KR102372990B1 - 고-종횡비 구조체의 제조 방법 및 장치 - Google Patents

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네덜란제 오르가니자티에 포오르 토에게파스트-나투우르베텐샤펠리즈크 온데르조에크 테엔오
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Abstract

고 성능 차지 컬렉팅 영역 및 전력의 이용 가능뿐만 아니라, 단순하고 빠른 기술을 사용하여 맞춤 및 라지 스케일 프로세싱으로 제조될 수 있는 로버스트 설계를 달성하는 집전체를 구비한 전자 장치를 제조하기 위한 방법이 제공된다. 이러한 전자 장치를 위해서, 600nm보다 더 큰 상호거리를 갖는 필라들의 고-종횡비 구조를 형성하는 면을 갖는 금속 기판에 의해 형성된 집전체가 구비된 전자 회로를 포함한다. 금속 기판에 고-종횡비 구조를 형성함으로써, 매크로폼(macroform)의 곡률에 컨포멀(conformal)한 또는 코일링되거나(be coiled), 또는 와인딩되고(wound), 로버스트 설계를 갖는 새로운 구조체가 형성될 수 있다.

Description

고-종횡비 구조체의 제조 방법 및 장치{A device and method of manufacturing high-aspect ratio structures}
본 발명은 고-종횡비 구조체의 제조 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 특히 전자화학적(electrochemical) 또는 전자-광학적 장치들(electro-optical devices)과 같은 유형의 집전체를 구비한 전자 회로를 포함하는 전자 장치를 위한 방법으로 제조된 고-종횡비 구조체에 관한 것이다.
전자 장치들에서, 전자 회로들은 전자화학적 또는 전자-광학적 장치들과 같은 유형의 집전체들을 구비할 수 있다. 예를 들어, 전자화학적 장치는 비-평면 설계의 집전체를 갖는 재충전 가능한 리튬-이온 고체 배터리(Li-ion solid-state battery)와 같은 배터리이다. 전자-광학적 장치의 또 다른 예는 채광기(light collector)이고, 광발전 반응(photovoltaic reaction)으로부터의 전류는 3D 전극에서 수집된다. 배터리들은 화학적 반응의, 또는 반대로는 빛이 발생하는 생성물로서, 전기 에너지를 저장하고 공급하는 전자화학적 셀들이다.
예를 들어 참고문헌으로 포함된 WO2010032159의 내용들에서 알려진 유형의 박막 배터리 구조들이 개시되었고, 여기에서 예를 들어 전고체 조성물들(all-solid state compositions)이 3D 마이크로-패턴 구조체 상에 증착된다. 이와 관련하여, 초기 배터리 구조체는 액체 전해질들(liquid electrolytes)을 활용하고, 전고체 조성물들은 고체 유형의 전해질들을 활용하고, 이것들은 사용에 있어서 근본적으로 안전하다. 이러한 구조체에서, 예를 들어 US 20110117417에서 개시된 것과 같이 매우 다양한 물질들이 각각의 전극들을 위해 사용되어왔다. 방전 배터리 모드에서, 애노드(anode)는, "양극(positive electrode)"인 캐소드(cathode)로부터 양의 전류가 흐르기 위한 "음극(negative electrode)"이다. 충전하는 동안 이러한 기능들은 반전된다. 충전 모드에 관계없이, 전자화학적 관계는 음극 물질 및 양극 물질 사이에 전하 교환에 의해 특성화될 수 있고, 음극 물질은 양극 물질의 일함수 또는 산화환원 전위보다 더 낮은 일함수 또는 산화환원 전위를 갖는다.
예를 들어, 알려진 음극(애노드) 물질들은 Li4Ti6O12 (티탄산염(Titanate)); LiC6 (흑연(Graphite)); Li4.4 Si (실리콘(Silicon)) 및 Li4.4Ge (저마늄(Germanium))이 있고, 알려진 양극(캐소드) 물질들은 LiCOO2 (LCO), LiCoPO4, (도핑된(doped)) LiMn2O4 (LMO), LiMnPO4, LiFePO4 (LFP), LiFePO4F(LFPF) 또는 LiCO1/3Ni1/3Mn1/3O2 (LCNMO)이 있다.
알려진 (고체) 전해질들은 요오드화 리튬(lithium iodide; LiI), 인산리튬(lithium phosphate; Li3PO4) 및 리튬 인 옥시나이트라이드(lithium phosphorus oxynitride; LiPON)을 포함할 수 있다. 추가적으로, 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate), 디메틸 카보네이트(dimethyl carbonate), 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate)와 같은, 유기 용매(organic solvent)에서 LiPF6, LiBF4 또는 LiClO와 같은 리튬 염(lithium salts)이 RT에서 약 10mS/cm의 일반적인 전도성을 갖는 것으로 알려져 있다. 용매는 초기 충전에 분해되고, 고체 전해질 계면(solid electrolyte interphase; SEI)이라고 불리는 고체 레이어를 형성한다.
종래 기술에 알려진 바와 같이 내부에 배치된 리튬 염으로 인한 전송 용량을 갖는 고분자들과 같은 고체 고분자 분리막들(Solid polymer separators)이 또한 포함될 수 있다. 연구는 또한 바람직하게는 리튬 및 할라이드 물질들로 수행되고, 몇몇 예시들에서는 리튬 알루미늄 테트라플루오라이드(lithium aluminum tetrafluoride; LiAlF4)와 같은 리튬 알루미늄 테트라 할라이드(lithium aluminum tetrahalide)로 수행된다.
유사하게, 광발전 소자(photovoltaic device)에서, 컨포멀 기능성 코팅(conformal functional coating)이 집전체 상에 제공될 수 있고, 그것은 빛의 전력으로의 전환, 또는 그 반대를 돕는다.
참조된 유형에서, 집전체 구조체의 고비표면적, 다시 말해 전극들은 이러한 배터리들로부터 높은 전류들이 흐르는 것을 가능하게 한다. 게다가, 그것들은 또한 이러한 배터리들의 빠른 충전을 가능하게 할 수 있다. 알려진 장치에서, 필라들(pillars), 트렌치들(trenches) 또는 홀들(holes)과 같은 고-종횡비 구조체는 실리콘 웨이퍼에서 에칭될 수 있다. 이러한 배터리들의 비용 효율적인 제조를 위해, 저렴한 대면적 프로세스(cheaper large-area process)로 저렴한 기판들(예를 들어, 금속/플라스틱 호일들) 상에 이들을 생산하기 위한 요건들이 존재한다.
이러한 기판들이 구부릴 수 있는 금속 호일(bendable metal foil) 상에 제조되면, 이들은 대규모 프로세스에서 제조될 수 있고, 예를 들어, 롤-투-롤 프로세스(roll-to-roll process)는 다음을 수행할 수 있다: 1) 단위 부피 당 에너지 또는 전력 밀도를 증가시키기 위해 그것을 코일링(Coiling), 와인딩(winding) 또는 적층(stacking)한다. 2) 유연한 디스플레이들(flexible displays), 사이니지(signage) 등과 같은 유연한 소자들(flexible devices) 상에 그것을 집적한다.
비록 고-종횡비 구조체는 나노미터 스케일에서 제조되지만, 이러한 고-종횡비 구조체의 높이 또는 깊이는 배터리를 위한 충분한 전하 용량을 전달하기 위해 마이크로 범위일 필요가 있다. 필라 구조체가 바람직한 이유는 유사한 종횡비(aspect ratio) 및 치수(dimensions)의 다공성(porous) 또는 천공 구조체(perforated structures)와 비교할 때 전체 표면의 쉬운 접근성 때문이다. 종래 기술에서, 이들을 생산하기 위한 많은 방법들은 비경제적이다(예를 들어, 실리콘 마이크로제조 및 장시간 전자증착(long-time electrodeposition)을 포함하는 것). 게다가, 이들 중 어느 것을 수행하기 위해, 적층의 설계는 최적화를 필요로 하고, 그렇지 않으면, 와인딩 또는 플렉싱(flexing) 동안 필라 구조는 손상되어 소자의 적절한 전자화학적 작용을 억제할 수 있다.
