KR20080033161A - Electrochemical apparatus with barrier layer protected substrate - Google Patents

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KR20080033161A
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숀 더블유 스나이더
베른트 제이 뉴덱커
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인피니트 파워 솔루션스, 인크.
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Abstract

The present invention relates to apparatus, compositions and methods of fabricating high performance thin-film batteries on metallic substrates, polymeric substrates, or doped or undoped silicon substrates by fabricating an appropriate barrier layer composed, for example, of barrier sublayers between the substrate and the battery part of the present invention thereby separating these two parts chemically during the entire battery fabrication process as well as during any operation and storage of the electrochemical apparatus during its entire lifetime. In a preferred embodiment of the present invention thin-film batteries fabricated onto a thin, flexible stainless steel foil substrate using an appropriate barrier layer that is composed of barrier sublayers have uncompromised electrochemical performance compared to thin-film batteries fabricated onto ceramic substrates when using a 700°C post-deposition anneal process for a LiCoO2 positive cathode.

Description

배리어층 보호 기판을 갖는 전기 화학 장치{ELECTROCHEMICAL APPARATUS WITH BARRIER LAYER PROTECTED SUBSTRATE}ELECTROCHEMICAL APPARATUS WITH BARRIER LAYER PROTECTED SUBSTRATE}

관련 출원Related Applications

본 출원은 2005년 6월 15일자로 출원된 미국 가특허출원 일련번호 제60/690,697호로서 사전 인증된 미국 출원 일련번호 제(미할당)호의 일부 계속 출원이며 그 출원의 35U.S.C.§120의 이익을 청구하며, 2005년 8월 23일자로 출원된 미국 출원 일련번호 제11/209,536호에 관계된 것이며 그 출원의 35U.S.C.§120의 이익을 청구하고, 상기 문헌들은 여기에 참고자료로서 명확히 포함된다.This application is part of U.S. Provisional Patent Application Serial No. 60 / 690,697, filed June 15, 2005, filed partly, and in part of 35U.SC§120 of that application. Claims, relating to US application Ser. No. 11 / 209,536, filed August 23, 2005, which claims the benefit of 35U.SC§120 of that application, which documents are expressly incorporated herein by reference. do.

본 발명의 분야는 커패시티 밀도, 에너지 밀도 및 파워 밀도가 개선되고, 바람직하게는 가요성 형태 인자 및 결정질 LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4 캐소드(cathode) 및 유도 재료를 갖는 리튬계 고체 상태 박막 2차 및 1차 전지의 장치, 구성 및 제조에 관한 것이다.The field of the invention improves the capacity density, the energy density and the power density, and preferably is a lithium-based solid state with flexible form factor and crystalline LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 cathode and inducing material A device, structure and manufacture of thin film secondary and primary batteries.

이하에서는 박막 전지 분야에서의 관련 기술의 요구 및 진전에 대하여 기술한다.Hereinafter, the needs and progress of related technologies in the field of thin film batteries will be described.

박막 전지는 층상의 전지 구성 요소를 해당 기판에 예컨대, 이하의 순서로 순차적 진공 퇴적하여 제조될 수 있다: 포지티브 캐소드(positive cathode) 전류 콜렉터, 포지티브 캐소드, 네가티브 애노드(negative anode) 전류 콜렉터, 전해질(분리자), 네가티브 애노드, 및 캡슐레이션(encapsulation). 퇴적 프로세스 단계 대신에 적층 프로세스가 사용될 수 있다(예컨대, 미국 특허 제6,916,679(Wang 등), 143 J. Electrochem. Soc. 3203-12(1996) 또는 미국 특허 제5,561,004호 참조). 선택적으로, 박막 전지의 두 단자는 포지티브 및 네가티브 전류 콜렉터의 연장부를 단순히 포함하는 것이 아니라, 각각의 전류 콜렉터에 전기적으로 접촉하는 단자 컨택이 부가적으로 퇴적될 수 있다. 포지티브 캐소드 재료는 퇴적 상태에서 불충분하게 결정질일 수 있고, 이 사실과 관련하여 불충분한 전기화학적 특성을 보일 수 있다(예컨대, Wang 등의 상기 문헌 참조). 이 때문에, 포지티브 캐소드는 전지 제조 동안에 결정화되고, 이는 퇴적 후의 고온("어닐") 프로세스에 의해서 달성될 수 있다(예컨대, Wang 등의 상기 문헌, 또는 New Trends in Electrochemical Technology : Energy Storage Systems for Electronics (T. Osaka & M. Datta eds ., Gordon and Breach 2000)에서의 Bates 등의 "Thin-Film Lithium Batteries" 참조). 포지티브 캐소드의 퇴적 직후에 인가되는 어닐 프로세스는 기판 및 포지티브 캐소드 전류 콜렉터를 위한 재료의 선택을 제한하여서, 부피 및 중량당 박막 전지의 커패시티 밀도, 에너지 밀도, 및 파워 밀도를 제한한다. 예컨대, 이들 3가지 양에 대한 기판의 영향을 이하에서 상세히 설명한다.Thin film cells can be fabricated by sequential vacuum deposition of layered cell components onto the substrate, for example, in the following order: positive cathode current collector, positive cathode, negative anode current collector, electrolyte ( Separator, negative anode, and encapsulation. A lamination process may be used instead of the deposition process step (see, eg, US Pat. No. 6,916,679 to Wang et al., 143 J. Electrochem. Soc. 3203-12 (1996) or US Pat. No. 5,561,004). Optionally, the two terminals of the thin film cell do not simply include extensions of the positive and negative current collectors, but terminal contacts in electrical contact with each current collector can additionally be deposited. The positive cathode material may be insufficiently crystalline in the deposited state and may exhibit insufficient electrochemical properties in this regard (see, eg, Wang et al., Supra). Because of this, the positive cathode is crystallized during cell fabrication, which can be achieved by a high temperature (“anneal”) process after deposition (eg, Wang et al., Or New Trends in Electrochemical Technology : Energy Storage systems for Electronics (T. Osaka & M. Datta eds ., Gordon and See "Thin-Film Lithium Batteries" by Bates et al . , Breach 2000 ). The annealing process applied immediately after deposition of the positive cathode limits the selection of materials for the substrate and the positive cathode current collector, thereby limiting the capacity density, energy density, and power density of the thin film cell per volume and weight. For example, the influence of the substrate on these three amounts is described in detail below.

리튬계 고체 상태 박막 2차(충전 가능) 및 1차(충전 불가능) 전지의 커패시티, 에너지 및 파워의 고유(즉, 기판 및 인캡슐레이션 없이)의 부피 및 중량 밀도 는 포지티브 캐소드 재료의 커패시티, 에너지 및 파워의 부피 및 중량 밀도에 의해 좌우된다. 2차 전지의 경우, 결정질 LiCoO2는 커패시티, 에너지, 파워 및 순환능력의 견지에서 벌크(박막이 아님) 및 박막 전지의 양쪽에 대한 포지티브 캐소드 재료 선택의 일 예이며, 결정질 LiMn2O4, 결정질 LiMnO2, 및 결정질 LiNiO2의 유도체가 그 뒤를 잇는다. 이들 주요 모(母) 포지티브 캐소드 재료를 Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, La, Hf, Ta, W 및 Ru와 같은 다른 천이 금속(유도체가 됨)과, 1족, 2족, 13족, 14족, 15족, 16족 및 17족에서 선택된 주요 족 원소로 도핑하는 것은 전체 개선에 있어서 LiCoO2, LiMn2O4, LiMnO2, 및 LiNiO2의 특성을 매우 작게 변경하는 것이 발견되었다.The volume and weight density of the intrinsic capacity, energy and power of the lithium-based solid state thin film secondary (chargeable) and primary (non-chargeable) cells (ie, without substrate and encapsulation) depends on the capacity of the positive cathode material. , Volume and weight density of energy and power. In the case of the secondary battery, the crystalline LiCoO 2 has capacity, the bulk (not the film) in terms of energy, power and cycle capability and one example of a selected positive cathode material on either side of the thin film cell, a crystalline LiMn 2 O 4, This is followed by crystalline LiMnO 2 , and derivatives of crystalline LiNiO 2 . These main parent positive cathode materials are Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, La, Hf, Ta, W and Doping with other transition metals (which are derivatives), such as Ru, and major group elements selected from Groups 1, 2, 13, 14, 15, 16, and 17 has been found to improve LiCoO 2 , LiMn for the overall improvement. 2 O 4, it was found that very small changes to the characteristics of LiMnO 2, and LiNiO 2.

미국 특허 제6,280,875호에 따르면, Ti 기판 상의 순수한 산화티탄은 Ti 기판과 전지 구성요소 사이에서 해로운 반응이 발생하는 것을 방지할 만큼 충분히 비활성적이지 않다. 이러한 접근은, 기판 재료의 선택이 포지티브 캐소드의 어닐 단계 동안 순수한 표면 산화물을 형성할 수 있는 재료로 제한되기 때문에, 매우 한정적이 된다. 본 발명과 별개로, 순수한 표면 산화물을 형성하지 않는 가요성 호일을 포함하는 금속성 기판은 박막 전지 기판으로서 성공적으로 채택되지 않았다. 예컨대, Zr이외의 가요성 호일을 포함하는 금속성 기판에 고온 캐소드 재료를 직접 퇴적한 다음, 1시간 동안 공기 중에 700℃와 같은 고온에서 어닐링하여 고체 상태 박막 2차 전지를 제조하는 것은, 포지티브 캐소드 및 기판 재료가 포지티브 캐소드가 쓸모없게 되는 정도까지 해롭게 반응하는 결과를 낳는다. 순수한 Ti 및 Zr 기 판은 또한 비교적 고가이다.According to US Pat. No. 6,280,875, pure titanium oxide on a Ti substrate is not inert enough to prevent harmful reactions from occurring between the Ti substrate and the cell components. This approach is very limited because the choice of substrate material is limited to materials capable of forming pure surface oxides during the annealing step of the positive cathode. Apart from the present invention, metallic substrates comprising flexible foils that do not form pure surface oxides have not been successfully employed as thin film battery substrates. For example, direct deposition of a high temperature cathode material on a metallic substrate comprising a flexible foil other than Zr, followed by annealing at high temperature, such as 700 ° C. in air for 1 hour, to produce a solid state thin film secondary battery, This results in the substrate material reacting detrimentally to the extent that the positive cathode becomes useless. Pure Ti and Zr substrates are also relatively expensive.

종래의 박막 전지는 기판과 전지 사이에서의 효과적인 배리어층(barrier layer)의 사용을 개시하지 않고, 그리하여, 잠재적인 부정적 관찰을 제공한다. 예컨대, 종래 박막 전지의 특정 문제를 극복하기 위한 부층상화(sublayering) 속성을 갖는 창의적인 배리어층과 같은 본 발명에 대한 요구가 존재한다.Conventional thin film cells do not disclose the use of an effective barrier layer between the substrate and the cell, thus providing potential negative observations. There is a need for the invention, for example, as a creative barrier layer with sublayering properties to overcome certain problems of conventional thin film cells.

발명의 개요Summary of the Invention

이하에 실시예로서 상세히 기재하는 바와 같이, 본 발명의 각종 측면 및 실시예는 종래 기술의 특정 단점과 관련 산업에서의 부상하는 필요성을 언급한다.As will be described in detail below as examples, various aspects and embodiments of the present invention address certain disadvantages of the prior art and emerging needs in the related industry.

휴대용 및 온-보드 장치의 수는 계속 급격하게 증가하고 있는 반면, 이용가능한 물리적 치수는 감소할 수 있다. 이들 장치를 구동하는 전지는 장치의 요구, 예컨대, 동일한 파워를 전달하면서 잠재적 사이즈 감소에 부합해야만 한다. 전지가 박형화될수록, 적용할 수 있는 분야는 더 많아진다. 하나의 가능한 파워 장치는 박막 고체 상태 전지이다. 풋프린트(footprint)는 한정적인 인자이지만 커패시티 요구가 여전히 "높은" 경우, 이용가능한 공간(풋프린트 × 높이) 내에 가능한 한 여러 개의 전지 셀로서 패킹하고 적층하는 것이 중요하게 된다. The number of portable and on-board devices continues to increase rapidly, while the available physical dimensions may decrease. Batteries driving these devices must meet the needs of the device, such as potential size reduction while delivering the same power. The thinner the battery is, the more fields there are applicable. One possible power device is a thin film solid state cell. Footprint is a limiting factor, but if the capacity requirement is still "high", it becomes important to pack and stack as many battery cells as possible within the available space (footprint x height).

최고의 커패시티, 전압, 전류, 파워 및 충전가능한 주기 유효기간을 갖는 전지는 예컨대, 오늘날 가장 파워풀한 포지티브 캐소드 재료인 LiCoO2, LiMn2O4, LiMnO2, LiNiO2, 및 그 유도체를 이용할 수 있다.Batteries with the highest capacity, voltage, current, power, and chargeable cycle life can, for example, utilize LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , LiMnO 2 , LiNiO 2 , and derivatives of today's most powerful positive cathode materials. .

박막으로 진공 퇴적되는 경우, 이들 재료는 바람직하게는 전기화학적 특성의 전체 범위의 발전과 직접적으로 관련되는 결정도를 개선하기 위해서 고온에서의 퇴적-후(post-deposition) 어닐닝을 포함할 수 있다. 그러한 박막 전지를 채용하는 전기화학 장치의 경우, 박형화되기 위해서는 주로 전기화학 장치의 불활성이고 전기화학적으로 비활성적인 부분이 박형화되어야 한다. 하나의 접근은 전지를 두꺼운 벌크의 세라믹 기판 대신에 박형의 금속 호일 기판에 구축하는 것일 수 있다. 금속 호일은 동일한 풋프린트의 세라믹 기판보다 가요적이고, 박형이며, 저렴하다. 또한, 그것들은 매우 넓은 지역에서 용이하게 입수가능하고, 이는 제조시의 실질적인 비용 저감으로 이어진다.When vacuum deposited into thin films, these materials may preferably include post-deposition annealing at high temperatures to improve crystallinity directly related to the development of the full range of electrochemical properties. In the case of an electrochemical device employing such a thin film cell, in order to be thin, the inert and electrochemically inactive part of the electrochemical device must be thinned. One approach may be to build the cell on a thin metal foil substrate instead of a thick bulk ceramic substrate. Metal foils are more flexible, thinner, and less expensive than ceramic substrates of the same footprint. In addition, they are readily available in very large areas, which leads to substantial cost reduction in manufacturing.

하지만, 다른 포지티브 캐소드 재료와 같이, LiCoO2는 강한 산화제이고 매우 이동적이고 그리하여 반응적인 리튬 이온을 갖는다. 퇴적된 LiCoO2막을 결정화하기 위해 필요한 높은 어닐링 온도에서, 제한된 수의 비활성 세라믹을 제외하고, 여러 화합물뿐만 아니라 대부분의 금속 및 합금과 강하게 반응한다. 다른 경우에, 높은 어닐링 온도 동안에 기판으로부터 바라지 않는 종이 LiCoO2로 확산하고 포지티브 캐소드를 오염시킬 수 있고, 그리하여 그것의 전기화학적 특성을 유해하게 변경시킨다. 어닐링 온도가 반응 또는 바라지 않는 확산을 방지하기 위해 충분히 낮게 유지되는 경우, 포지티브 캐소드는 완전하게 결정화하지 않을 수 있고, 커패시티, 에너지, 전류 및 파워 용량, 그리고 충전가능한 전지의 경우 수명(주기 수)이 손상될 수 있다.However, like other positive cathode materials, LiCoO 2 is a strong oxidant and highly mobile and thus has reactive lithium ions. At the high annealing temperatures needed to crystallize the deposited LiCoO 2 film, it reacts strongly with most compounds and most metals and alloys, with the exception of a limited number of inert ceramics. In other cases, undesired species can diffuse into LiCoO 2 and contaminate the positive cathode during high annealing temperatures, thus detrimentally altering its electrochemical properties. If the annealing temperature is kept low enough to prevent reaction or unwanted diffusion, the positive cathode may not fully crystallize, and the capacity, energy, current and power capacity, and lifetime (number of cycles) for rechargeable cells This can be damaged.

고-파워 포지티브 캐소드 재료는 그것의 결정질 상태에서 완전한 원하는 전기화학적 특성을 나타낼 수 있다. 이들 재료가 예컨대, 본 발명에서 박막 형태로 사용될 수 있기 때문에, 그것들은 스퍼터 퇴적(RF, 펄스 DC 또는 AC), 전자-빔 증발, 화학 기상 증착, 플라스마 강화 화학 기상 증착, 분무 열분해, 이온-보조 빔 증발, 전자-빔 직접 기상 증착, 캐소드 아크 퇴적 등과 같은 통상의 기상 박막 퇴적법의 하나에 의해 통상적으로 퇴적될 수 있다. 이들 기상법은 휴대폰 및 캠코더 유형 전지와 같은 벌크의 전지로 사용되는 각각의 잘-결정화된 파우더로부터 제조되는 포지티브 캐소드에 필적할만한 전기화학적 특성을 나타내는 퇴적 상태의 포지티브 캐소드막을 생성하지 않을 수 있다. 그리하여, 박막법에 의해 퇴적된 그러한 포지티브 캐소드의 부족한 전기화학적 특성은 퇴적 상태에서의 필요한 결정도의 부족에 기인될 수 있다.High-power positive cathode materials can exhibit complete desired electrochemical properties in their crystalline state. Since these materials can be used, for example, in thin film form in the present invention, they are sputter deposition (RF, pulsed DC or AC), electron-beam evaporation, chemical vapor deposition, plasma enhanced chemical vapor deposition, spray pyrolysis, ion-assisted The deposition may be conventionally by one of the usual vapor deposition methods, such as beam evaporation, electron-beam direct vapor deposition, cathode arc deposition, and the like. These meteorological methods may not produce a deposited positive cathode film that exhibits electrochemical properties comparable to the positive cathode made from each well-crystallized powder used in bulk cells such as cell phone and camcorder type batteries. Thus, the poor electrochemical properties of such positive cathodes deposited by the thin film method can be attributed to the lack of the necessary crystallinity in the deposited state.

하지만, 결정도는 고온에서, 통상적으로는 200℃ 내지 900℃에서, 바람직하게는 500℃ 내지 850℃에서, 더욱 바람직하게는 650℃ 내지 800℃에서의 퇴적-후 어닐에 의해서 개선될 수 있다. 이 어닐에 사용된 분위기는 통상적으로는 공기, O2, N2, Ar, He, H2, H2O, CO2, 진공(P < 1 토르), 또는 그 조합이다. 충분한 결정화를 달성하고 그리하여 개선된 전기화학적 특성을 달성하기 위해, 바람직하게는, 어닐링 시간은 예컨대, 어닐링 온도를 약 650℃ 이하로 낮추는 경우에 연장되어야 한다. 결정화율은 온도에 의해서 지수적으로 활성화되고, 그리하여 낮아진 어닐링 온도에서는 현저히 저감할 수 있다. 어닐 온도가 너무 많이 낮아지면, 그 어닐링 온도부터 인가된 에너지는 결정화 프로세스가 일어나게 하는데 필요한 열 활성화 에너지를 넘어서는데 전혀 충분하지 않을 수 있다. 예컨대, 15분 동안 공기 중에서의 900℃ 어닐은 마그네트론-스퍼터링된 LiCoO2막에서, 700℃에서 공기 중의 약 1시간 어닐, 600℃에서 공기 중의 12시간 어닐에서와 동일한 결정도를 보일 수 있다. 24시간 동안 공기 중의 400℃에서의 어닐 후에, 마그네트론-스퍼터 퇴적된 LiCoO2 캐소드 막의 전기화학적 품질은 불량으로 남고 그 온도에서 72시간 후에도 개선되지 않을 수 있다. 그리하여, 기상법을 통하여 제조되는 LiCoO2 캐소드 막은 약 30분 내지 2시간 동안 공기 중의 700℃ 퇴적-후 어닐링될 수 있다. 하지만, 이와 같은 비교적 높은 어닐링 온도는 화학적 혼화성 문제를 야기할 수 있고, 그리하여 그와 같은 어닐링 단계가 박막 전지의 제조 프로세스에서는 잠재적으로는 바람직하지 않을 뿐만 아니라, 비용을 증가시키고 제조 수율을 저하시킬 수 있다.However, the crystallinity can be improved by post-deposition annealing at high temperatures, typically at 200 ° C to 900 ° C, preferably at 500 ° C to 850 ° C, more preferably at 650 ° C to 800 ° C. The atmosphere used for this annealing is typically air, O 2 , N 2 , Ar, He, H 2 , H 2 O, CO 2 , vacuum (P <1 Torr), or a combination thereof. In order to achieve sufficient crystallization and thus to achieve improved electrochemical properties, the annealing time should preferably be extended if, for example, the annealing temperature is lowered below about 650 ° C. The crystallization rate is exponentially activated by the temperature, and thus can be significantly reduced at lower annealing temperatures. If the annealing temperature is too low, the energy applied from that annealing temperature may not be sufficient at all to exceed the thermal activation energy needed to cause the crystallization process to occur. For example, 900 ° C. anneal in air for 15 minutes may show the same crystallinity as in a magnetron-sputtered LiCoO 2 membrane, about 1 hour anneal in air at 700 ° C., 12 hours anneal in air at 600 ° C. After annealing at 400 ° C. in air for 24 hours, the electrochemical quality of the magnetron-sputter deposited LiCoO 2 cathode film remains poor and may not improve even after 72 hours at that temperature. Thus, the LiCoO 2 cathode film produced via vapor phase can be annealed after deposition at 700 ° C. in air for about 30 minutes to 2 hours. However, such a relatively high annealing temperature can cause chemical miscibility problems, so such an annealing step is potentially undesirable in the manufacturing process of thin film cells, which can increase cost and reduce manufacturing yield. Can be.

퇴적-후 어닐링 조건은 기판 재료의 선택을 매우 제한시킨다. 기판은 고 어닐링 온도(T > 500℃)를 견뎌야할 뿐만 아니라, 바람직하게는 어닐 분위기 전지 구동 및 인가된 저장 상태에 대해서 기판과 접촉하고 있는 모든 전지막 재료에 대해서 화학적으로 비활성이어야 한다. 유사하게, 기판은 바람직하게는 제조시든 이후의 전기화학 장치의 구동 및 저장 동안에든 전지 막 재료로 확산할 수 있는 불순물의 소스가 되지 않아야 한다. 그러한 불순물은 임의의 전지 막 재료에 해가 되고, 전지 성능 및 수명을 손상시키거나, 심각하게 영향을 끼치거나,심지어는 파괴할 수도 있다. 예컨대, 기판의 특정 선택은 화학적으로 비활성인 고온 세라믹, 예컨대, Al2O3, MgO, NaCl, SiC 및 석영 유리로 제한될 수 있다. 두 금속인 Zr 및 Ti는 예컨대, 금속 기판으로서의 한정된 성공을 보였다. 본 발명의 전기화학 장치는 기판이 Zr 또는 Ti일 것을 필요로 하지 않는다.Post-deposition annealing conditions greatly limit the choice of substrate material. The substrate must not only withstand the high annealing temperature (T> 500 ° C.), but also preferably be chemically inert to all cell membrane materials that are in contact with the substrate for the anneal atmosphere cell drive and applied storage conditions. Similarly, the substrate should preferably not be a source of impurities that can diffuse into the cell membrane material, either during manufacture or during subsequent drive and storage of the electrochemical device. Such impurities may harm any cell membrane material and may impair, seriously affect, or even destroy battery performance and lifespan. For example, the particular choice of substrate may be limited to chemically inert high temperature ceramics such as Al 2 O 3 , MgO, NaCl, SiC and quartz glass. Both metals, Zr and Ti, for example, have shown limited success as metal substrates. The electrochemical device of the present invention does not require that the substrate be Zr or Ti.

전술한 세라믹이 박막 전지 제조 동안에 화학적 반응 없이 고온에서 견디는 그것의 능력을 입증하였을지라도, 박막 전지의 비용 효과적인 제조에 그것들을 사용하는 것은 상당한 결점이 존재할 수 있다. 세라믹은 적어도 5mil

Figure 112007087562739-PCT00001
125㎛두께이고, 취성을 갖고, 비가요적(강성적)이며, 주어진 풋프린트 당 비교적 고가인 경향이 있다. 또한, 그것들의 얇은 면적 사이즈는 제한될 수 있다. 세라믹 기판이 얇을수록, 세라믹이 파손되지 않고 안전하게 취급될 수 있는 최대 면적은 더 작아진다. 예컨대, 1/4인치 두께의 12인치 × 12인치 플레이트 Al2O3는 상업적으로 쉽게 입수할 수 있다. 하지만, 10mil
Figure 112007087562739-PCT00002
250㎛ 두께의 박형화되고 폴리싱된 Al2O3 세라믹 기판은 타당한 수율로 제조될 수 있는 면적을 대략 4인치 × 4인치 기판으로 감소시킨다. 박형의(< 20mil 또는 < 500㎛) 4인치 × 8인치 폴리싱된 세라믹 기판은 그것을 박막 전지의 대규모 제조를 위한 허용가능한 가격의 일반적인 재고로서가 아니라 소비자 주문으로 입수가능하다.Although the aforementioned ceramics have demonstrated their ability to withstand high temperatures without chemical reactions during thin film cell fabrication, their use in cost effective manufacture of thin film cells can present significant drawbacks. Ceramic is at least 5mil
Figure 112007087562739-PCT00001
It is 125 μm thick, brittle, inflexible (rigid), and tends to be relatively expensive per given footprint. In addition, their thin area size may be limited. The thinner the ceramic substrate, the smaller the maximum area that can be safely handled without breaking the ceramic. For example, a 1/4 inch thick 12 inch by 12 inch plate Al 2 O 3 is readily available commercially. But 10mil
Figure 112007087562739-PCT00002
A thin and polished Al 2 O 3 ceramic substrate of 250 μm thickness reduces the area that can be produced with reasonable yield to approximately 4 inch by 4 inch substrates. Thin (<20 mil or <500 μm) 4 inch by 8 inch polished ceramic substrates are available on consumer order, not as an acceptable inventory of acceptable prices for large-scale manufacture of thin film cells.

약 100㎛ 이하에서 그것들의 취성 특성으로 인하여, 세라믹을 박막 전지 재료의 기판 재료로서 이용하는 것은 불가능할 수 있다(100㎛ 이하의 두께를 갖는 운모(mica) 기판에 대하여 기술하는 미국 특허 제6,632,563호에서의 기술에도 불구하고). 운모의 특성 중의 하나는 심지어 100㎛ 이상의 두께에서조차도 매우 취성적이라는 것이다. 하지만, 100㎛ 보다 두꺼운 세라믹 기판의 사용은 기판의 전기화학적으로 비활성인 중량 및 체적도 전체 전지의 중량 및 체적의 90% 보다 더 큰 부분으로 구상시키고, 이는 바람직하지 않을 수 있다.Due to their brittleness at about 100 μm or less, it may not be possible to use ceramics as substrate materials for thin film battery materials (see US Pat. No. 6,632,563, which describes mica substrates having a thickness of 100 μm or less). Despite the technology). One of the properties of mica is that it is very brittle, even at thicknesses above 100 μm. However, the use of a ceramic substrate thicker than 100 μm envisions that the electrochemically inert weight and volume of the substrate is also greater than 90% of the weight and volume of the entire cell, which may be undesirable.

전술한 모든 이유로 인하여, 비-세라믹 호일이 박막 전지 기판으로서 사용될 수 있다. 예컨대 금속 및 폴리머 기판을 포함하는 비-세라믹 기판 하부에 실리콘 및 도핑(doped) 실리콘이 중간 위치를 취할 수 있다.For all of the above reasons, non-ceramic foils can be used as thin film battery substrates. For example, silicon and doped silicon can take intermediate positions beneath non-ceramic substrates, including metal and polymer substrates.

예컨대, 비-세라믹 호일은 기판 재료가 온도를 포함하는 처리 조건과 예컨대 특정의 잠재적인 반응성 전지 층의 접촉을 견딜 수 있다면, 박막 전지용 기판으로서의 장점을 제공할 수 있다. 주어진 풋프린트의 세라믹 기판에 비하여, 비-세라믹 호일 기판은 더 박형이며, 더 가요적이며, 더 저렴하고, 큰 사이즈로 쉽게 입수할 수 있으며, 전체 전지의 전기화학적으로 비활성인 중량 및 체적을 저감하면서, 전지 또는 전기화학 장치의 전체 두께를 저감할 수 있고, 이는 전지의 커패시티 밀도, 에너지 밀도, 및 파워 밀도를 증가시킬 것이다. 예컨대, 비-세라믹 호일은 예컨대 0.5-5mil

Figure 112007087562739-PCT00003
12-125㎛ 두께와, 수 미터의 폭과, 수 미터 길이의 롤로서 입수가능하다. 긴 롤로부터의 기판은 현재 실시되고 있는 통상적인 배치 모드 제조 프로세스보다 매우 낮은 비용에서 오픈 롤식(roll-to-roll) 제조의 가능성을 제시한다. 두껍고 강성인 기판상에서 제조된 박막 전지에 비하여, 전지 성능을 손상시키지 않으면서, 박막 전지를 얇고 더 가요성인 기판상에서 제조하는 것은 박막 전지 기술에 대한 특정 적용을 가능하게 하는 역할을 한다.For example, non-ceramic foils can provide advantages as substrates for thin film cells if the substrate material can tolerate contact with processing conditions including temperature, such as certain potential reactive cell layers. Compared to ceramic substrates of a given footprint, non-ceramic foil substrates are thinner, more flexible, cheaper, more readily available in large sizes, and reduce the electrochemically inert weight and volume of the entire cell. In doing so, the overall thickness of the cell or electrochemical device can be reduced, which will increase the capacity density, energy density, and power density of the cell. For example, the non-ceramic foil is for example 0.5-5 mil
Figure 112007087562739-PCT00003
Available as 12-125 μm thick, several meters wide and several meters long rolls. Substrates from long rolls offer the possibility of open roll-to-roll manufacturing at much lower costs than conventional batch mode manufacturing processes currently in place. Compared to thin film cells fabricated on thick and rigid substrates, making thin film cells on thinner and more flexible substrates without compromising cell performance serves to enable specific applications for thin film cell technology.

기판을 현저히 얇게 함으로써, 전지의 전기화학적으로 비활성인 중량 및 체적을 감소시키는 것은 단위 중량 및 체적 당 전지의 커패시티 밀도, 에너지 밀도, 및 파워 밀도를 증가시킬 수 있다. 예컨대, 주어진 적용은 전지에 2㎝×2㎝×0.1㎝의 체적을 할당할 수 있다. 현재는 그러한 체적에 물리적으로 부합할 수 있는 통상적인 버튼 셀 또는 젤리 롤(나선형으로 권취되거나 각주(角柱)형의) 전지가 존재하지 않는다. 대조적으로, 박막의 고체 상태 전지는 0.05㎝의 세라믹 기판으로 제조되더라도 선택적인 보호 인캡슐레이션(encapsulation) 및 인케이싱(encasing)(후술하는 규정 참조)를 포함하는 전체 전지는 0.1㎝보다도 훨씬 얇기 때문에 그러한 체적에 부합할 수 있다. 2mil

Figure 112007087562739-PCT00004
50㎛=0.005cm 두께의 호일 기판상에 동일한 풋프린트 및 동일한 전지 커패시티로 박막 전지를 제조하는 것은 그 체적 내에 최대 20개 전지의 적층을 더 허용할 것이다. 전지의 실제 수는 예컨대, 기판과 선택적인 보호 인캡슐레이션 또는 인케이싱을 포함하는 각 전지 셀의 두께에 의해서 결정된다. 두꺼운 세라믹 기판 대신에 얇은 비-세라믹 호일 기판을 사용하는 것은 커패시티 밀도, 에너지 밀도 및 파워 밀도에서의 많은 증가를 야기할 수 있다.By significantly thinning the substrate, reducing the electrochemically inert weight and volume of the cell can increase the cell's capacity density, energy density, and power density per unit weight and volume. For example, a given application may assign a volume of 2 cm x 2 cm x 0.1 cm to a cell. At present there is no conventional button cell or jelly roll (spiral wound or footnote) battery that can physically fit into such volume. In contrast, even thin film solid-state cells are manufactured from 0.05 cm ceramic substrates, since the entire cell, including selective protective encapsulation and encasing (see regulations below), is much thinner than 0.1 cm. It can fit into such a volume. 2mil
Figure 112007087562739-PCT00004
Fabricating thin film cells with the same footprint and the same cell capacity on a 50 μm = 0.005 cm thick foil substrate will further allow stacking of up to 20 cells in that volume. The actual number of batteries is determined by the thickness of each battery cell, including, for example, the substrate and optional protective encapsulation or encasing. The use of thin non-ceramic foil substrates instead of thick ceramic substrates can result in many increases in capacity density, energy density and power density.

