KR20140053156A - 배터리들을 전기적으로 접속시키기 전에 배터리들의 동작을 테스팅하면서 배터리들을 갖는 디바이스를 제조하는 방법 - Google Patents

배터리들을 전기적으로 접속시키기 전에 배터리들의 동작을 테스팅하면서 배터리들을 갖는 디바이스를 제조하는 방법 Download PDF

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라파엘 살로
필립 아하츠
스떼브 마르땡
사미 우까시
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꼼미사리아 아 레네르지 아토미끄 에뜨 옥스 에너지스 앨터네이티브즈
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Abstract

배터리들을 갖는 디바이스의 제조 방법은 지지 기판 (2) 상에서 수행되는 다음의 연속 단계들을 포함한다: - 주면을 형성하는 제 1 도전층 (1) 을 포함하는 지지 기판 (2) 을 제공하는 단계, - 제 1 도전층 (1) 상에 복수의 배터리들 (3a, 3b, 3c, 3d) 을 동시에 형성하는 단계, - 기능성 배터리들 (3a, 3b, 3d) 의 제 1 그룹과 결함성 배터리들 (3c) 의 제 2 그룹을 구별하도록 배터리들 (3a, 3b, 3c, 3d) 의 동작을 테스팅하는 단계, - 제 1 도전층 (1) 으로부터 전기적으로 절연된 제 2 도전층 (7) 을 형성하는 단계로서, 제 2 도전층 (7) 및 상기 제 1 도전층 (1) 은 기능성 배터리들 (3a, 3b, 3d) 만을 병렬로 링크시키도록 구성되는, 제 2 도전층을 형성하는 단계.

Description

배터리들을 전기적으로 접속시키기 전에 배터리들의 동작을 테스팅하면서 배터리들을 갖는 디바이스를 제조하는 방법{METHOD OF PRODUCING A DEVICE HAVING BATTERIES WITH TESTING OF THE OPERATION OF THE BATTERIES BEFORE CONNECTING THEM ELECTRICALLY}
본 발명은 배터리 디바이스를 제조하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 배터리 디바이스들은 지지 기판 상에 매트릭스들의 형태로 배열된 배터리들을 포함한다. 모든 배터리들은 전기적으로 병렬로 접속되어 동시에 동일 전압을 유지하면서 디바이스의 에너지 저장 용량을 최적화하는 회로를 형성한다. 배터리들이 병렬로 접속될 때, 배터리들 중 하나는 효율의 급격한 손실을 겪는 매트릭스의 전체에 대해 결함이 있거나 심지어 그 자체에 결함이 있게 되기에 충분하다.
이와 같이, 배터리 매트릭스가 제조될 때, 상이한 배터리들이 기판 상에 형성되고 그 후 개별적으로 테스팅된다. 그 후, 기능성 배터리들은 기판으로부터 제거된 다음, 전기적으로 병렬로 접속되게 되는 새로운 기판 상에 부착된다.
이 방법은 상당히 많은 수의 단계들을 필요로 하기 때문에 구현하는데 비용이 높다. 또한, 배터리들 중 하나는 배터리 디바이스가 동작하지 않도록 하는 테스팅에 이어지는 분리 동작들 동안 손상되기에 충분하며, 이에 의해 비교적 낮은 제조 수율을 초래한다.
본 발명의 목적은, 제조 비용을 감소시키고, 특히 큰 표면들 상에서, 배터리 디바이스의 제조 수율을 증가시키는 것을 구현하기에 용이한 그러한 배터리 디바이스를 제조하는데 있다.
이러한 목적은 첨부된 청구항들에 의해 달성되는 경향이 있다.
다른 이점들 및 피쳐들은 한정이 아닌 예시의 목적으로 주어지고 첨부된 도면들에 나타내는 발명의 특정 실시형태들의 다음의 기재로부터 보다 분명히 명백해질 것이다.
도 1은 기판 상에 도전층을 성막하는 것에 있는 방법의 단계를 실행하는 단면도를 도시한다.
도 2는 복수의 배터리들의 형성 단계의 단면도를 도시한다.
도 3은 도 2의 상면도를 도시한다.
도 4는 결함성 배터리들로부터 기능성 배터리들을 구별하는 배터리들의 전기적 테스팅 단계의 단면도를 도시한다.
도 5는 기능성 배터리들이 병렬로 접속되는 단계 이후에 획득된 단면도를 도시한다.
도 6 내지 도 9는 기능성 배터리들이 전기적으로 병렬로 접속되는 것을 가능하게 하는 제 1 실시형태를 도시한다.
