KR20180063250A - 가요성 층 스택을 제조하기 위한 방법 및 장치, 및 가요성 층 스택 - Google Patents

가요성 층 스택을 제조하기 위한 방법 및 장치, 및 가요성 층 스택 Download PDF

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Abstract

본 개시내용은 가요성 층 스택(100)을 제조하기 위한 방법을 제공한다. 방법은, 가요성 기판(101)을 제공하는 단계(310); 가요성 기판(101) 위에 제1 재료를 포함하는 제1 층(110)을 증착하는 단계(320); 제1 층(110) 위에 제2 재료를 포함하는 제2 층(120)을 증착하는 단계(330); 및 가요성 기판(101)을 제거하는 단계(340)를 포함한다.

Description

가요성 층 스택을 제조하기 위한 방법 및 장치, 및 가요성 층 스택
[0001] 본 개시내용의 예들은, 가요성 층 스택(flexible layer stack)을 제조하기 위한 방법 및 장치, 및 가요성 층 스택에 관한 것이다. 본 개시내용의 예들은 특히, 리튬 배터리의 네거티브(negative) 전극을 제조하기 위한 방법 및 장치, 및 리튬 배터리의 네거티브 전극에 관한 것이다.
[0002] 기판 상에 재료를 증착하기 위한 여러 방법들이 알려져 있다. 예를 들면, 기판들은, 물리 기상 증착(PVD) 프로세스, 화학 기상 증착(CVD) 프로세스, 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD) 프로세스 등에 의해 코팅될 수 있다. 통상적으로, 프로세스는, 코팅될 기판이 로케이팅(locate)된 프로세스 장치 또는 프로세스 챔버에서 수행된다. 증착 재료가 장치에 제공된다. 산화물들, 질화물들, 또는 이들의 탄화물들을 포함하는 복수의 재료들이 기판 상의 증착에 사용될 수 있다. 추가로, 비-진공 코팅 방법들이 사용될 수 있다. 예를 들면, 슬롯 다이 코팅(slot die coating)과 같은 롤-투-롤-코팅(roll-to-roll-coating) 프로세스들이 리튬(Li) 배터리들의 제조에 사용될 수 있다.
[0003] 코팅된 재료들은, 여러 애플리케이션들 및 여러 기술 분야들에서 사용될 수 있다. 예를 들면, 코팅된 재료들은, 마이크로전자 분야에서, 이를테면 리튬 배터리들의 제조를 위해 사용될 수 있다. 추가적인 애플리케이션들은 일반적으로, 박막(thin film) 배터리들, 전기변색 윈도우(electrochromic window)들, 절연 패널들, OLED(organic light emitting diode) 패널들, TFT를 갖는 기판들, 컬러 필터들 등을 포함한다.
[0004] 리튬 배터리들의 경우에서, 높은 에너지 밀도 또는 에너지 저장 밀도를 갖는 것이 바람직한데, 이는, 단위 부피 당 주어진 시스템 또는 공간 영역에 저장된 에너지의 양(Wh/l) 또는 중량 당 질량 당 주어진 시스템 또는 공간 영역에 저장된 에너지의 양(Wh/kg)으로 고려될 수 있다. 예를 들면, 에너지 밀도는, 2개의 이웃하는 셀들 사이의 공통 애노드에 의해 상호연결되는 여러 셀들을 리튬 배터리에 결합시킴으로써 증가될 수 있다.
[0005] 위의 관점에서, 당해 기술 분야에서의 문제점들 중 적어도 일부를 극복하는 가요성 층 스택을 제조하기 위한 방법들, 가요성 층 스택을 제조하기 위한 장치들, 및 가요성 층 스택이 유익하다. 본 개시내용은, 높은 에너지 밀도를 가능하게 하고 그리고/또는 특히 얇은 가요성 층들을 제공하는 것을 목적으로 한다.
[0006] 위의 관점에서, 독립항들에 따른 프로세싱 챔버들 및 기판을 냉각시키기 위한 방법이 제공된다. 본 출원의 추가적인 양상들, 이점들, 및 특징들은 종속항들, 설명, 및 첨부된 도면들로부터 명백하다.
[0007] 본 개시내용의 일 양상에 따르면, 가요성 층 스택을 제조하기 위한 방법이 제공된다. 방법은, 가요성 기판을 제공하는 단계; 가요성 기판 위에 제1 재료를 포함하는 제1 층을 증착하는 단계; 제1 층 위에 제2 재료를 포함하는 제2 층을 증착하는 단계; 및 가요성 기판을 제거하는 단계를 포함한다.
[0008] 본 개시내용의 추가적인 양상에 따르면, 리튬(Li) 배터리의 네거티브 전극을 제조하기 위한 방법이 제공된다. 방법은, 롤러 어레인지먼트(roller arrangement)를 사용하여 진공 챔버 내에 가요성 기판을 가이딩(guide)하는 단계; 가요성 기판 위에 리튬을 포함하는 제1 층을 증착하는 단계; 제1 층 위에 구리를 포함하는 제2 층을 증착하는 단계; 제2 층 위에 리튬을 포함하는 제3 층을 증착하는 단계; 및 가요성 기판을 제거하는 단계를 포함한다.
[0009] 본 개시내용의 다른 양상에 따르면, 가요성 층 스택을 제조하기 위한 장치가 제공된다. 장치는, 가요성 기판을 가이딩하기 위한 롤러 어레인지먼트; 가요성 기판 위에 제1 재료를 포함하는 제1 층을 증착하도록 구성되는 제1 증착 소스 어레인지먼트; 제1 층 위에 제2 재료를 포함하는 제2 층을 증착하도록 구성되는 제2 증착 소스 어레인지먼트; 및 제2 층 위에 제1 재료를 포함하는 제3 층을 증착하도록 구성되는 제3 증착 소스 어레인지먼트를 포함한다.
[0010] 본 개시내용의 다른 양상에 따르면, 리튬 배터리를 위한 네거티브 전극이 제공된다. 네거티브 전극은 가요성이며, 리튬을 포함하고 그리고 5 ㎛와 동일하거나 그 초과이고 그리고/또는 15 ㎛와 같거나 그 미만인 두께를 갖는 제1 층; 구리를 포함하고 그리고 10 ㎛와 동일하거나 그 미만인 두께, 바람직하게는 8 ㎛와 동일하거나 그 미만인 두께, 통상적으로는 7 ㎛와 동일하거나 그 미만인 두께, 특히 5 ㎛와 동일하거나 그 미만인 두께를 갖는 제2 층; 및 리튬을 포함하고 그리고 5 ㎛와 동일하거나 그 초과이고 그리고/또는 15 ㎛와 동일하거나 그 미만인 두께를 갖는 제3 층을 포함한다.
[0011] 예들은 또한 개시된 방법들을 수행하기 위한 장치들에 관한 것이며, 설명된 방법 블록들을 수행하기 위한 장치 부분들을 포함한다. 이러한 방법 블록들은, 하드웨어 컴포넌트들에 의해, 적절한 소프트웨어에 의해 프로그래밍된 컴퓨터에 의해, 이들 둘의 임의의 결합에 의해, 또는 임의의 다른 방식으로 수행될 수 있다. 또한, 본 출원에 따른 예들은 또한, 설명되는 장치를 동작시키기 위한 방법들에 관한 것이다. 본 출원은, 장치의 기능들을 수행하기 위한 방법 블록들을 포함한다.
[0012] 본 개시내용의 상기 열거된 특징들이 상세하게 이해될 수 있는 방식으로, 위에서 간략히 요약된 본 개시내용의 보다 구체적인 설명이 예들을 참조하여 이루어질 수 있다. 첨부된 도면들은 본 개시내용의 예들에 관한 것이고, 하기에서 설명된다:
도 1은, 본원에 설명된 예들에 따른 가요성 층 스택의 개략도를 도시한다.
도 2a-c는, 상이한 프로세싱 상태들에 있는 본원에 설명된 예들에 따른 가요성 층 스택의 개략도들을 도시한다.
도 3a-d는, 상이한 프로세싱 상태들에 있는 본원에 설명된 예들에 따른 가요성 층 스택의 개략도들을 도시한다.
도 4a-b는 본원에 설명된 예들에 따른, 가요성 층 스택으로부터의 가요성 기판의 제거의 개략도들을 도시한다.
도 5는, 본원에 설명된 예들에 따른 가요성 층 스택의 개략도를 도시한다.
도 6은 본원에 설명된 예들에 따른, 가요성 층 스택을 제조하기 위한 장치의 개략도를 도시한다.
도 7은 본원에 설명된 예들에 따른, 가요성 층 스택을 제조하기 위한 장치의 개략도를 도시한다.