예컨대, 박막 전지는 개별적인 전지 구성요소 층을 서로의 상면에 순차 적층하여 제조될 수 있다. 전술한 바와 같이, 최적의 포지티브 캐소드는 LiCoO2, LiMn2O4, LiMnO2, LiNiO2, 및 그 유도체를 포함한다(이에 한정되는 것은 아님). 본 발명의 전기화학 장치는 LixV2Oy 캐소드(여기서, O < x ≤ 100이고, 0 < y ≤5임)를 요구하지는 않는다. 포지티브 캐소드는 완전히 결정화하여 그들 완전한 전기화학적 특성을 달성하기 위해 500℃ 이상에서의 퇴적-후 어닐을 포함할 수도 있다.. 특정의 공지된 고체 상태 리튬 전해질은 그러한 높은 온도에서 고온 포지티브 캐소드와 접촉하는 경우 파괴적으로 반응할 수 있기 때문에, 포지티브 캐소드는 전해질 층을 퇴적하기 이전에 퇴적되어 어닐링된다.For example, thin film cells can be made by sequentially stacking individual cell component layers on top of each other. As mentioned above, optimal positive cathodes include, but are not limited to, LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , LiMnO 2 , LiNiO 2 , and derivatives thereof. The electrochemical device of the present invention does not require a Li x V 2 O y cathode, where O <x ≤ 100 and 0 <y ≤ 5. The positive cathode may comprise post-deposition annealing at 500 ° C. or higher to fully crystallize and achieve their full electrochemical properties. Certain known solid state lithium electrolytes are in contact with the high temperature positive cathode at such high temperatures. The positive cathode is deposited and annealed before depositing the electrolyte layer because it can react destructively in the case.

포지티브 캐소드 재료는 일반적으로 전지 구동 동안의 전하 상태의 적어도 일부 범위에서는 불량한 반도체로 간주될 수 있다. 전지로부터의 그리고 외부 회로로의 최대 파워를 얻기 위해서, 포지티브 캐소드 층은 금속성 백 컨택(back contact), 캐소드 전류 콜렉터(CCC) 층에 퇴적될 수 있다. 이 CCC는 또한 고온 캐소드 어닐을 수행해야 하고 동시에 포지티브 캐소드와 반응하지 않아야 한다. 이로 인해, 예컨대, 금 또는 그 합금이나, 그 등가물과 같은 귀금속이 사용될 수 있다.Positive cathode materials can generally be regarded as poor semiconductors in at least some range of charge states during cell drive. To obtain maximum power from the cell and to external circuitry, a positive cathode layer can be deposited on a metallic back contact, cathode current collector (CCC) layer. This CCC must also perform a hot cathode anneal and at the same time not react with the positive cathode. Thus, for example, precious metals such as gold or alloys thereof, or equivalents thereof can be used.

위에서 강조한 사실은 전지의 성능 개선을 위해서, CCC의 퇴적 직후 포지티브 캐소드 재료가 전지의 제 2 층으로서 퇴적될 수 있다는 것을 제안한다. 그리하여, 포지티브 캐소드 층의 퇴적-후 어닐은 이후의 제조 단계 및 전해질 퇴적 이전에 그것의 결정화를 달성할 수 있다. 비교적 얇은 CCC(0.1 - 1㎛)에 의해서만 서로 분리될 수 있는 기판과 고온 캐소드 재료의 근접성으로 인하여, 세라믹 기판을 사용하는 대신에 스테인리스강과 같은 고온 안정적인 금속 호일을 사용할 때, 금속 포지티브 캐소드와 기판의 매우 해로운 상호확산 및 강한 반응이 관찰되었다. 이 상호확산은 예컨대, 3가지 주요 이유로 인하여 금속성 CCC 자체만으로는 차단되지 않을 수 있다. 첫째, CCC막은 비교적 얇아서(0.1 - 1㎛), 얇은 준-확산 장벽만 나타낼 뿐이다. 둘째, CCC는 결정질 그레인 구조를 나타낸다. 입계는 이온 및 전자 확산 및 전도를 위한 통상적인 위치일 수 있어서, CCC는 인접 포지티브 캐소드 층 및 인접 금속성 호일 기판 양쪽으로부터의 이온 및 전자에 대하여 고유적으로 투과적인 것으로 봐야 한다. 그리하여, 캐소드 어닐 단계 동안에, 호일 기판 재료 및 캐소드 막 재료는 상호확산할 수 있다. 셋째, 금속성 CCC는 금속 호일 기판과 합금이 되어 그것의 전류 수집 특성에 영향을 끼친다. The fact highlighted above suggests that for the purpose of improving the performance of the cell, the positive cathode material can be deposited as the second layer of the cell immediately after deposition of the CCC. Thus, post-deposition annealing of the positive cathode layer can achieve its crystallization prior to subsequent manufacturing steps and electrolyte deposition. Due to the proximity of the substrate and the hot cathode material, which can only be separated from each other by a relatively thin CCC (0.1-1 μm), when using a high temperature stable metal foil such as stainless steel instead of a ceramic substrate, Very harmful interdiffusion and strong reactions were observed. This interdiffusion may not be blocked by metallic CCC alone, for example for three main reasons. First, the CCC film is relatively thin (0.1-1 mu m), showing only a thin quasi-diffusion barrier. Second, the CCC shows a crystalline grain structure. The grain boundaries can be conventional locations for ion and electron diffusion and conduction, so the CCC should be viewed as inherently transmissive for ions and electrons from both the adjacent positive cathode layer and the adjacent metallic foil substrate. Thus, during the cathode annealing step, the foil substrate material and the cathode film material may be interdiffused. Third, metallic CCCs are alloyed with metal foil substrates to affect their current collection characteristics.

CCC의 두께는 예컨대, 비용, 중량, 체적 및 부착에 의해서 결정되며, 이 모두는 CCC를 약 2㎛보다 두껍게 제조하는 경우, 특히 금과 같은 고가의 귀금속을 사용하는 경우에는 기술적으로 실시불가능한 것으로 될 수 있다. 잠재적으로, 약 5㎛보다 현저히 두꺼운 CCC 막은 예컨대, 어닐링 단계의 온도 및 관련 체류 시간에 따라서 상호확산을 피할 수 있다. 하지만, 그러한 두꺼운 CCC의 사용은 예컨대, 증가된 재료 비용 및 잠재적으로 비신뢰적인 부착을 포함할 수 있다.The thickness of the CCC is determined, for example, by cost, weight, volume and adhesion, all of which would be technically infeasible when producing CCCs thicker than about 2 μm, especially when using expensive precious metals such as gold. Can be. Potentially, CCC films that are significantly thicker than about 5 μm may avoid interdiffusion, for example, depending on the temperature of the annealing step and the associated residence time. However, the use of such thick CCCs may include, for example, increased material costs and potentially unreliable attachments.

세라믹 기판의 금속 호일 기판으로의 대체는 세라믹 기판에서 제조된 박막 전지에 대하여 제조 비용을 저감하는 것에 부가하여, 박막 전지를 사용하는 새로운 기술을 가능하게 하는 수많은 기회를 창출한다. 세라믹 플레이트와 대조적으로, 금속 호일은 75㎛보다 적은 두께로 쉽게 상업적으로 입수할 수 있으며, 일부 재료는 4㎛만큼 얇은 것으로서 입수 가능하다. 이들 호일은 그것의 세라믹 대응물보다 훨씬 가요적이고, 전지에 대하여 구조적이고 비활성적인 중량에 덜 기여하고, 가장 중요하게는 완성의 박막 전지 장치의 전체 두께를 실질적으로 저감한다. 전지의 전체 두께의 감소 및 가요성의 증가는 대부분의 박막 전지 적용에서 특히 중요하다는 것이 강조되어야 한다. 박막 전지 장치가 얇아질수록 새롭고 물리적으로 소형인 응용제품에 부합할 수 있다. 버튼-셀 전지로는 실시할 수 없었던 것이 이제 박막 전지로는 가능해진다(즉, 스마트 카드 등). 호일 기판의 부가된 가요성은 예컨대, 새로운 비-평면 형상에 더 부합할 수 있게 한다.The replacement of ceramic substrates with metal foil substrates creates numerous opportunities to enable new technologies using thin film cells, in addition to reducing manufacturing costs for thin film cells manufactured from ceramic substrates. In contrast to ceramic plates, metal foils are readily commercially available in thicknesses less than 75 μm, and some materials are available as thin as 4 μm. These foils are much more flexible than their ceramic counterparts, contribute less to the structural and inert weight to the cell, and most importantly substantially reduce the overall thickness of the finished thin film cell device. It should be emphasized that the reduction of the overall thickness of the cell and the increase in flexibility are particularly important for most thin film cell applications. Thinner thin-film cell devices can accommodate new and physically small applications. What could not be done with button-cell batteries is now possible with thin-film batteries (ie smart cards, etc.). The added flexibility of the foil substrate makes it possible, for example, to better match the new non-planar shape.

또한, 얇은 금속 호일은 일반적으로 세라믹보다는 풋프린트 면적당 비용이 더 저렴할 수 있고, 롤과 같이 더 큰 사이즈가 될 수 있다. 가요적이고, 대면적인 기판의 이용가능성에 의해, 오픈-롤식 제조 방법의 개발에 대한 잠재성이 존재하고, 그로 인해 제조 비용을 추가로 저감한다.Also, thin metal foils can generally be less expensive per footprint area than ceramics, and can be of larger size, such as rolls. The availability of flexible, large-area substrates has the potential for the development of open-roll manufacturing methods, thereby further reducing manufacturing costs.

세라믹 기판상에서 제조된 종래의 박막 전지에 비하여 손상되지 않거나 개선된 성능을 제공하는 박막 전지에 의해 예컨대, 새로운 응용제품이 가능해질 수 있다. 이와 관련하여, 본 발명은 상호확산 배리어층을 금속 호일 기판에 퇴적하는 것을 포함할 수 있고, 배리어층은 높고 낮은 퇴적-후 어닐 온도, 예컨대, 100℃와 기판의 융점 사이의 범위에서뿐만 아니라, 불순물의 소스 자체가 되지 않는 전기화학 장치의 구동 및 저장 상태 동안 전기화학 장치의 기판 부분으로부터 전지(즉, 전기화학적 활성 셀) 부분을 화학적으로 분리시킨다. 본 발명의 이러한 측면의 실시예는 예컨대 도 1에 도시된다.For example, new applications may be made possible by thin film cells that are intact or provide improved performance over conventional thin film cells fabricated on ceramic substrates. In this regard, the present invention may include depositing an interdiffusion barrier layer on a metal foil substrate, wherein the barrier layer is impurity as well as in the range between high and low post-deposition annealing temperatures, such as between 100 ° C. and the melting point of the substrate. The cell (ie, electrochemically active cell) portion is chemically separated from the substrate portion of the electrochemical device during the driving and storage state of the electrochemical device which is not a source of. An embodiment of this aspect of the invention is shown for example in FIG. 1.

배리어층은 예컨대, 기판으로부터 전지로 들어가는 임의의 오염물의 확산뿐만 아니라, 예컨대, 전지 제조와 전지 구동 및 저장 상태 동안에 전지로부터 나와 기판으로 확산하는 블록 이온(block ion)의 확산을 방지한다. 그러한 배리어층은 예컨대, 임의의 시간에서 그레인 구조를 나타내지 않을 수 있다. 즉, 그 배리어층은 퇴적된 상태에서 비정질 또는 유리질 상태일 수 있고, 전체 어닐링 및 전지 제조 프로세스뿐만 아니라 전지 구동 및 저장 상태 동안에 그러한 상태로 남을 수 있다. 배리어층에서의 그레인 구조의 부재는 해로운 입계 확산 또는 이온 및 전자의 전도를 피하게 할 수 있다. 전술한 바와 같이, 입계는 불순물 및 오염물이 이동하는 경로가 된다. 이들 특정 조건이 충족되는 경우, 금속 기판상에서 제조된 가요적이며 얇거나, 덜 가요적이며 더 두꺼운 박막 전지는, 예컨대, 화학적으로 비활성이며 두껍고, 무겁고, 강성적이며, 비싼 세라믹 기판 상에 제조된 박막 전지에 필적할만한 특성을 나타낼 수 있다.The barrier layer, for example, prevents diffusion of any contaminants from the substrate into the cell, as well as diffusion of block ions that diffuse out of the cell into the substrate during, for example, battery manufacture and cell drive and storage conditions. Such a barrier layer may, for example, not exhibit grain structure at any time. That is, the barrier layer may be in an amorphous or glassy state in the deposited state, and may remain in such a state during the battery driving and storage state as well as during the entire annealing and cell manufacturing process. The absence of grain structures in the barrier layer can avoid harmful grain boundary diffusion or conduction of ions and electrons. As mentioned above, the grain boundary is a path through which impurities and contaminants move. If these specific conditions are met, a flexible, thinner, less flexible, and thicker thin film cell fabricated on a metal substrate is, for example, chemically inert and fabricated on a thick, heavy, rigid, expensive ceramic substrate. It can exhibit characteristics comparable to thin film cells.

확산 배리어층에 잠재적으로 적합한 특정 재료는 예컨대, 붕화물, 탄화물, 다이아몬드, 유사 다이아몬드 탄소(diamond-like carbon; DLC), 규화물, 질화물, 인화물, 산화물, 불화물, 염화물, 브롬화물, 요오드화물, 및 그것의 임의의 다원 화합물(multinary compound)과 같이 이온 전도가 약한 재료일 수 있다. 이들 화합물 중에서, 전기적으로 절연성인 재료가 기판과 전지층 사이에서의 가능한 반응이 일어나는 것을 추가로 방지할 수 있는데, 이는 예컨대, 이들 화학적 반응이 이온 및 전자의 확산을 포함하는 경우, 전자의 차단이 이들 예시적인 화학적 반응을 차단하는 하나의 수단일 수 있기 때문이다. 하지만, 예컨대, 임의의 기판 이온 또는 전지층 재료를 전도시키지 않는 한, 예컨대, ZrN과 같은 전기적 도전성 재료가 사용될 수 있다. 일부 경우에는, 금속, 합금 및/또는 반금속(semi-metal)은 전지 제조 프로세스 동안에 인가된 어닐 온도 및 사용된 기판 재료에 따라서 충분한 배리어층으로서 작용할 수 있다. 증가되지만 원하지 않는 이온 및 전자 전도의 위치로 작용하는 입계의 부재로 인하여 비정질 또는 유리질 구조가 일반적으로 사용될지라도, 확산 배리어층은 예컨대, 단일상 또는 다중상, 결정질, 유리질, 비정질 또는 그것의 임의의 혼합일 수 있다.Specific materials potentially suitable for the diffusion barrier layer include, for example, borides, carbides, diamonds, diamond-like carbons (DLCs), silicides, nitrides, phosphides, oxides, fluorides, chlorides, bromide, iodides, and It may be a material with weak ion conduction, such as any multinary compound thereof. Among these compounds, electrically insulating materials can further prevent possible reactions between the substrate and the cell layer, such as the blocking of electrons if these chemical reactions include diffusion of ions and electrons. As may be one means of blocking these exemplary chemical reactions. However, for example, an electrically conductive material such as ZrN can be used as long as it does not conduct any substrate ions or cell layer material. In some cases, metals, alloys and / or semi-metals may serve as sufficient barrier layers depending on the annealing temperature applied during the cell fabrication process and the substrate material used. Although amorphous or glassy structures are generally used due to the absence of grain boundaries that increase but act as sites of unwanted ionic and electron conduction, the diffusion barrier layer is, for example, single phase or multiphase, crystalline, glassy, amorphous or any of its It can be mixed.

특정 재료가 각종의 이온의 전도를 차단하기 때문에, 그것의 전자 활성 이온이 예컨대, 베릴륨, 나트륨, 마그네슘, 칼륨, 칼슘, 붕소, 및 알루미늄인 전지와 같은 특정 리튬 비-함유 박막 전지에 그러한 특정 재료가 또한 사용될 수 있다. 확산 배리어층의 두께는 예컨대, 0.01㎛ 내지 1mm의 범위일 수 있다.Since a particular material blocks the conduction of various ions, such a particular material in certain lithium non-containing thin film cells, such as cells whose electron-active ions are, for example, beryllium, sodium, magnesium, potassium, calcium, boron, and aluminum. Can also be used. The thickness of the diffusion barrier layer may be, for example, in the range of 0.01 μm to 1 mm.

본 발명의 박막 전지를 위한 배리어층 및/또는 서브-배리어층의 개념 및 원리가 금속 기판을 위해서 처음에 개발되었을지라도, 예컨대, 그 관련 박막 전지 적용이 또한 상업적으로 관심 있는 폴리머 기판과, 도핑 및 비-도핑 실리콘 기판에 동일한 배리어층 재료가 퇴적될 수 있다. 퇴적-후 어닐 온도는 예컨대 기판의 용융을 피하기 위해 인가되는 배리어층에 관계없이 예컨대, 사용된 실리콘 또는 폴리머 기판의 융점보다 낮을 수 있다.Although the concepts and principles of the barrier layer and / or sub-barrier layer for the thin film cell of the present invention were originally developed for metal substrates, for example, the related thin film cell applications are also commercially of interest for polymer substrates, doping and The same barrier layer material may be deposited on the non-doped silicon substrate. The post-deposition annealing temperature can be lower than, for example, the melting point of the silicon or polymer substrate used, regardless of the barrier layer applied to avoid melting of the substrate, for example.

본 발명의 실시예는 얇은 호일 기판, 예컨대 금속 기판상에 예컨대, 가요성 고-커패시티 고체 상태 박막 전지를 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 목적을 위해, 전기화학 장치는 적어도 하나의 전기화학적 활성 셀 예컨대, 박막 전지와, 적절한 기판 예컨대, 금속 기판과, 적합한 확산 배리어층을 포함하는 장치로서 규정되며, 그 배리어층은 전기화학적 활성 셀과 기판 사이의 복수의 배리어 서브층으로 구성될 수 있다(도 1 참조). 또한, 전기화학 장치는 이하에 상세히 설명하는 보호 인캡슐레이션 또는 보호 인케이싱을 포함할 수 있다.Embodiments of the present invention relate to methods of manufacturing, for example, flexible high-capacity solid state thin film cells on thin foil substrates, such as metal substrates. For the purposes of the present invention, an electrochemical device is defined as a device comprising at least one electrochemically active cell such as a thin film cell, a suitable substrate such as a metal substrate, and a suitable diffusion barrier layer, the barrier layer being electrochemically It may consist of a plurality of barrier sublayers between the active cell and the substrate (see FIG. 1). In addition, the electrochemical device may comprise protective encapsulation or protective encapsulation, described in detail below.

본 발명의 특성 실시예의 성공은 전기 화학 장치의 기판과 박막 전지 사이를 효과적으로 분리할 수 있는, 이들 두 부분 사이의 적절한 화학적으로 비활성인 확산 배리어층 및 서브층의 활용에 있다고 여겨진다. 확산 배리어층은 기판 상에서의 박막 전지 부분의 제조 동안에 그 박막 전지에 인가될 수 있는 높은 어닐링 온도를 견딜 수 있고, 기판과 박막 전지 부분 양쪽에 대하여 비활성적이며, 적어도 박막 전지 부분에 대해 불순물의 소스가 되지 않고, 제조 완료 후 전기화학 장치의 구동 및 저장 상태 하에서 기판으로부터 박막 전지 부분이 화학적으로 분리되어 유지하는 것이 바람직하다. 또한, 배리어층은 예컨대, 기판으로부터 박막 전지 부분으로 들어가려고 시도하는 임의의 오염물의 확산뿐만 아니라, 전지 제조 동안과 모든 전지 구동 및 저장 상태 동안 박막 전지 부분으로부터 나와 기판으로 확산하려고 하는 블록 Li 이온의 확산을 방지하는 것이 바람직하다. 부가된 이익으로서, 배리어층은 또한 처리 동안의 기판을 퇴적-후 어닐 동안에 인가되는 분위기로부터 완성되지 않은 전기화학 장치의 제조 단계에서 이미 존재하는 임의의 박막 전지 구성요소로부터 보호할 수 있다.It is believed that the success of the characteristic embodiments of the present invention is the utilization of appropriate chemically inert diffusion barrier layers and sublayers between these two parts, which can effectively separate between the substrate and the thin film cell of the electrochemical device. The diffusion barrier layer can withstand the high annealing temperatures that can be applied to the thin film cell during manufacture of the thin film cell portion on the substrate, is inert to both the substrate and the thin film cell portion, and is at least a source of impurities for the thin film cell portion. It is preferable that the thin film battery part is chemically separated from the substrate under the driving and storage state of the electrochemical device after the completion of manufacturing. In addition, the barrier layer may, for example, not only diffuse any contaminants that attempt to enter the thin film cell portion, but also block Li ions that attempt to diffuse out of the thin film cell portion to the substrate during cell manufacture and during all cell drive and storage conditions. It is desirable to prevent diffusion. As an added benefit, the barrier layer can also protect the substrate during processing from any thin film cell components already present in the manufacturing stage of the incomplete electrochemical device from the atmosphere applied during post-deposition annealing.

복수의 배리어 서브층의 확산 배리어의 제조는 확산 배리어층의 물리적(기계적(특히, 핀홀-프리, 가요성 및 부착), 전기적, 자기적, 음향적, 열적 및 광학적) 및 화학적 특성의 미세 조성을 가능하게 하고, 그리하여 Si3N4 또는, 예컨대, 열역학적으로 거의 동일한 양의 TiB2와 베타-B의 2상계("복합체")인 Ti84B16(여기에 참고 자료로 포함된, Binary Alloy Phase Diagrams, 2nd Ed.(T.B. Massalski, H. Okamoto, P.R. Subramanian, and L. Kacprzak eds., ASM International 1990)), 또는 미국 특허 제 6,444,336호(여기에 참고 자료로 포함됨)에 기술된 바와 같은 TiO2-Ba0.5Sr0.5TiO3 복합체 재료와 같은 주어진 재료의 하나의 단일 층만을 포함할 수 있는 확산 배리어층을 갖고 제조된 장치에 비하여 전기화학 장치의 성능 및 신뢰성을 개선한다. 가장 단순한 형태로, 본 발명의 확산 배리어층은 Ti와 같은 부가적인 부착 개선 특성을 갖는 얇은(∼1000Å) 배리어 서브층과, Si3N4와 같은 하나의 더 두꺼운(1㎛) 배리어 서브층을 포함할 수 있다.Fabrication of a diffusion barrier of a plurality of barrier sublayers allows for fine composition of the physical (mechanical (especially pinhole-free, flexible and adherent), electrical, magnetic, acoustical, thermal and optical) and chemical properties of the diffusion barrier layer. And Ti 84 B 16 which is a two-phase ("composite") of Si 3 N 4 or, for example, thermodynamically nearly equal amounts of TiB 2 and beta-B ( binary , incorporated herein by reference). Alloy Phase Diagrams , 2 nd TiO 2 -Ba 0.5 as described in Ed. (TB Massalski, H. Okamoto, PR Subramanian, and L. Kacprzak eds., ASM International 1990)) or US Pat. No. 6,444,336, which is incorporated herein by reference. Improves the performance and reliability of electrochemical devices compared to devices fabricated with diffusion barrier layers that may include only one single layer of a given material, such as an Sr 0.5 TiO 3 composite material. In its simplest form, the diffusion barrier layer of the present invention comprises a thin (~ 1000 microns) barrier sublayer with additional adhesion improving properties such as Ti and one thicker (1 μm) barrier sublayer such as Si 3 N 4 . It may include.

본 발명의 확산 배리어층의 배리어 서브층 재료는 무엇보다도 비정질 Si3N4, SiC, ZrN 및 TiC를 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 이들은 그것들의 이온 차단 특성, 비정질 구조, 및 전기화학 장치의 기판 뿐만 아니라 전지 부분에 대한 화학적 비활성으로 인하여 배리어로서 효과적으로 작용할 수 있는 예시적인 화합물이다. 이들 배리어층 화학물의 현저한 특징은, 퇴적된 상태에서 그것들의 비정질을 유지하고, 바람직한 LiCoO2 결정화 퇴적-후 어닐 프로세스 동안에 예컨대 700℃의 실질적으로 고온까지 그리고 이 온도에서 예컨대, 2시간의 장기간 동안 그것들의 확산 차단 특성을 유지하는 그것들의 고유 능력이다. 그 결과, 그러한 배리어층을 갖고 금속 호일 상에서 제조된 박막 전지는 세라믹 기판 상에서 제조된 동등한 구성의 박막 전지에 대하여 양호한 전기화학적 특성을 유지하며, 가요적이고, 더욱 얇으며, 저렴하다는 부가된 이점을 갖는다.The barrier sublayer material of the diffusion barrier layer of the present invention may include, but is not limited to, amorphous Si 3 N 4 , SiC, ZrN, and TiC, among others. These are exemplary compounds that can effectively act as barriers due to their ion barrier properties, amorphous structure, and chemical inertness to the substrate of the electrochemical device as well as to the cell part. The salient feature of these barrier layer chemistries is that they retain their amorphous state in the deposited state and during the preferred LiCoO 2 crystallization deposition-annealing process, for example up to substantially high temperatures of 700 ° C. and at these temperatures for a long period of time, for example 2 hours. Their inherent ability to maintain their diffusion blocking properties. As a result, thin film cells having such barrier layers and fabricated on metal foils have the added advantage of maintaining good electrochemical properties, and being thinner and less expensive, for thin film cells of equivalent construction made on ceramic substrates. .

본 발명의 실시예는 예컨대, 후속하는 박막 전지 제조와 연계하여 기판 상에 적절한 배리어층을 형성하는 것에 관련되는 것으로, 배리어층은 전지 제조 동안 뿐만 아니라, 그 이후의 전지 구동 및 저장 상태 동안에 기판을 전지 부분과 화학적으로 분리할 수 있다. 폴리머 기판과, 도핑 및 비도핑(undoped) 실리콘 기판은 금속 기판에 부가하여 사용될 수 있다.Embodiments of the invention relate to, for example, forming an appropriate barrier layer on a substrate in conjunction with subsequent thin film cell fabrication, wherein the barrier layer is used to fabricate the substrate during battery operation as well as during subsequent battery drive and storage conditions. It can be chemically separated from the battery compartment. Polymer substrates and doped and undoped silicon substrates may be used in addition to the metal substrate.

본 발명의 실시예의 목적은 예컨대, 금속 기판, 폴리머 기판, 또는 도핑 또는 비도핑 실리콘 기판을 갖고, 그 기판의 일 측에만 전지(전기화학적 활성 셀)를 갖는 전기화학 장치를 제공하는 것이다.It is an object of embodiments of the present invention to provide an electrochemical device having, for example, a metal substrate, a polymer substrate, or a doped or undoped silicon substrate and having only one side of the substrate (electrochemically active cell).

본 발명의 실시예의 다른 목적은 예컨대, 금속 기판, 폴리머 기판, 또는 도핑 또는 비도핑 실리콘 기판을 갖고, 그 기판의 각각의 측에 하나씩 두 개의 전지(두 개의 전기화학적 활성 셀)를 갖는 전기화학 장치를 제공하는 것이다.Another object of an embodiment of the invention is, for example, an electrochemical device having a metal substrate, a polymer substrate, or a doped or undoped silicon substrate, and having two cells (two electrochemically active cells), one on each side of the substrate. To provide.

본 발명의 실시예의 다른 목적은 예컨대, 금속 기판, 폴리머 기판, 또는 도핑 또는 비도핑 실리콘 기판을 갖고, 그 기판의 일측에만 전지(전기화학적 활성 셀)를 갖는 전기화학 장치를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.Another object of an embodiment of the present invention is to provide a method for producing an electrochemical device having, for example, a metal substrate, a polymer substrate, or a doped or undoped silicon substrate, and having a battery (electrochemically active cell) on only one side of the substrate. will be.

본 발명의 실시예의 다른 목적은 예컨대, 금속 기판, 폴리머 기판, 또는 도핑 또는 비도핑 실리콘 기판을 갖고, 그 기판의 각각의 측에 하나씩 두 개의 전지(두 개의 전기화학적 활성 셀)를 갖는 전기화학 장치를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.Another object of an embodiment of the invention is, for example, an electrochemical device having a metal substrate, a polymer substrate, or a doped or undoped silicon substrate, and having two cells (two electrochemically active cells), one on each side of the substrate. It is to provide a method for producing.

도 1은 복수의 배리어 서브층을 포함하는 배리어층을 통하여 전기화학 장치의 전기화학적 활성 셀 부분으로부터 기판을 화학적으로 분리하는 실시예의 예시적 인 개략도를 도시한다.1 shows an exemplary schematic diagram of an embodiment for chemically separating a substrate from an electrochemically active cell portion of an electrochemical device through a barrier layer comprising a plurality of barrier sublayers.

도 2는 전기화학적 활성 셀의 포지티브 부분과 네가티브 부분 사이의 전기적 분리를 제공하고 상이한 면적 치수의 배리어 서브층을 포함하는 배리어층의 일 실시예의 예시적 이용의 개략도를 도시한다.2 shows a schematic diagram of an exemplary use of one embodiment of a barrier layer that provides electrical separation between the positive and negative portions of an electrochemically active cell and includes barrier sublayers of different area dimensions.

도 3a는 전기화학적 활성 셀의 포지티브 부분과 네가티브 부분 사이의 전기적 분리가 전해질의 상부 전체에 네가티브 부분을 형성하는 것을 통하여 달성되는 경우에 대하여 전기적 도전성 배리어 서브층을 포함하는 배리어층의 일 실시예의 예시적 이용의 개략도를 도시한다.3A illustrates an embodiment of a barrier layer comprising an electrically conductive barrier sublayer for the case where electrical separation between the positive and negative portions of an electrochemically active cell is achieved through forming a negative portion throughout the top of the electrolyte. Shows a schematic of the enemy use.

도 3b는 전지의 포지티브 부분과 네가티브 부분 사이의 전기적 분리가 전해질의 상부 전체에 네가티브 부분을 형성하는 것을 통하여 달성되는 경우에 대하여 금속 기판 상에 전기적 도전성 배리어 서브층을 포함하는 배리어층의 일 실시예의 다른 예시적 이용의 개략도를 도시한다.3B illustrates an embodiment of a barrier layer including an electrically conductive barrier sublayer on a metal substrate for the case where electrical separation between the positive and negative portions of the cell is achieved through forming a negative portion throughout the top of the electrolyte. A schematic of another example use is shown.

도 3c는 전지의 포지티브 부분과 네가티브 부분 사이의 전기적 분리가 전해질의 상부 전체에 포지티브 부분을 형성하는 것을 통하여 달성되는 경우에 대하여 금속 기판 상에 전기적 도전성 배리어 서브층을 포함하는 배리어층의 일 실시예의 예시적 이용의 개략도를 도시한다.3C illustrates an embodiment of a barrier layer including an electrically conductive barrier sublayer on a metal substrate for the case where electrical separation between the positive and negative portions of the cell is achieved through forming a positive portion throughout the top of the electrolyte. A schematic diagram of example use is shown.

도 4a는 전기화학적 활성 셀의 포지티브 부분과 네가티브 부분 사이의 전기적 분리가 전해질의 상부 전체에의 네가티브 부분의 형성을 통하여 행해지지 않는 경우에 대하여 전기적 도전성 배리어 서브층을 포함하는 배리어층의 일 실시예의 예시적 이용의 개략도를 도시한다.4A illustrates an embodiment of a barrier layer comprising an electrically conductive barrier sublayer for the case where electrical separation between the positive and negative portions of the electrochemically active cell is not done through the formation of a negative portion throughout the top of the electrolyte. A schematic diagram of example use is shown.

도 4b는 전기화학적 활성 셀의 포지티브 부분과 네가티브 부분 사이의 전기적 분리가 전해질의 상부 전체에의 네가티브 부분의 형성을 통하여 행해지지 않는 경우에 대하여 전기적 도전성 배리어 서브층을 포함하는 배리어층의 일 실시예의 다른 예시적 이용의 개략도를 도시한다.4B illustrates an embodiment of a barrier layer including an electrically conductive barrier sublayer for the case where electrical separation between the positive and negative portions of the electrochemically active cell is not done through the formation of a negative portion throughout the top of the electrolyte. A schematic of another example use is shown.

도 4c는 전기화학적 활성 셀의 포지티브 부분과 네가티브 부분 사이의 전기적 분리가 전해질의 상부 전체에의 네가티브 부분의 형성을 통하여 행해지지 않고, 네가티브 애노드가 배리어 서브층과 직접 접촉하는 경우에 대하여 전기적 도전성 배리어 서브층을 포함하는 배리어층의 일 실시예의 예시적 이용의 개략도를 도시한다.4C shows an electrically conductive barrier for the case where the negative separation of the negative anode is in direct contact with the barrier sublayer without electrical separation between the positive and negative portions of the electrochemically active cell being made through the formation of a negative portion throughout the top of the electrolyte. A schematic diagram of an example use of one embodiment of a barrier layer that includes a sublayer is shown.

도 5는 50㎛ 두께의 스테인리스강 호일 타입 430 기판 상의 5000Å Al2O3와 6000Å Co3O4의 두 배리어 서브층으로 구성된 전기적 절연성 배리어층에 부착된 300Å Co 부착층 상의 3000Å Au 캐소드 전류 콜렉터 상에 형성된 1.6㎛ 두께 LiCoO2 포지티브 캐소드 막의 일 실시예의 X-선 회절(XRD) 패턴의 그래프를 도시한다.FIG. 5 shows a 3000 Å Au cathode current collector phase on a 300 부착 Co adhesion layer attached to an electrically insulating barrier layer consisting of two barrier sublayers of 5000 Å Al 2 O 3 and 6000 Å Co 3 O 4 on a 50 μm thick stainless steel foil type 430 substrate. A graph of the X-ray diffraction (XRD) pattern of one embodiment of a 1.6 μm thick LiCoO 2 positive cathode film formed on the substrate is shown.