도 10은 기능성 배터리들이 전기적으로 병렬로 접속되는 것을 가능하게 하는 제 2 실시형태를 도시한다.
도 11은 제 3 실시형태를 도시한다.
도 12는 제 3 실시형태의 실행의 변형을 도시한다.
방법 및 그 변형들은, 배터리들을 갖는 디바이스의 제조를 도시하며, 그 단계들은 최적의 효율이 획득되게 하면서 동시에 구현의 용이성을 보장한다.
도 1에서, 방법은 주면을 형성하는 제 1 도전층 (1) 을 포함하는 지지 기판 (2) 을 획득하도록 지지 기판 (2) 상에 제 1 도전층 (1) 이 성막되는 제 1 단계를 포함한다.
후속하여 제 1 도전층 (1) 이 적어도 부분적으로 배터리 디바이스의 제 1 전류 컬렉터를 형성하도록 설계된다.
도 2에서, 지지 기판 (2) 상의 제 1 도전층 (1) 의 성막 단계 다음에, 복수의 배터리들 (3a, 3b, 3c, 3d) 이 제 1 도전층 (1) 상에 형성된다. 바람직하게, 도전층 (1) 은 복수의 배터리들 (3a, 3b, 3c, 3d) 을 전기적으로 접속시킨다. 배터리들 (3a, 3b, 3c, 3d) 은 지지 기판 (2) 에 평행한 동일 평면에 위치된다.
각각의 배터리 (3a, 3b, 3c, 3d) 는 제 1 도전층 (1) 상에 제조된 스택을 포함할 수 있다. 스택은 제 1 전극 (4a), 전해질 멤브레인 (5) 및 제 2 전극 (4b) 을 포함할 수 있고, 제 1 전극 (4a) 은 제 1 도전층 (1) 과 전기적으로 컨택된다. 즉, 멤브레인 (5) 및 제 2 전극 (4b) 은 지지 기판 (2) 에 대향하는 방향으로 제 1 전극 (4a) 위에 연속적으로 배열된다.
유리하게, 배터리들 (3a, 3b, 3c, 3d) 의 형성 단계가 상기 지지 기판 (2) 상에서 동시 방식으로 수행된다. 즉, 모든 배터리들 (3a, 3b, 3c, 3d) 은 스택들을 형성하도록 설계된 층들의 성막 및 패터닝, 또는 적절한 마스크들의 사용에 의한 선택적 성막 후에 획득된다. 이것은 모놀리식 기술들을 사용함으로써 달성될 수 있다. 이러한 제조 방법의 특별한 이점은 배터리들이 동일하다는 것을 보장한다는 것이다. 게다가, 배터리들의 병렬 접속과 관련된 또 다른 문제는, 배터리들이 동일한 것이 바람직하고 최종 디바이스의 최적 동작을 보장하도록 동일한 제조 배치들로부터 유래한다는 것이다. 본 경우에 있어서, 배터리들은 동일한 층들의 성막으로부터 유래하기 때문에, 동일한 배터리들이 획득되는 것이 보장되며, 이는 제조된 배터리 디바이스들의 품질 및 수율 증가의 결과를 갖는다.
도 3은 스택들의 형성 후 배터리들을 갖는 디바이스의 상면도를 도시한다. 도 3의 라인 A-A 에 따른 단면도인, 도 2의 배터리들 (3a, 3b, 3c, 3d) 이 이 도면에서 보여질 수 있다. 유리하게, 하나의 동일한 지지체 상의 배터리들의 수를 최적화하기 위해서, 배터리들은 라인들 및 칼럼들로 정렬되도록 매트릭스의 형태로 형성된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 복수의 배터리들 (3a, 3b, 3c, 3d) 이 형성된 후, 방법은 배터리들의 동작이 테스팅되는 단계를 포함한다. 이러한 테스트들의 목적은, 배터리들이 기능성인지 그리고 배터리 또는 배터리들이 결함성일 수도 있는지를 결정하는 것이며, 즉 이 테스트의 목적은 기능성 배터리들 (3a, 3b, 3d) 의 제 1 그룹과 결함성 배터리들 (3c) 의 제 2 그룹을 구별하는 것이다. 이 테스팅 단계는, 각각의 배터리 (3a, 3b, 3c, 3d) 에 대하여, 상기 배터리 (3d) 의 전기적 테스팅을 수행하기 위해, 제 1 도전층 (1) 상의 제 1 전기적 컨택 (C1) 및 관련된 배터리 (3d) 의 제 2 전극 (4b) 과 연관된 제 2 전기적 컨택 (C2) 을 취함으로써 수행되는 것이 바람직하다. 도 4에서와 같이, 컨택들 (C1 및 C2) 은 테스팅 회로들을 위해 통상 마이크로일렉트로닉스에 사용된 팁들의 형태일 수 있다. 전기적 테스팅은 배터리 (3d) 의 내부 저항을 측정함으로써, 개방 회로에서 배터리 (3d) 를 통해 흐르는 전류 (개방 회로 전압에 대한 OCV) 를 측정함으로써, 또는 EIS (Electrochemical Impedance Spectroscopy) 방법에 의해 수행될 수 있다. 이러한 테스팅은 스택에 대해 빠르고 비파괴적인 측정들이 이루어지는 것을 가능하게 한다. 전기적 테스팅에 부가하여, 이러한 테스트들의 결과에 따라, 광 적외선 서모그래피, AFM (Atomic Force Microscopy), FTIR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy), XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy) 에 의해 배터리들을 체크하는 것이 또한 가능하고, 배터리가 충분한 품질 특성들을 갖지 않는 경우, 그 배터리는 거절되고 결함이 있는 것으로 간주되게 된다.