단순하고 실현 가능한 방법으로 이러한 고-종횡비 구조체를 생산하기 위한 필요성이 여전히 존재한다.
본 발명의 목적은 고비율 전하 수집 영역 및 전력(high specific charge collecting area and power)이 가능한 집전체를 갖고, 단순하고 빠른 기법을 사용하여 그 결과 선택적으로 유연한 강건 설계가 달성되는 전자 장치를 생산하기 위한 방법을 제공하는 것이다.
이를 위해, 일 양상에 따른 금속 기판에 형성된 필라의 고-종횡비 구조를 갖는 집전체의 제조 방법이 제공되고, 상기 방법은: 그것의 면에 장방형 나노포어 구조체를 형성하는 단계; 양극산화 금속 면(anodized metal face)을 600nm보다 더 큰 최소 상호거리(minimum interdistance)를 갖는 필라들을 형성하기 위해 배치된 마이크로-패턴 마스크로 마스킹하는 단계; 및 필라들을 전기 전도체로 렌더링(rendering)하는 단계를 포함한다. 특히, 전자 장치는 600nm보다 더 큰 최소 상호거리를 갖는 필라들의 고-종횡비 구조를 형성하는 면을 갖는 단일 금속 기판(monolithic metal substrate)에 의해 형성된 집전체가 구비된 전자 장치를 포함하는 방법으로 제조한다. 금속 기판에 고-종횡비 구조를 형성함으로써, 매크로폼(macroform)의 곡률에 컨포멀(conformal)하거나 또는 코일링되거나(be coiled), 또는 와인딩되거나(wound), 또는 적층될 수 있고, 로버스트 설계를 갖는 새로운 구조들이 형성될 수 있다. 따라서 금속/플라스틱 호일들 상에서 밀접하게 포장된 구조체(closely packed structures)를 위한 솔루션이 제공된다.
응용 전반에 걸쳐, "고-종횡비 구조(high-aspect ratio structure)"는 기판 표면과, 다시 말해 기판의 면으로부터 외부 또는 내장된, 동일 평면 상의 베이스(base)로부터 직립하는(upstanding) 필라들을 갖는 기판 상에 3D 구조를 의미하고, 더 구체적으로는 필라들은 기판 표면에 수직에 관하여 20도 이내이고, 높이 치수(height dimension)를 갖고, 인접한 필라들 사이에 상호거리를 갖는 베이스에 의해 분리되고, 다시 말해 길이 치수는 베이스를 따라 동일평면 상의 벽들에 대하여 수직이고, 상기 높이 치수 및 길이 치수의 비율은 상대적으로 높고, 50보다 더 높거나, 또는 80보다 더 높거나, 또는 100보다 더 높다. 일반적인 배치에서, 필라들은 높이 치수, 다시 말해 약25-200 마이크로미터, 바람직하게는 50-100 마이크로미터의 평면 표면으로부터 베이스 평면을 분리하는 높이를 가질 수 있고, 상기 길이 치수, 다시 말해 반대편 필라들(opposing pillars)을 분리하는 길이는, 독립 청구항에 따라 600nm보다 더 큰 최소 상호 거리를 갖고, 순서대로 1-10 마이크로미터, 바람직하게는 2-4 마이크로미터일 수 있다. 이러한 구조체를 위해, 최근에 개시된 바와 같이 기판은 크게 증가한 집전체의 표면 영역을 갖는 전기 전도체이고, 이것은 집전체의 전하 수집 용량을 향상시킨다. 게다가, 이러한 구조체에서, 멀티레이어 코팅(multilayer coating)의 기능성 손상 없이 컨포멀 코팅(conformal coating)을 적용하는 것이 가능하다. 이러한 기능성의 예시들은 배터리 멀티레이어 또는 광발전 멀티레이어 또는 싱글 레이어 코팅들과 같은 멀티레이어들일 수 있다. 표면 강화 코팅의 일례는, 예를 들어 수소 저장과 같은 에너지 하베스팅(energy harvesting) 및 저장을 위한 흑연 코팅(graphite coating)과 같은 '헤어리(hairy)' 레이어의 공급이다.
게다가, 본 발명의 양상에 따르면, 이러한 고-종횡비 구조체를 위한 최적의 집전 성능이 알루미늄 또는 티타늄을 포함하는 컨포멀하게 코팅된 필라 금속 기판(pillared metal substrate)의 형태로 제공될 수 있고, 상기 고-종횡비 구조는 50nm보다 더 큰 곡률반경을 갖는 금속 필라들을 포함할 수 있다. 개선된 성능의 양상은 더 작은 피치들과 주변 컨포멀 코팅을 요구하는 고-종횡비 구조의 밀도에 의해 발견된 트레이드-오프(trade-off)이다. 이에 관하여, 배터리 멀티레이러에서 전극 두께들은 다양하고, 충전 및/또는 방전 동안 리튬-이온(Lithium-ions)을 위한 그들의 체적 저장 용량(volumetric storage capacities)에 매칭하는 것과 상관되어있다. 알려진 매칭 관계는 본 기술분야에서 알려진 C-속도 수(C-rate number)에 의해 지배된다. C-속도는 배터리가 그것의 최대 용량에 관하여 방전될 때의 속도의 측정이다. 예를 들어, 특정 C-속도에서 전극 레이어들의 용량은 레이어 두께와 물질 조성을 제어함으로써 측정된다. 또한 이러한 구조의 양상은 배터리 멀티레이어 또는 PV 멀티레이어 대신 컨포멀 코팅을 갖는 전하 콜렉터(charge collector)를 위한 것이고, 예를 들어 50nm의 최소 갭이 컨포멀 코팅된 고-종횡비 구조체 사이에 여전히 제공될 수 있다. 갭은 자연 전도체(금속, 예를 들어, 구리, 전도성 접착제) 대신, 예를 들어 증착 공정(ECD, PVD, CVD)에 의해 제공된 충전 물질(filler material)로 채워질 수 있다.
상기 충전 물질은 전도체이므로 전류 수집을 돕는 것은 또한 접착 특성을 가질 수 있고, 이것은 적층을 돕고 물 또는 산소에 대하여 적층을 방지하는 배리어 물질이 될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양상은 '컨포멀 코팅(conformal coating)'이 고-종횡비 구조의 필라들을 적어도 컨포멀하게 코팅하는 복수의 레이어들을 포함할 수 있는 코팅인 것이다.
US2009214956에서 전해질 물질이 전도성 나노와이어들에 컨포멀 코팅되고, 제2 전도성 물질과 전기적 연결에서, 캐소드 물질은 코팅된 전해질 나노와이어 사이에 침투되는 구조가 제공된 것을 알 수 있다. 반면에, 본 발명의 컨포멀 코팅은, 그 중에서도 전해질을 포함하고, 인접 멀티레이어들 사이에 최소 갭을 제공하는 컨포멀 멀티레이어를 고려한다. 본 명세서에서, 문맥에 따라, 기능 레이어들은 다른 기능 구조체와 직접적으로 접촉하지 않을 수 있지만, 기능을 향상시킬 수 있는 것 사이에 중간 레이어들 또는 구조체를 가질 수 있다. 이에 관하여, 통상의 기술자는 여기에 설명된 것을 이해할 수 있고, 예를 들어, 음극 레이어는 전하 컬렉터와 ''접촉(in contact)"하고, 리튬 확산 배리어 레이어(Lithium diffusion barrier layer), 기능을 향상시키는 집전 레이어(current collecting layer), 프로세스 보호 레이어(process protection layer) 등의 가능성을 배제하지 않고 '전기적 접촉(in electrical contact)'으로서 해석될 수 있다. 이것은 유사하게 음극 및 양극 레이어들과 접촉하는 전해질 레이어들에 대해 카운팅한다.
