KR102272871B1 - 낮은 용융 온도 금속 정제 및 증착 - Google Patents

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Abstract

본원에 설명된 구현들은 일반적으로, 낮은 용융 온도 금속 또는 합금 금속 증착 및 처리에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본원에 설명된 구현들은 인쇄된 전자 장치 및 전기화학 디바이스들을 위한 낮은 용융 온도 금속 또는 합금 금속 증착 및 처리를 위한 방법들 및 시스템들에 관한 것이다. 또 다른 구현에서, 방법이 제공된다. 방법은, 원하지 않는 양의 오염물질들을 제거하기 위해 용융 금속 공급원을 정제 프로세스에 노출시키는 단계, 여과된 용융 금속을 3차원 인쇄 디바이스에 전달하는 단계, 및 여과된 용융 금속을 기판 상에 인쇄함으로써 기판 상에 금속 필름을 형성하는 단계를 포함한다. 정제 프로세스는, 용융 금속을 필터 조립체에 전달하는 단계 ― 필터 조립체는, 스키머 디바이스, 금속 메쉬 필터, 및 폼 필터 중 적어도 하나를 포함함 ―, 및 용융 금속을 필터 조립체를 통해 여과하는 단계를 포함한다.

Description

낮은 용융 온도 금속 정제 및 증착
본원에 설명된 구현들은 일반적으로, 낮은 용융 온도 금속 또는 금속 합금 증착 및 처리에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본원에 설명된 구현들은 인쇄된 전자 장치 및 에너지 저장 디바이스들을 위한 낮은 용융 온도 금속 또는 합금 금속 증착 및 처리를 위한 방법들 및 시스템들에 관한 것이다.
가요성 디바이스들 및 다양한 IoT(사물 인터넷) 응용들에 대한 사회적 요구가 증가하기 때문에, 인쇄된 전자 장치들은 중요성이 증가하고 있다. 예를 들어, 가요성 기판 상에의 회로들의 인쇄는 센서들의 패키징에 도움을 줄 수 있다. 재충전가능한 전기화학 디바이스들이 또한, 일상 생활의 많은 분야에 대해 점점 더 중요해지고 있다. 고용량 에너지 저장 디바이스들, 예컨대, 수퍼커패시터들 및 리튬 이온(Li-ion) 배터리들은 휴대용 전자기기, 의료, 교통, 그리드 연결된 대형 에너지 저장소, 재생가능 에너지 저장소, 및 무정전 전원공급장치(UPS)를 포함하여 점점 더 많은 수의 응용들에서 사용된다. 이러한 응용들 각각에서, 에너지 저장 디바이스들의 충전 시간 및 용량은 중요한 파라미터들이다. 추가적으로, 그러한 에너지 저장 디바이스들의 크기, 무게, 및/또는 비용은 상당한 제한들일 수 있다. 전통적인 납-황산 배터리들은 종종 정전용량이 부족하고, 이러한 성장하는 응용들에 대해 종종 불충분하게 사이클링가능하다. 진보된 납 탄소 배터리들은 시동-정지 차량 기술에 대한 두드러진 후보들이 되었다.
전형적으로, 리튬 배터리들은 안전성 이유들로 어떠한 금속성 리튬도 함유하지 않고, 대신에 애노드로서 흑연 물질을 사용한다. 그러나, 하전 상태에서 한계 조성물(LiC6)까지 충전될 수 있는 흑연의 사용은, 금속성 리튬의 사용과 비교하여 훨씬 더 낮은 정전용량을 초래한다. 현재, 관련 산업은 에너지 셀 밀도를 증가시키기 위해 흑연 기재의 애노드들로부터 규소 배합된 흑연으로 이동하고 있다. 그러나, 규소 배합된 흑연 애노드들은 금속성 리튬과 비교하여 제1 사이클 용량 손실을 겪는다. 따라서, 정전용량을 개선하고 제1 사이클 용량 손실을 감소시키기 위해 리튬 금속 증착 기법들이 필요하다. 그러나, 리튬 금속은 여러 디바이스 통합 과제들에 직면한다.
리튬은 알칼리 금속이다. 제1 주족의 중원소 동족체들과 유사하게, 리튬은 다양한 물질들과의 강한 반응성을 특징으로 한다. 리튬은, 양성자성 수소를 함유하는, 물, 알콜들 및 다른 물질들과 격렬히 반응하며, 종종 점화를 초래한다. 리튬은 공기 중에서 불안정하고 산소, 질소 및 이산화탄소와 반응한다. 보통, 리튬은 불활성 가스 분위기(아르곤과 같은 불활성 가스들) 하에서 취급되며, 리튬의 강한 반응성은 다른 처리 작동들이 또한, 불활성 가스 분위기에서 수행될 것을 요구한다. 결과적으로, 리튬은 리튬이 증착, 처리, 저장 및 수송될 때 여러 과제들을 제공한다.
그러므로, 인쇄된 전자 장치 및 에너지 저장 디바이스들을 위한 낮은 용융 온도 금속 또는 금속 합금 증착 및 처리의 증착 및 처리를 위한 방법들 및 시스템들이 필요하다.
본원에 설명된 구현들은 일반적으로, 낮은 용융 온도 금속 또는 금속 합금 증착 및 처리에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본원에 설명된 구현들은 인쇄된 전자 장치 및 에너지 저장 디바이스들을 위한 낮은 용융 온도 금속 또는 합금 금속 증착 및 처리를 위한 방법들 및 시스템들에 관한 것이다. 일 구현에서, 전극을 형성하는 방법이 제공된다. 방법은, 원하지 않는 양의 오염물질들을 제거하기 위해 용융 알칼리 금속 공급원을 정제 프로세스에 노출시키는 단계, 여과된 용융 알칼리 금속을 3차원 인쇄 디바이스에 전달하는 단계, 및 여과된 용융 알칼리 금속을 전도성 집전체 상에 증착시킴으로써 전도성 집전체 상에 알칼리 금속 필름을 형성하는 단계를 포함한다. 정제 프로세스는, 용융 알칼리 금속을 필터 조립체에 전달하는 단계 ― 필터 조립체는, 스키머 디바이스, 금속 메쉬 필터, 및 폼 필터 중 적어도 하나를 포함함 ―, 및 용융 알칼리 금속을 필터 조립체를 통해 여과하는 단계를 포함한다.
또 다른 구현에서, 에너지 저장 디바이스를 형성하는 방법이 제공된다. 방법은, 원하지 않는 양들의 오염물질들을 제거하기 위해 용융 리튬 공급원을 정제 프로세스에 노출시키는 단계를 포함한다. 용융 리튬은 필터 조립체에 전달되어 그를 통해 여과된다. 필터 조립체는 스키머 디바이스, 금속 메쉬 필터, 또는 폼 필터를 포함한다. 방법은, 여과된 용융 리튬을 3차원 인쇄 디바이스에 전달하는 단계를 더 포함한다. 방법은, 여과된 용융 리튬을 기판 상에 인쇄함으로써 기판 상에 리튬 금속 필름을 형성하는 단계를 더 포함한다. 기판은 중합체 분리막 필름 또는 전도성 집전체 중 적어도 하나이다.
또 다른 구현에서, 전극을 형성하는 방법이 제공된다. 방법은, 애노드 집전체 상에 장벽 필름을 형성하는 단계, 장벽 필름 상에 습윤 필름을 형성하는 단계, 및 습윤 필름 상에 리튬 금속 필름을 형성하는 단계를 포함한다. 장벽 필름은, 티타늄(Ti), 몰리브데넘(Mo), 텅스텐(W), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 니오븀(Nb), 탄탈럼(Ta) 및 이들의 조합들로부터 선택된다. 습윤 필름은 규소(Si), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 산화규소, 산화주석, 산화알루미늄, 또는 이들의 조합들로부터 선택된다.
또 다른 구현에서, 애노드 전극이 제공된다. 애노드 전극은, 애노드 집전체, 애노드 집전체 상에 형성된 장벽 필름, 장벽 필름 상에 형성된 습윤 필름, 및 습윤 필름 상에 형성된 리튬 금속 필름을 포함한다. 장벽 필름은 티타늄(Ti), 몰리브데넘(Mo), 텅스텐(W), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 니오븀(Nb), 탄탈럼(Ta) 및 이들의 조합들로부터 선택된다. 습윤 필름은 규소(Si), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 산화규소, 산화주석, 산화알루미늄, 및 이들의 조합들로부터 선택된다.
또 다른 구현에서, 방법이 제공된다. 방법은, 원하지 않는 양의 오염물질들을 제거하기 위해 용융 금속 공급원을 정제 프로세스에 노출시키는 단계, 여과된 용융 금속을 3차원 인쇄 디바이스에 전달하는 단계, 및 여과된 용융 금속을 기판 상에 인쇄함으로써 기판 상에 금속 필름을 형성하는 단계를 포함한다. 정제 프로세스는, 용융 금속을 필터 조립체에 전달하는 단계 ― 필터 조립체는, 스키머 디바이스, 금속 메쉬 필터, 및 폼 필터 중 적어도 하나를 포함함 ―, 및 용융 금속을 필터 조립체를 통해 여과하는 단계를 포함한다.
또 다른 구현에서, 방법이 제공된다. 방법은, 원하지 않는 양의 오염물질들을 제거하기 위해 용융 금속 공급원을 정제 프로세스에 노출시키는 단계, 여과된 용융 금속을 3차원 증착 디바이스에 전달하는 단계, 및 기판 상에 금속 필름을 형성하는 단계를 포함한다. 정제 프로세스는, 용융 금속을 필터 조립체에 전달하는 단계 ― 필터 조립체는, 스키머 디바이스, 금속 메쉬 필터, 및 폼 필터 중 적어도 하나를 포함함 ―, 및 용융 금속을 필터 조립체를 통해 여과하는 단계를 포함한다.
또 다른 구현에서, 방법이 제공된다. 방법은, 기판 상에 장벽 필름을 형성하는 단계, 장벽 필름 상에 습윤 필름을 형성하는 단계, 및 습윤 필름 상에 금속 필름을 형성하는 단계를 포함한다. 금속 필름은 섭씨 1,000 도 이하의 용융 온도를 갖는다. 장벽 필름은, 티타늄(Ti), 몰리브데넘(Mo), 텅스텐(W), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 니오븀(Nb), 탄탈럼(Ta) 및 이들의 조합들로부터 선택된다. 습윤 필름은, 규소(Si), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 게르마늄(Ge), 안티모니(Sb), 납(Pb), 비스무트(Bi), 갈륨(Ga), 인듐(In), 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 마그네슘(Mg), 이들의 산화물들, 이들의 질화물들, 또는 이들의 조합들로부터 선택된다.