도 8은 본원에 설명된 예들에 따른, 가요성 층 스택을 제조하기 위한 방법의 흐름도를 도시한다.
[0013] 이제, 본 개시내용의 다양한 예들이 상세히 참조될 것이며, 다양한 예들의 하나 이상의 예들이 도면들에 예시된다. 도면들의 다음의 설명 내에서, 동일한 참조 번호들은 동일한 컴포넌트들을 지칭한다. 일반적으로, 개별적인 예들에 관한 차이들이 설명된다. 예들은 본 개시내용의 설명으로 제공되고, 본 개시내용의 제한으로서 의도되지 않는다. 추가로, 일 예의 일부로서 예시되거나 또는 설명되는 특징들은, 추가적인 예를 산출하기 위해, 다른 예들에 대해 또는 다른 예들과 함께 사용될 수 있다. 설명은 그러한 수정들 및 변형들을 포함하는 것으로 의도된다.
[0014] 또한, 다음의 설명에서, 예컨대 롤러 어레인지먼트의 일부와 같은 롤러 또는 롤러 디바이스는, 증착 어레인지먼트(이를테면, 증착 장치 또는 증착 챔버) 내에 기판이 존재하는 동안 기판(또는 기판의 일부)이 접촉할 수 있는 표면을 제공하는 디바이스로서 이해될 수 있다. 롤러 디바이스의 적어도 일부는, 기판과 접촉하기 위한 원형 형상을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 롤러 디바이스는 실질적으로 원통인 형상을 가질 수 있다. 실질적으로 원통인 형상은, 일직선의 길이방향 축을 중심으로 형성될 수 있거나 또는 구부러진 길이방향 축을 중심으로 형성될 수 있다. 일부 예들에 따르면, 본원에 설명된 롤러 디바이스는, 가요성 기판과 접촉하도록 적응될 수 있다. 본원에 언급된 바와 같은 롤러 디바이스는, 기판이 코팅되는(또는 기판의 부분이 코팅되는) 동안 또는 기판이 증착 장치에 존재하는 동안 기판을 가이딩하도록 적응되는 가이딩 롤러; 코팅될 기판에 대해, 정의된 장력(tension)을 제공하도록 적응되는 스프레더(spreader) 롤러; 정의된 이동 경로에 따라 기판을 편향(deflect)시키기 위한 편향 롤러 등일 수 있다.
[0015] 본원에 설명된 일부 예들에 따르면, 본원에 설명된 바와 같은 가요성 기판(막으로 또한 지칭될 수 있음)은, PET, HC-PET, PE, PI, PU, TaC, 하나 이상의 금속들, 종이(paper), 이들의 결합들, 및 하드 코팅된(hard coated) PET(예컨대, HC-PET, HC-TAC) 등과 같은 이미 코팅된 기판들과 같은 재료들을 포함할 수 있다.
[0016] 다른 예들과 결합될 수 있는 본원에 설명된 예들에 따르면, 가요성 층 스택을 제조하기 위한 방법, 특히, 리튬(Li) 배터리의 네거티브 전극을 제조하기 위한 방법이 제공된다. 그러한 방법에서, 가요성 기판이 제공된다. 제1 재료를 포함하는 제1 층이 가요성 기판 위에 증착된다. 제2 재료를 포함하는 제2 층이 제1 층 위에 증착된다. 그런 다음, 가요성 기판이 제거된다. 가요성 기판은 일시적 캐리어(carrier)로 고려될 수 있다. 본원에 설명된 예들에 따르면, 가요성 기판 상에 증착된 층들로부터 가요성 기판이 제거되기 전에, 미리결정된 두께의 하나 이상의 층들이 가요성 기판 상에 증착될 수 있다. 구체적으로, 개별적인 층들의 두께는 정밀하게 제어될 수 있다. 추가로, 가요성 층이 자신 상에 증착된 층을 제조 동안의 환경으로부터 보호할 수 있기 때문에, 가요성 층 스택의 핸들링(handling)이 개선될 수 있다.
[0017] 도 1은, 본원에 설명된 예들에 따른 가요성 층 스택(100)을 도시한다. 도 1에 도시된 가요성 층 스택(100)은, 제1 층(110), 제2 층(120), 및 제3 층(130)을 포함한다. 가요성 층 스택(100)이 3개의 층들을 갖는 것으로 도 1에 도시되지만, 가요성 층 스택(100)은, 도 1에 도시된 제1 층(110), 제2 층(120), 및/또는 제3 층(130) 위에, 아래에, 그리고/또는 이들 사이에 제공될 수 있는 더 많거나 더 적은 수의 층들을 포함할 수 있음이 당업자들에 의해 이해될 것이다.
[0018] 본원에 설명된 일부 예들에 따르면, 제1 층(110)은 제1 재료를 포함할 수 있고 그리고/또는 제2 층(120)은 제2 재료를 포함할 수 있다. 추가로, 제3 층(130)은 제3 재료를 포함할 수 있거나 또는 제3 층(130)은 제1 층(110)의 제1 재료를 포함할 수 있다. 예를 들면, 제1 재료는 알칼리 금속, 이를테면 리튬일 수 있다. 제2 재료는 전도성 재료, 통상적으로는 구리(Cu) 또는 니켈(Ni)과 같은 금속일 수 있다. 또한, 제2 층(120)은 하나 이상의 서브-층(sub-layer)들을 포함할 수 있다. 본원에 설명된 일부 예들에 따르면, 제1 재료는 리튬이고 그리고 제2 재료는 구리이다. 예를 들면, 제2 층(120)은 전류 컬렉터(current collector) 층일 수 있다.
[0019] 본원에 설명된 일부 예들에 따르면, 제1 층(110)은, 약 25 ㎛와 동일하거나 그 미만인 두께, 통상적으로는 20 ㎛와 동일하거나 그 미만인 두께, 특정적으로는 15 ㎛와 동일하거나 그 미만인 두께, 그리고/또는 통상적으로는 3 ㎛와 동일하거나 그 초과인 두께, 특정적으로는 5 ㎛와 동일하거나 그 초과인 두께를 가질 수 있다. 제1 층(110)은 의도된 기능을 제공하도록 충분히 두꺼울 수 있고 그리고 가요성이도록 충분히 얇을 수 있다. 구체적으로, 제1 층(110)은, 제1 층(110)은 자신의 의도된 기능을 계속 제공할 수 있도록 가능한 한 얇을 수 있다.
[0020] 본원에 설명된 일부 예들에 따르면, 제2 층(120)은, 10 ㎛와 동일하거나 그 미만인 두께, 통상적으로는 8 ㎛와 동일하거나 그 미만인 두께, 유리하게는 7 ㎛와 동일하거나 그 미만인 두께, 특정적으로는 6 ㎛와 동일하거나 그 미만인 두께, 특히 5 ㎛와 동일하거나 그 미만인 두께를 가질 수 있다. 일부 예들에 따르면, 제2 층(120)의 두께는 4 ㎛와 동일하거나 그 미만 또는 3 ㎛와 동일하거나 그 미만, 또는 2 ㎛와 동일하거나 그 미만일 수 있다.
[0021] 도 1에 도시된 가요성 층 스택(100)은, 예컨대, 리튬 배터리의/에 대한 네거티브 전극 또는 애노드와 같은 2차 셀의/에 대한 네거티브 전극일 수 있다. 본원에 설명된 일부 예들에 따르면, 리튬 배터리를 위한 가요성 네거티브 전극은, 리튬을 포함하고 그리고 5 ㎛와 동일하거나 그 초과이고 그리고/또는 15 ㎛와 동일하거나 그 미만인 두께를 갖는 제1 층(110); 구리를 포함하고 그리고 10 ㎛와 동일하거나 그 미만인 두께, 통상적으로는 8 ㎛와 동일하거나 그 미만인 두께, 유리하게는 7 ㎛와 동일하거나 그 미만인 두께, 특정적으로는 6 ㎛와 동일하거나 그 미만인 두께, 특히 5 ㎛와 동일하거나 그 미만인 두께를 갖는 제2 층(120); 및 리튬을 포함하고 그리고 5 ㎛와 동일하거나 그 초과이고 그리고/또는 15 ㎛와 동일하거나 그 미만인 두께를 갖는 제3 층(130)을 포함한다. 리튬 배터리의 경우, 제2 층(120)은 전류 컬렉터 층일 수 있다.
