KR20190060014A - 코팅 방법 및 코팅 설비 - Google Patents

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마이크 빌루프
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폰 아르덴네 아세트 게엠베하 운트 콤파니 카게
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Abstract

다양한 실시양태에 따라, 방법(100a, 200a, 700, 800)은, 진공 챔버의 코팅 구역에서 40㎛ 미만의 두께를 갖는 필름 구조체(302)를 수송하는 단계; 및 기체 코팅 물질을 사용하여 필름 구조체(302)를 코팅하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

코팅 방법 및 코팅 설비{METHOD AND COATING ARRANGEMENT}
본 발명은 코팅 방법 및 코팅 설비에 관한 것이다.
금속(예컨대, 강) 같은 물질 또는 이들 물질로 제조된 구성요소가 예를 들어 산/염기의 결과로서 및/또는 전압의 결과로서 부식성 환경 조건에 노출되는 경우, 이들은 부식성 환경 조건에 의해 공격을 받을 수 있고, 이로 인해 이들의 기능이 손상될 수 있다. 그러나, 일부 물질은 아래에 놓인 물질의 부식을 억제하는(즉, 늦추거나 방지하는) 불활성(느리게 반응하는) 부동태화 층을 형성한다. 예를 들어 배터리 또는 재충전가능한 배터리에서 발생되는 부식성 환경 조건에 대한 구성요소의 내약품성을 증가시키기 위하여 표적화된 방식으로 이들 물질을 사용할 수 있다. 예를 들면, 안정한 부동태화 층(예컨대, 산화크롬 같은 산화물 층)이 물질 상에 자동적으로(자연 발생적으로) 생성되도록, 적합한 조성을 갖는 물질을 제공할 수 있었거나 제공할 수 있다(예컨대, 크롬을 그 안으로 혼합함으로써). 그러나, 동시에 부동태화 층은 물질 또는 구성요소의 표면 상에서의 전기 전도성을 손상시킨다. 달리 말해, 그의 표면 저항이 부동태화 층에 의해 증가되고, 따라서 물질 또는 구성요소의 전기 접속이 더욱 어려워진다.
전기 기구(예를 들어, 재충전가능한 배터리, 배터리 또는 축전기 같은 에너지 저장 장치)에 사용되고 예컨대 전류를 접속시키거나 전도하기 위해 사용되는 물질 또는 구성요소의 경우, 전기 접속(즉, 예시적으로 낮은 계면 저항)을 제공하려면 저항 손실, 따라서 효율 손상을 감소시키기 위하여 낮은 표면 저항이 요구될 수 있다. 이 때문에, 천연 부동태화 층은 빈번하게, 부식을 억제하지만 천연 부동태화 층에 비해 더 낮은 표면 저항을 갖는 합성에 의해 생성되는 전기 전도성 보호 층으로 교체된다.
예를 들어 전극에 사용하기 위해 요구되는 얇은 호일(예컨대, 200μ보다 더 얇음), 예컨대 구리 또는 알루미늄으로 구성된 금속 호일의 경우, 합성 보호 층을 생성시키기 위한 종래의 방법중 대다수는 호일에 손상을 야기하는데, 왜냐하면 얇은 두께 때문에 이들의 기계적 강도가 크게 감소되기 때문이다. 얇은 호일은 예시적으로 매우 민감하고, 균열 또는 구멍이 호일에 잔류할 수 있다.
호일에 대한 손상을 피하는 공정은 관례적으로 입자(예컨대, μ 범위의 크기를 갖는 플록(floc) 또는 미립자)를 유기 용매에 분산시키고 유기 용매와 함께 호일에 도포하는 습식 화학적 침착 방법을 이용한다. 이어, 열에 의해 용매를 증발시켜, 입자가 잔류하고 보호 층을 형성하도록 한다. 그러나, 이 경우 유기 용매는 보호 층과 호일 사이에서 전기 절연 층을 형성시키기 위하여 호일과 화학적으로 반응할 수 있는데, 이는 전류의 흐름을 억제하고 따라서 표면 저항을 감소시키는 습식 화학적 침착 방법의 능력을 제한한다.
또한, 입자와 호일의 표면 사이에서 화학적 결합이 형성되지 않으며(이들은 예컨대 약한 화학적 결합인 반 데르 발스 상호작용에 의해서만 접착됨), 그 결과 보호 층의 전기적 특성 및 기계적 특성(예를 들어, 호일에 대한 이의 접착력)이 모두 손상된다. 달리 말해, 입자에 의해 형성된 보호 층은 기계적으로 로딩될 수 없고 용이하게 손상되어, 아래에 놓인 호일의 부식을 야기한다. 높은 전압(전지)(예컨대, 4V보다 큼)을 제공하는 현대의 에너지 저장 장치는 높은 내약품성을 갖는 전극을 필요로 한다.
예를 들어, 관례상 탄소를 입자 형태로 호일에 부착시킨다. 그러나, 이 방법에 의해 획득될 수 있는 층 두께는 ㎛ 범위이다. 즉, 이들은 예시적으로 매우 두껍다. 층 두께가 증가됨에 따라 층의 오옴 저항이 증가하기 때문에, 이에 의해 발생되는 계면 저항(ICR=계면 접촉 저항, 계면 유도 저항이라고도 함)은 큰 저항 손실을 야기하고 따라서 효율을 손상시킨다.
다르게는, 탄소를 플록 형태로("탄소 박편"으로 공지되어 있음) 호일에 부착시킨다. 이러한 방식으로, 상당히 더 작은 층 두께, 예를 들어 수 nm를 달성할 수 있다(이는 저항 손실을 감소시킴). 그러나, 이에 의해, 호일이 노출되는 다수개의 구멍을 갖는 다공성 층이 생성된다. 예시적으로 호일을 부식으로부터 보호하는 플록이 없는 호일의 영역이 있다. 노출된 영역은 예를 들어 재충전가능한 배터리에서 전극(애노드 또는 캐쏘드)용 활성 물질을 도포하는 동안 추가적인 습식 화학적 제조 공정에 의해 추가로 부식될 수 있으며, 그 결과 예컨대 산화물 형성에 의해 계면 저항이 증가된다.
다양한 실시양태에 따라, 얇은 호일 구조체, 예를 들어 금속 호일 또는 중합체 필름(예컨대, 금속-코팅된 중합체 필름)을 가공하는 방법이 예시적으로 제공되며, 이 때 전기 전도성 보호 층, 즉 예시적으로 내식성 접속 층이 이 방법에 의해 호일 구조체에 도포될 수 있다. 또한, 다양한 실시양태에 따라, 보호 층의 호일 구조체로의 접착력(접착능) 및 전기 접속을 증가시키기 위하여 보호 층을 형성시키기 전에 호일 구조체로부터 기존 표면 층(예컨대, 산화물 층)을 제거하는 것이 유리할 수 있다.
다양한 실시양태에 따라, 긴 호일 구조체(예컨대, 10m보다 긴 스트립)를 경제적인 방식으로 코팅할 수 있도록 예시적으로 높은 처리량이 허용되는 방법이 제공된다.
다양한 실시양태에서는, 보호 층의 호일 구조체로의 접착력을 예시적으로 개선하는 완충 층이 임의적으로 제공된다. 달리 말해, 완충 층은 결합제로서 작용한다. 완충 층은 호일 구조체와 보호 층 사이에 배치될 수 있다. 보호 층은 노출된 표면을 가질 수 있거나 노출된 표면을 형성할 수 있다.
다양한 실시양태에서는, 비정질 탄소(DLC, 즉 다이아몬드 같은 탄소로 이루어진 군으로부터의 a-C)의 진공에 기초한 공정(예를 들어, 임의적으로는 단면 또는 양 면) 침착이 제공된다. 이 공정은 예를 들어 얇은 알루미늄 호일(Al 호일) 또는 구리 호일(Cu 호일) 또는 금속 표면을 갖는 다른 호일, 예를 들면 금속에 의해 업그레이드된 중합체 필름에 적용될 수 있다. 다양한 실시양태에 따라, 이 공정에 의해 낮은 표면 접촉 저항을 갖는 하나 이상의 내식성 및 전기 전도성 층(즉, 층 시스템)이 제공된다.
다양한 실시양태에서는, 에너지 저장 장치, 예를 들어 리튬 이온 배터리용 집전기 및/또는 전력 송출 리드선으로서 사용하기 위한 낮은 표면 접촉 저항을 갖는 얇은 내식성 및 전기 전도성 호일 구조체를 제조하는 방법이 제공된다.
다양한 실시양태에서는, 특히 작은 층 두께를 갖는 폐쇄형(closed) 보호 층이 예시적으로 제공된다. 오옴 저항이 층 두께에 비례하기 때문에, 표면 저항은 예를 들어 종래의 보호 층의 경우보다 10배까지 더 낮으며, 이로 인해 효율이 증가된다.
다양한 실시양태에 따른 방법은, 40㎛ 미만의 두께를 갖는 호일 구조체(예컨대, 호일)를 진공 챔버의 코팅 영역 내로 수송하고; 기체 코팅 물질을 사용하여 호일 구조체를 코팅함을 포함할 수 있다.
다양한 실시양태에서는, 기체 코팅 물질을 사용하여(예컨대, 기체 코팅 물질로부터) 하나 이상의 층을 포함하는 코팅을 형성시킬 수 있었거나 또는 형성시킬 수 있다. 달리 말해, 코팅은 기체 코팅 물질을 사용한(예를 들어, 기체 코팅 물질로부터의) 코팅(하나 이상의 층을 포함함)의 형성을 포함할 수 있다.
다양한 실시양태에서, 호일 구조체(예컨대, 호일)는 40㎛ 미만, 예를 들어 약 35㎛ 미만, 예컨대 약 30㎛ 미만, 예를 들어 약 25㎛ 미만, 예를 들어 약 20㎛ 미만, 예컨대 약 15㎛ 미만, 예컨대 약 10㎛ 미만, 예컨대 약 5㎛ 미만, 예를 들어 약 10㎛ 내지 약 30㎛, 예를 들어 약 20㎛ 또는 예컨대 약 25㎛인 두께(즉, 호일 구조체의 측방향 연장부를 가로지름)를 가질 수 있다.
다양한 실시양태에서, 호일 구조체는 하나 이상의 중합체 및 하나 이상의 금속으로 제조된 적층체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 호일 구조체는 금속-코팅된(예를 들어, 한 면 또는 양 면 상에서) 중합체 필름을 포함할 수 있거나 이들에 의해 제조될 수 있다. 다르게는, 호일 구조체는 금속에 의해 제조될 수 있다. 달리 말해, 호일 구조체는 예를 들어 금속 호일일 수 있다. 다르게는, 호일 구조체는 중합체에 의해 제조뒬 수 있다. 달리 말해, 호일 구조체는 예를 들어 중합체 필름일 수 있다.
본원과 관련하여, 금속(또한 금속 물질이라고도 일컬어짐)은 적어도 하나의 금속 원소(즉, 하나 이상의 금속 원소), 예를 들어 하기 원소의 군으로부터의 하나 이상의 원소를 포함할 수 있다: 구리(Cu), 철(Fe), 티탄(Ti), 니켈(Ni), 은(Ag), 크롬(Cr), 백금(Pt), 금(Au), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 지르코늄(Zr), 탄탈(Ta), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 바나듐(V), 바륨(Ba), 인듐(In), 칼슘(Ca), 하프늄(Hf), 사마륨(Sm), 은(Ag) 및 리튬(Li). 뿐만 아니라, 금속은 금속 화합물(예를 들어, 금속간 화합물 또는 합금), 예를 들어 둘 이상의 금속 원소(예컨대, 원소의 군으로부터)의 화합물, 예컨대 청동 또는 황동, 또는 예를 들어 하나 이상의 금속 원소(예컨대, 원소의 군으로부터의) 및 하나 이상의 비-금속 원소의 화합물(예컨대, 강)을 포함할 수 있거나, 이들에 의해 제조될 수 있다.
또한, 금속, 예를 들어 호일 구조체의 금속, 및/또는 호일 구조체는 10W/(m·K)보다 큰, 예를 들어 50W/(m·K)보다 큰 열 전도율을 가질 수 있다.
호일 구조체의 금속은 예시적으로 호일 구조체의 금속 표면을 형성할 수 있다. 달리 말해, 호일 구조체는 금속 표면을 가질 수 있다. 일부 금속은 자연적으로 부동태화 층을 형성하지만, 이는 표면 저항을 증가시키고/시키거나 보호 층의 접착력을 손상시킨다. 다양한 실시양태에서는, 호일 구조체의 표면 저항을 감소시킬 수 있도록 부동태화 층을 제거할 수 있다.
이를 위해, 다양한 실시양태에 따른 방법은 (예컨대 노출된) 금속성 표면(예를 들어, 금속 표면)이 형성되도록, 호일 구조체(예컨대, 코팅 전)의 표면 층(예를 들어, 하나 이상의 부동태화 층)을 제거하여 호일 구조체의 금속을 적어도 부분적으로 노출시킴을 추가로 포함할 수 있다. 그 결과, 금속 미소구조체로 존재하는, 즉 예를 들어 산소, 탄소 또는 다른 물질 또는 비-금속 화합물(예컨대, 산화물, 유기 화합물 등)을 실질적으로 갖지 않는 표면이 형성될 수 있다. 이어, 코팅 작업에 의해 노출된 금속 표면 상에 코팅, 예컨대 층을 형성시킬 수 있다.
표면 층은 약 1㎛ 미만, 예를 들어 약 500nm 미만, 예를 들어 약 250nm 미만, 예를 들어 약 100nm 미만, 예컨대 약 50nm 미만, 예컨대 약 25nm 미만, 예를 들어 약 10nm 미만, 예컨대 약 5nm 미만, 예를 들어 약 10nm 내지 약 100nm의 두께(층 두께)를 가질 수 있다.
플라즈마를 이용하여, 즉 플라즈마 에칭으로 공지되어 있는 것에 의해, 표면 층의 제거를 수행할 수 있다. 예를 들어, 기체 코팅 물질 또는 다른 기체 코팅 물질을 이용하여 플라즈마를 발생시킬 수 있다(플라즈마 활성화 침착으로 공지되어 있음). 예를 들어 스퍼터링이 이용되는 경우, 스퍼터링 공정에 의해 플라즈마가 자연적으로(내재적으로) 제공되었을 수 있거나 제공될 수 있다. 예를 들어 전자 빔 증발을 이용하는 경우, 애노드를 이용하여 전자 빔의 증발 지점(즉, 전자 빔이 표적에 충돌하는 지점)에서 플라즈마를 점화시킬 수 있다. 애노드는 예를 들어 증발 지점 근처에 배치될 수 있다.
다르게는 또는 추가로, 작동 기체 및/또는 반응성 기체를 사용하여 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 플라즈마는 호일 구조체의 표면 층 상에서 작용할 수 있고, 예를 들어 표면 층의 물질과 함께 휘발성 물질의 형성(예컨대, 화학적 반응)에 의해 및/또는 표면 층의 물질의 원자화에 의해 이를 제거할 수 있다.
다르게는 또는 추가로, 이온 빔을 사용하여, 즉 호일 구조체의 이온 충격에 의해 표면 층의 제거를 수행할 수 있다. 이온 빔은 이온 건에 의해 제공되었을 수 있거나 제공될 수 있으며, 호일 구조체 상으로 유도되었을 수 있거나 유도될 수 있다. 이온 빔은 표면 층의 물질을 원자화시킬 수 있다. 이온 빔은 예를 들어 아르곤 이온 또는 질소 이온을 포함할 수 있거나 또는 이들 이온에 의해 형성될 수 있다.
다르게는 또는 추가로, 호일 구조체의 코팅 동안 이온 충격을 수행할 수 있다. 그러므로, 예를 들어 질화물 형성이 일어나도록 질소를 층 내로 도입할 수 있다. 예를 들면, 이온 빔을 사용하여 금속 질화물을 포함하는 층을 형성시킬 수 있다.
다양한 실시양태에서, 기체 코팅 물질(물질 증기라고도 함)은 금속(예컨대, Ni, Ti 또는 Cr) 또는 탄소를 포함할 수 있다.
다양한 실시양태에서, 기체 코팅 물질은 적어도 탄소를 포함할 수 있거나 그에 의해 형성될 수 있다(예를 들어, 다량의, 예컨대 약 50%보다 많은, 예컨대 약 60%보다 많은, 예컨대 약 70%보다 많은, 예컨대 약 80%보다 많은, 예를 들어 약 90%보다 많은, 예를 들어 약 100%의 탄소를 가질 수 있다). 예를 들어, 탄소 표적을 사용하여 기체 코팅 물질을 형성하였을 수 있거나 형성할 수 있다. 적어도 탄소를 포함하거나 그에 의해 형성되는 기체 코팅 물질을 사용하는 경우, 탄소, 예를 들어 다량의, 예컨대 약 50%보다 많은, 예를 들어 약 60%보다 많은, 예를 들어 약 70%보다 많은, 예를 들어 약 80%보다 많은, 예컨대 약 90%보다 많은, 예를 들어 약 100%의 탄소를 포함하는 보호 층을 형성하였을 수 있거나 형성할 수 있다.
예를 들면, 보호 층은 흑연, 나노결정질 흑연, 비정질 탄소, 사면체 탄소 및/또는 사면체 비정질 탄소(ta-C) 형태의 탄소를 포함하거나 이에 의해 형성될 수 있다. 사면체 비정질 탄소는 예를 들어 70%보다 많은 sp3-혼성 탄소를 포함할 수 있다.
다양한 실시양태에서, 기체 코팅 물질은 하나 이상의 금속(예를 들어, 니켈, 티탄 및/또는 크롬)을 포함하거나 이에 의해 형성될 수 있으며, 예를 들어 다량, 예컨대 약 50%보다 많은, 예컨대 약 60%보다 많은, 예를 들어 약 70%보다 많은, 예를 들어 약 80%보다 많은, 예컨대 약 90%보다 많은, 예컨대 약 100%의 금속을 가질 수 있다. 예를 들어, 기체 코팅 물질은 금속 표적을 사용하여 형성되었을 수 있거나 형성될 수 있다. 하나 이상의 금속을 포함하거나 하나 이상의 금속에 의해 형성되는 기체 코팅 물질을 사용하는 경우, 금속을 포함하는, 예를 들어 다량, 예컨대 약 50%보다 많은, 예컨대 약 60%보다 많은, 예를 들어 약 70%보다 많은, 예를 들어 약 80%보다 많은, 예컨대 약 90%보다 많은, 예컨대 약 100%의 금속을 갖는 보호 층을 형성하였을 수 있거나 형성할 수 있다.
다양한 실시양태에서, 기체 코팅 물질은 적어도 니켈, 티탄 및/또는 크롬을 포함하거나 이들에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 기체 코팅 물질은 니켈 및 크롬을 포함하거나 이들에 의해 형성될 수 있다. 적어도 니켈 및 크롬을 포함하거나 이들에 의해 형성되는 기체 코팅 물질을 사용하는 경우, 예를 들어 니켈-크롬 층(NiCr 층)이 형성되었을 수 있거나 형성될 수 있다.