또 다른 구현에서, 에너지 저장 디바이스를 형성하는 방법이 제공된다. 방법은, 전도성 집전체 상에 장벽 필름을 형성하는 단계를 포함한다. 장벽 필름은, 티타늄(Ti), 몰리브데넘(Mo), 텅스텐(W), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 니오븀(Nb), 탄탈럼(Ta) 및 이들의 조합들로부터 선택된다. 방법은, 장벽 필름 상에 습윤 필름을 형성하는 단계를 포함한다. 습윤 필름은, 규소(Si), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 게르마늄(Ge), 안티모니(Sb), 납(Pb), 비스무트(Bi), 갈륨(Ga), 인듐(In), 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 마그네슘(Mg), 이들의 산화물들, 이들의 질화물들, 또는 이들의 조합들로부터 선택된다. 방법은, 원하지 않는 양들의 오염물질들을 제거하기 위해 용융 리튬 공급원을 정제 프로세스에 노출시키는 단계를 더 포함한다. 방법은, 정제된 용융 리튬을 3차원 인쇄 디바이스에 전달하는 단계를 더 포함한다. 방법은, 정제된 용융 리튬을 습윤 필름 상에 인쇄함으로써 습윤 필름 상에 리튬 금속 필름을 형성하는 단계를 더 포함한다.
또 다른 구현에서, 에너지 저장 디바이스를 형성하는 방법이 제공된다. 방법은, 원하지 않는 양들의 오염물질들을 제거하기 위해 용융 금속 공급원을 정제 프로세스에 노출시키는 단계를 포함한다. 방법은, 용융 금속을 필터 조립체에 전달하는 단계 및 용융 금속을 필터 조립체를 통해 여과하는 단계를 더 포함한다. 필터 조립체는 스키머 디바이스, 금속 메쉬 필터, 및 폼 필터 중 적어도 하나를 포함한다. 방법은, 여과된 용융 금속을 3차원 인쇄 디바이스에 전달하는 단계를 더 포함한다. 방법은, 여과된 용융 금속을 기판 상에 인쇄함으로써 기판 상에 금속 필름을 형성하는 단계를 더 포함한다. 기판은 중합체 분리막 필름 또는 전도성 집전체 중 적어도 하나이다.
또 다른 구현에서, 애노드 전극이 제공된다. 애노드 전극은, 애노드 집전체, 애노드 집전체 상에 형성된 장벽 필름, 장벽 필름 상에 형성된 습윤 필름, 및 습윤 필름 상에 형성된 리튬 금속 필름을 포함한다. 장벽 필름은, 티타늄(Ti), 몰리브데넘(Mo), 텅스텐(W), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 니오븀(Nb), 탄탈럼(Ta) 또는 이들의 조합들이다. 습윤 필름은, 규소(Si), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 게르마늄(Ge), 안티모니(Sb), 납(Pb), 비스무트(Bi), 갈륨(Ga), 인듐(In), 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 마그네슘(Mg), 이들의 산화물들, 이들의 질화물들, 또는 이들의 조합들이다.
또 다른 구현에서, 에너지 저장 디바이스를 형성하는 것이 제공된다. 방법은, 기판 상에 장벽 필름을 형성하는 단계, 장벽 필름 상에 습윤 필름을 형성하는 단계, 및 습윤 필름 상에 금속 필름을 형성하는 단계를 포함한다. 금속 필름은 섭씨 1,000 도 이하의 용융 온도를 갖는다. 장벽 필름은, 티타늄(Ti), 몰리브데넘(Mo), 텅스텐(W), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 니오븀(Nb), 탄탈럼(Ta) 및 이들의 조합들로부터 선택된다. 습윤 필름은, 규소(Si), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 게르마늄(Ge), 안티모니(Sb), 납(Pb), 비스무트(Bi), 갈륨(Ga), 인듐(In), 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 마그네슘(Mg), 이들의 산화물들, 이들의 질화물들, 또는 이들의 조합들로부터 선택된다.
본 개시내용의 위에서 언급된 특징들이 상세히 이해될 수 있도록, 위에 간략히 요약된 구현들의 더 구체적인 설명이 구현들을 참조하여 이루어질 수 있으며, 이들 중 일부는 첨부 도면들에 예시된다. 그러나, 본 개시내용은 동등한 효과의 다른 구현들을 허용할 수 있으므로, 첨부 도면들은 본 개시내용의 전형적인 구현들만을 예시하며, 그러므로 그의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다는 점에 주목해야 한다.
도 1a는 본원에 설명된 구현들에 따라 형성된 애노드 전극 구조를 포함하는 에너지 저장 디바이스의 일 구현의 단면도를 예시하고;
도 1b는 본원에 설명된 구현들에 따라 형성된 애노드 전극 구조의 단면도를 예시하고;
도 2는 본원에 설명된 구현들에 따라 애노드 전극 구조를 형성하기 위한 통합 처리 툴의 개략도를 예시하고;
도 3은 본원에 설명된 구현들에 따라 애노드 전극 구조를 형성하기 위한 방법의 일 구현을 요약하는 프로세스 흐름도를 예시한다.
이해를 용이하게 하기 위해, 가능한 경우, 도면들에 공통된 동일한 요소들을 지시하는 데에 동일한 참조 번호들이 사용되었다. 일 구현의 요소들 및 특징들이 추가의 언급 없이 다른 구현들에 유익하게 포함될 수 있다는 것이 고려된다.
이하의 개시내용은, 전술된 애노드 전극들을 포함하는 인쇄된 전자 장치 및 에너지 저장 디바이스들(예를 들어, 애노드 전극들, 고성능 전기화학 셀들, 커패시터들 및 배터리들), 및 그 제조 방법들을 설명한다. 본 개시내용의 다양한 구현들의 완전한 이해를 제공하기 위해, 특정 세부사항들이 이하의 설명 및 도 1-3에 열거된다. 다양한 구현들의 설명을 불필요하게 모호하게 하는 것을 피하기 위해, 인쇄된 전자 장치 및 에너지 저장 디바이스들에 종종 연관되는 잘 알려진 구조들 및 시스템들을 설명하는 다른 세부사항들은 이하의 개시내용에 열거되지 않는다.
도면들에 도시된 세부사항들, 치수들, 각도들 및 다른 특징들 중 다수는 단지 특정 구현들을 예시할 뿐이다. 이에 따라, 다른 구현들은 본 개시내용의 사상 또는 범위를 벗어나지 않고 다른 세부사항들, 구성요소들, 치수들, 각도들 및 특징들을 가질 수 있다. 추가적으로, 본 개시내용의 추가 구현들은 아래에 설명된 세부사항들 중 몇몇 없이 실시될 수 있다.
본원에 설명된 구현들은 롤-투-롤 코팅 시스템, 예컨대, 탑메트®(TopMet®) 롤-투-롤 코팅 시스템, 스마트웹®(SMARTWEB®) 롤-투-롤 스퍼터 시스템, 탑빔®(TOPBEAM®) 롤-투-롤 코팅 시스템, 소프트 라인®(SOFT LINE®) 스크린 인쇄 시스템에 관하여 아래에서 설명될 것이며, 이들 모두는 캘리포니아주 산타클라라의 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드(Applied Materials, Inc.)로부터 입수가능하다. 스퍼터링 프로세스들 및/또는 고속 증발 프로세스들을 수행할 수 있는 다른 툴들이 또한, 본원에 설명된 구현들로부터 혜택을 받도록 적응될 수 있다. 추가적으로, 본원에 설명된 스퍼터링 프로세스들 및/또는 고속 증발 프로세스들을 가능하게 하는 임의의 시스템이 유리하게 사용될 수 있다. 본원에 설명된 장치 설명은 예시적이며, 본원에 설명된 구현들의 범위를 제한하는 것으로서 해석되거나 이해되어서는 안 된다. 또한, 릴-투-릴 프로세스로서 설명되지만, 본원에 설명된 구현들은 또한, 개별 기판들에 대해 수행될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "적층 제조 프로세스" 및 "3차원 '3D' 인쇄"라는 용어들은, 프로세스들, 예컨대, 폴리젯 증착 프로세스, 잉크젯 인쇄 프로세스, 융합 증착 모델링 프로세스, 결합제 분사 프로세스, 분말 층 융합 프로세스, 선택적 레이저 소결 프로세스, 스테레오리소그래피 프로세스, 디지털 광 처리, 시트 적층 프로세스, 지향성 에너지 증착 프로세스, 패터닝된 코팅, 블록 인쇄, 요판 인쇄, 스크린 인쇄, 페인팅 또는 다른 유사한 3D 증착 프로세스를 포함할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다.
가요성 디바이스들 및 다양한 IoT(사물 인터넷) 응용들에 대한 사회적 요구가 증가하기 때문에, 인쇄된 전자 장치들은 중요성이 증가하고 있다. 예를 들어, 가요성 기판 상에의 회로들의 인쇄는 센서들의 패키징에 도움을 줄 수 있다. 전형적으로, 인쇄된 피처들의 저항 및 회로를 형성하기 위해 콜로이드 페인트가 분배된다. 본원에 설명된 구현들을 사용한, 금속 피처들의 직접 인쇄는, 금속 입자들 사이에 형성된 공극들을 감소/제거하고 전자 전도율을 증진시킬 것이라고 여겨진다. 추가로, 본원에 설명된 구현들을 사용한, 낮은 온도 금속들 또는 합금들로부터 금속 및/또는 금속 합금 피처들의 직접 인쇄는, 회로의 품질을 상당히 개선할 수 있다고 여겨진다. 본원에 설명된 구현들에 따르면, 낮은 용융 금속 또는 합금들의 직접 증착은 진공 조건들 또는 적합한 대기 분위기 중 어느 하나에서 이루어질 수 있다. 본원에 설명된 구현들을 사용하여 증착될 수 있는 낮은 용융 원소들(예를 들어, 섭씨 700 도 미만; 섭씨 800 도 미만; 또는 섭씨 1,000 도 미만)의 전형적인 예들 중 일부는 알칼리 금속(예를 들어, 리튬 및 나트륨), 마그네슘, 아연, 카드뮴, 알루미늄, 갈륨, 인듐, 탈륨, 주석, 납, 안티모니, 비스무트 및 텔루륨이다. 이러한 원소들에 추가하여, 알칼리 토금속 및 은은 섭씨 1,000 도 미만에서 용융된다. 일 구현에서, 낮은 용융 온도 금속은 알칼리 금속들, 마그네슘, 아연, 카드뮴, 알루미늄, 갈륨, 인듐, 탈륨, 주석, 납, 안티모니, 비스무트, 및 텔루륨, 알칼리 토금속들, 은, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된다.
알루미늄 및 은 페인트들은 태양 전지 제조를 포함하는 다양한 응용들에 대한 산업에서 사용된다. 납산 배터리 응용들에서, 납 페이스트는 납 전극을 제조하는데 사용된다. 이들은 비교적 낮은 용융 원소들이고 본원에 설명된 구현들을 사용하여 증착될 수 있다.
현세대의 에너지 저장 디바이스들(예를 들어, 리튬 이온 배터리들)은 얇은 구리 기판들(예를 들어, ~8 ㎛) 상에 증착된 흑연 기재의 음의 전극을 사용한다. 에너지 저장 디바이스의 에너지 밀도를 개선하기 위해, 높은 에너지 밀도를 갖는 새로운 음의 전극이 필요하다. 알칼리 금속 애노드들(예를 들어, 리튬 금속 애노드들)은 원하는 높은 에너지 밀도를 제공하는 것으로 여겨진다. 그러나, 압출 및 증발을 포함하는 현재의 알칼리 금속 증착 프로세스들은 여러 결함들을 겪는다. 예를 들어, 알칼리 금속을 음의 전극에 적합한 고순도의 한 자릿수 미크론 두께로 압출하는 것은 불가능하지 않더라도 어렵다. 분말 리튬 공급원들을 사용한 증발에 의한 리튬 증착은 여러 안전성 관련 문제들을 제공한다. 알칼리 금속 코팅, 인쇄, 및 페인팅은 유망한 기술 선택사항이다. 알칼리 금속 인쇄는 높은 물질 활용을 제공하고, 기존의 롤-투-롤 및 스크린-인쇄 증착 기술 양쪽 모두와 양립가능하다. 따라서, 사전리튬화 및 알칼리 금속 애노드들을 위한 높은 처리량의 고순도 알칼리 금속 증착에 대한 실제적 해결책이 없다.
본 개시내용의 일 구현에서, 금속 필름은 선택적 장벽 필름 및 선택적 리튬 접합 필름을 갖는 전도성 기판(예를 들어, 구리 기판) 상에 증착된다. 금속 필름은 전형적으로, 본원에 설명된 낮은 온도 용융 금속들 중 적어도 하나를 포함한다. 금속 필름은, 예를 들어, 3D 인쇄 프로세스(예를 들어, 3D 금속 인쇄 프로세스, 금속 패턴 코팅 프로세스, 또는 금속 페인팅 프로세스)를 사용하여 증착될 수 있다. 필름들은 대기 또는 진공 기반 웹 툴들 및/또는 스크린 인쇄 툴들을 사용하여 증착될 수 있다. 일부 구현들에서, 구리 집전체들과 같은 얇은 기판 상에 금속을 인쇄하는 것은 적합한 습윤 필름 및 장벽 필름을 가질 필요가 있다. 일부 구현들에서, 금속 필름은 권취 및 취급 목적들을 위해 금속 필름 상에 형성된 보호 필름(예를 들어, 중합체 또는 중합체 전해질)을 갖는다. 디바이스 관점에서, 보호 코팅은 디바이스 기능성, 예컨대, 열, 전기 또는 이온 전도율, 전자기 방사선에 대한 양호한 응답, 분광학적, 광학적 또는 X-선 조사들에 대한 마커를 증진시킬 수 있거나, 내장된 보안 기능들을 위해 사용될 수 있다.
일부 구현들에서, 장벽 필름은 금속들, 예컨대, 티타늄(Ti), 몰리브데넘(Mo), 텅스텐(W), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 니오븀(Nb), 탄탈럼(Ta) 및 이들의 조합들로 만들어질 수 있다. 장벽 필름은 또한, 앞전이 금속 및 후전이 금속으로부터의 원소들로 이루어진 이원 및 삼원 전이 금속 탄화물 또는 질화물들일 수 있다. 일부 경우들에서, 앞전이 금속은 란탄족 원소들로부터의 원소들일 수 있다. 일 구현에서, 장벽 필름은 티타늄 필름이다. 클래드 물질들은 또한, 우수한 기계적 안정성을 제공하고 일부는 전기화학적 안정성과 양립가능하다.
일부 구현들에서, 습윤 필름은 리튬과 직접 접합되고/거나 높은 접촉 각도를 가질 수 있는 물질로 만들어질 수 있다. 예를 들어, Si, Sn, Al 모두는 리튬 및 산화물들을 갖는 합금들(예를 들어, SiOx, SnOx 및 AlOx(x는 0부터, 전하 균형을 위한 최고 산화 상태에 일치하기 위한 숫자까지 변화함))을 형성한다. 일 구현에서, 습윤 필름은 규소 함유 필름이다. 또 다른 예에서, 금속 접촉 각도(예를 들어, 리튬 접촉 각도)는 스테인리스강 상에서 온도에 따라 감소한다.
도 1a는 본원에 설명된 구현들에 따라 형성된 애노드 구조를 포함하는 에너지 저장 디바이스(100)의 일 구현의 단면도를 예시한다. 일부 구현들에서, 에너지 저장 디바이스(100)는 재충전가능한 배터리 셀이다. 일부 구현들에서, 에너지 저장 디바이스(100)는 커패시터(예를 들어, 수퍼커패시터 또는 울트라커패시터)이다. 일부 구현들에서, 에너지 저장 디바이스(100)는 재충전가능한 배터리 또는 커패시터를 형성하기 위해 다른 셀들과 결합된다. 에너지 저장 디바이스(100)는 캐소드 집전체(110), 캐소드 필름(120), 분리막 필름(130), 낮은 용융 온도 금속 필름(140)(예를 들어, 리튬 금속 필름), 선택적 습윤 필름(150), 선택적 장벽 필름(160), 및 애노드 집전체(170)를 갖는다. 도 1에서, 집전체들 및 분리막 필름이 스택을 넘어서 연장되는 것으로 도시되어 있지만, 집전체들 및/또는 분리막 필름이 스택을 넘어서 연장되는 것이 필수적이지 않으며, 스택을 넘어서 연장되는 부분들은 탭들로서 사용될 수 있다는 것을 주목한다.
낮은 용융 온도 금속 필름(140) 및 캐소드 필름(120) 상의 집전체들(110, 170)은, 각각, 동일하거나 상이한 전자 전도체들일 수 있다. 집전체들(110, 170)을 구성할 수 있는 금속들의 예들은, 알루미늄(Al), 구리(Cu), 아연(Zn), 니켈(Ni), 코발트(Co), 주석(Sn), 규소(Si), 망가니즈(Mn), 마그네슘(Mg), 클래드 물질들, 이들의 합금들, 및 이들의 조합들을 포함한다. 일 구현에서, 집전체들(110, 170) 중 적어도 하나가 천공된다. 게다가, 집전체들은 임의의 폼 팩터(예를 들어, 금속성 호일, 시트 또는 판), 형상 및 마이크로/매크로 구조일 수 있다. 일반적으로, 프리즘 셀들에서, 탭들은 집전체와 동일한 물질로 형성되고, 스택의 제조 동안 형성되거나, 나중에 추가될 수 있다. 일부 구현들에서, 집전체들(110 및 170)을 제외한 모든 구성요소들은 리튬 이온 전해질들을 함유한다. 일 구현에서, 캐소드 집전체(110)는 알루미늄이다. 일 구현에서, 캐소드 집전체(110)는 약 2 ㎛ 내지 약 20 ㎛의 두께를 갖는다. 일 구현에서, 애노드 집전체(170)는 구리이다. 일 구현에서, 애노드 집전체(170)는 약 10 ㎛ 내지 약 20 ㎛의 두께를 갖는다.
캐소드 필름(120) 또는 캐소드는 애노드와 양립가능한 임의의 물질일 수 있고, 층간 화합물, 삽입 화합물, 또는 전기화학적으로 활성인 중합체를 포함할 수 있다. 적합한 층간 물질들은, 예를 들어, 리튬 함유 금속 산화물들, MoS2, FeS2, MnO2, TiS2, NbSe3, LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2, LiMn2O4, V6O13 및 V2O5를 포함한다. 적합한 중합체들은, 예를 들어, 폴리아세틸렌, 폴리피롤, 폴리아닐린, 및 폴리티오펜을 포함한다. 캐소드 필름(120) 또는 캐소드는 층상 산화물, 예컨대, 리튬 코발트 산화물, 올리빈, 예컨대, 리튬 철 인산염, 또는 스피넬, 예컨대, 리튬 망가니즈 산화물로 만들어질 수 있다. 예시적인 리튬 함유 산화물들은 층상, 예컨대, 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 또는 혼합된 금속 산화물들, 예컨대, LiNixCo1-2xMnO2, LiNiMnCoO2("NMC"), LiNi0.5Mn1.5O4, Li(Ni0.8Co0.15Al0.05)O2, LiMn2O4, 및 도핑된 리튬 풍부 층상-층상 물질들일 수 있고, 여기서, x는 영 또는 영이 아닌 숫자이다. 예시적인 인산염들은 철 올리빈(LiFePO4) 및 그의 변형물들(예컨대, LiFe(1-x)MgxPO4), LiMoPO4, LiCoPO4, LiNiPO4, Li3V2(PO4)3, LiVOPO4, LiMP2O7, 또는 LiFe1.5P2O7일 수 있고, 여기서, x는 영 또는 영이 아닌 숫자이다. 예시적인 플루오로포스페이트들은 LiVPO4F, LiAlPO4F, Li5V(PO4)2F2, Li5Cr(PO4)2F2, Li2CoPO4F, 또는 Li2NiPO4F일 수 있다. 예시적인 규산염들은 Li2FeSiO4, Li2MnSiO4, 또는 Li2VOSiO4일 수 있다. 예시적인 비-리튬 화합물은 Na5V2(PO4)2F3이다. 캐소드 필름(120)은 물리적 또는 화학적 박막 기법들, 예컨대, 스퍼터링, 전자 빔 증발, 화학 기상 증착(CVD) 등에 의해 형성될 수 있다. 일 구현에서, 캐소드 필름(120)은 약 10 ㎛ 내지 약 100 ㎛(예를 들어, 약 30 ㎛ 내지 약 80 ㎛; 또는 약 40 ㎛ 내지 약 60 ㎛)의 두께를 갖는다. 일 구현에서, 캐소드 필름(120)은 LiCoO2 필름이다. 일부 구현들에서, 에너지 저장 디바이스가 전기화학 커패시터인 경우, 높은 표면적 탄소가 전극으로서 사용된다.
분리막 필름(130)은 공극들에 의해 이온들을 전도할 수 있는 다공성(예를 들어, 미세다공성) 중합체 기판(예를 들어, 분리막 필름)을 포함한다. 일부 구현들에서, 다공성 중합체 기판 자체는 이온 전도성일 필요가 없지만, 일단 전해질(액체, 겔, 고체, 조합 등)로 채워지면, 다공성 기판과 전해질의 조합은 이온 전도성이다. 일 구현에서, 다공성 중합체 기판은 다층 중합체 기판이다. 일 구현에서, 공극들은 마이크로 공극들이다. 일부 구현들에서, 다공성 중합체 기판은 상업적으로 입수가능한 임의의 중합체 미세다공성 멤브레인들(예를 들어, 단일 또는 다수 겹), 예를 들어, 폴리포어(Polypore)(노스캐롤라이나주 샬럿의 셀가드 인코포레이티드(Celgard Inc.)), 도레이 도넨(Toray Tonen)(배터리 분리막 필름(BSF)), 에스케이 에너지(SK Energy)(리튬 이온 배터리 분리막(LiBS)), 에보닉 인더스트리스(Evonik industries)(세파리온®(SEPARION®) 세라믹 분리막 멤브레인), 아사히 카세이(Asahi Kasei)(하이포어™(Hipore™) 폴리올레핀 플랫 필름 멤브레인), 뒤퐁(DuPont)(에너게인®(Energain®)) 등에 의해 생산된 제품들로 구성된다. 일부 구현들에서, 분리막 필름(130)이 다공성 중합체 기판인 경우, 다공성 중합체 기판은 20 내지 80% 범위(예를 들어, 28 내지 60% 범위)의 공극률을 갖는다. 일부 구현들에서, 분리막 필름(130)이 다공성 중합체 기판인 경우, 다공성 중합체 기판은 0.02 내지 5 미크론 범위(예를 들어, 0.08 내지 2 미크론)의 평균 공극 크기를 갖는다. 일부 구현들에서, 다공성 중합체 기판은 15 내지 150초 범위의 걸리수(걸리수는 12.2 인치의 물에서 공기 10cc가 1 제곱인치의 멤브레인을 통과하는 데에 소요되는 시간을 지칭함)를 갖는다. 일부 구현들에서, 다공성 중합체 기판은 폴리올레핀이다. 예시적인 폴리올레핀들은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 또는 이들의 조합들을 포함한다. 디바이스 성능을 증진시키기 위해, 분리막 상의 금속 증착이 전기화학 커패시터에 사용될 수 있다.
일부 구현들에서, 선택적 장벽 필름(160)은 애노드 집전체(170) 상에 형성된다. 일부 구현들에서, 장벽 필름은 금속들, 예컨대, 티타늄(Ti), 몰리브데넘(Mo), 텅스텐(W), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 니오븀(Nb), 탄탈럼(Ta) 및 이들의 조합들로 만들어질 수 있다. 장벽 필름은 또한, 앞전이 금속 및 후전이 금속으로부터의 원소들로 이루어진 이원 및 삼원 전이 금속 탄화물 또는 질화물들일 수 있다. 일부 구현들에서, 앞전이 금속은 란탄족 원소들로부터의 원소들일 수 있다. 일 구현에서, 장벽 필름(160)은 약 1 nm 내지 약 200 nm(예를 들어, 약 5 nm 내지 약 100 nm; 약 10 nm 내지 약 50 nm; 또는 약 10 nm 내지 약 20 nm)의 두께를 갖는다. 일 구현에서, 습윤 필름(150)은 규소 또는 규소 함유 필름이다. 일 구현에서, 장벽 필름(160)은 티타늄 필름이다.
일부 구현들에서, 선택적 습윤 필름(150)은 장벽 필름(160)의 애노드 집전체 상에 형성된다. 일부 구현들에서, 습윤 필름(150)은 리튬과 직접 접합되거나 높은 접촉 각도를 가질 수 있는 물질로 만들어질 수 있다. 예를 들어, Si, Sn, Al 모두는 리튬 및 산화물들을 갖는 합금들(예를 들어, SiOx, SnOx 및 AlOx(x는 0부터, 전하 균형을 위한 최고 산화 상태에 일치하기 위한 숫자까지 변화함))을 형성한다. 일 구현에서, 습윤 필름은, 규소(Si), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 게르마늄(Ge), 안티모니(Sb), 납(Pb), 비스무트(Bi), 갈륨(Ga), 인듐(In), 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 마그네슘(Mg), 이들의 산화물들, 이들의 질화물들, 또는 이들의 조합들의 군으로부터 선택된다. 일 구현에서, 습윤 필름은 규소(Si), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 산화규소, 산화주석, 또는 이들의 조합들의 군으로부터 선택된다. 일 구현에서, 습윤 필름(150)은 약 1 nm 내지 약 200 nm(예를 들어, 약 5 nm 내지 약 100 nm; 약 10 nm 내지 약 50 nm; 또는 약 20 nm 내지 약 140 nm)의 두께를 갖는다. 일 구현에서, 습윤 필름(150)은 규소 또는 규소 함유 필름이다.
선택적 습윤 필름(150)이 존재하는 일부 구현들에서, 낮은 용융 온도 금속 필름(140)은 선택적 습윤 필름(150) 상에 형성된다. 일부 구현들에서, 낮은 용융 온도 금속 필름(140)은 애노드 집전체(170) 상에 직접 형성된다. 낮은 용융 온도 금속 필름(140) 또는 애노드는 리튬 금속, 리튬 금속 호일 또는 리튬 합금 호일(예를 들어, 리튬 알루미늄 합금들), 또는 리튬 금속 및/또는 리튬 합금 및 물질들, 예컨대, 탄소(예를 들어, 코크스, 흑연), 니켈, 구리, 주석, 인듐, 규소, 이들의 산화물들, 또는 이들의 조합들의 혼합물로 구성될 수 있다. 낮은 용융 온도 금속 필름(140)은 전형적으로, 리튬을 함유하는 층간 화합물들 또는 리튬을 함유하는 삽입 화합물들을 포함한다. 낮은 용융 온도 금속 필름(140)은, 본원에 설명된 인쇄 방법들을 사용하여 증착될 수 있다. 일부 구현들에서, 낮은 용융 온도 금속 필름(140)은 물리적 또는 화학적 박막 기법들, 예컨대, 스퍼터링, 전자 빔 증발, 화학 기상 증착(CVD), 3차원 인쇄 등에 의해 형성될 수 있다. 일 구현에서, 낮은 용융 온도 금속 필름(140)은 약 1 ㎛ 내지 약 50 ㎛(예를 들어, 약 3 ㎛ 내지 약 40 ㎛; 약 3 ㎛ 내지 약 20 ㎛; 또는 약 20 ㎛ 내지 약 40 ㎛)의 두께를 갖는다.
셀 구성요소들(120, 130, 140, 150 및 160)에 주입된 전해질들은 액체/겔 또는 고체 중합체로 구성될 수 있고, 각각의 셀 구성요소에서 상이할 수 있다. 일부 구현들에서, 전해질은 주로 염 및 매질을 포함한다(예를 들어, 액체 전해질에서, 매질은 용매라고 지칭될 수 있고; 겔 전해질에서, 매질은 중합체 매트릭스일 수 있음). 염은 리튬 염일 수 있다. 리튬 염은, 예를 들어, LiPF6, LiAsF6, LiCF3SO3, LiN(CF3SO3)3, LiBF6, 및 LiClO4, 리튬 비스트리플루오메탄술폰이미데이트(예를 들어, LiTFSI), BETTE 전해질(미네소타주 미니애폴리스의 쓰리엠 코포레이션(3M Corp.)으로부터 상업적으로 이용가능함), 및 이들의 조합들을 포함할 수 있다. 용매들은, 예를 들어, 에틸렌 카르보네이트(EC), 프로필렌 카르보네이트(PC), EC/PC, 2-MeTHF(2-메틸테트라히드로푸란)/EC/PC, EC/DMC(디메틸 카르보네이트), EC/DME(디메틸 에탄), EC/DEC(디에틸 카르보네이트), EC/EMC(에틸 메틸 카르보네이트), EC/EMC/DMC/DEC, EC/EMC/DMC/DEC/PE, PC/DME, 및 DME/PC를 포함할 수 있다. 중합체 매트릭스들은, 예를 들어, PVDF(폴리비닐리덴 플루오라이드), PVDF:THF(PVDF:테트라히드로푸란), PVDF:CTFE(PVDF:클로로트리플루오로에틸렌), PAN(폴리아크릴로니트릴), 및 PEO(폴리에틸렌 옥사이드)를 포함할 수 있다.
도 1b는 본원에 설명된 구현들에 따라 형성된 애노드 전극 구조(180)의 단면도를 예시한다. 애노드 전극 구조(180)는 에너지 저장 디바이스를 형성하기 위해 캐소드 전극 구조와 결합될 수 있다. 애노드 전극 구조(180)는 애노드 집전체(170)를 포함한다. 일부 구현들에서, 선택적 장벽 필름(160a, 160b)(일괄적으로 160)은 애노드 집전체(170)의 대향 측들 상에 형성된다. 일부 구현들에서, 선택적 습윤 필름(150a, 150b)은 선택적 장벽 필름(160a, 160b) 상에 형성된다. 애노드 전극 구조(180)는 선택적 습윤 필름(150a, 150b) 상에 형성된 낮은 용융 온도 금속 필름(140a, 140b)을 갖는다. 본원에서 논의되는 바와 같이, 일부 구현들에서, 낮은 용융 온도 금속 필름(140a, 140b)은 애노드 집전체(170) 상에 직접 형성된다. 애노드 전극 구조(180)가 양면 전극 구조이지만, 본원에 설명된 구현들은 또한, 단면 전극 구조들에 적용가능하다.
일부 구현들에서, 보호 필름(190a, 190b)(일괄적으로 190)은 낮은 용융 온도 금속 필름(140a, 140b) 상에 형성된다. 보호 필름(190a, 190b)은 간지 필름 또는 이온 전도성 중합체일 수 있다. 보호 필름(190a, 190b)이 간지 필름인 일부 구현들에서, 간지 필름은 전형적으로, 에너지 저장 디바이스(예를 들어, 리튬 이온 저장 디바이스 또는 커패시터)를 형성하기 위해 애노드 전극 구조(180)를 캐소드 구조와 결합하기 전에 제거된다. 보호 필름(190a, 190b)이 이온 전도성 중합체 필름인 일부 구현들에서, 이온 전도성 중합체 필름은 최종 에너지 저장 디바이스 구조 내에 포함될 수 있다.
보호 필름(190)은 리튬 이온 전도성 물질일 수 있다. 리튬 이온 전도성 물질은, 예를 들어, LiPON, Li7La3Zr2O12의 결정질 또는 비정질 상들 중 어느 하나의 도핑된 변형들, 도핑된 안티-페로브스카이트 조성물들, Li2S-P2S5, Li10GeP2S12, 및 Li3PS4, 리튬 인산염 유리들, (1-x)LiI―(x)Li4SnS4, xLiI―(1-x)Li4SnS4, 혼합된 황화물 및 산화물 전해질들(결정질 LLZO, 비정질 (1-x)LiI―(x)Li4SnS4 혼합물, 및 비정질 xLiI―(1-x)Li4SnS4) 중 하나 이상으로 구성될 수 있다. 일 구현에서, x는 0과 1 사이(예를 들어, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8 및 0.9)이다. 리튬 이온 전도성 물질은, 물리 기상 증착(PVD), 화학 기상 증착(CVD), 스프레이, 닥터 블레이드, 인쇄 또는 다수의 코팅 방법들 중 임의의 코팅 방법 중 어느 하나를 사용하여 낮은 용융 온도 금속 필름 상에 직접 증착될 수 있다. 일부 구현들에 적합한 방법은 PVD이다. 일부 구현들에서, 보호 필름(190)은 이온 전도성일 필요가 없지만, 일단 전해질(액체, 겔, 고체, 조합 등)로 채워지면, 다공성 기판과 전해질의 조합은 이온 전도성이다.
보호 필름(190)은 간지 필름(interleaf film)일 수 있다. 간지 필름은 열가소성 물질, 예컨대, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리(에틸렌 테레프탈레이트), 폴리(부틸렌 테레프탈레이트), 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리아라미드, 폴리아크릴레이트, 폴리카르보네이트, 폴리(에스테르 카르보네이트), 폴리벤즈이미다졸, 폴리이미드, 폴리에테르 이미드, 폴리아미드 이미드 등을 포함할 수 있다.
일 구현에서, 애노드 전극 구조(180)는 애노드 집전체(170) 상에 형성된 낮은 용융 온도 금속 필름(140)(예를 들어, Li/Cu)을 포함한다. 또 다른 구현에서, 애노드 전극 구조(180)는 낮은 용융 온도 금속 필름(140)/장벽 필름(160)/애노드 집전체(170)(예를 들어, Li/Ti/Cu)를 포함한다. 또 다른 구현에서, 애노드 전극 구조(180)는 낮은 용융 온도 금속 필름(140)/습윤 필름(150)/장벽 필름(160)/애노드 집전체(170)(예를 들어, Li/Si/Ti/Cu)를 포함한다. 또 다른 구현에서, 애노드 전극 구조(180)는 낮은 용융 온도 금속 필름(140)/장벽 필름(160)(예를 들어, Li/Ti)을 포함한다. 또 다른 구현에서, 애노드 전극 구조(180)는 낮은 용융 온도 금속 필름(140)/습윤 필름(150)/장벽 필름(160)(예를 들어, Li/Si/Ti)을 포함한다.
애노드 구조는 본원에 설명된 바와 같은 본 개시내용의 툴들을 사용하여 제조될 수 있다. 일부 구현들에 따르면, 애노드 구조들을 형성하기 위한 웹 툴은, 다음의 챔버들: 기판 상에 장벽 필름을 증착시키기 위한 선택적 챔버, 장벽 필름 상에 습윤 필름을 증착시키기 위한 선택적 챔버, 낮은 용융 온도 금속 필름(예를 들어, 리튬)을, 존재하는 경우에 습윤 필름 상에 또는 장벽 필름 또는 기판 상에 직접 증착시키기 위한 리튬 금속 프린터, 및 낮은 용융 온도 금속 필름 상에 보호 필름을 증착시키기 위한 선택적 챔버를 통해 기판 또는 집전체를 수송하기 위한 릴-투-릴 시스템을 포함한다. 리튬의 박막을 증착시키기 위한 챔버는 리튬 인쇄를 위해 구성된 챔버이다.
일부 구현들에서, 툴은, 금속의 연속 시트 상의 증착 이전에 물질의 연속 시트의 표면 개질을 위한 챔버, 예컨대, 플라즈마 전처리 챔버를 더 포함할 수 있다. 게다가, 일부 구현들에서, 툴은 액체 전해질 또는 리튬 이온 전도성 유전체 물질에 가용성인 결합제를 증착시키기 위한 챔버를 더 포함할 수 있다.
도 2는 본원에 설명된 구현들에 따라 애노드 전극 구조를 형성하기 위한 통합 처리 툴(200)의 개략도를 예시한다. 통합 처리 툴(200)은 본원에 설명된 구현들에 따라 형성된 인쇄된 낮은 용융 온도 금속 필름(예를 들어, 리튬)을 갖는 애노드 구조를 형성하는 데에 사용될 수 있다. 특정 구현들에서, 통합 처리 툴(200)은, 물질의 연속 시트(210)에 하나의 처리 작동을 수행하도록 각각 구성된, 일렬로 배열된 복수의 처리 모듈들 또는 챔버들을 포함한다. 일 구현에서, 통합 처리 툴(200)은 웹 툴이다. 일 구현에서, 물질의 연속 시트(210)는 캐소드 집전체(110)이다. 통합 처리 툴(200)은 복수의 처리 챔버 또는 모듈들을 통해 물질의 연속 시트(210)를 이동시키기 위한 릴들(212 및 214)을 포함할 수 있다. 일 구현에서, 통합 처리 툴(200)은, 물질의 연속 시트(210) 위에 장벽 필름을 증착시키기 위한 제1 처리 챔버(220), 물질의 연속 시트(210) 위에 습윤 필름을 증착시키기 위한 제2 처리 챔버(230), 물질의 연속 시트(210) 위에 낮은 용융 온도 금속 필름을 인쇄하기 위한 제3 처리 챔버(240), 및 낮은 용융 온도 금속 필름 위에 보호 필름을 증착시키기 위한 제4 처리 챔버(250)를 포함한다.
일 구현에서, 처리 챔버들(220, 230, 240 및 250)은 독립 모듈형 처리 챔버들이고, 여기서, 각각의 모듈형 처리 챔버는 다른 모듈형 처리 챔버들로부터 구조적으로 분리된다. 그러므로, 독립 모듈형 처리 챔버들 각각은, 서로 영향을 주지 않고 독립적으로, 배열되거나, 재배열되거나, 교체되거나 유지될 수 있다. 특정 구현들에서, 처리 챔버들(220, 230, 240 및 250)은 물질의 연속 시트(210)의 양면을 처리하도록 구성된다. 통합 처리 툴(200)이 수평 배향된 물질의 연속 시트(210)를 처리하도록 구성되어 있지만, 통합 처리 툴(200)은 상이한 배향들, 예를 들어, 수직 배향된 물질의 연속 시트(210)에 위치된 기판들을 처리하도록 구성될 수 있다. 특정 구현들에서, 물질의 연속 시트(210)는 전도성 기판이다. 특정 구현들에서, 물질의 연속 시트(210)는 가요성 전도성 기판이다.
특정 구현들에서, 통합 처리 툴(200)은 이송 메커니즘(205)을 포함한다. 이송 메커니즘(205)은 처리 챔버들(220 및 230)의 처리 영역을 통해 물질의 연속 시트(210)를 이동시킬 수 있는 임의의 이송 메커니즘을 포함할 수 있다. 이송 메커니즘(205)은 공동 수송 아키텍처를 포함할 수 있다. 공동 수송 아키텍처는, 시스템을 위한 공동 권취 릴(214) 및 공급 릴(212)을 갖는 릴-투-릴 시스템을 포함할 수 있다. 권취 릴(214) 및 공급 릴(212)은 개별적으로 가열될 수 있다. 권취 릴(214) 및 공급 릴(212)은 각각의 릴 내에 위치된 내부 열원 또는 외부 열원을 사용하여 개별적으로 가열될 수 있다. 공동 수송 아키텍처는, 권취 릴(214)과 공급 릴(212) 사이에 위치된 하나 이상의 중간 이송 릴(도시되지 않음)을 더 포함할 수 있다.
통합 처리 툴(200)이 개별 처리 영역들을 갖는 것으로 도시되지만, 일부 구현들에서, 통합 처리 툴(200)은 공동 처리 영역을 갖는다. 일부 구현에서, 각각의 프로세스 단계에 대해, 분리된 또는 개별 처리 영역들, 모듈들, 또는 챔버들을 갖는 것이 유리할 수 있다. 개별 처리 영역들, 모듈들, 또는 챔버들을 갖는 구현들의 경우, 공동 수송 아키텍처는, 각각의 챔버 또는 처리 영역이, 개별 권취 릴 및 공급 릴을 갖고, 하나 이상의 선택적 중간 이송 릴이 권취 릴과 공급 릴 사이에 위치되는 릴-투-릴 시스템일 수 있다. 공동 수송 아키텍처는 트랙 시스템을 포함할 수 있다. 트랙 시스템은 처리 영역들 또는 개별 처리 영역들을 통해 연장된다. 트랙 시스템은 웹 기판 또는 개별 기판들을 수송하도록 구성된다. 일부 구현들에서, 완성된 애노드 전극은 도면들에 도시된 바와 같이 권취 릴(214) 상에 수집될 것이 아니라, 배터리 셀들을 형성하기 위해, 분리막 필름 및 양의 전극들 등과의 통합을 위해 직접적으로 진행될 수 있다.
제1 처리 챔버(220)는 물질의 연속 시트(210) 상에 장벽 필름을 증착시키도록 구성된다. 일 구현에서, 장벽 필름은 장벽 필름(160)이다. 본원에서 논의되는 바와 같이, 일부 구현들에서, 장벽 필름은 선택적이고, 따라서 제1 처리 챔버(220)는 또한, 통합 처리 툴(200)의 선택적 구성요소이다. 장벽 필름들을 증착시키기 위한 임의의 적합한 장벽 필름 증착 프로세스는, 장벽 필름을 증착시키는 데에 사용될 수 있다. 장벽 필름을 증착시키기 위한 제1 처리 챔버(220)는 PVD 시스템, 예컨대, 전자 빔 증발기, 열 증발 시스템, 또는 스퍼터링 시스템, 열 증발 시스템, 박막 전사 시스템, 또는 슬롯-다이 증착 시스템을 포함할 수 있다.
제2 처리 챔버(230)는 물질의 연속 시트(210) 위에 습윤 필름을 증착시키도록 구성된다. 일 구현에서, 습윤 필름은 장벽 필름 상에 증착된다. 장벽 필름이 존재하지 않는 경우, 습윤 필름은 물질의 연속 시트(210) 상에 직접 증착된다. 일 구현에서, 습윤 필름은 습윤 필름(150)이다. 본원에서 논의되는 바와 같이, 일부 구현들에서, 습윤 필름은 선택적이고, 따라서 제2 처리 챔버(230)는 통합 처리 툴(200)의 선택적 구성요소이다. 습윤 필름들을 증착시키기 위한 임의의 적합한 습윤 필름 증착 프로세스는, 습윤 필름을 증착시키는 데에 사용될 수 있다. 습윤 필름을 증착시키기 위한 제2 처리 챔버(230)는 PVD 시스템, 예컨대, 전자 빔 증발기, 열 증발 시스템, 또는 스퍼터링 시스템, 열 증발 시스템, 박막 전사 시스템, 또는 슬롯-다이 증착 시스템을 포함할 수 있다.
제3 처리 챔버(240)는 물질의 연속 시트(210) 위에 낮은 용융 온도 금속(예를 들어, 리튬)의 박막을 증착시키도록 구성된다. 일 구현에서, 낮은 용융 온도 금속 필름은 습윤 필름 또는 장벽 필름 상에 증착된다. 장벽 필름 및/또는 습윤 필름이 존재하지 않는 경우, 낮은 용융 온도 금속 필름은 물질의 연속 시트(210) 상에 직접 증착된다. 일 구현에서, 낮은 용융 온도 금속 필름은 낮은 용융 온도 금속 필름(140)이다. 낮은 용융 온도 금속을 증착시키기 위한 임의의 적합한 금속 필름 증착 프로세스는, 낮은 용융 온도 금속 필름을 증착시키는 데에 사용될 수 있다. 낮은 용융 온도 금속 필름을 증착시키기 위한 제3 처리 챔버(240)는, 3차원 인쇄 시스템(예를 들어, 3차원 스크린 인쇄 시스템), PVD 시스템, 예컨대, 전자 빔 증발기, 열 증발 시스템, 또는 스퍼터링 시스템, 박막 전사 시스템, 또는 슬롯-다이 증착 시스템을 포함할 수 있다.
일 구현에서, 낮은 용융 온도 금속 정제 모듈(260)은 정제된 낮은 용융 온도 금속을 제3 처리 챔버(240)에 공급하기 위해 제3 처리 챔버(240)와 결합된다. 낮은 용융 온도 금속 정제 모듈(260)은 낮은 용융 온도 금속 공급원(264)을 포함하는 탱크(262)를 포함한다. 일 구현에서, 탱크(262)는 용융 금속을 형성하기 위해 낮은 용융 온도 금속 공급원(264)을 용융시키기 위한 가열원(266)을 포함한다. 일 구현에서, 펌프(268)는 탱크(262)로부터 공기를 배기하고, 공기는, 탱크(262)내에 용융 금속을 형성하기 위한 제어된 비반응성 환경을 제공하기 위해, 가스 공급부(270)로부터의 불활성 가스로 대체될 수 있다. 도관(272)은 용융 금속으로부터 오염물질들을 제거하기 위해 용융 금속을 탱크(262)로부터 필터 조립체(274)로 운반한다. 대안적으로, 진공 분위기가, 리튬 금속을 정제하는 데에 사용될 수 있다.
필터 조립체(274)는 용융 리튬으로부터 원하지 않는 양들의 고체 및 가스 오염물질들(예를 들어, 질화리튬들 및 산화리튬들)의 제거에 적합한 임의의 설계 및/또는 물질을 포함한다. 일 구현에서, 필터 조립체(274)는 용융 금속의 표면으로부터 고체 오염물질들을 제거하기 위한 스키머 디바이스를 포함한다.
일 구현에서, 필터 조립체(274)는 용융 금속으로부터 고체 오염물질들을 제거하기 위한 금속 메쉬 필터를 포함한다. 금속 메쉬 필터는 용융 금속과 양립가능한 임의의 물질을 포함할 수 있다. 일 구현에서, 금속 메쉬는 구리, 알루미늄, 니켈, 또는 이들의 조합들로부터 선택된 물질로 구성된다. 일 구현에서, 금속 메쉬 필터는 스테인리스강(SST)으로 구성된다. 일 구현에서, 금속 메쉬 필터는 구리, 알루미늄, 니켈, 스테인리스강, 또는 이들의 조합들로 구성된다. 금속 메쉬 필터의 치수들은 전형적으로, 용융 금속으로부터 여과될 고체 오염물질들의 크기에 기초하여 선택된다. 금속 메쉬 필터는 약 0.050 마이크로미터 내지 약 200 마이크로미터의 와이어 직경을 가질 수 있다. 금속 메쉬 필터는 약 50 마이크로미터 내지 약 100 마이크로미터의 와이어 직경을 가질 수 있다. 일 구현에서, 금속 메쉬 필터는 약 5 마이크로미터 내지 약 200 마이크로미터의 개구부를 가질 수 있다. 일 구현에서, 금속 메쉬 필터는 약 10 마이크로미터 내지 약 100 마이크로미터의 개구부를 가질 수 있다. 금속 메쉬 필터를 참조하여 본원에서 사용되는 바와 같이, "개구부들"이라는 용어는 2개의 인접한 평행 와이어들 사이의 거리를 지칭한다.
일 구현에서, 필터 조립체(274)는 용융 금속으로부터 고체 오염물질들을 제거하기 위한 폼 필터를 포함한다. 폼 필터는 용융 금속과 양립가능한 임의의 물질을 포함할 수 있다. 일 구현에서, 폼 메쉬는 구리, 구리-아연, 알루미늄, 니켈, 스테인리스강 또는 이들의 조합들로부터 선택된 물질로 구성된다. 일 구현에서, 폼 필터는 망상 폼 물질로 구성된다. 정제된 용융 금속이 폼 물질을 통해 유동하는 것을 허용하면서 용융 금속으로부터 고체 오염물질들을 제거하기 위해, 폼 물질의 공극률 및 셀들의 치수들이 선택된다.
낮은 용융 온도 금속의 박막들을 증착시키기 위한 임의의 적합한 금속 증착 프로세스가, 금속의 박막을 증착시키는 데에 사용될 수 있다. 금속의 박막의 증착은, PVD 프로세스들, 예컨대, 증발 또는 스퍼터링, 슬롯-다이 프로세스, 전사 프로세스, 또는 3차원 인쇄 프로세스, 또는 다른 적합한 코팅 프로세스들에 의한 것일 수 있다. 금속의 박막을 증착시키기 위한 챔버는, PVD 시스템, 예컨대, 전자 빔 증발기, 열 증발 시스템, 또는 스퍼터링 시스템, 열 증발 시스템, 또는 스퍼터링 시스템, 박막 전사 시스템, 또는 슬롯-다이 증착 시스템을 포함할 수 있다.
제4 처리 챔버(250)는 금속 필름 상에 보호 필름을 증착시키도록 구성된다. 일 구현에서, 보호 필름은 보호 필름(190)이다. 일 구현에서, 보호 필름은 이온 전도성 물질이다. 일 구현에서, 보호 필름은 리튬 이온 전도성 물질이다. 일 구현에서, 보호 필름은 간지 필름이다. 간지 필름은 열가소성 물질, 예컨대, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리(에틸렌 테레프탈레이트), 폴리(부틸렌 테레프탈레이트), 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리아라미드, 폴리아크릴레이트, 폴리카르보네이트, 폴리(에스테르 카르보네이트), 폴리벤즈이미다졸, 폴리이미드, 폴리에테르 이미드, 폴리아미드 이미드 등을 포함할 수 있다. 임의의 적합한 적용 또는 증착 프로세스가, 보호 필름을 증착시키는 데에 사용될 수 있다. 보호 필름은 딥-코팅, 슬롯-다이 코팅, 그라비어 코팅, 또는 인쇄에 의해 형성될 수 있다.
영역(280)은, 제어된 환경 하에 있을 수 있는 통합 처리 툴(200)의 일부를 나타내는 공동 처리 영역(282)을 한정한다. 일 구현에서, 공동 처리 영역(282)은 처리 동안 진공 하에 그리고/또는 대기압 미만의 압력으로 유지된다. 공동 처리 영역(282)의 진공 수준은 각각의 처리 챔버(220-250)의 처리 영역들의 진공 수준과 일치하도록 조정될 수 있다. 일 구현에서, 공동 처리 영역(282)은 처리 동안 대기압으로 유지된다. 일 구현에서, 공동 처리 영역(282)은 처리 동안 불활성 가스 분위기 하에 유지된다. 일 구현에서, 불활성 가스 분위기는 아르곤 가스 분위기이다. 일 구현에서, 불활성 가스 분위기는 질소 가스(N2) 분위기이다.
추가적인 챔버들이 통합 처리 툴(200)에 포함될 수 있다. 일부 구현들에서, 추가적인 챔버들은 전해질 가용성 결합제, 분리막의 증착을 제공할 수 있거나, 일부 구현들에서, 추가적인 챔버들은 양의 전극의 형성을 제공할 수 있다. 일부 구현들에서, 추가적인 챔버들은 음의 전극의 절단을 제공한다.
도 3은 본원에 설명된 구현들에 따라 구조(예를 들어, 전극 구조 또는 인쇄 회로)를 형성하기 위한 방법(300)의 일 구현을 요약하는 프로세스 흐름도를 예시한다. 작동(310)에서, 기판이 제공된다. 기판은 물질의 연속 시트(210)일 수 있다. 기판은 분리막 필름(130)일 수 있다. 선택적으로, 작동(320)에서, 장벽 필름이 기판 상에 형성된다. 장벽 필름은 장벽 필름(160)일 수 있다. 장벽 필름은 제1 처리 챔버(220)에서 형성될 수 있다. 선택적으로, 작동(330)에서, 습윤 필름이 기판 위에 형성된다. 습윤 필름은 습윤 필름(150)일 수 있다. 일부 구현들에서, 장벽 필름이 존재하는 경우, 습윤 필름은 장벽 필름 상에 형성된다. 일부 구현들에서, 습윤 필름은 기판 상에 직접 형성된다. 습윤 필름은 제2 처리 챔버(230)에서 형성될 수 있다.
작동(340)에서, 금속 필름은 낮은 용융 온도 금속으로부터 형성된다. 금속 필름은 낮은 용융 온도 금속 필름(140)일 수 있다. 금속 필름은 전극 구조를 위한 알칼리 금속 필름일 수 있다. 금속 필름은 전극 구조를 위한 리튬 금속 필름일 수 있다. 습윤 층이 존재하는 경우, 금속 필름은 습윤 층 상에 형성된다. 금속 필름은, 습윤 층이 존재하지 않는 경우 기판 상에 직접 형성되거나, 장벽 필름이 존재하는 경우에는 장벽 필름 상에 형성될 수 있다. 금속 필름은 제3 처리 챔버(240)에서 형성될 수 있다. 금속 필름은 3D 인쇄 시스템(예를 들어, 3차원 스크린 인쇄 시스템), PVD 시스템, 예컨대, 전자 빔 증발기, 열 증발 시스템, 또는 스퍼터링 시스템, 박막 전사 시스템, 슬롯-다이 증착 시스템, 페인팅 프로세스, 또는 다른 적합한 코팅 프로세스들을 통해 증착될 수 있다.
일 구현에서, 금속 공급원은 용융 금속을 형성하기 위해 가열원에 노출된다. 용융 금속은 제어된 비반응성 환경(예를 들어, 불활성 가스)에 저장될 수 있다. 일부 구현들에서, 용융 금속은, 금속 필름을 형성하기 위한 증착 이전에 용융 금속으로부터 원하지 않는 양들의 고체 및/또는 가스 오염물질들(예를 들어, 질화리튬들 및 산화리튬들)을 제거하기 위해 정제 프로세스에 노출된다. 일 구현에서, 용융 금속은 용융 금속으로부터 오염물질들을 제거하기 위해 필터 조립체로 전달된다. 필터 조립체는 용융 금속으로부터 원하지 않는 양들의 고체 및 가스 오염물질들(예를 들어, 질화리튬들 및 산화리튬들)의 제거에 적합한 임의의 설계 및/또는 물질을 포함할 수 있다. 일 구현에서, 필터 조립체는 용융 금속의 표면으로부터 고체 오염물질들을 제거하기 위한 스키머 디바이스를 포함한다. 일 구현에서, 필터 조립체는 용융 금속으로부터 고체 오염물질들을 제거하기 위한 금속 메쉬 필터를 포함한다. 금속 메쉬 필터는 용융 금속과 양립가능한 임의의 물질을 포함할 수 있다. 일 구현에서, 금속 메쉬는 구리, 니켈, 스테인리스강, 텅스텐, 몰리브데넘, 또는 이들의 조합들로부터 선택된 물질로 구성된다. 일 구현에서, 금속 메쉬 필터는 스테인리스강(SST)으로 구성된다. 일 구현에서, 필터 조립체는 용융 금속으로부터 고체 오염물질들을 제거하기 위한 폼 필터를 포함한다. 폼 필터는 용융 금속과 양립가능한 임의의 물질을 포함할 수 있다. 일 구현에서, 폼 필터는 구리, 구리-아연, 알루미늄, 니켈, 스테인리스강 또는 이들의 조합들로부터 선택된 물질로 구성된다. 리튬 금속은 또한, 리튬에 용해된 오염물질들을 제거하기 위해, 진공에서, 증발되어 증류될 수 있다.
작동(350)에서, 보호 필름은 금속 필름 상에 형성된다. 보호 필름은 보호 필름(190)일 수 있다. 보호 필름은 제4 처리 챔버(250)에서 형성될 수 있다. 금속 필름 및 보호 필름을 갖는 기판은 선택적으로, 저장되거나, 또 다른 툴로 이송되거나, 둘 다일 수 있다. 금속 필름 및 금속 필름 상에 형성된 보호 필름을 갖는 기판은 추가적인 처리를 받을 수 있다.
일부 구현들에서, 기판 표면들은 증착된 물질들의 양호한 습윤 또는 접합을 방지하는 오염물질들을 함유한다. 그러한 경우들에서, 물질을 증착시키기 전에 적절한 표면 처리가 필요하다. 얇은 접합 층을 오염된 표면의 최상부 상에 증착시키는 것은, 양호한 품질의 증착을 증진시키는 것을 도울 수 있다. 대안적으로, 롤-투-롤 패턴 코팅/인쇄 또는 페인팅을 위해 기판들의 바람직한 습윤이 조작될 수 있다. 예를 들어, 오일 패턴, 레이저 식각, 반응성 플라즈마 처리는 패턴 코팅, 인쇄 또는 페인팅 기법들을 조작하기 위해 롤-투-롤 기판에 패턴들을 생성하는 것을 도울 것이다.
본 개시내용의 구현들은 특히, 리튬 금속 기재의 전극들을 갖는 리튬 이온 배터리들에 관하여 설명되었지만, 본 개시내용의 교시 및 원리들은 다른 커패시터들 및 리튬 기재의 배터리들, 예컨대, Li-중합체, Li-S, Li-FeS2, Li 금속 기재의 배터리들 등에 적용가능할 수 있다. Li 금속 기재의 배터리들, 예컨대, Li-S 및 Li-FeS2의 경우, 더 두꺼운 Li 금속 전극이 필요할 수 있고, Li 금속의 두께는 양의 전극 부하에 따라 좌우된다. 일부 구현들에서, Li 금속 전극은 Li-S의 경우 3 내지 30 미크론 두께, 그리고 Li-FeS2의 경우 대략 190-200 미크론 두께일 수 있고, 양립가능한 기판, 예컨대, Cu 또는 스테인리스강 금속 호일의 일 면 또는 양면 상에 증착될 수 있으며, 본원에 설명된 방법들 및 툴들이, 그러한 Li 금속 전극들을 제조하는 데에 사용될 수 있다.
요약하면, 본 개시내용의 이점들 중 일부는 센서들의 패키징에 도움을 줄 수 있는 금속 피처들의 직접 인쇄를 포함한다. 본 발명자들은, 본원에 설명된 구현들을 사용한, 금속 피처들의 직접 인쇄가, 금속 입자들 사이에서의 공극 형성을 감소시키고 전자 전도율을 증진시킨다는 것을 발견했다. 추가로, 본원에 설명된 구현들을 사용한, 낮은 온도 금속들 또는 합금들로부터 금속 및/또는 금속 합금 피처들의 직접 인쇄는, 회로의 품질을 상당히 개선한다고 여겨진다. 본원에 설명된 구현들에 따르면, 낮은 용융 금속 또는 합금들의 직접 증착은 진공 조건들 또는 적합한 대기 분위기 중 어느 하나에서 이루어질 수 있다.
본 개시내용 또는 예시적인 양상들 또는 그의 구현(들)의 요소들을 도입할 때, "한" 및 "상기"는 하나 이상의 요소가 있다는 것을 의미하도록 의도된다.
"포함" 및 "갖는"이라는 용어들은 포괄적인 것으로 의도되고, 나열된 요소들 이외의 추가적인 요소들이 존재할 수 있다는 것을 의미한다.
전술한 내용은 본 개시내용의 구현들에 관한 것이지만, 본 개시내용의 다른 및 추가적인 구현들은 그의 기본 범위로부터 벗어나지 않고 안출될 수 있으며, 그의 범위는 이하의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (15)

  1. 애노드 전극 구조를 형성하는 방법으로서,
    오염물질들을 제거하기 위해 용융 금속을 정제 프로세스에 노출시키는 단계 ― 상기 노출 단계는,
    상기 용융 금속을 필터 조립체에 전달하는 단계 ― 상기 필터 조립체는 스키머 디바이스, 금속 메쉬 필터, 및 폼 필터 중 적어도 하나를 포함함 ―; 및
    상기 용융 금속을 상기 필터 조립체를 통해 여과하는 단계를 포함함 ―;
    상기 여과된 용융 금속을 3차원 인쇄 디바이스에 전달하는 단계; 및
    상기 여과된 용융 금속을 기판 상에 인쇄함으로써 상기 기판 상에 금속 필름을 형성하는 단계 ― 상기 기판은 중합체 분리막 필름 또는 전도성 집전체 중 적어도 하나임 ― 를 포함하는, 애노드 전극 구조를 형성하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 용융 금속은 섭씨 1,000 도 이하의 용융 온도를 갖는, 애노드 전극 구조를 형성하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 용융 금속은 섭씨 800 도 이하의 용융 온도를 갖는, 애노드 전극 구조를 형성하는 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 용융 금속은 섭씨 700 도 이하의 용융 온도를 갖는, 애노드 전극 구조를 형성하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 용융 금속은 알칼리 금속, 마그네슘, 아연, 카드뮴, 알루미늄, 갈륨, 인듐, 탈륨, 주석, 납, 안티모니, 비스무트, 텔루륨, 알칼리 토금속들, 은, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는, 애노드 전극 구조를 형성하는 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 금속 메쉬 필터는 구리, 알루미늄, 니켈, 스테인리스강, 또는 이들의 조합들로 구성되는, 애노드 전극 구조를 형성하는 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 폼 필터는 구리, 구리-아연, 알루미늄, 니켈, 스테인리스강, 또는 이들의 조합들로 구성되는, 애노드 전극 구조를 형성하는 방법.