본 발명자는 또한 놀랍게도 관심 구조체에 대하여, 고-종횡비 구조체의 곡률 반경이 컨포멀 레이어 품질을 개선시키기 위한 200nm보다 더 큰 것을 발견했다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 금속 필라들이 평면 존들(planar zones)의 그리드에 의해 분리된 고-종횡비 클러스터들(high-aspect ratio clusters)로 형성될 수 있다. 이러한 구조체는 고-종횡비 클러스터들의 유연성 및 견고성을 향상시키고, 그리드가 비평면인 자동차, 휴대 전화 등의 경우와 같은 매크로 형태들(macro forms)에 대하여 컨포멀리티(conformality)를 위한 자유로운 각도를 제공하는 동안 이것은 실질적으로 평면일 수 있다.
본 발명의 이들 및 다른 양상이 도면을 참조하여 더욱 상세하게 개시될 것이고, 여기에서 동일한 참조번호는 동일한 요소를 지칭한다. 이 도면은 예시적인 목적으로 제공되며 첨부 된 청구의 범위를 제한을 위해 사용되지 않을 수 있다는 것을 이해할 것이다.
도 1은 제1 실시예에 따른 다음 단계들을 보여준다;
도 2는 제2 실시예에 따른 다음 단계들을 보여준다;
도 3은 제3 실시예에 따른 다음 단계들을 보여준다;
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 고-종횡비 구조를 개략적으로 보여준다.
도 5는 와인딩되거나(wound) 또는 적층된 고-종횡비 구조체의 양상을 나타낸다.
도 6은 고-종횡비 구조체로의 커버 또는 패키징의 예시를 보여준다.
도 7은 고-종횡비 구조의 예시적인 관점의 개략도를 보여준다.
도 1에서, 본 발명에 따른 방법의 제1 실시예가 도시된다. 이러한 방법은 가이드 에칭(guided etching)으로 시작한다. 예를 들어, 나노 포어들이 도핑된 실리콘(doped Si)에서 UV 가이던스(UV guidance)를 사용하거나, 또는 대안적으로 아래에 도시된 것과 같이, 알루미늄 호일의 정렬된 다공성 양극 산화(aligned porous anodization)에 의해 에칭될 수 있고, 이것은 알루미늄 표면 상에 균일한 간격의 압입들(uniformly spaced indentations)을 생성하기 위해 나노 임프린팅 단계(nano imprinting step)가 선택적으로 선행될 수 있다. 압입들(indentations)은 양극 산화 동안 형성된 수직 포어들의 제어 순서를 돕는다. 알루미늄 호일(10) 대신에, 이것은 선택적으로 또 다른 메탈 호일(예를 들어, 구리 또는 스틸) 상에 증착된 알루미늄 레이어로 구성된 멀티레이어 호일일 수 있고, 또는 적층된 형태로, 예를 들어 플라스틱 호일 상에 적용될 수 있다.
더 구체적으로는, 제1 단계(S1)에서, 양극 산화 자기-정렬된 나노포어들(anodization self-aligned nanopores)(12)이 알루미늄 기판(10)에, 예를 들어, 80nm의 직경을 갖는 100㎛ 깊이로 형성된다. 양극 산화 이후, 양극 산화된 호일 상부 표면(13)은 요구된 최종 마이크로필라들(final micropillars)의 측면 치수를 갖는 패터닝된 도트 마스크(patterned dots mask)(14)로 커버될 수 있다(예를 들어, 포토레지스트(photoresist)). 자기 정렬은 자율 프로세스(autonomous)이고, 여기에서 자기-조립(self assembly)는 적용된 전압 또는 전류에 의해 제어된다.
다음으로, 제2 단계(S2)에서 필라들(11)을 형성하기 위해 정렬된 마이크로-패턴 도트 마스크로 양극 산화된 금속 면을 마스킹하는 마이크로도트 마스크 패턴(14)을 갖는 레지스트(resist)로 포토 리소그래피 프로세스가 수행된다. 예를 들어, 도트 직경은 2㎛ 일 수 있고, 피치는, 예를 들어 2㎛ 또는 600nm 보다 더 큰 벽들 사이의 최소 상호간격으로 필라들을 형성하는 4㎛ 일 수 이다.
다음 단계(S3)에서, 에칭 프로세스가 산화물 나노포어 구조, 예를 들어 적합한 플라즈마, 증기 HF 또는 습식 에칭으로 수행된다. 식각액(etchant)은 마스크가 존재하지 않는 곳의 산화물 포어들에 침투할 것이다. 식각액이 마스크 아래의 언더에칭(underetching)을 시도하더라도, 이것은 보호되지 않은 알루미나(alumina)가 빠르게 에칭되는 시간을 제어함으로써 최소화될 수 있다. 이것은 본 기술분야에서 포어-확대 에칭(pore-widening etch) 으로 알려져 있고, 마스킹되지 않은 포어 벽이 모두 에칭될 때까지 계속된다. 그 다음 기판은 언더 에칭을 최소화 하기 위해 물로 신속하게 세척되어야 한다. 상기 방법은 식각액이 마스킹되지 않은 포어들에 쉽게 침투할 수 있고 언더-에칭이 우세해지기 전에 주변의 모든 것을 용해하기 시작한다는 개념에 의존한다; 그러므로 마이크로필라 구조(100)를 형성한다. 따라서, 나노포어 필라 구조가 가이드 에칭에 의해, 예를 들어 양극 산화 프로세스에서의 자연적 정렬에 의해 제공되거나 또는 다른 가이던스 프로세스에 의해 제공될 수 있고, 여기에서 나노포어들은 도핑된 실리콘에서 UV 가이던스를 사용하여 에칭될 수 있다.
다음 단계(S4)는 필라들을 렌더링하여 전기 전도체가 형성된다. 이것은 도트 마스킹 레지스트를 스트립핑(stripping)함으로써 수행될 수 있고, 그 다음 도금(plating), 다시 말해 전기화학적 증착(ECD), 예를 들어 무전해 도금(electroless plating)을 하거나, 또는 이러한 구조체를 3D 배터리들을 위한 전류-제어 기판들로 사용하기에 충분할 직립 마이크로필라들(upstanding micropillars)(1)에 걸쳐 전도체/물질 레이어(5)를 스퍼터링 한다.
도 2에 도시된 또 다른 실시예에서, 마찬가지로 기판이 상술된 단계(S1) 및 단계(S2)와 같이 형성된다. 특히, 양극 산화 이후, 양극 산화된 호일 상부 표면은 요구된 최종 마이크로필라들(1)의 측면 수치를 갖는 패터닝된 홀 마스크(patterned holes mask)(예를 들어, 포토레지스트)로 커버된다.
그 후, 단계(S3)에서 전자도금 및 무전해 도금으로 선택적으로 조합된 베이스 금속 호일 상에서 양극 산화된 알루미나의 선택적 이방성 전자-환원 프로세스(selective anisotropic electro-reduction process)가 설명된다. 마스크가 개방된 위치들에서 포어 벽들은 적어도 부분적에서 다시 알루미늄(10')으로, 예를 들어 마스킹된 산화 알루미늄의 나머지로 둘러싸인 알루미늄 또는 알루미늄-알루미나 합성 필라들을 형성하는 화학적 또는 전자화학적 환원에 의해 감소될 수 있다. 이것은 (선택적으로) 전자도금 단계와 혼합되어 고체 알루미늄 또는 알루미나/알루미늄 필라들 또는 혼합 물질 구조의 필라들, 예를 들어 구리/알루미늄(Cu/Al) 또는 니켈/알루미늄(Ni/Al) 구조가될 수 있다.
그러면, 나머지 옥사이드는 단계(S4)에서 에칭되거나 스트립핑될 수 있다. 나머지 필라들은 다공성 알루미늄 필라들(porous aluminum pillars)이 된다. 선택적으로, 다공성 알루미늄 필라들(1)은 또한 도 1과 같이 하이브리드 다공성 알루미늄 필라들을 형성하기 위해 전도성 레이어로 커버될 수 있다.
