KR20120025521A - 전기화학 디바이스를 픽스쳐에 통합하는 방법 - Google Patents

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인피니트 파워 솔루션스, 인크.
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Abstract

본원은 전기화학 디바이스를 픽스쳐에 통합하는 방법을 개시하고 있다. 이 방법을 수행할 때, 이 방법은 예를 들면 전기화학 디바이스의 개선된 성능 및/또는 증가된 반감기를 발생시킬 수 있다. 이 방법은 예를 들면 통합 공정 전에 전기화학 디바이스를 방전하는 것 및/또는 통합 공정 동안 전기화학 디바이스의 온도 노출을 제한하는 것 및/또는 통합 공정 동안 전기화학 디바이스의 표면에 속박력을 인가하는 것을 포함할 수 있다.

Description

전기화학 디바이스를 픽스쳐에 통합하는 방법{METHOD OF INTEGRATING ELECTROCHEMICAL DEVICES INTO AND ONTO FIXTURES}
본원은 전문이 참조문헌으로 본원에 명확히 포함된 2009년 5월 20일자에 출원된 미국 가출원 제61/179,953호에 관한 것이고 35 U.S.C. $ 119(e) 하에 이의 이익을 주장한다.
본 발명은 전기화학 디바이스를 픽스쳐에 통합하는 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 예를 들면 전기화학 디바이스의 전기화학 성능을 유지하면서 일정 시간 동안 열 및 압력을 인가하여 전기화학 디바이스를 픽스쳐에 통합하는 방법에 관한 것이다.
신규한 제조 기법이 박막 배터리와 같은 전기화학 디바이스를 보다 소형이고 보다 박막으로 만들면서, 이 디바이스를 현재 다른 전자 디바이스 또는 픽스쳐에 통합할 수 있다. 전자 디바이스 또는 픽스쳐의 몇몇 예로는 인쇄 회로 기판, 연성 인쇄 회로 기판, 반도체 칩, 다층 인쇄 회로 기판, 스마트 카드, 신용 카드, 중합체 및 비중합체 라미네이트, 주형물(cast), 사출성형물(injection mold), 실리콘 웨이퍼, 실리콘 웨이퍼 샌드위치, 실리콘 웨이퍼 라미네이트, 세라믹 홀더 및 금속 홀더를 들 수 있다.
결과적으로, 전기화학 디바이스 그 자체를 더 큰 디바이스의 부품으로서 예를 들면, 적층하거나, 캐스팅하거나, 사출 성형할 때 열 및 기계 응력을 가한다. 추가로, 전기화학 디바이스는 솔더 리플로우(solder reflow) 공정, 용접 또는 다양한 다른 접합 방법에 의해 전자 디바이스 또는 픽스쳐에 부착할 때 열 및 기계 응력을 경험한다.
일부 전기화학 디바이스를 열 및/또는 압력의 인가에 의해 전자 디바이스 및 픽스쳐에 통합할 때 몇몇 불리한 효과가 관찰되었다. 일부 예에서, 캡슐화는 기계적으로 및 열적으로 박막 배터리의 다른 부품과 상이한 방식으로 변형된다. 따라서, 캡슐화의 통합성 및 성능은 적어도 일시적으로 손상될 수 있다. 즉, 이러한 변형은 전기화학 전지가 온전히 있는 것을 방지하여 전지 층이 박리 또는 서로 탈착될 수 있다. 이러한 손실된 통합성 기간 동안 주변 반응물은 전기화학 디바이스 캡슐화를 침투하고, 전기화학 디바이스 내부의 환경 민감 부품(예를 들면, 전극 및/또는 전해질)과 접촉하고, 결과적으로, 전기화학 디바이스의 성능을 감소시킬 수 있다.
