KR20110046320A - 전기 전도성 패키징층이 구비된 리튬 마이크로전지 - Google Patents

전기 전도성 패키징층이 구비된 리튬 마이크로전지 Download PDF

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KR1020100104166A
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메사우드 베자우이
스테브 마르탱
라파엘 살로
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꼼미사리아 아 레네르지 아토미끄 에뜨 옥스 에너지스 앨터네이티브즈
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Abstract

리튬 마이크로전지는 금속 입자가 분산되어 있는 폴리머 재료의 매트릭스로 이루어지는 패키징 박층 (16) 을 포함한다. 패키징 박층 (16) 은 리튬 마이크로전지의 애노드 전류 집전체의 적어도 일부를 구성한다. 폴리머 재료는 비스페놀 A 디글리시딜에테르, 비스페놀 F 부탄디올 디글리시딜에테르, 7-옥사비시클로[4.1.0]헵트-3-일메틸의 7-옥사비시클로[4.1.0]헵탄-3-카르복실레이트, 및 비스페놀 A와 에피클로리딘의 혼합물로부터 선택된 적어도 광중합성 전구체 재료로부터 획득되는 것이 이롭다. 또한, 폴리머 재료는 적어도 2종의 광중합성 전구체 재료, 각각, 아크릴레이트계 재료, 예컨대, 디아크릴레이트 1,6-헥산디올 및 메타크릴레이트, 그리고 에폭시드계 재료, 예를 들어, 비스페놀 A 디글리시딜에테르, 7-옥사비시클로[4.1.0]헵트-3-일메틸의 7-옥사비시클로[4.1.0]헵탄-3-카르복실레이트, 및 비스페놀 A와 에피클로리딘의 혼합물로 선택되는 에폭시계 재료의 균질 혼합물로부터 획득된 코폴리머일 수 있다.

Description

전기 전도성 패키징층이 구비된 리튬 마이크로전지{LITHIUM MICROBATTERY PROVIDED WITH AN ELECTRONICALLY CONDUCTIVE PACKAGING LAYER}
본 발명은 폴리머 재료로 형성된 패키징 박층 및 애노드 전류 집전체를 포함하는 리튬 마이크로전지에 관한 것이다.
리튬 마이크로전지는 일반적으로 마이크로전자 영역에서 적용되는 종래 증착 (deposition) 기술에 의해서 기판 상에 연속적으로 증착된 고체 박층의 적층체를 포함한다. 리튬 마이크로전지 적층체는 특히 다음을 포함한다.
- 금속 전류 집전체, 예를 들어, 티탄, 백금 또는 텅스텐으로 형성된 금속 전류 집전체,
- 전자 및 이온 도전체 모두가, 예를 들어, 황산화 티탄 (TiOS), TiS2 또는 V2O5 로 형성된 양극 (또는 캐소드),
- 고체 전해질, 예를 들어, LiPON, 및
- 음극 (또는 애노드)
애노드성에 의존하여, 리튬 마이크로전지는 일반적으로 2종류의 전지에 의해 분류된다.
- 음극이 금속 리튬으로 구성된, 소위 "Li-금속"으로 불리는 전지,
- 음극이 리튬 충진재 (insertion material), 예를 들어, 실리콘 또는 게르마늄에 의해 형성된, 소위 "Li-이온"으로 불리는 전지.
또한, 마이크로전지는 일반적으로 상술한 박층의 적층체를 보호하는 밀봉된 패키징 박층에 의해 커버된다. 사실상, 리튬이 대기 및 습도에 매우 민감하다는 것은 잘 알려져 있다. 따라서 패키징 박층은, 가능성있는 외부 환경 오염물 (물, 공기 등) 에 대해서 리튬 마이크로전지의 활성 박층을 보호하기 위해 리튬 마이크로전지에 제공되어야 한다. 일반적으로, 이 패키징 박층은 또한 충전 (charging) 및 비충전 사이클 동안 일어나는 마이크로전지의 부피 팽창을 보상한다. 패키징 박층이 존재하지 않으면, 마이크로전지 콤포넌트의 팽창 및/또는 수축은 사실상 리튬을 포함하는 전극에 기계적 손상을 야기할 수 있고, 이는 사이클링 용량 (capacity) 의 급속한 손실을 야기한다.