예를 들어, 기체 코팅 물질은 티탄을 포함하거나 티탄에 의해 형성될 수 있다. 적어도 티탄을 포함하거나 티탄에 의해 형성되는 기체 코팅 물질을 사용하는 경우, 예를 들어 티탄 층이 형성되었을 수 있거나 형성될 수 있다.
다양한 실시양태에서, 방법은 추가적인 기체 코팅 물질을 사용하여 호일 구조체를 코팅함을 추가로 포함할 수 있다. 다양한 실시양태에서는, 기체 코팅 물질을 사용하여(예를 들어, 기체 코팅 물질로부터) 제 1 층을 형성하였을 수 있거나 형성할 수 있고, 추가적인(달리 말해 추가의) 기체 코팅 물질을 사용하여(예컨대, 추가적인 기체 코팅 물질로부터) 제 2 층을 형성하였을 수 있거나 형성할 수 있다.
다르게는, 기체 코팅 물질 및 추가적인 기체 코팅 물질을 사용하여(예를 들면, 기체 코팅 물질 및 추가적인 기체 코팅 물질로부터) 연결 층을 형성하였을 수 있거나 형성할 수 있는데, 이 때 기체 코팅 물질 및 추가적인 기체 코팅 물질은 적어도 부분적으로 서로 혼합된다. 달리 말해, 물질의 증기의 혼합물을 사용할 수 있다.
예를 들어, 기체 코팅 물질과 추가적인 기체 코팅 물질은 연결 층에서 호일 구조체를 가로질러 조성 구배가 생기도록 하는 방식으로 서로 적어도 부분적으로(즉, 부분적으로 또는 완전히) 혼합될 수 있다.
예를 들면, 기체 코팅 물질과 추가적인 기체 코팅 물질의 시간에 따라 변화되는 혼합물(예컨대, 탄소/금속 혼합물)을 연결 층을 형성하는데 사용하여, 서로 위에 침착되는 층들이 상이한 화학적 조성(깊이 프로파일 면에서)을 가질 수 있도록 할 수 있다. 다르게는, 기체 코팅 물질과 추가적인 기체 코팅 물질의 공간에 따라 변화되는 혼합물(예컨대, 탄소/금속 혼합물)을 연결 층을 형성하는데 사용하여, 서로 위에 침착되는 층들이 상이한 화학적 조성을 가질 수 있도록 할 수 있다.
다양한 실시양태에서, 코팅 또는 층(예를 들어, 제 1 층 및/또는 제 2 층 또는 연결 층)은 탄소를 포함할 수 있는데, 예를 들어 층은 약 30원자%(몰비에 상응함)보다 많은, 예컨대 약 50원자%보다 많은, 예를 들어 약 70원자%보다 많은, 예컨대 약 90원자%보다 많은 탄소 비를 가질 수 있다. 다르게는, 층은 약 30원자% 내지 약 90원자%의 탄소 비를 가질 수 있다. 층중 탄소의 비는 탄소의 공간 면에서 평균내어진 비일 수 있다.
다양한 실시양태에서, 코팅 또는 층(예를 들어, 제 1 층 및/또는 제 2 층 또는 연결 층)은 금속을 포함할 수 있는데, 예를 들어 층은 약 30원자%(몰비에 상응함)보다 많은, 예컨대 약 50원자%보다 많은, 예를 들어 약 70원자%보다 많은, 예컨대 약 90원자%보다 많은 금속 비를 가질 수 있다. 다르게는, 층은 약 30원자% 내지 약 90원자%의 금속 비를 가질 수 있다. 층중 금속의 비는 금속의 공간 면에서 평균내어진 비일 수 있다.
다양한 실시양태에서, 코팅 또는 층(예를 들어, 제 1 층 및/또는 제 2 층 또는 연결 층)은 금속 및 탄소를 포함할 수 있는데, 예를 들어 층은 약 30원자%(몰비에 상응함)보다 많은, 예컨대 약 50원자%보다 많은, 예를 들어 약 70원자%보다 많은, 예컨대 약 90원자%보다 많은 금속/탄소의 비(즉, 탄소와 금속의 합쳐진 비)를 가질 수 있다. 다르게는, 층은 약 30원자% 내지 약 90원자%의 금속/탄소 비를 가질 수 있다. 층중 금속/탄소의 비는 금속/탄소의 공간 면에서 평균내어진 비일 수 있다. 금속/탄소 비에서 탄소에 대한 금속의 비는 약 1원자% 내지 약 99원자%, 예를 들어 약 10원자% 내지 약 90원자%, 예컨대 약 20원자% 내지 약 80원자%, 예컨대 약 30원자% 내지 약 70원자%, 예를 들어 약 40원자% 내지 약 60원자%, 또는 다르게는 예컨대 약 10원자% 내지 약 40원자%, 예를 들어 약 20원자% 내지 약 40원자%, 예컨대 약 30원잤% 내지 약 40원자%, 또는 다르게는 예컨대 약 60원자% 내지 약 90원자%, 예를 들어 약 70원자% 내지 약 90원자%, 예를 들어 약 80원자% 내지 약 90원자%일 수 있다.
층(예컨대, 연결 층 또는 완충 층)의 조성 구배, 즉 층중 구성요소(예컨대, 탄소 또는 금속)의 비의 구배는 층의 조성 구배, 또는 층중 구성요소의 농도 구배, 또는 층의 밀도 구배, 또는 한 방향에 따른 물질 구배일 수 있다. 달리 말해, 층은 예를 들어 구배를 갖는 층으로서 구성될 수 있다. 예를 들면, 구배는 층과 호일 구조체 사이의 연결 접촉 계면에 수직인 방향을 따라, 예를 들어 층 또는 호일 구조체의 표면에 수직이거나 층의 두께 방향에 수직인 방향을 따라 가장 클 수 있다.
코팅, 예컨대 층이 탄소(탄소 함량 면에서) 및/또는 금속의 비의 구배를 가질 수 있도록 하는 방식으로 코팅을 임의적으로 수행할 수 있다. 예를 들면, 탄소 함량의 구배 및/또는 금속 함량의 구배는, 10원자%보다 많은, 예컨대 30원자% 또는 50원자%보다 많은, 코팅, 예를 들어 층중 탄소의 공간 면에서 평균내어진(평균) 비 또는 금속의 공간 면에서 평균내어진 비로부터의 상대적인 편차를 가질 수 있다. 예를 들어, 코팅, 예컨대 층중 탄소의 비가 코팅과 호일 구조체 사이의 연결 접촉 계면에서 가장 작고(예를 들어, 약 0원자% 내지 약 30원자%) 코팅과 호일 구조체 사이의 연결 접촉 계면에 수직인 방향을 따라 (예를 들어, 연속적으로, 예컨대 변화없이) 증가할 수 있도록 하는 방식으로 코팅을 수행할 수 있다.
다르게는 또는 추가로, 코팅, 예컨대 연결 층(예를 들어, 금속과 혼합된 층)은 금속의 비 면에서 구배(예를 들어, 코팅과 호일 구조체 사이의 연결 접촉 계면에 수직으로)를 가질 수 있으며, 코팅의 기계적 전압은 금속의 비의 구배를 따라 연속적으로 감소될 수 있다. 코팅중 금속의 비는 예시적으로 코팅과 호일 구조체 사이의 연결 접촉 계면에서 가장 클 수 있으며(예컨대, 약 70원자% 내지 약 100원자%), 호일 구조체에 대한 코팅의 접착능은 증가될 수 있다(예를 들어, 호일 구조체 상에 금속 없이 바로 침착된 코팅과 비교하여).
코팅, 예컨대 층의 조성 구배, 예를 들어 금속의 비의 구배는 임의적으로는 예를 들어 2개의 층(서로의 위에 배치되는 내부층(sublayer)으로 이루어짐)으로 도포되는 코팅에 의해 생성될 수 있는데, 예를 들어 하나의 내부층은 금속 층일 수 있고 하나의 내부층은 탄소 층일 수 있으며, 이들 두 내부층은 연결 접촉 계면을 가질 수 있다. 예를 들어, 탄소 층과 금속 층 사이의 영역(예를 들어, 연결 접촉 계면)은 탄소로부터 금속으로의 화학적 조성의 연속적인 전이가 일어날 수 있도록(즉, 조성 구배가 형성되도록) 탄소와 금속의 혼합물을 포함할 수 있다.
예를 들어, 호일 구조체 상에 침착되는 하나 이상의 금속의 층(금속 층) 및 하나 이상의 탄소의 층(탄소 층)에 의해, 다층 방식으로(각각의 층의 개별적인 층 두께 및 개별적인 화학 조성을 갖는 복수개의 층) 코팅을 수행할 수 있다. 예시적으로는, 예컨대 금속 층의 두께 대 탄소 층의 두께의 비에 의해 탄소의 소정 비가 설정될 수 있다. 이에 의해, 층중 금속/탄소의 비(즉, 이들의 조성)에서 금속 대 탄소의 비가 정의되었을 수 있거나 정의될 수 있다.
예를 들어 층의 가열 및 냉각시 적어도 부분적으로 분리(demix)될 수 있는 탄소/금속 혼합물을 도포함으로써, 금속의 비 면에서의 구배를 임의적으로 생성시킬 수 있다.
다양한 실시양태에 따라 제 1 층과 호일 구조체 사이에서, 즉 완충 층으로서 제 2 층을 형성시켰을 수 있거나 형성시킬 수 있다. 이 경우, 제 1 층은 보호 층 또는 접속 층(즉, 전기 전도성 보호 층)으로서의 역할을 할 수 있다. 다르게는, 제 2 층과 호일 구조체 사이에서, 즉 완충 층으로서 제 1 층을 형성시켰을 수 있거나 형성시킬 수 있다. 이 경우, 제 2 층은 보호 층 또는 접속 층(즉, 전기 전도성 보호 층)으로서의 역할을 할 수 있다.
완충 층은 다양한 실시양태에 따라 금속을 포함하거나 금속에 의해 형성될 수 있다. 완충 층은 임의적으로 금속 질화물 및/또는 금속 탄화물을 포함하거나 이들에 의해 형성될 수 있다. 이러한 방식으로, 예컨대 코팅 동안 발생되는(예를 들어 추가적인 층의 형성에 의해) 코팅에서의(예를 들어, 코팅과 호일 구조체 사이의 연결 접촉 계면에서의) 기계적 응력을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 완충 층은 적절한 금속 또는 적절한 탄소/금속 혼합물로서 도포될 수 있다. 완충 층은 예시적으로 보호 층을 호일 구조체에 결합시키기 위한 결합제로서 구성될 수 있다. 예를 들어, 완충 층은 상기 기재된 바와 같이 구배 층(조성 구배를 가짐)으로서 구성되어 결합제로서 작용할 수 있다. 완충 층은 예시적으로 호일 구조체, 호일 구조체의 금속과 직접 접촉하여 배치될 수 있다(호일 구조체와 층 사이에).
다양한 실시양태에서, 방법은 코팅이 구조적으로 변화되도록 코팅(예를 들어, 제 1 층 및/또는 제 2 층 또는 연결 층)을 가열하기 위한 에너지 펄스(pulse)의 생성을 추가로 포함할 수 있다.
예를 들어, 펄스식으로 작동되는 하나 이상의 선원, 예컨대 하나 이상의 광원(예컨대, 하나 이상의 레이저, 하나 이상의 램프, 하나 이상의 플래시건 또는 하나 이상의 발광 다이오드) 또는 복수개의 광원을 사용하여, 층을 조사하기 위한 에너지 펄스를 발생시킬 수 있으며, 이 때 층은 층을 조사하기 위한 에너지 펄스에 의해 펄스식으로 빛을 받을 수 있다.
뿐만 아니라, 다양한 실시양태에 따라, 연속적으로 작동되는 선원을 사용하여, 층을 조사하기 위한 에너지 펄스를 생성시킬 수 있는데, 이 때 층을 조사하기 위한 연속적으로 작동되는 조사 공급원에 의해 방출되는 에너지 펄스는 펄스식 조사가 예시적으로 이루어지도록 층의 영역이 각각의 경우 잠시 조사될 수 있도록 하는 방식으로 층 상으로 유도된다(예를 들어, 거울, 렌즈, 디플렉터(deflector) 및/또는 전기장/자기장에 의해).
예를 들어, 층을 조사하기 위한 에너지 자극의 발생은 각 경우 10ms 이하의 펄스 지속시간으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 층을 조사하기 위한 에너지 자극의 펄스 지속시간은 1ms보다 짧고, 예를 들어 0.1ms보다 짧거나 100μs보다 짧을 수 있다. 다르게는, 층을 조사하기 위한 에너지 자극은 약 10μs 내지 약 10ms, 예를 들어 약 100μs 내지 약 1ms, 예를 들어 약 200μs 내지 약 500μs의 지속시간(자극 지속시간)을 가질 수 있다.
다양한 실시양태에서, 층을 조사하기 위한 에너지 자극의 발생은 0.1Hz보다 큰, 예를 들어 1Hz보다 큰 반복률로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 층을 조사하기 위한 에너지 자극의 발생은 약 10Hz 내지 약 0.1Hz의 반복률로 수행될 수 있다. 하나의 실시양태에서, 하나 이상의 조사 장치는 펄스식으로 작동되는 하나 이상의 조사 공급원을 가질 수 있다.
다양한 실시양태에서는, 1초 미만동안 400℃보다 높게 층을 가열할 수 있도록 하는 방식으로 층을 조사하기 위한 에너지 자극의 발생을 수행할 수 있다. 예를 들어, 층을 조사하기 위한 에너지 자극이 층에 의해 적어도 부분적으로 흡수될 수 있도록 하는 스펙트럼 분포 및 동력으로 층을 조사하기 위한 에너지 자극을 발생시킬 수 있다.
다양한 실시양태에서는, 아래에서 더욱 상세하게 기재되는 바와 같이 물리적 증착(PVD)에 의해, 예를 들면 캐쏘드 원자화(스퍼터링으로 공지되어 있음)에 의해 또는 전자 빔 증발(E-빔) 또는 다른 증발 기법에 의해, 기체 코팅 물질의 생성 또는 층의 형성을 수행할 수 있다.
다양한 실시양태에서, 호일 구조체의 코팅은 호일 구조체의 적어도 대부분, 예를 들어 약 50%보다 많이, 예컨대 약 60%보다 많이, 예를 들어 약 70%보다 많이, 예를 들어 약 80%보다 많이, 예컨대 약 90%보다 많이, 예를 들어 약 60% 내지 약 100%, 예를 들어 약 70% 내지 약 100%, 예컨대 약 80% 내지 약 100%를 덮는 연속적인 미소구조체의 형성을 포함할 수 있다. 다르게는 또는 추가로, 호일 구조체의 코팅은 호일 구조체에 대해 강력한 화학적 결합을 갖는 미소구조체를 형성시킴을 포함할 수 있다. 본 발명에 있어서, 강력한 화학적 결합은 공유 결합, 이온 결합 및/도는 금속 결합이다. 예를 들어, 층은 이를 위해 호일 구조체의 금속과 물리적으로 접촉할 수 있고/있거나 이와 화학적으로 결합할 수 있다(예를 들어, 층과 호일 구조체의 금속 사이의 계면에 반응 층이 형성될 수 있다).
다양한 실시양태에서, 미소구조체는 하나 이상의 화학 원소(즉, 하나의 물질 또는 물질의 혼합물)로 구성되고 특징적인 물리적 및 화학적 특성을 그 특징으로 하는 화합물인 것으로 생각될 수 있다. 미소구조체의 구성요소(예컨대, 미소결정, 입자, 충전제 및 비정질 영역)는 미시적으로 작고 공간상 분포를 가질 수 있다. 미소구조체는 약 50%보다 높은, 예컨대 약 60%보다 높은, 예를 들어 약 70%보다 높은, 예를 들어 약 80%보다 높은, 예컨대 약 90%보다 높은, 예를 들어 약 100%의 기하학적인 공간상 충전률, 즉 벌크 밀도 대 순밀도의 비를 가질 수 있다. 달리 말해, 미소구조체는 총 부피(예컨대, 코팅의)에 기초하여 약 50% 미만, 예를 들어, 약 40% 미만, 예를 들어 약 30% 미만, 예를 들어 약 20% 미만, 예컨대 약 10% 미만, 예를 들어 약 5% 미만의 공극 또는 공동의 분율을 가질 수 있다. 예시적으로, 미소구조체는 실질적으로 공극 또는 공동을 갖지 않는다.
다양한 실시양태에서, 방법은 활성 물질(전극 물질로도 일컬어질 수 있음)을 호일 구조체(예컨대, 코팅, 즉 예를 들어 제 1 층 및/또는 제 2 층 또는 연결 층)에 도포하여, 제 1 화학 포텐셜(chemical potential)을 갖는 제 1 전극을 형성하고; 제 2 화학 포텐셜을 갖는 제 2 전극을 제 1 전극과 조합하며; 제 1 전극 및 제 2 전극을 봉입(encapsulating)시킴을 추가로 포함할 수 있다.
다양한 실시양태에서, 방법은 제 1 전극의 호일 구조체와 접속하기 위한 접속부를 형성시킴을 추가로 포함할 수 있다. 달리 말해, 접속부는 제 1 전극의 호일 구조체와 접속할 수 있다. 방법은 임의적으로 제 2 전극과 접속하기 위한 추가적인 접속부의 형성을 추가로 포함할 수 있다.
다양한 실시양태에서, 방법은 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 전해질을 형성시켜 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 이온-교환 연결을 제공함을 추가로 포함할 수 있다.
전해질은 하기 물질중 하나 이상을 포함할 수 있다: 염(예를 들어, LiPF6(육플루오로인산리튬), LiBF4(사플루오로붕산리튬)), 무수 비양성자성 용매(예를 들어, 에틸렌 카보네이트, 디에틸 카보네이트 등), LiBOB(리튬 비스(옥살레이토)보레이트), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로펜(PVDF-HFP), Li3PO4N 질화인산리튬.
제 2 전극은 제 1 전극과 유사한 방식으로 형성되었을 수 있거나 형성될 수 있다. 이 경우, 추가적인 접속부가 제 2 전극의 호일 구조체에 접속할 수 있다.
다양한 실시양태에서, 본원에 기재된 방법에 의해 가공된 호일 구조체는 에너지 저장 장치, 예를 들어 배터리, 예컨대 재충전가능한 배터리, 예를 들어 재충전가능한 리튬 이온 배터리에 사용될 수 있다. 다양한 실시양태에서, 가공된 호일 구조체는 에너지 저장 장치의 전극(예컨대, 애노드 및/또는 캐쏘드)에 사용될 수 있다.
에너지 저장 장치는 예를 들어 특정 유형의 재충전가능한 리튬 이온 배터리, 예를 들어 재충전가능한 리튬-중합체 배터리, 재충전가능한 리튬-이산화코발트 배터리(LiCoO2), 재충전가능한 티탄산리튬 배터리, 재충전가능한 리튬 공기 배터리, 재충전가능한 리튬-이산화망간 배터리, 재충전가능한 리튬-산화망간 배터리, 재충전가능한 리튬-인산철 배터리(LiFePO4), 재충전가능한 리튬-망간 배터리, 재충전가능한 리튬-철-이트륨-포스페이트 배터리 및/또는 재충전가능한 주석-황 리튬 이온 배터리를 포함하거나 이들에 의해 구성될 수 있다.