배터리는, 필요 사양들, 예를 들어 전압 임계치, 전류 임계치 및 재충전 시간 등에 부합되지 않은 경우, 결함이 있는 것으로 간주될 수 있다.
테스팅이 수행될 때, 제 1 컨택 (C1) 은 영구적인 컨택일 수 있으며, 즉 이 컨택 (C1) 은 상이한 배터리들의 두 테스트들 사이에서 상기 제 1 컨택 (C1) 을 이동시키지 않으면서 모든 배터리들을 테스트하기 위해 사용되게 된다. 이것은 테스팅이 수행되는 때에, 제 1 도전층 (1) 이 모든 배터리들 (3a, 3b, 3c, 3d) 의 제 1 전극들 (4a) 과 전기적으로 컨택하는 것이 바람직하다는 사실에 의해 가능해진다. 제 2 컨택 (C2) 은 그의 부분에 대하여 배터리로부터 대응하는 제 2 전극 (4b) 과 연관되는 배터리로 이동될 수 있게 된다.
"제 2 전극 (4b) 과 연관된" 에 의해 의미되는 것은, 테스팅이 수행될 때, 제 2 전극 (4b) 과, 또는 지지 기판 (2) 에 대향하는 스택의 정점에 배열된 배터리의 도전성 중간층 (6) 과 직접 컨택하게 제 2 컨택 (C2) 을 배치하는 것이 가능하다는 것이다 (도 2 및 도 4). 이 중간층 (6) 은 제 2 전극 (4b) 과 직접 컨택될 수 있다. 중간층 (6) 은 스택의 보호 및 전기적 컨택들의 개선의 2 가지 기능들이 수행될 수 있도록 하여 전기적 테스팅을 용이하게 하며, 이 층 (6) 은 티타늄, 니켈, 플래티넘 또는 다른 적절한 재료들로 제조된다. 실제로, 테스팅을 수행하는 것은, 제 1 컨택 (C1) 과 제 1 전극 (4a) 사이 및 제 2 컨택 (C2) 과 제 2 전극 (4b) 사이에서 전기적 연속성을 갖기에 충분하다.
모든 배터리들이 테스팅된 후에, 배터리 디바이스의 미래 회로를 확립하기 위해 사용되는 것이 가능하게 되는 결함성 및/또는 기능성 배터리들의 맵핑을 작성하는 것이 용이하다.
도 5에 도시된 바와 같이, 배터리들의 테스팅 후, 기능성 배터리들만이 병렬로 접속되는 회로를 형성하기 위해서, 제 1 도전층 (1) 으로부터 전기적으로 절연된 제 2 도전층 (7) 이 성막되고, 그 후 임의의 결함성 배터리 또는 배터리들이 회로로부터 접속해제된다. 제 1 도전층 (1) 및 제 2 도전층 (7) 은 기능성 배터리들 (3a, 3b 및 3d) 만을 병렬로 접속하도록 구성된다. 그 후, 제 2 도전층 (7) 이 배터리들을 갖는 디바이스의 제 2 전류 컬렉터를 적어도 부분적으로 형성하고, 그 후 제 1 및 제 2 전류 컬렉터들 사이에서 병렬 접속이 이루어진다.
배터리들을 갖는 획득된 디바이스의 용량 및 최대 전력 또한 결함성 배터리들의 수 및 지지 기판의 유효 면적의 충전율의 함수이게 된다.