또한 전기화학 디바이스를 충전하기에 필요한 전압인 전기화학 디바이스에 대한 특정 수준의 충전 전압은 1종 이상의 전극 물질(애노드 및/또는 캐소드)이 준안정 상태에 놓이게 할 수 있다는 것이 관찰되었다. "준안정 상태"는 예를 들면 전기화학 전지가 충전되었을 때의 1개 이상의 전극의 상태이다. 예를 들면, Li 애노드, Lipon 전해질 및 LiCoO2 캐소드를 갖는 전기화학 전지의 경우, LixCoO2는 x ≥ 0 및 x < 1.0(x가 감소하면서, 충전 상태가 증가함)인 준안정 전극이고; 한편 전지의 충전 상태 또는 캐소드의 충전 상태가 변할 때 금속 Li 애노드의 화학 상태는 변하지 않는다. 충전 상태가 증가하면서, 이 예에서의 전극은 이의 열역학 평형으로부터 멀어진다(이의 준안정 상태는 더 높을수록 에너지 면에서 열역학 평형보다 높다). 이러한 상태에서, 시간에 걸쳐 상승된 온도 및/또는 압력에 대한 노출은 전극 물질과 전해질 등과 같은 전기화학 디바이스 내의 다른 부품과의 화학 반응성을 증가시켜 조기 물질 분해를 야기할 수 있다. 더 구체적으로, 소정의 고체 상태 물질의 준안정 상태가 분해되는지는 일반적으로 물질에 적용되는 온도 및 시간의 문제이다. 온도가 충분히 높고/높거나 적용된 시간이 충분히 긴 경우, 완전한 안정 상태에 도달하기 위한 자연의 목적에 따라 준안정 전극의 분해가 발생할 수 있다. 대안적으로, 준안정 전극은 전해질, 집전체 또는 전지 패키징과 같은 주변 화학물질과 반응하여 준안정 상태로부터 안정 상태로 다시 이동시킬 수 있다. 이 상태의 결과는 과충전 상태에서의 전기화학 디바이스와 유사할 수 있다.
따라서, 예를 들면 상기 언급된 불리한 효과를 최소화하거나 회피하는 방식으로 디바이스 및 전자 픽스쳐에 전기화학 전지를 통합하는 방법에 대한 수요가 존재한다.
상기 언급된 불리한 효과를 극복하는 것이 본 발명의 특정한 예시적인 실시양태의 하나의 목적이다. 추가로 하기 자세히 기재된 특정 실시양태는 예를 들면 통합 공정 전에 전기화학 디바이스를 방전하는 것 및/또는 통합 공정 동안 전기화학 디바이스의 온도 노출을 제한하는 것 및/또는 통합 공정 동안 전기화학 디바이스의 표면에 속박력을 인가하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시양태에 따른 픽스쳐에 전기화학 디바이스를 통합하는 방법은 음극, 전해질 및 양극을 포함하는 전기화학 디바이스를 제공하는 단계로서, 상기 양극은 실온에서 상기 양극의 충전 상태의 안정성 상한보다 낮은 충전 상태를 갖는 것인 단계; 픽스쳐를 제공하는 단계; 일정 온도에서 일정 시간 동안 상기 픽스쳐 및 상기 전기화학 디바이스를 가열하는 단계; 및 상기 전기화학 디바이스를 상기 픽스쳐에 부착하는 단계를 포함한다.
본 발명의 몇몇 실시양태에 따른 픽스쳐에 전기화학 디바이스를 통합하는 방법은 안정한 상태에서 제작되고 사전 충전되지 않은 전기화학 디바이스를 제공하는 단계; 픽스쳐를 제공하는 단계; 일정 온도에서 일정 시간 동안 상기 픽스쳐 및 상기 전기화학 디바이스를 가열하는 단계; 및 상기 전기화학 디바이스를 상기 픽스쳐에 부착하는 단계를 포함한다.
본 발명의 이러한 실시양태 및 다른 실시양태를 하기 도면을 참조하여 하기 추가로 기재하였다. 상기 일반적인 설명 및 하기 자세한 설명 둘 다 예시적이고 오로지 예시적이며 청구된 본 발명을 제한하지 않는다. 추가로, 본 발명에 따른 통합 방법과 관련된 특정한 설명 또는 이론은 오직 설명을 위해 제시되고 본 개시내용 또는 특허청구범위의 범위와 관련하여 제한하는 것으로 생각되지 않는다.
도 1은 본 발명의 특정 실시양태에 따른 가상 또는 실제 금속 리튬 기준 전극에 대해 측정된 LiCoO2 캐소드 물질의 충전 상태와 이의 전압 사이의 관계의 예이다.
도 2는 본 발명의 특정 실시양태에 따른 가상 또는 실제 금속 리튬 기준 전극에 대해 측정된 전압에서의 LiCoO2 캐소드 물질의 충전 상태와 LiCoO2 캐소드 물질이 약 1 시간 동안 안정하게 있는 최대 허용 가능한 통합 온도 사이의 관계의 예이다.
특정한 방법론, 화합물, 물질, 제조 기법, 용도 및 본원에 기재된 분야가 변할 수 있으므로, 본 발명은 이들에 제한되지 않는다. 본원에 사용되는 용어는 오로지 특정한 실시양태를 설명하기 위한 목적으로 사용되고 본 발명의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다. 본원 및 특허청구범위에 사용되는 단수형 및 정관사는 문맥상 명확히 달리 기재되지 않은 한 복수의 언급을 포함한다. 예를 들면, "요소"란 언급은 1 이상의 요소를 언급하는 것이고, 당업자에게 공지된 이의 등가물을 포함한다. 유사하게, 다른 예의 경우, "단계" 또는 "수단"이란 언급은 1 이상의 단계 또는 수단을 언급하는 것이고 하위 단계 또는 부차 수단을 포함할 수 있다. 사용되는 모든 접속사는 가능한 가장 포괄적인 의미로 이해되어야 한다. 예를 들면, "또는"이란 단어는 문맥상 명확히 달리 필요하지 않은 한 논리적인 "배타적 또는"의 정의보다는 논리적인 "또는"의 정의를 갖는 것으로 이해되어야 한다. 본원에 기재된 구조는 또한 이 구조의 기능성 등가물을 의미한다. 근사치를 표현하는 것으로 해석될 수 있는 언어는 문맥상 명확히 달리 기재되지 않은 한 그렇게 해석되어야 한다.
달리 기재되지 않은 한, 본원에 사용되는 모든 기술 및 과학 용어는 본 발명이 속하는 당해 분야의 당업자가 통상 이해하는 것과 동일한 의미를 갖는다. 본원에 기재된 것과 유사한 또는 동등한 임의의 방법, 기법, 디바이스 또는 물질을 본 발명의 실행 또는 교시에서 사용할 수 있지만, 바람직한 방법, 기법, 디바이스 및 물질이 기재되어 있다. 본원에 기재된 구조는 또한 이러한 구조의 기능성 등가물을 의미한다.
모든 특허 및 다른 공보가 예를 들면 본 발명과 관련하여 유용할 수 있는 이러한 공보에 기재된 방법론을 기재하고 개사할 목적으로 본원에 참조문헌으로 포함된다. 이 공보는 본원의 출원일 전에 이의 개시만을 위해서만 제공된다. 이와 관련하여 본 발명자들이 선행 발명에 의해 또는 임의의 다른 이유로 그 개시에 선행하도록 권한부여되지 않는다는 인정으로서 어떻게도 해석되지 않는다.
열 강화 및 압력 강화 통합 공정 동안 전기화학 디바이스의 통합성을 유지하기 위한 하나의 해결책은 전기화학 디바이스가 덜 준안정 상태에 있도록 보장하는 것일 수 있다. 상기 언급된 바대로, 배터리를 충전하는 것은 1종 이상의 전극 물질(애노드 및/또는 캐소드)를 준안정 상태로 강요하는 것과 동일할 수 있다. 충전된 배터리를 특정 시간 동안 상승된 온도 및 압력으로 처리할 때, 전극 물질은 전해질 등과 같은 전기화학 디바이스 내에 다른 부품과 반응성이 될 수 있다. 또한, 준안정 전극 물질은 전기화학 디바이스 내에 임의의 다른 부품과 반응하지 않고 분해될 수 있다. 전기화학 디바이스 부품을 더 안정한 상태에 놓을 수 있고 따라서 통합 공정 전에 배터리를 방전하여 열 및 압력으로 처리할 때 덜 반응성일 수 있다. 예를 들면 배터리를 오직 소정의 충전 상태까지 충전함으로써 이전 조작의 임의의 형태를 통해 적절한 충전 상태의 배터리를 제공하여 전기화학 디바이스 부품을 또한 더 안정한 상태로 놓을 수 있다.