[0022] 예를 들면, 리튬 배터리들의/에 대한 네거티브 전극들은, 구리 포일(foil)의 2개의 측들 상에 리튬 층을 증착함으로써 제조된다. 배터리의 중량을 감소시켜 중량 당 에너지 저장 밀도(Wh/kg) 또는 부피 당 에너지 저장 밀도(Wh/l)를 증가시키기 위해, 리튬 배터리의 엘리먼트들에 사용되는 재료의 양을 최소화하는 것이 바람직할 수 있다. 통상적으로 10 ㎛ 초과의 두께를 갖는 구리 포일이 통상적으로 사용된다. 그러나, 제조 하의 구리 포일 및/또는 층 스택은, 층 스택이 코팅 드럼(drum)에 대해 잘 가압되지 않으면, 구리 포일 상의 리튬 층의 증착 동안 과열될 수 있다. 그러나, 제조 하의 층 스택이 코팅 드럼에 대해 가압될 수 있는 장력의 양은, 장력이 구리 막을 신장(stretch)시킬 수 있기 때문에, 특히 얇은 구리 막들에 대해 제한된다.
[0023] 추가로, 리튬은 습기와 즉시 반응하기 때문에, 통상적인 환경에서 리튬은 안정적이지 않은 것으로 고려될 수 있다. 층(들)은 통상적으로, 코팅 시스템이 통기(vent)될 때 캡슐화(encapsulate) 및/또는 보호된다. 시스템은 통상적으로 드라이 질소(dry nitrogen) 또는 아르곤으로 통기되며, 습기 없는 드라이 룸(dry room)에서 롤 교환이 이루어질 수 있다. 통상적으로, 드라이 룸들 또는 글로브 박스들이 리튬의 핸들링 또는 프로세싱에 사용된다.
[0024] 또한, 구리 포일은 양측들 상에 리튬으로 코팅될 수 있다. 구리 포일의 일 측 상에 증착된 코팅된 리튬은, 구리 포일의 다른 측 상에 리튬을 증착하기 위해 롤러 어레인지먼트 위에 와인딩(wind)될 때 보호될 수 있다. 예를 들면, 롤러 어레인지먼트에 의해 손상되는 것을 방지하기 위해, 리튬 층이 롤러 어레인지먼트의 롤러 또는 드럼과 접촉하게 되기 전에, 증착된 또는 코팅된 리튬 층 상에 보호 층 또는 인터리프(interleaf)가 배치될 수 있다.
[0025] 리튬 배터리의 킬로그램 중량 당 높은 에너지 밀도를 갖는 리튬 배터리들을 획득하기 위해, 리튬 배터리의 엘리먼트들에 사용되는 재료의 양을 최소화하면서 엘리먼트들의 기능을 최대화하는 것이 바람직할 수 있다. 네거티브 전극들의 맥락에서, 기능을 최대화하는 관점에서는 네거티브 전극의 접촉 표면 면적을 최대화하는 것이 바람직하고 그리고 네거티브 전극의 중량을 최소화하는 관점에서는 네거티브 전극의 두께를 최소화하는 것이 바람직할 수 있다. 그러나, 위에 설명된 바와 같이, 통상적인 접근법은 통상적으로 10 ㎛ 초과의 두께를 갖는 구리 포일을 사용한다. 더 작은 두께의 구리 포일이 의도된 기능을 여전히 제공할 것이다. 그러나, 현재, 구리 포일들은, 상업적 스케일에서는 약 8 ㎛보다 더 얇게 생산될 수 없다.
[0026] 도 2a 내지 도 2c는, 대응하는 제조 방법의 상이한 프로세싱 지점들에 있는 본원에 설명된 예들에 따른 가요성 층 스택(100)의 개략도들을 도시한다.
[0027] 도 2a는 가요성 기판(101)을 도시한다. 제1 재료를 포함하는 제1 층(110)이 가요성 기판(101) 위에 증착된다. 구체적으로, 스퍼터 프로세스, 증발 프로세스(예를 들면, 열 증발 프로세스) 또는 CVD 프로세스(예를 들면, 플라즈마 강화 CVD 프로세스)가 제1 층(110)과 같은 층들 또는 얇은 층들을 가요성 기판(101) 상에 증착하는 데 활용될 수 있다. 추가로, 롤-투-롤 증착 시스템들이, 예컨대 디스플레이 산업 및 광기전력(PV; photovoltaic) 산업에서 또한 사용될 수 있다. 예를 들면, 롤러 코팅, 슬롯 다이 코팅 또는 프린팅이 사용될 수 있다.
[0028] 도 2b에서 알 수 있는 바와 같이, 제2 재료를 포함하는 제2 층(120)이 제1 층(110) 위에 증착될 수 있다. 제2 층(120)은 제1 층(110)보다 더 작은 두께를 가질 수 있다. 게다가 또는 대안적으로, 제2 층은, 제1 층(110)의 두께와 동일하거나 그 초과인 두께를 가질 수 있다.
[0029] 후속하여, 가요성 기판(101)은, 상부에 증착된 제2 층(120)을 갖는 제1 층(110)으로부터 제거될 수 있다. 획득된 가요성 층 스택(100)이 도 2c에 도시된다. 즉, 가요성 기판(101)은 가요성 층 스택(100)으로부터 제거될 수 있다. 구체적으로, 가요성 층 스택(100)은, 가요성 기판(101)을 포함하지 않는 것으로 고려될 수 있다. 가요성 기판(101)은 일시적 캐리어로 고려될 수 있다. "일시적 캐리어"는, 층 스택의 프로세싱 후에 또는 그 동안에 층 스택으로부터 제거될 수 있는, 가요성 층 스택(100)과 같은 층 스택을 제조하기 위한 지지부를 제공하는 기판 또는 캐리어로 고려될 수 있다. 추가로, 본 출원의 맥락에서, 가요성 층 스택(100)은 또한 가요성 기판(101)을 포함하는 것으로 고려될 수 있다.
[0030] 도 3a 내지 도 3d는, 대응하는 제조 방법의 상이한 프로세싱 지점들에 있는 본원에 설명된 추가적인 예들에 따른 가요성 층 스택(100)의 개략도들을 도시한다.
[0031] 도 3a는 가요성 기판(101)을 도시한다. 제1 재료를 포함하는 제1 층(110)이 가요성 기판(101) 위에 증착된다. 구체적으로, 스퍼터 프로세스, 증발 프로세스(예를 들면, 열 증발 프로세스) 또는 CVD 프로세스(예를 들면, 플라즈마 강화 CVD 프로세스)가 제1 층(110)과 같은 층들 또는 얇은 층들을 가요성 기판(101) 상에 증착하는 데 활용될 수 있다. 추가로, 롤-투-롤 증착 시스템들이, 예컨대 디스플레이 산업 및 광기전력(PV) 산업에서 또한 사용될 수 있다. 예를 들면, 롤러 코팅, 슬롯 다이 코팅 또는 프린팅이 사용될 수 있다.
[0032] 도 3b에서 알 수 있는 바와 같이, 제2 재료를 포함하는 제2 층(120)이 제1 층(110) 위에 증착될 수 있다. 제2 층(120)은 제1 층(110)보다 더 작은 두께를 가질 수 있다. 게다가 또는 대안적으로, 제2 층(120)은, 제1 층(110)의 두께와 동일하거나 그 초과인 두께를 가질 수 있다.
[0033] 도 3c에 따르면, 제3 층(130)이 제2 층(120) 위에 증착될 수 있다. 제3 층(130)은, 제1 재료 및 제2 재료와 상이한 제3 재료를 포함할 수 있다. 대안적으로, 제3 층(130)은 제1 재료를 포함할 수 있다.
[0034] 구체적으로, 제3 층(130)은, 제1 층(110)과 유사하거나 동일한 구조 및 유사하거나 동일한 두께를 갖는 동일한 재료 또는 재료 조성으로 형성될 수 있다. 즉, 제2 층(120)은, 2개의 실질적으로 동일한 층들, 예컨대 동일한 재료 및/또는 구조를 포함하는 2개의 층들 사이에 개재(interpose)되는 것으로 고려될 수 있다.
[0035] 가요성 기판(101)은, 상부에 증착된 제2 층(120) 및 제3 층(130)을 갖는 제1 층(110)으로부터 제거될 수 있다. 획득되는 가요성 층 스택(100)이 도 3d에 도시된다.
[0036] 예를 들면, 도 3d에 도시된 가요성 층 스택(100)은 도 1에 도시된 가요성 층 스택(100)일 수 있다. 즉, 위에 설명된 제조 방법에 의해, 가요성 층 스택(100)이 획득될 수 있다.
