를 제조하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 장벽 재료는 폴리머 재료를 포함하고, 상기 폴리머 재료는 상기 제 1 전극 부재와 상기 표면 영역 사이의 변형을 보상하기 위해 0.001 μm 내지 1 μm 범위의 두께를 갖고, 상기 열화 온도는 900 ℃ 미만인,
    다층 박막 고상 배터리 장치를 제조하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐소드 재료는 리튬 종을 포함하고, 상기 리튬 종은 LiSON, LixLa1-xZrO3(0<x<1), LixLa1-xTiO3(0<x<1), LiAlGePO4, LiAlTiPO4, LiSiCON, Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3, 0.5LiTaO3+0.5SrTiO3, Li0.34La0.51TiO2.94, LiAlCl4, Li7SiPO8, Li9AlSiO8, Li3PO4, Li3SP4, LiPON, Li7La3Zr2O12, Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3, Li6PS5Cl, 또는 Li5Na3Nb2O12 중 하나 이상으로부터 선택되는,
    다층 박막 고상 배터리 장치를 제조하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐소드 재료는 1.E-12 S/m 내지 1.E 6 S/m 범위의 전도율을 가지는,
    다층 박막 고상 배터리 장치를 제조하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐소드 재료는 C/100 내지 100C 범위의 C 레이트(rate)를 특징으로 하는,
    다층 박막 고상 배터리 장치를 제조하는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐소드 재료는 0% 내지 50% 결정도 범위의 XRD 피크 대 총 비율을 가지는,
    다층 박막 고상 배터리 장치를 제조하는 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐소드 재료는 공간 영역 내에 구성된 0.1 내지 100 nm 범위의 평균 결정 크기를 특징으로 하는,
    다층 박막 고상 배터리 장치를 제조하는 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐소드 재료는 표면 형태(surface morphology)를 가지고,
    다층 박막 고상 배터리 장치를 제조하는 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐소드 재료를 형성하는 단계는 캐소드 재료의 침착을 유발하도록 증발을 통해 소스 재료를 분해시키기 위해 진공 환경에 유지되는 에너지 원에 상기 소스 재료를 노출시키는 단계를 포함하는,
    다층 박막 고상 배터리 장치를 제조하는 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐소드 재료는 복수의 주상 구조를 포함하고, 각각의 상기 주상 구조는 기저 영역 및 상부 영역을 갖고, 각각의 상기 주상 구조는 각각의 상기 주상 구조 내에 복수의 더 작은 입자형 구조를 포함하고,
    다층 박막 고상 배터리 장치를 제조하는 방법.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐소드 재료는 복수의 주상 구조를 포함하고, 각각의 상기 주상 구조는 기저 영역 및 상부 영역을 갖고, 각각의 상기 주상 구조는 복수의 입자형 구조를 포함하고, 각각의 상기 입자형 구조는 각각의 상기 주상 구조 내에 구성되고, 각 쌍의 상기 주상 구조는 상기 쌍의 주상 구조들 사이에 제공된 복수의 불규칙 형상의 다면체 구조를 갖는,
    다층 박막 고상 배터리 장치를 제조하는 방법.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐소드 재료를 형성하는 단계는 복수의 제 1 원추 구조가 복수의 제 2 원추 구조와 상호 맞물림(inter-digitating)되도록 상기 복수의 제 1 원추 구조와 상기 복수의 제 2 원추 구조를 형성하는 단계를 포함하는,
    다층 박막 고상 배터리 장치를 제조하는 방법.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐소드 재료는 상기 캐소드 재료의 제 1 면으로부터 상기 캐소드 재료의 제 2 면으로의 방향으로 배치된 복수의 불연속부를 포함하는,
    다층 박막 고상 배터리 장치를 제조하는 방법.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐소드 재료를 형성하는 단계는 복수의 나노튜브 구조를 포함하고, 각각의 상기 나노튜브 구조는 기저 영역 및 상부 영역을 갖고, 상기 캐소드 재료의 상면 영역 및 하면 영역에 수직인 방향으로 배치된,
    다층 박막 고상 배터리 장치를 제조하는 방법.