도 3에 도시된 또 다른 실시예에서, 마찬가지로 기판이 상술된 단계(S1) 및 단계(S2)에서와 같이 형성된다. 그 후, 단계(S3)에서 베이스 금속 호일 상에서 양극 산화된 알루미늄의 선택적 도금 프로세스가 수행된다. 마스크가 개방된 위치에서 포어들은 도금에 의해, 예를 들어, 이온성 액체(50)로 채워진다. 대안적으로, 하부 산화물 제거가 수행될 수 있고, 전자도금 프로세스가 하부 호일로부터 시작된다.
그러면, 나머지 산화물은 단계(S4)에서 에칭되거나 또는 스트립핑될 수 있다. 소자(100') 상의 나머지 필라들(1)은 다공성 나노 와이어 구조체에서 형성된 도금된 마이크로 필라들일 수 있다.
도 1과 유사하게 추가적인 금속 코팅이 벽들을 전도체로 렌더링하기 위해, 예를 들어, 스퍼터링 또는 무전해 도금함으로써 적용될 수 있다. 도 1의 구조에 걸쳐 장점은 나노와이어가 전도성이 더 강해져 더 얇은 코팅이 적용될 수 있다.
위에서 언급된 프로세싱 방법들에서,
- 최종 마이크로 필라들의 형태는 원형일 필요가 없고(임의의 기하학적 단면을 가질 수 있음), 배치뿐만 아니라 피치의 넓은 영역이 선택될 수 있다.
- 이것은 호일의 양 측면들 상에서 양면 프로세스를 수행하기 위해 선택될 수 있다. 이러한 양면 양극 산화는 다공성 알루미나에 대해 알루미늄을 양극 산화하는 동안 야기된 평형 부피 팽창 응력(balanced volume expansion stress)의 결과를 가져올 수 있다.
전도성 필라들의 형성물들은 템플릿(template)(예를 들어, 양극 산화된 알루미나 또는 규소(silica))을 사용할 수 있다. 나노필라들/와이어들은 이러한 필라들에서 전자증착되고, 템플릿은 제거되고/용해된다. 바람직하게는 양극 산화된 템플릿은 마이크로로 형성되고 배터리의 마이크로필라들을 위한 물질로서 사용되어, 템플릿이 손상되지 않는다.
반면에, 아래의 집전체에서 구조체는 격리된 형태로 도시되고, 통상의 기술자는 특정 목적을 위해 설계된 전자 장치의 핵심 요소를 형성할 것으로 이해할 것이다. 예를 들어, 전하 수집은 배터리 구조 또는 전자-광학적 장치들, 예를 들어 태양 전지의 중요한 부분이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에서 고-종횡비 구조를 갖는 전자 장치는 PV의 더 높은 영역 효율을 산출하는(yielding) 광발전(PhotoVoltaic; PV) 멀티레이어들로 커버될 수 있다. 예를 들어, 또 다른 실시예에서, 전자 장치는 배터리 멀티레이어들로 이미 코팅된 고-종횡비 구조 상에 증착된 PV 멀티레이어들을 가질 수 있다. 또 다른 실시예에서, 전자 장치는 배터리 멀티레이어들로 이미 코팅된 기판의 반대 면에 형성된 고-종횡비 구조에 증착된 PV 멀티레이어들을 가질 수 있다. 이것은 지금 개시된 것과 같이 고-종횡비 구조의 형성에서 공통 전극을 공유하는 배터리 기능을 포함하는 광발전 호일 장치를 제공한다는 점에서 흥미로운 개념이다.
이들의 가장 단순한 개념화에서, 배터리 장치들 두 전극들은, 하나는 애노드로 지칭되는 전극에서 발생하는 산화 프로세스에 의해 전자들을 공급하고, 두 번째 것은 캐소드라고 지칭되는 전극에서 발생하는 환원 프로세스에 의해 전자들을 소모한다. 방전 배터리 모드에서, 애노드는, "양극(positive electrode)"인 캐소드로부터 양의 전류가 흐르기 위한 "음극"이다. 충전 모드에 관계없이, 전자화학적 관계는 음극 물질 및 양극 물질 사이에 전하 교환에 의해 특성화될 수 있고, 음극 물질은 양극 물질의 일함수 또는 산화환원 전위보다 더 낮은 일함수 또는 산화환원 전위를 갖는다.
예를 들어, 알려진 음극(배터리 방전 동안의 애노드) 물질들은 Li4Ti5O12 (Lithium Titanate spinel 또는 LTO); LiC6 (흑연(Graphite)); Li4.4 Si (실리콘(Silicon) and Li4.4Ge (저마늄(Germanium))이 있고, 알려진 양극(캐소드) 물질들은 LiCoO2 (Lithium Cobalt oxide 또는 LCO), LiCoPO4, (도핑된(doped)) LiMn2O4 (Lithium manganese oxide spinel 또는 LMO), LiMnPO4, LiFePO4 (LFP), LiFePO4F(LFPF) 또는 LiCO1/3Ni1/3Mn1/3O2 (LCNMO)이 있다.
알려진(고체) 전해질들은 요오드화 리튬(lithium iodide; LiI), 인산리튬(lithium phosphate; Li3PO4) 및 리튬 인 옥시나이트라이드(lithium phosphorus oxynitride; LiPON)을 포함할 수 있다. 추가적으로, 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate), 디메틸 카보네이트(dimethyl carbonate), 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate)와 같은, 유기 용매(organic solvent)에서 LiPF6, LiBF4 또는 LiClO와 같은 리튬 염(lithium salts)이 RT에서 약 10mS/cm의 일반적인 전도성을 갖는 것으로 알려져 있다. 용매는 초기 충전에 분해되고, 고체 전해질 계면(solid electrolyte interphase; SEI)이라고 불리는 고체 레이어를 형성한다.
박막 고체 리튬 이온 유형의 것들을 포함하는 박막 이온 배터리들은 음극, 양극, 및 배터리를 형성하기 위해 서로 결합된 전해질 물질들을 제조하기 위한 다양한 증착 기법들로부터 준비될 수 있다. 이러한 기법들은 일반적으로 "박막" 배터리들을 생성하기 위해 진공 증착 또는 유사한 박막들을 생성하는 다른 기법들을 사용하여 이러한 물질들의 박막들을 증착하는 것을 포함한다. 박막 배터리들은 공간 및 무게가 바람직하게 보존되고 매우 긴 수명이 요구되는 응용들에서 종종 사용된다.
다음 예시들에서, 본 발명의 더욱 구체적이 양상들이 전자화학적 장치, 더욱 구체적으로는 배터리 장치, 예를 들어, 더욱 구체적으로는 배터리 멀티레이어, 특히 그것의 음극 레이어와 전기적으로 접촉하는 콜렉터의 특정 영역 전하 수집을 향상시키기 위한 3D 콜렉터 구조를 갖는 리튬 이온 유형의 형태로 도시된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고-종횡비 구조를 개략적으로 보여준다. 도면에서, 필라들(1)은 예를 들어 알루미늄으로 형성된 고-종횡비 구조로 형성된다. 대안적으로 티타늄이 유사한 결과로 사용될 수 있다. 전자 장치(100)는 필라들(11)의 고-종횡비 구조(1)를 형성하는 면을 갖는 모놀리식 금속 기판에 의해 형성된 집전체(10)가 구비된 전자 회로를 포함한다. 벽들은 600nm 보다 더 큰 상호간격(d)를 갖고, 예를 들어 종횡비는 10보다 더 크거나 또는 50보다 더 크다. 알루미늄 구조는 필라 구조체가 양극 산화된 알루미늄으로 제공될 수 있고, 이것은 산화물의 유입으로 인한 자연적인 나노포어 구조를 갖기 때문에 적합하다. 나노포어들은 마이크로패턴에 의해 마스킹될 수 있어, 기법들을 추가 또는 제거함으로써, 특히 에칭, 산화-환원 도금 또는 증착, 예를 들어 ECD(Electro Chemical Deposition) 또는 PVD(Physical Vapour Deposition) 또는 CVD(Chemical Vapour Depositino) 또는 ALD(Atomic Layer Deposition) 또는 CSD(Chemical Solution Deposition) 기법에 의해 하이브리드 다공성 알루미늄 마이크로 필라들이 형성될 수 있다. 본 명세서에서, 용어 필라들(pillars) 또는 마이크로필라들(micropillars)은 예를 들어 WO20130226892에서 개시된 유형의 나노와이어들로부터 구분하기 위해 사용되고, 이것은 300보다 더 작거나, 50 또는 10nm보다 더 작은 직경 치수를 갖고, 약 수백nm보다 더 작은, 예를 들어 50-300nm 범위에서 상호거리(d)를 갖는 장방형 와이어들이고, 이것은 그것들에서 멀티레이어 적층들을 컨포멀하게 코팅하기 위해 충분한 갭 없이 매우 조밀하게 패킹된다.