[0037] 예를 들면, 도 1 및 도 3d 도시된 가요성 층 스택(100)은, 리튬 배터리의/에 대한 애노드와 같은 2차 셀의/에 대한 네거티브 전극일 수 있다. 이러한 경우에서, 제1 재료는 리튬일 수 있고 그리고 제2 재료는 구리일 수 있다. 제1 층(110) 및 제3 층(130)은 5 ㎛와 동일하거나 그 초과이고 그리고/또는 15 ㎛와 동일하거나 그 미만인 두께를 갖도록 형성될 수 있고, 그리고/또는 제2 층(120)은 10 ㎛와 동일하거나 그 미만인 두께, 통상적으로는 8 ㎛와 동일하거나 그 미만인 두께, 유리하게는 7 ㎛와 동일하거나 그 미만인 두께, 특정적으로는 6 ㎛와 동일하거나 그 미만인 두께, 특히 5 ㎛와 동일하거나 그 미만인 두께를 갖도록 형성될 수 있다.
[0038] 본원에 설명된 일부 예들에 따르면, 가요성 기판(101)은, 구체적으로는 가요성 층 스택(100)의 제조 동안, 제1 층에 대한 보호 층으로서 동작하도록 구성될 수 있다. 즉, 가요성 기판(101)은, 상부에 증착된 층, 이를테면 제1 층(110)을 환경 스트레스(stress)로부터 보호할 수 있다. 예를 들면, 리튬은 고도로 반응성 및 가연성이고, 리튬은 수분과 접촉하게 될 때 부식된다. 제1 층(110)의 표면 상에 또는 표면 위에 제공되는 가요성 기판(101)은, 제1 층(110)을, 환경과 접촉하게 되는 것으로부터 그리고/또는 환경과 반응하는 것으로부터 보호할 수 있다. 추가로, 가요성 기판(101)은, 가요성 층 스택(100)이 실제로 사용될 때까지(예컨대 가요성 층 스택(100)의 저장 동안), 가요성 층 스택(100) 상에 또는 위에 유지될 수 있다. 또한, 전방 표면 접촉이 없는 증착 소스를 포함하는 코팅 툴이 사용되는 경우에 대해, 가요성 기판(101)이 보호 층 및/또는 인터리프로서 동작할 수 있기 때문에 인터리프의 핸들링을 피할 수 있다.
[0039] 본원에 설명된 일부 예들에 따르면, 구체적으로는 제3 층(130)을 환경 스트레스로부터 보호하기 위해, 추가적인 보호 층이 제3 층(130) 위에 제공 및/또는 증착될 수 있다. 추가적인 보호 층은, 가요성 기판(101)과 동일한 재료 또는 제3 층(130)을 보호하기에 적절한 다른 재료를 포함할 수 있다.
[0040] 본원에 설명된 일부 예들에 따르면, 가요성 기판(101) 및/또는 추가적인 보호 층은, 구체적으로는, 각각 제1 층(110) 및/또는 제3 층(130)을 환경과의 반응으로부터 보호하기 위한, 낮은 수분 함량 및/또는 낮은 수증기 레이트(rate) 및/또는 산소 투과율을 갖는 배리어 막 또는 금속 막일 수 있다.
[0041] 2차 셀의/에 대한 네거티브 전극 및 그의 제조가 설명되었지만, 본 개시내용은 설명된 것으로 제한되지 않는다. 본 개시내용은 임의의 가요성 층 스택들, 구체적으로는, 위에 설명된 구리 층과 같은 층의 양면 코팅을 통상적으로 적용하는 것들에 적용될 수 있다. 즉, 본 개시내용은, 가요성 기판 상에 일련의 층들을 증착하고 층들의 증착 후에 층들로부터 가요성 기판을 제거함으로써 가요성 층 스택을 제조하기 위한 방법을 제공한다.
[0042] 예를 들면, 개시된 방법은, 제1 층(110) 및 최종적으로는 제3 층(130)으로서 금속 메쉬(mesh)를 갖는 가요성 층 스택(100)을 제조하는 데 사용될 수 있다. 이러한 경우에서, 절연 층이 제2 층(120)으로서 증착될 수 있다. 추가로, 제1 층(110) 및 최종적으로는 제3 층(130)으로서 인듐 주석 산화물(ITO) 층 또는 ITO 코팅을 그리고 제2 층(120)으로서 절연 층을 갖는 가요성 층 스택(100)이 제조될 수 있다. 본 개시내용은, 2개의 유사한 또는 실질적으로 동일한 또는 동일한 층들 사이에 개재된 중간 층을 갖는 가요성 층 스택들에 대해 특히 유리하게 실시될 수 있다.
[0043] 도 4a-b는 본원에 설명된 예들에 따른, 가요성 층 스택으로부터의 가요성 기판(101)의 제거(들)의 개략도들을 도시한다.
[0044] 본원에 설명된 일부 예들에 따르면, 가요성 기판(101) 위에, 구체적으로는 가요성 기판(101) 상에 릴리스(release) 층(105)이 제공될 수 있다. 즉, 릴리스 층(105)은, 가요성 기판(101)과 제1 층(110) 사이에 제공될 수 있다. 구체적으로, 릴리스 층(105)은, 구체적으로는 제1 층(110)이 증착되기 전에, 가요성 기판(101) 위에, 통상적으로는 가요성 기판(101) 상에 증착될 수 있다. 본원에 설명된 예들에 따르면, 가요성 기판(101)을 제거하는 것이 가능해질 수 있다.
[0045] 예를 들면, 도 4a에 도시된 바와 같이, 릴리스 층(105)은 에칭 정지(etch stop) 층(105)일 수 있다. 본원에 설명된 일부 예들에 따르면, 가요성 기판(101)을 제거하는 것은 가요성 기판(101)을 에칭하는 것을 포함한다. 가요성 기판(101)은 제1 층(110)까지 에칭될 수 있다. 가요성 기판(101)과 제1 층(110) 사이에 에칭 정지 층(105)이 제공되는 경우에, 에칭은, 에칭 정지 층(105)에 도달할 때까지 수행될 수 있다.
[0046] 에칭 정지 층(105)이 제공되는 경우에, 제1 재료는, 예컨대, 가요성 기판을 에칭하기 위한 에칭 용액과 접촉하게 되는 것으로부터 보호될 수 있다. 위에 기술된 바와 같이, 제1 층(110)을 환경 스트레스로부터 보호하는 것이 바람직할 수 있다. 에칭 정지 층(105)을 제공함으로써, 제1 층(110)은, 예컨대 에칭 용액과 접촉하게 되는 것으로부터 보호될 수 있다. 추가로, 에칭 정지 층(105) 또는 가요성 기판(101)의 에칭 이후의 에칭 정지 층(150)의 나머지 부분은, 제1 층(110)을 환경 스트레스로부터 보호하기 위한 보호 층으로서 동작할 수 있다.
[0047] 가요성 기판(101)을 에칭하는 것은, 습식 에칭 프로세스들 또는 건식 에칭 프로세스들을 포함할 수 있다. 에칭 정지 층(105)은, 적용된 에칭 프로세스를 고려하여, 가요성 기판(101)의 재료보다 낮은 에칭률을 갖는 재료를 포함할 수 있다.
[0048] 추가로, 도 4b에 도시된 바와 같이, 릴리스 층(105)은 박리(peeling) 층(105)일 수 있다. 본원에 설명된 일부 예들에 따르면, 가요성 기판(101)을 제거하는 것은 가요성 기판(101)을 제1 층(110)으로부터 박리시키는 것을 포함한다. 가요성 기판(101)은 제1 층(110)으로부터 박리될 수 있다. 가요성 기판(101)과 제1 층(110) 사이에 박리 층(105)이 제공되는 경우에, 가요성 기판(101) 및 박리 층(105)은 제1 층(110)으로부터 박리될 수 있다.
[0049] 박리 층(105)은, 제1 층(110)에 대한 것보다 가요성 기판(101)에 대해 더 높은 접착 또는 접착력을 제공할 수 있다. 구체적으로, 박리 층(105)은, 제1 층(110)에 대한 가요성 기판(101)의 접착 또는 접착력보다 제1 층(110)에 대해 더 낮은 접착 또는 접착력을 가질 수 있다. 박리 층은, 제1 층(110) 또는 제1 층(110)의 재료에 대한 저 접착 층으로 그리고 가요성 기판(101) 또는 가요성 기판(101)의 재료에 대한 고 접착 층으로 간주될 수 있다.
[0050] 박리 층(105)은 단일 층일 수 있거나, 예컨대, 서로 본딩(bond)되는 다수의 층들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 박리 층(105)은, 가요성 기판(101)에 대면하는 접착 서브-층 및 제1 층(110)에 대면하는 비-접착 서브-층을 포함할 수 있다. 이러한 맥락에서, "비-접착" 또는 "비-접착 서브-층"은, 약간의 접착 특성들을 갖지만 그의 인접한 또는 이웃하는 층에 대한 그의 접착 능력이 낮거나 또는 "접착" 서브-층의 그의 개개의 인접한 또는 이웃하는 층에 대한 접착 능력보다 낮을 수 있는 층으로서 이해될 수 있다.