  18. 다층 박막 고상 배터리 장치로서,
    표면 영역을 포함하고, 융점 온도를 갖는 기판;
    상기 표면 영역을 피복하는 폴리머 재료를 포함하는 장벽 재료 － 상기 장벽 재료는 상기 기판으로의 활성 금속 종의 이동을 차단하도록 구성되고, 열화 온도를 가짐;
    상기 표면 영역을 피복하는 전극 재료;
    1.E-18 m2/s 내지 1.E-12 m2/s 범위의 이온 확산도를 갖는 비정질 구조로서 구성된 캐소드 재료;
    상기 캐소드 재료의 외부 경계 영역을 특징으로 하는 공간 체적;
    상기 캐소드 재료를 특징으로 하고, 상기 공간 체적의 0.001% 내지 80%인 공극 영역;
    상기 캐소드 재료를 피복하도록 구성된 전해질;
    상기 전해질을 피복하는 애노드 재료; 및
    50 와트-시/리터 내지 3000 와트-시/리터 범위의 에너지 밀도를 포함하고,
    상기 캐소드 재료는 복수의 주상 구조를 포함하고, 각각의 상기 주상 구조는 기저 영역 및 상부 영역을 갖고, 각각의 상기 주상 구조는 복수의 입자형 구조를 포함하고, 각각의 상기 입자형 구조는 각각의 상기 주상 구조 내에 구성되고, 각 쌍의 상기 주상 구조는 상기 쌍의 주상 구조들 사이에 제공된 복수의 불규칙 형상의 다면체 구조를 갖는,
    다층 박막 고상 배터리 장치.
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 삭제
  26. 삭제
  27. 삭제
  28. 삭제
  29. 삭제
  30. 삭제
  31. 삭제
  32. 삭제
  33. 삭제
  34. 삭제
  35. 삭제
  36. 삭제
KR1020177010636A 2014-10-15 2015-09-10 배터리 장치용 비정질 캐소드 재료 KR102072534B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/514,779 2014-10-15
US14/514,779 US9627709B2 (en) 2014-10-15 2014-10-15 Amorphous cathode material for battery device
PCT/US2015/049515 WO2016060757A1 (en) 2014-10-15 2015-09-10 Amorphous cathode material for battery device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170056014A KR20170056014A (ko) 2017-05-22
KR102072534B1 true KR102072534B1 (ko) 2020-02-03

Family

ID=55747095

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020177010636A KR102072534B1 (ko) 2014-10-15 2015-09-10 배터리 장치용 비정질 캐소드 재료

Country Status (6)

Country Link
US (2) US9627709B2 (ko)
EP (1) EP3235047A4 (ko)
JP (1) JP2017531297A (ko)
KR (1) KR102072534B1 (ko)
CN (1) CN107112595A (ko)
WO (1) WO2016060757A1 (ko)

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4324577A1 (en) 2015-12-16 2024-02-21 6K Inc. Method of producing spheroidal dehydrogenated titanium alloy particles
US20190088996A1 (en) * 2017-09-15 2019-03-21 Dyson Technology Limited Multiple active and inter layers in a solid-state device
US11081731B2 (en) 2017-10-18 2021-08-03 International Business Machines Corporation High-capacity rechargeable batteries
CN109935897B (zh) * 2017-12-19 2021-11-26 成都大超科技有限公司 固态电解质及其锂电池电芯、锂电池
CN108039479B (zh) * 2017-12-25 2020-06-30 中国工程物理研究院电子工程研究所 一种用于锂电池的阳极材料及其制备方法
CN108232293B (zh) * 2018-01-03 2020-07-07 清陶（昆山）能源发展有限公司 一种有机-无机复合固态电解质的制备方法
CN110247105A (zh) * 2018-03-07 2019-09-17 重庆市科学技术研究院 一种提高固态电解质致密度的制备方法
CN109256555B (zh) * 2018-10-16 2020-12-22 清华大学 一种硫系复合正极材料及其全固态锂电池以及它们的制备方法
US11488001B2 (en) 2019-02-05 2022-11-01 International Business Machines Corporation Neuromorphic devices using layers of ion reservoirs and ion conductivity electrolyte
JP2022519942A (ja) * 2019-04-04 2022-03-25 ジョンソン・アイピー・ホールディング・エルエルシー 高温リチウム空気電池
AU2020264446A1 (en) 2019-04-30 2021-11-18 6K Inc. Mechanically alloyed powder feedstock
EP4061787B1 (en) 2019-11-18 2024-05-01 6K Inc. Unique feedstocks for spherical powders and methods of manufacturing
US11590568B2 (en) 2019-12-19 2023-02-28 6K Inc. Process for producing spheroidized powder from feedstock materials