도 5의 특정 예에서, 배터리들 (3a, 3b 및 3d) 은 기능성이고, 배터리 (3c) 는 결함성이다. 제 1 및 제 2 도전층들 (1, 7) 은 기능성 배터리들을 병렬로 접속시키는 전류 컬렉터들을 형성한다. 결함성 배터리 (3c) 는 전류 컬렉터들 (층 (7)) 중 하나에만 전기적으로 접속되며, 이에 따라 그것은 기능성 배터리들의 병렬 회로에 포함되지 않는다.
기능성 배터리들의 병렬 접속된 회로의 형성은 상이한 실시형태들에 따라 구현될 수 있다.
도 6 내지 도 9에 도시된 제 1 실시형태에서, 결함성 배터리 (3c) 를 지지하는 제 1 도전층 (1) 의 일 부분 (1a) 은 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 기능성 배터리들 (3a, 3b, 3d) 에 공통인, 제 1 도전층 (1) 의 다른 부분 (1b) 으로부터 전기적으로 절연되며, 도 7은 단면 B-B 와 연관된 도 6의 상면도이다. 실제로, 부분 (1a) 이 결함성 배터리의 제 1 전극 (4a) 과 전기적으로 컨택하는 제 1 도전층의 부분에 적어도 바람직하게 대응한다. 이 부분 (1a) 의 치수들은 기능성 배터리들에 공통인 부분 (1b) 으로부터 결함성 배터리를 전기적으로 절연시키도록, 지지된 결함성 배터리의 치수들과 적어도 동등하다. 이러한 결함성 배터리의 절연 단계는, 제 2 도전층 (7) 의 성막 단계 전에 수행될 수 있으며, 그 후 제 1 층 (1) 은 2개의 인접 배터리들 사이에서 여전히 액세스 가능하다. 바람직하게, 모든 결함성 배터리들은 제 2 도전층 (7) 의 성막 전에 이러한 방식으로 절연된다. 예를 들어, 결함성 배터리 (3c) 의 절연은 제 1 도전층 (1) 을 지지 기판 (2) 까지 식각함으로써 수행된다 (도 6 및 도 7). 식각은 당업자에게 알려진 임의의 적절한 방법에 의해 수행될 수 있다. 바람직하게, 요건들을 맞추도록 구성가능하고 플렉시블한 방법인, 레이저 식각 기술이 사용된다. 기능성 및/또는 결함성 배터리들의 맵핑에 따라, 레이저 식각이 각각의 결함성 배터리 상에서 반복되게 된다. 결함성 배터리들의 절연 후, 그 다음 제 2 도전층 (7) 이 제 2 전극들 (4b) 의 레벨에서 모든 배터리들을 전기적으로 접속하도록 성막될 수 있다. "제 2 전극들의 레벨에서" 에 의해 의미되는 것은, 직접 컨택에 의해 또는 앞에서 언급된 중간층 (6) 과 같은 도전층의 개재로, 제 2 전극들 (4b) 과 제 2 도전층 (7) 사이에서 전기적 연속성이 확립된다는 것이다. 즉, 회로로부터의 결함성 배터리 (3c) 의 접속해제는, 기능성 배터리들과 연관된 제 1 도전층의 부분 (1b) 의 상기 결함성 배터리를 지지하는 제 1 도전층의 부분 (1a) 의 절연에 의해 수행된다. 실제로, 도 9에서, 제 2 도전층 (7) 은 배터리들의 모든 제 2 전극들 (4b) 과 전기적으로 연속성이며, 모든 배터리들에 공통인 부분 (1b) 만이 모든 기능성 배터리들이 전기적으로 병렬로 접속되게 한다.
이러한 제 1 실시형태에서, 제 1 도전층 (1) 과 제 2 도전층 (7) 사이의 전기적 절연은 전기적 절연층 (8) 의 개재에 의해 달성될 수 있다. 이로써, 도 8에 도시된 바와 같이, 모든 결함성 배터리들 (3c) 이 절연된 후, 전기적 절연층 (8) 이, 바람직하게 컨포멀 성막에 의해, 배터리들 상에 그리고 배터리들 사이에 성막된다 (도 8). 그 후, 이 전기적 절연층 (8) 은 제 2 전극들 (4b) 의 레벨에서 액세스 가능한 모든 배터리들 (3a, 3b, 3c, 3d) 을 남기도록 패터닝된다 (도 9). 패터닝에 의해 생성된 개구들은 모든 제 2 전극들과 전기적 연속성으로 (직접 컨택 또는 중간층 (6) 의 개재로) 상기 제 2 도전층 (7) 을 배치함으로써 제 2 도전층 (7) 이 성막되는 것을 가능하게 한다 (도 9). 전기적 절연층 (8) 은 유전체 타입의 것일 수 있다.