[0051] 또한, 릴리스 층(105)은 레이저 릴리스 층일 수 있다. 본원에 설명된 일부 예들에 따르면, 가요성 기판(101)을 제거하는 것은, 레이저 릴리스 층을 레이저 조사(irradiate)하는 것을 포함한다. 즉, 레이저 릴리스 층은, 레이저 광의 조사에 의해 자신의 접착 특성들을 잃거나 그리고/또는 레이저 광의 조사에 의해 파괴되는 접착 층일 수 있다. 예를 들면, 레이저 릴리스 층은 가요성 기판(101)을 통해 레이저 조사될 수 있다. 이러한 경우에서, 가요성 기판(101)은, 레이저 릴리스 층을 조사하는 데 사용되는 레이저 광에 대해 투명한 재료를 포함할 수 있다.
[0052] 도 5는, 본원에 설명된 예들에 따른 가요성 층 스택(100)의 개략도를 도시한다.
[0053] 본원에 설명된 일부 예들에 따르면, 제1 층(110)과 제2 층(120) 사이에 제1 접착 층(115)이 제공될 수 있다. 구체적으로, 제1 접착 층(115)은, 통상적으로는 제2 층(120)이 증착되기 전에, 제1 층(110) 상에 또는 위에 증착될 수 있다. 일부 예들에 따르면, 제1 접착 층(115)은 2개의 대향하는 표면들을 가질 수 있으며, 대향하는 표면들 중 하나는 제1 층(110)과 접촉하고 그리고 대향하는 표면들 중 다른 하나는 제2 층(120)과 접촉한다. 제1 층(110)과 제2 층(120) 간의 접착이 가능해질 수 있다. 가요성 층 스택(100)의 안정성이 개선될 수 있다.
[0054] 제3 층(130)이 제공되는 본원에 설명된 일부 예들에 따르면, 제2 층(120)과 제3 층(130) 사이에 제2 접착 층(125)이 제공될 수 있다. 구체적으로, 제2 접착 층(125)은, 통상적으로는 제3 층(130)이 증착되기 전에, 제2 층(120) 상에 또는 위에 증착될 수 있다. 일부 예들에 따르면, 제2 접착 층(125)은 2개의 대향하는 표면들을 가질 수 있으며, 대향하는 표면들 중 하나는 제2 층(120)과 접촉하고 그리고 대향하는 표면들 중 다른 하나는 제3 층(130)과 접촉한다. 제2 층(120)과 제3 층(130) 간의 접착이 가능해질 수 있다. 가요성 층 스택(100)의 안정성이 개선될 수 있다.
[0055] 도 6은 본원에 설명된 예들에 따른, 가요성 층 스택(100)을 제조하기 위한 장치(200)의 개략도를 도시한다.
[0056] 프로세싱 장치(200)로 또한 지칭될 수 있는 장치(200)는, 가요성 기판(101)을 가이딩하기 위한 롤러 어레인지먼트(250)를 포함한다. 가요성 기판(101)을 프로세싱하기 위한 하나 이상의 프로세싱 스테이션들이 제공될 수 있다. 예를 들면, 가요성 기판(101) 위에 제1 재료를 포함하는 제1 층(110)을 증착하도록 구성되는 제1 증착 소스 어레인지먼트(210)가 제공될 수 있다. 추가로, 제1 층(110) 위에 제2 재료를 포함하는 제2 층(120)을 증착하도록 구성되는 제2 증착 소스 어레인지먼트(220)가 제공될 수 있다. 또한, 제2 층(120) 위에 제3 재료 또는 제1 재료를 포함하는 제3 층(130)을 증착하도록 구성되는 제3 증착 소스 어레인지먼트(230)가 제공될 수 있다.
[0057] 예를 들면, 제1 증착 소스 어레인지먼트(210)는, 제1 층(110)을 형성하기 위해, 가요성 기판(101) 위에 리튬과 같은 알칼리 금속을 증착하도록 구성될 수 있다. 제2 증착 소스 어레인지먼트(220)는, 제2 층(120)을 형성하기 위해, 제1 층(110) 위에 통상적으로는 구리와 같은 금속인 전도성 재료를 증착하도록 구성될 수 있다. 제3 증착 소스 어레인지먼트(230)는, 제3 층(130)을 형성하기 위해, 제2 층 위에 리튬과 같은 알칼리 금속을 증착하도록 구성될 수 있다.
[0058] 본원에 설명된 예들에 따르면, 제1 증착 소스 어레인지먼트(210), 제2 증착 소스 어레인지먼트(220), 및 제3 증착 소스 어레인지먼트(230) 각각은 하나 이상의 증착 소스들을 포함할 수 있다. 구체적으로, 제1 증착 소스 어레인지먼트(210), 제2 증착 소스 어레인지먼트(220), 및 제3 증착 소스 어레인지먼트(230)와 증착 소스 어레인지먼트 당 증착 소스들의 수는, 개개의 증착 소스 어레인지먼트에 의해 형성되는 층의 의도된 두께에 따라 조정될 수 있다. 예를 들면, 리튬 배터리의/에 대한 네거티브 전극의 경우에, 리튬 층들 사이에 개재된 구리 층보다 더 두꺼운 리튬 층들을 갖는 것이 바람직하다. 제1 증착 소스 어레인지먼트(210) 및 제3 증착 소스 어레인지먼트(230)는 리튬을 증착하도록 구성되며, 구리를 증착하도록 구성되는 제2 증착 소스 어레인지먼트(220)보다 더 많은 증착 소스들을 포함할 수 있다. 도 6에 예시적으로 도시된 바와 같이, 제1 증착 소스 어레인지먼트(210) 및 제3 증착 소스 어레인지먼트(230)는 각각 2개의 증착 소스들을 포함하는 반면, 제2 증착 소스 어레인지먼트(220)는 하나의 증착 소스를 포함한다.
[0059] 박리 층(105), 제1 접착 층(115), 및/또는 제2 접착 층(125)을 증착하기 위한 추가적인 증착 소스 어레인지먼트들이 제공될 수 있다. 구체적으로, 박리 층(105)을 증착하기 위한 증착 소스 어레인지먼트는, 제1 층(110)을 증착하기 위한 제1 증착 소스 어레인지먼트(210) 전에 제공될 수 있다. 제1 접착 층(115)을 증착하기 위한 증착 소스 어레인지먼트는, 제1 층(110)을 증착하기 위한 제1 증착 소스 어레인지먼트(210)와 제2 층(120)을 증착하기 위한 제2 증착 소스 어레인지먼트(220) 사이에 제공될 수 있다. 제2 접착 층(125)을 증착하기 위한 증착 소스 어레인지먼트는, 제2 층(120)을 증착하기 위한 제2 증착 소스 어레인지먼트(220)와 제3 층(130)을 증착하기 위한 제3 증착 소스 어레인지먼트(230) 사이에 제공될 수 있다.
[0060] 장치(200)는 진공 챔버(205)를 포함할 수 있다. 본원에 설명된 예들에 따르면, 롤러 어레인지먼트(250)를 사용하여 가요성 기판(101)이 진공 챔버(205) 내에 가이딩된다. 롤러 어레인지먼트(250)는, 진공 챔버(205) 내에 제공될 수 있는 프로세싱 드럼(256) 또는 코팅 드럼(256)을 포함할 수 있다. 기판을 프로세싱하기 위한 하나 이상의 프로세싱 스테이션들이 진공 챔버(205) 내에 제공될 수 있는 한편, 기판은 프로세싱 드럼(256) 상에서 가이딩된다. 도 6은, 제1 증착 소스 어레인지먼트(210), 제2 증착 소스 어레인지먼트(220), 및 제3 증착 소스 어레인지먼트(230)를 형성하는 5개의 증착 스테이션들의 형태의 3개의 프로세싱 스테이션들을 예시적으로 도시한다. 예시적으로, 프로세싱 스테이션들 또는 증착 소스 어레인지먼트들 각각은, 회전가능 스퍼터링 타겟 또는 한 쌍의 회전가능 스퍼터링 타겟들 또는 임의의 원하는 수의 회전가능 스퍼터링 타겟들일 수 있다. 본원에 설명된 예들에 따르면, 증착 소스 어레인지먼트들은, 예컨대 리튬을 위한 선형 증발기들을 포함할 수 있다.