EP4173060A1 (en) 2020-06-25 2023-05-03 6K Inc. Microcomposite alloy structure
US11963287B2 (en) 2020-09-24 2024-04-16 6K Inc. Systems, devices, and methods for starting plasma
AU2021371051A1 (en) 2020-10-30 2023-03-30 6K Inc. Systems and methods for synthesis of spheroidized metal powders
CN112458428B (zh) * 2020-11-26 2022-07-26 南开大学 一种可用于选区原子层沉积的微纳加工方法

Family Cites Families (111)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2862646A (en) 1955-02-18 1958-12-02 Haloid Xerox Inc Powder particle aerosol generator
US4009052A (en) 1975-02-24 1977-02-22 Exxon Research And Engineering Company Chalcogenide battery
DE3420245A1 (de) 1984-05-30 1985-12-05 Leybold-Heraeus GmbH, 5000 Köln Vakuumaufdampfanlage, insbesondere fuer die herstellung von magnetbaendern
US4854264A (en) 1986-12-10 1989-08-08 Fuji Seiki Inc. Vacuum evaporating apparatus
JP2612602B2 (ja) 1987-12-17 1997-05-21 東洋インキ製造 株式会社 連続蒸着フィルムの製造方法および装置
US4933889A (en) 1988-04-29 1990-06-12 International Business Machines Corporation Method for fine decomposition in finite element mesh generation
JP2775538B2 (ja) 1991-11-14 1998-07-16 住友重機械工業株式会社 成形シミュレーション方法及び装置
JP3441107B2 (ja) * 1992-05-18 2003-08-25 三菱電線工業株式会社 リチウム二次電池
US6294479B1 (en) 1992-05-21 2001-09-25 Nissin Electric Co., Ltd Film forming method and apparatus
JPH05320906A (ja) 1992-05-21 1993-12-07 Nissin Electric Co Ltd 成膜方法及び装置
JP3713055B2 (ja) 1992-06-24 2005-11-02 日本電信電話株式会社 ３次元ｌｓｉ形状シミュレーションシステム
US5367465A (en) 1992-06-24 1994-11-22 Intel Corporation Solids surface grid generation for three-dimensional topography simulation
US5338625A (en) 1992-07-29 1994-08-16 Martin Marietta Energy Systems, Inc. Thin film battery and method for making same
JP3067907B2 (ja) 1992-10-07 2000-07-24 キヤノン株式会社 スパッタリング装置、スパッタリング方法、該スパッタリング方法によって形成された積層膜、真空処理装置、および該真空処理装置によって処理が施された基板
US5453934A (en) 1993-03-26 1995-09-26 Cray Research, Inc. Method for use in designing an arbitrarily shaped object
JP3571785B2 (ja) 1993-12-28 2004-09-29 キヤノン株式会社 堆積膜形成方法及び堆積膜形成装置
US5411592A (en) 1994-06-06 1995-05-02 Ovonic Battery Company, Inc. Apparatus for deposition of thin-film, solid state batteries
US5498489A (en) 1995-04-14 1996-03-12 Dasgupta; Sankar Rechargeable non-aqueous lithium battery having stacked electrochemical cells
JP2658917B2 (ja) 1994-11-09 1997-09-30 日本電気株式会社 三次元配線インダクタンス計算方法
US5906757A (en) 1995-09-26 1999-05-25 Lockheed Martin Idaho Technologies Company Liquid injection plasma deposition method and apparatus
JP2000504477A (ja) 1996-11-21 2000-04-11 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ バッテリー管理システム及びバッテリー・シミュレータ
US6982132B1 (en) 1997-10-15 2006-01-03 Trustees Of Tufts College Rechargeable thin film battery and method for making the same
US6413676B1 (en) 1999-06-28 2002-07-02 Lithium Power Technologies, Inc. Lithium ion polymer electrolytes
US6350222B2 (en) 1999-07-28 2002-02-26 Thermwood Corporation Machine tool with improved tool changer means