제 1 실시형태에서, 제 1 전류 컬렉터는 기능성 배터리들에 공통인 제 1 도전층의 부분 (1b) 에 의해 형성되고, 제 2 전류 컬렉터는 제 2 도전층 (7) 에 의해 형성된다.
도 10에 도시된 제 2 실시형태에 따라, 제 2 도전층 (7) 은 전기적 절연층 (8) 이후에 성막되며, 상기 전기적 절연층 (8) 은 상기 배터리들을 커버한다. 제 2 도전층 (7) 의 성막 전에, 전기적 절연층 (8) 은 액세스 가능한 기능성 배터리들 (3a, 3b, 3d) 만을 남기도록 몇몇 장소에서 국소적으로 개방되어, 성막된 후에, 상기 제 2 도전층 (7) 이 전기적 절연층 (8) 의 국소화된 개구들의 레벨에서 기능성 배터리들만을 전기적으로 접속시킨다. 기능성 배터리들 (3a, 3b, 3d) 은 전기적 절연층 (8) 을 통해 접속된다. 개구는 레이저에 의해 전기적 절연층 (8) 의 국소적 어블레이션 (ablation) 에 의해 형성될 수 있다. 이 실시형태는 제거될 재료의 면적들이 작은 표면들인 제 1 실시형태보다 바람직하다. 이에 따라, 이것은 제조율이 증가되는 것을 가능하게 하고, 단일 개구가 충분한 반면, 제 1 실시형태에서 제 1 도전층 (1) 이 결함성 배터리 전반에 걸쳐 어블레이트되어야 한다.
이러한 제 2 실시형태에서, 제 1 도전층 (1) 은 배터리들의 모든 제 1 전극들 (4a) 과 전기적으로 컨택하는 것이 바람직하고, 제 2 도전층 (7) 은 기능성 배터리들 (3a, 3b, 3d) 의 제 2 전극들 (4b) 과만 전기적으로 컨택하며, 그 후 배터리 (3c) 는 회로로부터 접속해제된다. 제 2 도전층 (7) 과 전극 (4b) 사이의 전기적 컨택은 앞에서 명기된 바와 같이 직접적일 수 있고 또는 중간층 (6) 의 개재에 의해서일 수 있다.
제 2 실시형태에서, 제 1 전류 컬렉터는 제 1 도전층 (1) 에 의해 형성되고, 제 2 전류 컬렉터는 제 2 도전층 (7) 에 의해 형성된다.
도 11에 도시된 제 3 실시형태에 따라, 제 2 도전층 (7) 은 모든 배터리들 (3a, 3b, 3c, 3d) 과 전기적으로 접속되도록 성막된다. 그 후, 제 2 도전층 (7) 이 패터닝되어, 기능성 배터리들에 공통인 제 2 도전층의 다른 부분 (7b) 의 결함성 배터리와 연관된 제 2 도전층의 부분 (7a) 을 전기적으로 절연시킨다 (그 후 기능성 배터리들은 공통 부분 (7b) 에 전기적으로 접속된 제 2 전극들 (4b) 을 갖는다). 이러한 패터닝은 모든 결함성 배터리들에 대하여, 예를 들어 제 1 도전층이 부분들에서 패터닝되는 상술한 실시형태들과 동일한 방식으로 수행될 수 있다. 결함성 배터리와 연관된 부분 (7a) 은, 바람직하게 결함성 배터리의 제 2 전극과 전기적으로 연속성인 제 2 도전층 (7) 의 부분에 대응하며, 상기 부분 (7a) 의 치수들은, 결함성 배터리 (3c) 와 기능성 배터리들에 공통인 부분 (7b) 사이의 전기적 컨택을 방지하도록 결함성 배터리와의 계면에서 제 2 도전층 (7) 의 표면에 의해 적어도 정의된다.
제 1 및 제 3 실시형태들에 적용가능한 방식으로, 인접한 배터리들이 결함성일 때, 배터리들의 절연을 가능하게 하는 연관된 도전층의 어블레이션은, 기능성 배터리들에 공통인 부분과는 별개인 단일 부분이 몇몇 결함성 배터리들과 연관되도록 수행될 수 있으며, 이것은 관련된 도전층의 레벨에서 재료의 제거가 제한되도록 함으로써, 디바이스들의 제조율을 증가시킨다.
제 3 실시형태에서, 제 1 전류 컬렉터는 기능성 배터리들에 공통인 제 2 도전층 (7) 의 부분 (7b) 에 의해 형성되며, 제 2 전류 컬렉터는 제 1 도전층 (1) 에 의해 형성된다.