[0061] 진공 챔버(205)는 진공 챔버인 것으로 설명되었지만, 롤러 코팅, 슬롯 다이 코팅 및 프린팅과 같은 비-진공 증착 기법들의 경우, 예컨대 드라이 룸 또는 글로브 박스의 챔버(205)가 사용될 수 있다.
[0062] 도 6에 추가로 도시된 바와 같이, 코팅 드럼(256) 또는 프로세싱 드럼(256)은, 장치(200)에서 제공되는 회전 축을 갖는다. 프로세싱 드럼(256)은, 만곡된(curved) 외측 표면을 따라 가요성 기판(101)을 가이딩하기 위한 만곡된 외측 표면을 갖는다. 가요성 기판(101)은, 제1 진공 프로세싱 영역 및 예컨대 적어도 하나의 제2 진공 프로세싱 영역을 통해 가이딩된다. 비록 증착 소스 어레인지먼트들이 프로세싱 스테이션들인 것으로 본원에서 종종 언급되지만, 에칭 스테이션들, 가열 스테이션들 등과 같은 다른 프로세싱 스테이션들이 또한 프로세싱 드럼(256)의 만곡된 표면을 따라 제공될 수 있다. 따라서, 다양한 증착 소스들을 위한 구획들을 가질 수 있는 본원에 설명된 장치들은, 단일 증착 장치(예컨대, R2R 코팅기(coater))에서의 몇몇 스퍼터링, 증발, CVD, PECVD, 및/또는 PVD 프로세스들의 모듈식 결합을 허용한다.
[0063] 본원에 설명된 일부 예들에 따르면, 프로세싱 스테이션들은 상이한 프로세싱 툴들을 모듈식으로 구비할 수 있다. 모든 종류들의 증착 소스들이 본원에 설명된 예들에 따른 프로세싱 장치 또는 증착 장치(이를테면, 가요성 층 스택을 제조하기 위한 장치)에서 사용될 수 있는 모듈식 개념은, 상이한 증착 기술들 또는 프로세스 파라미터들의 복잡한 조합들을 적용하여 증착되어야 하는 복잡한 층 스택들의 증착에 대한 비용들을 낮추는 것을 돕는다.
[0064] 일반적으로, 본원에 설명된 일부 예들에 따르면, 플라즈마 증착 소스는, 가요성 기판, 예컨대 웹(web) 또는 포일, 유리 기판 또는 실리콘 기판 상에 박막을 증착하도록 적응될 수 있다. 통상적으로, 플라즈마 증착 소스는, 예컨대, 가요성 층 스택(100)을 형성하기 위해, 제1 층(110) 및/또는 제2 층(120) 및/또는 제3 층(130)과 같은 박막을 가요성 기판(101) 상에 증착하도록 적응될 수 있고 그리고 그에 사용될 수 있다. 가요성 층 스택은, 2차 전지 또는 TFT, 터치 스크린 디바이스 컴포넌트, 또는 가요성 PV 모듈의/에 대한 네거티브 전극을 제공하기 위한 것일 수 있다.
[0065] 본원에 설명된 예들에 따르면, 플라즈마 증착 소스는, 이동 웹에 대향하게 배열된 2개, 3개, 또는 심지어 그 초과의 라디오 주파수(RF) 전극들을 포함하는 다중-영역 전극 디바이스를 갖는 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD) 소스로서 제공될 수 있다. 본원에 설명된 예들에 따르면, 다중 영역 플라즈마 증착 소스는 또한, 중간 주파수(MF; middle frequency) 증착을 위해 제공될 수 있다. 본원에 설명된 더 추가적인 예들에 따르면, 본원에 설명된 바와 같이 증착 장치에 제공되는 하나 이상의 증착 소스들은, 마이크로파 소스일 수 있고 그리고/또는 스퍼터 소스(예컨대, 스퍼터 타겟)일 수 있다. 예컨대, 마이크로파 소스의 경우, 플라즈마는 마이크로파 방사에 의해 여기(excite) 및 유지되고, 소스는, 마이크로파 방사로 플라즈마를 여기 및/또는 유지하도록 구성된다.
[0066] 도 6에 도시된 바와 같이, 가요성 기판(101)은 언와인딩(unwinding) 롤러(251)로부터 프로세싱 드럼(256)으로 가이딩될 수 있고 그리고 가요성 기판(101)의 프로세싱 이후 리와인딩(rewinding) 롤러(257) 상에 와인딩될 수 있다. 장치(200)를 통해 가요성 기판(101)을 가이딩하기 위해, 복수의 롤러들(253)이 제공될 수 있다. 롤러들(253)은, 가요성 기판(101)의 가이딩, 가요성 기판(101)의 텐셔닝(tensioning), 가요성 기판(101)의 스프레딩(spreading), 가요성 기판(101)의 차징(charging), 가요성 기판(101)의 디-차징(de-charging), 및 가요성 기판(101)의 가열 또는 냉각으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 기능을 제공할 수 있다.
[0067] 본원에 설명된 일부 예들에 따르면, 프로세싱 드럼(256)은 원하는 프로세싱 온도로 가열 또는 냉각될 수 있다. 제어기는, 연결부에 의해 프로세싱 드럼(256) 내의 가열 또는 냉각 디바이스에 연결될 수 있다. 본원에 설명된 통상적인 예들에 따르면, 프로세싱 드럼(256)은 증착 목적들을 위해 가열될 수 있고, 예컨대, 에칭 프로세싱 동안 냉각될 수 있다. 추가로, 프로세싱 드럼(256)은, 예컨대, 리튬과 같은 낮은 용융점을 갖는 재료의 증착 동안 냉각될 수 있다.
[0068] 본원에 설명된 예들에 따르면, 제1 층(110) 및/또는 가요성 층 스택(100)으로부터 가요성 기판(101)을 제거하기 위한 제거 어레인지먼트(260)가 제공될 수 있다. 구체적으로, 제거 어레인지먼트(260)는, 프로세싱 드럼(256) 후에, 통상적으로는 리와인딩 롤러(257) 전에 장치(200)에 제공될 수 있다. 제거 어레인지먼트(260)가 리와인딩 롤러(257) 전에 장치(200)에 제공되는 것으로 설명되었지만, 가요성 층 스택(100)은, 가요성 기판(101)을 포함하거나 상부에 가요성 기판(101)이 제공되는 리와인딩 롤러(257) 상에 와인딩될 수 있다. 예를 들면, 가요성 층 스택(100)은, 위에 설명된 보호적 이유들 때문에, 가요성 기판(101)과 함께 저장될 수 있다. 이러한 경우에서, 가요성 층 스택이 그의 의도된 동작 및/또는 기능을 위해 사용되기 전에 가요성 기판(101)을 제거하기 위한 별개의 제거 어레인지먼트가 제공될 수 있다. 본원에 설명된 일부 예들에 따르면, 가요성 층 스택(100)은, 구체적으로는 가요성 기판(101)이 제거되기 전에 저장될 수 있다. 예를 들면, 리튬 배터리의 경우, 가요성 기판(101)은 배터리 셀이 어셈블링(assemble)되기 전에 제거될 수 있다.
[0069] 도 7은 본원에 설명된 예들에 따른, 가요성 층 스택(100)을 제조하고 그리고/또는 가요성 기판(101)을 프로세싱하기 위한 추가적인 장치(200)를 도시한다.
[0070] 도 7에 도시된 장치(200)는 도 6에 도시된 장치와 유사하다. 그러나, 도 7에 도시된 장치는 하나 초과의 프로세싱 드럼을 포함한다. 장치의 스루풋이 유리하게 증가될 수 있다.
[0071] 본원에 설명된 예들에 따르면, 제1 프로세싱 드럼(256a)은 제1 재료를 증착하도록 구성될 수 있고 그리고 제2 프로세싱 드럼(256b)은 제2 재료를 증착하도록 구성될 수 있다. 즉, 제1 프로세싱 드럼(256a)은 제1 재료를 증착하도록 구성되는 제1 증착 소스 어레인지먼트(210)를 구비할 수 있고 그리고 제2 프로세싱 드럼(256b)은 제2 재료를 증착하도록 구성되는 제2 증착 소스 어레인지먼트(220)를 구비할 수 있다. 예를 들면, 제1 프로세싱 드럼(256a)은, 제1 층(110)을 형성하기 위해 가요성 기판(101) 상에 리튬과 같은 알칼리 금속을 증착하도록 그리고 제3 층(130)을 형성하기 위해, 계속해서 형성될 제2 층(120) 상에 리튬과 같은 알칼리 금속을 증착하도록 구성될 수 있다. 제2 프로세싱 드럼(256b)은, 제2 층(120)을 형성하기 위해, 제1 층(110) 상에 통상적으로는 구리와 같은 금속인 전도성 재료를 증착하도록 구성될 수 있다.