마이크로전지의 이러한 패키징 박층은, 한편으로는, 박층의 적층체가 배열되는 기판의 거칠기와 관계된 흠결을 제한하기 위해서, 다른 한편으로는, 마이크로전지의 사이클링이 발생할 때 애노드 변형의 수용을 용이하게 하기 위해서, 보통 유기 재료의 얇은 단일층의 형태이다.
리튬 마이크로전지의 구성에 따라서, 패키징 박층은 애노드 또는 애노드 전류 집전체 바로 위에, 또는 애노드와 애노드 전류 집전체 사이의 전기적 접속을 수행하는 대응 금속층 상에 배열될 수 있다. 모든 경우, 패키징 박층은 리튬 마이크로전지의 박층의 적층체를 완전히 커버한다.
또한, 패키징 박층을 형성하는 유기 재료는 일반적으로, 외부 오염물에 대한 기밀성 (tightness), 마이크로전지 변형의 수용 등의, 패키징의 기능을 충족할 수 있는 것 등으로 선택된다. 따라서 재료는 적어도 다음의 성질을 나타내야 한다.
- 양호한 내열성 (260℃ 초과),
- 매우 양호한 기계적 유연성,
- 마이크로전지의 활성 성분과, 그리고 리튬과의 화학적 화합성 및 강한 접착성.
또한, 기타 층, 예컨대, 유전체 재료 (Al2O3, SiO2, Si3N4...) 의 박층 또는 금속층 (Ti, Cu, Al...) 이 리튬 마이크로전지를 보호하기 위해서 유기 재료로 형성된 패키징 박층과 결합될 수 있다. 이러한 박층의 집합체가 이후 패키징 시스템을 형성한다.
예를 들기 위해서, 특허 출원 WO-A-2008/011061 에 있어서, 도 1에 도시된 바와 같이, 리튬 전지는, 기판 (1) 상에 캐소드 전류 집전체 (2), 캐소드 (3), 고체 전해질 (4) 및 애노드 전류 집전체 층 (5) 을 연속 적층함으로써 형성된다. 소정의 실시형태에서는, 애노드가 초기에 상기 애노드 전류 집전체 층 (5) 및 고체 전해질 (4) 사이에 증착될 수 있는 반면, 다른 실시형태에서는, 애노드가 전지의 첫 충전 동안 인-시튜로 제조될 수 있다. 특허 출원 WO-A-2008/011061 에 있어서, 애노드 전류 집전체 층 (5) 은 패키징 박층을 형성하는 패키징 재료 (6) 에 의해, 그리고 금속층 (7) 에 의해 또한 커버된다. 금속층 (7) 은 패키징 재료 (6) 를 관통하는 비아 또는 홀 (8) 에 의해서 애노드 전류 집전체 (5) 와 콘택하도록 배치되어, 애노드 콘택 접속을 확보한다. 금속층 (7) 은 예를 들어 알루미늄 또는 구리로 형성되고, 외부 오염물이 전지의 활성 구조로 들어가는 것을 방지한다. 패키징 재료 (6) 는 그 역할을 위해 표면 흠결 및 거칠기를 평활화시킬 수 있다. 패키징 재료 (6) 는 예를 들어 실리콘, 폴리이미드 또는 에폭시와 같은 1층 이상의 유기 재료로 형성된다.
특허 출원 WO-02/47187 에 있어서, 도 2에 도시된 바와 같이, 리튬 마이크로 전지는 기판 (1) 상에 형성되고, 전류 집전체 (2 및 5), 캐소드 (3), 고체 전해질 (4) 및 애노드 (9) 를 연속적으로 포함하는 박층의 적층체에 의해 형성된다. 이러한 박층의 적층체는 애노드 전류 집전체 (5) 까지 연장되는 금속층 (10) 에 의해, 각각 산화 알루미늄 및 산화 규소인 2층의 박층 (11 및 12) 에 의해, 그리고 패키징 박층을 구성하는 에폭시 수지인 박층 (13) 에 의해 또한 커버된다.