DE29914930U1 (de) 1999-08-26 1999-12-09 Deckel Maho Gmbh Bearbeitungseinheit einer Werkzeugmaschine
DE69901959T2 (de) 1999-09-03 2003-02-27 Autodesk Inc Anwenderdefinierbare Parameter zur Finite-Element-Analyseberechnung in einem Cad-Programm
US6833031B2 (en) 2000-03-21 2004-12-21 Wavezero, Inc. Method and device for coating a substrate
EP1275168A2 (en) 2000-03-24 2003-01-15 Cymbet Corporation Method and apparatus for integrated-battery devices
US20020120906A1 (en) 2000-07-17 2002-08-29 Lei Xia Behavioral modeling and analysis of galvanic devices
US7579112B2 (en) 2001-07-27 2009-08-25 A123 Systems, Inc. Battery structures, self-organizing structures and related methods
KR101356250B1 (ko) * 2000-10-20 2014-02-06 매사츄세츠 인스티튜트 오브 테크놀러지 2극 장치
US20020169620A1 (en) 2001-03-29 2002-11-14 Spotnitz Robert M. Method of doing business: customer-driven design of a charge storage device
WO2003022564A1 (en) 2001-09-12 2003-03-20 Itn Energy Systems, Inc. Apparatus and method for the design and manufacture of multifunctional composite materials with power integration
TW560102B (en) 2001-09-12 2003-11-01 Itn Energy Systems Inc Thin-film electrochemical devices on fibrous or ribbon-like substrates and methd for their manufacture and design
US6656234B2 (en) 2001-09-26 2003-12-02 Ford Global Technologies, Llc Tuning battery electrode porosity technical field
JP4679819B2 (ja) 2001-11-09 2011-05-11 ヤードニー、テクニカル、プロダクツ、インコーポレーテッド リチウム電気化学的電池用の非水性電解質
US6872645B2 (en) 2002-04-02 2005-03-29 Nanosys, Inc. Methods of positioning and/or orienting nanostructures
US7368190B2 (en) 2002-05-02 2008-05-06 Abbott Diabetes Care Inc. Miniature biological fuel cell that is operational under physiological conditions, and associated devices and methods
US20040168925A1 (en) 2002-10-09 2004-09-02 Uziel Landau Electrochemical system for analyzing performance and properties of electrolytic solutions
IN266855B (ko) 2002-12-26 2015-06-09 Toppan Printing Co Ltd
US6906436B2 (en) 2003-01-02 2005-06-14 Cymbet Corporation Solid state activity-activated battery device and method
US7294209B2 (en) 2003-01-02 2007-11-13 Cymbet Corporation Apparatus and method for depositing material onto a substrate using a roll-to-roll mask
TWI236778B (en) 2003-01-06 2005-07-21 Hon Hai Prec Ind Co Ltd Lithium ion battery
US20040144321A1 (en) 2003-01-28 2004-07-29 Eastman Kodak Company Method of designing a thermal physical vapor deposition system
US6949238B2 (en) 2003-01-31 2005-09-27 The Regents Of The University Of California Microporous crystals and synthesis schemes
US7211461B2 (en) 2003-02-14 2007-05-01 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Manufacturing apparatus
JP4588342B2 (ja) 2003-04-02 2010-12-01 パナソニック株式会社 ２次電池及びその製造方法
US7531205B2 (en) 2003-06-23 2009-05-12 Superpower, Inc. High throughput ion beam assisted deposition (IBAD)
JP2005078985A (ja) * 2003-09-02 2005-03-24 Toshiba Battery Co Ltd 非水系二次電池用電極及びこれを用いたリチウム二次電池。