[0072] 즉, 가요성 기판(101)은, 언와인딩 롤러(251)로부터 언와인딩되고, 롤러들(253)에 의해 제1 프로세싱 드럼(256a) 및 제2 프로세싱 드럼에 가이딩되고, 제1 층(110), 및 제2 층(120)의 적어도 부분들을 프로세싱한 후 리와인딩 롤러(257) 상에 와인딩될 수 있다. 그런 다음, 가요성 기판(101)은, 제2 프로세싱 드럼(256b) 및 제1 프로세싱 드럼(256a)을 통해 리와인딩 롤러(257)로부터 언와이딩 롤러(251)로 다시 가이딩될 수 있으며, 여기서, 최종적으로 제2 층(120)의 나머지 부분 및 제3 층(130)이 각각 증착될 수 있다. 그러므로, 가요성 기판(101)은, 가요성 층 스택(100)을 제조하기 위한 장치를 통해 순방향 및 역방향으로 와인딩될 수 있다.
[0073] 도 7에 예시적으로 도시된 바와 같이, 제1 제거 어레인지먼트(260a)는 언와인딩 롤러(251) 옆에(next to) 배열될 수 있고 그리고/또는 제2 제거 어레인지먼트(260b)는 리와인딩 롤러(257) 옆에 제공될 수 있다. 구체적으로, 제거 어레인지먼트는 유리하게, 언와인딩 롤러(251), 및 가요성 층 스택(100)의 프로세싱 후에 가요성 층 스택(100)이 와인딩되는 리와인딩 롤러(257) 중 하나 옆에 제공될 수 있다.
[0074] 추가로, 제1 프로세싱 드럼(256a) 및 제2 프로세싱 드럼(256b)과 같은 프로세싱 드럼은, 구체적으로는, 가요성 층 스택(100)이 개개의 프로세싱 드럼을 통과하는 동안 증착될 재료에 대해 구성될 수 있다. 예를 들면, 제1 프로세싱 드럼(256a)은, 제1 프로세싱 드럼(256a) 상에 가이딩된 가요성 기판(101) 위의 리튬의 증착 동안 냉각될 수 있다.
[0075] 본원에 설명된 예들에 따르면, 하나 이상의 프로세싱 드럼들이 별개의 진공 챔버들 내에 배열될 수 있다. 도 7에 도시된 예에서, 제1 프로세싱 드럼(256a)은 제1 진공 챔버(205a) 내에 배열되고 그리고 제2 프로세싱 드럼(256b)은 제2 진공 챔버(205b) 내에 배열된다. 즉, 제1 진공 챔버(205a) 및 제2 진공 챔버(205b)와 같은 진공 챔버들 각각의 프로세스 환경은, 개개의 진공 챔버에서 수행될 개개의 증착 프로세스에 대해 적응될 수 있다. 오염이 심한 것으로 고려될 수 있는 리튬 증착의 경우, 리튬 증착에 실제로 사용되는 진공 챔버만이 오염된다.
[0076] 도 7의 예에서, 2개의 프로세싱 드럼들(256a, 256b) 및 2개의 진공 챔버들(205a, 205b)이 도시된다. 그러나, 임의의 수의 프로세싱 드럼들 및/또는 진공 챔버들이 제공될 수 있다. 예를 들면, 3개의 프로세싱 드럼들, 즉, 제1 프로세싱 드럼, 제2 프로세싱 드럼, 및 제3 프로세싱 드럼이 제공될 수 있다. 제1 프로세싱 드럼은 제1 증착 소스 어레인지먼트(210)를 구비할 수 있고, 제2 프로세싱 드럼은 제2 증착 소스 어레인지먼트(220)를 구비할 수 있고, 그리고 제3 프로세싱 드럼은 제3 증착 소스 어레인지먼트(230)를 구비할 수 있다. 제1 증착 소스 어레인지먼트(210), 제2 증착 소스 어레인지먼트(220), 및 제3 증착 소스 어레인지먼트(230) 각각은, 예컨대, 개개의 증착 소스 어레인지먼트에 의해 형성될 층의 의도된 두께에 의존하여, 미리결정된 수의 증착 소스들을 포함할 수 있다.
[0077] 추가로, 제1 프로세싱 드럼, 제2 프로세싱 드럼 및 제3 프로세싱 드럼 각각은 별개의 진공 챔버 내에, 즉, 각각 제1 진공 챔버, 제2 진공 챔버, 및 제3 진공 챔버 내에 배열될 수 있다. 또한, 하나 이상의 프로세싱 드럼들이 공통 진공 챔버 내에 배열될 수 있는 한편, 다른 프로세싱 드럼들은 상이한 진공 챔버(들) 내에 배열된다. 예를 들면, 제1 프로세싱 드럼 및 제3 프로세싱 드럼(둘 모두는, 제1 재료를 증착하도록 구성되는 증착 소스 어레인지먼트들(예컨대 제1 증착 소스 어레인지먼트(210) 및 제3 증착 소스 어레인지먼트(230))을 구비함)은 공통 진공 챔버 내에 제공될 수 있는 한편, 제2 프로세싱 드럼(제2 재료를 증착하도록 구성되는 하나 이상의 증착 소스 어레인지먼트들, 이를테면 제2 증착 소스 어레인지먼트(220)를 구비함)은 다른 진공 챔버 내에 배열될 수 있다. 즉, 동일한 재료를 증착하기 위한 프로세싱 드럼들이 유리하게 동일한 진공 챔버 내에 배열될 수 있다. 또한, 사용되는 증착 프로세스에 의존하여, 예컨대, 드라이 룸 또는 글로브 박스의 챔버들이 진공 챔버들 대신 사용될 수 있다. 예를 들면, 리튬 증착 프로세스는 예컨대 드라이 룸의 챔버에서 수행될 수 있고 그리고/또는 구리 증착 프로세스는 진공 챔버에서 수행될 수 있다.
[0078] 일부 예들에 따르면, 롤러 어레인지먼트(250)의 일부인 것으로 고려될 수 있는 하나 이상의 프로세싱 드럼들(256)이 원하는 프로세싱 온도로 가열 또는 냉각될 수 있다. 구체적으로, 가요성 기판(101)의 온도는, 가요성 기판(101)이 하나 이상의의 프로세싱 드럼들(256)과 접촉을 이루기 전에 롤러 어레인지먼트(250)에 의해 조정될 수 있다. 냉각되는 프로세싱 드럼의 경우, 언더-레귤레이션(under-regulation)을 갖는 조정 제어는 온도를 프로세싱 드럼 온도의 약간 위이도록 조정할 수 있고 그리고 오버-레귤레이션(over-regulation)을 갖는 조정 제어는 온도를 프로세싱 드럼 온도의 약간 아래이도록 조정할 수 있다.
[0079] 도 8은 본원에 설명된 예들에 따른, 가요성 층 스택(100)을 제조하기 위한 방법(300)의 흐름도를 도시한다.
[0080] 가요성 층 스택(100)을 제조하기 위한 방법(300)은, 블록(310)에 따르면, 가요성 기판(101)을 제공하는 단계를 포함한다. 블록(320)에 따르면, 제1 재료를 포함하는 제1 층(110)이 가요성 기판(101) 위에 증착된다. 블록(330)에 따르면, 제2 재료를 포함하는 제2 층(120)이 제1 층(110) 위에 증착된다. 블록(340)에 따르면, 가요성 기판(101)이 제거된다. 구체적으로, 가요성 층 스택(100)은, 통상적으로는 가요성 기판(101)이 제거되기 전에 저장 및/또는 이송될 수 있다.
[0081] 본원에 설명된 예들에 따르면, 제3 재료 또는 제1 재료를 포함하는 제3 층(130)이 제2 층(120) 위에 증착될 수 있다. 구체적으로, 방법(300)은, 위의 블록들 또는 추가적인 블록들에 따르면, 추가적인 층들의 증착 및/또는 다른 프로세싱 동작들, 이를테면, 가요성 기판(101)의 텐셔닝, 가요성 기판(101)의 스프레딩, 가요성 기판(101)의 차징, 가요성 기판(101)의 디-차징, 및 가요성 기판(101)의 가열 또는 냉각을 포함할 수 있다.