재충전가능한 배터리의 유형에 따라, 활성 물질은 예를 들어 리튬-인산철(LFPO)(예를 들어, 재충전가능한 리튬-인산철 배터리에서)을 포함하거나 이에 의해 형성될 수 있거나, 리튬-산화망간(LMO)(예를 들어, 재충전가능한 리튬-산화망간 배터리에서)을 포함하거나 이에 의해 형성될 수 있거나, 티탄산리튬(LTO)(예컨대, 재충전가능한 티탄산리튬 배터리에서)을 포함하거나 이에 의해 형성될 수 있다. 재충전가능한 리튬 이온 배터리의 경우, 활성 물질은 리튬 화합물 활성 물질이라고도 불릴 수 있다.
재충전가능한 배터리의 유형에 따라, 활성 물질(전극 활성 물질)을 사용하여 애노드(예를 들어, LTO의 경우) 또는 캐쏘드(예를 들어, LFPO 및/또는 LMO의 경우)를 형성할 수 있다. 에너지 저장 장치의 애노드 및/또는 캐쏘드는 다양한 실시양태에 따른 호일 구조체를 포함하거나 그에 의해 형성될 수 있다.
코팅 설비는 다양한 실시양태에 따라 다음을 포함할 수 있다: 하나 이상의 코팅 영역을 갖는 진공 챔버; 코팅 영역에서 물질 증기를 생성시키기 위한 적어도 하나의 물질 증기 공급원(즉, 하나 이상의 물질 증기 공급원, 예를 들어 물질 증기 공급 설비의 일부로서); 롤로부터 코팅 영역 내로 도입되는 호일 구조체를 풀기 위한 풀림(winding-off) 롤러; 코팅 영역으로부터 나와 롤로 말려지는 호일 구조체를 말기 위한 권취(winding-up) 롤러; 호일 구조체가 풀림 롤러에서 권취 롤러 사이에서 코팅 영역을 통해 수송되는 수송 경로를 한정하는 복수개의 수송 롤러; 및 호일 구조체의 일정한 전진 이동을 생성시키기 위하여 복수개의 수송 롤러의 적어도 대부분, 풀림 롤러 및 권취 롤러에 연결되는 구동 시스템. 이 때, 복수개의 수송 롤러의 대부분은 편향 롤러의 회전 축을 가로질러 수송 경로를 편향시키기 위한(예를 들어, 약 45°보다 많이, 예컨대 약 60°보다 많이) 하나 이상의 편향 롤러를 갖고, 복수개의 수송 롤러의 대부분은 측방향 연신 롤러의 회전축을 따라 호일 구조체에 장력을 부여하기 위한 하나 이상의 측방향 연신 롤러를 갖는다.
다양한 실시양태에서, 방법은 진공 챔버의 코팅 영역에 호일 구조체를 수송함을 포함할 수 있으며, 이 때 호일 구조체는 금속 표면을 갖고, 호일 구조체는 약 40㎛ 미만, 예컨대 약 35㎛ 미만, 예를 들어 약 30㎛ 미만, 예를 들어 약 25㎛ 미만, 예를 들어 약 20㎛ 미만, 예컨대 약 15㎛ 미만, 예컨대 약 10㎛ 미만, 예를 들어 약 5㎛ 미만, 예를 들어 약 10㎛ 내지 약 30㎛의 두께를 갖는다.
방법은 코팅 영역에서 물질 증기(기체 코팅 물질이라고도 함)를 생성시키고; 호일 구조체의 금속 표면 상에 전기 전도성 보호 층을 형성시킴을 추가로 포함할 수 있으며, 이 때 전기 전도성 보호 층의 형성은 적어도 물질 증기로부터 이루어진다.
다양한 실시양태에서, 호일 구조체는 하나 이상의 중합체 및 하나 이상의 금속성 물질(예컨대, 금속)의 적층체를 포함할 수 있다. 다르게는, 호일 구조체는 금속성 물질에 의해 형성될 수 있다. 두 경우 모두, 호일 구조체의 금속성 표면은 금속성 물질을 포함하거나 금속성 물질에 의해 형성될 수 있다.
다양한 실시양태에서, 방법은 금속 표면과 상이한 하나 이상의 완충 층 물질을 포함하는 추가적인 물질 증기를 생성시키고, 호일 구조체의 금속 표면과 보호 층 사이에 완충 층을 형성시킴을 추가로 포함할 수 있으며, 이 때 완충 층은 추가적인 물질 증기로부터 형성되고; 다르게는 또는 추가로 호일 구조체의 금속 표면을 가로질러 보호 층에 조성 구배를 형성시키기 위하여 물질 증기와 추가적인 물질 증기를 적어도 부분적으로 혼합시킬 수 있다.
다양한 실시양태에서, 방법은 호일 구조체(예컨대, 층 형성 전)의 표면 층을 제거하여 호일 구조체의 금속 표면을 적어도 부분적으로 노출시킴을 추가로 포함할 수 있다.
다양한 실시양태에서, 보호 층은 호일 구조체의 금속 표면의 대부분을 덮는 연속적인 미소구조체를 가질 수 있다. 다르게는 또는 추가로, 보호 층은 호일 구조체의 금속 표면과 강력한 화학적 결합을 형성할 수 있다.
다양한 실시양태에서는, 호일 구조체의 양 면 상에 보호 층을 형성시킬 수 있다. 예를 들어, 호일 구조체는 양 면에 금속 표면을 가질 수 있다(예를 들어, 양 면에서 금속으로 코팅된 금속 호일 또는 중합체 필름의 경우). 달리 말해, 호일 구조체의 밑면과 윗면이 코팅되었을 수 있거나 코팅될 수 있다.
다양한 실시양태에서, 호일 구조체(호일, 호일형 지지체 또는 호일형 기재라고 일컬어지기도 함)는 중합체(예컨대, 유기 중합체 또는 섬유 복합체) 및 금속 코팅(예컨대, 한 면 또는 양 면 상에)을 포함할 수 있으며, 이 때 금속 코팅은 적어도 부분적으로 중합체를 덮고 호일 구조체의 금속 표면을 형성한다. 다르게는, 호일 구조체는 호일 구조체의 금속 표면을 형성하는 금속에 의해 형성되었을 수 있거나 형성될 수 있다.
다양한 실시양태에서는, 호일 구조체가 윗면에 노출된 금속 표면을 갖고 밑면에 노출된 금속 표면을 갖도록 양 면 상에서 제거를 수행할 수 있다. 호일 구조체의 윗면의 표면과 호일 구조체의 밑면의 표면 사이의 거리는 호일 구조체의 두께를 한정할 수 있다.
다양한 실시양태에서, 코팅 또는 층(예를 들어, 제 1 층 및/또는 제 2 층 또는 연결 층)은 약 5nm 내지 약 500nm, 예를 들어 약 100nm 내지 약 200nm의 두께(층 두께)를 가질 수 있다. 예를 들어, 탄소를 포함하는 층은 약 5nm 내지 약 50nm, 예를 들어 약 5nm 내지 약 20nm의 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 금속을 포함하는 층(예컨대, 호일 구조체의 보호 층 또는 금속 코팅 형태)은 약 100nm 내지 약 500nm, 예를 들어 약 200nm 내지 약 500nm의 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 금속, 예컨대 크롬 및/또는 티탄을 포함하는 층(예컨대, 완충 층 또는 구배 층의 형태)은 약 5nm 내지 약 50nm, 예를 들어 약 10nm 내지 약 40nm, 예컨대 약 20nm 내지 약 30nm의 두께를 가질 수 있다.
다양한 실시양태에서, 코팅, 예를 들어 제 1 층 및/또는 제 2 층 및/또는 연결 층(예컨대, 구배 층의 형태)은 무기 물질(예를 들어, 금속 또는 탄소)을 포함하거나 그에 의해 형성될 수 있다. 달리 말해, 제 1 층 및/또는 제 2 층 및/또는 연결 층은 각각의 경우 무기 층일 수 있다.
본원과 관련하여, 유기 물질은 개별적인 물질 상태와 무관하게 화학적으로 균일한 형태로 존재하고 특징적인 물리적 및 화학적 특성을 그 특징으로 하는 탄소의 화합물일 수 있다. 탄소를 갖지 않는 화합물 외에, 화학적으로 균일한 형태로 존재하고 특징적인 물리적 및 화학적 특성을 그 특징으로 하는 카바이드(예를 들어, 금속 탄화물, 순수한 탄소, 흑연, 나노결정질 및 미소결정질 흑연, 다이아몬드 및 그래핀), 카보네이트 및 탄소의 산화물 같은 일부 탄소-함유 화합물은 개별적인 물질 상태와 무관하게 본원에서 무기 물질인 것으로 간주될 수 있다. 본원과 관련하여, 용어 "물질"은 전술한 모든 물질, 예를 들어 유기 물질 및/또는 무기 물질을 포괄한다. 또한, 물질 혼합물은 본원과 관련하여 둘 이상의 상이한 물질로 이루어진 구성요소로 형성되는 것일 수 있다(이 때, 구성요소는 예컨대 매우 미세하게 나뉘어짐). 용어 "물질"은 용어 "성분"과 동의어로 사용될 수 있다.
본원에서, 유기 층은 유기 물질을 포함하거나 유기 물질에 의해 형성되는 층인 것으로 생각될 수 있다. 유사한 방식으로, 무기 층은 무기 물질을 포함하거나 무기 물질에 의해 형성되는 층인 것으로 간주될 수 있다. 유사한 방식으로, 금속성 층(금속 층이라고도 함)은 금속을 포함하거나 금속에 의해 형성되는 층인 것으로 생각될 수 있다. 유사한 방식으로, 탄소 층은 탄소를 포함하거나 탄소에 의해 형성되는 층인 것으로 간주될 수 있다.
금속 층은 예를 들어 50원자%보다 많은 금속, 예컨대 70원자%보다 많은 금속, 예를 들어 90원자%보다 많은 금속을 포함할 수 있다. 탄소 층은 예를 들어 50원자%보다 많은 탄소, 예컨대 70원자%보다 많은 탄소, 예를 들어 90원자%보다 많은 탄소를 포함할 수 있다.
유사한 방식으로, 금속 호일 구조체(금속 호일이라고도 함)는 금속을 포함하거나 금속에 의해 형성되는 호일 구조체인 것으로 생각될 수 있다. 다르게는, 호일 구조체는 예를 들어 금속-코팅된 중합체 필름일 수 있다.
본원에서, 중합체는 중합체 형태의 유기 물질(즉, 유기 중합체), 예를 들어 폴리아미드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 또는 전기 전도성 중합체이다.
다양한 실시양태에서, 전기 전도성 물질, 금속, 제 1 층, 제 2 층 및/또는 연결 층의 비전도율은 104S/m보다 크고, 예를 들어 105S/m보다 클 수 있다.
다양한 실시양태에서, 호일 구조체는 제 1 물질(예컨대, 제 1 금속)을 포함하거나 그에 의해 형성될 수 있으며, 코팅 또는 층(예를 들어, 제 1 층 및/또는 제 2 층 또는 연결 층), 또는 코팅 또는 층을 형성하는 물질 증기는 제 2 물질(예를 들어, 제 2 금속, 탄소 또는 금속 비함유)을 포함하거나 그에 의해 형성될 수 있고, 이 때 제 1 물질과 제 2 물질은 상이하다.
다양한 실시양태에서, 에너지 저장 장치(예를 들어, 재충전가능한 배터리 또는 배터리)는 하기를 포함할 수 있다: 40㎛ 미만의 두께를 갖는 호일 구조체, 호일 구조체 상에 배치되는 활성 물질(이 활성 물질은 제 1 전극의 제 1 화학 포텐셜을 제공함), 호일 구조체와 활성 물질 사이에 배치되는 층(이 층은 호일 구조체의 적어도 대부분을 덮는 연속적인 미소구조체를 갖고/갖거나 이 층은 호일 구조체에 대해 강력한 화학적 결합을 갖는 미소구조체를 가짐)을 추가로 포함하고 제 1 화학 포텐셜을 갖는 제 1 전극; 제 2 화학 포텐셜을 갖는 제 2 전극; 및 제 1 전극과 제 2 전극을 둘러싸는 봉입재.
다양한 실시양태에서, 구조체는 하기를 포함할 수 있다: 40㎛ 미만의 두께를 갖는 호일 구조체; 호일 구조체 바로 위에 또는 위에 배치되는 (예컨대 전기 전도성) 층(이 층은 호일 구조체의 적어도 대부분을 덮는 연속적인 미소구조체를 갖고/갖거나 이 층은 호일 구조체에 대해 강력한 화학적 결합을 갖는 미소구조체를 가짐).
다양한 실시양태에서는, 호일 구조체 대신에 지지 구조체(예시적으로는 호일 구조체보다 더 두꺼운 기재), 예를 들어 호일 구조체를 포함하는 지지 구조체를 코팅하였을 수 있거나 코팅할 수 있다. 지지 구조체는 약 250㎛ 미만(예를 들어, 약 200㎛ 미만, 예컨대 약 150㎛ 미만, 예를 들어 약 100㎛ 미만)의 및/또는 약 40㎛보다 두꺼운, 예를 들어 약 100㎛ 내지 약 250㎛의 두께를 가질 수 있다.
다양한 실시양태에서, 에너지 저장 장치는 하기를 포함할 수 있다: 250㎛ 미만의 두께를 갖는 지지 구조체, 지지 구조체 상에 배치되는 활성 물질(이 활성 물질은 제 1 전극의 제 1 화학 포텐셜을 제공함), 지지 구조체와 활성 물질 사이에 배치되는 보호 층(이 층은 지지 구조체의 적어도 대부분을 덮는 연속적인 탄소 미소구조체를 갖고/갖거나 이 층은 지지 구조체에 대해 강력한 화학적 결합을 갖는 미소구조체를 가짐)을 추가로 포함하고 제 1 화학 포텐셜을 갖는 제 1 전극; 제 2 화학 포텐셜을 갖는 제 2 전극; 및 제 1 전극과 제 2 전극을 둘러싸는 봉입재.
다양한 실시양태에서, 지지 구조체는 40㎛ 미만의 두께를 갖는 호일 구조체를 포함하거나 이에 의해 형성될 수 있다.
다양한 실시양태에서, 지지 구조체(예컨대, 호일 구조체)는 다양한 물질의 적층체, 예를 들면 화학적 조성 면에서 상이한 복수개의 호일 또는 지지체를 포함할 수 있다. 다르게는, 지지 구조체(예컨대, 호일 구조체)는 균질한 화학 조성물(즉, 정확하게는 하나의 물질)을 포함하거나 그에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 지지 구조체는 반도체 물질(예컨대, 실리콘 및/또는 웨이퍼, 예를 들어 실리콘 웨이퍼의 형태), 금속(예를 들어, 합금) 및/또는 유전체(예를 들어, 유리 및/또는 운모)를 포함하거나 이들에 의해 제조될 수 있다.
운모는 예를 들어 화학 조성 D G2.3[T4 O10]X2를 갖는 시트 실리케이트 또는 시트 실리케이트의 군인 것으로 생각될 수 있다. "D"는 12좌 배위 양이온(예를 들어, 칼륨, 나트륨, 칼슘, 바륨, 루비듐, 세슘 및/또는 암모늄 이온(NH4 +))일 수 있다. "G"는 6좌 배위 양이온(예컨대, 리튬, 마그네슘, 철 2+(Fe2+), 마그네슘, 아연, 알루미늄, 철 3+(Fe3+), 크롬, 바나듐 및/또는 티탄)일 수 있다. "T"는 4좌 배위 양이온(예컨대, 규소, 알루미늄, 철 3+, 붕소 및/또는 베릴륨)일 수 있다. "X"는 음이온(예를 들어, 하이드록사이드 이온(OH-), 플루오라이드 이온(F-), 클로라이드 이온(Cl-), 산소 이온(O2-) 및/또는 황 이온(S2-))일 수 있다.
다양한 실시양태에서, 호일 구조체는 반도체 물질(예컨대, 실리콘), 금속(예를 들어, 합금) 및/또는 유전체(예를 들어, 유리), 예컨대 플렉서블(flexible) 유리, 플렉서블 웨이퍼를 포함하거나 이들에 의해 제조될 수 있다.
예를 들어, 지지 구조체(예컨대, 호일 구조체)는 금속으로 코팅된(예컨대, 한 면 또는 양 면 상에서) 지지체를 포함하거나 그에 의해 형성될 수 있다. 다르게는, 지지 구조체(예컨대, 호일 구조체)는 금속에 의해 제조될 수 있다. 달리 말해, 지지 구조체(예컨대, 호일 구조체)는 예를 들어 금속 지지체를 포함하거나 그에 의해 형성될 수 있다. 다르게는, 지지 구조체는 중합체에 의해 형성될 수 있다. 달리 말해, 지지 구조체는 예를 들어 중합체 지지체일 수 있다.
박막 배터리(TFB)의 경우, 제 2 층(예컨대, 기능성 층의 형태)은 예를 들어 결합제 기능을 전혀 또는 거의 갖지 않는 경우 집전기 및/또는 전력 송출 리드선으로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 제 2 층은 Pt 또는 다른 귀금속(예컨대, 금, 은 이리듐)을 포함하거나 이들에 의해 형성될 수 있다. 귀금속을 사용하면 비용이 더 높아질 수 있지만, 귀금속은 예컨대 후속 코팅 단계 또는 가열 공정 동안 더 적은 한도로만 산화되거나 전혀 산화되지 않을 수 있다.
다르게는, 제 2 층은 더 싼 물질, 예컨대 Al 및/또는 Cu를 포함하거나 이들에 의해 형성될 수 있다. 이는, 예컨대 제 2 층의 가열에 의해, 그 위에 배치되는 제 1 층(예컨대, 탄소 층)과 적어도 부분적으로 화학적으로 반응하여, 탄화물을 형성할 수 있다(예를 들어, 금속 탄화물을 형성할 수 있다). 로에 의해 또는 펄스식 조사에 의해 가열을 수행할 수 있다. 가열은 제 1 층 및/또는 제 2 층의 온도를 약 600℃보다 높게 끌어올림을 포함할 수 있다.
다르게는 또는 추가로, 제 2 층은 이미 생성된 탄화물(예컨대, 금속 탄화물) 및/또는 질화물(예를 들어, 금속 질화물)을 포함하거나 이들에 의해 형성될 수 있다.
다양한 실시양태에서, 제 1 층(예를 들어, 보호 층)은 지지 구조체(예컨대, 호일 구조체보다, 제 2 층보다 및/또는 활성 물질보다 더 낮은 화학적 활성을 가질 수 있다. 다르게는 또는 추가로, 제 2 층(예를 들어, 완충 층)은 지지 구조체(예를 들어, 호일 구조체)보다 및/또는 활성 물질보다 더 낮은 화학적 활성을 가질 수 있다.