도 12에 도시된 제 3 실시형태의 변형에 있어서, 복수의 배터리들 (3a, 3b, 3c, 3d) 의 형성 단계는, 바람직하게, 모든 배터리들에 공통인 전해질 멤브레인 (5) 의 성막을 포함하며, 상기 전해질 멤브레인 (5) 은 배터리들 사이의 제 1 및 제 2 도전층들 (1, 7) 을 전기적으로 절연시킨다. 즉, 복수의 배터리들에서, 각각의 배터리는 배터리와 배타적으로 연관되는 2개의 전극들을 포함하고, 전해질 멤브레인 (5) 은 모든 배터리들에 공통인 단일의 비패터닝된 층을 형성한다. 이러한 공통 멤브레인 (5) 의 장점은 제 1 및 제 2 도전층 (1, 7) 사이에서 전기적 절연체로서 작용하는 부가적인 절연층의 성막을 생략할 수 있다는 것이다. 게다가, 멤브레인의 경우, 제 1 및 제 2 도전층 (1, 7) 사이의 전기적 절연의 역할이 도 11에 도시된 바와 같이, 배터리들 및 2 개의 인접한 배터리들 사이의 공간들을 커버하는, 멤브레인 (5) 그 자체에 의해 수행된다.
다른 실시형태에 따라, 전기적으로 병렬로 접속된 기능성 배터리들 (3a, 3b, 3d) 및 기능성 배터리들 (3a, 3b, 3d) 로부터 전기적으로 절연된 결함성 배터리들 (3c) 을 포함하는 배터리 디바이스를 형성하기 위해서, 제 2 도전층 (7) 이 기능성 배터리들 (3a, 3b, 3d) 상에만 성막된다.
마지막으로, 도면들에 나타내지는 않았지만, 배터리 디바이스가 외부 분위기에 대해 상기 디바이스를 보호하도록 캡슐화될 수 있다. 이러한 보호는 박층들의 스택에 의해, 라미네이션에 의해, 커버의 부가 등에 의해 형성될 수 있다.
상이한 예들 및 실시형태들에서, 디바이스는 박층들에 의해 형성된 베이스로부터 제조될 수 있다 제 1 도전층은 Al, Pt, Au, Ti, W, 또는 Mo 로 제조될 수 있다. 양전극이라 불리는 전극들 중 하나는 LiTiOS, LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, CuS, CuS2, WOySz, TiOySz, V2O5 로부터 제조될 수 있다. 양전극에 대해 선택된 재료들에 의존하여, 연관된 층의 결정화를 증가시키고 그것의 이온 삽입 특성을 강화시키기 위해, 특히 리튬화된 산화물, 소정의 비정질 재료, 예컨대 티타늄 옥시설파이드에 대하여, 열적 어닐링이 필요할 수도 있고, 반면 높은 리튬 이온 삽입을 가능하게 하는 그러한 처리는 필요하지 않다. 전해질 멤브레인은 양호한 이온성 전도체 및 전기적 절연체인 것이 바람직하고, 일반적으로 보론 산화물, 리튬 산화물 또는 리튬 염들에 의해 형성된 베이스를 갖는 유리 같은 재료로부터 형성된다. LiPON, LiSiPON 또는 LiPONB 베이스를 갖는 멤브레인들이 그 성능들에 대해 바람직하게 된다. 음전극은 Si, 열증착 (thermal evaporation) 에 의해 성막된 금속성 리튬, 금속성 리튬 합금 또는 삽입 화합물 (SiTON, SnNx, InNx, SnO2 등) 일 수 있으며, 음전극은 또한, 리튬을 블록킹하는 금속층이 성막된 다음 이 층 상에 리튬이 전착되는 경우, 존재하지 않을 수도 있다. 일반적으로, 이 층들은 예를 들어, 기계적 마스킹, 포토리소그라피, 레이저 식각 기법들에 의해, 스택들 (멤브레인을 형성하도록 설계된 층을 가능한 제외함) 을 기술하도록 패터닝된다. 포토리소그라피와 같은 방법들은, 작은 식각 마크들에 의해 최고의 정확성이 달성되도록 하여 배터리들의 액티브 표면을 최대화하고 이에 따라 배터리 디바이스의 용량을 최대화하기 때문에 바람직하게 된다.
특별한 예시의 실시형태에 따라, 제 1 도전층은 알루미늄으로 제조되고, 제 1 전극들은 LiTiOS 로 제조되고, 멤브레인들 (5) 은 LiPONB 로 제조되고, 제 2 전극들은 Si 로 제조되며, 중간층 (6) 은 티타늄으로 제조되고, 제 2 도전층은 알루미늄, 티타늄, 니켈 또는 다른 적절한 재료들로 제조된다.