필라들은 100nm 이상의 길이, 임의의 장방형 형태들 및 적어도 10nm 보다 더 큰, 일반적으로 100nm보다 더 큰 및 직경들을 가질 수 있고, 이에 관하여 일반적으로 고-종횡비 구조체로서의 자격을 얻을 수 있다.
US2009214956에서 전도성 나노와이어들에 전해질 물질이 컨포멀하게 코팅되고, 제2 전도성 물질과 전기적으로 접촉하는 캐소드 물질이 전해질-코팅된 나노와이어들 사이에 침투되는 구조가 제공된다. 반면에, 설명된 것과 같이 마이크로필라들은 600nm보다 충분히 더 큰 상호거리를 갖는다. 필라들(1)은 적합한 조성의 멀티레이어 또는 적층(5)에 의해 커버되고, 아래에서 더욱 상세히 설명된다. 적절하게는, 콜렉터가 충전 물질(4), 예를 들어 전도성 접착제, 또는 반대 전극(20)을 형성하기 위해 멀티레이어의 캐소드와 전기적으로 접촉하는 도금된 물질에 의해 평면화된다. 소자(100)에서 각각의 레이어들의 신축성뿐만 아니라 압축성, 레이어들(10, 5 및 20) 사이의 밀착성 및 적층의 전체 벤딩 강도(total bending stiffness)는 와인딩 또는 플렉싱 동안 최대 허용 벤딩 반경(손상없이)을 결정할 것이다.
충전 스페이서(filling spacer)(4)는 임의의 유기물 또는 무기물일 수 있다. 예를 들어, 이것은 집전체와 같은 몇몇 다른 추가 기능을 가질 수 있고, 배터리 적층의 활성화 레이어들이 증착된 이후 필라들을 선택적으로 전자도금할 수 있다. 또한, 충전은 고-종횡비 구조(10)를 평탄화하는 평탄화 충전제(planarizing filler)로 사용될 수 있다.
도 4B, C 및 D는 집전체(10)가 어떻게 와인딩되고 플렉싱되는지 나타내기 위한 평면도, 측면도, 클러스터링된 필라 형태들(10-1)의 구부러진 형태를 더욱 상세히 보여준다. 플렉싱을 쉽게 하기 위해, 기판 호일 전체에 걸쳐 필라들을 갖는 대신, 필라-클러스터들(10-1)의 격리된 아일랜드들이 이것의 필수적 부분들을 형성하기 위해 금속 호일로 패터닝될 수 있다. 필라들이 없는 위치들, 다시 말해 평면 존들(10-2)의 그리드에서 기판 호일의 더 낮은 강도는 도 4D에 나타낸 것과 같은 3D 배터리 호일(10)의 벤딩 또는 롤링을 더욱 쉽게 한다. 마이크로필라들의 고-종횡비 클러스터들(10-1) 도 4A에 개시된 유형들 사이에 스페이서 물질을 채움으로써 선택적으로 더욱 안정화될 수 있다. 예를 들어, 고-종횡비 클러스터들은 10e4㎛2 보다 더 작은 영역을 차지할 수 있고; 평면 존들은 50㎛ 보다 더 큰 폭을 갖는 스트립들로 형성될 수 있지만, 다른 범위들이 플렉싱을 쉽게하기 위한 클러스터링의 동일한 효과를 위해 적합하게 사용될 수 있다.
도 5는 고-종횡비 구조체가 어떻게 와인딩되거나(도 5a) 또는 적층되는지(도 5b)를 나타낸다. 와인딩하는 동안, 필라들에 대한 손상을 피하기 위해, 필라들은 바깥쪽을 향해(to face outwards) 만들어져서, 고-종횡비 구조를 형성하는 면은 복록(convex)하다. 와인딩된 적층은 도면에서, 바깥쪽으로 향하는 필라들, 원뿔 또는 피라미드들을 점점 가늘게 함으로써, 동심원(도면에 보여진 것과 같이)이거나 또는 연속적인 나선형과 같을 수 있다. 와인딩하는 동안 야기된 압력에 의한 활성화 레이어들의 크래킹(cracking)을 피하기 위해, 와인딩이 수행된 후에 선택적으로 (적어도 몇몇의)활성화 레이어들의 증착이 수행될 수 있다.
벤딩 또는 와인딩하는 동안 활성화 레이어들의 크랙킹의 가능성이 필라들 중간에서 가장 높기 때문에, 이것은 필라들 상에 바로(중간이 아니라) 활성화 레이어들을 증착하기 위해 선택적으로 선택될 수 있다. 게다가, 이것은 추가적으로 필라들 주변의 베이스 코너들에서 크래킹을 피할 수 있는 반면, 배터리의 충전/방전 동안 전극 레이어들의 부피 확장/수축이 일어날 수 있다.
일반적으로, 플렉싱 동안 또는 배터리 동작 동안 활성화 레이어들의 크래킹을 피하기 위해, 3D 배터리 구조의 코너들은 원형, 다시 말해 200nm보다 더 큰 또는 1㎛ 보다 더 큰 곡률 반경을 갖는 원형으로 설계된다.
도 5b는 예를 들어 분리된 배터리 호일들(10)을 서로의 상부에 적층함으로써 3D 배터리의 단위 체적 당 전력 밀도 또는 전력을 증가시키는 또 다른 방법을 보여준다. 3D 배터리 경우에서 이러한 적층은 선택적으로 전도성 접착제(4)를 사용함으로써 수행될 수 있다(호일들이 직렬로 연결된 경우). 이러한 전도성 접착제(4)는 또한 각각의 호일들 상에 필라들을 안정화하기 위한 충전 물질일 수 있다. 따라서, 배터리 멀티레이어들과 교대로 적층되는 복수의 집전체들이 제공될 수 있다.
선택적으로, 3D 필라들은 금속 호일의 양면에 생성될 수 있다. 이것은 한쪽 면에서 광발전 레이어와 결합될 수 있고, 다른 한쪽 면 또는 동일한 면에서 배터리 레이어와 결합될 수 있다. 또 다른 실시예에서 이것은 호일(10) 당 두 개의 배터리 적층 레이어들을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 경우, 기판 호일(금속으로된 경우)은, 적층되는 동안 공통 전극으로서 동작할 수 있다(도 5b 참조). 회로에서 서로에 대한 다른 배터리 호일들의 연결은 충전 및 방전 동안 요구된 전압을 따를 필요가 있다.
이러한 배터리들을 비용-효율적으로 마스킹하기 위해, 이것은 넓은 영역의 금속 호일들, 예를 들어 롤-투-롤 프로세싱의 기술을 전송하는데 유리하다.
도 6은 상용의 3D 박막 배터리들을 위한 기판으로서 패키징 또는 커버들 또는 장치들/기계들/장비들의 프레임들을 사용하는 것의 예시들을 보여준다. 최근, 제품들이 점점 소형화되기 때문에, 작고 더욱 소형화된 배터리들(필요한 동일한 전력 또는 용량을 공급하는)의 필요는 커지고 있다. 본 발명에서 언급된 아이디어들은 이러한 배터리들을 사용하는 장치의 패키지 또는 커버 상에 이러한 3D 마이크로필라 구조들을 제조하는 것에 관한 것이다. 보여진 영역들 중 하나는 장치의 패키지/커버 내에 배터리들의 집적이다. 배터리 소자는 모바일 폰(300)만큼 작을 수 있고, 전기차(200)만큼 클 수 있다. 예를 들어 차에서, 측면 패널(230), 루프 패널(210), 보닛(220) 등과 같이 알루미늄 또는 알루미늄화된 커버들은 넓은 영역의 배터리 구조체를 제공하기 위해 사용될 수 있다. 또한 모바일 폰(400)에서, 앞서 설명된 것과 같이 고-종횡비 구조를 갖는 알루미늄화된 후면 패널(300)은 배터리를 형성할 수 있거나 또는 추가 전력을 위한 전환 가능한 커버로서 제공될 수 있다.
3D로 형성된 기판은 기반 기술과 같은 양극 산화에 의해 달성된 필라 구조체 또한 정렬된 다공성 구조체를 포함할 수 있다.
예를 들어, 3D 배터리 구조체는 차의 바디 프레임을 양극 산화함으로써 직접적으로 형성되기 때문이다. 프레임의 물질은 스틸일 수 있고, 양극 산화를 위해 필요한 알루미늄 레이어로 코팅될 수 있다. 그 후, 전자도금 및 산화물 에칭 단계들은 3D 필라 구조체를 차 바디(바람직하게는 내부)에 생성할 수 있다.
따라서 고-종횡비 구조를 갖는 금속 기판은 케이스 구조와 같이 모놀리식으로 형성될 수 있다. 알루미늄으로 커버되어 만들어진 다른 장치들에 이러한 개념이 적용될 수 있다. 대안적으로 금속 기판이 유기 호일 상에, 다시 말해 탄화수소 콘텐츠를 포함하는, 예를 들어 PEN, PET 등 또는 플라스틱 몰드 구조 상에 적층될 수 있다. 오늘날 대부분의 장치들의 패키지/커버들이 플라스틱으로 몰드됨에도 불구하고, 여전히 수십 마이크로미터의 알루미늄이 그것에 또는 그것의 내부에 배터리를 생성하기 위해 이온성 액체에 의해 플라스틱 상에 무전해 도금될 수 있다.
도 7은 I-I를 따라 단면도를 보여주는 도 7A에 보여진 것과 같이 컨포멀 배터리 멀티레이어로 커버된 필라들(1)의 형태에서 고-종횡비 구조의 예시적 관점을 개략적으로 보여준다. 개시된 고-종횡비 구조는 표면(s)와 평행한 베이스(b)를 갖는 기판(10) 상에 기하학적으로 정돈된(ordered) 마이크로필라들(1)에 의해 형성되지만, 대안적으로 트렌치(trenches), 리지(ridges) 테이퍼된(tapered) 구조체일 수 있고, 평면 표면(s)를 형성한다. 실시예에서, 금속 필라들(1)은 50nm보다 더 큰 곡률 반경을 갖는 필라들(11)을 갖는다. 최소 상호간격(d)은 약 300nm 두께의 컨포멀 코팅을 수용하기 위해 600nm보다 더 크다. 실용적인 상호간격은 약 2-3 마이크론(micron)일 수 있다. 금속 필라들은 25㎛ 또는 더 높은 높이(h), 예를 들어 50 또는 100㎛를 가질 수 있고, 3-12㎛의 범위 내의 피치(p)로 형성될 수 있다. 필라들(1) 사이의 갭들(g)는 바람직하게 채워지고, 더욱 상세하게는, 3D 배터리 적층을 벤딩 또는 플렉싱하는 동안 그것들 사이에 접촉을 피하기 위해 배터리 적층의 활성화 멀티레이어(5)를 증착한 후에 쿠션 또는 스페이서 물질(4)로 채워진다. 인접한 컨포멀 배터리 코팅들(5) 사이에 갭은 순서로 100-500nm가 될 수 있다. 갭은 전도성 물질로 완전히 채워질 수 있다.
예시에서, 바람직하게는, 배터리 멀티레이어(5)는 필라(1)과 전기적으로 접촉하는 음극 레이어(5-1)와 양극 레이어(5-3) 사이에 삽입된 고체 상태 전해질 레이어(5-2)를 포함한다. 바람직하게는, 배터리 멀티레이러가 고-종횡비 구조 상에 코팅되고, 주어진 C-속도에 대해 일치하는 두께를 갖는 제1 전극(5-1) 레이어, 전해질 레이어(5-2)에 의해 제1 전극 레이어로부터 분리된 제2 전극(5-3) 레이어의 유효 체적 저장 용량을 포함하는 것을 알 수 있다. 이러한 방법으로 배터리 멀티레이어에서 전극 두께들은 다양하고, 충전 및/또는 방전 동안 리튬-이온(Lithium-ions)을 위해 주어진 C-속도 용량에 대하여 그들의 유효 체적 저장량(effective volumetric storage)에 매칭하는 것과 상관되어있고, 동시에 곡률 때문에 제조가능성은 향상된다. 음극 레이어의 두께는 더 높은 이론상 밀도 때문에 일반적으로 양극 레이어보다 더 얇을 수 있다. LixTiO2 및 또는 LixMnO2에 대한 밀도 및 두께는 유사하다. 예를 들어, 제1 레이어(5-1)는 80에서 300nm 사이 범위의 음극 레이어일 수 있고; 제2 레이어(5-2)는 60에서 200nm 사이 범위의 전해질 레이어일 수 있다. 양극 레이어(5-3)은 30에서 200nm 사이 범위일 수 있다. 배터리 적층은 임의의 다른 장치(예를 들어, PV) 기판 내에 집적될 수 있고, 이것은 다른 기판들 내에 더 적층될 수 있다.
배터리 레이어가 고-종횡비 구조에 컨포멀하게 형성되는 대신에, 이러한 구조는 고-종횡비 구조를 평탄화하기 위해 형성된 음극 레이어, 다시 말해 컨포멀하지 않은 레이어와 결합할 때 전하 콜렉터 구조로서 사용될 수 있다. 이러한 음극 레이어가 고체 유형의 전해질과 접촉하는 대신에 대안적으로 액체 형태와 접촉할 수 있다.
본 발명의 양상은 다음의 조항들에 의해 특성화 된다:
전자 장치는 필라들의 고-종횡비 구조를 형성하는 면을 갖는 금속 기판에 의해 형성된 집전체가 구비된 전자 회로를 포함하고, 벽들은 600nm 보다 더 큰 최소 상호거리를 갖는다.
이전과 같은 전자 장치에서, 고-종횡비 구조가 트렌치들 또는 기하학적으로 정돈된(ordered) 마이크로필라들에 의해 형성된다.
이전과 같은 전자 장치에서, 금속 기판은 알루미늄 또는 티타늄을 포함하고, 고-종횡비 구조는 50nm 보다 더 큰 곡률 반경을 갖는 필라들을 포함한다.
이전과 같은 전자 장치에서, 필라들은 25㎛ 보다 더 높다.
이전과 같은 전자 장치에서, 필라들은 평면 존들의 그리드로 분리된 고-종횡비 클러스터들로 형성된다.
이전과 같은 전자 장치에서, 고-종횡비 클러스터들은 10e4㎛2 보다 더 작은 영역을 차지하고; 평면 존들은 50㎛ 보다 더 큰 폭을 갖는 스트립들로 형성된다.
이전과 같은 전자 장치에서, 고-종횡비 구조를 형성하는 면은 복록(convex)하다.
이전과 같은 전자 장치에서, 기판은 고-종횡비 구조를 형성하는 양면을 갖는 호일이다.
이전과 같은 전자 장치에서, 고-종횡비 구조 및 금속 기판은 모놀리식으로 형성된다.