도 6은 300㎛ 두께의 실리콘 기판 상의 5000Å Si3N4와 5000Å SiO2의 두 서브층으로 구성된 배리어층 상의 300Å Co 부착층 상의 3000Å Au 캐소드 전류 콜렉터 상에 형성된 1.6㎛ 두께 LiCoO2 포지티브 캐소드 막의 일 실시예의 X-선 회절(XRD) 패턴의 그래프를 도시한다.FIG. 6 shows a 1.6 μm thick LiCoO 2 positive cathode film formed on a 3000 mA Au cathode current collector on a 300 mA Co adhesion layer on a barrier layer consisting of two sublayers of 5000 mA Si 3 N 4 and 5000 mA SiO 2 on a 300 μm thick silicon substrate. A graph of the X-ray diffraction (XRD) pattern of the example is shown.

도 7a는 네가티브 애노드가 배리어층과 직접 접촉하지 않는 "통상적 구성"의 애노드 구성의 일 실시예의 개략도를 도시한다.FIG. 7A shows a schematic diagram of one embodiment of an anode configuration of “typical configuration” in which the negative anode does not directly contact the barrier layer.

도 7b는 네가티브 애노드가 배리어 서브층의 적어도 하나와 직접 접촉하고 있는 "통상적 구성"의 애노드 구성의 일 실시예의 개략도를 도시한다.7B shows a schematic diagram of one embodiment of an anode configuration of “typical configuration” in which the negative anode is in direct contact with at least one of the barrier sublayers.

도 8은 애노드 전류 콜렉터로서도 작용하는 전기적 도전성 ZrN 배리어 서브층과 네가티브 애노드가 직접 접촉하는 "통상적 구성"의 애노드 구성의 일 실시예의 개략도를 도시한다.8 shows a schematic diagram of one embodiment of an "conventional configuration" anode configuration in which a negative anode is in direct contact with an electrically conductive ZrN barrier sublayer that also acts as an anode current collector.

도 9는 기판이 네가티브 애노드에 대하여 전기화학적으로 비활성인 경우에, 네가티브 애노드가 기판과 직접 접촉하는 전지 구성의 일 실시예의 개략도를 도시한다. 이 실시예에서, 예컨대, 스테인리스강의 경우에서와 같이 기판이 충분히 전기적으로 도전성인 경우, 기판은 네가티브 애노드 전류 콜렉터 및 네가티브 단자로서 작용할 수 있다.FIG. 9 shows a schematic diagram of one embodiment of a cell configuration where the negative anode is in direct contact with the substrate when the substrate is electrochemically inactive with respect to the negative anode. In this embodiment, when the substrate is sufficiently electrically conductive, such as in the case of stainless steel, for example, the substrate can act as a negative anode current collector and negative terminal.

도 10은 네가티브 단자에의 접속을 제공하기 위한 개구부를 갖고 보호 인캡슐레이션이 형성된 경우에서, 주변 환경에 존재하는 습기로부터 습기-민감성 전해질층을 보호하는 습기 보호층의 사용의 일 실시예의 개략도를 도시한다.FIG. 10 shows a schematic diagram of one embodiment of the use of a moisture protection layer to protect the moisture-sensitive electrolyte layer from moisture present in the surrounding environment, with protective encapsulation formed with openings to provide connection to negative terminals; FIG. Illustrated.

본 발명은 여기에 기술한 특정 방법론, 프로토콜 등에 한정되지 않고, 변경할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 여기에 사용된 용어는 단지 특정 실시예를 기술하기 위한 것으로서, 청구 범위에 의해서만 규정되는 본 발명의 범주를 제한하도록 의도되지 않는다.It is to be understood that the present invention is not limited to the specific methodology, protocols, and the like described herein, but may be modified. The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to limit the scope of the invention, which is defined only by the claims.

청구 범위 및 여기에 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥에서 명료하게 달 리 지시하지 않는 한 복수 부재를 포함한다.As used in the claims and herein, the singular forms "a," "an," and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise.

확인된 모든 특허 및 다른 공보는 예컨대, 본 발명과 연계하여 사용될 수 있는 그러한 공보 내에 기술된 방법론, 장치 및 구성을 기술하고 개시할 목적으로 그 전체가 여기에 참고 자료로 포함된다. 이들 공보는 단지 본 발명의 출원일 이전의 개시에 대해서만 제공된다. 이와 관련해서, 본 발명자가 이전의 발명에 의해 그러한 개시를 선행하도록 또는 임의의 다른 목적을 위해 자격이 주어지지 않은 허가로서 간주하여서는 안 된다.All patents and other publications identified are hereby incorporated by reference in their entirety for the purpose of describing and disclosing, for example, the methodologies, apparatus and configurations described within such publications that may be used in connection with the present invention. These publications are provided only for disclosures prior to the filing date of the present invention. In this regard, the inventors should not be construed as prioritizing such disclosure by prior invention or as permission not entitled for any other purpose.

달리 규정하지 않는 한, 여기에 사용된 모든 기술 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에게 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 임의의 공지된 방법, 장치 및 재료를 본 발명의 실시 및 시험에 사용할 수 있을지라도, 이와 관련하여 특정의 예시적인 바람직한 방법, 장치 및 재료를 여기에 기술한다.Unless defined otherwise, all technical terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Although any known methods, devices, and materials may be used in the practice and testing of the present invention, certain exemplary preferred methods, devices, and materials are described herein in this regard.

박막 전지는 예컨대, 개별 전지 구성요소 층을 순차적으로 퇴적하여 배치 모드(batch mode)로 제조할 수 있다. 기판 재료가 일단 선택되면, 그 재료는 세정에 의해, 그리고 원하는 경우 다른 전처리에 의해 준비될 수 있다. 전체 0.5 - 5㎛ 두께일 수 있는, 배리어 서브층으로 구성된 배리어층은 실리콘뿐만 아니라 금속 및 폴리머 호일 상에서의 박막 전지의 성공적 제조를 위한 중요사항이다. 배리어층은 캐소드 전류 콜렉터와 함께 포지티브 캐소드 막에 대한 어닐링 온도에 견딜 수 있어야 하고, 화학적으로 비활성을 유지해야 하고, 불순물의 소스가 되어서는 안 된다.Thin film cells can be produced, for example, in batch mode by depositing individual cell component layers sequentially. Once the substrate material is selected, the material can be prepared by cleaning and, if desired, by other pretreatment. Barrier layers consisting of barrier sublayers, which can be a total of 0.5-5 μm thick, are important for the successful manufacture of thin film cells on metal as well as metal and polymer foils. The barrier layer, together with the cathode current collector, must be able to withstand the annealing temperature for the positive cathode film, remain chemically inert and should not be a source of impurities.

부가적으로, 배리어층은 전지 제조 동안, 그리고 모든 전지 구동 및 저장 상 태 동안에, 포지티브 캐소드 및 캐소드 전류 콜렉터로부터의 모든 이온 및 원자가 기판으로 확산하는 것을 차단해야할 뿐만 아니라, 기판으로부터 포지티브 캐소드에 유입되는 임의의 오염물의 확산을 방지해야 한다. 배리어층은 깨끗한 기판에 퇴적될 수 있고, 통상적으로는 균일하고 결함이 없는 막으로 기판을 코팅한다. 다음의 전지층은 박막 전지의 각 층의 경계를 구분하도록 새도우 마스크를 사용하여 배치식으로 순차적으로 퇴적될 수 있다. 배리어층은 입계 확산 효과를 단절시키고, 이에 의해 하층의 캐소드 전류 콜렉터를 갖는, LiCoO2와 같은 순차적으로 퇴적된 포지티브 캐소드와, 금 캐소드 전류 콜렉터 및 가요성 스테인리스강 호일 기판과 같은 기판 사이에서의 반응을 없애도록 설계 및 제조될 수 있다. 이하에서는 배리어 서브층을 포함하는 배리어층을 박막 전지가 형성되는 기판 상에 퇴적하는 실시예의 예시적인 방식을 제안한다.Additionally, the barrier layer must not only diffuse all ions and atoms from the positive cathode and cathode current collector into the substrate during cell fabrication and during all cell drive and storage states, but also enters the positive cathode from the substrate. The spread of any contaminants should be prevented. The barrier layer can be deposited on a clean substrate and typically coats the substrate with a uniform and defect free film. The following battery layers can be deposited sequentially in a batch using a shadow mask to separate the boundaries of each layer of the thin film battery. The barrier layer breaks the grain boundary diffusion effect, thereby reacting between sequentially deposited positive cathodes such as LiCoO 2 with a lower cathode current collector and substrates such as gold cathode current collectors and flexible stainless steel foil substrates. Can be designed and manufactured to eliminate. Hereinafter, an exemplary scheme of an embodiment in which a barrier layer including a barrier sublayer is deposited on a substrate on which a thin film battery is formed is proposed.

1. 기판 선택 및 준비1. Board Selection and Preparation

먼저, 기판 재료를 선택할 수 있다. 박막 전지는 다양한 표면 마무리가 된 각종의 금속 호일 및 시이트(sheet) 상에서 제조할 수 있다. 스테인리스강의 얇은 호일을 기판으로 사용할 수 있다. 하지만, 예컨대, Ti 및 Ti 합금, Al 및 Al 합금, Cu 및 Cu 합금, 및 Ni 및 Ni 합금을 포함하지만 이에 한정되는 것은 아니며, 더 비싸고 두꺼운 다른 재료 또는 낮은 융점 재료 또한 사용할 수 있다. 또한, 그러한 유형의 스틸 합금과 같은 호일의 바람직한 물리적 특성, 표면 거칠기, 균질 성, 및 순도는 특정 장치에 대한 최적 제조 파라미터를 결정하도록 유저에게 맡겨 진다. 본 발명의 전기화학 장치는 기판이 V, Mn, Mg, Fe, Ge, Cr, Ni, Zn 및 Co를 포함하는 금속 또는 반-금속으로 Al 코팅될 것이 요구되지 않는다. 또한, 본 발명의 전기화학 장치는 기판이 순수한 폴리이미드일 것을 요구하지 않는다.First, the substrate material can be selected. Thin film cells can be fabricated on a variety of metal foils and sheets with various surface finishes. Thin foils of stainless steel can be used as the substrate. However, other materials, such as Ti and Ti alloys, Al and Al alloys, Cu and Cu alloys, and Ni and Ni alloys, including but not limited to, more expensive and thicker or lower melting point materials may also be used. In addition, the desired physical properties, surface roughness, homogeneity, and purity of the foils, such as those types of steel alloys, are left to the user to determine the optimum manufacturing parameters for the particular device. The electrochemical device of the present invention does not require the substrate to be Al coated with a metal or semi-metal comprising V, Mn, Mg, Fe, Ge, Cr, Ni, Zn and Co. In addition, the electrochemical device of the present invention does not require that the substrate be pure polyimide.

예컨대, 스테인리스강 호일 재료가 일단 선택되면, 제거되지 않는 경우 기판에 대한 배리어층의 화학적 또는 기계적 부착을 방해할 수 있는 것인 오일, 미립자 및 다른 표면 오염물을 제거하기 위해 일반적으로 세정한다. 임의의 세정 절차, 예컨대, 충분히 깨끗한 표면을 제공하는 임의의 적합한 습식 화학적 세정 또는 플라스마 세정 프로세스를 이와 관련하여 사용할 수 있다. 선택적으로, 세정된 호일 기판은 원하는 경우 추가로 더 전처리할 수 있다. 예컨대, 금속 호일의 고유 응력을 경감시키기 위해, 어닐 온도가 금속 호일의 융점 이하로 유지되는 한, 배리어층을 퇴적하기 이전에 고온(예컨대, 500℃)에서의 어닐 단계를 채용할 수 있다.For example, once a stainless steel foil material is selected, it is generally cleaned to remove oil, particulates, and other surface contaminants that, if not removed, may interfere with the chemical or mechanical adhesion of the barrier layer to the substrate. Any cleaning procedure can be used in this regard, such as any suitable wet chemical cleaning or plasma cleaning process that provides a sufficiently clean surface. Optionally, the cleaned foil substrate can be further pretreated if desired. For example, to relieve the intrinsic stress of the metal foil, an annealing step at high temperature (eg 500 ° C.) may be employed prior to depositing the barrier layer, as long as the annealing temperature is kept below the melting point of the metal foil.

임의의 호일 재료 및 그 두께와 실질적으로 독립적일지라도, 몇몇 어닐링 방법은 막 기초의 열적 응력 및 기계적 응력을 추가로 저감하거나 수용할 수 있다. 예컨대, 세정된 호일의 사전-어닐링은 비코팅 금속 호일을 조절하기 위해 전술한 바와 같이 수행될 수 있다. 또한, 다른 어닐링 단계는 예컨대, 퇴적-후 배리어층 어닐, 퇴적-후 캐소드 전류 콜렉터 층 어닐, 또는 캐소드 결정화 어닐 이전의 퇴적-후 층 어닐의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 그러한 단계 이전 또는 이후에 추가적인 플라스마 처리가 이어질 수 있다(예컨대, D.M. Mattox, Handbook of Physical Vapor Deposition ( PVD ) Processing , Society of Vacuum Coaters , Albuquerque , New Mexico 660ff and 692ff(Noyes Publications 1998) 참조). 유사하게, 실리콘 및 폴리머 기판이 준비될 수도 있다.Although substantially independent of any foil material and its thickness, some annealing methods can further reduce or accommodate the thermal and mechanical stresses of the membrane base. For example, pre-annealing of the cleaned foil can be performed as described above to adjust the uncoated metal foil. In addition, other annealing steps may include, for example, any combination of post-deposition barrier layer anneal, post-deposition cathode current collector layer anneal, or post-deposition layer anneal prior to cathode crystallization anneal. Additional plasma treatment may be followed before or after such a step (eg DM Mattox, Handbook). of Physical Vapor Deposition ( PVD ) Processing , Society of Vacuum See Coaters , Albuquerque , New Mexico 660ff and 692ff (Noyes Publications 1998). Similarly, silicon and polymer substrates may be prepared.

2. 2. 배리어층Barrier layer 퇴적 accumulation

기판 상에의 배리어층의 퇴적은 전지 제조 동안 뿐만 아니라, 예컨대, 그 후의 전지 구동 및 저장 상태 동안에 기판을 전지 부분으로부터 예컨대 화학적으로 분리하는 박막 전지 제조와 연계하여 수행할 수 있다.The deposition of the barrier layer on the substrate may be performed in conjunction with thin film cell fabrication, such as chemically separating the substrate from the cell portion, as well as during cell fabrication, eg, during subsequent cell drive and storage conditions.

일반적으로, 잠재적 반응물 사이의 화학 반응은, 그들 이온 또는 그들 전자가 그 반응물의 공간의 각각에 구속되거나, 반응물의 계면에서 차단되어서, 바람직하게는 잠재적 반응물 사이의 그러한 종의 상호확산이 없는 경우에 방지될 수 있다. 단순한 확산 차단 특성에 부가하여, 배리어층 및 그것을 구성하는 배리어 서브층을 위해 선택된 재료는 그 배리어층이 (a) 캐소드 전류 콜렉터와 함께 포지티브 캐소드 막에 대한 어닐링 온도를 견딜 수 있어야 하고, (b) 화학적으로 비활성을 유지하고, (c) 불순물의 소스가 되어서는 안 됨을 고려해야만 한다.In general, chemical reactions between potential reactants are such that when their ions or their electrons are confined to each of the spaces of the reactants or are blocked at the interface of the reactants, preferably there is no interdiffusion of such species between the potential reactants. Can be prevented. In addition to the simple diffusion barrier properties, the material chosen for the barrier layer and the barrier sublayers constituting it must be capable of withstanding the annealing temperature for the positive cathode film with (a) the cathode current collector, and (b) It must be taken into account that it remains chemically inert and (c) is not a source of impurities.

예컨대, 전기화학 장치 내의 전지 부분으로부터 기판을 화학적으로 분리하기 위하여 이온에 대한 적절한 확산 차단 특성을 갖는 ZrN과 같은 전기적 도전성 재료를 퇴적시킬 수 있다. 이 경우, 도전성 배리어 서브층은 또한 전류 콜렉터로서 작용할 수 있다. ZrN은 또한 네가티브 애노드 재료, 특히 금속성 리튬과 접촉하여 안정적이기 때문에, 캐소드 전류 콜렉터 및/또는 애노드 전류 콜렉터로서 사용될 수도 있다.For example, an electrically conductive material, such as ZrN, having appropriate diffusion barrier properties for ions can be deposited to chemically separate the substrate from the cell portion within the electrochemical device. In this case, the conductive barrier sublayer can also act as a current collector. ZrN may also be used as cathode current collector and / or anode current collector because it is stable in contact with negative anode material, in particular metallic lithium.

배리어층을 예컨대, 전기적으로 절연성이고 금속 이온을 차단하는 Si3N4과 같은 특정 재료의 하나의 단일층으로 구성하는 것이 원칙적으로는 적합하지만, 하나보다 많은 적합한 서브층으로 구성된 배리어층은, 각각의 서브층이 상이한 특정 특성을 배리어 층에 제공하며 배리어층 특성을 미세 조정할 목적으로, 더 높은 제조 수율을 달성하고 그리하여 주어진 박막 전지 수명에 걸쳐 전지 성능에 있어서 높은 신뢰성을 달성한다는 것이 밝혀졌다. 이러한 이유로, 본 발명은 하나의 단일층보다 많은 층으로 구성되고, 바람직하게는 전기화학 장치의 신뢰적인 제조를 가능하게 하면서 그 장치의 전지 부분으로부터 기판을 화학적으로 분리하는 배리어층의 제조 및 제공에 중점을 둔다.Although it is suitable in principle to configure the barrier layer as one single layer of a specific material, such as Si 3 N 4 , which is electrically insulating and blocks metal ions, each barrier layer composed of more than one suitable sublayer, It has been found that the sublayer of achieves higher barrier yields and thus higher reliability in cell performance over a given thin film cell life, for the purpose of providing different specific properties to the barrier layer and for fine tuning the barrier layer properties. For this reason, the present invention consists of more than one single layer, and preferably provides for the manufacture and provision of a barrier layer that chemically separates the substrate from the battery portion of the device while enabling reliable manufacture of the electrochemical device. Focus.

2.1 절연성 2.1 insulation 배리어Barrier 서브층을Sublayer 포함하는  Containing 배리어층의Barrier layer 제조 Produce

배리어층은 기판에 직접 퇴적될 수 있다. 적어도 하나의 배리어 서브층이 비정질 또는 유리질인 배리어 서브층으로 구성된 배리어층은 이온 및 전자의 입계 확산을 피하거나 최소화하고, 그리하여 전지의 제조 동안과 그 이후의 전지의 구동 및 저장 상태 동안에 원치 않는 종이 전지층 내로 확산하거나 전지층으로부터 확산하는 것을 감소하도록 설계 및 제조될 수 있다. 전지 구성요소와 기판 사이의 화학 반응을 방지하거나 최소화하는 것이 바람직하다.The barrier layer can be deposited directly on the substrate. A barrier layer consisting of a barrier sublayer in which at least one barrier sublayer is amorphous or glassy avoids or minimizes the intergranular diffusion of ions and electrons, thereby avoiding unwanted paper during cell manufacture and subsequent drive and storage states of the cell. It can be designed and manufactured to reduce diffusion into or from the cell layer. It is desirable to prevent or minimize chemical reactions between cell components and the substrate.

예를 들어 단순하게 기판, 전류 콜렉터 및/또는 포지티브 캐소드에 대해 비활성인 전기적 절연성 재료를 사용하는 것이 충분할 수 있지만, 각각의 배리어 서 브층은 예컨대, LiCoO2 캐소드 층으로부터의 이온(리튬 이온, 코발트 이온, 및 산소 이온), 전류 콜렉터로부터의 원자 및 이온(금, 백금, 니켈, 구리 등), 및 스테인리스강 기판으로부터의 이온 및 원자(철, 크롬, 니켈, 다른 중금속 및 선택한 스테인리스강 타입의 주요 그룹 원소)의 확산을 차단할 수 있는 재료의 그룹에서 선택될 수 있다. 이온 및 전자를 차단할 수 있는 서브층으로 구성되는 배리어층의 선택은 전지화학 장치의 제조 동안과, 그 이후의 구동 및 저장 상태 동안에 화학적으로 분리될 수 있는 전기 화학 장치의 기판 부분과 전지 부분을 획득하는 것과 관련하여 바람직한 접근이라 간주될 수 있다.For example, it may be sufficient to simply use an electrically insulating material that is inert to the substrate, current collector, and / or positive cathode, but each barrier sublayer may contain, for example, ions from the LiCoO 2 cathode layer (lithium ions, cobalt ions). , And oxygen ions), atoms and ions from current collectors (gold, platinum, nickel, copper, etc.), and ions and atoms (iron, chromium, nickel, other heavy metals, and selected stainless steel types) from stainless steel substrates Element) and may be selected from the group of materials capable of blocking the diffusion of elements). The selection of the barrier layer, which consists of sublayers capable of blocking ions and electrons, obtains the substrate portion and the battery portion of the electrochemical device, which can be chemically separated during the manufacture of the electrochemical device and during subsequent driving and storage conditions. Can be considered a preferred approach.

이원 붕화물, 탄화물, 규화물, 질화물, 인화물, 산화물, 불화물, 염화물, 브롬화물, 및 요오드화물의 그룹 뿐만 아니라, 다이아몬드, 유사 다이아몬드 탄소, 고온 안정형 유기 폴리머, 및 고온 안정형 실리콘(silicone)이 예컨대, 전기 절연 특성에 부가하여, 일반적인 이온 차단 특성을 제공할 수 있다. 따라서, 이들 재료는 배리어 서브층 재료로 사용될 수 있다. 이들 재료의 이원 화합물을 바람직하게 사용하는 것에 부가하여, 배리어 서브층은 예컨대, 산화-질화물, 탄화-붕화물, 탄화-산화-질화물, 규화-탄화-질화물, 및 산화-불화물과 같은 재료(이에 한정되는 것은 아님)로 구성된 임의의 다원 화합물로 형성될 수 있다. 본 발명의 전기화학 장치는 배리어층이 순수한 산화물일 것을 요구하지 않는다.Diamonds, pseudo-diamond carbons, high temperature stable organic polymers, and high temperature stable silicones, as well as groups of binary borides, carbides, silicides, nitrides, phosphides, oxides, fluorides, chlorides, bromides, and iodides In addition to the insulating properties, general ion blocking properties can be provided. Thus, these materials can be used as barrier sublayer materials. In addition to the preferred use of binary compounds of these materials, the barrier sublayer may be formed from, for example, materials such as oxy-nitrides, carbide-borides, carbon-oxidation-nitrides, silicide-carbon-nitrides, and oxide-fluorides. But may not be limited to any multi-component compound consisting of, but not limited to. The electrochemical device of the present invention does not require the barrier layer to be pure oxide.

위에 나열한 이원 및 다원 배리어 서브층 재료는 스퍼터링(RF-마그네트론, AC 마그네트론, DC 및 DC 펄스 마그네트론, 다이오드 RF 또는 DC 또는 AC), 전자빔 증발, 열(저항) 증발, 플라스마 강화 화학적 기상 증착, 이온빔 보조 퇴적, 캐소드 아크 퇴적, 전기화학적 퇴적, 분무 열분해 등을 포함하는 여러 적합한 박막 퇴적 방법 중에서 하나 이상을 선택하여 퇴적될 수 있다. Si3N4 배리어 서브층은, 예컨대, Ar-N2 반응성 플라스마 환경을 사용하여 RF 마그네트론 스퍼터 시스템에서 바람직하게 퇴적되는 순수한 실리콘 타깃을 활용하여 제조될 수 있다. SiC 및 TiC 배리어 서브층 막은 그것들의 질소 도핑 유도체인 SiC:N과 TiC:N이 RF 마그네트론 스퍼터 장비를 사용하여 반응성 Ar-N2 플라스마 환경 내에서 각각 SiC 및 TiC 타깃으로부터 퇴적되는 동안에, 일반적으로 비활성 Ar 플라스마 환경에서 동일한 각 조성의 타깃으로부터 RF 마그네트론 스퍼터링된다.The binary and multiple barrier sublayer materials listed above include sputtering (RF-magnetron, AC magnetron, DC and DC pulse magnetron, diode RF or DC or AC), electron beam evaporation, thermal (resistance) evaporation, plasma enhanced chemical vapor deposition, ion beam assist One or more of a variety of suitable thin film deposition methods can be selected and deposited, including deposition, cathode arc deposition, electrochemical deposition, spray pyrolysis, and the like. Si 3 N 4 barrier sublayers can be prepared utilizing, for example, pure silicon targets that are preferably deposited in RF magnetron sputter systems using an Ar—N 2 reactive plasma environment. SiC and TiC barrier sublayer films are generally inert while their nitrogen doped derivatives, SiC: N and TiC: N, are deposited from SiC and TiC targets, respectively, in a reactive Ar-N 2 plasma environment using RF magnetron sputter equipment. RF magnetron sputtered from targets of the same respective composition in an Ar plasma environment.

최적화된 산화-질화물, 탄화-붕화물, 탄화-산화-질화물, 규화-탄화-질화물, 산화-불화물 등의 형성은 N2, O2, N2O, BF3, C2F6, B2H6, CH4, SiH4 등을 단독으로 또는 아르곤과 같은 비활성 캐리어 가스에 부가하여 그리고/또는 스퍼터 타깃으로부터의 원소를 제공하는 것에 부가하여 포함할 수 있는 스퍼터 가스 혼합물을 제공함으로써 달성될 수 있다. 예컨대, 티타늄 규화-탄화-질화물(또는 티타늄 규소 탄화물 질화물)인 Ti3SiC2:N의 박막 퇴적은 임의의 주어진 시간에서 동일한 기판 영역에 3:1의 TiC/SiC 비율을 갖는 혼합 재료 층을 퇴적하는 방식으로 구동되는, 3:1의 전체 면적 비율에서 TiC 및 SiC의 교호적인 면적으로 구축된 단일 스퍼터 타깃, 또는 하나의 TiC 타깃과, 다른 하나의 SiC 타깃으로 이루어진 두 개의 개별적인 스퍼터 타깃을 사용하여, Ar-N2 플라스마 분위기 내에서 RF 마그네트론 스퍼터링에 의해서 달성될 수 있다(듀얼 타깃 스퍼터 퇴적). 배리어층이 코팅된 기판은 전지 제조에 계속하기 이전에 퇴적-후 처리되거나 그렇지 않을 수 있다.Optimized oxide-nitride, carbide-boride, carbide-nitride, silicide-carbide-nitride, oxide-oxide form, such as a fluoride is N 2, O 2, N 2 O, BF 3, C 2 F 6, B 2 By providing a sputter gas mixture, which may include H 6 , CH 4 , SiH 4 , or the like, alone or in addition to an inert carrier gas such as argon, and / or providing elements from a sputter target. . For example, a thin film deposition of Ti 3 SiC 2 : N, which is a titanium silicide-carbon-nitride (or titanium silicon carbide nitride), deposits a mixed material layer having a TiC / SiC ratio of 3: 1 in the same substrate region at any given time. Using a single sputter target constructed of alternating areas of TiC and SiC at a total area ratio of 3: 1, or two separate sputter targets consisting of one TiC target and another SiC target. Can be achieved by RF magnetron sputtering in an Ar-N 2 plasma atmosphere (dual target sputter deposition). The substrate coated with the barrier layer may or may not be post-deposited prior to continuing with cell fabrication.

배리어 서브층 재료는 Si3N4, SiNxOy(3x+2y=4), 또는 원하는 경우 대부분의 SiO2의 표면, 또는 그 양쪽 표면에서 화학양론에 도달할 수 있는 산화물-구배 Si3N4를 예로 들 수 있다. 또한, 질소 도핑이 있거나 없는 SiC 또는 TiC가 배리어 서브층 재료로서 사용될 수 있다.The barrier sublayer material is Si 3 N 4 , SiN x O y (3x + 2y = 4), or an oxide-gradient Si 3 N that can reach the stoichiometry at the surface of most SiO 2 , or both surfaces if desired. 4 is an example. In addition, SiC or TiC with or without nitrogen doping may be used as the barrier sublayer material.

이들 재료의 몇몇 특정 유도체는 임의의 추가의 적합한 배리어 서브층이 없이 배리어층에 사용되는 경우 이온 차단제로서 가장 바람직하지 않을 수도 있는데, 이는 비-화학양론적 ZrO2, 비-화학양론적 YSZ(이트륨 안정화 지르코니아), 및 비-화학양론적 LiI(요오드화 리튬)과 같이, 불량한 절연 특성만 나타내면서 그것들이 제조 프로세스 또는 전지 구동 및 저장 상태 동안에 특정 이온의 확산을 허용하기 때문이다. 그것들의 화학양론적 대응물과 대조적으로, 비-화학양론은 이들 재료가 산소 및 리튬 이온 확산을 각각 허용하면서 전기적으로 도전성인 주요 이유이다.Some specific derivatives of these materials may be most undesirable as ion blockers when used in barrier layers without any additional suitable barrier sublayers, which are non-stoichiometric ZrO 2 , non-stoichiometric YSZ (yttrium). Stabilized zirconia), and non-stoichiometric LiI (lithium iodide), because they exhibit poor insulating properties while allowing the diffusion of certain ions during the manufacturing process or during battery operation and storage. In contrast to their stoichiometric counterparts, non-stoichiometry is the main reason why these materials are electrically conductive while allowing oxygen and lithium ion diffusion respectively.

예컨대, 기판 및/또는 전지 부분에의 개선된 부착, 기계적 가요성, 인접층에의 안정도, 핀홀-프리, 전기 저항, 및 화학적 비활성과 같은 특정 배리어 특성을 미세 조정하기 위해, 배리어 서브층을 포함하는 적합한 배리어층이 제공될 수 있다. 예컨대, 스테인리스강 430 기판 상부의 배리어층은 이하 순서의 배리어 서브층 스택(stack)으로 구축될 수 있다: (산화물-접합 스테인리스강 기판에의 개선된 부착을 위한) 500Å SiO2/ 2000Å Si3N4(전기적으로 절연성이고, 예컨대, 리튬 이온, 코발트 이온, 산소 이온, 철 이온, 크롬 이온 및 금 이온에 대한 확산 차단 재료) / 1000Å SiC:N(리튬 이온, 코발트 이온, 산소 이온, 철 이온, 크롬 이온 및 금 원자에 대한 강한 확산 차단층) / 2000Å Si3N4(전기적으로 절연성이며, 예컨대, 리튬 이온, 코발트 이온, 산소 이온, 철 이온, 크롬 이온 및 금 이온에 대한 확산 차단 재료) / 300Å 코발트 전류 콜렉터 부착층 및 3000Å 금 전류 콜렉터가 위에 퇴적될 수 있는 500Å SiO2(전류 콜렉터 층에의 부착 촉진제).Barrier sublayers are included to fine-tune certain barrier properties such as, for example, improved adhesion to substrate and / or cell portions, mechanical flexibility, stability to adjacent layers, pinhole-free, electrical resistance, and chemical inertness. A suitable barrier layer can be provided. For example, the barrier layers in the upper stainless steel 430. The substrate may be constructed as a barrier sub-layer stack (stack) of the following sequence: - 500Å SiO 2 / 2000Å (oxide bonding for improved adhesion to the stainless steel substrate) Si 3 N 4 (electrically insulating, for example, diffusion barrier material for lithium ions, cobalt ions, oxygen ions, iron ions, chromium ions and gold ions) / 1000 Å SiC: N (lithium ions, cobalt ions, oxygen ions, iron ions, Strong diffusion barrier layer for chromium ions and gold atoms) / 2000Å Si 3 N 4 (electrically insulating, for example, diffusion barrier material for lithium ions, cobalt ions, oxygen ions, iron ions, chromium ions and gold ions) / 300 kV cobalt current collector adhesion layer and 500 kV SiO 2 (adhesion promoter to current collector layer) onto which 3000 kV gold current collector can be deposited.

일부 경우에 절연 배리어 서브층은 포지티브 캐소드 및/또는 캐소드 전류 콜렉터와 접촉할 뿐만 아니라, 네가티브 애노드 및/또는 애노드 전류 콜렉터와 접촉할 수 있다. 어느 경우든, 배리어 서브층은 예컨대, 그것이 접촉하고 있는 모든 재료에 대하여 화학적으로 비활성인 것이 바람직하다. 이러한 특징은 예컨대, Li2O, LiAlO2 및 Li-Al 합금, 또는 Li2O, Li2SiO3 및 Li-Si 합금과 해롭게 반응할 수 있는 금속성 리튬 네가티브 애노드와 접촉하고 있는 경우, 순수한 Al2O3 또는 SiO2 배리어층의 사용을 제한할 수 있다.In some cases the insulating barrier sublayer may be in contact with the positive cathode and / or cathode current collector, as well as with the negative anode and / or anode current collector. In either case, the barrier sublayer is preferably chemically inert, for example with respect to all the materials it is in contact with. This feature is, for example, pure Al 2 when in contact with a metallic lithium negative anode that can react detrimentally with Li 2 O, LiAlO 2 and Li-Al alloys, or Li 2 O, Li 2 SiO 3 and Li-Si alloys. The use of O 3 or SiO 2 barrier layers can be limited.