본 발명의 1 이상의 바람직한 실시양태에서, 전기화학 디바이스를 픽스쳐에 열 강화 및 압력 강화 통합 공정 처리 전에 적어도 가능한 충전 상태에 놓는다. 예를 들면, 완전 충전 개회로 전압은 Li 애노드, Lipon 전해질 및 LiCoO2 캐소드를 갖는 배터리의 경우 약 25℃에서 4.2 V일 수 있다. 예시적인 리튬 박막 배터리는 본원에 그 전문이 참조문헌으로 포함된 발명의 명칭이 "Hybrid Thin Film Battery"인 예를 들면 미국 특허 제12/179,701호에 기재되어 있다. 배터리 전하가 약 4.2 V(이상적으로 1.3?3.7V 범위) 미만의 전압에 있는 경우, 배터리 부품은 높은 온도 및/또는 압력에서 일정 시간 동안 화학적으로 안정하게 남을 수 있다.
LiCoO2와 같은 리튬 전이 금속 산화물 캐소드 및 금속 리튬 애노드가 구비된 예시적인 배터리에서, 금속 Li 애노드가 배터리 충전에 대해 이의 화학 성질을 변화시키지 않고 단순히 금속 Li가 변하지 않을 수 있으므로 캐소드를 충전시 준안정 충전 상태로 구동할 수 있다.
도 1은 예를 들면 본 발명의 특정한 바람직한 실시양태에 대해 가상 금속 Li 기준 전극 또는 실제 기존 금속 Li 애노드에 대한 전압의 함수로서 LiCoO2 캐소드의 충전 상태 사이의 관계를 나타낸 것이다. 0보다 큰 충전 상태의 경우, LiCoO2 캐소드는 준안정이 될 수 있고, 충전 상태가 증가하면서 이 준안정성은 증가한다. 더욱이, 소정의 충전 상태에 대해 온도를 증가시킬 때 LiCoO2 캐소드의 준안정성은 추가로 증가할 수 있다.
준안정성은 예를 들면 화학 물질이 (ⅰ) 소정의 온도 및 소정의 준안정성 정도에 대해 특정한 시간 규모(심지어 이 규모가 100년이더라도)에서 반응하고, (ⅱ) 소정의 준안정성에 대해 소정의 임계 온도를 능가할 때 빨리(분 또는 시간의 문제) 반응한다는 것을 의미하는 것으로 이해된다. 그러므로, 본 발명에서의 충전된 LiCoO2는 온도 및 이의 소정의 충전 상태에 따라 더 또는 덜 빨리 예를 들면 반응하거나 자가 분해될 수 있다.
도 2는 예를 들면 본 발명의 특정한 바람직한 실시양태에 대해 이의 충전 상태의 함수로서 예시적인 LiCoO2 캐소드에 대한 통합 온도와 시간 사이의 관계를 나타낸 것이다. 도 2에서 볼 수 있는 것처럼, 특정한 실시양태의 경우, 실선은 LiCoO2가 자가 분해를 비롯하여 실질적인 화학 반응을 발생시키지 않고 특정한 충전 상태에 대해 약 1 시간 동안 지속할 수 있는 최대 온도를 나타낸다. 다르게 보면, 도 2는 LiCoO2 캐소드에 대한 소정의 통합 온도가 약 1 시간 동안 실질적인 손상 없이 있는 예시적인 LiCoO2 캐소드의 (볼트의) 최대 충전 상태를 나타낸다. 전기화학 디바이스를 노출하기에 안전한 온도 및 시간을 결정하기 위해, 전기화학 디바이스를 전자 디바이스 또는 픽스쳐에 조립하는 통합기는 LiCoO2 캐소드로 작업할 때 참조의 도 2 또는 통합되는 전기화학 디바이스에 특징적인 유사한 차트일 수 있다. 추가로, 도 2에 도시된 바대로, 전기화학 디바이스를 특정 전압에 조정함으로써 통합기는 노출의 온도 및/또는 시간을 증가시킬 수 있다.
도 1은 가상 리튬 기준 전극(즉, Li+/Li) 또는 실제 리튬 애노드와 비교하여 측정할 때 실온(예를 들면. 9℃?27℃)에서의 충전된 LiCoO2 캐소드의 안정성 상한이 약 4.2 V의 전압 전위에 있다는 것을 보여준다. 이의 널리 공지된 전극 전위로 인해 이 실시예에서 가상 리튬 기준 전극을 사용하고 본 발명의 다양한 실시양태를 탄소, 마그네슘 및/또는 티탄 등과 같은 상이한 물질을 포함하는 애노드를 갖는 배터리에 적용할 수 있는 것으로 이해된다. 각각의 애노드 물질이 상이한 전기화학 특성 및 전극 전위를 가지면서, LiCoO2 전극이 이의 안정성 상부에 도달하는 전지 전압은 사용되는 애노드 물질에 따라 달라진다. 따라서, 단순성의 목적으로 당업자가 다른 애노드 물질을 갖는 배터리에 이용 가능한 전압 값으로 이 전압 값을 번역하는 능력을 가진다는 이해에 바탕하여 가상 리튬 기준 전극과 관련하여 기재된 전압을 사용한다.
특정한 전지 전화 배터리는 LiCoO2 캐소드가 구비될 때 4.2 V의 최대 전하 전압을 갖고, 이것은 4.2 V가 일반적으로 실온에서 LiCoO2에 대한 안정성 상한으로서 인정된다는 것을 예시한다. 도 1에 덧붙여, 도 2는 온도가 실질적으로 실온보다 증가할 때 충전 상태에 LiCoO2의 안정성 상한이 감소할 수 있다는 것을 보여준다. 도 2는 약 1 시간의 예시적인 안정성 시간에 초점을 두지만, 상이한 안정성 시간에 유사한 차트를 얻을 수 있다. 예를 들면, 1 시간으로부터 3 분으로 관심 있는 안정성 시간을 감소시킬 때, 4.1 V의 충전된 LiCoO2를 오직 200℃ 대신에 약 270℃까지 처리할 수 있다.
본 발명에 따른 일 실시양태에서, 통합 온도를 전기화학 전지의 상당한 분해 없이 실온을 넘어 적어도 70℃ 이상으로 증가시킬 수 있다. 본 발명에 따른 다른 실시양태에서, 통합 온도를 더 바람직하게는 통합기가 예를 들면 약 1 시간의 통합(드웰) 시간을 사용할 수 있는 온도인 적어도 150℃로 증가시킬 수 있다. 본 발명의 다른 실시양태에서, 통합 온도를 가장 바람직하게는 납 비함유 솔더 리플로우 공정의 사용에 바람직할 수 있는 260℃ 이상으로 증가시킬 수 있다. 이 온도에서 체류 시간은 예를 들면 2 분 미만일 수 있다. 이 온도에서, 예를 들면 자동화 솔더링 장비를 사용하여 전자 모듈을 회로에 솔더링할 수 있다. 리플로우 솔더링은 전기화학 디바이스를 인쇄 회로 기판에 부착시키는 예시적인 방법이지만, 본 발명에 따른 다른 방법을 이용할 수 있다. 리플로우 솔더링은 일시적으로 1개 이상의 부품을 이의 접촉 패드에 부착시키고 솔더를 용융시키고 영구히 이음부를 연결하기 위해 다른 디바이스 중에서 리플로우 오븐, 적외선 램프, 열풍 펜슬을 이용하여 어셈블리를 가열하는 것을 포함한다. 상이한 솔더 유형은 상이한 최소 온도를 요하고 통상적으로 수분(주석-납계 솔더) 간의 약 190℃로부터 2 분(납 비함유 솔더)까지의 265℃의 범위이다. 리플로우 공정의 목표는 과열을 방지하고 전기화학 및 시스템의 다른 부품의 후속 손상을 방지하는 것을 포함한다.
표적화된 디바이스 통합 기간 동안 제조시 특정한 충전 상태로 전기화학 디바이스를 방전하기 위해, 통합기는 우선 전압계를 전기화학 디바이스의 포지티브 및 네가티브 단자에 연결하고 전압을 측정한다. 이후, 저항 로드를 전기화학 디바이스의 단자에 걸쳐 연결할 수 있다. 하나의 바람직한 실시양태에서, 42kΩ(± 1 k) 저항기를 박막 배터리의 단자에 걸쳐 연결할 수 있다. 저항 로드를 단자에 연결하면서, 전기화학 디바이스가 방전되면서 전압계의 전압은 감소할 수 있다. 통합기가 선택하는 온도-시간 곡선에 어울리는 전압 값을 전압계가 판독할 때, 통합기는 저항 로드를 제거하고 통합을 계속할 수 있다.
다른 실시양태에서, 약 1 시간 동안 200℃에서 전기화학 디바이스를 인쇄 회로 기판으로 통합할 때, 통합기는 4.1 V 이상에서 금속 Li 애노드 및 LiCoO2 캐소드가 장착될 수 있는 전기화학 디바이스를 결코 시험 또는 조작하지 않을 수 있다. 이러한 접근법은 자동으로 이의 조작 수명 동안 임의의 시기에 전기화학 디바이스의 통합을 허용할 수 있다.
다른 실시양태에서, 전기화학 디바이스가 제조되는 시간과 이것이 픽스쳐에 통합되는 시간 사이에 전기화학 디바이스가 충전되지 않을 수 있다. 예를 들면, 상기 기재된 박막 배터리는 이의 제1 전하 전에 대략 1.3?3.7V의 단자 전압을 갖는다. 우연히, 이 전압 범위는 미묘하게 충전되거나 깊게 충전된 Li/LiCoO2 배터리와 유사할 수 있고, LiCoO2 캐소드는 사전에 결코 충전되지 않은 LiCoO2 캐소드와 약간 상이한 화학 및 물리 특성을 나타낼 수 있다. 따라서, 하나의 바람직한 방법은 이의 제1 충전 전에 이 배터리를 픽스쳐와 통합하는 것을 포함할 수 있다. 이 해결책이 항상 가능할 수 있지는 않지만, 예를 들면 배터리를 픽스쳐와 통합하기 전(이것은 배터리 충전 포함함)에 배터리에서 성능 시험을 수행하고자 하는 소망이 존재할 수 있다는 것을 전제한다.
통합 공정 동안 열 및 압력으로 처리할 때 전기화학 디바이스의 통합성을 유지하는 것을 돕는 다른 예시적인 해결책은 예를 들면 전기화학 디바이스의 하나의 주표면에 바람직하게는 균일한 압력을 제공하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들면, 리튬과 같은 환경 민감 물질을 포함할 수 있는 전기화학 디바이스에서, 배터리의 통합성은 전기화학 부품과 분위기 사이의 캡슐화 또는 밀폐 장벽에 따라 달라질 수 있다. 캡슐화 설계의 하나의 예는 본원에 그 전문이 참조문헌으로 포함된 미국 출원 제12/151,137호에 개시되어 있다. 통합 공정에 통상적인 온도, 압력 및 전단력으로 처리할 때, 캡슐화는 기계적으로 및 열적으로 전기화학 디바이스의 나머지 부품과 상이한 방식으로 변형할 수 있다. 따라서, 온도, 압력 및 전단력은 캡슐화의 통합성 및 성능을 적어도 일시적으로 손상시킬 수 있다. 이 손실 통합성 기간 동안, 주변 반응물은 박막 배터리 캡슐화를 침투하고 디바이스 내에 환경 민감 물질과 반응할 수 있고, 결과적으로, 배터리의 성능을 감소시킬 수 있다. 예를 들면, 가열 및 가압 통합 공정 중에 전기화학 디바이스의 나머지에 대해 캡슐화의 가능한 이동을 구속함으로써, 또는 캡슐화를 고정함으로써, 캡슐화의 이 기계적 및 열적 변형을 회피할 수 있다. 캡슐화의 이동의 구속은 수력 압축 또는 비수력 압축을 이용하거나 이용하지 않을 수 있다. 기계적 구속은 예를 들면 통합 공정 동안 캡슐화 층 시일에 추가의 기계적 힘을 일시적으로 제공할 수 있다. 추가의 기계적 힘의 양은 열 변형에 의해 야기되는 힘의 양보다 오직 약간 높을 수 있다.