다양한 실시양태에서, 제 1 층(예컨대, 보호 층)은 지지 구조체(예를 들어, 호일 구조체) 및/또는 활성 물질의 공극률 이하의 공극률을 가질 수 있다. 다르게는 또는 추가로, 제 2 층(예컨대, 완충 층)은 지지 구조체(예를 들어, 호일 구조체) 및/또는 활성 물질의 공극률 이하의 공극률을 가질 수 있다. 이러한 방식으로 더 낮은 화학적 활성이 달성될 수 있다.
다양한 실시양태에서, 제 1 층(예컨대, 보호 층)은 지지 구조체(예컨대, 호일 구조체) 및/또는 활성 물질의 표면 조도 이하의 표면 조도를 가질 수 있다. 다르게는 또는 추가로, 제 2 층(예컨대, 완충 층)은 지지 구조체(예를 들어, 호일 구조체) 및/또는 활성 물질의 표면 조도 이하의 표면조도를 가질 수 있다. 이러한 방식으로 더 낮은 화학적 활성이 달성될 수 있다.
다양한 실시양태에서, 제 2 층(예를 들어, 완충 층)은 금속, 탄소, 금속 질화물(예를 들어, 질화알루미늄, 질화구리, 질화티탄 및/또는 질화크롬) 및/또는 금속 탄화물(예를 들어, 탄화알루미늄, 탄화구리, 탄화티탄 및/또는 탄화크롬)을 포함하거나 이들에 의해 제조될 수 있다.
다양한 실시양태에서, 제 1 층(예를 들어, 보호 층)은 연속적인 탄소 미소구조체를 포함하거나 그에 의해 형성될 수 있다.
다양한 실시양태에서, 연속적인 미소 구조는 거시적으로 연속적인 미소구조체를 포함하거나 그에 의해 형성될 수 있다. 즉, 미소구조체는 연속적일 수 있다. 예를 들어 약 1mm보다 큰(예를 들어, 약 1cm보다 큰) 길이 규모 또는 약 1mm2보다 큰(예를 들어, 약 1cm2보다 큰) 면적 규모의 장애물 또는 구멍(예컨대, 공극)을 갖지 않을 수 있다.
다양한 실시양태에서, 제 2 층은 제 1 층과 호일 구조체 사이에 배치될 수 있고/있거나, 제 2 층은 금속 탄화물, 금속 질화물 및/또는 금속을 포함하거나 그에 의해 형성될 수 있다.
본 발명의 작동 실시예가 도면에 도시되며, 아래에서 더욱 상세하게 설명된다.
도 1a 및 도 1b는 각각의 경우 다양한 실시양태에 따른 방법을 개략적인 흐름도로 도시한다.
도 2a 및 도 2b는 각각의 경우 다양한 실시양태에 따른 방법을 개략적인 측면도 또는 개략적인 단면도로 도시한다.
도 3a 및 도 3b는 각각의 경우 다양한 실시양태에 따른 방법을 개략적인 측면도 또는 개략적인 단면도로 도시한다.
도 4a 및 도 4b는 각각의 경우 다양한 실시양태에 따른 방법을 개략적인 측면도 또는 개략적인 단면도로 도시한다.
도 5a 및 도 5b는 각각의 경우 다양한 실시양태에 따른 코팅 설비를 개략적인 측면도 또는 개략적인 단면도로 도시한다.
도 6은 다양한 실시양태에 따른 코팅 설비를 개략적인 측면도 또는 개략적인 단면도로 도시한다.
도 7은 다양한 실시양태에 따른 방법을 개략적인 측면도 또는 개략적인 단면도로 도시한다.
도 8은 다양한 실시양태에 따른 방법을 개략적인 측면도 또는 개략적인 단면도로 도시한다.
도 9는 다양한 실시양태에 따른 방법에서의 층의 구조적 특성의 개략적인 도표이다.
도 10은 다양한 실시양태에 따른 방법에서의 에너지 저장 장치를 개략적인 측면도 또는 개략적인 단면도로 도시한다.
도 11은 다양한 실시양태에 따른 방법에서의 에너지 저장 장치를 개략적인 측면도 또는 개략적인 단면도로 도시한다.
하기 설명적인 기재에 있어서, 본 기재의 일부를 형성하고 본 발명을 실행할 수 있는 방법의 구체적인 실시양태를 도시하는 첨부 도면은 예시를 위해 참조된다. 이와 관련하여, "상부에", "바닥에", "전방에", "후방에", "전면", "후면" 등과 같은 방향을 나타내는 용어는 기재되는 도면(들)의 배향을 참조하여 사용된다. 실시양태의 요소가 다수의 상이한 배향으로 위치할 수 있기 때문에, 방향을 나타내는 용어는 예시를 위해 제공되며, 어떠한 방식으로도 본 발명을 제한하지 않는다. 본 발명의 보호 범위 밖으로 나가지 않으면서 다른 실시양태를 활용할 수 있고 구조적 또는 논리적 변화를 만들 수 있음은 말할 필요도 없다. 달리 구체적으로 표시되지 않는 한 본원에 기재되는 다양한 예시적인 실시양태의 특징을 서로 조합할 수 있음은 말할 나위도 없다. 그러므로, 하기 설명적인 기재는 제한하는 의미로 해석되어서는 안되며, 본 발명의 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 한정된다.
본원과 관련하여, 용어 "연결되는", "이어지는" 및 "결합되는"은 직접 및 간접 연결, 직접 또는 간접 이어짐 및 직접 또는 간접 결합을 모두 기재하는데 사용된다. 도면에서는, 적절한 한에 있어서는 동일하거나 유사한 요소가 동일한 참조 번호에 의해 표기된다.
다양한 실시양태에서는, 예시적으로 우수한 전기 전도성과 함께 부식 특성을 개선하기 위하여, 얇은 Al 또는 Cu 호일(예컨대, 약 20㎛의 두께를 가짐) 및/또는 Al- 또는 Cu-코팅된 중합체 필름 상에 금속 완충 층이 있거나 없이 비정질 탄소 층(DLC)을 PVD-계 침착(E-빔 및/또는 스퍼터링)시킨다. 다양한 실시양태에 따른 방법에 의해 가공된 호일은 예를 들어 리튬 이온 배터리(LIB)에 사용될 수 있다.
다양한 실시양태에서는, 캐쏘드 원자화(스퍼터링 기술로도 일컬어짐) 및/또는 전자 빔 증발에 의해, 약 40원자% 미만의 sp3 결합 비를 갖는 비정질 탄소 층 및 임의적으로는 비정질 탄소 층의 고유 응력을 감소시키기 위한 하나 이상의 금속 완충 층을 도포한다. 뿐만 아니라, 표면 층, 예를 들어 천연 부동태화 층(예컨대, 산화물 층)을 제거하기 위한 또는 표면을 화학적으로 활성화시키기 위한 플라즈마 전처리를 임의적으로 수행할 수 있다.
화학적 활성화는 표면 층의 제거에 의해 호일 구조체의 표면의 화학 반응성을 증가시킴을 의미할 수 있다.
다양한 실시양태에서, 방법은 예를 들어 전자 빔 PVD(EB-PVD) 및/또는 스퍼터링을 이용하여 호일 구조체를 코팅함(예를 들어, 약 10nm 내지 약 300nm의 두께를 갖는 하나 이상의 탄소 접속 층의 침착을 포함함)을 포함할 수 있다.
코팅은 임의적으로 하기중 하나 이상을 포함할 수 있다: 기체로부터의 플라즈마 형성(플라즈마 향상), 이온 빔의 형성(호일 구조체의 이온 충격), 물질 증기로부터의 플라즈마 형성(증기의 플라즈마 활성화) 및/또는 호일 구조체의 가열(기재 가열).
방법은 임의적으로 하기중 하나 이상을 추가로 포함할 수 있다:
● 약 10nm 내지 약 300nm의 두께를 갖는 하나 이상의 추가적인 금속 층(Ti, Cr, Al, Cu, Ni, Hf, Zr, Ta, V, Fe, Mo 및/또는 W를 포함함), 즉, 예컨대 완충 층 형태의, 하나 이상의 추가적인 금속 층의 형성, 이 때
EB-PVD 및/또는 스퍼터링을 이용하여(예컨대, 이들에 의해) 상기 하나 이상의 추가적인 금속 층의 형성을 수행하며,
임의적으로, 플라즈마 향상, 호일 구조체의 이온 충격, 증기의 플라즈마 활성화 또는 기재 가열을 이용하여, 상기 하나 이상의 추가적인 금속 층의 형성을 수행함;
● 약 10nm 내지 약 600nm의 두께를 갖는, 예를 들어 완충 층 형태 및/또는 보호 층 형태의, 하나 이상의 금속-탄소 구배 층의 형성, 이 때
그의 금속 내부층(Ti, Cr, Al, Cu, Ni, Hf, Zr, Ta, V, Fe, Mo 및/또는 W를 포함함) 및 탄소 내부층이 각각 약 10nm 내지 약 300nm의 두께를 가지며,
EB-PVD 및/또는 스퍼터링을 이용하여(예컨대, 이들에 의해) 상기 금속-탄소 구배 층의 형성을 수행하고,
임의적으로, 플라즈마 향상, 호일 구조체의 이온 충격, 증기의 플라즈마 활성화 및/또는 기재 가열을 이용하여, 상기 금속-탄소 구배 층의 형성을 수행함.
도 1a는 다양한 실시양태에 따른 방법(100a)을 개략적인 흐름도로 도시한다.
방법(100a)은 (110)에서 진공 챔버의 코팅 영역에서 40㎛ 미만의 두께를 갖는 호일 구조체를 수송함을 포함할 수 있고, (120)에서 기체 코팅 물질을 사용하여 호일 구조체를 코팅함을 포함할 수 있다.
다양한 실시양태에서, 방법(100a)은 임의적으로 하기중 하나를 포함한다:
● EB-PVD를 이용한, 호일 구조체의 코팅, 예컨대 하나 이상의 층(즉, 하나의 층, 하나보다 많은 층 또는 모든 층)의 형성(예를 들어, 침착);
● 스퍼터링을 이용한, 호일 구조체의 코팅, 예컨대 하나 이상의 층(즉, 하나의 층, 하나보다 많은 층 또는 모든 층)의 형성(예를 들어, 침착);
● 스퍼터링 및 기재 가열을 이용한, 호일 구조체의 코팅, 예컨대 하나 이상의 층(즉, 하나의 층, 하나보다 많은 층 또는 모든 층)의 형성(예를 들어, 침착);
● EB-PVD를 이용하고 증기의 플라즈마 활성화, 이온 충격 또는 기재 가열을 이용한(즉, 이들을 함께), 호일 구조체의 코팅, 예컨대 하나 이상의 층(즉, 하나의 층, 하나보다 많은 층 또는 모든 층)의 형성(예를 들어, 침착);
● EB-PVD, 이온 충격 및 기재 가열을 이용한, 호일 구조체의 코팅, 예컨대 하나 이상의 층(즉, 하나의 층, 하나보다 많은 층 또는 모든 층)의 형성(예를 들어, 침착);
● (a) 코팅 동안 물질 증기를 혼합함(정적 또는 동적 동시 침착)에 의한, 및/또는 (b) 예를 들어 제 2 층의 형성 동안 또는 형성 후(즉, 제 2 코팅 단계 동안 또는 후) 호일 구조체 내로의 열 투입을 이용하여, 즉 호일 구조체 또는 둘 이상의 층의 가열에 의해 확산시킴에 의한, 둘 이상의 층 사이에서의 구배(조성 구배) 형성;
● Ti, Cr, Al, Cu, Ni, Hf, Zr, Ta, V, Fe, Mo, W의 군으로부터의 하나 이상의 금속을 사용하여 및/또는 상기 군으로부터의 하나 이상의 금속을 예컨대 실질적인 구성요소로서 포함하는(즉, 그에 기초하는) 합금을 사용한, 호일 구조체의 코팅, 예를 들어 하나 이상의 층(예를 들어, 제 1 층, 제 2 층 및/또는 연결 층)의 형성;
● TiN, TiNx, CrN, Cr2N, CrNx, NbN, NbNx, NbCrN, NbCrxNy의 군으로부터의 하나 이상의 전기 전도성 금속 질화물(금속과 질소(N)의 화합물)을 사용한, 호일 구조체의 코팅, 예를 들어 하나 이상의 층(예를 들어, 제 1 층, 제 2 층 및/또는 연결 층)의 형성;
● TiC, TiCx, CrCx의 군으로부터의 하나 이상의 전기 전도성 금속 탄화물(금속과 탄소(C)의 화합물)을 사용한, 호일 구조체의 코팅, 예를 들어 하나 이상의 층(예를 들어, 제 1 층, 제 2 층 및/또는 연결 층)의 형성;
● 코팅 전 및/또는 동안 기재 가열을 이용한 호일 구조체의 코팅. 기재 가열에 의해 호일 구조체가 가열될 수 있음(즉, 호일 온도가 설정될 수 있음);
● 기재 가열을 위해 열 복사선을 사용한 호일 구조체의 코팅. 기재 가열에 의해 호일 구조체가 가열될 수 있음(즉, 호일 온도가 설정될 수 있음);
● 전자 충격을 이용한(즉, 예를 들어 전자 빔을 이용한) 호일 구조체의 코팅. 기재 가열에 의해 호일 구조체가 가열될 수 있음(즉, 호일 온도가 설정될 수 있음);
● 전자 충격을 이용한(즉, 예를 들어 이온 빔을 이용한) 호일 구조체의 코팅. 기재 가열에 의해 호일 구조체가 가열될 수 있음(즉, 호일 온도가 설정될 수 있음);
● 호일 온도(기재 온도라고도 칭해질 수 있음), 즉 약 100℃ 내지 약 500℃의 호일 구조체 온도를 이용한 호일 구조체의 코팅;
● 약 150℃ 내지 약 450℃의 호일 온도를 이용한 호일 구조체의 코팅;
● 약 200℃ 내지 약 300℃의 호일 온도를 이용한 호일 구조체의 코팅.
도 1b는 다양한 실시양태에 따른 방법(100b)을 개략적인 흐름도로 도시한다.
다양한 실시양태에서, 방법(100b)은 (130)에서 호일 구조체를 진공 챔버의 코팅 영역 내로 수송함을 포함할 수 있으며, 이 때 호일 구조체는 금속 표면을 갖고, 호일 구조체는 40㎛ 미만의 두께를 갖는다. 또한, 방법(100b)은 (140)에서 코팅 영역에서 물질 증기(기체 코팅 물질이라고도 함)를 생성시킴을 포함할 수 있다. 뿐만 아니라, 방법(100b)은 (150)에서 호일 구조체의 금속 표면 상에 전기 전도성 보호 층(접속 층이라고도 함)을 형성함을 포함할 수 있으며, 이 때 전기 전도성 보호 층의 형성은 적어도 금속 증기로부터 이루어진다.
다양한 실시양태에서, 방법(100b)은 임의적으로 방법(100a)에 대해 상기 기재된 선택사양중 하나를 포함한다.
도 2a는 다양한 실시양태에 따른 방법(200a)에서의 호일 구조체(302)를 개략적인 측면도 또는 개략적인 단면도로 도시한다.
호일 구조체(302)의 코팅은 층(304)(예컨대, 보호 층의 형태)의 형성을 포함할 수 있다. 하나 이상의 물질 증기 공급원(306) 또는 하나 이상의 물질 증기 공급원(306)을 갖는 물질 증기 공급 설비를 이용한 물질(306b)(즉, 기체 코팅 물질)의 침착에 의해 층(304)의 형성을 수행할 수 있다. 하나 이상의 물질 증기 공급원(306)은 하나의 물질 증기 공급원 또는 복수개의 물질 증기 공급원을 가질 수 있다. 또한, 진공에서, 또는 기체 조성 또는 대기, 즉 공정 대기의 조성을 조절하면서 대기압 미만의 압력에서, 층(304)을 형성시킬 수 있다.
예를 들어, 층(304)이 형성되는(예컨대, 침착되는) 공정 대기는 불활성(비교적 비반응성) 기체 및/또는 산소를 흡수하기 위한(따라서, 층(304)을 산화로부터 보호하기 위한) 환원성 기체, 예를 들어 수소, 질소, N2/H2 혼합물 또는 하이드라진을 포함할 수 있다. 예를 들어, 캐쏘드 원자화 및/또는 전자 빔 증발에 의해 층(304)을 형성시킬 수 있다.
뿐만 아니라, 층(304)의 형성은 호일 구조체(302)의 표면 상에서 공간상 균일하게(예를 들어, 균질하게) 이루어질 수 있다. 층(304)은 예시적으로 공간상 균일한 코팅비로 또는 공간상 균일한 물질 조성으로 침착될 수 있다. 다르게는, 다양한 실시양태에 따라 층(304)의 형성이 불균질하게(불균일하게) 이루어질 수 있다. 예를 들면, 호일 구조체(302)의 특정 영역만 코팅할 수 있거나, 또는 예를 들어 마스크(쉐도우 마스크 또는 템플레이트라고도 불림)를 사용하여 공간상 불균일한 화학적 조성으로 층(304)을 침착시킬 수 있다.
다양한 실시양태에서, 침착된 층(304)중 탄소의 비는 규정된 조성에 따라 설정되었을 수 있거나 설정될 수 있다. 예를 들어, 물질 증기 공급원의 표적(표적 물질로 알려짐)(이 때, 표적은 규정된 조성에 따른 조성을 가질 수 있음)으로부터 호일 구조체(302)로 전달되는(수송되는) 물질에 의해 층(304)이 형성될 수 있다. 복수개의 표적이 사용되는 경우, 복수개의 표적의 각 표적 물질은 규정된 조성에 상응하는 조성을 가질 수 있다.
예를 들어, 캐쏘드 원자화(306b)를 이용하여 또는 전자 빔 증발(306b)을 이용하여, 표적 물질(원자화되거나 승화되거나 증발되는 물질)을 기체 상태로(즉, 기체 코팅 물질로) 전환(즉, 원자화, 승화 또는 증발)시킬 수 있다.
예를 들어, 물질 증기 공급원(306)은 50원자%보다 많은 탄소(또는 그의 표적 물질) 비를 갖는 탄소 물질 증기 공급원일 수 있으며, 이 때 침착되는 층(304)은 마찬가지로 50원자%보다 많은 탄소 비를 가질 수 있다. 예를 들어, 물질 증기 공급원(306)은 70원자%(또는 예컨대 90원자%)보다 많은 탄소 비를 가질 수 있고, 침착되는 층(304)은 70원자%(또는 예를 들어 90원자%)보다 많은 탄소 비를 가질 수 있다.
또한, 층(304)의 형성에 있어서는, 공정 대기의 구성요소가 적어도 부분적으로 층(304) 내로 혼입될 수 있다. 예를 들면, 공정 대기로부터의 수소 및/또는 질소가 층(304) 내로 혼입될 수 있어서, 층(304)이 부분적으로는(예를 들어, 약 1원자% 내지 약 20원자%의) 수소 및/또는 질소로 구성될 수 있다. 예를 들어, 수소 공정 대기를 사용하여, 수소화된 탄소로도 일컬어질 수 있는 탄소-수소 혼합물을 침착시킬 수 있다. 예를 들어, 질소 공정 대기를 사용하여, 금속 질화물로도 일컬어질 수 있는 금속/질소 혼합물을 침착시킬 수 있다.