2.2 적어도 하나의 전기적 도전성 2.2 at least one electrical conductivity 배리어Barrier 서브층으로With sub-layer 이루어진  Done 배리어층의Barrier layer 제조 Produce

예컨대, 도전성 배리어 서브층은, 예컨대, 이하의 바람직한 속성을 만족시키 는 경우 동등하게 효과적일 수 있다: 1) 전지층으로의/전지층으로부터의 이온 확산을 방지, 및 2) 제조 프로세스 동안과, 그 이후의 모든 전지 구동 및 저장 상태 동안에 기판 또는 전지층과 무반응. 배리어층은 예컨대, 전기적 절연성 배리어 서브층을 역시 포함할 수 있다. 그러한 전기적 절연성 및 전기적 도전성 서브층은 예컨대, 모두 동일한 형상 및 면적 사이즈를 갖지 않을 수 있다. 따라서, 배리어 서브층의 그러한 혼합 스택으로 이루어진 배리어층은 예컨대, 기판 부분 또는 전지 부분과 접촉하고 있는 일부 영역에서는 전기적 도전성인 반면, 기판 부분 또는 전지 부분과의 다른 접촉 영역에서는 전기적 절연성 특성을 나타낼 수 있다.For example, the conductive barrier sublayer may be equally effective, for example, if it satisfies the following desirable attributes: 1) preventing ion diffusion into / from the battery layer, and 2) during the manufacturing process, and No reaction with the substrate or cell layer during all subsequent cell drive and storage conditions. The barrier layer may, for example, also comprise an electrically insulating barrier sublayer. Such electrically insulating and electrically conductive sublayers may not all have the same shape and area size, for example. Thus, a barrier layer consisting of such a mixed stack of barrier sublayers may be electrically conductive, for example, in some areas in contact with the substrate portion or the battery portion, while exhibiting electrical insulating properties in other areas of contact with the substrate portion or the battery portion. have.

전기적 도전성 배리어 서브층을 위한 재료는 예컨대, 도전성 이원 붕화물, 탄화물, 규화물, 질화물, 인화물 및 산화물로 이루어진 그룹뿐만 아니라, 산화-질화물, 탄화-붕화물, 탄화-산화-질화물, 규화-탄화-질화물, 및 산화-불화물을 예로 들 수 있는(이에 한정되는 것은 아님) 그것들의 임의의 도전성 다원 화합물로 이루어진 그룹에서 선택될 수 있다. 또한, 전기적 도전성이 되도록 특별히 처리되는 고온-안정형 폴리머 및 고온-안정형 실리콘이 사용될 수 있다. 전기적 절연성 배리어 서브층에 대한 재료 선택 리스트를 전술한 항목 2.1에서 제시하였고, 여기에 포함된다. 배리어 서브층은 예컨대, 5000Å ZrN / 4000Å Si3N4 / 3000Å WC / 1000Å MoSi2의 배리어 서브층 스택으로 제조될 수 있는 배리어층과 같이 완전히 상이한 조성물로 형성될 수 있고, 각각의 배리어 서브층은 예컨대 상이한 면적 치수를 가질 수 있다.Materials for the electrically conductive barrier sublayers are, for example, groups consisting of conductive binary borides, carbides, silicides, nitrides, phosphides and oxides, as well as oxidized-nitrides, carbide-borides, carbide-oxidized-nitrides, silicide-carbonized- Nitrides, and oxidized-fluorides may be selected from the group consisting of any conductive polyvalent compounds thereof, including, but not limited to. In addition, hot-stable polymers and hot-stable silicones that are specifically treated to be electrically conductive can be used. A list of material choices for the electrically insulating barrier sublayer is presented in item 2.1 above and is included here. The barrier sub-layer, for example, 5000Å ZrN / 4000Å Si 3 N 4 / 3000Å WC / 1000Å MoSi 2 of the barrier may be formed of a completely different composition as the barrier layer, which may be prepared as a sub-stack, each barrier sub-layer is For example, they may have different area dimensions.

그 결과, 예컨대, Si3N4 배리어 서브층은 예컨대, 금속 기판의 전체 풋프린트 영역에 걸쳐 연장할 수 있고, ZrN 배리어 서브층은 캐소드 전류 콜렉터 하부 기판 영역만을 덮을 수 있고, WC 및 MoSi2 배리어 서브층은 예컨대, 애노드 전류 콜렉터 하부의 적어도 전체 영역을 덮으면서 ZrN 영역으로 더 연장할 수 있다. 자신의 영역 사이즈로 인하여, 개재된 Si3N4 배리어 서브층은 예컨대, 전기적 도전성 WC/MoSi2 배리어 서브층으로부터의 전기적 도전성 ZrN 배리어 서브층의 전기적 분리를 제공하고 그리하여 전지의 포지티브 부분과 네가티브 부분 사이의 전기적 분리를 제공할 수 있다(도 2 참조).As a result, for example, the Si 3 N 4 barrier sublayer may extend over the entire footprint region of the metal substrate, for example, the ZrN barrier sublayer may cover only the cathode current collector lower substrate region, and the WC and MoSi 2 barrier The sublayer may further extend to the ZrN region, for example covering at least the entire region underneath the anode current collector. Due to their area size, the intervening Si 3 N 4 barrier sublayer provides for electrical separation of the electrically conductive ZrN barrier sublayer from, for example, the electrically conductive WC / MoSi 2 barrier sublayer and thus the positive and negative portions of the cell. May provide electrical separation between (see FIG. 2).

본 실시예에서, ZrN, TiN, WC, MoSi2, TiB2 또는 NiP와 같은 전기적 도전성 배리어 서브층은 스퍼터 퇴적(RF-마그네트론, DC 및 DC 펄스 마그네트론, AC 마그네트론, 다이오드 RF 또는 DC 또는 AC), 전자 빔 증발, 열(저항) 증발, 플라스마 강화 화학적 기상 증착, 이온 빔 보조 퇴적, 캐소드 아크 퇴적, 전기화학 퇴적, 분무 열분해 등을 포함하는 표준 퇴적 방법에 의해서 기판 상에 퇴적될 수 있다. 예컨대, ZrN 배리어 서브층은 비활성 Ar 분위기 내에서 DC 마그네트론 스퍼터 퇴적을 수행하는 ZrN 스퍼터 타깃으로부터 또는 반응성 Ar-N2 분위기 내에서 DC 마그네트론 스퍼터 퇴적을 역시 사용하는 금속 Zr 타깃으로부터 제조될 수 있다.In this embodiment, an electrically conductive barrier sublayer such as ZrN, TiN, WC, MoSi 2 , TiB 2 or NiP is used for sputter deposition (RF-magnetron, DC and DC pulse magnetron, AC magnetron, diode RF or DC or AC), It can be deposited on a substrate by standard deposition methods including electron beam evaporation, thermal (resistance) evaporation, plasma enhanced chemical vapor deposition, ion beam assisted deposition, cathode arc deposition, electrochemical deposition, spray pyrolysis and the like. For example, ZrN barrier sublayers can be prepared from ZrN sputter targets that perform DC magnetron sputter deposition in an inert Ar atmosphere or from metal Zr targets that also use DC magnetron sputter deposition in a reactive Ar-N 2 atmosphere.

또한, 포지티브 캐소드를 결정화하는데 필요한 퇴적-후 어닐 온도가 200℃-500℃와 같이 적절한 경우, 특정 금속(예컨대, Au, Pt, Ir, Os, Ag, Pd), 반-금속 (예컨대, 흑연질 탄소, Si) 및 합금(예컨대, Au, Pt, Ir, Os, Ag, Pd, C 및 Si 기반)이(이에 한정되는 것은 아님) 전기적 도전성 배리어 서브층으로서 바람직하게 선택될 수 있다. 전기적 도전성 배리어 서브층은 전지 제조 프로세스를 게속하기 이전에 추가로 열처리 되거나 되지 않을 수 있다.In addition, if the post-deposition annealing temperature required to crystallize the positive cathode is appropriate, such as 200 ° C.-500 ° C., certain metals (eg Au, Pt, Ir, Os, Ag, Pd), semi-metals (eg graphite Carbon, Si) and alloys (eg, based on, but not limited to, Au, Pt, Ir, Os, Ag, Pd, C and Si) may be preferably selected as electrically conductive barrier sublayers. The electrically conductive barrier sublayer may or may not be further heat treated prior to continuing the cell manufacturing process.

포지티브 전지 단자로부터의 전기 접속가능성의 관점에서 적절히 제조된 경우, 도전성 배리어 서브층은 별도의 캐소드 전류 콜렉터를 없앨 수 있는 부가적인 이점을 가질 수 있는데, 만일 그렇지 않은 경우, 예컨대, 도전성 배리어 서브층을 더욱 도전성이며 비활성인 얇은 층, 예컨대, 금으로 코팅하여 그 도전성 배리어 서브층의 전기적 특성을 최적화하는 것을 선택해야 한다. 그러한 더욱 도전성인 층으로 부가적으로 코팅하든 하지 않든, 도전성 배리어 서브층의 접근은, 동시에, 애노드 전류 콜렉터 및 네가티브 애노드가, 포지티브 캐소드 및/또는 그것의 캐소드 전류 콜렉터가 전기 접촉하는 도전성 배리어 서브층으로부터 분리되는 것을 포함할 수 있다. 이러한 분리는 예컨대, 다음과 같이 달성될 수 있다:If properly fabricated in terms of electrical connectivity from the positive cell terminals, the conductive barrier sublayer may have the additional advantage of eliminating a separate cathode current collector, otherwise, for example, It should be chosen to coat with a more conductive and inert thin layer, such as gold, to optimize the electrical properties of the conductive barrier sublayer. The access of the conductive barrier sublayer, whether or not additionally coated with such a more conductive layer, simultaneously provides a conductive barrier sublayer in which the anode current collector and the negative anode are in electrical contact with the positive cathode and / or its cathode current collector. It can include separating from. This separation can be achieved, for example, as follows:

1) 네가티브 애노드 및 그것의 애노드 전류 콜렉터가 전기적 절연성 전해질의 상부에 전제적으로 위치하도록 하는 영역으로 전해질을 연장시킴으로써 달성될 수 있고, 이 경우, 이는 네가티브 애노드 및 그것의 애노드 전류 콜렉터를 위한 국부적 배리어 서브층으로 효과적으로 작용할 수 있다(도 3a 및 3b 참조). 포지티브 캐소드의 특정 제조 파라미터가 이미 존재하는 전해질 층과의 반응을 야기하지 않는 경우, 포지티브 캐소드 및 그것의 캐소드 전류 콜렉터는 전해질의 전체 상부에 유사하게 제조될 수 있고, 네가티브 애노드는 그 전해질의 하부에 위치된다(도 3c 참조).1) can be achieved by extending the electrolyte to an area such that the negative anode and its anode current collector are located entirely on top of the electrically insulating electrolyte, in which case this is a local barrier sub for the negative anode and its anode current collector. Can act effectively as a layer (see FIGS. 3A and 3B). If a particular manufacturing parameter of the positive cathode does not cause a reaction with an already existing electrolyte layer, the positive cathode and its cathode current collector can be similarly prepared over the entire top of the electrolyte, with the negative anode located at the bottom of the electrolyte (See FIG. 3C).

2) 네가티브 애노드 및/또는 애노드 전류 콜렉터가 전해질의 상부에 전체적으로 위치되지 않을 경우, 그것은 배리어층과 접촉하고 그리하여 배리어 서브층의 적어도 하나 및/또는 금속 기판과 접촉할 수 있다. 이 경우, 서브층의 적어도 하나가 절연성이어야 하는 반면, 배리어 서브층의 하나 이상은 전기적으로 도전성일 수 있다(도 4a 및 도 4b 참조). 어느 경우든, 모든 배리어 서브층은 접촉하는 모든 재료에 대하여 화학적으로 비활성이어야 한다. 이는 바람직하게는 예컨대, 네가티브 금속성 리튬 애노드와 접촉하는 경우 Pt2Si 배리어 서브층의 사용을 금지할 수 있는데, 이는 그렇지 않으면 LixSi(0<x<=4.4) 및 LiyPt(0<y<=2)와의 반응이 일어날 수 있기 때문이다(도 4c 참조).2) If the negative anode and / or anode current collector is not entirely located on top of the electrolyte, it may be in contact with the barrier layer and thus in contact with at least one of the barrier sublayers and / or the metal substrate. In this case, at least one of the sublayers must be insulating, while one or more of the barrier sublayers can be electrically conductive (see FIGS. 4A and 4B). In either case, all barrier sublayers must be chemically inert with respect to all materials in contact. This may preferably prohibit the use of the Pt 2 Si barrier sublayer, for example when in contact with the negative metallic lithium anode, which would otherwise be Li x Si (0 <x <= 4.4) and Li y Pt (0 <y This is because a reaction with <= 2) may occur (see FIG. 4C).

2.3 2.3 배리어층Barrier layer 및 기판 And substrate

배리어층을 설치하는 하나의 이유는 기판의 용융점까지의 프로세스 온도를 수반할 수 있는 전지 부분의 제조 동안과, 그 이후의 전기화학 장치의 모든 구동 및 저장 상태 동안에 예컨대, 본 발명의 일 실시예의 전기화학 장치의 기판 부분과 전지 부분 사이의 화학적 분리를 제공하기 위한 것이다. 전술한 것과 동일한 원리가, 금속 기판, 폴리머 기판, 및 도핑 또는 비도핑 실리콘 기판을 포함할 수 있는 본 발명의 적어도 3가지의 기판 유형에 적용될 수 있다.One reason for installing the barrier layer is, for example, during the fabrication of the cell part, which may involve a process temperature up to the melting point of the substrate, and during all subsequent driving and storage states of the electrochemical device, for example, the electrical To provide chemical separation between the substrate portion and the battery portion of the chemical device. The same principles as described above can be applied to at least three substrate types of the present invention that can include metal substrates, polymer substrates, and doped or undoped silicon substrates.

전기적 절연성 또는 도전성 배리어 서브층의 직접 퇴적은 전술한 바와 같은 3가지의 기판 유형에 똑바른 방식으로 달성될 수 있다. 물론, 각각의 기판 유형이 갖는 고유의 물리적 및 화학적 제한은 준수해야 하며, 그에 따라 각 배리어 서브층에 대한 퇴적 파라미터가 조정되어야 한다. 예컨대, 스퍼터 퇴적은 높은 퇴적률 하에서 수행될 수 있고, 기판 표면에서의 결과적인 퇴적 온도는 폴리머 기판의 용융점을 초과할 수 있다. 따라서, 퇴적 파라미터는 바람직하게는 기판의 용융점을 준수하도록 제한되어야 한다. 다른 예에서, 단지 10㎛의 매우 얇은 Si 기판이 사용될 수 있다. 그러한 경우, 이는 우선 임의의 퇴적-후 어닐을 무시하여, 퇴적 동안의 배리어 서브층의 응력을, 임의의 후속 배리어 서브층 및/또는 전지층의 퇴적 이전에 그것을 균열시키지 않도록 취성 Si 기판의 기계적 특성에 맞게 조정하는 것에 관련될 수 있다. 세 가지 모든 기판 유형의 가능한 이용 및 배리어 서브층을 포함하여 기판 위로의 배리어층의 제조에 대한 기본 원리에 대한 본 발명의 범주를 한정하지 않고 더욱 구체적인 예가 주어질 수 있다.Direct deposition of electrically insulating or conductive barrier sublayers can be achieved in a straightforward manner on the three substrate types as described above. Of course, the inherent physical and chemical limitations of each substrate type must be observed, and the deposition parameters for each barrier sublayer must be adjusted accordingly. For example, sputter deposition may be performed under high deposition rates, and the resulting deposition temperature at the substrate surface may exceed the melting point of the polymer substrate. Therefore, the deposition parameter should preferably be limited to comply with the melting point of the substrate. In another example, a very thin Si substrate of only 10 μm may be used. In such a case, it first ignores any post-deposition annealing, so that the stress of the barrier sublayer during the deposition does not crack it prior to the deposition of any subsequent barrier sublayer and / or cell layer. It may be related to adjusting to fit. More specific examples may be given without limiting the scope of the present invention to the basic principles for the fabrication of barrier layers over substrates, including the possible use of all three substrate types and barrier sublayers.

3. 전지 제조3. Battery Manufacturing

본 발명에서의 배리어층을 갖는 기판이 일단 제조되면, 전기화학 장치의 후속 제조 단계는 이하에 더 기술되는 "양면" 전기화학 장치를 달성하기 위해서 기판의 제 2 측에 제 2 의 전기화학적 활성 셀을 제조할 것인지 여부에 의존한다. 본 발명의 전기화학 장치는 제 1 의 전기화학적 활성 셀이 태양 전지일 것을 요구하지 않는다.Once the substrate with the barrier layer in the present invention has been fabricated, subsequent manufacturing steps of the electrochemical device may be followed by a second electrochemically active cell on the second side of the substrate to achieve the "duplex" electrochemical device described further below. It depends on whether or not to prepare. The electrochemical device of the present invention does not require that the first electrochemically active cell be a solar cell.

하지만, 단지 제 1 의 전기화학적 활성 셀이 기판의 제 1 측에 제조되는 "단 면" 전기화학 장치의 경우, 제 2 층은 제 1 의 전기화학적 활성 셀의 구성요소 층의 제조 이전에 기판의 제 2 측에 선택적으로 퇴적된다. 이러한 제 2 층은 전기화학 장치의 제조, 구동 및 저장 동안에 화학적 및 기계적 인자에 대하여 주변 환경으로부터 기판을 보호할 목적으로 제조될 수 있다. 또한, 제 2 층의 구현을 통하여, 제 1 의 전기화학적 활성 셀은, 제 2 의 비보호측에서 기판에 유입하고 그 기판을 통하여 확산하고, 이에 의해 잠재적으로 전기화학 장치의 제조, 구동, 및/또는 저장 동안에 제 1 전기화학적 활성 셀에 도달하여 그것과 해롭게 반응할 수 있는 주변 환경으로부터의 화학적 오염물로부터 보호될 수 있다. 제 1 의 전기화학적 활성 셀의 이러한 보호는, 기판 자체 및 기판과 제 1 의 전기화학적 활성 셀 사이의 배리어층에 의해 제공된 보호에 부가하여, 특히 그 배리어층이 제 1 의 전기화학적 활성 셀 하부의 전체 영역을 덮지 않을 수 있는 경우에, 존재할 수 있다. 기판과 제 1 의 전기화학적 활성 셀의 양쪽의 보호는 전기화학 장치의 수명을 연장하게 된다.However, in the case of a "cross-section" electrochemical device in which only the first electrochemically active cell is fabricated on the first side of the substrate, the second layer may be formed of the substrate prior to the fabrication of the component layer of the first electrochemically active cell. It is selectively deposited on the second side. This second layer may be made for the purpose of protecting the substrate from the surrounding environment against chemical and mechanical factors during the manufacture, operation and storage of the electrochemical device. Furthermore, through the implementation of the second layer, the first electrochemically active cell enters and diffuses through the substrate on the second unprotected side, thereby potentially manufacturing, driving, and / or electrochemical devices. Or protected from chemical contaminants from the surrounding environment that can reach and react detrimentally with the first electrochemically active cell during storage. This protection of the first electrochemically active cell is in addition to the protection provided by the substrate itself and a barrier layer between the substrate and the first electrochemically active cell, in particular the barrier layer of which is below the first electrochemically active cell. If it may not cover the entire area, it may be present. Protection of both the substrate and the first electrochemically active cell will extend the life of the electrochemical device.

제 2 층은 예컨대, 금속, 반-금속, 합금, 붕화물, 탄화물, 다이아몬드, 유사 다이아몬드 탄소, 규화물, 질화물, 인화물, 산화물, 불화물, 염화물, 브롬화물, 요오드화물로 이루어진 그룹으로부터, 또는 예컨대 붕화물, 탄화물, 규화물, 질화물, 인화물, 산화물, 불화물, 염화물, 브롬화물, 및 요오드화물로 이루어진 임의의 다원 화합물의 그룹, 또는 예컨대, 고온 안정형 유기 폴리머 및 고온 안정형 실리콘의 그룹으로부터 선택된 화학 화합물을 포함하는 재료로 제조될 수 있다. 특히, 500Å과 5㎛ 사이 두께의 얇은 금속층은 전기화학 장치의 제조, 구동, 및/또는 저 장 동안에 제 2 측에서의 오염물의 유입을 차단하여 기판을 보호하는데 유용할 수 있다. 또한, 금속층, 예컨대, 니켈 또는 티탄은 세라믹 대응물 예컨대, TiC에 비하여 비교적 빠르게 퇴적될 수 있고 저렴하기 때문에, 유용할 수 있다.The second layer is for example from the group consisting of metals, semi-metals, alloys, borides, carbides, diamonds, pseudo diamond carbons, silicides, nitrides, phosphides, oxides, fluorides, chlorides, bromide, iodides, or for example boron Includes a chemical compound selected from the group of any polyvalent compound consisting of a cargo, carbide, silicide, nitride, phosphide, oxide, fluoride, chloride, bromide, and iodide, or for example, a group of high temperature stable organic polymers and high temperature stable silicon It can be made of a material. In particular, a thin metal layer between 500 microns and 5 microns thick may be useful to protect the substrate by blocking the ingress of contaminants on the second side during fabrication, driving, and / or storage of the electrochemical device. In addition, metal layers, such as nickel or titanium, can be useful because they can be deposited relatively quickly and inexpensive compared to ceramic counterparts such as TiC.

제 2 층의 차단 작용은 예컨대, 화학적 게터링(gettering), 부식 방지, 또는 희생층 설치와 같은 문헌에서 공지된 오염물과 제 2 층의 화학적 반응을 포함하고, 금속층에 한정되는 것이 아니라, 예컨대, 부-산화물 또는 부-질화물(예컨대, 스퍼터 퇴적에 의해서 용이하게 제조될 수 있는 불충분하게 산화되거나 질화된 막 재료) 또는, 예컨대, 전기화학 장치의 제조, 구동 및/또는 저장 동안에 주변 환경에 존재하는 산소, 습기, 또는 이산화탄소 오염물과 반응할 때 산화물 또는 카보네이트로 변환될 수 있는 질화물 또는 탄화물에 의해서도 달성될 수 있다.The blocking action of the second layer includes, for example, chemical reaction of the second layer with contaminants known in the literature, such as chemical gettering, corrosion protection, or sacrificial layer installation, and is not limited to metal layers, for example, Sub-oxides or sub-nitrides (e.g., insufficiently oxidized or nitrided membrane materials that can be readily prepared by sputter deposition) or, for example, present in the environment during the manufacture, operation, and / or storage of electrochemical devices. It can also be achieved by nitrides or carbides that can be converted into oxides or carbonates when reacting with oxygen, moisture, or carbon dioxide contaminants.

주로 화학 반응이 없이 보호하는 재료 또는 주로 화학 반응을 통하여 보호하는 재료를 선택하여 기판의 제 2 측에 있는 제 2 층을 미세 조정할 수 있다. 추가의 미세 조정은 예컨대, 특정 주변 환경 조건하에서의 더 높거나 더 낮은 반응성을 갖는 후자의 재료 중 하나를 선택하여 일어날 수 있다. 예컨대, Al4C3는 SiC 내지 SiO2보다 훨씬 낮은 산소 분압 및 훨씬 낮은 온도에서 Al2O3로 변환한다. 유사하게, Co2N과 같이 매우 작은 형성 엔탈피를 갖는 질화물은 Si3N4 및 ZrN과 같이 큰 네가티브 형성 엔탈피 하에서 형성된 그 대응물보다 훨씬 낮은 온도 및 산소 분압에서 각각의 산화물로 변환한다.The second layer on the second side of the substrate can be fine tuned by selecting a material that primarily protects without a chemical reaction or a material that primarily protects through a chemical reaction. Further fine tuning can occur, for example, by selecting one of the latter materials having higher or lower reactivity under certain ambient environmental conditions. For example, Al 4 C 3 converts to Al 2 O 3 at much lower oxygen partial pressures and much lower temperatures than SiC to SiO 2 . Similarly, nitrides with very small formation enthalpy such as Co 2 N convert to respective oxides at much lower temperatures and oxygen partial pressures than their counterparts formed under large negative formation enthalpy such as Si 3 N 4 and ZrN.

궁극적으로, 기판의 제 2 측에 제 2 층을 제조하기 위해 추가된 비용과 관련 하여 최적의 파라미터를 결정하는 것은 전기화학 장치의 제조자에게 달려 있으며, 이는 제 2 층의 재료 선택 및 제조된 두께 대 특정 기간 동안 존재하는 특정 주변 환경 조건에 대한 기판 및 제 1 의 전기화학적 활성 셀의 추가적 보호의 함수이며, 이는 다시 주로 상기 제 2 층의 재료 선택 및 제조된 두께의 함수이다.Ultimately, it is up to the manufacturer of the electrochemical device to determine the optimal parameters with respect to the added cost for producing the second layer on the second side of the substrate, which is dependent on the material selection and the thickness of the second layer. It is a function of the additional protection of the substrate and the first electrochemically active cell with respect to certain ambient environmental conditions present for a certain period of time, which in turn is primarily a function of the material selection and the thickness produced of the second layer.

박막 전지는 개별적인 전지 구성요소 층을 구축하기 위해 새도우 마스크를 사용하는 순차적인 물리적 및/또는 화학적 기상 증착 단계를 이용하는 배치 제조 프로세스에서 제조될 수 있다. 전기화학적 활성 셀은 임의의 여러가지 구조로 제조될 수 있다. 특징은 이하를 포함할 수 있다:Thin film cells can be fabricated in a batch fabrication process that uses sequential physical and / or chemical vapor deposition steps that use shadow masks to build up individual cell component layers. Electrochemically active cells can be made in any of a variety of structures. Features may include:

(i) 사용될 포지티브 캐소드 구성(i) the positive cathode configuration to be used;

a. 배리어층과 네가티브 애노드 사이에 위치된 포지티브 캐소드(애노드 퇴적전 캐소드 퇴적;"통상적 구성"), 및 배리어층과 포지티브 캐소드 사이에 위치된 네가티브 애노드(캐소드 퇴적전 애노드 퇴적;"반대 구성")a. A positive cathode positioned between the barrier layer and the negative anode (anode deposition before anode deposition; "conventional configuration"), and a negative anode located between the barrier layer and the positive cathode (cathode deposition before cathode deposition; "opposite configuration")

b. 포지티브 캐소드에 인가되는 퇴적-후 어닐b. Post-deposition annealing applied to the positive cathode

(ii) 사용될 애노드 구성(ii) the anode configuration to be used;

a. 네가티브 애노드층이 배리어층을 접촉하거나 접촉하지 않음a. Negative anode layer contacts or does not contact barrier layer

b. 애노드 전류 콜렉터가 배리어층을 접촉하거나 접촉하지 않음b. Anode current collector contacts or does not touch barrier layer

(iii) 사용될 배리어층의 유형(iii) type of barrier layer to be used;

a. 전기적 절연성 서브층 대 전기적 도전성 서브층a. Electrically Insulating Sublayers to Electrically Conductive Sublayers

b. 주어진 배리어층 내의 다른 서브층과 비교한 주어진 서브층의 면적 치수b. Area dimension of a given sublayer compared to other sublayers in a given barrier layer

c. 배리어층 내에서 절연성 서브층과 도전성 서브층의 순서 조합c. Ordered combination of insulating and conductive sublayers within the barrier layer

(iv) 기판이 전기화학 활성 셀과(그것의 포지티브 부분 또는 네가티브 부분과) 전기 접촉되거나 접촉하지 않음(iv) the substrate is or is not in electrical contact with the electrochemically active cell (either its positive or negative portion)

(v) 전기화학 활성 셀이 기판의 일 측에 제조되거나(단면 전기화학 장치) 기판의 양측에 제조됨(양면 전기화학 장치)(v) electrochemically active cells are prepared on one side of the substrate (cross-sectional electrochemical device) or on both sides of the substrate (double-sided electrochemical device)

(vi) 사용될 보호 인캡슐레이션 또는 보호 인케이싱 설계(vi) the protection encapsulation or protection encapsulation design to be used.

a. 인캡슐레이션 대 인케이싱a. Encapsulation vs. Encasing

b. 인캡슐레이션 또는 인케이싱 내의 개구(들) 대 단자에 접속하기 위한 개구(들)가 없음b. No opening (s) to connect terminals to opening (s) in encapsulation or encasing

c. 개구 영역 내에서의 습기 보호층의 이용 또는 미이용c. With or without moisture protection layer in the opening area

(vii) 전류 콜렉터 및 단자(vii) current collectors and terminals

3.1 3.1 캐소드Cathode 구성 Configuration

3.1.1 3.1.1 네가티브Negative 애노드Anode 퇴적 전의 포지티브  Positive before deposition 캐소드의Cathode 퇴적 및 잠재적 퇴적-후  Sedimentation and Potential Post-Deposition 어닐에At annealing 등가적일Equivalent 수 있는,  Can, 배리어층과Barrier layer 네가티브Negative 애노드Anode 사이에 위치된 포지티브 캐소드:"통상적인 구성" Positive cathode located in between: "Typical configuration"

배리어층의 전기적 특성에 따라서, 포지티브 캐소드의 퇴적 전에 전류 콜렉터가 제조될 수 있다. 즉, 그 서브층에 기초하는 배리어층이 포지티브 캐소드가 제조될 영역에서 절연성이면, 포지티브 단자로부터 포지티브 캐소드에 대한 필요한 전기적 접속을 생성하기 위해 캐소드 전류 콜렉터가 퇴적될 수 있다. 하지만, 그 서브층에 기초하는 배리어층이 포지티브 캐소드가 퇴적될 영역에서 전기적으로 도전성이면, 부가적인 비활성 금속층("전도 강화제(conduction enhancer)")이 배리어층의 전류 수집 특성(current collecting property)을 강화시키기 위해서 배리어층과 포지티브 캐소드 사이에 선택적으로 퇴적될 수 있다.Depending on the electrical properties of the barrier layer, a current collector can be produced prior to deposition of the positive cathode. That is, if the barrier layer based on the sublayer is insulating in the area where the positive cathode is to be fabricated, the cathode current collector can be deposited to create the necessary electrical connection from the positive terminal to the positive cathode. However, if the barrier layer based on the sublayer is electrically conductive in the region where the positive cathode is to be deposited, then an additional inactive metal layer ("conduction enhancer") may be used to determine the current collecting property of the barrier layer. It may be selectively deposited between the barrier layer and the positive cathode to strengthen.

포지티브 캐소드, 캐소드 전류 콜렉터, 및 배리어층의 전도 강화제는 스퍼터링(RF-마그네트론, DC 및 DC 펄스 마그네트론, AC 마그네트론, 다이오드 RF 또는 DC 또는 AC), 전자 빔 증발, 열(저항) 증발, 플라스마 강화 화학적 기상 증착, 이온 빔 보조 퇴적, 캐소드 아크 퇴적, 전기화학 퇴적, 분무 열분해 등을 포함하는 여러 퇴적 방법의 임의의 하나를 선택하여 퇴적될 수 있다.Positive cathodes, cathode current collectors, and conduction enhancers in the barrier layer can be sputtered (RF-magnetron, DC and DC pulse magnetron, AC magnetron, diode RF or DC or AC), electron beam evaporation, thermal (resistance) evaporation, plasma enhanced chemical Any one of several deposition methods can be selected and deposited, including vapor deposition, ion beam assisted deposition, cathode arc deposition, electrochemical deposition, spray pyrolysis, and the like.

포지티브 캐소드의 퇴적후, 포지티브 캐소드의 물리적, 화학적, 및 전기화학적 특성을 향상시키기 위해서 퇴적-후 어닐이 후속될 수 있다. 대부분의 통상적 퇴적-후 어닐은 공기중 700℃에서 약 30분 내지 2시간 동안 일어나며, 포지티브 캐소드 재료인 LiCoO2, LiMn2O4, LiMnO2, LiNiO2, 및 그 유도체의 결정화를 완료한다.After deposition of the positive cathode, post-deposition annealing may be followed to improve the physical, chemical, and electrochemical properties of the positive cathode. Most conventional post-deposition annealing takes place for about 30 minutes to 2 hours at 700 ° C. in air, completing the crystallization of the positive cathode materials LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , LiMnO 2 , LiNiO 2 , and derivatives thereof.

주어진 유도체의 조성 및 적용된 퇴적-후 어닐의 파라미터는 배리어층 재료의 선택 정보를 제공할 수 있다. 예컨대, 순수한 LiCoO2 및 공기중 700℃에서 2시간 동안의 어닐의 경우, 50㎛의 스테인리스강 430 호일 상의 두 배리어 서브층인 5000Å Al2O3와 6000Å Co3O4를 포함하는 전기적 절연성 배리어층에 300Å 코발트 부착층에 의해서 부착될 수 있는 3000Å 금 캐소드 전류 콜렉터가 하나의 선택적 조합일 수 있다. 700℃ 어닐 이후의 그러한 설정의 X-선 회절(XRD) 패턴을 도 5에 도시한다. LiCoO2 포지티브 캐소드는 (101) 그레인의 경우 그 격자 상수 파리미터(ahex = 2.8146(4)Å; chex = 14.0732(8)Å)가 이론값(예컨대, ICDD 77-1370: ahex = 2.815(1)Å; chex = 14.05(1)Å)과 일치할 수 있으면서, 약 560Å의 결정자 크기를 나타내었다. 이러한 사실은 결정질 LiCoO2 포지티브 캐소드 막은 전기화학적 활성 셀에서의 최적 전기화학적 거동을 보이기 위해 필요한 양호한 결정학적 파라미터를 달성하면서, 기판을 포함하는 그 주변의 임의의 재료와 반응하지 않을 수 있다는 것을 나타낸다.The composition of a given derivative and the parameters of post-deposition anneal applied can provide information on the selection of the barrier layer material. For example, in the case of annealing for 2 hours at pure LiCoO 2 and air at 700 ° C., an electrically insulating barrier layer comprising two barrier sublayers on a 50 μm stainless steel 430 foil, 5000Å Al 2 O 3 and 6000Å Co 3 O 4 . One optional combination may be a 3000 mA gold cathode current collector, which may be attached by a 300 mA cobalt adhesion layer. The X-ray diffraction (XRD) pattern of such a setup after 700 ° C. annealing is shown in FIG. 5. LiCoO 2 positive cathodes have a lattice constant parameter (a hex = 2.8146 (4) Å; c hex = 14.0732 (8) Å) for (101) grains, and the theoretical value (e.g. ICDD 77-1370: a hex = 2.815 ( 1) Å; c hex = 14.05 (1) Å), showing a crystallite size of about 560 Å. This fact indicates that the crystalline LiCoO 2 positive cathode film may not react with any material around it, including the substrate, while achieving the good crystallographic parameters needed to show optimal electrochemical behavior in the electrochemically active cell.