JP2005093373A (ja) 2003-09-19 2005-04-07 Matsushita Electric Ind Co Ltd エネルギーデバイス及びその製造方法
US20050079418A1 (en) 2003-10-14 2005-04-14 3M Innovative Properties Company In-line deposition processes for thin film battery fabrication
US20050114105A1 (en) 2003-11-24 2005-05-26 Barber Andrew J. System for predicting the dynamic behavior of physical systems
CN1957487A (zh) * 2004-01-06 2007-05-02 Cymbet公司 具有一个或者更多个可限定层的层式阻挡物结构和方法
US20050244580A1 (en) 2004-04-30 2005-11-03 Eastman Kodak Company Deposition apparatus for temperature sensitive materials
JP2005353759A (ja) 2004-06-09 2005-12-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体レーザ装置およびその製造方法
WO2006020685A2 (en) 2004-08-11 2006-02-23 Cornell Research Foundation, Inc. Modular fabrication systems and methods
US7315789B2 (en) 2004-11-23 2008-01-01 Lg Chem, Ltd. Method and system for battery parameter estimation
KR101127370B1 (ko) 2004-12-08 2012-03-29 인피니트 파워 솔루션스, 인크. ＬｉＣｏＯ２의 증착
US7193229B2 (en) 2004-12-28 2007-03-20 Asml Netherlands B.V. Lithographic apparatus, illumination system and method for mitigating debris particles
US7618742B2 (en) 2005-01-28 2009-11-17 Eveready Battery Co., Inc. Electrochemical cell with improved internal contact
US20070218329A1 (en) 2005-07-05 2007-09-20 Keith Kepler D Combinatorial method and apparatus for screening electrochemical materials
JP4844867B2 (ja) 2005-11-15 2011-12-28 住友電気工業株式会社 真空蒸着装置の運転方法および真空蒸着装置
WO2007061928A2 (en) 2005-11-17 2007-05-31 Infinite Power Solutions, Inc. Hybrid thin-film battery
WO2007061618A2 (en) 2005-11-22 2007-05-31 Exxonmobil Upstream Research Company Simulation system and method
CA2631117A1 (en) 2005-11-30 2007-06-07 The Governors Of The University Of Alberta Organic columnar thin films
KR101071605B1 (ko) 2006-05-19 2011-10-10 가부시키가이샤 알박 유기 증착 재료용 증착 장치, 유기 박막의 제조 방법
CN101501903A (zh) * 2006-08-04 2009-08-05 皇家飞利浦电子股份有限公司 电化学能量源、电子设备和制造这种电化学能量源的方法
US7490710B1 (en) 2006-08-19 2009-02-17 Wes-Tech Automation Solutions, Llc Flexible manufacturing system having modular work stations
JP5063969B2 (ja) 2006-09-29 2012-10-31 東京エレクトロン株式会社 蒸着装置、蒸着装置の制御装置、蒸着装置の制御方法および蒸着装置の使用方法
JP5134254B2 (ja) * 2007-01-24 2013-01-30 一般財団法人ファインセラミックスセンター 二次電池用電極およびその利用
JP2008210783A (ja) 2007-02-01 2008-09-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電池とその負極の製造方法、負極の製造装置
EP2116629A4 (en) 2007-02-28 2010-11-24 Ulvac Inc DEPOSITION SOURCE, DEPOSITION APPARATUS, AND METHOD FOR FORMING ORGANIC THIN FILM
JP2008235227A (ja) * 2007-03-23 2008-10-02 Toyota Motor Corp 固体電池およびその製造方法
US20080280206A1 (en) 2007-05-11 2008-11-13 Stmicroelectronics S.A. Process for realizing an electrode based on vanadium oxide and battery comprising such an electrode
JP2009099495A (ja) 2007-10-19 2009-05-07 Toyota Motor Corp リチウム二次電池
JP5299860B2 (ja) * 2007-11-12 2013-09-25 国立大学法人九州大学 全固体電池
US20090157369A1 (en) 2007-12-14 2009-06-18 Nanoexa,Inc. Fast and High-Throughput Search Engine for Materials for Lithium-Ion Batteries Using Quantum Simulations