층(304) 내로의 수소의 혼입, 즉 수소가 층(304)에 의해 흡수되는 정도, 양 또는 속도는 호일 온도에 따라 달라질 수 있다. 예를 들면, 호일 온도가 더 높을수록 더 적은 양의 수소가 층(304) 내로 혼입될 수 있다.
예를 들어, 약 9*1015원자/cm2의 수소 농도, 즉 1원자% 미만의 수소를 갖는 금속으로 구성되는 층 및 탄소로 구성되는 층을 갖는 층 시스템은 약 30*1015원자/cm2(즉, 2원자%)의 수소 농도를 갖는 대조용 층 시스템보다 더욱 우수한 ICR 값을 제공할 수 있다.
또한, 층(304)(예컨대, 탄소 층)은 예를 들어 각각 상이한 탄소 구성(탄소의 결합 구조 또는 sp2- 및 sp3-혼성 탄소의 조성)을 갖는 복수개의 영역을 가질 수 있다. 예를 들어, 층(304)의 영역은 흑연(90원자%보다 많은 sp2-혼성 탄소의 비를 가짐), 나노결정질 흑연(약 1nm 내지 약 100nm의 흑연 입자 크기를 가짐, 예컨대 약 1nm 내지 약 100nm, 예를 들어 약 10nm 내지 약 50nm의 평균 입자 크기를 가짐), 비정질 탄소(약 60원자% 내지 약 90원자%의 sp2-혼성 탄소의 비를 가짐) 또는 사면체 탄소(40원자%보다 많은 sp3-혼성 탄소의 비를 가짐) 형태의 탄소 미소구조체를 가질 수 있다.
층(304)(예를 들어, 탄소 층)은 예를 들어 Al 호일, Cu 호일 또는 중합체 필름(예컨대, Al-코팅되고/되거나 Cu-코팅됨)의 경우에 호일 구조체(302)의 기계적 강도를 증가시킬 수 있다.
다르게는, 층(304)의 형성은 호일 구조체(302) 상에 금속, 예컨대 NiCr 또는 Ti를 침착시킴을 포함할 수 있다. 달리 말해, 층(304)은 금속을 포함할 수 있다. 따라서, 예시적으로 내식성 금속 층(예컨대, 보호 층의 형태)이 형성되었을 수 있거나 형성될 수 있다. 이를 위해, 탄소에 대해 상기 기재된 바와 같이 적절한 조성을 갖는 표적을 사용할 수 있다. 티탄, NiCr 또는 NiCr 합금을 포함하는 코팅은 예를 들어 높은 기계적 강도 및 내약품성을 갖고/갖거나 제공할 수 있다.
코팅을 수행하기 위하여, 물질 증기 공급원(306)(물질 증기 공급 설비의 일부로서)에 의해 기체 코팅 물질(306b)의 생성 및 침착이 이루어질 수 있는 코팅 영역(도시되지 않음, 도 5a 참조)을 통해 호일 구조체(302)를 수송할 수 있다. 예를 들면, 수송 설비(예컨대, 롤러 포함)에 의해 코팅 영역을 통해 일정한 속도 또는 가변(예컨대, 시간에 따라 변화될 수 있음) 속도로 호일 구조체(302)를 수송할 수 있다. 또한, 수송 설비에 의해 호일 구조체(302)를 코팅 영역 내로 수송할 수 있고 코팅 후 다시 코팅 영역 밖으로 수송할 수 있다.
도 2b는 다양한 실시양태에 따른 방법(200b)에서의 호일 구조체(302)를 개략적인 측면도 또는 개략적인 단면도로 도시한다.
다양한 실시양태에서는, 물질 증기 공급 설비(예를 들어, 하나의 물질 증기 공급원(306) 또는 복수개의 물질 증기 공급원(306)을 가짐)에 의해 2개의 층으로 또는 2개보다 많은 층으로(예컨대, 3개 또는 4개 등의 층으로) 층(304)(예컨대, 보호 층의 형태)을 형성시킬 수 있다. 예를 들면, 제 1 내부층(304a)(제 1 층)을 침착시킬 수 있고, 제 2 내부층(304b)(제 2 층)을 그 위에 침착시킬 수 있다. 층(304)의 개별적인 내부층의 조성은 공정 매개변수에 의해, 예컨대 물질 증기 공급원 또는 복수개의 물질 증기 공급원 각각의 표적 물질의 조성에 의해, 규정된 조성에 따라 설정될 수 있다.
예를 들면, 제 1 내부층(304a)은 금속(예를 들어, Ti, Cr, Al, Cu, Ni, Hf, Zr, Ta, V, Fe, Mo 및/또는 W), 예컨대 합금, 금속 합금을 포함할 수 있다. 물질 증기 공급원(306) 또는 복수개의 물질 증기 공급원을 갖는 물질 증기 공급 설비(306)를 이용하여 제 1 내부층(304a)을 형성시켰을 수 있거나 형성시킬 수 있다. 예를 들어, 물질 증기 공급 설비(306)는 하나의 금속 물질 증기 공급원(이는 50원자%보다 많은 한도까지 개별적인 금속으로 구성될 수 있음)을 가질 수 있다. 이 경우, 제 1 내부층(304a)은 금속 층(이는 50원자%보다 많은 한도까지 금속으로 이루어질 수 있음)일 수 있다. 제 1 내부층(304a)은 예시적으로는 상기 기재된 바와 같이 층(304)의 접착능을 증가시키기 위한 금속 완충 층일 수 있다. 제 1 내부층(304a)은 임의적으로는 탄소를 포함할 수 있거나, 또는 하나 이상의 탄소 함량 구배를 가질 수 있어서, 탄소 비가 층(304)의 침착(306b) 동안 층 두께의 증가에 따라 증가(또는 감소)할 수 있도록 한다.
층(304)의 호일 구조체(302)로의 접착능은 호일 구조체(302)로부터 탈착되지 않으면서 층(304)이 호일 구조체(302)의 신장 또는 변형(예컨대, 열 팽창 또는 성형의 결과)을 따르는 능력인 것으로 생각될 수 있다. 긁힘 및 접착 결합 시험에 의해 접착능을 예시적으로 결정할 수 있다. 여기에서는, 층을 긁은 다음 접착 테이프를 호일 구조체(302)로부터 탈착시키려고 한다. 접착 테이프를 잡아당겨 뗄 때 층 물질이 본질적으로 제거되지 않으면, 층이 충분한 기계적 강도를 갖는 것으로 추정될 수 있다.
제 1 내부층(304a)의 금속 및 제 1 내부층(304a)의 탄소는 임의적으로 화학적 결합을 형성할 수 있다(즉, 전기 전도성 금속 탄화물을 형성할 수 있다). 이 경우, 제 1 내부층(304a)은 전기 전도성 금속 탄화물을 포함하거나 그에 의해 형성될 수 있다.
예를 들어 공정 대기의 구성요소를 제 1 내부층(304a) 내로 혼입시킴으로써, 비-금속 원소가 임의적으로 제 1 내부층(304a) 내로 혼입될 수 있다. 예를 들어, 질소가 제 1 내부층(304a) 내로 혼입될 수 있다. 이 경우, 제 1 내부층(304a)은 전기 전도성 금속 질화물을 포함하거나 그에 의해 형성될 수 있다.
예컨대 물질 증기 공급 설비(306)에 의해 제 2 내부층(304b)을 침착시킬 수 있으며, 이 때 물질 증기 공급 설비(306)는 탄소 물질 증기 공급원(50원자%보다 많은 한도까지 탄소로 구성될 수 있음)을 포함할 수 있고, 제 2 내부층(304b)은 도 2a에 대해 기재된 바와 같이 탄소 층(50원자%보다 많은 한도까지 탄소로 구성될 수 있음)일 수 있으며 또한 탄소 비의 구배를 가질 수 있다.
예컨대 상이한 조성을 갖는 복수개의 물질 증기 공급원(예를 들어, 하나 이상의 금속 물질 증기 공급원 및 하나 이상의 탄소 물질 증기 공급원)에 의해 제 1 내부층(304a)의 침착 및 제 2 내부층(304b)의 침착을 연속적으로 수행할 수 있다. 또한, 복수개의 물질 증기 공급원중 둘 이상의 코팅 영역(층 형성을 위해 층(304)의 물질이 침착되는 호일 구조체(302)의 영역)은 중첩될 수 있어서, 생성되는 물질 증기, 따라서 침착되는 물질의 부분적인 혼합이 복수개의 물질 증기 공급원중 둘 이상의 사이에서 이루어지도록 한다.
예를 들어, 복수개의 물질 증기 공급원중 둘 이상에 의해, 복수개의 물질 증기 공급원중 둘 이상의 사이에서 층(304)의 조성 구배(예를 들어, 탄소 비의 구배)가 생성될 수 있다. 예컨대, 제 1 물질 증기 공급원과 제 2 물질 증기 공급원 사이의 영역(중첩 영역)에서 탄소/금속 혼합물이 예시적으로 침착될 수 있다.
다르게는, 층(304)의 규정된 조성(즉, 화학량론적으로)을 갖고/갖거나 층(304)의 조성 구배를 갖는 NiCr 혼합물(예컨대, Ni 표적과 Cr 표적을 사용함)을 침착시킬 수 있다. 예를 들면, 화학량론적 표적(즉, 규정된 조성을 갖는 표적)을 사용할 수 있으며, 스퍼터링을 이용하여 또는 전자 빔 증발을 이용하여 이를 물질증기로 전환시킨다. 다르게는, Ni 표적(Ni 표적 물질)을 포함하는 제 1 물질 증기 공급원 및 Cr 표적(Cr 표적 물질)을 포함하는 제 2 물질 증기 공급원으로, 즉 하나보다 많은 물질 증기 공급원을 사용하여, 동시 코팅을 수행할 수 있다.
금속, 예컨대 NiCr을 침착시키기 위하여, 예컨대 약 200℃ 내지 약 300℃의 호일 온도를 이용할 수 있다.
도 3a는 다양한 실시양태에 따른 방법(300a)에서의 호일 구조체(302)를 개략적인 측면도 또는 개략적인 단면도로 도시한다.
다양한 실시양태에서, 방법(300a)은 예컨대 하나 이상의 조사 설비(308)(조사 장치라고도 함)를 이용하여 에너지 펄스를 발생시킴을 포함할 수 있다. 에너지 펄스에 의해 층(304)의 조사를 수행할 수 있다.
예를 들어, 하나 이상의 조사 설비(308)는 하나 이상의 조사 공급원, 예를 들어 광원(예컨대, 레이저, 램프, 플래시건 또는 X-선 공급원) 또는 물질의 공급원(예컨대, 전자 공급원 또는 양성자 공급원)을 포함할 수 있다. 여기에서, 하나 이상의 조사 설비(308)는 펄스식으로 또는 연속적으로 작동되는 조사 공급원을 가질 수 있으며, 하나 이상의 조사 설비(308)에 의해 펄스식 또는 연속적인 선(308b)(예를 들어, 광 같은 전자기선 및/또는 전자 선 및/또는 이온 선 같은 입자 선)이 생성되는데, 예를 들어 연속적인 전자 빔(308b)은 전자 빔 건에 의해(예를 들어, 선형 공급원에 의해), 또는 광의 펄스식 플래시(308b)는 플래시건(예를 들어, 기체 방전 램프 또는 발광 다이오드)에 의해 생성된다.
도 2a에 대해 상기 기재된 바와 같이, 공정 대기(예컨대, 불활성 공정 대기 또는 환원성 공정 대기) 중에서 층(304)을 형성시키는 것과 유사한 방식으로 층(304)의 조사(308b)을 수행할 수 있다.
조사(308b)를 수행하기 위하여, 조사 공급원에 의해 물질의 조사(308b)를 수행할 수 있는 조사 영역을 통해 호일 구조체(302)를 수송할 수 있다. 예를 들면, 수송 설비에 의해 조사 영역을 통해 일정한 속도 또는 가변 속도(예컨대, 시간에 따라 변화가능한 속도)로 호일 구조체(302) 또는 층(304)을 수송할 수 있다.
또한, 광학 장치에 의해(예를 들어, 거울, 반사기, 디플렉터, 오리피스 판(orifice plate)에 의해 또는 렌즈에 의해), 발생되는 선(308b) 또는 발생되는 에너지 충격(308b)을 유도, 편향 또는 집중시킬 수 있다. 여기에서 층(304)은 균일하게(균질하게)(예컨대, 균일한 전력 밀도를 사용하여) 조사될 수 있거나, 또는 불균일하게 조사될 수 있다(예를 들면, 예컨대 마스크를 사용하여 층(304)의 선택된 영역만 조사될 수 있다).
조사(308b) 동안, 조사 장치(308)(예컨대, 하나 이상의 조사 공급원을 가짐)에 의해 생성되고 층(304) 상으로 유도된 선(308b)의 제 1 부분은 층(304)에 의해 흡수되고 열 에너지로 전환될 수 있다. 선(308b)의 제 1 부분(층(304)에 의해 흡수됨)은 층 두께가 증가함에 따라 더 커질 수 있다. 뿐만 아니라, 층(304)에 의해 흡수되지 않는 선(308b)의 제 2 부분은 층(304)을 통해 통과하여 호일 구조체(302), 예를 들어 금속 호일(302) 또는 금속-코팅된 호일 구조체(302)의 표면 상에 충돌할 수 있으며, 선(308b)의 제 2 부분은 호일 구조체(302)에 의해 부분적으로 흡수되거나 부분적으로 반사될 수 있다. 선(308b)의 부분적으로 반사된 제 2 부분은 층(304)으로 다시 통과하고 마찬가지로 층(304)에 의해 부분적으로 흡수될 수 있다.
다양한 실시양태에서, 선(308b)의 특성(예를 들어, 파장 또는 운동 에너지)은, 층(304)이 조사에 의해 가열될 수 있고 층(304)이 구조적인 면에서 적어도 부분적으로 변할 수 있도록 하는 방식으로, 층(304)의 화학적 조성 및 특성(예컨대, 층 두께 또는 흡수 특성)에 적합화될 수 있다. 예를 들어, 선(308b)은 단색성일 수 있거나, 또는 적합한 조사 공급원에 의해 규정에 따라(예컨대, 특정 주파수 범위 또는 파장 범위 내에서) 스펙트럼 분포가 설정될 수 있다. 또한, 선(308b)은 흡수 물질을 통해 통과할 수 있는데, 조사 공급원에 의해 방출된 선(308b)의 일부(예컨대, 주파수 범위의 일부)는 층(304)이 조사되기 전에 흡수 물질에 의해 적어도 부분적으로 흡수될 수 있다(여과될 수 있다).
이 때, 선(308b)(예컨대, 광자)의 스펙트럼 분포(스펙트럼 조성이라고도 칭해짐)는 예를 들어 선(308b)이 제 2 내부층(304b)(예컨대, 탄소 층)에 의해서는 우세하게 흡수될 수 있고 호일 구조체(302), 예를 들어 금속 호일(302), 또는 제 1 내부층(304a)(예를 들어, 금속 완충 층)에 의해서는 대부분(예컨대, 50%보다 많이) 반사될 수 있도록 하는 방식으로 설정될 수 있다. 뿐만 아니라, 발생된 선(308b)은 약 10nm 내지 약 10mm, 예컨대 약 100nm 내지 약 1mm의 파장을 가질 수 있다.
층(304)이 가열될 수 있는(예를 들어, 규정 온도까지) 시간은 층(304)을 조사하기 위해 방출되는 선(308b)의 동력 및 층(304) 내로의 선(308b)의 침투 깊이에 따라 달라진다. 침투 깊이가 대략 층 두께의 크기 수준이면, 예를 들어 펄스식 조사에 의해 펄스식 조사의 펄스 지속 시간 내에 호일 구조체(302), 예컨대 금속 호일(302)에 비해 층(304)을 400℃보다 높게, 예를 들어 1000℃보다 높게 가열할 수 있다.
예를 들어, 층(304)은 선 펄스 후에 또는 빛을 받는 시간 후에 최대 온도를 획득할 수 있었으며, 선 펄스의 지속 시간은 획득해야 하는 온도에 매치될 수 있다.
층(304)은 예시적으로 층(304)의 조사에 의해 잠시 강력하게 가열될 수 있으며, 호일 구조체(302)의 평균 온도는 최대 온도 미만으로, 예컨대 100℃ 미만으로, 또는 예를 들어 200℃ 미만으로, 또는 예를 들어 400℃ 미만으로 유지될 수 있다.
또한, 조사의 시간 간격, 예를 들어 조사 펄스(308b) 또는 에너지 충격(308b) 사이의 시간 간격은 호일 구조체(302)가 조사 동안 도입된 열 에너지를 주위로(예를 들어, 주위 공정 대기 또는 수송 설비로) 방출할 수 있도록 하는 방식으로 설정될 수 있다. 이러한 방식으로, 호일 구조체(302)의 평균 온도를 최대 값 미만으로 유지할 수 있게 하면서 재개되거나 반복되는 조사를 수행할 수 있다.
뿐만 아니라, 층(304)의 조성은 조사 동안 층(304)의 구조적 변화, 예컨대 층(304)중 sp2- 및/또는 sp3-혼성 탄소의 비가 변하는 속도(전환률)에 영향을 끼칠 수 있다. 예를 들면, 침착(306b) 동안 수소, 질소 또는 개별적인 공정 대기의 다른 구성요소의 층(204) 내로의 혼입이 전환률을 증가시키거나 감소시킬 수 있거나, 또는 층(304)중 금속의 비(예컨대, 탄소/금속 혼합물의 침착에 의해)가 전환률에 영향을 줄 수 있다.
도 3b는 다양한 실시양태에 따른 방법(300b)을 개략적인 측면도 또는 개략적인 단면도로 도시한다.
다양한 실시양태에서, 층(304)의 한 영역이 조사될 수 있다. 층(304)의 한 영역의 조사는 예를 들어 제한될 수 있는 일정한 전력 밀도(조사되는 단위 면적당 전력)로 도입되는 열 에너지의 결과 호일 구조체(302)가 최대 값보다 높게 가열되지 않도록 할 수 있기 위하여 유리할 수 있다.
또한, 예를 들어, 조사 각(하나 이상의 조사 설비(308)에 의해 발생되는 선(308b)이 호일 구조체(302)에 충돌하는 각도)이 설정되거나 조정될 수 있다. 예를 들면, 층(304) 상에 경사지게 또는 비스듬히 충돌하는 선(308b)에 의해, 층(304)에서 흡수되는 선(308b)의 비가 증가할 수 있으며, 조사 각을 설정함으로써 층(304) 내에서 선이 닿을 수 있는 거리가 증가할 수 있다.
다양한 실시양태에서, 조사 공급원에 의해 생성된 선(308b)은 층(304)의 복수개의 영역을 연속적으로 조사할 수 있는데, 예를 들어 연속적인 또는 펄스식 선(308b)이 층(304)의 표면 상으로 유도될 수 있거나, 또는 복수개의 조사 공급원에 의해 발생된 선(308b)이 층(304)의 다수개의 영역을 동시에 조사할 수 있다.