  8. 애노드 전극 구조를 형성하는 방법으로서,
    오염물질들을 제거하기 위해 용융 리튬을 정제 프로세스에 노출시키는 단계 ― 상기 노출 단계는,
    상기 용융 리튬을 필터 조립체에 전달하는 단계 ― 상기 필터 조립체는 스키머 디바이스, 금속 메쉬 필터, 또는 폼 필터를 포함함 ―; 및
    상기 용융 리튬을 상기 필터 조립체를 통해 여과하는 단계를 포함함 ―;
    상기 여과된 용융 리튬을 3차원 인쇄 디바이스에 전달하는 단계; 및
    상기 여과된 용융 리튬을 기판 상에 인쇄함으로써 상기 기판 상에 리튬 금속 필름을 형성하는 단계 ― 상기 기판은 중합체 분리막 필름 또는 전도성 집전체 중 적어도 하나임 ― 를 포함하는, 애노드 전극 구조를 형성하는 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 금속 메쉬 필터는 구리, 알루미늄, 니켈, 스테인리스강, 또는 이들의 조합들로 구성되는, 애노드 전극 구조를 형성하는 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 폼 필터는 구리, 구리-아연, 알루미늄, 니켈, 스테인리스강, 또는 이들의 조합들로 구성되는, 애노드 전극 구조를 형성하는 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 기판은 상기 전도성 집전체이고, 상기 전도성 집전체는 구리인, 애노드 전극 구조를 형성하는 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 기판은 중합체 분리막 필름이고, 상기 중합체 분리막 필름은 이온들을 전도할 수 있는 미세다공성 중합체 기판을 포함하는, 애노드 전극 구조를 형성하는 방법.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 리튬 금속 필름은 5 마이크로미터 내지 20 마이크로미터의 두께를 갖는, 애노드 전극 구조를 형성하는 방법.
  14. 애노드 전극 구조를 형성하는 방법으로서,
    전도성 집전체 상에 장벽 필름을 형성하는 단계 ― 상기 장벽 필름은, 티타늄(Ti), 몰리브데넘(Mo), 텅스텐(W), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 니오븀(Nb), 탄탈럼(Ta) 및 이들의 조합들로부터 선택됨 ―;
    상기 장벽 필름 상에 습윤 필름을 형성하는 단계 ― 상기 습윤 필름은, 규소(Si), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 게르마늄(Ge), 안티모니(Sb), 납(Pb), 비스무트(Bi), 갈륨(Ga), 인듐(In), 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 마그네슘(Mg), 이들의 산화물들, 이들의 질화물들, 또는 이들의 조합들로부터 선택됨 ―; 및
    오염물질들을 제거하기 위해 용융 리튬 공급원을 정제 프로세스에 노출시키는 단계;
    상기 정제된 용융 리튬을 3차원 인쇄 디바이스에 전달하는 단계; 및
    상기 정제된 용융 리튬을 상기 습윤 필름 상에 인쇄함으로써 상기 습윤 필름 상에 리튬 금속 필름을 형성하는 단계를 포함하는, 애노드 전극 구조를 형성하는 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 리튬 금속 필름 상에 보호 필름을 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 보호 필름은 리튬 이온 전도성 물질 또는 열가소성 물질을 포함하는 간지 필름인, 애노드 전극 구조를 형성하는 방법.
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018207722A1 (de) * 2018-05-17 2019-11-21 Robert Bosch Gmbh Elektrochemische Festkörperzelle mit Wasserstoff-absorbierendem Material
CN112292775A (zh) * 2018-06-21 2021-01-29 应用材料公司 实现锂的稳定性的扩散阻挡膜
EP3814540A4 (en) 2018-06-29 2022-03-30 Applied Materials, Inc. LIQUID LITHIUM FEED AND REGULATION
US11384419B2 (en) * 2019-08-30 2022-07-12 Micromaierials Llc Apparatus and methods for depositing molten metal onto a foil substrate
CN111205072A (zh) * 2020-02-27 2020-05-29 辽宁科技大学 一种3d打印镁铝质熔融金属过滤装置的制备方法
CH717494B1 (de) 2020-06-03 2022-09-30 Blackstone Tech Holding Ag Vorrichtung zur Herstellung eines Energiespeichers, der eine elektrochemische Zelle enthält.
CA3195802A1 (en) * 2020-10-16 2022-04-21 Timothy George JOHNSTON Lithium metal anode assemblies and an apparatus and method of making
US20220267886A1 (en) * 2021-02-19 2022-08-25 GM Global Technology Operations LLC Melt spinning methods for forming lithium-metal foils and electrodes of electrochemical devices
US11830977B2 (en) * 2021-02-25 2023-11-28 International Business Machines Corporation Method to reduce interfacial resistance of hybrid solid-state electrolytes for secondary energy storage devices

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030062303A1 (en) * 2001-10-03 2003-04-03 Hoffman William Isaac High strength SiC filter and method for the manufacture thereof
US20110229760A1 (en) * 2008-11-26 2011-09-22 Nippon Paper Chemicals Co., Ltd. Carboxymethylcellulose or salt thereof for electrodes of nonaqueous electrolyte secondary battery and aqueous solution thereof

Family Cites Families (39)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2997289A (en) 1954-08-11 1961-08-22 Philip S Baker Apparatus for the production of lithium metal
US3258505A (en) 1964-07-30 1966-06-28 Shell Oil Co Purification of a molten lithium salt system
US3901811A (en) 1973-01-17 1975-08-26 William C Finch Liquid skimmer method and apparatus
US4007923A (en) 1975-07-18 1977-02-15 Southwire Company Molten metal filter
US4274834A (en) 1979-04-11 1981-06-23 Foote Mineral Company Process for purification of lithium chloride
US4528032A (en) 1984-01-10 1985-07-09 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Lithium purification technique
US4721525A (en) 1987-03-20 1988-01-26 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Extraction process for removing metallic impurities from alkalide metals
US5169446A (en) 1989-08-02 1992-12-08 Mhb Joint Venture Method and apparatus for coating alkali or alkaline earth metals
US5624468A (en) 1993-06-02 1997-04-29 Micron Technology, Inc. Method for fabricating a leadless battery employing an alkali metal anode and polymer film inks
US5350645A (en) 1993-06-21 1994-09-27 Micron Semiconductor, Inc. Polymer-lithium batteries and improved methods for manufacturing batteries
US5747103A (en) 1997-04-10 1998-05-05 Voxcom, Inc. Method and apparatus for printign lithium patterns on a press
US6402795B1 (en) * 1998-02-18 2002-06-11 Polyplus Battery Company, Inc. Plating metal negative electrodes under protective coatings
WO2001080338A1 (en) 2000-04-14 2001-10-25 Case Western Reserve University Ink-jet based methodologies for the fabrication of microbatteries
US7320845B2 (en) 2002-05-24 2008-01-22 The Intertech Group, Inc. Printed battery
US20030228520A1 (en) * 2002-06-06 2003-12-11 Kaun Thomas D. Process for manufacturing thermal battery with thin fiber separator
US6933077B2 (en) * 2002-12-27 2005-08-23 Avestor Limited Partnership Current collector for polymer electrochemical cells and electrochemical generators thereof
JP4193603B2 (ja) 2003-06-18 2008-12-10 日産自動車株式会社 電極、電池およびそれらの製造方法
DE10346310A1 (de) 2003-10-06 2005-05-04 Fraunhofer Ges Forschung Batterie, insbesondere Mikrobatterie, und deren Herstellung mit Hilfe von Wafer-Level-Technologie
CN101613825A (zh) * 2003-10-18 2009-12-30 攀枝花金钛高科技有限责任公司 利用钛、铁矿生产钛、钢制品的方法
US7968233B2 (en) 2004-02-18 2011-06-28 Solicore, Inc. Lithium inks and electrodes and batteries made therefrom
US7923400B2 (en) 2004-12-14 2011-04-12 Nissan Motor Co., Ltd. Method of making an electrode for use in a battery
ES2381854T3 (es) 2006-07-14 2012-06-01 Avioprop S.r.l. Producción en serie de artículos tridimensionales hechos de compuestos intermetálicos
US20100099026A1 (en) 2008-10-20 2010-04-22 Samsung Electronics Co., Ltd. Electrode ink composition for ink-jet printing, and electrode and secondary battery manufactured by using the same
WO2011008744A1 (en) 2009-07-14 2011-01-20 Rogers Corporation Lithium based inks and electrodes, batteries made therefrom, and methods of manufacture thereof
JP5509816B2 (ja) * 2009-11-30 2014-06-04 ソニー株式会社 セパレータ、これを用いた電池および微多孔膜
US8956761B2 (en) 2009-11-30 2015-02-17 Oerlikon Advanced Technologies Ag Lithium ion battery and method for manufacturing of such battery
CN101710614B (zh) * 2009-12-16 2012-06-20 南京大学 介孔纳米粒子改性锂电池隔膜
US8794298B2 (en) * 2009-12-30 2014-08-05 Rolls-Royce Corporation Systems and methods for filtering molten metal
FR2965107A1 (fr) 2010-09-22 2012-03-23 Commissariat Energie Atomique Encre aqueuse pour l'impression d'electrodes pour batteries au lithium
JP2013062242A (ja) 2011-08-24 2013-04-04 Sumitomo Metal Mining Co Ltd 薄膜固体二次電池用の薄膜の製造方法とそれに用いる塗布液、及び薄膜、並びにそれを用いた薄膜固体二次電池
US20130136973A1 (en) 2011-11-30 2013-05-30 Qualcomm Mems Technologies, Inc. Rechargeable lithium ion battery with silicon anode
US20140315084A1 (en) 2013-04-18 2014-10-23 Nokia Corporation Method and apparatus for energy storage
CN104241734B (zh) * 2013-06-09 2017-02-08 中国科学院物理研究所 一种锂可充放电池
TW201507250A (zh) * 2013-07-05 2015-02-16 Furukawa Electric Co Ltd 正極活性物質、非水電解質二次電池用正極、非水電解質二次電池及正極活性物質之製造方法
CN203496421U (zh) 2013-08-22 2014-03-26 张金春 超级电容和锂电池电极印刷涂布装置
CN104716382B (zh) * 2013-12-15 2017-08-25 中国科学院大连化学物理研究所 一种锂‑硫电池结构
CN204075076U (zh) * 2014-09-28 2015-01-07 河南科技大学 一种镁合金铸造浇口杯
KR101611566B1 (ko) 2015-07-01 2016-04-11 부산대학교 산학협력단 3차원 금속 프린팅장치 및 이를 이용한 프린팅 방법
CN105576099B (zh) * 2016-03-04 2019-01-11 太原理工大学 基于3d打印制备led器件电极的方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030062303A1 (en) * 2001-10-03 2003-04-03 Hoffman William Isaac High strength SiC filter and method for the manufacture thereof
US20110229760A1 (en) * 2008-11-26 2011-09-22 Nippon Paper Chemicals Co., Ltd. Carboxymethylcellulose or salt thereof for electrodes of nonaqueous electrolyte secondary battery and aqueous solution thereof

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