본 발명을 몇몇 실시양태로 본원에 기재하였다. 의도하는 정신 및 이의 범위를 벗어나지 않고 이의 다양한 실시양태로 본 발명에 의해 향상되는 세라믹 등과 같은 물질의 성능을 포괄할 수 있는 많은 대안 및 변형이 존재한다는 것이 명확하다. 상기 기재된 실시양태는 오로지 예시적이다. 당업자라면 본 개시내용의 범위 내에 있는 것으로 의도되는 본원에 구체적으로 기재된 실시양태로부터의 변형을 이해할 것이다. 그러므로, 본 발명은 오로지 하기 특허청구범위에 의해서만 제한된다. 따라서, 본 발명은 본 발명의 변형을 포괄하는 것으로 의도되며, 단 이것은 특허청구범위 및 이의 등가물의 범위 내에 있다.

Claims (44)

  1. 음극, 전해질 및 양극을 포함하는 전기화학 디바이스를 제공하는 단계로서, 상기 양극은 실온에서 상기 양극의 충전 상태의 안정성 상한보다 낮은 충전 상태를 갖는 것인 단계;
    픽스쳐를 제공하는 단계;
    일정 온도에서 일정 시간 동안 상기 픽스쳐 및 상기 전기화학 디바이스를 가열하는 단계; 및
    상기 전기화학 디바이스를 상기 픽스쳐에 부착하는 단계
    를 포함하는, 전기화학 디바이스를 픽스쳐와 통합하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 온도는 약 70℃ 이상을 포함하는 것인 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 온도는 약 150℃ 이상을 포함하는 것인 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 온도는 솔더 리플로우(solder reflow) 공정 온도를 포함하는 것인 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 온도는 약 260℃ 이상을 포함하는 것인 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 전기화학 디바이스는 리튬을 포함하는 것인 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 양극은 리튬을 포함하는 것인 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 양극은 LiCoO2를 포함하는 것인 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 안정성 상한은 상기 음극에 대해 측정할 때 약 4.2 V를 포함하는 것인 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 음극은 가상 리튬 기준 전극을 포함하는 것인 방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 음극은 금속 리튬 애노드를 포함하는 것인 방법.
  12. 제9항에 있어서, 상기 온도는 약 160℃ 이하를 포함하고, 상기 시간은 약 1 시간을 포함하는 것인 방법.
  13. 제10항에 있어서, 상기 온도는 약 160℃ 이하를 포함하고, 상기 시간은 약 1 시간을 포함하는 것인 방법.
  14. 제11항에 있어서, 상기 온도는 약 160℃ 이하를 포함하고, 상기 시간은 약 1 시간을 포함하는 것인 방법.
  15. 제8항에 있어서, 상기 안정성 상한은 상기 음극에 대해 측정할 때 약 4.1 V를 포함하는 것인 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 음극은 가상 리튬 기준 전극을 포함하는 것인 방법.
  17. 제15항에 있어서, 상기 음극은 금속 리튬 애노드를 포함하는 것인 방법.
  18. 제15항에 있어서, 상기 온도는 약 200℃ 이하를 포함하고, 상기 시간은 약 1 시간을 포함하는 것인 방법.
  19. 제16항에 있어서, 상기 온도는 약 200℃ 이하를 포함하고, 상기 시간은 약 1 시간을 포함하는 것인 방법.
  20. 제17항에 있어서, 상기 온도는 약 200℃ 이하를 포함하고, 상기 시간은 약 1 시간을 포함하는 것인 방법.
  21. 제8항에 있어서, 상기 안정성 상한은 상기 음극에 대해 측정할 때 약 4.05 V를 포함하는 것인 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 음극은 가상 리튬 기준 전극을 포함하는 것인 방법.
  23. 제21항에 있어서, 상기 음극은 금속 리튬 애노드를 포함하는 것인 방법.