본 발명의 목적은, 종래 기술에 의한 마이크로전지에 비해 개선된 리튬 마이크로전지를 제안하는 것이다.
특히, 본 발명의 목적은, 그 제조가 기술 상태에 비해 제조 비용이 저렴하고, 간단하면서, 동시에 정확하게 보호되는, 마이크로전지를 제안하는 것이다.
본 발명에 따라서, 이 목적은 패키징 박층이 금속 입자가 분산되어 있는 폴리머 재료의 매트릭스에 의해 형성된다는 사실에 의해, 그리고 패키징 박층이 리튬 마이크로전지의 애노드 전류 집전체의 적어도 일부를 구성한다는 사실에 의해 달성된다.
비한정적으로 예시하기 위해서만 제공되고, 첨부된 도면에서 나타낸, 본 발명의 특정 실시형태의 하기 설명으로부터, 기타 이점 및 특징이 보다 명확해질 것이다.
- 도 1 및 도 2는 종래 기술에 의한 제 1 및 제 2 리튬 마이크로전지를 개략적으로 나타낸 도면.
- 도 3은 본 발명에 의한 리튬 마이크로전지의 특정 실시형태를, 단면으로 나타낸 도면.
도 3에 나타낸 실시형태에 따라서, 리튬 마이크로전지는, 그 일 표면이 마이크로전지의 활성부를 형성하는 다층 적층체에 의해, 그리고 마이크로전지의 활성부를 보호하는 적어도 1층의 박층에 의해 부분적으로 커버된 기판 (1) 을 포함한다.
예를 들어, 기판 (1) 은 실리콘으로 이루어진다. 기판 (1) 은 또한 소정의 경우 집적 회로 (도 3에는 미도시) 를 포함할 수 있거나, 또는 대안의 실시형태에서 금속 지지체에 의해 대체될 수 있다.
도 3에서, 마이크로전지의 활성부를 형성하는 다층 적층체는 연속적으로 다음을 포함한다.
- 기판 (1) 표면 상에 바로 배열된 2개의 금속 박층 (14 및 15),
- 양극 또는 캐소드를 형성하는 박층 (3),
- 고체 전해질 (4), 및
- 음극 또는 애노드를 형성하는 박층 (9).
2개의 금속 박층 (14 및 15) 은 기판 (1) 표면 상에 바로 배열되고, 서로 콘택하지 않기 위해서 서로 분리된다. 2개의 금속 박층 (14 및 15) 은 적어도 부분적으로 각각 마이크로전지의 캐소드 및 애노드 전류 집전체를 형성한다. 2개의 금속 박층 (14 및 15) 은 예를 들어 그 형상이 결정되게 할 수 있는 마스크를 통한, 물리 기상 증착 (PVD) 또는 화학 기상 증착 (CVD) 에 의해 기판 (1) 상에 형성될 수 있다. 2개의 금속 박층 (14 및 15) 은 각각 약 200nm 의 두께를 가지는 것이 이롭다. 2개의 금속 박층 (14 및 15) 은 예를 들어 티탄, 백금, 텅스텐 및 금으로부터 선택된 금속에 의해 형성된다. 도 3에 나타낸 실시형태에서, 금속 박층 (14) 은 보다 구체적으로 캐소드 전류 집전체를 구성하는 반면, 금속 박층 (15) 은 애노드 전류 집전체의 일부를 형성한다.