뿐만 아니라, 층(304)의 구조, 따라서 층(304)의 흡수 특성이 층(304)의 조사에 의해 변할 수 있다. 예를 들면, 층(304)의 조사의 결과 선(308b)의 평균 침투 깊이가 증가(또는 감소)할 수 있어서, 조사 동안 획득되는 층(304)의 온도가 층(304)의 구조적 변화로 인해 감소될 수 있도록 한다.
도 4a는 다양한 실시양태에 따른 방법에서의 호일 구조체(302)를 개략적인 측면도 또는 개략적인 단면도로 도시한다.
다양한 실시양태에서는, 층(304)이 연속적으로 침착될 수 있도록, 호일 구조체(302)를 예컨대 방향(501)을 따라 코팅 영역을 통해 수송할 수 있다.
코팅 영역에서 물질 증기 공급 설비(306)(예를 들어, 하나 이상의 증기 공급원을 가짐)에 의해 코팅(306b)한 후, 호일 구조체(302)를 임의적으로는 예컨대 방향(501)을 따라 조사 영역을 통해 수송할 수 있는데, 이 조사 영역에서는 조사 장치(308)(예를 들어, 하나 이상의 조사 공급원을 가짐)에 의해 층이 조사될 수 있다.
다양한 실시양태에서, 다양한 실시양태에 따라 코팅 및 조사된 호일 구조체(302)의 표면은 적어도 부분적으로(즉, 부분적으로 또는 완전히) 금속 표면일 수 있다.
예를 들어, 호일 구조체(302)는 호일 구조체(302)의 처리(코팅 및 조사)를 위해 물질 증기 공급 설비를 통해, 예컨대 진공 챔버 또는 진공 챔버 설비를 통해, 예를 들어 롤에서 롤로 수송될 수 있는 스트립 호일(302) 또는 호일 구조체(302)일 수 있다.
호일 구조체(302)는 예를 들어 약 0.01m 내지 약 7m, 예를 들어 약 0.1m 내지 약 5m, 예컨대 약 1m 내지 약 4m의 폭, 즉 측방향 연장 방향에서의 연장부, 및 또한 0.01m보다 긴, 예를 들어 0.1m보다 긴, 예를 들어 1m보다 긴, 예컨대 10m보다 긴(호일 구조체(302)는 예컨대 롤에서 롤로 수송될 수 있음), 예를 들어 50m보다 긴, 예를 들어 100m보다 긴, 예컨대 500m보다 긴 길이, 즉 폭을 가로지르는 측방향 연장 방향에서의 연장부를 가질 수 있다.
예를 들어, 물질 증기 공급원 또는 복수개의 물질 증기 공급원은 약 1m 내지 약 5m의 폭을 갖는 스퍼터링용의 하나 이상의 관상 캐쏘드를 가질 수 있다. 예를 들어, 조사 공급원은 약 2cm 내지 약 50cm의 직경 및 약 1m 내지 약 5m의 길이를 갖는 하나 이상의 기체 방전 관을 포함하거나 그에 의해 형성될 수 있다.
도 4b는 다양한 실시양태에 따른 방법(400b)에서의 호일 구조체(302)를 개략적인 측면도 또는 개략적인 단면도로 도시한다.
호일 구조체가 부동태화 층을 갖는 경우, 다양한 실시양태에 따라 호일 구조체(302)의 표면 층(302p)을 제거할 수 있다. 예를 들면, 표면 층(302p)은 호일 구조체가 예컨대 공기 중에서 자동적으로 형성하는 천연 부동태화 층을 포함하거나 그에 의해 형성될 수 있다. 다르게는 또는 추가로, 표면 층(302p)은 불순물, 예를 들어 호일 구조체(302) 상의 침착물(예를 들어, 불순물, 분진, 유기물)을 포함하거나 그에 의해 형성될 수 있다.
부동태화 층은 예를 들어 호일 구조체(302)의 금속의 하나 이상의 금속 산화물을 포함하거나 그에 의해 형성될 수 있다. 즉, 호일 구조체(302)는 예시적으로 산화될 수 있다.
에칭 장치(402), 예를 들어 이온 빔 공급원, 플라즈마 공급원 및/또는 에칭 기체 공급원을 이용하여 표면 층(302p)을 제거할 수 있다.
예를 들어, 층(304)의 형성 전에, 플라즈마(402b)에 의해(플라즈마 에칭이라고도 불림), 이온 빔(402b)에 의해(이온 빔 에칭이라고도 불림), 또는 화학 반응(402b)에 의해(예를 들어, 적합한 에칭 기체에 의해, 화학적 건식 에칭이라고도 함), 호일 구조체(302), 예컨대 금속 호일(302) 또는 금속-코팅된 호일의 천연 산화물 층을 제거할 수 있다. 산화물 층의 제거에 의해, 도포된 층(304)와 호일 구조체(302) 사이의 전기 전이 저항을 감소시킬 수 있다.
표면 층(302p)의 제거에 의해 호일 구조체(302)의 금속이 적어도 부분적으로 노출되었을 수 있거나 노출될 수 있다. 달리 말해, 표면 층(302p)의 제거에 의해 금속 표면이 형성되었을 수 있거나 형성될 수 있다.
노출된 금속 층은 후속 코팅될 수 있다. 달리 말해, 층(304)을 금속 표면 상에 형성시킨다.
표면 층(302p)의 제거는 호일 구조체(302)의 화학 반응성을, 예컨대 부동태화 층의 화학 반응성보다 더 크게 증가시킬 수 있다. 이는 층(304)과 호일 구조체(302)의 금속 표면 사이에서 화학 반응을 야기할 수 있다. 예를 들면, 층(304)을 구성하는 물질에 따라 층(304)과 호일 구조체(302)의 계면에서 탄화물, 합금 또는 금속간 화합물이 형성될 수 있다.
높은 호일 온도(즉, 기재 가열에 의해)를 이용함으로써 층(304)과 호일 구조체(302)의 금속 표면 사이에서의 화학 반응이 추가로, 예를 들면 호일 온도가 더 높을수록 더 큰 한도까지 촉진될 수 있다. 높은 호일 온도는 임의적으로는 조밀한(즉, 본질적으로 공극이 없는) 미소구조체의 성장을 촉진할 수 있다.
다르게는 또는 추가로, 층(304)과 호일 구조체(302)의 금속 표면 사이의 화학 반응은 물질 증기(306b)의 증가된 운동 에너지의 이용에 의해 추가로, 예를 들면 물질 증기(306b)의 운동 에너지가 더 높을수록 더 큰 한도까지 촉진될 수 있다. 예를 들면, 스퍼터링을 이용하여, 예시적으로 특히 높은 운동 에너지를 갖는 물질 증기(306b)를 발생시킬 수 있다.
이는 강력한 결합 특징을 갖는(즉, 강력한 화학적 결합을 갖는) 호일 구조체(302)와 층 사이의 화학적 연결을 생성시킬 수 있다. 예를 들어, 탄소를 포함하는 층과 금속 표면(예컨대, 호일 구조체(302)) 사이에 탄화물이 형성될 수 있다(카바이드 결합).
다르게는 또는 추가로, 층(304)과 호일 구조체(302)의 금속 표면 사이의 화학 반응은 물질 증기(306b)의 플라즈마 활성화(408a)를 이용함으로써 추가로 촉진될 수 있다. 이를 위해, 물질 증기(306b)에서 플라즈마 형성(증기의 플라즈마 활성화라고도 함)을 야기하기 위하여 예컨대 플라즈마 공급원(408)(예컨대, 애노드-캐쏘드 쌍)을 사용할 수 있다.
도 5a는 다양한 실시양태에 따른 코팅 설비(500a)를 개략적인 측면도 또는 개략적인 단면도로 도시한다.
다양한 실시양태에 따라, 코팅 설비(500a)는 진공을 발생시키도록 설치될 수 있는 진공 챔버(802)를 가질 수 있다.
여기에서, 진공 챔버(802)는 펌프 시스템(도시되지 않음, 하나 이상의 고진공 펌프를 가짐)에 연결될 수 있어서, 진공(즉, 0.3바 미만의 압력) 및/또는 약 10-3밀리바 내지 약 10-7밀리바의 압력(달리 말해 고진공) 또는 고진공보다 더 낮은, 예컨대 약 10-7밀리바 미만의 압력(달리 말해 초고진공)이 진공 챔버(802) 내에 제공되었을 수 있거나 제공될 수 있도록 한다.
뿐만 아니라, 진공 챔버(802) 내의 주위 조건(공정 조건)(예를 들어, 압력, 온도, 기체 조성 등)이 예컨대 코팅 동안 설정 또는 조절될 수 있도록 하는 방식으로 진공 챔버(802)를 구성할 수 있다. 진공 챔버(802)는 이를 위해 예를 들어 공기, 분진 및/또는 진공 밀폐로 만들어졌을 수 있거나 만들어질 수 있다. 예를 들어, 진공 챔버(802)의 공정 대기를 형성하기 위하여, 기체 공급 도관에 의해 기체를 진공 챔버(802) 내로 도입할 수 있다.
코팅 영역(803)이 진공 챔버(802) 내에 배치될 수 있다. 또한, 코팅 영역(803)에서 물질 증기를 생성시키기 위한 물질 증기 공급원(306)이 진공 챔버(802)에 배치될 수 있다. 물질 증기 공급원(306)은 물질 증기가 코팅 영역(803) 내로 퍼질 수 있도록 하는 방식으로 물질 증기를 생성시킬 수 있다. 예를 들어, 물질 증기는 코팅 영역(803) 내로 유동될 수 있다.
조사 영역(805)이 임의적으로 진공 챔버(802)에 배치될 수 있다. 이 경우, 호일 구조체(302)가 조사 영역(805)에서 에너지 펄스에 의해 조사될 수 있도록, 코팅 설비(500a)는, 에너지 펄스(예컨대, 광 플래시 또는 전자 빔)를 발생시키고 조사 영역(805) 내로 방출하는 조사 공급원(308)을 가질 수 있다.
또한, 진공 챔버(802)는 입구 영역(802z) 및 출구 영역(802a)을 가질 수 있으며, 호일 구조체(302)는 예를 들어 방향(801)을 따라 입구 영역(802z)을 통해 진공 챔버(802) 내로, 또한 출구 영역(802a)을 통해 진공 챔버(802)로부터 수송될 수 있다. 또한, 호일 구조체(302)는 코팅 영역(803)을 통해, 임의적으로는 조사 영역(805)을 통해, 예를 들어 기재 수송 방향(801)을 따라 수송될 수 있다.
물질 증기 공급원(306)은 하기중 하나 이상을 포함할 수 있다: 스퍼터링 공급원(예컨대, 마그네트론), 레이저 빔 증발기, 전자 빔 증발기, 열 증발기(예를 들어, 유도 증발기 또는 저항 증발기), 이온 빔 증발기 또는 전기 아크 증발기.
조사 공급원(308)은 상기 기재된 바와 같이 예를 들어 하기중 하나를 포함할 수 있다: 전자 빔 공급원, 기체 방전 램프, X-선 공급원, 레이저(예컨대, 연속 작동 레이저 또는 펄스식 작동 레이저), 발광 다이오드, 양성자 빔 공급원 또는 플래시건 벌브(bulb).
또한, 코팅 설비(500a)는 코팅 영역(803) 내로(예컨대, 진공 챔버(802) 내로) 도입되는 호일 구조체(302)를 제 1 롤(302r)로부터 풀기 위한 풀림 롤러(502a)를 가질 수 있다. 코팅 설비(500a)는 또한 코팅 영역(803)으로부터 나오는 호일 구조체(302)를 제 2 롤(312r) 상으로 권취하기 위한 권취 롤러(500a)도 가질 수 있다.
또한, 코팅 설비(500a)는 수송 경로(호일 구조체(302)의 라인)를 한정하는 복수개의 수송 롤러(508)를 가질 수 있으며, 이 수송 경로를 따라 호일 구조체(302)가 풀림 롤러(502a)와 권취 롤러(502b) 사이에서 코팅 영역을 통해 수송된다.
뿐만 아니라, 코팅 설비(500a)는 복수개의 수송 롤러(508)의 적어도 대부분, 풀림 롤러(502a) 및 권취 롤러(502b)에 연결되는 구동 시스템(518)을 가질 수 있다. 예를 들어, 구동 시스템(518)은 체인, 벨트 또는 톱니바퀴에 의해 롤러(508, 502a, 502b)(즉, 복수개의 수송 롤러(508)의 대부분의 수송 롤러 각각, 풀림 롤러(502a) 및 권취 롤러(502b))에 연결될 수 있다.
복수개의 수송 롤러(508)의 대부분은 복수개의 수송 롤러(508)의 약 50%보다 많은 수송 롤러, 예를 들어 복수개의 수송 롤러(508)의 약 60%보다 많은 수송 롤러, 예를 들어 복수개의 수송 롤러(508)의 약 70%보다 많은 수송 롤러, 예를 들어 복수개의 수송 롤러(508)의 약 80%보다 많은 수송 롤러, 예를 들어 복수개의 수송 롤러(508)의 약 90%보다 많은 수송 롤러, 예를 들어 복수개의 수송 롤러(508)의 약 100%의 수송 롤러를 의미하는 것으로 이해될 수 있다.
복수개의 수송 롤러(508)는 3개보다 많고, 예컨대 5개보다 많고, 예컨대 약 10개보다 많고, 예컨대 약 20개보다 많고, 예컨대 약 50개보다 많고, 예컨대 약 100개보다 많은 수송 롤러를 포함할 수 있다. 수송 경로가 길수록, 더 많은 수송 롤러가 요구될 수 있다.
이러한 방식으로, 예를 들어 적어도 소정 기간(예컨대, 1초 이상)에 걸쳐 본질적으로 일정한 원통형 표면 속도, 즉 롤러(508, 502a, 502b)의 원통형 표면이 이동하는 속도를 수득할 수 있다. 이러한 방식으로, 호일 구조체(302)의 일정한 전진 이동을 생성시킬 수 있다. 이는 낮은 기계적 강도를 갖는 호일 구조체(302)가 연신되거나 심지어 파열되는 것을 방지한다. 달리 말해, 롤러(508, 502a, 502b) 각각에 의해 코팅 영역(803)을 통한 또는 진공 챔버(802)를 통한 호일 구조체(302)의 전진 이동이 적극적으로 보조를 받는다. 다양한 실시양태에서, 구동 시스템은 동력을 받는 롤러의 원통형 표면 속도를 동기화하기 위한 동기화 단위장치를 가질 수 있다.
다양한 실시양태에서, 복수개의 수송 롤러(508)의 적어도 대부분은 수송 경로를 편향 롤러의 회전 축에 대해 횡방향으로 편향시키기 위해 하나 이상의 편향 롤러를 가질 수 있다.
또한, 복수개의 수송 롤러의 적어도 대부분은 횡방향 연신 롤러의 회전 축을 따라 호일 구조체(302)에 장력을 주기 위해 하나 이상의 횡방향 연신 롤러를 가질 수 있다. 횡방향 연신 롤러는 예를 들어 그의 원통형 표면 상에서 나선형 프로파일을 가질 수 있거나, 또는 그 위를 지나는 호일 구조체(302)가 바깥쪽으로 장력을 받도록 약간 구부러질 수 있다. 이러한 방식으로 호일 구조체(302)에서 주름이 형성되는 것을 억제할 수 있다.
다양한 실시양태에서, 코팅 설비(500a)는 임의적으로 호일 구조체(302)의 표면 층을 제거하는 하나 이상의 에칭 장치(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 그러므로, 호일 구조체(302)의 표면은 예시적으로 에칭될 수 있다. 하나 이상의 에칭 기체 장치는 하나 이상의 이온 빔 공급원, 하나 이상의 플라즈마 공급원 및/또는 하나 이상의 에칭 기체 공급원을 포함하거나 그에 의해 형성될 수 있다.
도 5a에 도시되어 있는 바와 같이, 풀림 롤러(502a)와 권취 롤러(502b)는 진공 챔버(802) 외부에 배치될 수 있다. 예를 들어, 입구 영역(802z) 및/또는 출구 영역(802a)은 슬릿을 가질 수 있고, 이를 통해 호일 구조체(302)가 수송된다. 예를 들어, 입구 영역(802z) 및/또는 출구 영역(802a)은 추가적인 챔버, 예컨대 함께 스트립 코팅 플랜트의 일부일 수 있는 선진공(prevacuum) 챔버 또는 진공 챔버에 연결될 수 있다(진공과 관련하여).
도 5b는 다양한 실시양태에 따른 코팅 설비(500a)를 개략적인 측면도 또는 개략적인 단면도로 도시한다.
도 5b에 도시된 바와 같이, 풀림 롤러(502a) 및 권취 롤러(502b)는 진공 챔버(802) 내에 배치될 수 있다.
이 경우, 진공 챔버(802)는 개구(도시되지 않음) 및 개구를 닫는 뚜껑을 가질 수 있다. 뚜껑이 개방되면, 개구를 통해 진공 챔버(802)의 내부를 활용할 수 있으며, 예컨대 롤러(302r, 312r)를 교체할 수 있다.
도 6은 각각의 경우에 다양한 실시양태에 따른 코팅 설비(600)를 개략적인 측면도 또는 개략적인 단면도로 도시한다.
도 6에 도시된 코팅 설비(600)는 도 5b에 도시된 코팅 설비(500b)에 대부분 상응하며, 호일 구조체(302)는 양 면에서 코팅된다. 호일 구조체(302)는 금속 호일 및/또는 금속-코팅된 필름, 예를 들어 코팅된 금속 표면을 갖는 금속-코팅된 중합체 필름일 수 있다.
도 6에 도시된 코팅 설비(600)는 예컨대 진공에서 호일 구조체(302)를 코팅하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 코팅 설비(600)는 진공 챔버(802)를 가질 수 있다. 진공 챔버(802)는 진공을 제공하기 위해 설치될 수 있다.
코팅 설비(600)는 또한 호일 구조체(302)를 코팅하기 위해 진공 챔버(802)에 배치되는 2개의 물질 증기 공급 설비(306)도 가질 수 있다.
코팅 설비(600)는 또한 탄소-함유 층의 펄스식 조사를 위해 진공 챔버(802)에 배치되는 2개의 조사 장치(도시되지 않음)도 가질 수 있다. 조사 장치는 펄스식 조사에 의해 층(예를 들어, 양 면에 도포되는)이 가열될 수 있도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 조사 장치는 충분한 에너지를 갖는 선을 발생 및 방출시킬 수 있다.
물질 증기 공급 설비(600)는 또한 호일 구조체(302)를 수송하기 위한 수송 장치(822)도 가질 수 있다. 수송 장치(822)는 예컨대 복수개의 수송 롤러(508)(이 위로 호일 구조체(302)가 수송될 수 있음)를 가질 수 있다.
수송 장치(822)는 수송 롤러(508)의 서로에 대한 배치에 의해 한정되는 수송 경로를 따라(예컨대, 방향(801)을 따라) 호일 구조체(302)를 수송할 수 있도록 하는 방식으로 설치 및 배치될 수 있다. 호일 구조체(302)는 코팅 영역(803)을 통해, 또한 조사 영역을 통해 수송될 수 있다.