JPWO2009098996A1 (ja) * 2008-02-06 2011-05-26 日本ゼオン株式会社 薄膜デバイス、その製造方法、及び電子部品
JP2011512010A (ja) * 2008-02-12 2011-04-14 マサチューセッツ インスティテュート オブ テクノロジー 小型バッテリとこれに用いる電極
US20090217876A1 (en) 2008-02-28 2009-09-03 Ceramic Technologies, Inc. Coating System For A Ceramic Evaporator Boat
JP2009301850A (ja) * 2008-06-12 2009-12-24 Toyota Motor Corp リチウム二次電池
JPWO2009153966A1 (ja) 2008-06-17 2011-11-24 パナソニック株式会社 非水電解質二次電池用正極およびそれを用いた非水電解質二次電池
US9249502B2 (en) 2008-06-20 2016-02-02 Sakti3, Inc. Method for high volume manufacture of electrochemical cells using physical vapor deposition
US7945344B2 (en) 2008-06-20 2011-05-17 SAKT13, Inc. Computational method for design and manufacture of electrochemical systems
JP2010027409A (ja) * 2008-07-21 2010-02-04 Toyota Motor Corp リチウムイオン二次電池
MY163851A (en) 2008-08-05 2017-10-31 Sakti3 Inc Electrochemical cell including functionally graded components
FR2936106B1 (fr) * 2008-09-16 2010-10-01 Commissariat Energie Atomique Micro-batterie au lithium comportant une couche d'encapsulation et procede de fabrication.
EP2369663A1 (en) * 2008-12-24 2011-09-28 NGK Insulators, Ltd. Plate-shaped particles for positive electrode active material of lithium secondary batteries, films of said material as well as lithium secondary batteries
US9799914B2 (en) 2009-01-29 2017-10-24 Corning Incorporated Barrier layer for thin film battery
PL2401232T3 (pl) 2009-02-24 2016-10-31 Bezpośrednie napylanie próżniowe wspomagane plazmą z współosiowej drążonej katody i związany z nim sposób
JP2011029151A (ja) * 2009-07-02 2011-02-10 Fuji Heavy Ind Ltd 電極材料およびリチウムイオン二次電池
JP5515665B2 (ja) * 2009-11-18 2014-06-11 ソニー株式会社 固体電解質電池、正極活物質および電池
US8252117B2 (en) 2010-01-07 2012-08-28 Primestar Solar, Inc. Automatic feed system and related process for introducing source material to a thin film vapor deposition system
US20110294005A1 (en) * 2010-05-28 2011-12-01 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Power storage device, electrode, and electric device
US8521497B2 (en) 2010-06-03 2013-08-27 Battelle Energy Alliance, Llc Systems, methods and computer-readable media for modeling cell performance fade of rechargeable electrochemical devices
CN102947976B (zh) 2010-06-07 2018-03-16 萨普拉斯特研究有限责任公司 可充电、高密度的电化学设备
JP4936032B1 (ja) * 2010-10-21 2012-05-23 大日本印刷株式会社 非水電解液二次電池用電極板、非水電解液二次電池、および電池パック
JP5413355B2 (ja) 2010-11-08 2014-02-12 トヨタ自動車株式会社 全固体電池
JP2012169165A (ja) * 2011-02-15 2012-09-06 Sony Corp 固体電解質電池
KR101342512B1 (ko) * 2011-03-17 2013-12-17 로베르트 보쉬 게엠베하 수계 활물질 조성물, 이를 이용하여 제조된 전극 및 리튬 이차 전지
US8900743B2 (en) 2011-10-27 2014-12-02 Sakti3, Inc. Barrier for thin film lithium batteries made on flexible substrates and related methods
US10770745B2 (en) * 2011-11-09 2020-09-08 Sakti3, Inc. Monolithically integrated thin-film solid state lithium battery device having multiple layers of lithium electrochemical cells
JP5443445B2 (ja) * 2011-07-06 2014-03-19 トヨタ自動車株式会社 硫化物固体電解質材料、リチウム固体電池、および、硫化物固体電解質材料の製造方法