도 3에서 캐소드 (3) 는 금속 박층 (14) 의 일부, 및 2개의 금속 박층 (14 및 15) 사이에 배치된 기판 (1) 표면의 일부를 커버한다. 캐소드 (3) 는 이롭게 박층의 형태이고, 캐소드의 활성부, 즉, 금속 박층 (14) 과 콘택하는 부분의 두께 "e" 는 약 1.5㎛ 이다. 캐소드 (3) 는 예를 들어 황산화 티탄 (TiOS), 오산화 바나듐 (V2O5) 또는 이황화 티탄 (TiS2) 으로 형성된다. 캐소드 (3) 는 기계적 마스킹 또는 포토리소그래피에 의한, PVD 또는 CVD 에 의해 증착될 수 있다.
도 3에서, 고체 전해질 (4) 은 금속 박층 (14) 의 일부와, 캐소드 (3) 의 전체와, 캐소드 전류 집전체 (14) 및 금속 박층 (15) 사이에 배열된 기판 (1) 의 자유부 (free part) 와, 금속 박층 (15) 의 일부를 커버한다. 전해질 (4) 은 리튬 및 산질화 인과 같은 리튬화된 화합물 (명칭 LiPON 로 알려져 있음) 을 적어도 포함한다. 전해질 (4) 은 예를 들어 PVD 또는 CVD 에 의해 증착된 약 1.5㎛ 의 평균 두께를 가지는 박층 형태인 것이 이롭다.
도 3에서, 애노드 (9) 는 고체 전해질 (4) 의 대부분을 커버하고, 금속 박층 (15) 과 콘택하여 배열된다. 애노드 (9) 는 예를 들어 기계적 마스크를 통한 증발에 의해 증착된 약 3.5㎛ 의 평균 두께를 가지는 금속 리튬의 박층에 의해 형성된다.
리튬 마이크로전지의 활성부를 형성하는 다층 적층체는 폴리머 재료를 포함하는 패키징 박층 (16) 에 의해 커버된다.
이로써, 도 3에서, 패키징 박층 (16) 은 전체적으로 애노드 (9) 와, 애노드 (9) 에 의해 커버되지 않은 고체 전해질 (4) 의 부분과, 금속 박층 (15) 의 일부를 커버한다. 종래 기술에 기재된 패키징층과 같이, 패키징 박층 (16) 은 밀봉 봉지 방식으로 리튬 마이크로전지가 공기 및 수분으로부터 인캡슐화 및 보호되게 할 수 있다.
한편 패키징 박층 (16) 은 캐소드 (3) 와도 콘택하지 않고 캐소드 전류 집전체 (14) 와도 콘택하지 않는다. 이러한 패키징 박층 (16) 은 사실상 양호한 전기 전도성을 갖는 특별함을 나타내며, 이것은 애노드 전류가 집전되는 것을 가능하게 하여 애노드 콘택 접속이 형성되게 한다. 이로써 패키징 박층 (16) 은 애노드 전류 집전체의 일부를 구성한다.
즉, 도 3에 나타낸 실시형태에서, 패키징 박층 (16) 은 금속 박층 (15) 을 따라서 애노드 전류 집전체를 형성한다. 다른 실시형태에서, 패키징 박층 (16) 은 애노드 전류 집전체의 전체를 구성할 수도 있다. 패키징 박층 (16) 이 약 2㎛ 내지 약 15㎛ 에 포함된 두께를 가지는 것이 이롭다.
이로써 패키징 박층 및 적어도 일부의 애노드 전류 집전체 양자 모두를 형성하는 단일 박층 또는 모노층의 제조는, 리튬 마이크로전지의 제조를 간소화하고 제조 비용을 절감시킬 수 있다. 패키징층 (16) 으로서 및 애노드 전자 전도 수단으로서의 모든 역할을 하는 단일 박층의 사용은, 하기와 관련된 복잡한 문제에 해결책을 제공한다.
- 충전 및 비충전 사이클 동안 부피 변화에 의해 부분적으로 야기되는, 전지에 발휘되는 기계적 응력의 완화,
- 다층 적층체의 표면 토폴로지의 평활화,
- 박층 서로간의 본딩, 및
- 애노드 측에 대한 전기적 접속.
패키징 박층 (16) 의 전기 전도성은 폴리머 재료의 매트릭스에 금속 입자를 도입함으로써 제공된다. 즉, 금속 입자가, 전기 전도성을 상당히 향상시키기 위해서 폴리머 매트릭스 중에 분산되어 있다.
폴리머 재료는, 폴리머 재료의 패키징 박층의 알려져있는 초기 기능, 즉, 외부 오염물에 대해 리튬 마이크로전지의 활성부를 밀봉하여 보호하는 기능 및 마이크로전지 충전/비충전 사이클 동안 발생하기 쉬운 적층체 부피의 변화를 흡수하는 기능을 보존하기 위해서 보다 특별히 선택된다.
폴리머 재료는 또한, 리튬 및/또는 리튬화된 화합물과 화학적으로 상용될 수 있어야 하고 마이크로전지의 활성부를 제조하기 위해 구현되는 기술과 상용될 수 있어야 한다. 확실하게, 의뢰 (commission) 되기 이전에, 리튬 마이크로전지는 약 260℃ 온도에서 여러번 가열 처리될 수 있다. 결과적으로 패키징 박층의 폴리머 재료는, 마이크로전지가 효율적으로 유지되기 위해서 화학적으로도 열적으로도 모두 안정한 엘리먼트이어야 한다. 또한 이것이, 본질적으로 높은 전기 전도성을 나타내는 폴리머 재료로 패키징 박층을 형성하는 것을 생각하지 않았던 이유이다. 폴리아세틸렌, 폴리티오펜, 폴리피롤, 또는 페닐렌 폴리술피드와 같은 종래 도전성 폴리머의 사용은, 사실상 리튬 마이크로전지를 제조하기에는 제한적임이 판명되었다. 이들 폴리머는 사실상 구현하기에 곤란하다. 이들은 더욱이 낮은 내열성 (200℃ 미만) 및 리튬 및 리튬화된 화합물과의 높은 화학적 반응성으로 인해, 리튬 마이크로전지의 제조 단계와 상용될 수 없다.
즉, 패키징 박층 (16) 의 매트릭스를 구성하는 폴리머 재료는 이롭게는 하기와 같은 적어도 광중합성 전구체 재료로부터 획득된 방향족 폴리에폭시드일 수 있다.
- Epoxy Technology 에 의해 상표 "Epo-Tek OG142-13" 으로 판매되는 비스페놀 A 디글리시딜에테르,
- Epoxy Technology 에 의해 상표 "Epo-Tek OG115" 로 판매되는 비스페놀 F 부탄디올 디글리시딜,
- Epoxy Technology 에 의해 상표 "90-87-6" 으로 판매되는 7-옥사비시클로[4.1.0]헵트-3-일메틸의 7-옥사비시클로[4.1.0]헵탄-3-카르복실레이트,
- Epoxy Technology 에 의해 판매되는 제품 OG114-4 또는 OG125 (두 제품 OG114-4 또는 OG125 는 비스페놀 A 및 에피클로리딘의 비율간의 비가 상이함) 와 같은 비스페놀 A 및 에피클로리딘 (또는 1-클로로-2,3-에폭시프로판) 의 혼합물.
폴리머 재료는 또한 적어도 2종의 광중합성 전구체 재료, 각각 아크릴레이트계 재료 및 에폭시드계 재료의 균질 혼합물로부터 획득된 코폴리머일 수 있다. 이 경우, 아크릴레이트계 재료는 디아크릴레이트 1,6-헥산디올 및 메타크릴레이트로부터 선택되는 것이 이롭다. 에폭시드계 재료는 비스페놀 A 디글리시딜에테르, 7-옥사비시클로[4.1.0]헵트-3-일메틸의 7-옥사비시클로[4.1.0]헵탄-3-카르복실레이트 및 비스페놀 A와 에피클로리딘의 혼합물, 예를 들어, OG114-4 로부터 선택되는 것이 이롭다.
상기에서 사용된 용어 "광중합성 전구체 재료"는, 본 출원에서는, 자외선 조사와 같은 광 조사의 작용에 의해 논의가 되는 폴리머 재료를 제공할 수 있는 임의의 분자를 나타내는 것임에 주의해야 한다. 따라서, 이것은 광중합되도록 설계된 하나 이상의 모노머를 수반할 수 있거나, 또는 이미 중합되었고 광망상화 (photoreticulated) 되고자 하는 하나 이상의 엔티티를 수반할 수 있다.
상술한 바와 같은, 방향족 폴리에폭시드 및 아크릴레이트 및 에폭시드로부터 획득된 코폴리머는, 사실상 리튬 마이크로전지를 제조하기 위해 구현되는 기술과 화합되는 이점을 나타낸다. 또한 그 사용은, 자외선 조사와 같은 광 조사의 적용에 의해 이롭게 형성될 수 있는 한, 마이크로전지의 제작을 용이하게 한다.
유기 폴리머 매트릭스에 도입된 금속 입자는 이롭게는 은, 금 및 구리로부터 선택되는 적어도 하나의 귀금속으로 이루어질 수 있다. 은, 금 및 구리와 같은 귀금속은 사실상 리튬에 대해 화학적으로 비활성인 이점을 나타낸다. 귀금속은 또한 매우 양호한 전기 전도성을 나타내는 금속이며, 와이어 본딩, 볼 본딩 및 웨지 (wedge) 본딩과 같은 마이크전기 분야에서 적용되는 어셈블리 방법과 화합된다. 금속 입자는 또한 백금, 팔라듐, 텅스텐, 몰리브덴, 지르코늄 및 탄탈륨과 같이, 산화되지 않거나 또는 매우 내산화성 있는, 적어도 하나의 다른 금속으로 이루어질 수도 있다.
또한, 폴리머 재료 매트릭스에 도입된 금속 입자는 이롭게 마이크로미터의 평균 직경을 가지고, 보다 더 이롭게는 약 1㎛ 내지 약 15㎛ 을 포함하는 직경을 가진다.
결국, 패키징 박층 (16) 을 형성하기 위한 폴리머 재료 매트릭스에 도입된 금속 입자의 양은, 사용되는 폴리머 재료의 성질에 의존하며, 또한 금속 입자의 성질 및 치수에 의존한다. 특히, 패키징 박층 (16) 은 이롭게 패키징층을 구성하는 재료의 중량에 대해서, 즉, 폴리머 재료 및 금속 입자에 의해 이루어진 총 중량에 대해서, 적어도 80 중량% 인 금속 입자를 포함한다. 종래 방법에서, 상기 재료의 총 중량은, 폴리머가 하나 이상의 광중합성 전구체(들)로부터 획득되는 경우, 광중합성 전구체(들) 및 금속 입자에 의해 형성된 혼합물의 총 중량과 실질적으로 동일한 것으로 간주된다. 결국, 매트릭스에 도입된 금속 입자의 양은, 금속 입자가 서로 콘택되기에 충분하며, 따라서 패키징 박층 (16) 에서의 전기 전도성을 보장한다.
이로써 폴리머 매트릭스에 도입된 금속 입자의 양 및 금속 입자의 사이즈는 충분한 전기 전도성 및 양호한 중합을 얻기 위해 고려되는 중요한 2가지 팩터이다. 이는 사실상 폴리머 재료 매트릭스에서의 금속 입자의 만족스러운 분산을 결정하고 매트릭스의 특정 영역에서 전하가 축적되는 것을 방지한다.
이로써 폴리머 재료 매트릭스에 금속 입자를 도입함으로써 획득한 전기 전도성은 폴리머 재료의 전기 전도성보다 1013 ~ 1016 더 높다. 또한, 한편으로는, 그러한 첨가가 폴리머 재료 매트릭스의 기계적 유연성을 보존할 수 있게 한다는 것이 관측되고 있다. 이로써 리튬 마이크로전지의 고성능 인캡슐레이션에 필요한 표면 토포그래피 평활성이, 폴리머, 통상 방향족 폴리에폭시드 또는 에폭시계 및 아크릴레이트계 코폴리머 종류의 존재에 의해 확보된다.
예시를 목적으로, 에폭시드 OG114-4 로부터 형성되고 평균 직경이 1 ㎛ 내지 15 ㎛ 에 포함된 은 입자를 80 중량% 내지 90 중량% 포함하는 폴리머 매트릭스는, 106 ~ 107 S·m- 1 에서 가변하는 전기 전도성을 나타내는 반면, 금속 입자가 없는 동일한 폴리머 매트릭스는 약 10-7 ~ 10-8 S·m- 1 의 전기 전도성을 가진다. 또한, 에폭시드 OG114-4 에 은 입자의 양을 너무 많이 첨가 (총 중량에 대해 90 중량% 초과하여 첨가) 하는 것은, 이 방식으로 형성된 혼합물이 광중합에 의해 구현되기에 어렵다는 것이 관측된다.
즉, 패키징 박층 (16) 의 제조는 하나 (하나 이상) 의 폴리머 재료의 광중합성 전구체(들) 및 금속 입자에 의해 형성된 혼합물로부터 이롭게 수행될 수 있다. 이러한 혼합물, 일반적으로 액체 용액에서 현탁되어 위치되는 입자 형태의 혼합물은 이후 임의 종류의 알려져있는 기술에 의해 다층 적층체 상에 증착될 수 있다. 혼합물은 예를 들어 하기 기술에 의해 증착될 수 있다.
- 세리그래피 (serigraphy),
- 스퍼터링,
- 잉크젯 프린팅,
- 딥-코팅,
- 마이크로-디스펜싱, 또는
- 스핀-코팅.
스핀-코팅의 경우, 일단 증착된 혼합물은 고형화 (또는 경화) 된다. 이는 열 수단 (약 150℃ 에서 15분 동안 가열 처리) 에 의해 수행될 수 있거나, 또는 이롭게는 1 ~ 2 분 동안 100 mW/㎠ 의 전력 밀도를 이용한 자외선 조사 (λ = 300 - 500 nm) 에 노출시켜 수행될 수도 있다. UV 조사에 의해 경화하는 경우, 패키징 박층의 두께는 이롭게 약 8 ㎛ ~ 10 ㎛ 이다.
예를 들기 위해, 도 3에 나타낸 패키징 박층 (16) 은 광중합성 액체 전구체 OG114-4 의 10g 과 약 6㎛ 의 평균 직경을 나타내는 은 입자의 90g 를 혼합하여 제조될 수 있다. 혼합물은 50 ~ 100 rpm 을 포함하는 교반 속도로 약 10분 동안 교반된다. 혼합물은 이후 다층 적층체의 전체 상에, 예를 들어 스핀-코팅 증착 기술 (3000 rpm) 에 의해 스프레딩된다. 이후 자외선 조사가, 미리 정의된 패턴을 포함하는 마스크를 통해서, 1분 동안 100 mW/㎠ 의 전력 밀도로 국부적으로 인가된다. 형성된 패키징 박층 (16) 은 예를 들어 약 10 ㎛ 의 두께를 가진다.
대안의 실시형태에서, 패키징 박층 (16) 은 2종의 전구체 (각각 OG114-4 의 명칭으로 알려져 있는 광중합성 에폭시드 및 헥산디올 디아크릴레이트) 에 의해 형성된 용액의 10g 과, 평균 직경이 약 3 ㎛ 인 금 입자의 90g 을 혼합함으로써 제조될 수 있다. 혼합물은 10분 동안 50 ~ 100 rpm 에서 교반된다. 이후 혼합물은 스핀-코팅 (4000 rpm) 에 의해 적층체 전체 상에 증착되고, 자외선 조사에의 노출이 마스크를 통해서 2분 동안 100 mW/㎠ 의 전력 밀도로 국부적으로 수행된다. 형성된 패키징 박층 (16) 은 예를 들어 약 8㎛ 의 두께를 가진다.