나타내지 않은 변형에 따라, 결함성 배터리가 검출될 때, 후속하여 국소화된 식각 단계가 수행되어 제 1 도전층에 이르기까지 결함성의 전체 스택을 제거한다. 앞에서 기재된 상이한 실시형태들에서, 기능성 배터리들 (3a, 3b, 3d) 은 제 1 도전층 (1) 에 그리고 제 2 도전층 (7) 에 전기적으로 접속되며, 결함성 배터리 (3c) 는 도전층들 (1, 7) 중 많아야 하나에 접속된다. 예를 들어, 결함성 배터리는 도전층들 (1, 7) 중 하나에만 전기적으로 접속되거나 또는 제 1 도전층 (1) 으로부터 및 제 2 도전층 (7) 으로부터 전기적으로 절연된다.
배터리들은 구성에 의해 불투명한 액티브 영역들을 형성한다. 이 액티브 영역들의 외부에서, 배터리들을 갖는 디바이스는 바람직하게 투명하게 된다. 이를 위해, 제 1 및 제 2 도전층들 (1 및 7) 은 TCO (transparent conducting oxides) 로 제조되는 것이 바람직하다. 인접 배터리들 사이에서, 제 1 및 제 2 도전층들 (1 및 7) 은, 필요하다면, 또한 투명한 단일의 전기적 절연층 (8) 에 의해 분리될 수도 있다. 제 1 및 제 2 도전층들 (1 및 7) 이 2 개의 인접 배터리들 사이에서 전해질 멤브레인 (5) 의 부분에 의해 분리되는 제 3 실시형태에서, 전해질 멤브레인 (5) 은 바람직하게 리튬화된 유리로 제조되어 그것에 투명도 특성들을 부여하게 된다. 이러한 종류의 재료의 사용은 최종 디바이스에 투명도 특성들이 제공되게 한다. 예를 들어, 지지 기판의 표면의 10% 충전율은 약 70% 의 투과율 인자를 유도한다. 40% 까지의 충전율이 달성될 수 있다. 결과적으로, 용량 및 투과도 사이의 트레이드 오프가 발견될 수 있다. 또한, 스택들의 횡방향 치수들은 바람직하게 육안으로는 보여질 수 없도록 100㎛ 미만이게 된다. 유리하게, 배터리들은 40% 이하인 지지 기판 (2) 의 충전율을 획득하도록 배열되고, 각각의 배터리의 표면 (surface) 은 104㎛2 이하이다. 배터리의 표면에 의해 의미되는 것은 지지 기판 (2) 의 레벨에서 배터리에 의해 점유되는 표면이다. 배터리들은 바람직하게 기판의 표면에서 균일한 방식으로, 예를 들어 이미 나타낸 바와 같은 매트릭스의 형태로 배열된다.
투명도의 장점은, 예를 들어 색상을 변화시키기 위해 에너지를 필요로 하는 일렉트로크롬을 갖는 액티브 윈도우를 제공하기 위해 또는 광기전력 전지의 캡슐화를 위해 사용될 수 있다.
적어도 하나의 배터리가 결함이 있는 것으로서 검출될 때, 획득된 배터리 디바이스는 복수의 배터리들을 포함하고, 그 제 1 세트는 전기적으로 병렬로 접속된 기능성 배터리들을 포함하며, 그 제 2 세트는 도전층들 중 하나에 의해 형성된 전류 컬렉터들 중 하나에만 접속된 적어도 하나의 결함성 배터리를 포함한다.
대상이 되는 응용예들은 자율 센서들, 스마트 카드들, 스마트 라벨들 및 큰 표면들 상의 플렉시블 전자장치들의 모든 범위를 포함한다.