300㎛ 두께의 비도핑 실리콘 기판 상에서, 두 배리어 서브층인 5000Å Si3N4와 5000Å SiO2로 구성된 배리어층에 부착되는 3000Å Au / 300Å Co 캐소드 전류 콜렉터 상에 순수한 LiCoO2 포지티브 캐소드를 제조하고, 공기중 700℃에서 2시간 동안 어닐을 행한 후에, 거의 이론 격자 파라미터(예컨대, ICDD 77-1370: ahex = 2.815(1)Å; chex = 14.05(1)Å)를 갖는 양호한 결정질의 LiCoO2 포지티브 캐소드(ahex = 2.8151(4)Å; chex = 14.066(7)Å; (101)면에서의 샘플 그레인 크기 1100Å)가 얻어질 수 있다. 층상 구조 및 이론적인 결정학적 격자 파라미터를 갖는 양호한 결정질의 화학양론적 LiCoO2 포지티브 캐소드 막의 획득은 예컨대, 결정질 LiCoO2 포지티브 캐소드 막이 예컨대, 도 6에 도시된 바와 같은 실리콘 기판을 포함 하는 주변 재료와 반응하지 않을 수 있는 것을 제공한다. 스테인리스강 430 호일 기판 상에서 제조된 전술한 예에서의 LiCoO2 포지티브 캐소드 막에 의해, 이론적인 결정학적 격자 파라미터(ahex = 2.8151(4)Å; chex = 14.066(7)Å)는 Si 기판 상의 LiCoO2 포지티브 캐소드 막이 특정의 바람직한 전기화학 거동을 보일 수 있음을 암시할 수 있다.On a 300 μm thick undoped silicon substrate, a pure LiCoO 2 positive cathode was prepared on a 3000 mA Au / 300 mA Co cathode current collector attached to a barrier layer consisting of two barrier sublayers, 5000 mA Si 3 N 4 and 5000 mA SiO 2 , After annealing at 700 ° C. for 2 hours in air, a good crystalline LiCoO 2 with nearly theoretical lattice parameters (eg ICDD 77-1370: a hex = 2.815 (1) Å; c hex = 14.05 (1) Å) A positive cathode (a hex = 2.8151 (4) '; c hex = 14.066 (7)'; sample grain size 1100 ms in the (101) plane) can be obtained. Acquisition of a good crystalline stoichiometric LiCoO 2 positive cathode film having a layered structure and theoretical crystallographic lattice parameters can be achieved, for example, in which the crystalline LiCoO 2 positive cathode film is reacted with a peripheral material comprising, for example, a silicon substrate as shown in FIG. Provide something you can't do. With the LiCoO 2 positive cathode film in the above example produced on a stainless steel 430 foil substrate, the theoretical crystallographic lattice parameters (a hex = 2.8151 (4) '; c hex = 14.066 (7)') were obtained on the Si substrate. It may be suggested that the LiCoO 2 positive cathode film may exhibit certain desirable electrochemical behavior.

3.1.2 포지티브 3.1.2 Positive 캐소드의Cathode 퇴적 전  Before deposition 네가티브Negative 애노드의Anode 퇴적 및 잠재적인 퇴적-후  Sedimentation and Potential Post-Deposition 어닐과With annealing 근접하는 성능을 제공할 수 있는,  Can provide near-performance 배리어층과Barrier layer 포지티브  Positive 캐소드Cathode 사이에 위치된  Located in between 네가티브Negative 애노드Anode :"반대 구성": "Reverse configuration"

본 발명의 일 실시예의 "반대 구성"이, 기판이 금속 기판일 수 있는 경우에 대하여 도 3c에 개략적으로 도시된다. 배리어층의 전기적 특성에 따라서, 애노드 전류 콜렉터는 네가티브 애노드의 퇴적 이전에 제조될 수 있다. 즉, 그 서브층에 기초하여 배리어층이 네가티브 애노드가 제조될 영역에서 절연성이면, 네가티브 단자로부터 네가티브 애노드에 대한 필요한 전기적 접속을 생성하기 위해서 애노드 전류 콜렉터가 퇴적될 수 있다. 하지만, 그 서브층에 기초하는 배리어층이 네가티브 애노드가 퇴적될 영역에서 전기적으로 도전성이면, 부가적인 비활성 금속층("전도 강화제")이 배리어층의 전류 수집 특성을 강화시키기 위해서 배리어층과 네가티브 애노드 사이에 퇴적될 수 있다.An “opposite configuration” of one embodiment of the present invention is schematically illustrated in FIG. 3C for the case where the substrate may be a metal substrate. Depending on the electrical properties of the barrier layer, the anode current collector can be fabricated prior to the deposition of the negative anode. That is, based on that sublayer, if the barrier layer is insulating in the region where the negative anode will be fabricated, an anode current collector can be deposited to create the necessary electrical connection from the negative terminal to the negative anode. However, if the barrier layer based on the sublayer is electrically conductive in the region where the negative anode will be deposited, then an additional inert metal layer ("conductivity enhancer") is added between the barrier layer and the negative anode to enhance the current collection characteristics of the barrier layer. Can be deposited.

네가티브 애노드, 애노드 전류 콜렉터, 및 배리어층의 전도 강화제는 스퍼터 링(RF-마그네트론, DC 및 DC 펄스 마그네트론, AC 마그네트론, 다이오드 RF 또는 DC 또는 AC), 전자 빔 증발, 열(저항) 증발, 플라스마 강화 화학적 기상 증착, 이온 빔 보조 퇴적, 캐소드 아크 퇴적, 전기화학 퇴적, 분무 열분해 등을 포함하는 여러 퇴적 방법의 임의의 하나를 선택하여 퇴적될 수 있다.Negative anodes, anode current collectors, and conduction enhancers in the barrier layer are sputtered (RF-magnetron, DC and DC pulse magnetron, AC magnetron, diode RF or DC or AC), electron beam evaporation, thermal (resistance) evaporation, plasma enhancement Any one of several deposition methods can be selected and deposited, including chemical vapor deposition, ion beam assisted deposition, cathode arc deposition, electrochemical deposition, spray pyrolysis, and the like.

네가티브 애노드는 금속 리튬, 리튬-이온 애노드, 및 소위 리튬-프리 애노드로 이루어진 그룹에서 선택될 수 있다(예컨대, 여기에 그 전체가 참고 자료로 포함되는 미국 특허 제6,168,884호 참조). 네가티브 애노드의 퇴적 후, 네가티브 애노드의 물리적, 화학적, 및 전기화학적 특성을 향상시키기 위해서 퇴적-후 어닐이 후속될 수 있다. 바람직하게는, 그러한 어닐은 리튬-이온 애노드, 예컨대, Li4Ti5O12에 인가될 수 있지만, 예컨대, 금속 리튬에 인가되지 않으며, 리튬-프리 애노드의 그룹에는 바람직하지 않다.The negative anode can be selected from the group consisting of metal lithium, lithium-ion anode, and so-called lithium-free anode (see, eg, US Pat. No. 6,168,884, which is incorporated herein by reference in its entirety). After deposition of the negative anode, post-deposition anneal may be followed to improve the physical, chemical, and electrochemical properties of the negative anode. Preferably, such annealing can be applied to a lithium-ion anode, such as Li 4 Ti 5 O 12 , but not for example to metallic lithium and is not preferred for the group of lithium-free anodes.

네가티브 애노드의 실제 조성과, 인가된 퇴적-후 어닐의 파라미터는 배리어층 재료의 선택 정보를 제공할 수 있다. 예컨대, 금속 리튬 네가티브 애노드에 대하여 실리콘 기판을 상기 금속 리튬 네가티브 애노드로부터 분리하는 상기 실리콘 기판 상 5000Å Si3N4 배리어 서브층은 배리어층과 금속 리튬 사이의 화학적 비활성이 12Li + Si3N4 = 4Li3N + 3Si의 반응 경로에서 포지티브 반응 앤탈피를 통하여 달성될 수 있는 필요한 배리어층 특성을 제공할 수 있다.The actual composition of the negative anode and the parameters of the post-deposition annealing can provide selection information of the barrier layer material. For example, for a metal lithium negative anode, a 5000 μs Si 3 N 4 barrier sublayer on the silicon substrate that separates the silicon substrate from the metal lithium negative anode has a 12Li + Si 3 N 4 = 4Li chemical inertness between the barrier layer and the metal lithium. It can provide the necessary barrier layer properties that can be achieved through positive reaction enthalpy in the reaction path of 3 N + 3 Si.

예시적인 반대 구성에서, 포지티브 캐소드는 전해질 상에 퇴적될 수 있다. 그리하여, 예컨대 전해질과 포지티브 캐소드 사이의 화학 반응뿐만 아니라 네가티 브 애노드와 전해질 사이의 반응이 피해지는 것이 바람직하기 때문에, 포지티브 캐소드의 잠재적인 퇴적-후 어닐에서 허용된 온도가 제한될 수 있다.In an exemplary reverse configuration, the positive cathode can be deposited on the electrolyte. Thus, for example, because the chemical reaction between the electrolyte and the positive cathode as well as the reaction between the negative anode and the electrolyte is preferably avoided, the temperature allowed in the potential post-deposition annealing of the positive cathode can be limited.

3.2 3.2 애노드Anode 구성 Configuration

"반대 구성"의 예시적인 실시예는 상기에 이미 전술하였다.Exemplary embodiments of "opposite configurations" have already been described above.

전해질의 상부에 전체적으로 네가티브 애노드를 포함하는 실시예의 제조시, 예컨대, 네가티브 애노드와 배리어층 사이에 직접적인 화학적 상호작용이 없을 수 있다.In the manufacture of embodiments that include a negative anode entirely on top of the electrolyte, there may be no direct chemical interaction, for example, between the negative anode and the barrier layer.

전해질의 상부에 부분적으로 네가티브 애노드의 실시예를 제조하는 경우, "통상적 구성"(항목 3.1.1 참조)이 바람직하다. 전해질층 에지 상의 네가티브 애노드의 중첩 영역은 애노드 전류 콜렉터가 존재하는 경우에 대하여 배리어층을 접촉하는 것이 방지될 수 있다(도 7a 참조). 적절하게 구성된 애노드 전류 콜렉터가 없는 경우, 네가티브 애노드를 중첩하는 영역은 배리어층을 접촉할 수 있다(도 7b 참조). 어느 경우든, 네가티브 애노드는 예컨대, 네가티브 애노드가 집적 접촉하는 배리어층 및 그것의 배리어 서브층에 대해 화학적으로 비활성인 것이 바람직한데, 이는 한정된 두께 및 입계 모폴로지로 인하여 애노드 전류 콜렉터가 네가티브 애노드와 배리어층 사이에 적절한 화학적 분리를 제공하지 않을 수 있기 때문이다. 그러한 경우, 네가티브 애노드 재료의 선택이 배리어 서브층 재료의 선택을 결정한다. 이와 관련하여, 네가티브 애노드가 금속 리튬 애노드이고 이 애노드가 Co3O4 배리어 서브층과 접촉하는 경우, 그 Co3O4 배리어 서브층은 사용되지 않을 수 있다. 그렇지 않은 경우, 금속 리튬은 Co3O4 배리어 서브층을 Li2O, CoO, 및 Li(Co)과 Co(Li)의 고용체로 반응적으로 열화시킬 수 있다.When preparing an embodiment of a negative anode partly on top of an electrolyte, a "normal configuration" (see item 3.1.1) is preferred. The overlapping region of the negative anode on the electrolyte layer edge can be prevented from contacting the barrier layer for the presence of an anode current collector (see FIG. 7A). In the absence of a properly configured anode current collector, the region overlapping the negative anode may contact the barrier layer (see FIG. 7B). In either case, the negative anode is preferably chemically inert, for example with respect to the barrier layer and its barrier sublayers in which the negative anode is in integrated contact, which, due to the limited thickness and grain boundary morphology, causes the anode current collector to have a negative anode and barrier layer. This may not provide adequate chemical separation between. In such a case, the choice of negative anode material determines the choice of barrier sublayer material. In this regard, a negative anode is lithium metal and the anode when the anode is in contact with the Co 3 O 4 barrier sub-layer, and Co 3 O 4 barrier sub-layer can not be used. Otherwise, metallic lithium can reactively degrade the Co 3 O 4 barrier sublayer with Li 2 O, CoO, and a solid solution of Li (Co) and Co (Li).

네가티브 애노드 및/또는 그것의 애노드 전류 콜렉터가 배리어층에 접촉하는 경우, 네가티브 애노드 및/또는 그것의 애노드 전류 콜렉터가 1) 절연성 배리어 서브층에 접촉하는지, 또는 2) 전기적 도전성 배리어 서브층에 접촉하는지 여부에 대한 두 경우가 평가될 필요가 있다. 첫 번째 예로서, 금속 리튬 애노드를 사용하는 경우, 이러한 배리어 서브층이 Si3N4와 같은 네가티브 애노드 및/또는 그것의 애노드 전류 콜렉터에 충분히 비활성적일 수 있다. 두 번째 예로서, 접촉하고 있는 도전성 배리어 서브층이 네가티브 애노드 및/또는 그것의 애노드 전류 콜렉터에 대해 화학적으로 비활성인 것에 부가하여, 예컨대, 더욱 정교한 배리어 서브층 접근이 예컨대, 금속 기판, 및 도핑 및 비도핑 실리콘 기판과 같은 도전성 기판에 대하여 이용될 수 있다(도 4a-4c 참조). 폴리머 기판 및 두 번째 예를 절연시키기 위해서는, 전지의 포지티브 부분과 네가티브 부분이 전기적 도전성 배리어 서브층을 통하여 단락되지 않도록 비-연속적인 도전성 배리어 서브층을 사용하는 것이 충분하다.If the negative anode and / or its anode current collector contacts the barrier layer, whether the negative anode and / or its anode current collector contacts 1) the insulating barrier sublayer, or 2) the electrically conductive barrier sublayer. Two cases on whether or not need to be evaluated. As a first example, when using a metal lithium anode, this barrier sublayer may be sufficiently inert to negative anodes such as Si 3 N 4 and / or its anode current collectors. As a second example, in addition to that the conductive barrier sublayer being in contact is chemically inactive with respect to the negative anode and / or its anode current collector, for example, more sophisticated barrier sublayer accesses are for example metal substrates, and doping and It can be used for conductive substrates such as undoped silicon substrates (see FIGS. 4A-4C). To insulate the polymer substrate and the second example, it is sufficient to use a non-continuous conductive barrier sublayer so that the positive and negative portions of the cell are not shorted through the electrically conductive barrier sublayer.

예컨대, 1㎛ 두께 ZrN 배리어 서브층은 금속 리튬 네가티브 애노드가 이 ZrN 배리어 서브층과 접촉하고, 전지의 포지티브 부분과 공유되지 않아야 하고, 대신에 전지의 포지티브 부분이 Si3N4와 같은 절연 배리어 서브층 상에 위치될 수 있는 실시예에 대하여, 비교적 간단하고 효과적이다. 이러한 후자의 예시적 실시예의 하 나의 장점은, ZrN 배리어 서브층이 또한 네가티브 금속 리튬 애노드를 위한 애노드 전류 콜렉터로서도 작용할 수 있다는 것이다(도 8 참조).For example, a 1 μm thick ZrN barrier sublayer has a metal lithium negative anode in contact with this ZrN barrier sublayer and should not be shared with the positive portion of the cell, instead the positive portion of the cell is an insulating barrier sub such as Si 3 N 4. For embodiments that can be located on a layer, it is relatively simple and effective. One advantage of this latter exemplary embodiment is that the ZrN barrier sublayer can also act as an anode current collector for negative metal lithium anodes (see FIG. 8).

애노드 전류 콜렉터는 비활성 금속, 비활성 합금, 또는 비활성 질화물을 포함할 수 있어서, 배리어층 또는 네가티브 애노드와 반응하기 쉽지 않을 수 있다. 애노드 전류 콜렉터는 포지티브 캐소드 및/또는 캐소드 전류 콜렉터가 또한 전기 접촉하는 도전성 배리어 서브층과 전기적 접촉을 하지 않는 것이 바람직하다. 그렇지 않은 경우, 전지는 단락 상태가 될 수 있다.The anode current collector may comprise an inert metal, an inert alloy, or an inert nitride, so it may not be easy to react with the barrier layer or negative anode. The anode current collector is preferably not in electrical contact with the conductive barrier sublayer to which the positive cathode and / or cathode current collector is also in electrical contact. Otherwise, the battery may be shorted.

3.3 전기화학적 활성 셀과 전기 접촉하는 기판3.3 Substrate in electrical contact with an electrochemically active cell

기판과 포지티브 캐소드 또는 네가티브 애노드 사이에 반응이 없는 예시적 실시예에서, 이들 전극을 갖는 기판은 직접적으로 전기 접촉되거나, 전류 콜렉터를 통하여 간접적으로 전기 접촉될 수 있다. 하지만, 금속 기판, 도핑 또는 비도핑 실리콘 웨이퍼, 또는 금속화된 폴리머 기판과 같은 도전성 기판의 경우, 예컨대, 이들 전극 중 하나만 기판과의 전기적 접촉이 허용되는데, 이는 그렇지 않은 경우 전기화학적 활성 셀이 단락되거나 강한 전류 누설이 도입될 수 있기 때문이다. 이러한 예시적 접근은 예컨대, 전기화학 장치의 두 단자의 하나로서 도전성 기판을 편리하게 사용하는 장점을 갖는다(도 9 참조)In an exemplary embodiment where there is no reaction between the substrate and the positive cathode or negative anode, the substrate with these electrodes may be in direct electrical contact or indirectly through a current collector. However, in the case of conductive substrates such as metal substrates, doped or undoped silicon wafers, or metallized polymer substrates, for example, only one of these electrodes is allowed for electrical contact with the substrate, otherwise the electrochemically active cell is shorted. Or strong current leakage may be introduced. This exemplary approach has the advantage of conveniently using a conductive substrate, for example as one of two terminals of an electrochemical device (see FIG. 9).

3.4 양면 전기화학 장치3.4 double-sided electrochemical devices

본 발명은 전기화학 장치가 기판의 각 측에 적어도 하나의 전기화학적 활성 셀을 갖는 실시예를 포함할 수 있다. 예컨대, 실시예의 제조는 예컨대, 동시에 기판의 양측에 퇴적될 수도 있는 다음의 전지 구성요소 층의 제조로 진행하기 이전에 동시에 기판의 양측에 퇴적시킬 수 있는 장비를 사용하여 기판의 양측에서, 각각의 전기화학적 활성 셀이 포지티브 캐소드와 같은 주어진 전기화학적 활성 셀 구성요소 층에 의해 퇴적되는 것을 포함한다.The invention may include embodiments in which the electrochemical device has at least one electrochemically active cell on each side of the substrate. For example, fabrication of an embodiment may be performed on each side of the substrate using equipment that can be deposited on both sides of the substrate at the same time, for example, prior to proceeding to fabrication of the next cell component layer that may be deposited on both sides of the substrate at the same time. Electrochemically active cells are deposited by a given layer of electrochemically active cell components, such as a positive cathode.

전지 구성요소 층의 잠재적인 순차적 제조 프로세스는 예컨대, 단면 전기화학 장치에서와 동일한 방식으로 행해질 수 있다. 기판의 양측에 다음 층을 퇴적하기 이전에 기판의 양측에서의 층 완료의 이 예시적 접근의 결과로서, 잠재적인 퇴적-후 어닐은 그러한 퇴적-후 어닐이 가해지지 않아야 하는 기판의 다른 측에 있는 층에는 가해지지 않을 수 있다.Potential sequential fabrication processes of the cell component layer can be done, for example, in the same manner as in cross-sectional electrochemical devices. As a result of this exemplary approach of layer completion on both sides of the substrate prior to depositing the next layer on both sides of the substrate, the potential post-deposition annealing is on the other side of the substrate where such post-deposition annealing should not be applied. It may not be applied to the layer.

다른 예시적 접근이, 기판의 제 2 측에 있는 제 2 의 전기화학적 활성 셀 또는 기판의 제 1 측 또는 제 2 측에 있는 임의의 추가의 전기화학적 활성 셀 제조의 부분적 완료 이전에 기판의 제 1 측에 있는 제 1 의 전기화학적 활성 셀을 부분적으로 완료시키기 위해 존재할 수 있다. 이러한 접근은 예컨대, 이용가능한 퇴적 장비가 양면 퇴적을 동시에 허용하지 않는 경우 채용될 수 있다. 예컨대, 캐소드 전류 콜렉터를 포함하는 기판의 제 1 측에의 퇴적과 그 후의 포지티브 캐소드 층은 기판의 제 2 측에의 캐소드 전류 콜렉터 및 포지티브 캐소드 층의 퇴적 이전에 달성될 수 있다. 이 단계 후에, 퇴적-후 어닐이 전해질-애노드 전류 콜렉터-애노드의 제조 순서를 이용하여 기판의 제 1 측에서의 전기화학적 활성 셀의 제조에 계속하기 이전에 이 기판상의 부분 완료된 전기화학적 활성 셀에 동시에 적용될 수 있 다. 이어서, 기판의 양측이 기판의 양측 상의 열 감응형 폴리머 적층물로 동시에 캡슐화되기 이전에, 또는 동시에 또는 순차적으로 적용될 수 있는 박막 인캡슐레이션 이전에, 동일한 제조 순서가 기판의 제 2 측에 적용될 수 있다.Another exemplary approach is to obtain a second electrochemically active cell on the second side of the substrate or a first completion of the substrate prior to the partial completion of any further electrochemically active cell manufacture on the first or second side of the substrate. May be present to partially complete the first electrochemically active cell on the side. This approach can be employed, for example, if the available deposition equipment does not allow for double sided deposition at the same time. For example, deposition on the first side of the substrate including the cathode current collector and subsequent positive cathode layer may be achieved prior to deposition of the cathode current collector and the positive cathode layer on the second side of the substrate. After this step, the post-deposition annealing is applied simultaneously to the partially completed electrochemically active cell on this substrate before continuing with the manufacture of the electrochemically active cell on the first side of the substrate using the manufacturing sequence of the electrolyte-anode current collector-anode. Can be. The same manufacturing sequence can then be applied to the second side of the substrate before both sides of the substrate are simultaneously encapsulated with a thermally sensitive polymer stack on both sides of the substrate, or prior to thin film encapsulation that can be applied simultaneously or sequentially. have.

포지티브 캐소드 및/또는 네가티브 애노드의 잠재적인 퇴적-후 어닐의 실제 조건에 따라서, 기판의 제 1 측에서의 제 1 의 전기화학적 활성 셀의 제조가 기판의 제 2 측에서의 제 2 의 전기화학적 활성 셀의 제조 개시 이전에 완료될 수 있는 제 3 의 접근이 가능하다.Depending on the actual conditions of potential post-deposition annealing of the positive cathode and / or negative anode, the preparation of the first electrochemically active cell on the first side of the substrate starts the preparation of the second electrochemically active cell on the second side of the substrate. A third approach is possible which can be completed previously.

3.5 보호 인캡슐레이션 및 보호 3.5 Protection Encapsulation and Protection 인케이싱Encasing 설계 design

본 발명의 목적을 위해, "보호 인케이싱"을 예컨대, 전기화학 장치를 내부에 포함할 수 있는 파우치(pouch) 또는 기밀(氣密)하게 밀봉된 금속과 같은 보호 인클로저(enclosure)로서 규정하며, 특정 실시예에서 장치를 완전히 둘러싸고 그리고/또는 전체적으로 포함할 수 있다. "보호 인캡슐에이션"은 예컨대, 전기화학 장치 또는 전기 화학 장치의 하나 이상의 주어진 개별적인 전기화학적 활성 셀을 덮는 캡(cap)인 보호물로서 규정한다. 캡(cap)은 예컨대, 다음의 전기화학적 활성 셀에 이용가능한 기판 영역 또는 전기화학 장치의 임의의 적합한 기판 영역에 부착될 수 있다.For the purposes of the present invention, “protective encasing” is defined as a protective enclosure such as, for example, a pouch or hermetically sealed metal that may contain an electrochemical device therein, In certain embodiments, the device may be completely enclosed and / or encompassed entirely. “Protective encapsulation” is defined as a shield, eg, a cap that covers an electrochemical device or one or more given individual electrochemically active cells of an electrochemical device. The cap may be attached to any suitable substrate region of the electrochemical device or substrate region available for the next electrochemically active cell, for example.

본 발명의 전기화학 장치가 주변 환경에서 구동되기 이전에, 예컨대, 주어진 주변 분위기 내에 존재할 수 있으며, 해롭게 반응하거나 전기화학 장치를 열화시킬 수 있는 임의의 반응성 화학물질로부터 그 전기화학 장치를 보호하는 것이 바람직 하다. 예컨대, 주변 환경이 공기이면, 본 발명의 전기화학 장치는 O2 또는 CO2와 같은 다른 반응성 화학물질중에서도 바람직하게는 습기로부터 보호될 수 있다(여기에 그 전체가 참고 자료로 포함되는 미국 특허 제6,916,679호 참조). 본 발명의 전기화학 장치, 예컨대, 레이저 용접 스테인리스강 캔이나 진공 금속 또는 유리 튜브 또는 용기와 같이 전기 공급 통로를 갖는 기밀하게 밀봉된 금속 내부를 이들 외부의 화학적 인자로부터 보호할 수 있다. 하지만, 그러한 유형의 보호 인케이싱의 치수는 에너지 운반 포지티브 캐소드를 제외하는 그 구성요소가 그들 두께에 대하여 최소화될 수 있는 전기화학 장치에 지나친 비활성 체적 및 중량을 부가할 수 있다. 이러한 최소화 전략은, 단순한 존재로 인해 전기화학적 활성 셀의 파워, 에너지 및 커패시티 밀도를 항상 저감하고, 그리하여 전기화학 장치의 파워, 에너지 및 커패시티 밀도를 항상 저감하는, 기판 및 임의의 보호 인케이싱 또는 보호 인캡슐레이션과 같은 전기화학 장치의 비활성 구성요소의 두께에 대하여 특히 유용하다.Before the electrochemical device of the present invention is run in an ambient environment, it is for example to protect the electrochemical device from any reactive chemicals that may be present within a given ambient atmosphere and that may react detrimentally or degrade the electrochemical device. desirable. For example, if the ambient environment is air, the electrochemical device of the present invention may preferably be protected from moisture, among other reactive chemicals such as O 2 or CO 2 (see US Patent No., which is hereby incorporated by reference in its entirety). 6,916,679). Electrochemical devices of the invention, such as laser welded stainless steel cans or vacuum metal or glass tightly sealed metal interiors with electrical supply passageways, such as containers, can be protected from these external chemical factors. However, the dimensions of such types of protective encasing can add excessive inert volume and weight to electrochemical devices whose components, except for energy carrying positive cathodes, can be minimized for their thickness. This minimization strategy, because of its simple presence, always reduces the power, energy and capacity density of the electrochemically active cell, and thus the substrate and any protective encasing, which always reduces the power, energy and capacity density of the electrochemical device. Or particularly useful for the thickness of inactive components of electrochemical devices such as protective encapsulation.

전술한 이유로 인하여, 보호 인캡슐레이션 또는 보호 인케이싱은 바람직하게는 전기화학 장치가 구동하는 주변 환경 내에 존재하는 각종 화학물질로부터 전기화학 장치를 보호할 수 있으면서 가능한 한 얇아야한다. 이들 화학물질로부터의 보호는 전기화학 장치가 그 수명 동안 직면할 수 있는 상기 화학물질에의 노출 시간 및 온도를 포함하는 모두를 함축적으로 포함한다. 하지만, 제조 비용 및 성능과 관련하여 전지화학 장치의 최적 파라미터를 확립하는 것은 전기화학 장치 제조자의 단독 판단이다. 이와 관련하여, 그 제조 후 며칠 동안만 구동될 수 있는 전 기화학 장치는 예컨대, 수년 동안 구동되도록 설계될 수 있는 전기화학 장치보다는 예컨대, 잠재적으로 더 저렴하고 덜 정밀한 보호 인캡슐레이션 또는 보호 인케이싱이 적용될 수도 있다.For the reasons mentioned above, the protective encapsulation or protective casing should preferably be as thin as possible while protecting the electrochemical device from various chemicals present in the surrounding environment in which the electrochemical device is driven. Protection from these chemicals implicitly includes all, including the time and temperature of exposure to the chemical that the electrochemical device may face during its lifetime. However, it is the sole judgment of the electrochemical device manufacturer to establish optimal parameters for the electrochemical device in terms of manufacturing cost and performance. In this regard, electrochemical devices that can only be driven for a few days after their manufacture are, for example, potentially cheaper and less precise protection encapsulation or protection encapsulation than, for example, electrochemical devices that can be designed to run for years. This may apply.

보호 인캡슐레이션 및 보호 인케이싱은 둘다 전기화학 장치의 단자에 대한 외부 접속을 허용해야 한다. 이러한 외부 접속은 예컨대, 이하의 세 가지 주요 공학적 설계 중 하나를 채택하여 달성될 수 있다. 첫째, 기판 및/또는 보호 인캡슐레이션은 직접적인 외부 접촉이 이루어질 수 있는 단자로서 기능할 수 있다(예컨대, 도 3b에서 기판(300)이 포지티브 단자로서 작용하는 것을 참조). 둘째, 단자는 보호 인캡슐레이션의 기밀하게 밀봉된 에지 하부에 달하고 접촉이 이루어지는 상기 보호 인캡슐레이션의 외부로 더 연장할 수 있다(예컨대, 도 4a의 층(430 및 480) 참조). 유사하게, 단자는 기밀하게 밀봉된 출구 또는 보호 인케이싱의 개구를 통하여 달하고, 접촉이 이루어질 수 있는 보호 인케이싱의 외측으로 더 연장할 수 있다(예컨대, 사방정계 Li-이온 벌크 전지 기술 참조). 셋째, 전기 화학 장치 내부 단자에의 직접 외부 접속을 허용하는 개구가 보호 인캡슐레이션 또는 보호 인케이싱에 제공될 수 있지만, 감응부, 예컨대, 습기 감응형 전해질은 주변 환경 예컨대, 수분 함유 공기로부터 단자 또는 그것의 인접 전류 콜렉터의 두께만큼 분리될 수 있다.Both protective encapsulation and protective encapsulation must allow external connection to the terminals of the electrochemical device. This external connection can be achieved, for example, by adopting one of the following three major engineering designs. First, the substrate and / or protective encapsulation can function as a terminal through which direct external contact can be made (see, for example, the substrate 300 acting as a positive terminal in FIG. 3B). Secondly, the terminal may extend further out of the protective encapsulation that is under the hermetically sealed edge of the protective encapsulation and is in contact (see, eg, layers 430 and 480 of FIG. 4A). Similarly, the terminals may reach through the hermetically sealed outlet or the opening of the protective encasing and may extend further out of the protective encasing where contact may be made (see eg, tetragonal Li-ion bulk cell technology). Third, an opening may be provided in the protective encapsulation or the protective encapsulation allowing direct external connection to the internal terminal of the electrochemical device, but the sensitive portion, eg, the moisture sensitive electrolyte, may be connected to the terminal from the surrounding environment such as moisture-containing air. Or by the thickness of its adjacent current collector.

본 발명의 전기화학 장치의 유용한 성능 파라미터를 나타내는 향상된 수명을 위해, 특히 상기 제 3 설계의 상기 개구가 전해질 영역 근처에 위치되는 경우, 전해질이 예컨대, 도 10에 개략적으로 나타낸 바와 같은 습기 보호층에 의한 부가적 보호를 받는 것을 보장할 수 있다.For improved service life, which represents a useful performance parameter of the inventive electrochemical device, in particular when the opening of the third design is located near the electrolyte region, the electrolyte is for example in a moisture protective layer as schematically shown in FIG. It can be guaranteed to receive additional protection.

3.6 전류 3.6 Current 콜렉터Collector 및 단자 And terminals

LiCoO2 포지티브 캐소드 또는 Li4Ti5O12 네가티브 애노드와 같이 전기적으로 덜 도전성인 전극 재료는 전자 및 이온 경로의 z-파라미터(두께)가 최소로 유지되는 경우 달성될 수 있는 전극 내부의 이온 확산 경로를 최소화할 뿐만 아니라, 그 전극의 전기 저항을 작게 유지하기 위하여, 예컨대, Au 또는 Ni와 같이 우수한 도전성의 비활성 후면측 컨택(backside contact)(전류 콜렉터)을 필요로 할 수 있다. 이러한 원리는 전극이 바람직하게는 평탄하거나 얇게 구축되는 경우(z-파라미터), 즉, 두께(z-파라미터)에 비하여 최대화된 길이 치수(x-파라미터) 및 폭 치수(y-파라미터)를 갖는 대부분의 전지에서 구현된다. 일부 전극은 전자적 및 이온적으로 양호한 전기 전도체이며, 전술한 이유로 인하여 전류 콜렉터를 필요로 하지 않을 것이다. 하지만, 그러한 전극들은 네가티브 금속 Li 애노드와 같이 화학적으로 매우 반응적이어서, 네가티브 Li 금속 애노드 경우에서의 Ni와 같은 적합한 비활성 "브릿지(bridge)"에 의해 네가티브 단자와 같은 다른 전지 부분으로부터 분리되는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 "브릿지"는, 열악한 도전성 전극 경우에서의 전 영역(full-area) 후면측 컨택과 대조적으로, 반응성의 우수한 도전성 전극과 일 코너 또는 일 에지에서만 접촉할 수 있다. 브릿지는 반응성 전극과 그것의 단자 사이의 비활성 매체로서 작용하며, 전류 콜렉터 특성을 제공하며, 그리하여 "전류 콜 렉터"로도 칭해질 수 있다.Less electrically conductive electrode materials, such as LiCoO 2 positive cathodes or Li 4 Ti 5 O 12 negative anodes, are ion diffusion paths inside the electrode that can be achieved if the z-parameters (thickness) of the electron and ion paths are kept to a minimum. In addition to minimizing the electrical resistance of the electrode, it may be necessary to have a good conductive inactive backside contact (current collector) such as, for example, Au or Ni. This principle is most often when the electrodes are preferably flat or thin (z-parameters), i.e., with maximized length dimensions (x-parameters) and width dimensions (y-parameters) relative to thickness (z-parameters). It is implemented in the battery of. Some electrodes are electronically and ionically good electrical conductors and will not require a current collector for the reasons mentioned above. However, such electrodes are chemically very reactive, such as negative metal Li anodes, so that they are separated from other cell parts, such as negative terminals, by a suitable inert "bridge" such as Ni in the case of negative Li metal anodes. can do. Such "bridges" can only contact one responsive conductive electrode at one corner or one edge, as opposed to full-area backside contacts in the case of poor conductive electrodes. The bridge acts as an inert medium between the reactive electrode and its terminals and provides current collector characteristics, and thus may also be referred to as a "current collector".

일 실시예에서, 본 발명의 전기화학 장치의 단자는 연장된 전류 콜렉터일 수 있고, 그리하여 전극과 접촉하는 동일한 재료로 제조될 수 있다. 하지만, 박막 전지에 사용된 전류 콜렉터는 매우 얇고 기계적으로 조밀할 수 있어서, 예컨대, 외부 접촉, 기계적인(예컨대, 클리핑(clipping)), 납땜 또는 스팟(spot) 용접은 바람직한 영구적 전기 컨택을 형성하지 않을 수 있다. 예컨대, 두껍고 그리고/또는 다공성의 우수한 도전성 재료를, 예컨대, 기계적이거나, 납땜 되거나, 또는 스팟 용접된 외부 전기 컨택이 달성될 수 있는 "단자"라 칭하는 영역인 전류 콜렉터의 단부에 부가하여 전류 콜렉터의 접촉 특성을 개선하는 것이 바람직할 수 있다. 이와 관련하여, 스크린(screen)-인쇄된 약 5-15㎛ 두께의 상당히 다공성인 은 및 은 합금은 상기 스크린 인쇄된 재료가 전기화학적 활성 셀의 제조, 구동 또는 저장 동안의 임의의 시점에서 그 셀 또는 셀들을 화학적으로 오염시키지 않으면서 캐소드 또는 애노드 전류 콜렉터가 그와 양호한 전기적 접촉을 할 수 있는 방식으로, 인쇄된 단자로서 성공적으로 채택되었다.In one embodiment, the terminal of the electrochemical device of the present invention may be an extended current collector and thus be made of the same material in contact with the electrode. However, current collectors used in thin film cells can be very thin and mechanically dense, such that external contact, mechanical (eg, clipping), soldering or spot welding does not form the desired permanent electrical contact. You may not. For example, a thick and / or porous good conductive material may be added to the end of the current collector in addition to the end of the current collector, which is a region called " terminal " in which mechanical, soldered, or spot welded external electrical contacts can be achieved. It may be desirable to improve contact properties. In this regard, screen-printed, highly porous silver and silver alloys of about 5-15 μm thickness may be used to produce the screen-printed material at any point during the manufacture, operation, or storage of an electrochemically active cell. Or it has been successfully adopted as a printed terminal in such a way that the cathode or anode current collector can make good electrical contact with it without chemically contaminating the cells.

본 발명의 실시예 및 구현예를 도면을 참조하여 기술한다.Embodiments and embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

도 1은 전기화학 장치의 일 실시예를 도시한다. 기판 부분(100)은 예컨대, 배리어 서브층(111-114)으로 구성된 배리어층(110)을 통하여 전지 부분(120)으로부터 화학적으로 분리될 수 있다. 전지 구성요소 층(121-125)이 설치된다. 포지티브 전지 단자(126) 및 네가티브 전지 단자(127)가 추가로 설치된다.1 illustrates one embodiment of an electrochemical device. The substrate portion 100 may be chemically separated from the battery portion 120 via, for example, a barrier layer 110 composed of barrier sublayers 111-114. Battery component layers 121-125 are installed. Positive battery terminal 126 and negative battery terminal 127 are further provided.

도 2는 예시적인 배리어 서브층인 1000Å MoSi2(211)와, 3000Å WC(212)와, 4000Å Si3N4(213)과, 5000Å ZrN(214)으로 구성된 배리어층(210)의 예시적인 일 실시예를 도시한다. 도시된 바와 같이, 이들 서브층의 면적 치수는 전기화학적 활성 셀의 포지티브 부분(214, 220, 230 및 240)과 네가티브 부분(260, 270 및 280) 사이의 바람직한 전기적 분리를 여전히 달성하면서, 예컨대, 서로 매우 상이할 수 있다. 캐소드 전류 콜렉터, 포지티브 단자, 및 포지티브 캐소드는 아이템(220, 230 및 240)으로 각각 나타낸다. 전기화학적 활성 셀의 포지티브 부분은 적어도 포지티브 캐소드, 캐소드 전류 콜렉터 및 포지티브 단자를 포함할 수 있다. 캐소드 전류 콜렉터은 단독으로 포지티브 단자로 작용할 수 있다. 네가티브 애노드, 애노드 전류 콜렉터 및 네가티브 단자는 260, 270 및 280으로 각각 나타낸다. 전기화학적 활성 셀은 적어도 네가티브 애노드, 애노드 전류 콜렉터 및 네가티브 단자를 포함할 수 있다. 연장된 애노드 콜렉터는 또한 (1) 네가티브 단자; (2) 애노드; 및 (3) 애노드 전류 콜렉터, 애노드 및 네가티브 단자로 작용할 수도 있다. 전해질(250)은 예컨대, 전기화학적 활성 셀의 네가티브 부분으로부터 포지티브 부분을 전기화학적으로 분리할 수 있다. 이러한 특정 경우에서, 전기화학적 활성 셀은 예컨대, 네가티브 단자(280)에 접속하기 위한 개구(291)를 갖는 인캡슐레이션(290)에 의해서 보호될 수 있다. 이러한 캡슐화된(encapsulated) 전기화학적 활성 셀은 전기화학 장치를 함께 형성하는 기판(200) 상에 제조될 수 있다.2 shows an exemplary barrier layer 210 comprised of an exemplary barrier sublayer 1000 ns MoSi 2 211, 3000 ns WC 212, 4000 ns Si 3 N 4 213, and 5000 ns ZrN 214. An example is shown. As shown, the area dimensions of these sublayers, for example, still achieve desirable electrical separation between the positive portions 214, 220, 230, and 240 and the negative portions 260, 270, and 280 of the electrochemically active cell, for example, It can be very different from each other. The cathode current collector, the positive terminal, and the positive cathode are represented by items 220, 230, and 240, respectively. The positive portion of the electrochemically active cell may comprise at least a positive cathode, a cathode current collector and a positive terminal. The cathode current collector can act alone as a positive terminal. The negative anode, anode current collector and negative terminal are represented by 260, 270 and 280, respectively. The electrochemically active cell may comprise at least a negative anode, an anode current collector and a negative terminal. The extended anode collector also includes (1) a negative terminal; (2) an anode; And (3) act as anode current collector, anode and negative terminal. Electrolyte 250 may, for example, electrochemically separate the positive portion from the negative portion of the electrochemically active cell. In this particular case, the electrochemically active cell may be protected, for example, by encapsulation 290 having an opening 291 for connecting to negative terminal 280. Such encapsulated electrochemically active cells can be fabricated on a substrate 200 that together form an electrochemical device.

도 3a는 전기화학적 활성 셀의 포지티브 부분과 네가티브 부분 사이의 전기 적 분리가 전해질(350) 상부 전체에 네가티브 부분을 제조하여 달성될 수 있는 일 실시예에서, 예컨대, 전기적 도전성일 수 있는 제 1 배리어 서브층(311)과 제 2 배리어 서브층(312)을 포함하는 배리어층(310)의 예시적 실시예를 도시한다. 포지티브 부분은 예컨대, 제 2 배리어 서브층(312), 캐소드 전류 콜렉터(320), 포지티브 단자(330) 및 포지티브 캐소드(340)를 구성할 수 있다. 설치된 제 1 배리어층(311)이 전기적으로 도전성인 경우, 포지티브 부분은 제 1 배리어층(311)을 부가적으로 구성할 수 있다. 전기적 도전성 제 1 배리어층(311)에 관련하여, 기판(300)이 전기적 도전성인 경우, 예컨대 금속성인 실시예의 경우, 이러한 기판은 포지티브 부분의 일부가 될 수도 있다. 네가티브 부분은 네가티브 애노드(360), 애노드 전류 콜렉터(370), 및 네가티브 단자(380)를 구성할 수 있다. 이러한 특정 예에서, 전기화학적 활성 셀은 네가티브 단자(380)에 접속하기 위한 개구(391)를 갖는 인캡슐레이션(390)에 의해서 보호될 수 있다.FIG. 3A illustrates a first barrier in which an electrical separation between the positive and negative portions of an electrochemically active cell can be achieved by making a negative portion throughout the electrolyte 350 top, eg, electrically conductive. An example embodiment of a barrier layer 310 is shown that includes a sublayer 311 and a second barrier sublayer 312. The positive portion may constitute, for example, the second barrier sublayer 312, the cathode current collector 320, the positive terminal 330, and the positive cathode 340. When the provided first barrier layer 311 is electrically conductive, the positive portion may additionally constitute the first barrier layer 311. With respect to the electrically conductive first barrier layer 311, when the substrate 300 is electrically conductive, for example in a metallic embodiment, such a substrate may be part of the positive portion. The negative portion may constitute the negative anode 360, the anode current collector 370, and the negative terminal 380. In this particular example, the electrochemically active cell may be protected by an encapsulation 390 having an opening 391 for connecting to the negative terminal 380.

도 3b는 전기화학적 활성 셀의 포지티브 부분과 네가티브 부분 사이의 전기적 분리가 전해질(350)의 전체 상부에 네가티브 부분을 제조하여 달성될 수 있고, 캐소드 전류 콜렉터(320), 포지티브 단자(330) 및 포지티브 캐소드(340)가 예컨대, 제 2 배리어 서브층(312)을 통하여 금속 기판(300)에 전기 접속하는 경우의 일 실시예에서, 예컨대, 전기적 도전성일 수 있는 제 1 배리어 서브층(311) 및 제 2 배리어 서브층(312)을 포함하는 배리어층(310)의 예시적 실시예를 도시한다. 이러한 구성에서, 금속 기판(300)은 포지티브 단자로서 작용할 수 있다. 포지티브 부분은 금속 기판(300), 제 2 배리어 서브층(312), 캐소드 전류 콜렉터(320), 포지티브 단 자(330) 및 포지티브 캐소드(340)를 구성할 수 있다. 제 1 배리어층(311)이 전기적 도전성인 실시예에서, 포지티브 부분은 제 1 배리어층(311)을 부가적으로 포함할 수 있다. 네가티브 부분은 네가티브 애노드(360), 애노드 전류 콜렉터(370), 및 네가티브 단자(380)를 포함할 수 있다. 이러한 특정 예에서, 전기화학적 활성 셀은 네가티브 단자(380)에 접속하기 위한 개구(391)를 갖는 인캡슐레이션(390)에 의해서 보호될 수 있다.3B shows that electrical separation between the positive and negative portions of the electrochemically active cell can be achieved by fabricating negative portions over the entirety of the electrolyte 350, the cathode current collector 320, the positive terminal 330 and the positive portions. In one embodiment where the cathode 340 is electrically connected to the metal substrate 300 via, for example, the second barrier sublayer 312, the first barrier sublayer 311 and the first, which may be electrically conductive, for example An exemplary embodiment of a barrier layer 310 including two barrier sublayers 312 is shown. In this configuration, the metal substrate 300 can act as a positive terminal. The positive portion may constitute the metal substrate 300, the second barrier sublayer 312, the cathode current collector 320, the positive terminal 330, and the positive cathode 340. In embodiments where the first barrier layer 311 is electrically conductive, the positive portion may additionally include the first barrier layer 311. The negative portion may include negative anode 360, anode current collector 370, and negative terminal 380. In this particular example, the electrochemically active cell may be protected by an encapsulation 390 having an opening 391 for connecting to the negative terminal 380.

도 3c는 전기화학적 활성 셀의 포지티브 부분과 네가티브 부분 사이의 전기적 분리가 전해질(350)의 전체 상부에 포지티브 부분을 제조하여 달성될 수 있고, 애노드 전류 콜렉터(370), 네가티브 단자(380) 및 네가티브 애노드가 예컨대, 제 2 배리어층(312)을 통하여 금속 기판(300)에 전기 접속하는 경우의 일 실시예에서, 예컨대, 전기적 도전성일 수 있는 제 1 배리어 서브층(311) 및 제 2 배리어 서브층(312)을 포함하는 배리어층(310)의 예시적 실시예를 도시한다. 이러한 구성에서, 기판(300)은 예컨대, 포지티브 단자로서도 작용할 수 있다. 포지티브 부분은 캐소드 전류 콜렉터(320), 포지티브 단자(330) 및 포지티브 캐소드(340)를 구성할 수 있다. 네가티브 부분은 금속 기판(300), 제 2 배리어 서브층(312), 네가티브 애노드(360), 애노드 전류 콜렉터(370) 및 네가티브 단자(380)를 구성할 수 있다. 제 1 배리어층(311)도 전기적 도전성인 경우, 네가티브 부분은 이러한 제 1 배리어층(311)을 부가적으로 구성할 수 있다. 이러한 특정 예에서, 전기화학적 활성 셀은 포지티브 단자(330)에 접속하기 위한 개구(391)를 갖는 인캡슐레이션(390)에 의해서 보호될 수 있다.3C shows that electrical separation between the positive and negative portions of the electrochemically active cell can be achieved by fabricating the positive portion over the entirety of the electrolyte 350, with the anode current collector 370, negative terminal 380 and negative In one embodiment where the anode is electrically connected to the metal substrate 300, for example, via the second barrier layer 312, the first barrier sublayer 311 and the second barrier sublayer, which may be electrically conductive, for example. An example embodiment of a barrier layer 310 including 312 is shown. In such a configuration, the substrate 300 may also serve as a positive terminal, for example. The positive portion may constitute the cathode current collector 320, the positive terminal 330, and the positive cathode 340. The negative portion may constitute the metal substrate 300, the second barrier sublayer 312, the negative anode 360, the anode current collector 370, and the negative terminal 380. If the first barrier layer 311 is also electrically conductive, the negative portion may additionally constitute such a first barrier layer 311. In this particular example, the electrochemically active cell can be protected by an encapsulation 390 having an opening 391 for connecting to the positive terminal 330.

도 4a는 전기화학적 활성 셀의 포지티브 부분과 네가티브 부분 사이의 전기적 분리가 전해질(450)의 상부 전체에의 네가티브 부분의 제조를 통하여 행해지지 않을 수 있는 경우에 대하여, 전기적 도전성 배리어 서브층을 포함하는 배리어층(410)의 예시적 실시예를 도시한다. 전해질(450)과 함께, 전기적으로 절연성인 제 2 배리어층(412)은 예컨대, 전기화학적 활성 셀의 네가티브 부분으로부터 포지티브 부분을 분리할 수 있다. 포지티브 부분은 캐소드 전류 콜렉터(420), 포지티브 단자(430) 및 포지티브 캐소드(440)를 구성할 수 있다. 제 3 배리어 서브층(413)이 전기적으로 도전성인 경우, 그것은 예컨대 포지티브 부분의 일 부재가 될 수도 있다. 제 1 배리어 서브층(411)은 전기적으로 절연성이거나 도전성일 수 있다. 후자의 경우, 그것은 네가티브 부분 자체의 일 부재가 되면서, 기판(400)을 네가티브 부분의 일 부재로 만들 수도 있다. 부가적으로, 네가티브 부분은 네가티브 애노드(460), 애노드 전류 콜렉터(470), 및 네가티브 단자(480)를 구성할 수 있다. 이러한 구성에서 금속 기판은 또한 네가티브 단자로서 작용할 수 있다. 마지막으로, 전기화학적 활성 셀은 인캡슐레이션(490)에 의해서 보호될 수 있다.4A includes an electrically conductive barrier sublayer for the case where electrical separation between the positive and negative portions of the electrochemically active cell may not be done through the manufacture of the negative portion throughout the top of the electrolyte 450. An exemplary embodiment of the barrier layer 410 is shown. In conjunction with the electrolyte 450, an electrically insulating second barrier layer 412 may separate the positive portion from, for example, the negative portion of the electrochemically active cell. The positive portion may constitute the cathode current collector 420, the positive terminal 430, and the positive cathode 440. If the third barrier sublayer 413 is electrically conductive it may be, for example, a member of the positive portion. The first barrier sublayer 411 can be electrically insulating or conductive. In the latter case, it may be one member of the negative portion itself, making the substrate 400 one member of the negative portion. Additionally, the negative portion may constitute negative anode 460, anode current collector 470, and negative terminal 480. In this configuration the metal substrate can also serve as a negative terminal. Finally, the electrochemically active cell can be protected by encapsulation 490.

도 4b는 전기화학적 활성 셀의 포지티브 부분과 네가티브 부분 사이의 전기적 분리가 전해질(450)의 상부 전체에의 네가티브 부분의 제조를 통하여 행해지지 않을 수 있는 경우에 대하여, 전기적 도전성 배리어 서브층을 포함하는 배리어층(410)의 다른 예시적 실시예를 도시한다. 전해질(450)과 함께, 전기적으로 절연성인 제 2 배리어층(412)은 예컨대, 전기화학적 활성 셀의 네가티브 부분으로부터 포지티브 부분을 분리할 수 있다. 포지티브 부분은 캐소드 전류 콜렉터(420), 포 지티브 단자(430) 및 포지티브 캐소드(440)를 구성할 수 있다. 제 3 배리어 서브층(413)이 전기적으로 도전성인 경우, 그것은 예컨대 포지티브 부분의 일 부재가 될 수도 있다. 제 1 배리어 서브층(411)은 전기적으로 절연성이거나 도전성일 수 있다. 후자의 경우, 그것은 네가티브 부분의 일 부재가 되면서, 기판(400)을 네가티브 부분의 일 부재로 만들 수도 있다. 부가적으로, 네가티브 부분은 네가티브 애노드(460), 애노드 전류 콜렉터(470), 및 네가티브 단자(480)를 구성할 수 있다. 이러한 구성에서 금속 기판은 네가티브 단자로서 또한 작용할 수 있다. 마지막으로, 전기화학적 활성 셀은 인캡슐레이션(490)에 의해서 보호될 수 있다.4B includes an electrically conductive barrier sublayer for the case where electrical separation between the positive and negative portions of the electrochemically active cell may not be done through the manufacture of the negative portion throughout the top of the electrolyte 450. Another exemplary embodiment of a barrier layer 410 is shown. In conjunction with the electrolyte 450, an electrically insulating second barrier layer 412 may separate the positive portion from, for example, the negative portion of the electrochemically active cell. The positive portion may constitute the cathode current collector 420, the positive terminal 430, and the positive cathode 440. If the third barrier sublayer 413 is electrically conductive it may be, for example, a member of the positive portion. The first barrier sublayer 411 can be electrically insulating or conductive. In the latter case, it may be one member of the negative portion, making the substrate 400 one member of the negative portion. Additionally, the negative portion may constitute negative anode 460, anode current collector 470, and negative terminal 480. In this configuration the metal substrate can also act as a negative terminal. Finally, the electrochemically active cell can be protected by encapsulation 490.

도 4c는 전기화학적 활성 셀의 포지티브 부분과 네가티브 부분 사이의 전기적 분리가 전해질(450)의 상부 전체에의 네가티브 부분의 제조를 통하여 행해지지 않을 수 있는 경우에 대하여, 전기적 도전성 배리어 서브층을 포함하는 배리어층(410)의 다른 예시적 실시예를 도시한다. 네가티브 애노드(460)는 예컨대, 제 3 배리어 서브층(413)과 직접 접촉할 수 있으며, 그리하여, 네가티브 애노드(460)에 대하여 화학적으로 비활성이 되는 것이 바람직하다. 이러한 예에서, 제 3 배리어 서브층(413)은 예컨대, 전기적 절연성이 될 수 있어서, 전해질(450)과 함께 전기화학적 활성 셀의 포지티브 부분과 네가티브 부분 사이의 전기적 분리를 제공할 수 있다. 포지티브 부분은 캐소드 전류 콜렉터(420), 포지티브 단자(430) 및 포지티브 캐소드(440)를 구성할 수 있다. 제 2 배리어 서브층(412)이 전기적 도전성인 경우, 그것은 포지티브 부분의 일 부재가 되면서, 금속 기판(400)을 포지티브 부분의 일 부재로 만들 수도 있다. 제 1 배리어 서브층(411)은 전기적으로 절연성이거 나 도전성일 수 있다. 후자의 경우에, 그것은 포지티브 부분의 일 부재가 될 수 있지만, 제 2 배리어층(412)이 역시 그러한 경우일 뿐이다. 네가티브 부분은 네가티브 애노드(460), 애노드 전류 콜렉터(470), 및 네가티브 단자(480)를 구성할 수 있다. 이러한 구성에서, 금속 기판은 네가티브 단자로서 작용할 수 있다. 마지막으로, 전기화학적 활성 셀은 앤캡슐레이션(490)에 의해서 보호될 수 있다.4C includes an electrically conductive barrier sublayer for the case where electrical separation between the positive and negative portions of the electrochemically active cell may not be done through the manufacture of the negative portion throughout the top of the electrolyte 450. Another exemplary embodiment of a barrier layer 410 is shown. Negative anode 460 may, for example, be in direct contact with third barrier sublayer 413, and therefore, is preferably chemically inert with respect to negative anode 460. In this example, the third barrier sublayer 413 can be electrically insulating, for example, to provide electrical separation between the positive and negative portions of the electrochemically active cell with the electrolyte 450. The positive portion may constitute the cathode current collector 420, the positive terminal 430, and the positive cathode 440. If the second barrier sublayer 412 is electrically conductive, it may be one member of the positive portion, making the metal substrate 400 one member of the positive portion. The first barrier sublayer 411 may be electrically insulating or conductive. In the latter case it may be a member of the positive part, but that is only the case for the second barrier layer 412. The negative portion may constitute the negative anode 460, the anode current collector 470, and the negative terminal 480. In this configuration, the metal substrate can act as a negative terminal. Finally, the electrochemically active cell can be protected by encapsulation 490.

도 5는 50㎛ 두께의 스테인리스강 호일 타입 430 기판 상의 두 배리어 서브층인 5000Å Al2O3와 6000Å Co3O4로 구성된 배리어층 상의 300Å 코발트 부착층 상의 3000Å 금 캐소드 전류 콜렉터 상에 제조된 1.6㎛ 두께 LiCoO2 포지티브 캐소드 막의 X-선 회절(XRD) 패턴의 그래프를 도시한다. LiCoO2 포지티브 캐소드는 공기중 700℃에서 2시간 동안 퇴적-후 어닐되며, 이는 유사한 열적 방식으로 하지 기판, 배리어층 및 그것의 배리어 서브층, 캐소드 전류 콜렉터 부착층 및 캐소드 전류 콜렉터에 영향을 끼친다. 결정질 LiCoO2 포지티브 캐소드 막의 격자 파라미터(ahex = 2.8146(4)Å; chex = 14.0732(8)Å)가 이론값(예컨대, ICDD 77-1370: ahex = 2.815(1)Å; chex = 14.05(1)Å)과 근접하게 일치하며, 이는 결정질 LiCoO2 포지티브 캐소드(쉐러 방정식에 의해서 추정되는 바와 같은 (101)면에 대한 결정도: 560Å)막이 기판을 포함하여 그것의 임의의 주변 재료와 반응하지 않음을 나타낸다. "Au"는 금 캐소드 전류 콜렉터를 나타낸다. "Au+S"는 금 캐소드 전류 콜렉터와 스테인리스강 430 기판 호일의 중첩 피크를 나타낸다.FIG. 5 shows 1.6 fabricated on a 3000 Å gold cathode current collector on a 300 Å cobalt adhesion layer on a barrier layer comprised of 5000 Å Al 2 O 3 and 6000 Å Co 3 O 4 , two barrier sublayers on a 50 μm thick stainless steel foil type 430 substrate. A graph of the X-ray diffraction (XRD) pattern of the μm thick LiCoO 2 positive cathode film is shown. The LiCoO 2 positive cathode is annealed after deposition for 2 hours at 700 ° C. in air, which affects the underlying substrate, barrier layer and its barrier sublayer, cathode current collector adhesion layer and cathode current collector in a similar thermal manner. The lattice parameter (a hex = 2.8146 (4) '; c hex = 14.0732 (8)') of the crystalline LiCoO 2 positive cathode film is the theoretical value (e.g. ICDD 77-1370: a hex = 2.815 (1) '; c hex = 14.05 (1) '), which corresponds to a crystalline LiCoO 2 positive cathode (degree of crystallinity for the (101) plane as estimated by the Schercher's equation: 560Å) with any of its surrounding materials, including the substrate. Indicates no reaction. "Au" represents a gold cathode current collector. "Au + S" represents the overlap peak of the gold cathode current collector and the stainless steel 430 substrate foil.

도 6은 300㎛ 두께의 비도핑 실리콘 기판 상의 두 배리어 서브층인 5000Å Si3N4와 5000Å SiO2로 구성된 배리어층 상의 300Å 코발트 부착층 상의 3000Å 금 캐소드 전류 콜렉터 상에 제조된 1.6㎛ 두께 LiCoO2 포지티브 캐소드 막의 X-선 회절(XRD) 패턴의 그래프를 도시한다. LiCoO2 포지티브 캐소드는 공기중 700℃에서 2시간 동안 퇴적-후 어닐되며, 이는 유사한 열적 방식으로 하지 기판, 배리어층 및 그것의 배리어 서브층, 캐소드 전류 콜렉터 부착층 및 캐소드 전류 콜렉터에 영향을 끼친다. 결정질 LiCoO2 포지티브 캐소드 막의 격자 파라미터(ahex = 2.8151(4)Å; chex = 14.066(6)Å)가 문헌에 주어진 이론값(예컨대, ICDD 77-1370: ahex = 2.815(1)Å; chex = 14.05(1)Å)과 일치하며, 이는 결정질 LiCoO2 포지티브 캐소드(쉐러 방정식에 의해서 추정되는 바와 같은 (101)면에 대한 결정도: 1100Å)막이 실리콘 기판을 포함하여 그것의 임의의 주변 재료와 반응하지 않음을 나타낸다. "Au"는 금 캐소드 전류 콜렉터를 나타낸다. 단결정 실리콘 기판의 피크는 회절계의 세타-2세타 구조에 의해서 추정된다.FIG. 6 shows a 1.6 μm thick LiCoO 2 fabricated on a 3000 μg gold cathode current collector on a 300 μm cobalt adhesion layer on a barrier layer consisting of 5000 μm Si 3 N 4 and 5000 μm SiO 2 on a 300 μm thick undoped silicon substrate. The graph of the X-ray diffraction (XRD) pattern of the positive cathode film is shown. The LiCoO 2 positive cathode is annealed after deposition for 2 hours at 700 ° C. in air, which affects the underlying substrate, barrier layer and its barrier sublayer, cathode current collector adhesion layer and cathode current collector in a similar thermal manner. The lattice parameters (a hex = 2.8151 (4) '; c hex = 14.066 (6)') of the crystalline LiCoO 2 positive cathode film were given the theoretical values given in the literature (eg ICDD 77-1370: a hex = 2.815 (1) '); c hex = 14.05 (1) '), which means that the crystalline LiCoO 2 positive cathode (crystallinity for the (101) plane as estimated by the Schercher equation: 1100 Å) film contains the silicon substrate and any surroundings thereof. It does not react with the material. "Au" represents a gold cathode current collector. The peak of the single crystal silicon substrate is estimated by the theta-2 theta structure of the diffractometer.

도 7a는 네가티브 애노드(760)가 배리어층(710)과 직접 접촉하지 않고, 그리하여 그것의 임의의 배리어 서브층(711, 712)과 직접 접촉하지 않는 애노드 구성의 일 실시예를 도시한다. 제 1 배리어 서브층(711)은 전기적 절연성 또는 전기적 도전성일 수 있고, 제 2 배리어 서브층(712)은 전기화학적 활성 셀의 전기 단락을 피하고, 그리하여 전기화학 장치의 전기 단락을 피하기 위해 전기적으로 절연성이어 야 한다. 네가티브 애노드(760)가 배리어층과 접촉하지 않는 그러한 구성에서, 그것은 배리어 서브층(711, 712)의 화학 조성의 선택을 결정하지 않는다. 예컨대, 전기화학적 활성 셀의 포지티브 부분은 네가티브 애노드(760), 애노드 전류 콜렉터(770) 및 네가티브 단자(780)를 구성할 수 있는 네가티브 부분으로부터 전해질(750)에 의해서 분리되는 캐소드 전류 콜렉터(720), 포지티브 단자(730) 및 포지티브 캐소드(740)를 포함할 수 있다. 마지막으로, 전기화학적 활성 셀은 인캡슐레이션(790)에 의해서 보호될 수 있다.FIG. 7A illustrates one embodiment of an anode configuration where the negative anode 760 is not in direct contact with the barrier layer 710 and thus not in direct contact with any of the barrier sublayers 711, 712. The first barrier sublayer 711 may be electrically insulating or electrically conductive, and the second barrier sublayer 712 may be electrically insulating to avoid electrical shorts in the electrochemically active cell and thus to avoid electrical shorts in the electrochemical device. Should be. In such a configuration where the negative anode 760 does not contact the barrier layer, it does not determine the choice of chemical composition of the barrier sublayers 711, 712. For example, the positive portion of the electrochemically active cell is cathode current collector 720 separated by electrolyte 750 from the negative portion, which may constitute negative anode 760, anode current collector 770, and negative terminal 780. , Positive terminal 730 and positive cathode 740. Finally, the electrochemically active cell can be protected by encapsulation 790.

도 7b는 네가티브 애노드(760)가 배리어층(710)과 직접 접촉하고, 그리하여 그것의 배리어 서브층(712)과 직접 접촉하는 애노드 구성의 개략도를 도시한다. 제 1 배리어 서브층(711)은 전기적 절연성 또는 전기적 도전성일 수 있고, 제 2 배리어 서브층(712)은 전기화학적 활성 셀의 전기 단락을 피하고, 그리하여 전기화학 장치의 전기 단락을 피하기 위해 전기적으로 절연성인 것이 바람직하다. 네가티브 애노드(760)가 배리어층과 접촉하는 그러한 구성에서, 적어도 그것이 접촉하는 그 배리어 서브층(712)의 화학 조성의 선택을 결정할 수 있다. 예컨대, 전기화학적 활성 셀의 포지티브 부분은 네가티브 애노드(760), 애노드 전류 콜렉터(770) 및 네가티브 단자(780)를 구성할 수 있는 네가티브 부분으로부터 전해질(750)에 의해서 분리되는 캐소드 전류 콜렉터(720), 포지티브 단자(730) 및 포지티브 캐소드(740)를 구성할 수 있다. 마지막으로, 전기화학적 활성 셀은 인캡슐레이션(790)에 의해서 보호될 수 있다.FIG. 7B shows a schematic diagram of an anode configuration where the negative anode 760 is in direct contact with the barrier layer 710 and thus in direct contact with its barrier sublayer 712. The first barrier sublayer 711 may be electrically insulating or electrically conductive, and the second barrier sublayer 712 may be electrically insulating to avoid electrical shorts in the electrochemically active cell and thus to avoid electrical shorts in the electrochemical device. Is preferably. In such a configuration where the negative anode 760 is in contact with the barrier layer, at least the selection of the chemical composition of the barrier sublayer 712 that it is in contact with may be determined. For example, the positive portion of the electrochemically active cell is cathode current collector 720 separated by electrolyte 750 from the negative portion, which may constitute negative anode 760, anode current collector 770, and negative terminal 780. The positive terminal 730 and the positive cathode 740 may be configured. Finally, the electrochemically active cell can be protected by encapsulation 790.

도 8은 도시된 전기화학 장치의 제 1 배리어 서브층이며 예컨대, 애노드 전 류 콜렉터로서 작용할 수도 있는 전기적 도전성 ZrN 배리어 서브층(811)과 네가티브 애노드(860)가 직접 접촉하는 애노드 구성의 일 실시예를 도시한다. 이 애노드 전류 콜렉터 및 배리어 서브층(811)은 예컨대, 네가티브 애노드(860)를 위해 선택된 경우, 금속 리튬과 같은 반응성 네가티브 애노드(860)에도 화학적으로 비활성일 수 있다. 이러한 도면에 도시된 전기화학 장치의 실시예를 위해 선택된 배리어 서브층(811)의 특정 구조로 인하여, 제 2 배리어 서브층(812)은 Si3N4와 같이 전기적 절연성인 것이 바람직하다. 전기화학적 셀의 포지티브 부분은 예컨대, 금속 기판(800), ZrN 배리어 서브층 및 애노드 전류 콜렉터(811), 네가티브 애노드(860), 및 네가티브 단자(870)를 구성할 수 있는 네가티브 부분으로부터 전해질(850)에 의해 분리되는 캐소드 전류 콜렉터(820), 포지티브 단자(830) 및 포지티브 캐소드(840)를 포함할 수 있다. 마지막으로, 전기화학적 활성 셀은 인캡슐레이션(880)에 의해서 보호될 수 있다.FIG. 8 is an embodiment of an anode configuration in which the electrically conductive ZrN barrier sublayer 811 and the negative anode 860 are in direct contact with the first barrier sublayer of the illustrated electrochemical device, for example, which may act as an anode current collector. Shows. This anode current collector and barrier sublayer 811 may also be chemically inert to reactive negative anode 860, such as metallic lithium, for example when selected for negative anode 860. Due to the specific structure of the barrier sublayer 811 selected for the embodiment of the electrochemical device shown in this figure, the second barrier sublayer 812 is preferably electrically insulating, such as Si 3 N 4 . The positive portion of the electrochemical cell may include, for example, an electrolyte 850 from the negative portion, which may constitute the metal substrate 800, the ZrN barrier sublayer and anode current collector 811, negative anode 860, and negative terminal 870. Cathode current collector 820, positive terminal 830, and positive cathode 840. Finally, the electrochemically active cell can be protected by encapsulation 880.

도 9는 기판이 예컨대, 네가티브 애노드(960)에 대해 화학적으로 비활성인 경우, 네가티브 애노드(960)가 기판(900)과 직접 접촉할 수 있는 특정 전지 구성의 일 실시예를 도시한다. 그러한 경우에, 예컨대, 기판이 스테인리스강의 경우에서와 같이 충분히 전기적 도전성인 경우, 그 기판이 네가티브 애노드 전류 콜렉터 및 네가티브 단자로서 작용할 수 있다. 전기화학적 활성 셀의 포지티브 부분은 예컨대, 캐소드 전류 콜렉터(920), 포지티브 단자(930), 포지티브 캐소드(940), 및 전기적으로 도전성인 경우, 제 2 배리어 서브층(912)을 포함할 수 있다. 하지만, 제 1 배리어층(911)은 예컨대, 금속 기판(900)과 네가티브 애노드(960)를 포함할 수 있는 네가티브 부분에 대한 전기화학 장치의 단락을 피하기 위해서 전기적으로 절연성인 것이 바람직하다.9 illustrates one embodiment of a particular cell configuration in which the negative anode 960 may be in direct contact with the substrate 900 when the substrate is chemically inert, eg, with respect to the negative anode 960. In such a case, for example, if the substrate is sufficiently electrically conductive as in the case of stainless steel, the substrate can act as a negative anode current collector and negative terminal. The positive portion of the electrochemically active cell can include, for example, a cathode current collector 920, a positive terminal 930, a positive cathode 940, and, if electrically conductive, a second barrier sublayer 912. However, the first barrier layer 911 is preferably electrically insulating to avoid shorting of the electrochemical device to the negative portion, which may include, for example, the metal substrate 900 and the negative anode 960.

도 10은 네가티브 단자(1080)에 대한 접속을 제공하는 개구(1091)를 갖는 보호 인캡슐레이션(1090)이 제조된 실시예에서 주변 환경에 존재하는 습기에 대하여 습기 보호층(1092)이 예컨대, 습기-감응형 전해질층(1050)을 보호하는 특정 전지 구성의 실시예를 도시한다. 네가티브 단자(1080) 및 애노드 전류 콜렉터(1070)는 예컨대, 충분히 두껍지 않고 그리고/또는 오랜 기간에 걸쳐 하지 전해질층(1050)을 보호하도록 습기 차단적이지 않을 수 있다. 개략 구성은 도 3a에 도시된 전기화학 장치의 변형된 개선이다. 기판(1000)은 전기적으로 절연성이거나 도전성일 수 있고, 배리어층(1010)을 구성할 수 있는 배리어 서브층(1011 및 1012)도 그러할 수 있다. 도 10에 도시된 전기화학 장치의 추가의 구성요소는 캐소드 전류 콜렉터(1020), 포지티브 단자(1030), 포지티브 캐소드(1040) 및 네가티브 애노드(1060)이다.10 illustrates a moisture protection layer 1092, for example, against moisture present in the surrounding environment in an embodiment in which a protective encapsulation 1090 having an opening 1091 is provided that provides a connection to a negative terminal 1080. An embodiment of a particular cell configuration is shown to protect the moisture-sensitive electrolyte layer 1050. Negative terminal 1080 and anode current collector 1070 may not be thick enough, for example, and / or not moisture barrier to protect underlying electrolyte layer 1050 over a long period of time. The schematic configuration is a modified improvement of the electrochemical device shown in FIG. 3A. Substrate 1000 may be electrically insulative or conductive, as may barrier sublayers 1011 and 1012 that may constitute barrier layer 1010. Additional components of the electrochemical device shown in FIG. 10 are the cathode current collector 1020, the positive terminal 1030, the positive cathode 1040, and the negative anode 1060.

전술한 각종 실시예를 참조하여 본 발명을 특별히 나타내고 기술하였지만, 형태 및 상세사항에서의 각종 변경이 본 발명의 정신 및 범주 내에서 이루어질 수 있다는 것을 당업자는 이해할 것이다.While the invention has been particularly shown and described with reference to the various embodiments described above, those skilled in the art will understand that various changes in form and details may be made within the spirit and scope of the invention.

Claims (117)