수송 장치(822)는 2개의 물질 증기 공급 설비(804) 사이에서 또한 이들을 통해 호일 구조체(302)를 수송하는 방식으로 설치 및 배치될 수 있다. 달리 말해, 수송 경로는 2개의 물질 증기 공급 설비(804) 사이에서, 또한 이들을 통해 이어진다.
수송 장치(822)는 2개의 물질 증기 공급 설비 사이에서 또한 이들을 통해 호일 구조체(302)를 수송하는 방식으로 설치 및 배치될 수 있다. 달리 말해, 수송 경로는 2개의 물질 증기 공급 설비 사이에서, 또한 이들을 통해 이어진다.
수송 장치(822)는 2개의 에칭 장치(402) 사이에서 또한 이들을 통해 호일 구조체(302)를 수송하는 방식으로 설치 및 배치될 수 있다. 달리 말해, 수송 경로는 2개의 에칭 장치(402) 사이에서, 또한 이들을 통해 이어진다.
도 7은 다양한 실시양태에 따른 방법(700)에서의 호일 구조체(302)를 개략적인 측면도 또는 개략적인 단면도로 도시한다.
다양한 실시양태에서는, 호일 구조체(302)의 윗면(302a) 상에(on) 또는 위에(above) 또는 윗면(302) 상의 금속 표면 상에 제 1 층(304)이 형성될 수 있고, 호일 구조체(302)의 밑면(302b) 상에 또는 아래에(below) 또는 윗면(302) 상의 금속 표면 상에 제 2 층(904)이 형성될 수 있다. 제 1 층(304)의 형성 및 제 2 층(904)의 형성은 본질적으로 동시에 또는 시간 차이를 갖고 이루어질 수 있다.
제 1 물질 증기(306b)를 사용하여 제 1 물질 증기 공급 설비(306)(예컨대, 하나 이상의 제 1 물질 증기 공급원을 가짐)에 의해 제 1 층(304)의 형성을 수행할 수 있으며, 제 2 물질 증기(906b)를 사용하여 제 2 물질 증기 공급 설비(906)(예컨대, 하나 이상의 제 2 물질 증기 공급원을 가짐)에 의해 제 2 층(904)의 형성을 수행할 수 있다.
제 1 표면 층(302p)은 임의적으로 호일 구조체(302)의 윗면(302a)으로부터 제거될 수 있으며(제 1 제거(402b)), 다르게는 또는 추가로, 표면 층(302p)은 호일 구조체(302)의 밑면(302b)으로부터 제거될 수 있다(제 2 제거). 제 1 표면 층(302p)의 제거(402b)는 제 1 에칭 장치(402)를 이용하여 수행될 수 있고, 제 2 표면 층(302p)의 제거(402b)는 제 2 에칭 장치(902)를 이용하여 수행될 수 있다. 이러한 방식으로, 제 1 제거(402b)에 의해 호일 구조체(302)의 윗면(302a) 상의 금속 표면을 노출시킬 수 있고, 다르게는 또는 추가로, 제 2 제거(902b)에 의해 호일 구조체(302)의 밑면(302b) 상의 금속 표면을 노출시킬 수 있다.
제 1 층(304) 및 다르게는 또는 추가로 제 2 층(904)은 임의적으로 펄스식으로 조사될 수 있다(308b, 908b). 제 1 조사 설비(308)를 사용하여 제 1 층(304)의 조사(308b)를 수생할 수 있으며, 다르게는 또는 추가로 제 2 조사 설비(908)를 사용하여 제 2 층(904)의 조사(908b)를 수행할 수 있다.
제 1 층(304)이 적어도 부분적으로 구조적으로 변화되도록 하는 방식으로 제 1 층(304)의 조사(308b)를 수행할 수 있다. 다르게는 또는 추가로, 제 2 층(904)이 적어도 부분적으로 구조적으로 변화되도록 하는 방식으로 제 2 층(904)의 조사(908b)를 수행할 수 있다.
예를 들어, 제 1 층(304) 및 제 2 층(904)의 펄스식 조사(308b, 908b)는 본질적으로 동시에 수행될 수 있다. 이러한 방식으로, 호일 구조체(302)의 윗면(302a) 및 밑면(302b) 상에 열을 투입함으로써 호일 구조체(302)를 변형시키는 작업(열 변형이라고도 칭해짐)이 실질적으로 동일해질 수 있다.
본 발명에서, 실질적으로 동일해진다는 것은 호일 구조체(302)의 윗면(302a) 내의 기계적 응력과 호일 구조체(302)의 밑면(302b) 내의 기계적 응력이, 상기 기재된 바와 같이 제 1 에너지 및 제 2 에너지와 유사한 방식으로, 실질적으로 동일하다는 것을 의미한다.
본 발명에서, 실질적으로 동시에는 제 1 층(304)의 조사(308b)(제 1 조사(308b)라고도 함)가 제 2 층(904)의 조사(908b)(제 2 조사(908b)라고도 함)와 비교하여 제 1 조사(308b) 및/또는 제 2 조사(908b)의 지속 시간보다 더 짧은 시간 차이(달리 말해, 시간 오프셋)로 이루어짐을 의미한다. 시간 차이는 예를 들어 제 1 조사(308b)의 개시와 제 2 조사(908b)의 개시 사이의 시간 차이에 의해 한정될 수 있다.
달리 말해, 제 1 조사(308b) 및 제 2 조사(908b)는 예를 들어 약 70%보다 큰 한도까지, 예컨대 약 80%보다 큰 한도까지, 예를 들어 약 90%보다 큰 한도까지 중첩될 수 있다.
다양한 실시양태에서는, 조사(308b, 908b) 동안, 코팅 동안 및/또는 표면 층의 제거 동안(유사하게는, 코팅 영역(803)을 통해) 호일 구조체(302)를 연속적으로 수송할 수 있다.
제 1 층(304) 및/또는 제 2 층(904)은 예컨대 하기 중 하나 이상을 포함하거나 이들에 의해 제조될 수 있다: NiCr 합금, 탄소, 탄소/금속 혼합물, 탄소/금속 질화물 혼합물, 탄소/금속 탄화물 혼합물, 조성 구배.
제 1 물질 증기(306b) 대신, 복수개의 물질 증기 공급원(306)(물질 증기 공급 설비의 일부로서)을 이용하여 물질 증기 혼합물을 임의적으로 사용할 수 있다. 제 2 물질 증기(306b) 대신, 복수개의 물질 증기 공급원(906)(물질 증기 공급 설비의 일부로서)을 이용하여 물질 증기 혼합물을 임의적으로 사용할 수 있다.
도 8은 다양한 실시양태에 따른 방법(800)에서의 호일 구조체(302)를 개략적인 측면도 또는 개략적인 단면도로 도시한다.
다양한 실시양태에서, 제 1 물질 증기 공급 설비(306)는 제 1 물질 증기(806b)를 생성시키는 하나 이상의 제 1 물질 증기 공급원(806) 및 제 2 물질 증기(816b)를 생성시키는 하나 이상의 제 2 물질 증기 공급원(816)을 가질 수 있다.
유사한 방식으로, 제 2 물질 증기 공급 설비(906)는 제 1 물질 증기(826b)를 생성시키는 하나 이상의 제 1 물질 증기 공급원(826) 및 제 2 물질 증기(836b)를 생성시키는 하나 이상의 제 2 물질 증기 공급원(836)을 가질 수 있다.
제 1 물질 증기 공급 설비(306)로부터의 제 1 물질 증기(806b)를, 호일 구조체(302)의 윗면(302a) 상에 제 1 층(344)을 형성시키는데 사용할 수 있으며, 제 2 물질 증기 공급 설비(906)로부터의 제 1 물질 증기(826b)를, 호일 구조체(302)의 밑면(302b) 상에 제 1 층(944)을 형성시키는데 사용할 수 있다. 달리 말해, 제 1 물질 증기 공급 설비(306)로부터의 제 1 물질 증기(806b)로부터 호일 구조체(302)의 윗면(302a) 상에 제 1 층(344)을 형성시킬 수 있고, 제 2 물질 증기 공급 설비(906)로부터의 제 1 물질 증기(826b)로부터 호일 구조체(302)의 밑면(302b) 상에 제 1 층(944)을 형성시킬 수 있다.
호일 구조체(302)의 윗면(302a) 상의 제 1 층(344) 상에 또는 위에 제 2 층(304)을 형성시키기 위하여 제 1 물질 증기 공급 설비(306)로부터의 제 2 물질 증기(816b)을 사용할 수 있으며, 호일 구조체(302)의 밑면(302b) 상의 제 1 층(944) 상에 또는 아래에 제 2 층(944)을 형성시키기 위하여 제 2 물질 증기 공급 설비(906)로부터의 제 2 물질 증기(836b)를 사용할 수 있다. 달리 말해, 제 2 층(304)은 제 1 물질 증기 공급 설비(306)로부터의 제 2 물질 증기(816b)로부터 호일 구조체(302)의 윗면(302a) 상에 형성될 수 있고, 제 2 층(904)은 제 2 물질 증기 공급 설비(906)로부터의 제 2 물질 증기(836b)로부터 호일 구조체(302)의 밑면(302b) 상에 형성될 수 있다.
호일 구조체(302)의 윗면(302a) 상의 제 1 층(344)은 완충 층(344)으로도 불릴 수 있으며, 호일 구조체(302)의 윗면(302a) 상의 제 2 층(304)은 보호 층(304)으로도 불릴 수 있다. 호일 구조체(302)의 밑면(302b) 상의 제 1 층(944)은 완충 층(944)으로도 일컬어질 수 있고, 호일 구조체(302)의 밑면(302b) 상의 제 2 층(904)은 보호 층(904)으로도 일컬어질 수 있다.
상기 기재된 바와 같이, 제 1 물질 증기 공급 설비(306) 및/또는 제 1 물질 증기 공급 설비(906)에 의해 코팅하기 전에, 호일 구조체(302)의 윗면(302a)으로부터 및/또는 밑면(302b)으로부터 표면 층을 제거할 수 있다.
호일 구조체(302)의 윗면(302a) 상의 제 1 층(344) 및/또는 호일 구조체(302)의 밑면(302b) 상의 제 1 층(944)은 예를 들어 하기중 하나 이상을 포함하거나 그에 의해 형성될 수 있다: 금속, 금속 질화물, 금속 탄화물, 탄소/금속 혼합물, 탄소/금속 질화물 혼합물, 탄소/금속 탄화물 혼합물, 조성 구배.
호일 구조체(302)의 윗면(302a) 상의 제 2 층(304) 및/또는 호일 구조체(302)의 밑면(302b) 상의 제 2 층(904)은 예를 들어 하기중 하나 이상을 포함하거나 그에 의해 형성될 수 있다: NiCr 합금, 탄소, 탄소/금속 혼합물, 탄소/금속 질화물 혼합물, 탄소/금속 탄화물 혼합물, 조성 구배.
호일 구조체(302)의 윗면(302a) 상의 제 1 층(344) 및/또는 호일 구조체(302)의 밑면(302b) 상의 제 1 층(944)은 예를 들어 티탄을 포함하거나 그에 의해 형성될 수 있고, 호일 구조체(302)의 윗면(302a) 상의 제 2 층(304) 및 호일 구조체(302)의 밑면(302b) 상의 제 2 층(904)은 예를 들어 비정질 탄소 층(즉, 탄소가 비정질 탄소 구성 및/또는 사면체-비정질 탄소 구성으로 존재함)을 포함하거나 그에 의해 형성될 수 있다.
상기 기재된 코팅 작업은 임의적으로는 호일 구조체(302)의 윗면(302a) 상에서만 수행될 수 있거나, 또는 호일 구조체(302)의 밑면(302b) 상에서만 수행될 수 있다. 이 경우, 호일 구조체(302)는 예시적으로 한 면만 코팅된다.
제 1 층 및 제 2 층은 각각의 경우 윗면(302a) 및 밑면(302b) 상에 층 적층체를 형성할 수 있다. 물질 증기 혼합물을 사용하여 층들중 하나를 임의적으로 형성시킬 수 있다.
도 9는 다양한 실시양태에 따른 방법에서 탄소를 포함하거나 탄소에 의해 형성되는 층의 구조적 특성의 개략적인 도표(900)를 도시한다.
도표(900)에서, 축(1201)은 층중 sp3-혼성 탄소의 상대적인 비를 도시한다. sp3-혼성 탄소의 상대적인 비는 층중 sp2-혼성 탄소 원자와 sp3-혼성 탄소 원자의 합에 대한 sp3-혼성 탄소 원자의 수의 비로서 정의될 수 있다. 또한, 축(1201)은 층중 수소의 원자비를 도시한다.
지점 1/3-0은 0%의 층중 sp3-혼성 탄소의 상대적인 비 및 0%의 층중 수소의 원자비에 상응한다. 지점 1-100은 100%의 층중 sp3-혼성 탄소의 상대적인 비 및 0%의 층중 수소의 원자비에 상응한다. 지점 3-100은 0%의 층중 sp3-혼성 탄소의 상대적인 비 및 100%의 층중 수소의 원자비에 상응한다.
영역(1112)은 흑연이 형성되는, 즉 층중 탄소가 주로 또는 완전히 흑연 구성으로 존재하는 층 조성을 나타낸다. 영역(1114)은 비정질 탄소가 형성되는, 즉 층중 탄소가 주로 또는 완전히 비정질 구성으로 존재하는 층 조성을 나타낸다. 영역(1116)은 수소화된 비정질 탄소가 형성되는, 즉 층중 탄소가 주로 또는 완전히 비정질 구성으로 존재하고 추가로 흡수된 수소를 갖는 층 조성을 나타낸다. 영역(1118)은 사면체 탄소가 형성되는, 즉 층중 탄소가 주로 또는 완전히 사면체 구성으로 존재하는 층 조성을 나타낸다. 영역(1122)은 다이아몬드가 형성되는, 즉 층중 탄소가 주로 또는 완전히 다이아몬드 구성으로 존재하는 층 조성을 나타낸다.
이와 관련하여, 용어 "주로"는 90%보다 많은 탄소 원자가 특정 구성으로 존재함을 의미하는 것으로 이해될 수 있다.
본 기재에서, 탄소의 상기 구성은 무기인 것으로 간주될 수 있다.
다양한 실시양태에서, Al 호일 형태 또는 Al-코팅된 필름(예컨대, Al-코팅된 중합체 필름) 형태의 호일 구조체(302)는 다양한 실시양태에 따라 상기 기재된 바와 같이 보호 층(304)으로 코팅되었을 수 있거나 코팅될 수 있다. 완충 층(도시되지 않음)은 임의적으로는 보호 층(304)과 호일 구조체(302) 사이에 형성되었을 수 있거나 형성될 수 있다.
보호 층(304)은 다양한 실시양태에 따라 탄소를 포함하거나 탄소에 의해 형성될 수 있다. 다르게는, 보호 층(304)은 다양한 실시양태에 따라 니켈 및 크롬, 예를 들어 NiCr 합금을 포함하거나 그에 의해 형성될 수 있다.
코팅 후, 호일 구조체를 권취하여 롤(312r)을 형성하였을 수 있거나 형성할 수 있다.
다양한 실시양태에서, Cu 호일 형태 또는 Cu-코팅된 호일 구조체(예컨대, Cu-코팅된 중합체 필름) 형태의 호일 구조체(302)는 다양한 실시양태에 따라 상기 기재된 바와 같이 보호 층(304)으로 코팅되었을 수 있거나 코팅될 수 있다. 완충 층(도시되지 않음)은 임의적으로는 보호 층(304)과 호일 구조체(302) 사이에 형성되었을 수 있거나 형성될 수 있다.
보호 층(304)은 다양한 실시양태에 따라 탄소를 포함하거나 탄소에 의해 형성될 수 있다. 다르게는, 보호 층(304)은 다양한 실시양태에 따라 니켈 및 크롬, 예를 들어 NiCr 합금을 포함하거나 그에 의해 형성될 수 있다.
코팅 후, 호일 구조체를 권취하여 롤(312r)을 형성하였을 수 있거나 형성할 수 있다.
도 10은 다양한 실시양태에 따른 방법에서의 에너지 저장 장치(1000b)를 개략적인 측면도 또는 개략적인 단면도로 도시한다.
에너지 저장 장치(1000b)는 다양한 실시양태에 따라 제 1 화학 포텐셜을 갖는 제 1 전극(1012)을 가질 수 있다. 제 1 전극(1012)은 40㎛ 미만, 예컨대 약 35㎛ 미만, 예를 들어 약 30㎛ 미만, 예를 들어 약 25㎛ 미만, 예를 들어 약 20㎛ 미만, 예컨대 약 15㎛ 미만, 예를 들어 약 10㎛ 미만, 예를 들어 약 5㎛ 미만, 예컨대 약 10㎛ 내지 약 30㎛의 두께를 갖는 호일 구조체(302)(예를 들어, 전기 전도성 호일(302))를 포함할 수 있다.
또한, 제 1 전극(1012)은 호일 구조체(302) 상에 배치되는 활성 물질(1012a)을 포함할 수 있으며, 제 1 전극(1012)의 활성 물질(1012a)은 제 1 전극(1012)의 제 1 화학 포텐셜을 제공한다. 활성 물질(1012a)은 예를 들어 리튬-인산철(LFPO)을 포함하거나 그에 의해 형성될 수 있거나(예를 들어, 리튬-인산철 에너지 저장 장치(1000b)에서), 리튬-산화망간(LMO)을 포함하거나 그에 의해 형성될 수 있거나(예컨대, 리튬-산화망간 에너지 저장 장치(1000b)에서), 또는 티탄산리튬(LTO)을 포함하거나 그에 의해 형성될 수 있다(예를 들어, 티탄산리튬 에너지 저장 장치(1000b)에서). 리튬 이온 에너지 저장 장치(1000b)의 경우, 활성 물질(1012a)은 또한 리튬 화합물 활성 물질(1012a)로도 일컬어질 수 있다.
뿐만 아니라, 제 1 전극(1012)은 층(304), 예를 들어 전기 전도성 층을, 예컨대 호일 구조체(302)와 활성 물질 사이에 배치되는 접속 층 형태로 포함할 수 있고, 제 1 전극(1012)의 층(304)은 호일 구조체(302)의 적어도 대부분을 덮는 연속적인 미소 구조를 갖고/갖거나 층(304)은 호일 구조체(302)로의 강력한 화학적 결합을 갖는 미소구조체를 갖는다. 제 1 전극(1012)의 층(304)은 제 1 전극(1012)의 호일 구조체(302)와 적어도 부분적으로(즉, 부분적으로 또는 완전히) 물리적으로 접촉할 수 있다.
또한, 에너지 저장 장치(1000b)는 제 2 화학 포텐셜을 갖는 제 2 전극(1022)을 가질 수 있다.
또한, 에너지 저장 장치(1000b)는 제 1 전극(1012)과 제 2 전극(1022)을 둘러싸는 봉입재(1030)를 가질 수 있다.
예를 들어 에너지 저장 장치(1000b)가 충전되었거나 충전될 때 제 1 전극(1012)과 제 2 전극(1022) 사이에서 전위가 발생할 수 있고, 이는 제 1 화학 포텐셜과 제 2 화학 포텐셜 사이의 차이에 대략 상응한다.