[0082] 본원에 설명된 특정 예들에 따르면, 리튬 배터리의/에 대한 네거티브 전극을 제조하기 위한 방법(300)이 제공될 수 있다. 그러한 방법에서, 롤러 어레인지먼트(250)를 사용하여 가요성 기판(101)이 진공 챔버(205) 내에 가이딩될 수 있다. 리튬을 포함하는 제1 층(110)이 가요성 기판(101) 위에 증착될 수 있다. 구체적으로, 제1 층(110)은 리튬 층일 수 있다. 구리를 포함하는 제2 층(120)이 제1 층(110) 위에 증착될 수 있다. 구체적으로, 제2 층(120)은 구리 층일 수 있다. 리튬을 포함하는 제3 층(130)이 제 2 층(120) 위에 증착될 수 있다. 구체적으로, 제3 층(130)은 리튬 층일 수 있다. 가요성 기판(101)이 제거될 수 있다.
[0083] 제1 층(110) 및 제3 층(130)은, 약 25 ㎛와 동일하거나 그 미만인 두께, 바람직하게는 20 ㎛와 동일하거나 그 미만인 두께, 통상적으로는 15 ㎛와 동일하거나 그 미만인 두께, 및/또는 바람직하게는 3 ㎛와 동일하거나 그 초과인 두께, 통상적으로는 5 ㎛와 동일하거나 그 초과인 두께로 형성될 수 있다. 제2 층(120)은, 10 ㎛와 동일하거나 그 미만인 두께, 통상적으로는 8 ㎛와 동일하거나 그 미만인 두께, 유리하게는 7 ㎛와 동일하거나 그 미만인 두께, 특정적으로는 6 ㎛와 동일하거나 그 미만인 두께, 특히 5 ㎛와 동일하거나 그 미만인 두께로 형성될 수 있다.
[0084] 본원에 설명된 예들은 다음의 이점들을 제공할 수 있다. 리튬은 일시적 캐리어 상에 증착될 수 있다. 따라서, 제조 또는 프로세싱 동안의 온도 제어 및 핸들링이 용이해질 수 있다. 추가로, 구리 층과 같은 증착되는 층들이 두께가 조정될 수 있다. 그러므로, 상업적으로 입수가능한 구리 포일들에 대한 것과 같은 층들의 두께에 대한 제한이 발생하지 않는다. 리튬 배터리들과 같은 2차 셀들의 맥락에서, 얇은 구리 층들이 프로세싱될 수 있다. 리튬 배터리의 에너지 밀도(즉, 동일한 에너지 저장 능력에 대한 더 적은 중량 및 부피)가 증가될 수 있다. 또한, 특정 층의 양면 코팅에 사용되는, 보호 막으로 코팅된 층을 보호하기 위해 예컨대 리튬으로 제1 측을 코팅하고 예컨대 리튬으로 제2 측을 코팅하기 위해 층 스택을 뒤집는(flip) 것과 같은 노력들이 절약될 수 있다. 유리하게는, 코팅 프로세스들 또는 증착 프로세스들은 가요성 기판과 같은 캐리어 막 상에 수행될 수 있으며, 가요성 기판은 그 자체로, 예컨대, 증착되는 리튬에 대한 보호부 또는 보호 층으로서 동작할 수 있다.
[0085] 전술한 내용이 본 개시내용의 예들에 관한 것이지만, 본 개시내용의 다른 그리고 추가적인 예들이 본 개시내용의 기본적인 범위로부터 벗어나지 않으면서 안출될 수 있으며, 본 개시내용의 범위는 하기의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (15)

  1. 가요성 층 스택(flexible layer stack)(100)을 제조하기 위한 방법으로서,
    가요성 기판(101)을 제공하는 단계;
    상기 가요성 기판(101) 위에 제1 재료를 포함하는 제1 층(110)을 증착하는 단계;
    상기 제1 층(110) 위에 제2 재료를 포함하는 제2 층(120)을 증착하는 단계; 및
    상기 가요성 기판(101)을 제거하는 단계를 포함하는, 가요성 층 스택을 제조하기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 층(120) 위에 제3 층(130)을 증착하는 단계를 더 포함하며,
    상기 제3 층(130)은 상기 제1 재료를 포함하는, 가요성 층 스택을 제조하기 위한 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 재료는 리튬과 같은 알칼리 금속인, 가요성 층 스택을 제조하기 위한 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 층(110)은, 약 25 ㎛와 동일하거나 그 미만, 바람직하게는 20 ㎛와 동일하거나 그 미만, 통상적으로는 15 ㎛와 동일하거나 그 미만, 그리고/또는 바람직하게는 3 ㎛와 동일하거나 그 초과, 통상적으로는 5 ㎛와 동일하거나 그 초과인 두께로 형성되는, 가요성 층 스택을 제조하기 위한 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 재료는, 전도성 재료, 바람직하게는 구리 또는 니켈과 같은 금속이고, 통상적으로는 상기 제2 재료는 구리인, 가요성 층 스택을 제조하기 위한 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    롤러 어레인지먼트(roller arrangement)(250)를 사용하여 상기 가요성 기판(101)을 진공 챔버(205) 내에 가이딩(guide)하는 단계를 더 포함하는, 가요성 층 스택을 제조하기 위한 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가요성 기판(101)은, 구체적으로는 상기 가요성 층 스택(100)의 제조 동안, 상기 제1 층(110)에 대한 보호 층으로서 동작하도록 구성되는, 가요성 층 스택을 제조하기 위한 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가요성 기판(101)을 제거하는 단계는, 상기 제1 층(110)으로부터 상기 가요성 기판(101)을 박리(peel)시키는 단계를 포함하는, 가요성 층 스택을 제조하기 위한 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가요성 기판(101)을 제거하는 단계는, 상기 가요성 기판(101)을 에칭하는 단계를 포함하는, 가요성 층 스택을 제조하기 위한 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    구체적으로는 상기 제1 층(110)을 증착하는 단계 전에 상기 가요성 기판(101) 위에 릴리스(release) 층(105)을 제공하는 단계를 더 포함하며,
    통상적으로, 상기 릴리스 층(105)은 박리 층 또는 에칭 정지(etch stop) 층인, 가요성 층 스택을 제조하기 위한 방법.
  11. 리튬 배터리의 네거티브(negative) 전극(100)을 제조하기 위한 방법(300)으로서,
    롤러 어레인지먼트(250)를 사용하여 가요성 기판(101)을 진공 챔버(205) 내에 가이딩하는 단계;
    상기 가요성 기판(101) 위에 리튬을 포함하는 제1 층(110)을 증착하는 단계;
    상기 제1 층(110) 위에 구리를 포함하는 제2 층(120)을 증착하는 단계; 및
    상기 제2 층(120) 위에 리튬을 포함하는 제3 층(130)을 증착하는 단계; 및
    상기 가요성 기판(101)을 제거하는 단계를 포함하는, 리튬 배터리의 네거티브 전극을 제조하기 위한 방법.
  12. 가요성 층 스택(100)을 제조하기 위한 장치(200)로서,
    가요성 기판(101)을 가이딩하기 위한 롤러 어레인지먼트(250);
    상기 가요성 기판(101) 위에 제1 재료를 포함하는 제1 층(110)을 증착하도록 구성되는 제1 증착 소스 어레인지먼트(210);
    상기 제1 층(110) 위에 제2 재료를 포함하는 제2 층(120)을 증착하도록 구성되는 제2 증착 소스 어레인지먼트(220); 및
    상기 제2 층(120) 위에 상기 제1 재료를 포함하는 제3 층(130)을 증착하도록 구성되는 제3 증착 소스 어레인지먼트(230)를 포함하는, 가요성 층 스택을 제조하기 위한 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 층(110)으로부터 상기 가요성 기판(101)을 제거하기 위한 제거 어레인지먼트(260)를 더 포함하는, 가요성 층 스택을 제조하기 위한 장치.
  14. 리튬 배터리를 위한 네거티브 전극으로서,
    상기 네거티브 전극은 가요성이고,
    상기 네거티브 전극은,
    리튬을 포함하고 그리고 5 ㎛와 동일하거나 그 초과이고 그리고/또는 15 ㎛와 동일하거나 그 미만인 두께를 갖는 제1 층(110);
    구리를 포함하고 그리고 10 ㎛와 동일하거나 그 미만, 바람직하게는 8 ㎛와 동일하거나 그 미만, 통상적으로는 7 ㎛와 동일하거나 그 미만, 특히 5 ㎛와 동일하거나 그 미만인 두께를 갖는 제2 층(120); 및
    리튬을 포함하고 그리고 5 ㎛와 동일하거나 그 초과이고 그리고/또는 15 ㎛와 동일하거나 그 미만인 두께를 갖는 제3 층(130)
    을 포함하는, 리튬 배터리를 위한 네거티브 전극.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 층(110)과 상기 제2 층(120) 사이의 제1 접착 층(115) 및/또는 상기 제2 층(120)과 상기 제3 층(130) 사이의 제2 접착 층(125)을 더 포함하는, 리튬 배터리를 위한 네거티브 전극.
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