  24. 제21항에 있어서, 상기 온도는 약 230℃ 이하를 포함하고, 상기 시간은 약 1 시간 이하를 포함하는 것인 방법.
  25. 제22항에 있어서, 상기 온도는 약 230℃ 이하를 포함하고, 상기 시간은 약 1 시간 이하를 포함하는 것인 방법.
  26. 제23항에 있어서, 상기 온도는 약 230℃ 이하를 포함하고, 상기 시간은 약 1 시간 이하를 포함하는 것인 방법.
  27. 제8항에 있어서, 상기 안정성 상한은 상기 음극에 대해 측정할 때 약 4.0 V를 포함하는 것인 방법.
  28. 제27항에 있어서, 상기 음극은 가상 리튬 기준 전극을 포함하는 것인 방법.
  29. 제27항에 있어서, 상기 음극은 금속 리튬 애노드를 포함하는 것인 방법.
  30. 제27항에 있어서, 상기 온도는 약 250℃ 이하를 포함하고, 상기 시간은 약 1 시간 이하를 포함하는 것인 방법.
  31. 제28항에 있어서, 상기 온도는 약 250℃ 이하를 포함하고, 상기 시간은 약 1 시간 이하를 포함하는 것인 방법.
  32. 제29항에 있어서, 상기 온도는 약 250℃ 이하를 포함하고, 상기 시간은 약 1 시간 이하를 포함하는 것인 방법.
  33. 제8항에 있어서, 상기 안정성 상한은 상기 음극에 대해 측정할 때 약 3.95 V를 포함하는 것인 방법.
  34. 제33항에 있어서, 상기 음극은 가상 리튬 기준 전극을 포함하는 것인 방법.
  35. 제33항에 있어서, 상기 음극은 금속 리튬 애노드를 포함하는 것인 방법.
  36. 제33항에 있어서, 상기 온도는 약 270℃ 이하를 포함하고, 상기 시간은 약 1 시간 이하를 포함하는 것인 방법.
  37. 제34항에 있어서, 상기 온도는 약 270℃ 이하를 포함하고, 상기 시간은 약 1 시간 이하를 포함하는 것인 방법.
  38. 제35항에 있어서, 상기 온도는 약 270℃ 이하를 포함하고, 상기 시간은 약 1 시간 이하를 포함하는 것인 방법.
  39. 제1항에 있어서, 상기 가열은 상기 온도를 상기 전기화학 디바이스의 1 이상의 주표면에 균일하게 적용하는 것을 더 포함하는 것인 방법.
  40. 제1항에 있어서, 상기 전기화학 디바이스의 기계적 왜곡을 실질적으로 방지하는 방식으로 상기 전기화학 디바이스를 고정하는 것을 더 포함하는 방법.
  41. 제1항에 있어서, 상기 전기화학 디바이스의 기계적 왜곡을 실질적으로 방지하는 방식으로 상기 전기화학 디바이스를 압축하는 것을 더 포함하는 방법.
  42. 제41항에 있어서, 상기 압축은 수압을 적용하는 것을 더 포함하는 것인 방법.
  43. 제1항에 있어서, 상기 픽스쳐는 인쇄 회로 기판, 연성 인쇄 회로 기판, 칩, 다층 인쇄 회로 기판, 다층 연성 인쇄 회로 기판, 스마트 카드, 신용 카드, 중합체 라미네이트, 비중합체 라미네이트, 주형물(cast), 사출성형물(injection mold), 실리콘 웨이퍼, 실리콘 웨이퍼 샌드위치, 실리콘 웨이퍼 라미네이트, 세라믹 홀더, 금속 홀더의 군으로부터 선택되는 품목을 포함하는 것인 방법.
  44. 사전 충전되지 않은 전기화학 디바이스를 제공하는 단계;
    픽스쳐를 제공하는 단계;
    일정 온도에서 일정 시간 동안 상기 픽스쳐 및 상기 전기화학 디바이스를 가열하는 단계; 및
    상기 전기화학 디바이스를 상기 픽스쳐에 부착하는 단계
    를 포함하는, 전기화학 디바이스를 픽스쳐와 통합하는 방법.
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