Claims (12)

  1. 배터리들을 갖는 디바이스의 제조 방법으로서, 다음의 연속 단계들:
    - 주면을 형성하는 제 1 도전층 (1) 을 포함하는 지지 기판 (2) 을 제공하는 단계,
    - 상기 제 1 도전층 (1) 상에 복수의 배터리들 (3a, 3b, 3c, 3d) 을 동시에 형성하는 단계,
    - 기능성 배터리들 (3a, 3b, 3d) 의 제 1 그룹과 결함성 배터리들 (3c) 의 제 2 그룹을 구별하도록 상기 배터리들 (3a, 3b, 3c, 3d) 의 동작을 테스팅하는 단계,
    - 상기 제 1 도전층 (1) 으로부터 전기적으로 절연된 제 2 도전층 (7) 을 형성하는 단계로서, 상기 제 2 도전층 (7) 및 상기 제 1 도전층 (1) 은 상기 기능성 배터리들 (3a, 3b, 3d) 만을 병렬로 접속시키도록 구성되는, 상기 제 2 도전층을 형성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리들을 갖는 디바이스의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 배터리들 (3a, 3b, 3c, 3d) 은 상기 제 1 도전층 (1) 상에 형성되고, 상기 제 1 도전층은 상기 복수의 배터리들 (3a, 3b, 3c, 3d) 을 전기적으로 접속시키는 것을 특징으로 하는 배터리들을 갖는 디바이스의 제조 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 배터리들 (3a, 3b, 3c, 3d) 은 상기 지지 기판 (2) 에 평행한 하나의 동일한 평면에 위치되는 것을 특징으로 하는 배터리들을 갖는 디바이스의 제조 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배터리들은 상기 지지 기판 (2) 의 충전율 (filling ratio) 을 40% 이하로 획득하도록 배열되고, 각각의 배터리의 표면은 104μm2 이하인 것을 특징으로 하는 배터리들을 갖는 디바이스의 제조 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 배터리 (3a, 3b, 3c, 3d) 는 제 1 전극 (4a), 전해질 멤브레인 (5), 및 제 2 전극 (4b) 을 포함하는 스택을 포함하고, 상기 제 1 전극 (4a) 은 상기 제 1 도전층 (1) 과 전기적으로 컨택하는 것을 특징으로 하는 배터리들을 갖는 디바이스의 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 테스팅하는 단계는, 각각의 배터리 (3a, 3b, 3c, 3d) 에 대하여, 상기 배터리의 전기적 테스팅을 수행하도록, 상기 제 1 도전층 (1) 상의 제 1 전기적 컨택 (C1) 및 관련된 배터리의 제 2 전극 (4b) 과 연관된 제 2 전기적 컨택 (C2) 을 취함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 배터리들을 갖는 디바이스의 제조 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기능성 배터리들 (3a, 3b, 3d) 은 상기 제 1 도전층 (1) 에 그리고 상기 제 2 도전층 (7) 에 접속되고, 상기 결함성 배터리 (3c) 는 상기 도전층들 (1, 7) 중 많아야 하나에 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 배터리들을 갖는 디바이스의 제조 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결함성 배터리 (3c) 에 의해 커버된 상기 제 1 도전층의 일 부분 (1a) 은, 상기 제 2 도전층 (7) 의 성막 (deposition) 단계 전에, 상기 기능성 배터리들 (3a, 3b, 3d) 에 전기적으로 커플링된 상기 제 1 도전층의 다른 부분 (1b) 으로부터 전기적으로 절연되는 것을 특징으로 하는 배터리들을 갖는 디바이스의 제조 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 도전층 (7) 은 상기 배터리들 (3a, 3b, 3c, 3d) 모두와 전기적으로 접속되도록 성막되고, 상기 제 2 도전층 (7) 은 상기 기능성 배터리들 (3a, 3b, 3d) 에 공통된 상기 제 2 도전층의 다른 부분 (7b) 의 결함성 배터리 (3c) 와 연관된 상기 제 2 도전층의 일 부분 (7a) 을 전기적으로 절연시키도록 패터닝되는 것을 특징으로 하는 배터리들을 갖는 디바이스의 제조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 복수의 배터리들의 형성 단계는 상기 배터리들 모두에 공통인 전해질 멤브레인 (5) 의 성막을 포함하고, 상기 전해질 멤브레인은 상기 배터리들 사이에서 상기 제 1 및 제 2 도전층들 (1, 7) 을 전기적으로 절연시키는 것을 특징으로 하는 배터리들을 갖는 디바이스의 제조 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 도전층 (7) 은, 전기적으로 병렬로 접속된 기능성 배터리들 (3a, 3b, 3d) 및 상기 기능성 배터리들 (3a, 3b, 3d) 로부터 전기적으로 절연된 상기 결함성 배터리들 (3c) 을 포함하는 배터리 디바이스를 형성하기 위해서, 상기 기능성 배터리들 (3a, 3b, 3d) 상에만 성막되는 것을 특징으로 하는 배터리들을 갖는 디바이스의 제조 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 배터리들 (3a, 3b, 3c, 3d) 모두를 커버하기 위한 전기적 절연층 (8) 의 성막,
    - 상기 기능성 배터리들 (3a, 3b, 3d) 만을 액세스하기 위한 상기 전기적 절연층 (8) 의 국소화된 개방,
    - 상기 전기적 절연층 (8) 을 통해 상기 기능성 배터리들 (3a, 3b, 3d) 모두를 접속시키기 위한 상기 제 2 도전층 (7) 의 성막
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리들을 갖는 디바이스의 제조 방법.
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