도 3에 도시된 바와 같이, 기타 박층이 리튬 마이크로전지의 활성부를 형성성하는 다층 적층체를 커버할 수 있다. 즉, 도 3의 패키징 박층 (16) 은 수증기 확산을 방지하는 것이 그 역할인 배리어 박층 (17) 에 의해 커버된다. 즉, 배리어 박층 (17) 은 유전체성일 수 있고, 이롭게는 약 100 나노미터의 두께를 가질 수 있으며, PVD 또는 CVD 에 의해 증착될 수 있다. 배리어 박층 (17) 은 예를 들어, 실리카, 산화 규소, 산질화물 등으로 형성될 수 있다. 도 3에서, 배리어 박층 (17) 은 패키징 박층의 전체를 커버하며 금속 박층 (14 및 15) 과 콘택된다.
대안의 실시형태에서, 배리어 박층 (17) 은 금속성일 수 있고, 이롭게는 200nm 의 두께일 수 있다. 배리어 박층 (17) 은 이 경우 티탄, 텅스텐, 니켈, 크로뮴 또는 금속 합금으로부터 형성될 수 있다. 배리어 박층 (17) 은 이롭게는, 이 경우 캐소드 전류 집전체 (14) 와 콘택하는 것을 방지하기 위해서 패키징 박층 (16) 을 제조하기 위해 사용한 것과 동일한 마스크를 사용하여 PVD 기술 또는 스퍼터링에 의해 증착된다.

Claims (10)

  1. 폴리머 재료로 형성된 패키징 박층 (16) 및 애노드 전류 집전체를 포함하는 리튬 마이크로전지로서,
    상기 패키징 박층 (16) 이 금속 입자가 분산되어 있는 폴리머 재료의 매트릭스로 이루어지고,
    상기 패키징 박층이 상기 리튬 마이크로전지의 상기 애노드 전류 집전체의 적어도 일부를 구성하는 것을 특징으로 하는 리튬 마이크로전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리머 재료는 방향족 폴리에폭시드인 것을 특징으로 하는 리튬 마이크로전지.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 폴리머 재료는 비스페놀 A 디글리시딜에테르, 비스페놀 F 부탄디올 디글리시딜에테르, 7-옥사비시클로[4.1.0]헵트-3-일메틸의 7-옥사비시클로[4.1.0]헵탄-3-카르복실레이트, 및 비스페놀 A와 에피클로리딘의 혼합물로부터 선택된 적어도 광중합성 전구체 재료로부터 획득되는 것을 특징으로 하는 리튬 마이크로전지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리머 재료는, 각각 아크릴레이트계 재료 및 에폭시드계 재료인, 적어도 2종의 광중합성 전구체 재료의 균질 혼합물로부터 획득된 코폴리머인 것을 특징으로 하는 리튬 마이크로전지.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 아크릴레이트계 재료는 디아크릴레이트 1,6-헥산디올 및 메타크릴레이트로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 리튬 마이크로전지.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 에폭시계 재료는 비스페놀 A 디글리시딜에테르, 7-옥사비시클로[4.1.0]헵트-3-일메틸의 7-옥사비시클로[4.1.0]헵탄-3-카르복실레이트, 및 비스페놀 A와 에피클로리딘의 혼합물로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 리튬 마이크로전지.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속 입자는 은, 금, 구리, 백금, 팔라듐, 텅스텐, 몰리브덴, 지르코늄 및 탄탈륨으로부터 선택된 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬 마이크로전지.
  8. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속 입자는 약 1㎛ 내지 약 15㎛ 에 포함된 평균 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 리튬 마이크로전지.
  9. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 패키징 박층 (16) 은, 상기 패키징 박층 (16) 을 구성하는 재료의 총 중량에 대해 적어도 80 중량% 의 금속 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 마이크로전지.
  10. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 패키징 박층 (16) 은 약 2㎛ 내지 약 15㎛ 에 포함된 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 리튬 마이크로전지.
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