이전과 같은 전자 장치에서, 고-종횡비 구조는 고-종횡비 구조의 필라들에 대하여 컨포멀한 코팅으로 커버된다.
이전과 같은 전자 장치에서, 상기 코팅은 배터리 멀티레이어 또는 PV 멀티레이어 또는 둘 모두이다.
이전과 같은 전자 장치에서, 배터리 멀티레이어는 고체 전해질 레이어를 포함한다.
이전과 같은 전자 장치에서, 배터리 멀티레이어는 고-종횡비 구조 상에 코팅되고 10 C-속도 보다 더 큰 배터리 충전 속도에서 제2 전극 레이어의 유효 체적 저장 용량과 일치하는 두께를 갖는 제1 전극 레이어를 포함한다.
이전과 같은 전자 장치에서, 제1 레이어는 80에서 300nm 사이 범위의 음극 레이어이고; 제2 레이어는 60에서 200nm 사이 범위의 전해질 레이어이고; 양극 레이어는 30에서 200nm 사이 범위이다.
복수의 집전체들을 갖는 이전과 같은 전자 장치는 대안적으로 적층된다.
이전과 같은 전자 장치에서, 멀티레이어 구조는 고-종횡비 구조를 평탄화하는 평탄화 충전제로 커버된다.
이전과 같은 전자 장치에서, 상기 충전제는 전극 부분을 형성하는 금속이다.
이전과 같은 전자 장치에서, 상기 충전체는 집전체를 적층하고, 동시에 고-종횡비 구조를 안정화하는 기능을 하는 전도성 접착제이다.
이전과 같은 전자 장치에서, 금속 기판은 유기 호일 상에 적층된다.
이전과 같은 전자 장치에서, 금속 기판은 케이스 구조로서 모놀리식으로 형성된다. 청구된 배터리 적층은 임의의 다른 장치(예를 들어, PV) 기판 내에 집적될 수 있고, 이것은 다른 기판들 내에 더 적층될 수 있다.
본 발명의 특정 실시예들이 상술되었지만, 본 발명은 설명된 것과 다르게 실시될 수 있는 것으로 이해될 수 있다. 또한, 다른 도면들을 참조하여 설명된 절연 특성(isolated features)들이 조합될 수 있다.

Claims (27)

  1. 금속 기판에 형성된 필라들(pillars)의 고-종횡비 구조(high-aspect ratio structure)를 갖는 집전체(current collector) 제조 방법에 있어서,
    상기 금속 기판의 면에 장방형 및 정렬된 나노포어 구조체를 모놀리식(monolithically)으로 형성하는 단계;
    600nm보다 더 큰 최소 상호거리를 갖는 나노포어 구조 필라들을 형성하기 위해 배치된 마이크로-패턴 마스크로 상기 나노포어 구조체를 마스킹하는 단계; 및
    상기 필라들을 전기 전도성으로 렌더링하는 단계
    를 포함하고,
    상기 고-종횡비 구조는 상기 마이크로-패턴에서 나노포어 물질을 제거하여 나노포어 마이크로필라 구조체를 형성함으로써 형성되는
    집전체 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    나노포어 물질을 제거하기 전에, 고-종횡비 필라 구조는 마스킹되지 않은 나노포어 구조체를 홀 패턴으로 도금하여 도금된 나노포어 필라 구조체를 형성함으로써 전기 전도성으로 렌더링되는
    집전체 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 도금은 무전해(electro-less) 또는 전기도금(electroplating)에 의한 것인
    집전체 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    고-종횡비 필라 구조는 도트 패턴에서 마스킹되지 않은 나노포어 물질을 제거하여, 직립 벽들을 갖는 마스킹된 나노포어 필라 구조체를 형성함으로써 형성되고, 상기 필라들은 필라 벽들을 전도성 레이어로 커버링함으로써 전기 전도성으로 렌더링되는
    집전체 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 커버링은 전기 화학 증착(Electro Chemical Deposition; ECD) 또는 PVD 또는 CVD 또는 ALD, CSD에 의해 형성되는
    집전체 제조 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 필라는 상기 마스킹되지 않은 나노포어 구조를 전기-절감(electro-reducing)함으로써 전기 전도성으로 렌더링되는
    집전체 제조 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속 기판은 알루미늄 또는 티타늄인
    집전체 제조 방법.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 필라들은 상기 필라들에 대해 컨포멀(conformal) 코팅을 형성하기 위해 후속 레이어들로 커버링되는
    집전체 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 코팅은 전지(battery) 멀티레이어 또는 광전지(photovoltaic) 멀티레이어 인
    집전체 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 멀티레이어는 고체 전해질(solid state electrolyte) 레이어를 포함하는
    집전체 제조 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    멀티레이어 구조를 상기 고-종횡비 구조를 평탄화하는 평탄화(planarizing) 필터로 커버링하는 단계
    를 더 포함하는 집전체 제조 방법.
  12. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속 기판은 유기 호일(organic foil) 상에 적층되는(stacked)
    집전체 제조 방법.
  13. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 집전체는 롤-투-롤 프로세스(roll-to-roll process)로 제조되는
    집전체 제조 방법.
  14. 전자 장치에 있어서,
    금속 기판의 다공성 나노 와이어 구조체들에 형성된 필라들의 고-종횡비 구조를 갖는 집전체를 포함하고,
    상기 금속 기판의 면에 장방형 및 정렬된 나노포어 구조의 필라들이 모놀리식으로 형성되고; 600nm보다 더 큰 최소 상호거리를 갖고; 상기 나노포어 구조의 필라들은 전기 전도성인
    전자 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 금속 기판은 알루미늄 또는 티타늄을 포함하고, 상기 고-종횡비 구조는 50nm보다 더 큰 곡률반경을 갖는 필라들을 포함하는
    전자 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 필라들은 10㎛ 보다 더 높은
    전자 장치.
  17. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 필라들은 평면 존들(planar zones)의 그리드에 의해 분리된 고-종횡비 클러스터들(high-aspect ratio clusters)로 형성되는
    전자 장치.
  18. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판은 고-종횡비 구조를 형성하는 양면을 갖는 금속 호일인
    전자 장치.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 고-종횡비 구조는 상기 고-종횡비 구조의 상기 필라들에 대해 컨포멀 코팅으로 커버링되고, 컨포멀 코팅된 고-종횡비 구조체들 사이에 갭(gap)이 제공되는
    전자 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 코팅은 전지(battery) 멀티레이어 또는 광전지(photovoltaic) 멀티레이어 또는 둘 모두인
    전자 장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 전지 멀티레이어는 고체 전해질 레이어를 포함하는
    전자 장치.
  22. 제20항 또는 제21항에 있어서,
    상기 전지 멀티레이어는 상기 고-종횡비 구조 상에 코팅된 제1 전극 레이어를 포함하고, 10 C 보다 더 큰 C-속도로 충전하는 전지에서 제2 전극 레이어의 유효 용적 저장 용량(effective volumetric storage capacity)과 일치하는 두께를 갖는
    전자 장치.
  23. 제19항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    교대로 적층된 복수의 집전체들을 갖는
    전자 장치.
  24. 제19항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 갭은 상기 고-종횡비 구조를 평탄화하고 기계적으로 안정화하는 평탄화 필터로 채워지는
    전자 장치.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 필터는 전극 부분을 형성하는 금속인
    전자 장치.
  26. 제24항에 있어서,
    상기 필터는 상기 고-종횡비 구조를 안정화하는 동안 상기 집전체를 고정하기 위한 기능을 하는 전도성 접착제인
    전자 장치.
  27. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속 기판은 유기 호일 상에 적층되는
    전자 장치.