(a) 제 1 측에 금속 재료, 폴리머 재료, 또는 도핑(doped) 또는 비도핑(undoped) 실리콘 재료로 이루어진 그룹에서 선택된 기판과,(a) a substrate selected from the group consisting of a metallic material, a polymeric material, or a doped or undoped silicon material on a first side, (b) 네가티브 부분(negative part)과 포지티브 부분(positive part)을 갖는 상기 제 1 측 상의 제 1 의 전기화학적 활성 셀로서, 상기 부분들은 하나 이상의 단자를 더 포함하는 것인, 제 1 의 전기화학적 활성 셀과,(b) a first electrochemically active cell on the first side having a negative part and a positive part, wherein the parts further comprise one or more terminals. Active cell, (c) 상기 제 1 의 전기화학적 활성 셀을 상기 기판으로부터 화학적으로 분리하는, 상기 제 1 측 상의 제 1 배리어층(barrier layer)을 포함하고,(c) a first barrier layer on said first side that chemically separates said first electrochemically active cell from said substrate, (d) 상기 제 1 배리어층은 복수의 서브층(sublayer)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치.(d) the first barrier layer further comprises a plurality of sublayers. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 기판의 상기 제 1 측 상에 제공된 복수의 전기화학적 활성 셀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치.And a plurality of electrochemically active cells provided on said first side of said substrate. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 배리어층은,The first barrier layer, 상기 제 1 의 전기화학적 활성 셀 및 상기 기판에 대하여 화학적으로 비활성인 재료를 포함하고, A material that is chemically inert with respect to the first electrochemically active cell and the substrate, 상기 기판 상에의 상기 제 1 의 전기화학적 활성 셀의 제조 동안과, 상기 전기화학 장치의 구동 및 저장 상태 동안에, 상기 제 1 의 전기화학적 활성 셀 및 상기 기판에 대하여 확산 차단하도록 적응되는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치.Characterized in that it is adapted to block diffusion against the first electrochemically active cell and the substrate during the manufacture of the first electrochemically active cell on the substrate and during the driving and storage state of the electrochemical device. Electrochemical device. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 서브층은 전기적 도전성 재료, 전기적 절연성 재료 또는 전기적 반-도전성인 재료의 그룹에서 선택되며,The sublayer is selected from the group of electrically conductive materials, electrically insulating materials or electrically semi-conductive materials, a) 상기 제 1 의 전기화학적 활성 셀의 상기 포지티브 부분은 상기 제 1 의 전기화학적 활성 셀의 네가티브 부분과는 전기 접촉하지 않고,a) the positive portion of the first electrochemically active cell is not in electrical contact with the negative portion of the first electrochemically active cell, b) 상기 제 1 의 전기화학적 활성 셀의 상기 포지티브 부분은 적어도 포지티브 캐소드, 캐소드 전류 콜렉터 및 포지티브 단자를 포함하고,b) said positive portion of said first electrochemically active cell comprises at least a positive cathode, a cathode current collector and a positive terminal, c) 상기 제 1 의 전기화학적 활성 셀의 상기 네가티브 부분은 적어도 네가티브 애노드, 애노드 전류 콜렉터 및 네가티브 단자를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치.c) said negative portion of said first electrochemically active cell comprises at least a negative anode, an anode current collector and a negative terminal. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 캐소드 전류 콜렉터는 상기 포지티브 단자를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치.And said cathode current collector comprises said positive terminal. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 애노드 전류 콜렉터는 상기 네가티브 단자를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치.And said anode current collector comprises said negative terminal. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 애노드 전류 콜렉터는 상기 애노드를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치.And said anode current collector comprises said anode. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 애노드 전류 콜렉터는 상기 애노드 전류 콜렉터, 상기 애노드 및 상기 네가티브 단자를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치.And said anode current collector comprises said anode current collector, said anode and said negative terminal. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 서브층은 각각 동일한 형상 및 면적 사이즈를 갖는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치.The sublayers each having the same shape and area size. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 서브층의 적어도 하나는 상기 복수의 서브층의 다른 것과 상이한 형상 및 면적 사이즈를 갖는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치.At least one of said sublayers has a shape and area size different from the others of said plurality of sublayers. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 배리어층은, 상기 제 1 의 전기화학적 활성 셀의 적어도 상기 포지티브 부분이 상기 기판으로부터 화학적으로 분리되도록, 상기 기판을 단지 부분적으로 덮은 것을 특징으로 하는 전기화학 장치.And the first barrier layer only partially covers the substrate such that at least the positive portion of the first electrochemically active cell is chemically separated from the substrate. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 배리어층은, 상기 제 1 의 전기화학적 활성 셀의 적어도 상기 네가티브 부분이 상기 기판으로부터 화학적으로 분리되도록, 상기 기판을 단지 부분적으로 덮은 것을 특징으로 하는 전기화학 장치.And the first barrier layer only partially covers the substrate such that at least the negative portion of the first electrochemically active cell is chemically separated from the substrate. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 배리어층은 0.01㎛ 내지 1mm 범위의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치.And wherein the first barrier layer has a thickness in the range of 0.01 μm to 1 mm. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 배리어층은 0.1㎛ 내지 100㎛ 범위의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치.And wherein the first barrier layer has a thickness in the range of 0.1 μm to 100 μm. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 배리어층은 0.5㎛ 내지 5㎛ 범위의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치.And the first barrier layer has a thickness in the range of 0.5 μm to 5 μm. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 기판은 0.1㎛ 내지 1㎝ 범위의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치.And the substrate has a thickness in the range of 0.1 μm to 1 cm. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 기판은 1㎛ 내지 1mm 범위의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치.And the substrate has a thickness in the range of 1 μm to 1 mm. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 기판은 10㎛ 내지 100㎛ 범위의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치.And the substrate has a thickness in the range of 10 μm to 100 μm. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 서브층은,The sub layer, a) 금속, 반-금속(semi-metal), 합금, 붕화물, 탄화물, 다이아몬드, 유사 다이아몬드 탄소(DLC), 규화물, 질화물, 인화물, 산화물, 불화물, 염화물, 브롬화물, 요오드화물의 그룹,a) a group of metals, semi-metals, alloys, borides, carbides, diamonds, pseudodiamond carbons (DLC), silicides, nitrides, phosphides, oxides, fluorides, chlorides, bromide, iodides, b) 붕화물, 탄화물, 규화물, 질화물, 인화물, 산화물, 불화물, 염화물, 브롬화물, 및 요오드화물로 이루어진 임의의 다원 화합물의 그룹, 또는b) a group of any polyvalent compound consisting of borides, carbides, silicides, nitrides, phosphides, oxides, fluorides, chlorides, bromides, and iodides, or c) 고온 안정형 유기 폴리머 및 고온 안정형 실리콘의 그룹c) a group of high temperature stable organic polymers and high temperature stable silicones 으로부터 선택된 화학 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치.An electrochemical device comprising a chemical compound selected from. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 서브층의 적어도 하나는 단일상(single phase) 결정질, 나노-결정질, 비정질 또는 유리질 재료, 또는 다상(poly phase) 혼합물, 또는 그의 복합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치.At least one of said sublayers comprises a single phase crystalline, nano-crystalline, amorphous or glassy material, or a polyphase mixture, or a composite thereof. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 서브층의 적어도 하나는 단일상 비정질 또는 유리질 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치.At least one of said sublayers comprises a single phase amorphous or glassy material. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 의 전기화학적 활성 셀은 리튬 금속 애노드 전지, 리튬-이온 애노드 전지, 및 리튬 프리(free) 애노드 전지의 그룹에서 선택된 전지를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치.Wherein said first electrochemically active cell comprises a cell selected from the group of lithium metal anode cells, lithium-ion anode cells, and lithium free anode cells. 제 22 항에 있어서,The method of claim 22, 상기 제 1 의 전기화학적 활성 셀은 기상 증착법에 의해 퇴적된 포지티브 박 막 캐소드를 포함하고,The first electrochemically active cell comprises a positive thin film cathode deposited by vapor deposition; 상기 포지티브 박막 캐소드의 두께는 200㎛보다 적은 것을 특징으로 하는 전기화학 장치.And the thickness of the positive thin film cathode is less than 200 μm. 제 22 항에 있어서,The method of claim 22, 상기 제 1 의 전기화학적 활성 셀은 비(non)-진공 퇴적법에 의해 퇴적되는 포지티브 박막 캐소드를 포함하고,The first electrochemically active cell comprises a positive thin film cathode deposited by a non-vacuum deposition method, 상기 포지티브 박막 캐소드의 두께는 200㎛보다 적은 것을 특징으로 하는 전기화학 장치.And the thickness of the positive thin film cathode is less than 200 μm. 제 23 항에 있어서,The method of claim 23, 상기 포지티브 박막 캐소드는 적어도 100Å의 사이즈를 갖는 단결정자(single crystallite)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치.And wherein the positive thin film cathode comprises single crystallites having a size of at least 100 Hz. 제 24 항에 있어서,The method of claim 24, 상기 포지티브 박막 캐소드는 적어도 100Å의 사이즈를 갖는 단결정자를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치.And the positive thin film cathode comprises a single crystal having a size of at least 100 Hz. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 의 전기화학적 활성 셀은 100㎛보다 적은 두께를 갖는 박막 고상 전해질을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치.And wherein said first electrochemically active cell comprises a thin film solid electrolyte having a thickness of less than 100 micrometers. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 의 전기화학적 활성 셀은 리튬 금속, 리튬-이온 애노드, 또는 리튬과 상호 금속 화합물을 형성하지 않는 금속의 그룹에서 선택된 박막 네가티브 애노드를 포함하고,The first electrochemically active cell comprises a thin film negative anode selected from the group consisting of lithium metal, lithium-ion anode, or a metal that does not form a mutual metal compound with lithium, 상기 박막 네가티브 애노드의 두께는 200㎛보다 적은 것을 특징으로 하는 전기화학 장치.And the thickness of the thin film negative anode is less than 200 μm. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 전기화학적 활성 셀은 보호 인캡슐레이션(encapsulation)을 더 포함하고,The electrochemically active cell further comprises protective encapsulation, 상기 보호 인캡슐레이션은 주변 환경으로부터의 적어도 기계적 및 화학적 인자에 대하여 상기 제 1 의 전기화학적 활성 셀을 보호하도록 적응되는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치.The protective encapsulation is adapted to protect the first electrochemically active cell against at least mechanical and chemical factors from the environment. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 보호 인케이싱(encasing)을 더 포함하며,Further includes protection encasing, 상기 보호 인케이싱은 상기 전기화학 장치를 주변 환경으로부터의 적어도 기계적 및 화학적 인자에 대하여 보호하도록 적응되는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치.The protective encasing is adapted to protect the electrochemical device against at least mechanical and chemical factors from the environment. 제 29 항에 있어서,The method of claim 29, 상기 인캡슐레이션은 상기 제 1 의 전기화학적 활성 셀의 적어도 하나의 단자에 대한 직접적인 전기 접촉을 허용하도록 적응되는 적어도 하나의 개구를 갖는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치.The encapsulation has at least one opening adapted to allow direct electrical contact to at least one terminal of the first electrochemically active cell. 제 30 항에 있어서,The method of claim 30, 상기 보호 인케이싱은 상기 제 1 전기화학 장치의 적어도 하나의 단자에 대한 직접적인 접촉을 허용하도록 적응되는 적어도 하나의 개구를 갖는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치.The protective casing has at least one opening adapted to allow direct contact with at least one terminal of the first electrochemical device. 제 31 항에 있어서,The method of claim 31, wherein 상기 전기화학적 활성 셀은 전해질을 더 포함하고,The electrochemically active cell further comprises an electrolyte, 상기 하나 이상의 단자는 습기 보호층에 의해 상기 전해질로부터 분리되는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치.And said at least one terminal is separated from said electrolyte by a moisture protective layer. 제 32 항에 있어서,The method of claim 32, 상기 전기화학적 활성 셀은 전해질을 더 포함하고,The electrochemically active cell further comprises an electrolyte, 상기 하나 이상의 단자는 습기 보호층에 의해 상기 전해질로부터 분리되는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치.And said at least one terminal is separated from said electrolyte by a moisture protective layer. 제 33 항에 있어서,The method of claim 33, wherein 상기 습기 보호층은,The moisture protective layer, 습기 차단 특성을 갖는 재료를 포함하고,A material having moisture barrier properties, a) 금속, 반-금속, 합금, 붕화물, 탄화물, 다이아몬드, 유사 다이아몬드 탄소(DLC), 규화물, 질화물, 인화물, 산화물, 불화물, 염화물, 브롬화물, 요오드화물의 그룹,a) a group of metals, semi-metals, alloys, borides, carbides, diamonds, pseudodiamond carbons (DLC), silicides, nitrides, phosphides, oxides, fluorides, chlorides, bromide, iodides, b) 붕화물, 탄화물, 규화물, 질화물, 인화물, 산화물, 불화물, 염화물, 브롬화물, 및 요오드화물로 이루어진 임의의 다원 화합물의 그룹, 또는b) a group of any polyvalent compound consisting of borides, carbides, silicides, nitrides, phosphides, oxides, fluorides, chlorides, bromides, and iodides, or c) 고온 안정형 유기 폴리머 및 고온 안정형 실리콘의 그룹c) a group of high temperature stable organic polymers and high temperature stable silicones 으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치.Electrochemical device, characterized in that selected from. 제 33 항에 있어서,The method of claim 33, wherein 상기 습기 보호층은 단일상 결정질, 나노-결정질, 비정질 또는 유리질 재료, 또는 다상 혼합물, 또는 그의 복합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치.And the moisture protection layer comprises a single phase crystalline, nano-crystalline, amorphous or glassy material, or a multiphase mixture, or a composite thereof. 제 34 항에 있어서,The method of claim 34, wherein 상기 습기 보호층은,The moisture protective layer, 습기 차단 특성을 갖는 재료를 포함하고,A material having moisture barrier properties, a) 금속, 반-금속, 합금, 붕화물, 탄화물, 다이아몬드, 유사 다이아몬드 탄소(DLC), 규화물, 질화물, 인화물, 산화물, 불화물, 염화물, 브롬화물, 요오드화물의 그룹,a) a group of metals, semi-metals, alloys, borides, carbides, diamonds, pseudodiamond carbons (DLC), silicides, nitrides, phosphides, oxides, fluorides, chlorides, bromide, iodides, b) 붕화물, 탄화물, 규화물, 질화물, 인화물, 산화물, 불화물, 염화물, 브롬화물, 및 요오드화물로 이루어진 임의의 다원 화합물의 그룹, 또는b) a group of any polyvalent compound consisting of borides, carbides, silicides, nitrides, phosphides, oxides, fluorides, chlorides, bromides, and iodides, or c) 고온 안정형 유기 폴리머 및 고온 안정형 실리콘의 그룹c) a group of high temperature stable organic polymers and high temperature stable silicones 으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치.Electrochemical device, characterized in that selected from. 제 34 항에 있어서,The method of claim 34, wherein 상기 습기 보호층은 단일상 결정질, 나노-결정질, 비정질 또는 유리질 재료, 또는 다상 혼합물, 또는 그의 복합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치.And the moisture protection layer comprises a single phase crystalline, nano-crystalline, amorphous or glassy material, or a multiphase mixture, or a composite thereof. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 기판의 제 2 측에 위치된 제 2 층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치.And a second layer located on the second side of the substrate. 제 39 항에 있어서,The method of claim 39, 상기 제 2 층은,The second layer, a) 금속, 반-금속, 합금, 붕화물, 탄화물, 다이아몬드, 유사 다이아몬드 탄소(DLC), 규화물, 질화물, 인화물, 산화물, 불화물, 염화물, 브롬화물, 요오드화물의 그룹,a) a group of metals, semi-metals, alloys, borides, carbides, diamonds, pseudodiamond carbons (DLC), silicides, nitrides, phosphides, oxides, fluorides, chlorides, bromide, iodides, b) 붕화물, 탄화물, 규화물, 질화물, 인화물, 산화물, 불화물, 염화물, 브롬화물, 및 요오드화물로 이루어진 임의의 다원 화합물의 그룹, 또는b) a group of any polyvalent compound consisting of borides, carbides, silicides, nitrides, phosphides, oxides, fluorides, chlorides, bromides, and iodides, or c) 고온 안정형 유기 폴리머 및 고온 안정형 실리콘의 그룹c) a group of high temperature stable organic polymers and high temperature stable silicones 으로부터 선택되는 화학 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치.An electrochemical device comprising a chemical compound selected from. a) 제 1 측 및 제 2 측을 갖는 금속 기판, 폴리머 기판, 또는 도핑 또는 비도핑 실리콘 기판과,a) a metal substrate, a polymer substrate, or a doped or undoped silicon substrate having a first side and a second side, b) 포지티브 부분 및 네가티브 부분을 더 포함하는 상기 제 1 측 상의 제 1 의 전기화학적 활성 셀로서, 상기 부분들은 하나 이상의 단자를 더 포함하는 것인, 제 1 의 전기화학적 활성 셀과,b) a first electrochemically active cell on the first side further comprising a positive portion and a negative portion, wherein the portions further comprise one or more terminals; c) 상기 제 1 의 전기화학적 활성 셀을 상기 금속 기판, 폴리머 기판, 또는 도핑 또는 비도핑 실리콘 기판으로부터 화학적으로 분리하는, 상기 제 1 측 상의 제 1 배리어층과,c) a first barrier layer on said first side that chemically separates said first electrochemically active cell from said metal substrate, polymer substrate, or doped or undoped silicon substrate; d) 포지티브 부분 및 네가티브 부분을 더 포함하는 상기 제 2 측 상의 제 2 의 전기화학적 활성 셀로서, 상기 부분들은 하나 이상의 단자를 더 포함하는 것인, 제 2 의 전기화학적 활성 셀과,d) a second electrochemically active cell on the second side further comprising a positive portion and a negative portion, wherein the portions further comprise one or more terminals; e) 상기 제 2 의 전기화학적 활성 셀을 상기 기판으로부터 분리하는, 상기 제 2 측 상의 제 2 배리어층을 포함하고,e) a second barrier layer on said second side separating said second electrochemically active cell from said substrate, f) 상기 제 1 배리어층은 복수의 서브층을 포함하고,f) the first barrier layer comprises a plurality of sublayers, g) 상기 제 2 배리어층은 복수의 서브층을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치.g) the second barrier layer comprises a plurality of sublayers. 제 41 항에 있어서,42. The method of claim 41 wherein 상기 기판의 상기 제 1 측 상에 제공된 복수의 전기화학적 활성 셀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치.And a plurality of electrochemically active cells provided on said first side of said substrate. 제 41 항에 있어서,42. The method of claim 41 wherein 상기 기판의 상기 제 2 측 상에 제공된 복수의 전기화학적 활성 셀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치.And a plurality of electrochemically active cells provided on said second side of said substrate. 제 41 항에 있어서,42. The method of claim 41 wherein 상기 기판의 양측 상의 상기 배리어층은,The barrier layer on both sides of the substrate, 상기 전기화학적 활성 셀을 상기 기판으로부터 화학적으로 분리하도록 적응되고,Is adapted to chemically separate the electrochemically active cell from the substrate, (a) 상기 기판의 상기 제 1 측 상의 상기 제 1 의 전기화학적 활성 셀과 상기 기판에 대하여 화학적으로 비활성인 재료를 포함하는 상기 제 1 배리어층과,(a) said first barrier layer comprising said first electrochemically active cell on said first side of said substrate and a material that is chemically inert to said substrate; (b) 상기 기판의 상기 제 2 측 상의 상기 제 2 의 전기화학적 활성 셀과 상기 기판에 대하여 화학적으로 비활성인 재료를 포함하는 상기 제 2 배리어층을 더 포함하고, (b) further comprising the second barrier layer comprising the second electrochemically active cell on the second side of the substrate and a material that is chemically inert to the substrate, (c) 상기 제 1 배리어층은 상기 기판의 상기 제 1 측 상의 상기 제 1 의 전기화학적 활성 셀 내의 화학 원소에 대하여 확산 차단 특성을 더 갖고,(c) the first barrier layer further has diffusion barrier properties for chemical elements in the first electrochemically active cell on the first side of the substrate, (d) 상기 제 2 배리어층은 상기 기판의 상기 제 2 측 상의 상기 제 2 의 전기화학적 활성 셀 내의 화학 원소에 대하여 확산 차단 특성을 더 갖는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치.and (d) said second barrier layer further has diffusion barrier properties for chemical elements in said second electrochemically active cell on said second side of said substrate. 제 41 항에 있어서,42. The method of claim 41 wherein a) 상기 서브층은 전기적 도전성 재료, 전기적 절연성 재료, 또는 전기적 반-도전성 재료의 그룹으로부터 선택되고,a) the sublayer is selected from the group of electrically conductive materials, electrically insulating materials, or electrically semi-conductive materials, b) 상기 전기화학적 활성 셀의 상기 포지티브 부분은 상기 기판의 양측 상의 상기 전기화학적 활성 셀의 상기 네가티브 부분과 전기 접촉하지 않으며,b) the positive portion of the electrochemically active cell is not in electrical contact with the negative portion of the electrochemically active cell on both sides of the substrate, c) 상기 전기화학적 활성 셀의 상기 포지티브 부분은 적어도 포지티브 캐소드, 캐소드 전류 콜렉터 및 포지티브 단자를 포함하고,c) said positive portion of said electrochemically active cell comprises at least a positive cathode, a cathode current collector and a positive terminal, d) 상기 전기화학적 활성 셀의 상기 네가티브 부분은 적어도 네가티브 애노드, 애노드 전류 콜렉터 및 네가티브 단자를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치.d) said negative portion of said electrochemically active cell comprises at least a negative anode, an anode current collector and a negative terminal. 제 45 항에 있어서,The method of claim 45, 상기 캐소드 전류 콜렉터는 상기 포지티브 단자를 포함하는 것을 특징으로 한는 전기화학 장치.And said cathode current collector comprises said positive terminal. 제 45 항에 있어서,The method of claim 45, 상기 애노드 전류 콜렉터는 상기 네가티브 단자를 포함하는 것을 특징으로 한는 전기화학 장치.And said anode current collector comprises said negative terminal. 제 45 항에 있어서,The method of claim 45, 상기 애노드 전류 콜렉터는 상기 애노드를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치.And said anode current collector comprises said anode. 제 45 항에 있어서,The method of claim 45, 상기 애노드 전류 콜렉터는 상기 애노드 전류 콜렉터, 상기 애노드 및 상기 네가티브 단자를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치.And said anode current collector comprises said anode current collector, said anode and said negative terminal. 제 41 항에 있어서,42. The method of claim 41 wherein 상기 서브층은 각각 동일한 형상 및 면적 사이즈를 갖는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치.The sublayers each having the same shape and area size. 제 41 항에 있어서,42. The method of claim 41 wherein 상기 서브층의 적어도 하나는 상기 복수의 서브층의 다른 것과 상이한 형상 및 면적 사이즈를 갖는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치.At least one of said sublayers has a shape and area size different from the others of said plurality of sublayers. 제 41 항에 있어서,42. The method of claim 41 wherein 상기 배리어층의 적어도 하나는 상기 기판을 단지 부분적으로 덮고,At least one of the barrier layers only partially covers the substrate, 상기 전기화학적 활성 셀의 적어도 상기 포지티브 부분은 상기 기판으로부터 화학적으로 분리되는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치.At least the positive portion of the electrochemically active cell is chemically separated from the substrate. 제 41 항에 있어서,42. The method of claim 41 wherein 상기 배리어층의 적어도 하나는 상기 기판을 단지 부분적으로 덮고,At least one of the barrier layers only partially covers the substrate, 상기 전기화학적 활성 셀의 적어도 상기 네가티브 부분은 상기 기판으로부터 화학적으로 분리되는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치.At least the negative portion of the electrochemically active cell is chemically separated from the substrate. 제 41 항에 있어서,42. The method of claim 41 wherein 상기 기판의 양측 상의 상기 배리어층은 0.01㎛ 내지 1mm 범위의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치.And the barrier layer on both sides of the substrate has a thickness in the range of 0.01 μm to 1 mm. 제 41 항에 있어서,42. The method of claim 41 wherein 상기 기판의 양측 상의 상기 배리어층은 0.1㎛ 내지 100㎛ 범위의 두께를 갖 는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치.And the barrier layer on both sides of the substrate has a thickness in the range of 0.1 μm to 100 μm. 제 41 항에 있어서,42. The method of claim 41 wherein 상기 기판의 양측 상의 상기 배리어층은 0.5㎛ 내지 5㎛ 범위의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치.And the barrier layer on both sides of the substrate has a thickness in the range of 0.5 μm to 5 μm. 제 41 항에 있어서,42. The method of claim 41 wherein 상기 기판은 0.1㎛ 내지 1㎝ 범위의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치.And the substrate has a thickness in the range of 0.1 μm to 1 cm. 제 41 항에 있어서,42. The method of claim 41 wherein 상기 기판은 1㎛ 내지 1mm 범위의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치.And the substrate has a thickness in the range of 1 μm to 1 mm. 제 41 항에 있어서,42. The method of claim 41 wherein 상기 기판은 10㎛ 내지 100㎛ 범위의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치.And the substrate has a thickness in the range of 10 μm to 100 μm. 제 41 항에 있어서,42. The method of claim 41 wherein 상기 서브층의 적어도 하나는,At least one of the sub-layers, a) 금속, 반-금속, 합금, 붕화물, 탄화물, 다이아몬드, 유사 다이아몬드 탄소(DLC), 규화물, 질화물, 인화물, 산화물, 불화물, 염화물, 브롬화물, 요오드화물의 그룹,a) a group of metals, semi-metals, alloys, borides, carbides, diamonds, pseudodiamond carbons (DLC), silicides, nitrides, phosphides, oxides, fluorides, chlorides, bromide, iodides, b) 붕화물, 탄화물, 규화물, 질화물, 인화물, 산화물, 불화물, 염화물, 브롬화물, 및 요오드화물로 이루어진 임의의 다원 화합물의 그룹, 또는b) a group of any polyvalent compound consisting of borides, carbides, silicides, nitrides, phosphides, oxides, fluorides, chlorides, bromides, and iodides, or c) 고온 안정형 유기 폴리머 및 고온 안정형 실리콘의 그룹c) a group of high temperature stable organic polymers and high temperature stable silicones 으로부터 선택된 화학 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치.An electrochemical device comprising a chemical compound selected from. 제 41 항에 있어서,42. The method of claim 41 wherein 상기 서브층의 적어도 하나는 단일상 결정질, 나노-결정질, 비정질 또는 유리질 재료, 또는 임의의 다상 혼합물, 또는 그의 복합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치.At least one of said sublayers comprises a single phase crystalline, nano-crystalline, amorphous or glassy material, or any polyphase mixture, or a composite thereof. 제 41 항에 있어서,42. The method of claim 41 wherein 상기 서브층의 적어도 하나는 단일상 비정질 또는 유리질 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치.At least one of said sublayers comprises a single phase amorphous or glassy material. 제 41 항에 있어서,42. The method of claim 41 wherein 상기 기판의 양측 상의 상기 전기화학적 활성 셀은, 리튬 금속 애노드 전지, 리튬-이온 애노드 전지, 및 리튬 프리 애노드 전지의 그룹에서 선택된 전지를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치.The electrochemically active cell on both sides of the substrate comprises a cell selected from the group of lithium metal anode cells, lithium-ion anode cells, and lithium free anode cells. 제 41 항에 있어서,42. The method of claim 41 wherein 상기 전기화학적 활성 셀은 기상 증착법 또는 비-진공 퇴적법에 의해 퇴적된 포지티브 박막 캐소드를 포함하고,The electrochemically active cell comprises a positive thin film cathode deposited by vapor deposition or non-vacuum deposition, 상기 포지티브 박막 캐소드는 200㎛보다 적은 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치.And wherein the positive thin film cathode has a thickness of less than 200 μm. 제 64 항에 있어서,The method of claim 64, wherein 상기 포지티브 박막 캐소드는 적어도 100Å의 사이즈를 갖는 단결정자를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치.And the positive thin film cathode comprises a single crystal having a size of at least 100 Hz. 제 41 항에 있어서,42. The method of claim 41 wherein 상기 전기화학적 활성 셀은 100㎛보다 적은 두께를 갖는 박막 고상 전해질을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치.The electrochemically active cell further comprises a thin film solid electrolyte having a thickness of less than 100 μm. 제 41 항에 있어서,42. The method of claim 41 wherein 상기 전기화학적 활성 셀은 리튬 금속, 리튬-이온 애노드, 또는 리튬과 상호 금속 화합물을 형성하지 않는 금속의 그룹에서 선택된 박막 네가티브 애노드를 포 함하고,The electrochemically active cell comprises a thin film negative anode selected from the group consisting of lithium metal, lithium-ion anode, or a metal that does not form a mutual metal compound with lithium, 상기 박막 네가티브 애노드는 200㎛보다 적은 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치.And the thin film negative anode has a thickness of less than 200 μm. 제 41 항에 있어서,42. The method of claim 41 wherein 상기 전기화학 장치의 상기 전기화학적 활성 셀의 각각은 보호 인캡슐레이션 또는 보호 인케이싱을 포함하며,Each of said electrochemically active cells of said electrochemical device comprises protective encapsulation or protective encasing, 상기 보호 인캡슐레이션 또는 보호 인케이싱은 주변 환경 내의 적어도 기계적 및 화학적 인자에 대하여 상기 전기화학적 활성 셀 또는 전기화학 장치를 보호하도록 적응되는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치.The protective encapsulation or protective encapsulation is adapted to protect the electrochemically active cell or electrochemical device against at least mechanical and chemical factors in the surrounding environment. 제 68 항에 있어서,The method of claim 68, wherein 상기 인캡슐레이션 또는 상기 인케이싱은 상기 각각의 전기화학적 활성 셀의 적어도 하나의 단자에 대한 직접적인 전기 접촉을 허용하도록 적응되는 적어도 하나의 개구를 갖는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치.Wherein said encapsulation or said casing has at least one opening adapted to allow direct electrical contact to at least one terminal of said each electrochemically active cell. 제 69 항에 있어서,The method of claim 69, 상기 전기화학적 활성 셀은 전해질을 더 포함하고,The electrochemically active cell further comprises an electrolyte, 상기 단자는 상기 인캡슐레이션 내의 개구에 의해서 외부적으로 접속가능하고, 습기 보호층에 의해서 상기 전해질로부터 분리되는 것을 특징으로 하는 전기화 학 장치.The terminal is externally connectable by an opening in the encapsulation and is separated from the electrolyte by a moisture protection layer. 제 70 항에 있어서,The method of claim 70, 상기 습기 보호층은 습기 차단 특성을 갖는 재료를 포함하고,The moisture protection layer comprises a material having moisture barrier properties, a) 금속, 반-금속, 합금, 붕화물, 탄화물, 다이아몬드, 유사 다이아몬드 탄소(DLC), 규화물, 질화물, 인화물, 산화물, 불화물, 염화물, 브롬화물, 요오드화물의 그룹,a) a group of metals, semi-metals, alloys, borides, carbides, diamonds, pseudodiamond carbons (DLC), silicides, nitrides, phosphides, oxides, fluorides, chlorides, bromide, iodides, b) 붕화물, 탄화물, 규화물, 질화물, 인화물, 산화물, 불화물, 염화물, 브롬화물, 및 요오드화물로 이루어진 임의의 다원 화합물의 그룹, 또는b) a group of any polyvalent compound consisting of borides, carbides, silicides, nitrides, phosphides, oxides, fluorides, chlorides, bromides, and iodides, or c) 고온 안정형 유기 폴리머 및 고온 안정형 실리콘의 그룹c) a group of high temperature stable organic polymers and high temperature stable silicones 으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치.Electrochemical device, characterized in that selected from. 제 70 항에 있어서,The method of claim 70, 상기 습기 보호층은 단일상 결정질, 나노-결정질, 비정질 또는 유리질 재료, 또는 임의의 다상 혼합물, 또는 그의 복합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치.And the moisture protection layer comprises a single phase crystalline, nano-crystalline, amorphous or glassy material, or any polyphase mixture, or a composite thereof. 전기화학 장치의 제조 방법으로서,As a manufacturing method of an electrochemical device, (a) 제 1 측을 갖는 금속 기판, 폴리머 기판, 또는 실리콘 기판을 제공하는 단계와,(a) providing a metal substrate, a polymer substrate, or a silicon substrate having a first side, (b) 상기 제 1 측에 제 1 배리어층을 퇴적하는 단계와,(b) depositing a first barrier layer on the first side; (c) 네가티브 부분과 포지티브 부분을 포함하는 제 1 의 전기화학적 활성 셀을 제조하는 단계로서, 상기 부분들은 하나 이상의 단자를 포함하고, 상기 셀은 상기 제 1 배리어층의 상부에서 상기 제 1 측에 위치하고, 상기 배리어층은 상기 제 1 의 전기화학적 활성 셀을 상기 기판으로부터 화학적으로 분리하는 것인, 제 1 의 전기화학적 활성 셀 제조 단계와,(c) manufacturing a first electrochemically active cell comprising a negative portion and a positive portion, wherein the portions comprise one or more terminals, the cell on the first side on top of the first barrier layer; And wherein the barrier layer chemically separates the first electrochemically active cell from the substrate; (d) 상기 제 1 배리어층을 복수의 화학적으로 상이한 서브층으로 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치의 제조 방법.(d) manufacturing the first barrier layer into a plurality of chemically different sublayers. 제 73 항에 있어서,The method of claim 73, wherein 상기 기판의 상기 제 1 측 상에 복수의 전기화학적 활성 셀을 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치의 제조 방법.Providing a plurality of electrochemically active cells on the first side of the substrate. 제 73 항에 있어서,The method of claim 73, wherein (a) 전기적 도전성 재료, 전기적 절연성 재료, 또는 전기적 반-도전성 재료의 그룹으로부터 상기 서브층을 선택하는 단계와,(a) selecting the sublayer from a group of an electrically conductive material, an electrically insulating material, or an electrically semi-conductive material, (b) 상기 제 1 의 전기화학적 활성 셀의 상기 포지티브 부분이 상기 제 1 의 전기화학적 활성 셀의 상기 네가티브 부분과 전기 접촉하지 못하도록 하는 단계와,(b) preventing the positive portion of the first electrochemically active cell from making electrical contact with the negative portion of the first electrochemically active cell; (c) 상기 제 1 의 전기화학적 활성 셀의 상기 포지티브 부분 상에 포지티브 캐소드, 캐소드 전류 콜렉터 및 포지티브 단자를 제공하는 단계와,(c) providing a positive cathode, a cathode current collector and a positive terminal on the positive portion of the first electrochemically active cell; (d) 상기 제 1 의 전기화학적 활성 셀의 상기 네가티브 부분 상에 네가티브 애노드, 애노드 전류 콜렉터 및 네가티브 단자를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치의 제조 방법.(d) providing a negative anode, an anode current collector and a negative terminal on the negative portion of the first electrochemically active cell. 제 75 항에 있어서,76. The method of claim 75 wherein 상기 캐소드 전류 콜렉터를 상기 포지티브 단자로서 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치의 제조 방법.And providing said cathode current collector as said positive terminal. 제 75 항에 있어서,76. The method of claim 75 wherein 상기 애노드 전류 콜렉터를 상기 네가티브 단자로서 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치의 제조 방법.Providing the anode current collector as the negative terminal. 제 75 항에 있어서,76. The method of claim 75 wherein 상기 애노드 전류 콜렉터를 상기 애노드로서 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치의 제조 방법.Providing the anode current collector as the anode. 제 75 항에 있어서,76. The method of claim 75 wherein 상기 애노드 전류 콜렉터를 상기 애노드 전류 콜렉터, 상기 애노드, 및 상기 네가티브 단자로서 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치의 제조 방법.Providing the anode current collector as the anode current collector, the anode, and the negative terminal. 제 73 항에 있어서,The method of claim 73, wherein 상기 서브층을 동일한 형상 및 면적 사이즈를 갖는 각각의 서브층으로 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치의 제조 방법.Providing said sublayer as each sublayer having the same shape and area size. 제 73 항에 있어서,The method of claim 73, wherein 상기 복수의 서브층의 다른 것과 상이한 형상 및 면적 사이즈를 갖는 상기 서브층의 적어도 하나를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치의 제조 방법.Providing at least one of said sublayers having a shape and an area size different from others of said plurality of sublayers. 제 73 항에 있어서,The method of claim 73, wherein 상기 제 1 의 전기화학적 활성 셀의 적어도 상기 포지티브 부분이 상기 기판으로부터 화학적으로 분리되도록, 상기 제 1 배리어층에 의해 상기 기판을 단지 부분적으로 덮는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치의 제조 방법.Only partially covering the substrate by the first barrier layer such that at least the positive portion of the first electrochemically active cell is chemically separated from the substrate. Way. 제 73 항에 있어서,The method of claim 73, wherein 상기 제 1 의 전기화학적 활성 셀의 적어도 상기 네가티브 부분이 상기 기판으로부터 화학적으로 분리되도록, 상기 기판을 단지 부분적으로 덮는 상기 제 1 배리어층을 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치의 제조 방법.Providing the first barrier layer only partially covering the substrate such that at least the negative portion of the first electrochemically active cell is chemically separated from the substrate. Manufacturing method. 제 73 항에 있어서,The method of claim 73, wherein a) 금속, 반-금속, 합금, 붕화물, 탄화물, 다이아몬드, 유사 다이아몬드 탄소(DLC), 규화물, 질화물, 인화물, 산화물, 불화물, 염화물, 브롬화물, 요오드화물의 그룹과,a) a group of metals, semi-metals, alloys, borides, carbides, diamonds, pseudo diamond carbons (DLC), silicides, nitrides, phosphides, oxides, fluorides, chlorides, bromide, iodides, b) 붕화물, 탄화물, 규화물, 질화물, 인화물, 산화물, 불화물, 염화물, 브롬화물, 및 요오드화물로 이루어진 임의의 다원 화합물의 그룹과, 또는 고온 안정형 유기 폴리머 및 고온 안정형 실리콘의 그룹b) a group of any polyvalent compound consisting of boride, carbide, silicide, nitride, phosphide, oxide, fluoride, chloride, bromide, and iodide, or a group of high temperature stable organic polymers and high temperature stable silicon 에서 선택된 화학 화합물로 상기 서브층을 제조하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치의 제조 방법.The method of manufacturing an electrochemical device, further comprising the step of preparing the sub-layer with a chemical compound selected from. 제 73 항에 있어서,The method of claim 73, wherein 상기 서브층을 단일상 결정질, 나노-결정질, 비정질 또는 유리질 재료, 또는 임의의 다상 혼합물, 또는 그의 복합체로 제조하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치의 제조 방법.Producing said sublayer as a single phase crystalline, nano-crystalline, amorphous or glassy material, or any polyphase mixture, or a composite thereof. 제 73 항에 있어서,The method of claim 73, wherein 상기 서브층을 단일상 비정질 또는 유리질 재료로 제조하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치의 제조 방법.Manufacturing the sublayer from a single phase amorphous or glassy material. 제 73 항에 있어서,The method of claim 73, wherein 포지티브 캐소드가 적어도 100Å의 사이즈를 갖는 결정자를 포함하도록, 100℃와 상기 기판의 융점 사이의 인-시투(in-situ) 또는 엑스-시투(ex-situ) 온도 프로세스에 의해 상기 제 1 의 전기화학적 활성 셀 상에 상기 포지티브 캐소드를 제조하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치의 제조 방법.The first electrochemical by an in-situ or ex-situ temperature process between 100 ° C. and the melting point of the substrate such that the positive cathode comprises crystallites having a size of at least 100 Hz. And manufacturing said positive cathode on an active cell. 제 73 항에 있어서,The method of claim 73, wherein 보호 인캡슐레이션 또는 보호 인케이싱을 제공하여, 주변 환경으로부터의 적어도 기계적 및 화학적 인자에 대하여 상기 제 1 의 전기화학적 활성 셀 또는 상기 전기화학 장치를 각각 보호하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치의 제조 방법.Providing protection encapsulation or protection encapsulation to protect the first electrochemically active cell or the electrochemical device, respectively, against at least mechanical and chemical factors from the environment. Method of manufacturing a chemical device. 제 88 항에 있어서,89. The method of claim 88 wherein 상기 제 1 의 전기화학적 활성 셀의 상기 하나 이상의 단자에 대한 직접적인 전기 접촉을 허용하는 적어도 하나의 개구를 갖는 상기 인캡슐레이션 또는 상기 인케이싱을 제조하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치의 제조 방법.Producing said encapsulation or said casing with at least one opening allowing direct electrical contact to said at least one terminal of said first electrochemically active cell. Method of preparation. 제 89 항에 있어서,92. The method of claim 89, 하나의 상기 전기화학적 활성 셀 내에 전해질을 제공하는 단계와, 습기 보호층에 의해 상기 하나 이상의 단자로부터 상기 전해질을 분리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치의 제조 방법.Providing an electrolyte in one of said electrochemically active cells, and separating said electrolyte from said at least one terminal by a moisture protective layer. 제 90 항에 있어서,92. The method of claim 90, 상기 습기 보호층을 습기 차단 특성을 갖는 재료로 제조하는 단계와,Manufacturing the moisture protective layer from a material having moisture barrier properties; a) 금속, 반-금속, 합금, 붕화물, 탄화물, 다이아몬드, 유사 다이아몬드 탄소(DLC), 규화물, 질화물, 인화물, 산화물, 불화물, 염화물, 브롬화물, 요오드화물의 그룹과,a) a group of metals, semi-metals, alloys, borides, carbides, diamonds, pseudo diamond carbons (DLC), silicides, nitrides, phosphides, oxides, fluorides, chlorides, bromide, iodides, b) 붕화물, 탄화물, 규화물, 질화물, 인화물, 산화물, 불화물, 염화물, 브롬화물, 및 요오드화물로 이루어진 임의의 다원 화합물의 그룹과,b) a group of any polyvalent compound consisting of boride, carbide, silicide, nitride, phosphide, oxide, fluoride, chloride, bromide, and iodide, c) 고온 안정형 유기 폴리머 및 고온 안정형 실리콘의 그룹c) a group of high temperature stable organic polymers and high temperature stable silicones 으로부터 상기 보호층을 위한 화학 화합물을 선택하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치의 제조 방법.Selecting from the chemical compound for the protective layer from the method of manufacturing an electrochemical device. 제 90 항에 있어서,92. The method of claim 90, 상기 습기 보호층을 단일상 결정질, 나노-결정질, 비정질 또는 유리질 재료, 또는 임의의 다상 혼합물, 또는 그의 복합체를 포함하는 재료로 제조하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치의 제조 방법.Manufacturing the moisture protective layer from a material comprising a single phase crystalline, nano-crystalline, amorphous or glassy material, or any polyphase mixture, or a composite thereof. 제 73 항에 있어서,The method of claim 73, wherein 상기 제 1 의 전기화학적 활성 셀의 제조 이전에 주변 환경으로부터 기판의 상기 제 1 측 상의 상기 제 1 의 전기화학적 활성 셀 및 상기 기판의 화학적 보호를 위해 상기 기판의 제 2 측에 제 2 층을 퇴적하는 단계와,Depositing a second layer on the second side of the substrate for chemical protection of the substrate and the first electrochemically active cell on the first side of the substrate from the surrounding environment prior to fabrication of the first electrochemically active cell To do that, 주변 환경으로부터의 오염물의 확산을 차단하여 상기 제 1 의 전기화학적 활성 셀을 화학적으로 보호하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치의 제조 방법.Chemically protecting the first electrochemically active cell by blocking diffusion of contaminants from the surrounding environment. 제 93 항에 있어서,94. The method of claim 93, a) 금속, 반-금속, 합금, 붕화물, 탄화물, 다이아몬드, 유사 다이아몬드 탄소(DLC), 규화물, 질화물, 인화물, 산화물, 불화물, 염화물, 브롬화물, 요오드화물의 그룹과,a) a group of metals, semi-metals, alloys, borides, carbides, diamonds, pseudo diamond carbons (DLC), silicides, nitrides, phosphides, oxides, fluorides, chlorides, bromide, iodides, b) 붕화물, 탄화물, 규화물, 질화물, 인화물, 산화물, 불화물, 염화물, 브롬화물, 및 요오드화물로 이루어진 임의의 다원 화합물의 그룹과,b) a group of any polyvalent compound consisting of boride, carbide, silicide, nitride, phosphide, oxide, fluoride, chloride, bromide, and iodide, c) 고온 안정형 유기 폴리머 및 고온 안정형 실리콘의 그룹c) a group of high temperature stable organic polymers and high temperature stable silicones 으로부터 선택된 화학 화합물로 상기 제 2 층을 제조하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치의 제조 방법.And manufacturing said second layer with a chemical compound selected from. 제 93 항에 있어서,94. The method of claim 93, 100℃와 상기 기판의 융점 사이의 인-시투 또는 엑스-시투 온도 프로세스에 의해 상기 제 1 배리어층 및 제 2 배리어층을 열적으로 이완시키는 단계를 더 포함하며,Thermally relaxing the first barrier layer and the second barrier layer by an in-situ or x-situ temperature process between 100 ° C. and the melting point of the substrate, 상기 엑스-시투 온도 프로세스는 상기 제 1 배리어층 및 제 2 배리어층의 퇴적 후에 상기 온도 프로세스를 적용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치의 제조 방법.The ex-situ temperature process further comprises applying the temperature process after deposition of the first barrier layer and the second barrier layer. 전기화학 장치의 제조 방법으로서,As a manufacturing method of an electrochemical device, (a) 제 1 측과 제 2 측을 갖는 금속 기판, 폴리머 기판, 또는 도핑 또는 비도핑 실리콘 기판을 제공하는 단계와,(a) providing a metal substrate, a polymer substrate, or a doped or undoped silicon substrate having a first side and a second side, (b) 상기 제 1 측에 제 1 배리어층을 퇴적하는 단계와,(b) depositing a first barrier layer on the first side; (c) 상기 제 2 측에 제 2 배리어층을 퇴적하는 단계와,(c) depositing a second barrier layer on the second side; (d) 상기 제 1 배리어층의 상부에서 상기 제 1 측 상에 제 1 의 전기화학적 활성 셀을 제조하는 단계로서, 상기 제 1 배리어층은 상기 제 1 의 전기화학적 활성 셀을 상기 기판으로부터 화학적으로 분리하는 것인, 제 1 의 전기화학적 활성 셀을 제조하는 단계와,(d) fabricating a first electrochemically active cell on the first side on top of the first barrier layer, the first barrier layer chemically transferring the first electrochemically active cell from the substrate. Preparing a first electrochemically active cell, which is to separate, (e) 상기 제 2 배리어층의 상부에서 상기 제 2 측 상에 제 2 의 전기화학적 활성 셀을 제조하는 단계로서, 상기 제 2 배리어층은 상기 제 2 의 전기화학적 활성 셀을 상기 기판으로부터 화학적으로 분리하는 것인, 제 2 의 전기화학적 활성 셀을 제조하는 단계와,(e) fabricating a second electrochemically active cell on the second side on top of the second barrier layer, the second barrier layer chemically transferring the second electrochemically active cell from the substrate. Preparing a second electrochemically active cell, which is to separate; (f) 상기 제 1 배리어층을 복수의 화학적으로 상이한 서브층으로 구성하는 단계와,(f) constructing the first barrier layer into a plurality of chemically different sublayers, (g) 상기 제 2 배리어층을 복수의 화학적으로 상이한 서브층으로 구성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치의 제조 방법.(g) constructing the second barrier layer into a plurality of chemically different sublayers. 제 96 항에 있어서,97. The method of claim 96, 상기 기판의 상기 제 1 측 상에 복수의 상기 전기화학적 활성 셀을 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치의 제조 방법.Providing a plurality of said electrochemically active cells on said first side of said substrate. 제 96 항에 있어서,97. The method of claim 96, 상기 기판의 상기 제 2 측 상에 복수의 상기 전기화학적 활성 셀을 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치의 제조 방법.Providing a plurality of said electrochemically active cells on said second side of said substrate. 제 96 항에 있어서,97. The method of claim 96, (a) 전기적 도전성 재료, 전기적 절연성 재료, 또는 전기적 반-도전성 재료의 그룹으로부터 상기 서브층을 선택하는 단계와,(a) selecting the sublayer from a group of an electrically conductive material, an electrically insulating material, or an electrically semi-conductive material, (b) 상기 기판의 양측에 있는 상기 전기화학적 활성 셀의 포지티브 부분과, 상기 전기화학적 활성 셀의 네가티브 부분 사이의 전기적 접촉을 피하는 단계와,(b) avoiding electrical contact between the positive portion of the electrochemically active cell on both sides of the substrate and the negative portion of the electrochemically active cell; (c) 상기 전기화학적 활성 셀의 상기 포지티브 부분 상에 포지티브 캐소드, 캐소드 전류 콜렉터 및 포지티브 단자를 제공하는 단계와,(c) providing a positive cathode, a cathode current collector and a positive terminal on the positive portion of the electrochemically active cell; (d) 상기 전기화학적 활성 셀의 상기 네가티브 부분 상에 네가티브 애노드, 애노드 전류 콜렉터 및 네가티브 단자를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치의 제조 방법.(d) providing a negative anode, an anode current collector and a negative terminal on the negative portion of the electrochemically active cell. 제 99 항에 있어서,The method of claim 99, wherein 상기 캐소드 전류 콜렉터를 상기 포지티브 단자로서 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치의 제조 방법.And providing said cathode current collector as said positive terminal. 제 99 항에 있어서,The method of claim 99, wherein 상기 애노드 전류 콜렉터를 상기 네가티브 단자로서 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치의 제조 방법.Providing the anode current collector as the negative terminal. 제 99 항에 있어서,The method of claim 99, wherein 상기 애노드 전류 콜렉터를 상기 애노드로서 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치의 제조 방법.Providing the anode current collector as the anode. 제 99 항에 있어서,The method of claim 99, wherein 상기 애노드 전류 콜렉터를 상기 애노드 전류 콜렉터, 상기 애노드, 및 상기 네가티브 단자로서 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치의 제조 방법.Providing the anode current collector as the anode current collector, the anode, and the negative terminal. 제 96 항에 있어서,97. The method of claim 96, 동일한 형상 및 면적 사이즈를 갖는 상기 서브층을 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치의 제조 방법.And providing said sublayers having the same shape and area size. 제 96 항에 있어서,97. The method of claim 96, 상기 복수의 서브층의 다른 것과 상이한 형상 및 면적 사이즈를 갖는 상기 서브층의 적어도 하나를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치의 제조 방법.Providing at least one of said sublayers having a shape and an area size different from others of said plurality of sublayers. 제 96 항에 있어서,97. The method of claim 96, 상기 배리어층의 적어도 하나에 의해 상기 기판을 단지 부분적으로 덮는 단계를 더 포함하고,Only partially covering the substrate by at least one of the barrier layers, 상기 전기화학적 활성 셀의 적어도 상기 포지티브 부분은 상기 기판으로부터 화학적으로 분리되는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치의 제조 방법.At least the positive portion of the electrochemically active cell is chemically separated from the substrate. 제 96 항에 있어서,97. The method of claim 96, 상기 배리어층의 적어도 하나에 의해 상기 기판을 단지 부분적으로 덮는 단계를 더 포함하며,Only partially covering the substrate by at least one of the barrier layers, 상기 전기화학적 활성 셀의 적어도 상기 네가티브 부분은 상기 기판으로부터 화학적으로 분리되는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치의 제조 방법.At least the negative portion of the electrochemically active cell is chemically separated from the substrate. 제 96 항에 있어서,97. The method of claim 96, a) 금속, 반-금속, 합금, 붕화물, 탄화물, 다이아몬드, 유사 다이아몬드 탄소(DLC), 규화물, 질화물, 인화물, 산화물, 불화물, 염화물, 브롬화물, 요오드화물의 그룹과,a) a group of metals, semi-metals, alloys, borides, carbides, diamonds, pseudo diamond carbons (DLC), silicides, nitrides, phosphides, oxides, fluorides, chlorides, bromide, iodides, b) 붕화물, 탄화물, 규화물, 질화물, 인화물, 산화물, 불화물, 염화물, 브롬화물, 및 요오드화물로 이루어진 임의의 다원 화합물의 그룹과,b) a group of any polyvalent compound consisting of boride, carbide, silicide, nitride, phosphide, oxide, fluoride, chloride, bromide, and iodide, c) 고온 안정형 유기 폴리머 및 고온 안정형 실리콘의 그룹c) a group of high temperature stable organic polymers and high temperature stable silicones 으로부터 선택된 화학 화합물로 상기 기판의 양측 상에 상기 서브층을 제조하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치의 제조 방법.Manufacturing said sublayers on both sides of said substrate with a chemical compound selected from. 제 96 항에 있어서,97. The method of claim 96, 상기 서브층을 단일상 결정질, 나노-결정질, 비정질 또는 유리질 재료, 또는 임의의 다상 혼합물, 또는 그의 복합체로 제조하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치의 제조 방법.Producing said sublayer as a single phase crystalline, nano-crystalline, amorphous or glassy material, or any polyphase mixture, or a composite thereof. 제 96 항에 있어서,97. The method of claim 96, 상기 서브층을 단일상 비정질 또는 유리질 재료로 제조하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치의 제조 방법.Manufacturing the sublayer from a single phase amorphous or glassy material. 제 96 항에 있어서,97. The method of claim 96, 100℃와 상기 기판의 융점 사이의 인-시투 또는 엑스-시투 온도 프로세스에 의해 상기 제 1 배리어층 및 제 2 배리어층을 열적으로 이완시키는 단계를 더 포함하고,Thermally relaxing the first barrier layer and the second barrier layer by an in-situ or x-situ temperature process between 100 ° C. and the melting point of the substrate, 상기 엑스-시투 온도 프로세스는 상기 제 1 배리어층 및 제 2 배리어층의 퇴적 후에 적용되는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치의 제조 방법.And the ex-situ temperature process is applied after deposition of the first barrier layer and the second barrier layer. 제 96 항에 있어서,97. The method of claim 96, 적어도 100Å의 사이즈를 갖는 결정자를 포함하는 포지티브 캐소드를 제공하기 위해 100℃와 상기 기판의 융점 사이의 인-시투 또는 엑스-시투 온도 프로세스에 의해 상기 전기화학적 셀의 상기 포지티브 캐소드를 제조하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치의 제조 방법. Preparing the positive cathode of the electrochemical cell by an in-situ or x-situ temperature process between 100 ° C. and the melting point of the substrate to provide a positive cathode comprising crystallites having a size of at least 100 Hz. Method for producing an electrochemical device comprising a. 제 96 항에 있어서,97. The method of claim 96, 상기 전기화학적 활성 셀 또는 상기 전기화학 장치의 각각에 보호 인캡슐레이션 또는 보호 인케이싱을 제조하여, 주변 환경으로부터의 적어도 기계적 및 화학적 인자에 대하여 상기 전기화학적 활성 셀 또는 상기 전기화학 장치 각각을 보호하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치의 제조 방법.Producing a protective encapsulation or protective encapsulation in each of the electrochemically active cells or electrochemical devices, thereby protecting each of the electrochemically active cells or the electrochemical devices against at least mechanical and chemical factors from the surrounding environment. The method of manufacturing an electrochemical device, further comprising the step. 제 113 항에 있어서,115. The method of claim 113, 상기 인캡슐레이션 또는 상기 인케이싱당 각각의 상기 전기화학적 활성 셀의 단자의 적어도 하나에 대한 직접적인 전기 접촉을 허용하는 적어도 하나의 개구를 갖는 상기 인캡슐레이션 또는 상기 인케이싱을 제조하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치의 제조 방법.Manufacturing the encapsulation or the casing with at least one opening allowing direct electrical contact to at least one of the terminals of each of the electrochemically active cells per encapsulation or the casing. The manufacturing method of the electrochemical device characterized by the above-mentioned. 제 114 항에 있어서,116. The method of claim 114, wherein 상기 전기화학적 활성 셀 내에 전해질을 제공하는 단계와, 상기 전해질을 습기 보호층에 의해 상기 단자로부터 분리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치의 제조 방법.Providing an electrolyte in said electrochemically active cell, and separating said electrolyte from said terminal by a moisture protective layer. 제 115 항에 있어서,116. The method of claim 115, a) 금속, 반-금속, 합금, 붕화물, 탄화물, 다이아몬드, 유사 다이아몬드 탄소(DLC), 규화물, 질화물, 인화물, 산화물, 불화물, 염화물, 브롬화물, 요오드화물의 그룹과,a) a group of metals, semi-metals, alloys, borides, carbides, diamonds, pseudo diamond carbons (DLC), silicides, nitrides, phosphides, oxides, fluorides, chlorides, bromide, iodides, b) 붕화물, 탄화물, 규화물, 질화물, 인화물, 산화물, 불화물, 염화물, 브롬화물, 및 요오드화물로 이루어진 임의의 다원 화합물의 그룹과,b) a group of any polyvalent compound consisting of boride, carbide, silicide, nitride, phosphide, oxide, fluoride, chloride, bromide, and iodide, c) 고온 안정형 유기 폴리머 및 고온 안정형 실리콘의 그룹c) a group of high temperature stable organic polymers and high temperature stable silicones 으로부터 선택된 화학 화합물을 포함하며, 습기 차단 특성을 갖는 재료로 상기 보호층을 제조하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치의 제조 방법.And manufacturing said protective layer from a material having a chemical compound selected from said material having moisture barrier properties. 제 115 항에 있어서,116. The method of claim 115, 상기 습기 보호층을 단일상 결정질, 나노-결정질, 비정질 또는 유리질 재료, 또는 임의의 다상 혼합물, 또는 그의 복합체를 포함하는 재료로 제조하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 장치의 제조 방법.Manufacturing the moisture protective layer from a material comprising a single phase crystalline, nano-crystalline, amorphous or glassy material, or any polyphase mixture, or a composite thereof.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160140863A (en) * 2014-03-31 2016-12-07 엑스 디벨롭먼트 엘엘씨 Forming an interconnection for solid-state batteries
US10084207B2 (en) 2013-06-28 2018-09-25 Google Llc Substrate for solid-state battery

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4948510B2 (en) * 2008-12-02 2012-06-06 トヨタ自動車株式会社 All solid battery
EP3118912B1 (en) * 2011-06-17 2018-03-14 Applied Materials, Inc. Thin film batteries comprising a step in the electrolyte layer
US9812706B2 (en) 2012-12-28 2017-11-07 Industrial Technology Research Institute Protected active metal electrode and device with the electrode
KR102496474B1 (en) * 2015-06-03 2023-02-06 삼성전자주식회사 Secondary battery structure/system and methods of manufacturing and operating the same
CN105449168B (en) * 2015-11-19 2018-01-19 中国航空工业集团公司北京航空材料研究院 The preparation method of Metal Substrate solid film lithium battery anode with interface-modifying layer
CN111919313A (en) * 2018-02-26 2020-11-10 格拉芬尼克斯开发公司 Anode for lithium-based energy storage devices
EP3811444A4 (en) * 2018-06-21 2022-03-16 Applied Materials, Inc. Diffusion barrier films enabling the stability of lithium
CN109560286A (en) * 2018-09-28 2019-04-02 桑顿新能源科技有限公司 A kind of lithium ion battery improving high temperature short-circuit capability

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5338624A (en) * 1993-02-08 1994-08-16 Globe-Union Inc. Thermal management of rechargeable batteries
US6413285B1 (en) * 1999-11-01 2002-07-02 Polyplus Battery Company Layered arrangements of lithium electrodes
JP3708474B2 (en) * 2001-10-22 2005-10-19 松下電器産業株式会社 Semiconductor device
JP4043296B2 (en) * 2002-06-13 2008-02-06 松下電器産業株式会社 All solid battery
US6906436B2 (en) * 2003-01-02 2005-06-14 Cymbet Corporation Solid state activity-activated battery device and method

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10084207B2 (en) 2013-06-28 2018-09-25 Google Llc Substrate for solid-state battery
KR20160140863A (en) * 2014-03-31 2016-12-07 엑스 디벨롭먼트 엘엘씨 Forming an interconnection for solid-state batteries

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