이러한 에너지 저장 장치(1000b)는 또한 에너지 저장 전지(1000b)로도 불릴 수 있다. 다르게는, 에너지 저장 장치는 복수개의 에너지 저장 전지(1000b)를 갖도록 복수개의 상기 설비를 포함할 수 있다.
호일 구조체(302)는 예시적으로, 예컨대 에너지 저장 장치(1000b)가 방전될 때, 제 1 전극(1012)과 제 2 전극(1022) 사이의 이온 교환으로 인해 야기되는 전하를 탭핑(tapping)하기 위한 집전기 또는 전력 송출 리드선으로서의 기능을 할 수 있다. 제 1 전극(1012)과 제 2 전극(1022) 사이에서 이동하는 이온(이온 교환)은 저장된 화학 에너지(예를 들면, 에너지 저장 장치(1000b)가 충전된 상태일 때)를 전기 에너지로 전환시킬 수 있으며, 이 전기 에너지는 접속부(1012k, 1022k)에서 전위를 제공한다.
다양한 실시양태에서는, 약 1.2V보다 큰, 예를 들어 약 4보다 큰 전위가 제공될 수 있다. 전위가 더 높을수록, 즉 제 1 화학 포텐셜과 제 2 화학 포텐셜 사이의 차이가 더 클수록, 예컨대 요구되는 층(304)에 의해 호일 구조체(302)의 내약품성이 더 커질 수 있다.
예를 들어, 약 4V보다 큰 전위를 위해, 비정질 탄소를 포함하거나 그에 의해 형성되는 층(304)을 사용할 수 있다. 예를 들어, 티탄산리튬을 포함하는 전극(예컨대, 애노드의 일부로서)에 의해 약 4V보다 큰 전위를 획득한다.
다양한 실시양태에서, 제 1 전극(1012)의 호일 구조체(302)는 상기 기재된 바와 같이 양 면에서 코팅되었을 수 있거나 코팅될 수 있다. 달리 말해, 제 1 전극(1012)의 호일 구조체(302)는 윗면 및 밑면에 층(304)을 가질 수 있다.
다양한 실시양태에서는, 스트립 코팅 플랜트에 의해, 예를 들어 액상 침착에 의해, 예컨대 분무 코팅, 커튼 코팅 및/또는 슬롯 다이 코팅에 의해, 활성 물질(예컨대, 액상 형태, 즉 용매에 용해된 형태)을 호일 구조체(302)에 도포하였을 수 있거나 도포할 수 있다.
후속 건조 공정(여기에서는, 호일 구조체(302)를 가열함)에서는 활성 물질로부터 잔류 용매를 임의적으로 제거할 수 있다.
도 11은 다양한 실시양태에 따른 방법에서의 에너지 저장 장치(1100)를 개략적인 측면도 또는 개략적인 단면도로 도시한다.
다양한 실시양태에서, 제 2 전극(1022)은 아래에서 더욱 상세하게 기재되는 바와 같이 제 1 전극(1012)과 유사한 방식으로 구성되었을 수 있거나 구성될 수 있다.
제 2 전극(1022)은 40㎛ 미만, 예컨대 약 35㎛ 미만, 예를 들어 약 30㎛ 미만, 예를 들어 약 25㎛ 미만, 예를 들어 약 20㎛ 미만, 예컨대 약 15㎛ 미만, 예를 들어 약 10㎛ 미만, 예를 들어 약 5㎛ 미만, 예컨대 약 10㎛ 내지 약 30㎛의 두께를 갖는 호일 구조체(302)(예를 들어, 전기 전도성 호일(302))를 포함할 수 있다.
제 2 전극(1022)은 제 2 전극(1022)의 호일 구조체(302) 상에 배치되는 또는 배치된 활성 물질(1022a)을 추가로 포함할 수 있으며, 제 2 전극(1022)의 활성 물질(1022a)은 제 2 전극(1022)의 제 2 화학 포텐셜을 제공한다.
제 2 전극(1022)(예컨대, 애노드)의 활성 물질(1022a)은 제 1 전극(1012)의 활성 물질(1012a)과 상이할 수 있다. 제 2 전극(1022)의 활성 물질(1022a)은 예를 들어 흑연(또는 예컨대 다른 구성의 탄소)을 포함하거나 그에 의해 형성될 수 있거나, 나노결정질 및/또는 비정질 규소를 포함하거나 그에 의해 형성될 수 있거나, 티탄산리튬(Li4Ti5O12)을 포함하거나 그에 의해 형성될 수 있거나, 또는 이산화주석(SnO2)을 포함하거나 그에 의해 형성될 수 있다.
뿐만 아니라, 제 2 전극(1022)은 층(304), 예를 들어 제 2 전극(1022)의 호일 구조체(302)와 제 2 전극(1022)의 활성 물질(1022a) 사이에 배치되는 접속 층 형태의 전기 전도성 층을 포함할 수 있고, 제 2 전극(1022)의 층(304)은 제 2 전극(1022)의 호일 구조체(302)의 적어도 대부분을 덮는 연속적인 미소 구조를 갖고/갖거나 제 2 전극(1022)의 층(304)은 제 2 전극(1022)의 호일 구조체(302)로의 강력한 화학적 결합을 갖는 미소구조체를 갖는다. 제 2 전극(1022)의 층(302)은 제 2 전극(1022)의 호일 구조체(302)와 적어도 부분적으로(즉, 부분적으로 또는 완전히) 물리적으로 접촉할 수 있다.
다양한 실시양태에서, 제 2 전극(1022)의 호일 구조체(302)는 상기 기재된 바와 같이 양 면에서 코팅되었을 수 있거나 코팅될 수 있다. 달리 말해, 제 2 전극(1022)의 호일 구조체(302)는 윗면 및 밑면 상에 층(304)을 가질 수 있다.
에너지 저장 장치(1100)는 제 1 전극(1012)에 접촉하고 예컨대 제 1 전극(1012)의 호일 구조체(302)에 전기적으로 연결되는 제 1 접속부(1012k)를 추가로 포함할 수 있다. 제 1 접속부(1012k)는 노출된 표면을 가질 수 있다.
에너지 저장 장치(1100)는 제 2 전극(1022)에 접촉하고 예를 들어 제 2 전극(1022)의 호일 구조체(302)에 전기적으로 연결되는 제 2 접속부(1022k)를 추가로 포함할 수 있다. 제 2 접속부(1022k)는 노출된 표면을 가질 수 있다.
예를 들어 에너지 저장 장치(1100)가 충전된 상태일 때 제 1 접속부(1012k)와 제 2 접속부(1022k) 사이에서 전위가 발생할 수 있고, 이는 제 1 화학 포텐셜과 제 2 화학 포텐셜 사이의 차이에 대략 상응한다.
에너지 저장 장치(1100)는 임의적으로 분리막(1040)을 포함할 수 있다. 분리막(1040)은 제 1 전극(1012)과 제 2 전극(1022), 달리 말해 음극 및 양극(즉, 캐쏘드 및 애노드)을 물리적으로 또한 전기적으로 서로 분리시킬 수 있다. 그러나, 분리막(1040)은 제 1 전극(1012)과 제 2 전극(1022) 사이에서 이동하는 이온에 대해 투과성일 수 있다. 제 1 전극(1012)과 제 2 전극(1022) 사이에서 이동하는 이온은 저장된 화학적 에너지(예를 들어, 에너지 저장 장치(1100)가 충전된 상태일 때)를 전기 에너지로 전환할 수 있으며, 이 때 전기 에너지는 접속부(1012k, 1022k)에서 전위를 제공한다. 분리막(1040)은 미세다공성 중합체를 포함하거나 그에 의해 형성될 수 있고/있거나, 분리막은 유리 섬유 또는 폴리에틸렌으로 구성되는 부직물을 포함하거나 그에 의해 형성될 수 있다.
다양한 실시양태에서, 제 1 전극(예컨대, 에너지 저장 장치의 애노드)은 예를 들어 40㎛ 미만의 두께를 갖는 호일 구조체(302); 호일 구조체(302) 상에 배치되는 활성 물질; 호일 구조체(302)와 활성 물질 사이에 배치되는 층을 포함할 수 있으며, 이 때 상기 활성 물질은 전극의 제 1 화학 포텐셜을 제공하고, 티탄산리튬을 포함하거나 그에 의해 형성되며, 상기 층은 호일 구조체(302)의 적어도 대부분을 덮는 연속적인 미소구조체를 갖고/갖거나, 상기 층은 호일 구조체(302)에 대한 강력한 화학 결합을 갖는 미소구조체를 가지며, 층(304)은 비정질 탄소를 포함하거나 그에 의해 형성된다.
다르게는 또는 추가로, 제 2 전극(예컨대, 에너지 저장 장치의 캐쏘드)은 예를 들어 40㎛ 미만의 두께를 갖는 호일 구조체(302); 호일 구조체(302) 상에 배치되는 활성 물질; 호일 구조체(302)와 활성 물질 사이에 배치되는 층을 포함할 수 있으며, 이 때 상기 활성 물질은 전극의 제 1 화학 포텐셜을 제공하고, 리튬-코발트를 포함하거나 그에 의해 형성되며, 상기 층은 호일 구조체(302)의 적어도 대부분을 덮는 연속적인 미소구조체를 갖고/갖거나, 상기 층은 호일 구조체(302)에 대한 강력한 화학 결합을 갖는 미소구조체를 가지며, 층(304)은 비정질 탄소를 포함하거나 그에 의해 형성된다.
이후, 다양한 예가 개시된다:
예 1:
진공 챔버의 코팅 영역에 40㎛ 미만의 두께를 갖는 호일 구조체(302)를 수송하고(110); 기체 코팅 물질을 사용하여 호일 구조체(302)를 보호 층으로 코팅함(120)을 포함하고, 이 때 상기 보호 층이 연속적인 탄소 미소구조체를 갖는, 방법(100a, 200a, 700, 800).
예 2:
제 1 예에 있어서,
상기 호일 구조체(302)가 하나 이상의 중합체와 하나 이상의 금속의 적층체를 포함하거나, 또는
상기 호일 구조체(302)가 금속에 의해 제조되거나, 또는
상기 호일 구조체(302)가 중합체에 의해 제조되는, 방법(100a, 200a, 700, 800).
예 3:
제 2 예에 있어서,
상기 방법(100a, 200a, 700, 800)이, 호일 구조체(302)의 표면 층(302p)을 제거하여 호일 구조체(302)의 금속을 적어도 부분적으로 노출시킴으로써 금속 표면이 형성되도록 함을 추가로 포함하는, 방법(100a, 200a, 700, 800).
예 4:
제 1 예 내지 제 3 예중 어느 한 예에 있어서,
상기 기체 코팅 물질이 금속 또는 반-금속을 포함하는 방법(100a, 200a, 700, 800).
예 5:
제 1 예 내지 제 4 예중 어느 한 예에 있어서,
상기 방법(100a, 200a, 700, 800)이, 추가적인 기체 코팅 물질을 사용하여 호일 구조체(302)를 코팅함을 추가로 포함하고, 이 때
상기 기체 코팅 물질을 사용하여 제 1 층을 형성시키고, 상기 추가적인 기체 코팅 물질을 사용하여 제 2 층을 형성시키고/시키거나,
상기 기체 코팅 물질 및 상기 추가적인 기체 코팅 물질을 사용하여 연결 층(joint layer)을 형성시키고, 상기 기체 코팅 물질 및 상기 추가적인 기체 코팅 물질이 적어도 부분적으로 서로 혼합되는, 방법(100a, 200a, 700, 800).
예 6:
제 5 예에 있어서,
상기 제 2 층이 상기 제 1 층과 호일 구조체(302) 사이에 배치되고/되거나, 상기 제 2 층이 금속 탄화물, 금속 질화물 및/또는 금속을 포함하는, 방법(100a, 200a, 700, 800).
예 7:
제 1 예 내지 제 6 예중 어느 한 예에 있어서,
상기 방법(100a, 200a, 700, 800)이, 에너지 펄스를 발생시켜 코팅을 가열함으로써 코팅이 구조적으로 변화되도록 함을 추가로 포함하는, 방법(100a, 200a, 700, 800).
예 8:
제 1 예 내지 제 7 예중 어느 한 예에 있어서,
상기 연속적인 탄소 미소구조체가 호일 구조체(302)의 적어도 대부분을 덮고/덮거나, 상기 연속적인 탄소 미소구조체가 상기 호일 구조체에 대해 강력한 화학적 결합을 갖는, 방법(100a, 200a, 700, 800).
예 9:
제 1 예 내지 제 8 예중 어느 한 예에 있어서,
상기 방법(100a, 200a, 700, 800)이, 호일 구조체 상에 활성 물질(1012a)을 도포하여 제 1 화학 포텐셜(chemical potential)을 갖는 제 1 전극(1012)을 형성시키고; 제 1 전극(1012)을, 제 2 화학 포텐셜을 갖는 제 2 전극(1022)과 조립하고; 제 1 전극(1012)과 제 2 전극(1022)을 봉입(encapsulating)시킴을 추가로 포함하는 방법(100a, 200a, 700, 800).
예 10:
제 1 예 내지 제 9 예중 어느 한 예에 따른 방법(100a, 200a, 700, 800)에 의해 가공되는 호일 구조체(302)의 에너지 저장 장치(1000b, 1100)에서의 용도.
예 11:
제 1 화학 포텐셜을 갖는 제 1 전극(1012), 제 2 화학 포텐셜을 갖는 제 2 전극(1022), 및 제 1 전극(1012)과 제 2 전극(1022)을 둘러싸는 봉입재(1030)를 포함하는 에너지 저장 장치(1000b, 1100)로서, 이 때
상기 전극(1012)이, 250㎛ 미만의 두께를 갖는 지지 구조체(302), 지지 구조체(302) 상에 배치되는 활성 물질(1012a), 지지 구조체(302)와 활성 물질(1012a) 사이에 배치되는 보호 층(304)을 추가로 포함하고,
상기 활성 물질(1012a)이 제 1 전극(1012)의 제 1 화학 포텐셜을 제공하며,
상기 보호 층(304)이 지지 구조체(302)의 적어도 대부분을 덮는 연속적인 탄소 미소구조체를 갖고/갖거나 상기 보호 층(304)이 지지 구조체(302)에 대한 강력한 화학적 결합을 갖는 탄소 미소구조체를 갖는, 에너지 저장 장치(1000b, 1100).
예 12:
제 11 예에 있어서,
상기 지지 구조체(302)가 40㎛ 미만의 두께를 갖는 호일 구조체(302)를 포함하는, 에너지 저장 장치(1000b, 1100).
예 13:
하나 이상의 코팅 영역(803)을 갖는 진공 챔버(802);
물질 증기에 의해 연속적인 탄소 미소구조체가 형성되도록 하는 방식으로 코팅 영역(803)에서 물질 증기를 생성시키도록 구성된 하나 이상의 물질 증기 공급원(306);
코팅 영역(803) 내로 도입되는 호일 구조체(302)를 롤로부터 풀기 위한 풀림(winding-off) 롤러(502a);
코팅 영역(803) 밖으로 수송되는 호일 구조체(302)를 권취하여 롤을 형성하기 위한 권취(winding-up) 롤러(502b);
호일 구조체(302)가 풀림 롤러와 권취 롤러 사이에서 코팅 영역을 통해 수송되는 수송 경로를 한정하는 복수개의 수송 롤러(508);
호일 구조체(302)의 일정한 전진 이동을 생성시키기 위하여, 상기 복수개의 수송 롤러의 적어도 대부분, 상기 풀림 롤러 및 상기 권취 롤러에 연결되는 구동 시스템
을 포함하며, 이 때
상기 복수개의 수송 롤러의 대부분이, 상기 수송 경로를 편향 롤러의 회전 축에 대해 수직으로 편향시키기 위한 하나 이상의 편향 롤러를 갖고,
상기 복수개의 수송 롤러의 대부분이, 횡방향 연신 롤러의 회전 축을 따라 호일 구조체(302)에 장력을 주기 위한 하나 이상의 횡방향 연신 롤러를 갖는,
코팅 설비.

Claims (7)

  1. 진공 챔버의 코팅 영역에 40㎛ 미만의 두께를 갖는 호일 구조체(302)를 수송하고(110);
    금속을 포함하는 기체 코팅 물질을 사용하여 호일 구조체(302)를 보호 층으로 코팅하고(120);
    상기 호일 구조체 상에 활성 물질(1012a)을 도포하여 제 1 화학 포텐셜(chemical potential)을 갖는 제 1 전극(1012)을 형성시키고;
    제 1 전극(1012)을, 제 2 화학 포텐셜을 갖는 제 2 전극(1022)과 조립하고;
    제 1 전극(1012)과 제 2 전극(1022)을 봉입(encapsulating)시킴
    을 포함하는, 방법(100a, 200a, 700, 800).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 호일 구조체(302)가 하나 이상의 중합체와 하나 이상의 금속의 적층체를 포함하거나, 또는
    상기 호일 구조체(302)가 금속에 의해 제조되거나, 또는
    상기 호일 구조체(302)가 중합체에 의해 제조되는, 방법(100a, 200a, 700, 800).
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 방법(100a, 200a, 700, 800)이,
    호일 구조체(302)의 표면 층(302p)을 제거하여 호일 구조체(302)의 금속을 적어도 부분적으로 노출시킴으로써 금속 표면이 형성되도록 함
    을 추가로 포함하는, 방법(100a, 200a, 700, 800).
  4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법(100a, 200a, 700, 800)이,
    추가적인 기체 코팅 물질을 사용하여 호일 구조체(302)를 코팅함
    을 추가로 포함하고, 이 때
    상기 기체 코팅 물질을 사용하여 제 1 층을 형성시키고, 상기 추가적인 기체 코팅 물질을 사용하여 제 2 층을 형성시키고/시키거나,
    상기 기체 코팅 물질 및 상기 추가적인 기체 코팅 물질을 사용하여 연결 층(joint layer)을 형성시키고, 이때 상기 기체 코팅 물질 및 상기 추가적인 기체 코팅 물질이 적어도 부분적으로 서로 혼합되는, 방법(100a, 200a, 700, 800).
  5. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법(100a, 200a, 700, 800)이,
    에너지 펄스를 발생시켜 코팅을 가열함으로써 코팅이 구조적으로 변화되도록 함
    을 추가로 포함하는, 방법(100a, 200a, 700, 800).
  6. 제 1 항 내지 제 5 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 호일 구조체(302)를 코팅하는 것(120)이 호일 구조체(302)의 적어도 대부분(major part)을 덮는 연속적인 미소구조체를 형성하고/하거나,
    상기 호일 구조체(302)를 코팅하는 것(120)이 상기 호일 구조체에 대해 강력한 화학적 결합을 갖는 미소구조체를 형성하는, 방법(100a, 200a, 700, 800).
  7. 제 1 항 내지 제 6 항중 어느 한 항에 있어서
    상기 호일 구조체(302)를 포함하는 에너지 저장 장치(1000b, 1100)를 형성함을 추가로 포함하는 방법(100a, 200a, 700, 800).
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