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Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101773103B1 (ko) * 2015-01-09 2017-08-30 주식회사 엘지화학 전극, 이의 제조방법, 이에 의해 제조된 전극 및 이를 포함하는 이차전지
KR20180030576A (ko) 2015-07-15 2018-03-23 네덜란제 오르가니자티에 포오르 토에게파스트-나투우르베텐샤펠리즈크 온데르조에크 테엔오 고종횡비 구조를 제조하는 장치 및 방법
JP7022689B2 (ja) * 2015-12-16 2022-02-18 ネーデルランドセ・オルガニサティ・フォール・トゥーヘパスト－ナトゥールウェテンスハッペライク・オンデルズーク・テーエヌオー 基板上の導電性ピラー化構造を含むリチウムバッテリー電流コレクタ
EP3261157A1 (en) * 2016-06-23 2017-12-27 Nederlandse Organisatie voor toegepast- natuurwetenschappelijk onderzoek TNO A method of manufacturing a lithium battery
US10615417B2 (en) * 2017-05-15 2020-04-07 Millibatt, Inc. Electrolyte material, battery assembly, and production method
US10950912B2 (en) 2017-06-14 2021-03-16 Milwaukee Electric Tool Corporation Arrangements for inhibiting intrusion into battery pack electrical components
TWI661599B (zh) * 2017-12-04 2019-06-01 鈺邦科技股份有限公司 鋰電池結構及其鋰電池負電極箔
JP6870627B2 (ja) * 2018-02-05 2021-05-12 トヨタ自動車株式会社 電極集電体、全固体電池および電極集電体の製造方法
US10720670B2 (en) 2018-02-08 2020-07-21 International Business Machines Corporation Self-aligned 3D solid state thin film battery
US11233288B2 (en) 2018-07-11 2022-01-25 International Business Machines Corporation Silicon substrate containing integrated porous silicon electrodes for energy storage devices
JP7160731B2 (ja) * 2019-03-20 2022-10-25 トヨタ自動車株式会社 二次電池
FR3095721B1 (fr) * 2019-05-02 2022-01-07 Commissariat Energie Atomique Dispositif de stockage et procédé de fabrication
KR102446291B1 (ko) * 2019-10-31 2022-09-22 삼성에스디아이 주식회사 전극판 제조 방법 및 이를 통해 제조된 전극판
KR102469788B1 (ko) * 2021-02-22 2022-11-23 (주)포인트엔지니어링 복합 몰드, 금속 성형물 및 그 제조방법
WO2022235064A1 (ko) * 2021-05-07 2022-11-10 (주)포인트엔지니어링 금속 구조체 및 그 제조방법
NL2030074B1 (en) 2021-12-08 2023-06-22 Lionvolt B V Electrode with embeded pillar structure
WO2023201063A1 (en) * 2022-04-15 2023-10-19 University Of Maryland, College Park Conformal solid-state batteries and methods for producing and using the same

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008030215A2 (en) * 2005-07-12 2008-03-13 The Regents Of The University Of California Method and apparatus for high surface area carbon structures with minimized resistance
JP2013214501A (ja) * 2012-03-06 2013-10-17 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 二次電池用負極及び二次電池

Family Cites Families (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6705152B2 (en) * 2000-10-24 2004-03-16 Nanoproducts Corporation Nanostructured ceramic platform for micromachined devices and device arrays
US7462774B2 (en) * 2003-05-21 2008-12-09 Nanosolar, Inc. Photovoltaic devices fabricated from insulating nanostructured template
FR2880197B1 (fr) * 2004-12-23 2007-02-02 Commissariat Energie Atomique Electrolyte structure pour microbatterie
US20060216603A1 (en) 2005-03-26 2006-09-28 Enable Ipc Lithium-ion rechargeable battery based on nanostructures
JP2007103349A (ja) 2005-09-08 2007-04-19 Seiko Epson Corp 膜パターンの形成方法、有機ｅｌ装置の製造方法、カラーフィルタ基板の製造方法、液晶表示装置の製造方法
JP5181413B2 (ja) 2005-09-13 2013-04-10 日立電線株式会社 電気化学装置用電極、固体電解質／電極接合体及びその製造方法
KR101142589B1 (ko) 2006-11-15 2012-05-10 파나소닉 주식회사 비수계 이차전지용 집전체, 및 그것을 사용한 비수계 이차전지용 전극판 및 비수계 이차전지
WO2008059936A1 (fr) 2006-11-15 2008-05-22 Panasonic Corporation Collecteur pour un accumulateur non aqueux, électrode plane d'accumulateur non aqueux et accumulateur non aqueux utilisant le collecteur
US8216712B1 (en) * 2008-01-11 2012-07-10 Enovix Corporation Anodized metallic battery separator having through-pores
US20080218939A1 (en) 2007-03-09 2008-09-11 Marcus Matthew S Nanowire supercapacitor electrode
JP2009043466A (ja) 2007-08-07 2009-02-26 Seiko Epson Corp 有機ｅｌ装置および電子機器
US7816031B2 (en) 2007-08-10 2010-10-19 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Nanowire battery methods and arrangements
US8795885B2 (en) 2008-02-22 2014-08-05 Colorado State University Research Foundation Lithium-ion battery
KR101749488B1 (ko) 2008-02-25 2017-07-04 엘리언스 포 서스터너블 에너지, 엘엘씨 플렉시블한 박막 고체 상태 리튬 이온 배터리
WO2010032159A1 (en) 2008-09-17 2010-03-25 Nxp B.V. 2d or 3d electrochemical device employing composit active electrodes
US8624105B2 (en) * 2009-05-01 2014-01-07 Synkera Technologies, Inc. Energy conversion device with support member having pore channels
DE102009035745A1 (de) 2009-08-01 2011-02-17 Christian-Albrechts-Universität Zu Kiel Elektrode für Lithium-Ionen Akkumulatoren
DE102009043414B4 (de) 2009-09-29 2016-09-22 Siemens Aktiengesellschaft Dreidimensionale Mikro-Struktur, Anordnung mit mindestens zwei dreidimensionalen Mikro-Strukturen, Verfahren zum Herstellen der Mikro-Struktur und Verwendung der Mikro-Struktur
WO2011060023A2 (en) 2009-11-11 2011-05-19 Amprius Inc. Preloading lithium ion cell components with lithium
EP2499686A2 (en) 2009-11-11 2012-09-19 Amprius, Inc. Intermediate layers for electrode fabrication
US20110129732A1 (en) * 2009-12-01 2011-06-02 Applied Materials, Inc. Compressed powder 3d battery electrode manufacturing
DE102009056530A1 (de) 2009-12-04 2011-06-09 Christian-Albrechts-Universität Zu Kiel Nanodrahtstruktur mit freiliegenden, regelmäßig angeordneten Nanodrahtenden und Verfahren zur Herstellung einer solchen Struktur
US9312540B2 (en) 2009-12-10 2016-04-12 William March Rice University Conformal coating on nanostructured electrode materials for three-dimensional applications
US20110189510A1 (en) 2010-01-29 2011-08-04 Illuminex Corporation Nano-Composite Anode for High Capacity Batteries and Methods of Forming Same
US20120094192A1 (en) 2010-10-14 2012-04-19 Ut-Battelle, Llc Composite nanowire compositions and methods of synthesis
WO2012105901A1 (en) 2011-02-01 2012-08-09 Qunano Ab Lithium-ion battery comprising nanowires
CN102263244B (zh) 2011-06-29 2013-10-30 福州大学 一种用于锂离子电池的碳限域包覆Sn/MgO纳米线阵列的制备方法
WO2013019489A1 (en) 2011-07-29 2013-02-07 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Three-dimensional (3d) porous electrode architecture for a microbattery
EP2562851A1 (en) 2011-08-23 2013-02-27 Mustafa K. Ürgen Method for producing an electrode material comprising nanowires
US9012075B2 (en) 2012-01-23 2015-04-21 GM Global Technology Operations LLC Fade-resistant high capacity electrodes for a lithium-ion battery

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008030215A2 (en) * 2005-07-12 2008-03-13 The Regents Of The University Of California Method and apparatus for high surface area carbon structures with minimized resistance
JP2013214501A (ja) * 2012-03-06 2013-10-17 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 二次電池用負極及び二次電池

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