JP2013051171A (ja) * 2011-08-31 2013-03-14 Toyota Motor Corp 全固体電池用電極体及び全固体電池
CN103814472B (zh) * 2011-09-30 2016-05-04 丰田自动车株式会社 全固体电池及其制造方法
US9127344B2 (en) 2011-11-08 2015-09-08 Sakti3, Inc. Thermal evaporation process for manufacture of solid state battery devices
JP2013225495A (ja) * 2012-03-21 2013-10-31 Nippon Electric Glass Co Ltd リチウムイオン二次電池用正極活物質およびその製造方法
CN104412440B (zh) * 2012-07-11 2016-10-19 丰田自动车株式会社 全固体电池及其制造方法
US9692039B2 (en) * 2012-07-24 2017-06-27 Quantumscape Corporation Nanostructured materials for electrochemical conversion reactions
JP2014035888A (ja) * 2012-08-09 2014-02-24 Toyota Motor Corp 全固体電池及びその製造方法
US10170746B2 (en) 2012-10-17 2019-01-01 Infineon Technologies Ag Battery electrode, battery, and method for manufacturing a battery electrode

Also Published As

Publication number Publication date
WO2016060757A1 (en) 2016-04-21
CN107112595A (zh) 2017-08-29
JP2017531297A (ja) 2017-10-19
US20170352907A1 (en) 2017-12-07
US9627709B2 (en) 2017-04-18
US20160240884A1 (en) 2016-08-18
KR20170056014A (ko) 2017-05-22
EP3235047A1 (en) 2017-10-25
EP3235047A4 (en) 2018-07-04
US10593985B2 (en) 2020-03-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102072534B1 (ko) 배터리 장치용 비정질 캐소드 재료
US20190334206A1 (en) Multiple active and inter layers in a solid-state device
US11011795B2 (en) Barrier for thin film lithium batteries made on flexible substrates and related methods
TWI796295B (zh) 於電極與電解質層間具有中間層之能量儲存元件
JP6675821B2 (ja) 固体電池およびその製造方法
US9673478B2 (en) Multi-layer coatings for bipolar rechargeable batteries with enhanced terminal voltage
US8192789B2 (en) Method for manufacture and structure of multiple electrochemistries and energy gathering components within a unified structure
US20160308243A1 (en) Electrochemical cell with solid and liquid electrolytes
US20170149093A1 (en) Configurations of solid state thin film batteries
KR20170057421A (ko) 보호된 음극을 갖는 전기 화학 전지
US20160315314A1 (en) Lithium electrode for a lithium-ion battery, and method for the production thereof
US10186731B2 (en) Battery
KR100790844B1 (ko) 박막 전지 및 그 제조 방법
CN107819103B (zh) 具有提高的活性材料份额的电极
KR20130090160A (ko) 3층 구조의 양극 집전체 및 이를 구비한 이차전지
Park et al. Effect of cell pressure on the electrochemical performance of all‐solid‐state lithium batteries with zero‐excess Li metal anode
JP5521719B2 (ja) 全固体二次電池用集電体、全固体二次電池用電極体および全固体二次電池
US20190363395A1 (en) Thin film solid-state secondary battery
WO2021132504A1 (ja) 固体電池
CN115668538A (zh) 用于制造利用锂和包含无机固体电解质的网的能量存储装置的方法
KR20140073924A (ko) 다중 접합 박막 전지 및 그 제조 방법
KR102639668B1 (ko) 다층 구조의 고체 전해질 및 이를 포함하는 전고체 박막 전지
US20220077492A1 (en) Lithium-Sulfur (Li-S) Batteries and Methods of Manufacturing Thereof
CN118044005A (zh) 固态电化学电池单元
JP2024025996A (ja) 固体電池および電池パッケージ

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
AMND Amendment
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
X091 Application refused [patent]
AMND Amendment
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant