KR20210107012A - 전자 또는 전기화학 장치를 위한 컨택 유닛 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 외부 전도성 요소와의 전기적 컨택을 생성하도록 구성된, 배터리(1)와 같은 전자 또는 전기화학 장치를 위한 컨택 유닛(40)으로서, 상기 전자 또는 전기화학 장치는 전기적 접속 영역(50)을 정의하는 컨택 표면(51)을 포함하고, 상기 컨택 유닛(40)은 적어도 상기 전기적 접속 영역(50) 상에 배치된 제 1 층(41)을 포함하며, 상기 제 1 층(41)은, 전기 전도성 입자로 입자로 충전된 재료, 바람직하게는 전기 전도성 입자로 충전된 중합체 수지 및/또는 졸-겔 공정에 의해 수득된 재료, 더 바람직하게는 흑연으로 충전된 중합체 수지를 포함한다.
Description
본 발명은 전자 또는 전기화학 장치를 위한 전기 컨택 유닛, 특히, 배터리의 전기 컨택 유닛에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 개선된 서비스 수명을 컨택 유닛, 및 상기 컨택 유닛을 포함하는 전자 또는 전기화학 장치에 부여하는 신규한 아키텍처를 갖는 상술한 컨택 유닛을 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 특히, 리튬 이온 배터리로 구현될 수 있다.
배터리와 같은 일부 타입의 전자 또는 전기화학 장치는 습기에 매우 민감한 것으로 알려져 있다. 특히, 수분에 민감한 배터리의 한 예를 나타내는 리튬 이온 배터리의 경우, 리튬은 물과 자발적으로 반응하여 수산화 리튬을 형성한다. 물과 반응한 일정양의 리튬은 더 이상 에너지 저장에 사용할 수 없으므로 조기 노화로 인해 배터리 용량이 감소한다. 이 때문에, 배터리를 제조하는 동안 완벽하게 무수 상태를 유지하려면 세심한 의를 기울여야 한다. 마찬가지로, 시간이 지남에 따라 수명을 보장하기 위해, 배터리는 새로운 용량 손실을 유발할 수 있는 물의 침투를 방지하는 밀폐 캡슐화에 의해 외부 환경으로부터 보호된다.
이러한 캡슐화 구조를 통한 물의 침투는 잘 알려진 현상이다. 캡슐화의 불 투과성은 일반적으로 수증기의 투과율로 표현된다(영어로 수증기 투과율이라고하며 WVTR로 약칭). 이 투과율은 사용되는 재료, 제조 방법 및 두께에 따라 달라진다.
캡슐화의 품질은 리튬 이온 배터리에 매우 중요한다. ALD(원자 층 증착)에 의한 성막 기술은 완전히 밀봉된 표준 방식으로 배터리 표면을 덮는데 특히, 적합하다. 이는 예를 들어 WO 2017/115032(I-TEN)에 설명되어 있다. 이러한 기술을 통해 결함없이 완벽하게 컨포멀한 박막을 생산할 수 있다. 이러한 박막은 물과 산소 분자의 침투에 대해 배터리를 우수한 수준으로 보호하므로, 전기 컨택들이 캡슐을 통과하는 지점에서만 이러한 분자의 침투가 여전히 가능하며, 통상적으로, 이 지점이 배터리의 불침투성 손실을 결정한다.
금속화된 막이 알려져 있으며 습기로부터 파우치 셀을 지속적으로 보호하기 위해 많이 사용된다. 일반적으로, 주어진 두께의 재료에 대해 금속은 매우 불투과성인 막을 생산할 수 있게 해주며, 세라믹을 기반으로 한 것 보다 더 불투수성이며, 일반적으로 물의 통과에 매우 기밀하지 않는 중합체를 기반으로 한 것보다 훨씬 더 불침투성을 갖는다.
또한, 이러한 컨택 유닛을 제조하는 방법은 일반적으로 이를 포함하는 전자 및/또는 전기화학 장치를 열화시킬 수 있는 고열 처리의 사용을 필요로 한다. 이는, 특히, 다공성 전극 및/또는 이온성 액체에 기초한 전해질로 함침된 전해질이 제공된 리튬 이온 배터리의 경우에서 그러하다.
WO 2013/064779(I-TEN)는 캐소드 및 각각 애노드 집전체가 보이는 지점, 즉 절연 전해질로 코팅되지 않은 지점에 전기 컨택 유닛이 추가된 다층 리튬 이온 배터리를 설명한다. 이러한 전기 컨택 유닛은 배터리의 일 측의 모든 애노드와 다른 측의 모든 캐소드 간의 전기적 접속을 하는 역할을 한다. 이러한 컨택 유닛은 애노드와 캐소드의 표면을 전기적으로 서로 접속한다. 이러한 전기 컨택 유닛는 금속 전도성을 가진 커버 부재이다. 이러한 전기 컨택 유닛은 단일 금속성 층, 예를 들어, 주석의 형태로 생산되거나, 다층으로 구성될 수 있다. 즉, 은 함유 수지와 같은 도전성 중합체의 제 1 층, 니켈의 제 2 층 및 주석의 제 3 층의 다층으로 구성된다. 이러한 3층 복합체에서, 니켈 층은 용접 조립 단계에서 중합체 층을 보호하고 주석 층은 배터리 계면의 용접성을 제공한다. 그러나, 니켈 층 및 주석 층은 종종 다공성이며 대기와 관련하여 배터리를 완전히 보호하지 못한다. 더욱이, 수지 층에 포함 된 은 입자는 배터리의 동작 전압 범위에서 불활성이 아니다. 또한, 이러한 3층 복합체는 제조 비용이 더 많이 든다.
본 발명은 상기 언급된 종래 기술의 일부 결점을 적어도 부분적으로 개선하는 것을 목표로 한다.
특히, 더 적은 비용으로 더 효율적인 전기 컨택 유닛, 특히, 배터리의 서비스 수명을 개선하기 위해 매우 낮은 수증기 투과율을 갖는 밀봉된 전기 컨택 유닛을 생산하는 것을 목표로 한다.
또한, 내부 저항이 낮은 전기 컨택 유닛을 생산하는 것을 목표로 한다. 또한, 전자 회로에 용접하여 마이크로 배터리와 같은 전자 및 전기화학 장치를 조립할 수 있게 하는 전기 컨택 유닛을 생산하는 것을 목표로 한다. 특히, 전기 컨택 유닛을 포함하는 전자 또는 전기화학적 장치와 보다 긴 서비스 수명을 갖는 전자 또는 전기화학적 장치의 성능을 저하시키지 않고서, 간단하고 구현하기 쉬우며 신뢰성 있고 빠른 방식으로 전기 컨택 유닛을 제조할 수 있는 방법을 제안하고자 한다. 특히, 단락의 위험을 줄이고 특히, 자기 방전이 낮은 배터리와 같은 전기화학 장치를 제조할 수 있는 방법을 제안하고자 한다.
상기 목적들 중 적어도 하나는 아래에 제시된 본 발명에 따른 목적들 중 적어도 하나에 의해 달성된다. 본 발명은 외부 전도성 요소와의 전기적 컨택을 제공하도록 구성된, 배터리와 같은 전자 또는 전기화학 장치를 위한 컨택 유닛을 첫 번째 목적으로 제안하고, 상기 전자 또는 전기화학 장치는 전기적 접속 영역을 정의하는 컨택 표면을 포함하고, 상기 컨택 유닛은 적어도 전기적 접속 영역 상에 배치된 제 1 층을 포함하고, 이 제 1 층은 전기 전도성 입자로 충전재 재료, 바람직하게는, 전기 전도성 입자로 충전된 중합체 수지 및/또는 졸-겔 공정에 의해 수득된 재료, 그리고 훨씬 더 바람직하게는, 흑연으로 충전된 중합체 수지를 포함한다.
유리하게는, 전기 전도성 입자는 티타늄, 질화물. 또는 탄소, 특히, 카본 블랙, 그래파이트 또는 그래핀의 형태의 탄소로 이루어진다.
유리하게는, 이 컨택 유닛은 전기 전도성 입자로 충전된 재료의 제 1 층 상에 배치된, 바람직하게는 금속 호일을 포함하는 제 2 층을 포함한다. 이 금속 호일은 바람직하게는 알루미늄 호일, 구리 호일, 티타늄 호일, 몰리브덴 호일, 스테인리스 스틸 호일 및 금속성 구리를 포함하는 호일로부터 선택된다. 제 2 층은 바람직하게는 20㎛ 미만, 바람직하게는 10㎛ 미만의 두께를 갖는다. 금속 호일의 금속은 스테인레스 스틸과 같은 합금이거나 구리, 알루미늄, 티타늄 또는 몰리브덴과 같은 순수 금속일 수 있다.
애노드와 캐소드를 서로 접촉시키기 위해 사용되는 본 발명에 따른 컨택 유닛의 금속 호일들의 특성들은 서로 상이할 수 있다.
유리하게는, 이 컨택 유닛은 순수한 주석 및/또는 순수한 아연 및/또는 주석-금속 합금을 포함하는 제 3 층을 포함하며, 여기서 금속은 아연, 납, 팔라듐, 금, 구리 및 이들의 혼합물로부터 선택되고, 상기 제 3 층은 제 2 층 상에 배치된다.
유리하게는, 이 컨택 유닛은 제 3 층 상에 배치된, 순수한 주석의 제 4 층 또는 은, 팔라듐 및 구리를 포함하는 합금의 제 4 층을 포함한다.
위에서 지적한 바와 같이, 2 개의 층, 3 개의 층 또는 4 개의 층을 포함하는 컨택 유닛의 각 층은 위의 제 1 목적으로 구현될 수 있으며, 그의 화학적 특성 및 제 1 층의 화학적 특성에 관계없이, 임의의 기술적으로 양립 가능한 조합에 따라 사용될 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 일부 조합이 아래에 제시된다.
다른 실시예에서, 본 발명은 다른 목적으로, 외부 전도성 요소와의 전기적 컨택을 제공하도록 구성된, 배터리와 같은 전자 또는 전기화학 장치를 위한 컨택 유닛을 제안한다. 상기 전자 또는 전기화학 장치는 전기적 접속 영역을 정의하는 컨택 표면을 포함하며, 상기 컨택 유닛은 :
- 적어도 전기적 접속 영역 상에 배치된 제 1 층으로서, 이 제 1 층은 전기 전도성 입자로 충전된 재료, 바람직하게는 전기 전도성 입자로 충전된 중합체 수지 및/또는 졸-겔 공정에 의해 수득된 재료를 포함하고, 더 바람직하게는 흑연으로 충전된 중합체 수지를 포함하는, 상기 제 1 층, 및
- 바람직하게는 금속 호일을 포함하고, 전기 전도성 입자로 충전된 재료의 제 1 층 상에 배치된 제 2 층을 포함한다.
이 금속 호일은 바람직하게는 알루미늄 호일, 구리 호일, 티타늄 호일, 몰리브덴 호일, 스테인리스 스틸 호일 및 금속성 구리를 포함하는 호일로부터 선택된다. 제 2 층은 바람직하게는 20 μm 미만의 두께, 바람직하게는 10 μm 미만의 두께를 갖는다. 금속 호일의 금속은 스테인레스 스틸과 같은 합금이거나 구리, 알루미늄, 티타늄 또는 몰리브덴과 같은 순수 금속일 수 있다.
애노드와 캐소드를 서로 접촉시키기 위해 사용되는 본 발명에 따른 컨택 유닛의 금속 호일들의 특성들은 서로 상이할 수 있다.
다른 실시예에서, 본 발명은 외부 전도성 요소와의 전기적 컨택을 제공하도록 구성된, 배터리와 같은 전자 또는 전기화학 장치를 위한 컨택 유닛을 다른 목적으로 제안한다. 상기 전자 또는 전기화학 장치는 전기적 접속 영역을 정의하는 컨택 표면을 포함하며, 상기 컨택 유닛은 다음을 포함한다.
- 적어도 전기적 접속 영역 상에 배치된 제 1 층으로서, 이 제 1 층은 전기 전도성 입자로 충전된 재료, 바람직하게는 전기 전도성 입자로 충전된 중합체 수지 및/또는 졸-겔 공정에 의해 수득된 재료를 포함하고, 더 바람직하게는 흑연으로 충전된 중합체 수지를 포함하는, 제 1 층,
- 전기 전도성 입자로 충전된 재료의 제 1 층 상에 배치된, 금속성 구리를 포함하는 제 2 층.
다른 실시예에서, 본 발명은 외부 전도성 요소와의 전기적 컨택을 제공하도록 구성된, 배터리와 같은 전자 또는 전기화학 장치를 위한 컨택 유닛을 다른 목적으로 제안한다. 상기 전자 또는 전기화학 장치는 전기적 접속 영역을 정의하는 컨택 표면을 포함하며, 상기 컨택 유닛은 다음을 포함한다:
- 적어도 전기적 접속 영역 상에 배치된 제 1 층으로서, 이 제 1 층은 전기 전도성 입자로 충전된 재료, 바람직하게는 전기 전도성 입자로 충전된 중합체 수지 및/또는 졸-겔 공정에 의해 수득된 재료를 포함하고, 더 바람직하게는 흑연으로 충전된 중합체 수지를 포함하는, 제 1 층,
- 바람직하게는 전기 전도성 입자로 충전된 재료의 제 1 층 상에 배치된 금속 호일을 포함하는 제 2 층,
- 순수한 주석을 포함하고, 제 2 층 상에 배치된 제 3 층.
이 금속 호일은 바람직하게는 알루미늄 호일, 구리 호일, 티타늄 호일, 몰리브덴 호일, 스테인리스 스틸 호일 및 금속성 구리를 포함하는 호일로부터 선택된다. 제 2 층은 바람직하게는 20㎛ 미만, 바람직하게는 10㎛ 미만의 두께를 갖는다. 금속 호일의 금속은 스테인레스 스틸과 같은 합금이거나 구리, 알루미늄, 티타늄 또는 몰리브덴과 같은 순수 금속일 수 있다.
애노드와 캐소드를 서로 접촉시키기 위해 사용되는 본 발명에 따른 컨택 유닛의 금속 호일들의 특성들은 서로 상이할 수 있다.
다른 실시예에서, 본 발명은 외부 전도성 요소와의 전기적 컨택을 제공하도록 구성된, 배터리와 같은 전자 또는 전기화학 장치를 위한 컨택 유닛을 다른 목적으로 제안한다. 상기 전자 또는 전기화학 장치는 전기적 접속 영역을 정의하는 컨택 표면을 포함하며, 상기 컨택 유닛은 다음을 포함한다:
- 적어도 전기적 접속 영역 상에 배치된 제 1 층으로서, 이 제 1 층은 전기 전도성 입자로 충전된 재료, 바람직하게는 전기 전도성 입자로 충전된 중합체 수지 및/또는 졸-겔 공정에 의해 수득된 재료를 포함하고, 더 바람직하게는 흑연으로 충전된 중합체 수지를 포함하는, 제 1 층,
- 바람직하게는 전기 전도성 입자로 충전된 재료의 제 1 층 상에 배치된 금속 호일을 포함하는 제 2 층, 및
- 제 2 층 상에 배치된 순수한 아연을 포함하는 제 3 층.
이 금속 호일은 바람직하게는 알루미늄 호일, 구리 호일, 티타늄 호일, 몰리브덴 호일, 스테인리스 스틸 호일 및 금속성 구리를 포함하는 호일로부터 선택된다. 제 2 층은 바람직하게는 20㎛ 미만, 바람직하게는 10㎛ 미만의 두께를 갖는다. 금속 호일의 금속은 스테인레스 스틸과 같은 합금이거나 구리, 알루미늄, 티타늄 또는 몰리브덴과 같은 순수 금속일 수 있다.
애노드와 캐소드를 서로 접촉시키기 위해 사용되는 본 발명에 따른 컨택 유닛의 금속 호일들의 특성들은 서로 상이할 수 있다.
다른 실시예에서, 본 발명은 외부 전도성 요소와의 전기적 컨택을 제공하도록 구성된, 배터리와 같은 전자 또는 전기화학 장치를 위한 컨택 유닛을 다른 목적으로 제안한다. 상기 전자 또는 전기화학 장치는 전기적 접속 영역을 정의하는 컨택 표면을 포함하며, 상기 컨택 유닛은 다음을 포함한다:
- 적어도 전기적 접속 영역 상에 배치된 제 1 층으로서, 이 제 1 층은 전기 전도성 입자로 충전된 재료, 바람직하게는 전기 전도성 입자로 충전된 중합체 수지 및/또는 졸-겔 공정에 의해 수득된 재료를 포함하고, 더 바람직하게는 흑연으로 충전된 중합체 수지를 포함하는, 제 1 층,
- 바람직하게는 전기 전도성 입자로 충전된 재료의 제 1 층 상에 배치된 금속 호일을 포함하는 제 2 층, 및
- 제 2 층 상에 배치된 주석-금속 합금을 포함하는 제 3 층.
이 금속 호일은 바람직하게는 알루미늄 호일, 구리 호일, 티타늄 호일, 몰리브덴 호일, 스테인리스 스틸 호일 및 금속성 구리를 포함하는 호일로부터 선택된다. 제 2 층은 바람직하게는 20㎛ 미만, 바람직하게는 10㎛ 미만의 두께를 갖는다. 금속 호일의 금속은 스테인레스 스틸과 같은 합금이거나 구리, 알루미늄, 티타늄 또는 몰리브덴과 같은 순수 금속일 수 있다.
애노드와 캐소드를 서로 접촉시키기 위해 사용되는 본 발명에 따른 컨택 유닛의 금속 호일들의 특성들은 서로 상이할 수 있다.
유리하게는, 주석-금속 합금의 금속은 아연, 납, 팔라듐, 금, 구리 및 이들의 혼합물로부터 선택된다.
다른 실시예에서, 본 발명은 외부 전도성 요소와의 전기적 컨택을 제공하도록 구성된, 배터리와 같은 전자 또는 전기화학 장치를 위한 컨택 유닛을 다른 목적으로 제안한다. 상기 전자 또는 전기화학 장치는 전기적 접속 영역을 정의하는 컨택 표면을 포함하며, 상기 컨택 유닛은 다음을 포함한다:
- 적어도 전기적 접속 영역 상에 배치된 제 1 층으로서, 이 제 1 층은 전기 전도성 입자로 충전된 재료, 바람직하게는 전기 전도성 입자로 충전된 중합체 수지 및/또는 졸-겔 공정에 의해 수득된 재료를 포함하고, 더 바람직하게는 흑연으로 충전된 중합체 수지를 포함하는, 제 1 층,
- 바람직하게는 전기 전도성 입자로 충전된 재료의 제 1 층 상에 배치된 금속 호일을 포함하는 제 2 층,
- 순수한 주석을 포함하는 제 3 층으로서, 제 2 층 상에 배치된 제 3 층, 및
- 제 3 층 위에 배치된 순수한 주석의 제 4 층.
이 금속 호일은 바람직하게는 알루미늄 호일, 구리 호일, 티타늄 호일, 몰리브덴 호일, 스테인리스 스틸 호일 및 금속성 구리를 포함하는 호일로부터 선택된다. 제 2 층은 바람직하게는 20㎛ 미만, 바람직하게는 10㎛ 미만의 두께를 갖는다. 금속 호일의 금속은 스테인레스 스틸과 같은 합금이거나 구리, 알루미늄, 티타늄 또는 몰리브덴과 같은 순수 금속일 수 있다.
애노드와 캐소드를 서로 접촉시키기 위해 사용되는 본 발명에 따른 컨택 유닛의 금속 호일들의 특성들은 서로 상이할 수 있다.
다른 실시예에서, 본 발명은 외부 전도성 요소와의 전기적 컨택을 제공하도록 구성된, 배터리와 같은 전자 또는 전기화학 장치를 위한 컨택 유닛을 다른 목적으로 제안한다. 상기 전자 또는 전기화학 장치는 전기적 접속 영역을 정의하는 컨택 표면을 포함하며, 상기 컨택 유닛은 다음을 포함한다:
- 적어도 전기적 접속 영역 상에 배치된 제 1 층으로서, 이 제 1 층은 전기 전도성 입자로 충전된 재료, 바람직하게는 전기 전도성 입자로 충전된 중합체 수지 및/또는 졸-겔 공정에 의해 수득된 재료를 포함하고, 더 바람직하게는 흑연으로 충전된 중합체 수지를 포함하는, 제 1 층,
- 바람직하게는 전기 전도성 입자로 충전된 재료의 제 1 층 상에 배치된 금속 호일을 포함하는 제 2 층,
- 제 2 층 상에 배치된 순수한 아연을 포함하는 제 3 층,
- 제 3 층 위에 배치된 순수한 주석의 제 4 층.
이 금속 호일은 바람직하게는 알루미늄 호일, 구리 호일, 티타늄 호일, 몰리브덴 호일, 스테인리스 스틸 호일 및 금속성 구리를 포함하는 호일로부터 선택된다.
제 2 층은 바람직하게는 20㎛ 미만, 바람직하게는 10㎛ 미만의 두께를 갖는다.
금속 호일의 금속은 스테인레스 스틸과 같은 합금이거나 구리, 알루미늄, 티타늄 또는 몰리브덴과 같은 순수 금속일 수 있다.
애노드와 캐소드를 서로 접촉시키기 위해 사용되는 본 발명에 따른 컨택 유닛의 금속 호일들의 특성들은 서로 상이할 수 있다.
다른 실시예에서, 본 발명은 외부 전도성 요소와의 전기적 컨택을 제공하도록 구성된, 배터리와 같은 전자 또는 전기화학 장치를 위한 컨택 유닛을 다른 목적으로 제안한다.
상기 전자 또는 전기화학 장치는 전기적 접속 영역을 정의하는 컨택 표면을 포함하며, 상기 컨택 유닛은
- 적어도 전기적 접속 영역 상에 배치된 제 1 층으로서, 이 제 1 층은 전기 전도성 입자로 충전된 재료, 바람직하게는 전기 전도성 입자로 충전된 중합체 수지 및/또는 졸-겔 공정에 의해 수득된 재료를 포함하고, 더 바람직하게는 흑연으로 충전된 중합체 수지를 포함하는, 제 1 층,
- 바람직하게는 전기 전도성 입자로 충전된 재료의 제 1 층 상에 배치된 금속 호일을 포함하는 제 2 층,
- 제 2 층 상에 배치된 주석-금속 합금을 포함하는 제 3 층, 및
- 제 3 층 위에 배치된 순수한 주석의 제 4 층.
유리하게는, 주석-금속 합금의 금속은 아연, 납, 팔라듐, 금, 구리 및 이들의 혼합물로부터 선택된다. 이 금속 호일은 바람직하게는 알루미늄 호일, 구리 호일, 티타늄 호일, 몰리브덴 호일, 스테인리스 스틸 호일 및 금속성 구리를 포함하는 호일로부터 선택된다. 제 2 층은 바람직하게는 20㎛ 미만, 바람직하게는 10㎛ 미만의 두께를 갖는다. 금속 호일의 금속은 스테인레스 스틸과 같은 합금이거나 구리, 알루미늄, 티타늄 또는 몰리브덴과 같은 순수 금속일 수 있다.
애노드와 캐소드를 서로 접촉시키기 위해 사용되는 본 발명에 따른 컨택 유닛의 금속 호일들의 특성들은 서로 상이할 수 있다.
다른 실시예에서, 본 발명은 외부 전도성 요소와의 전기적 컨택을 제공하도록 구성된, 배터리와 같은 전자 또는 전기화학 장치를 위한 컨택 유닛을 다른 목적으로 제안한다. 상기 전자 또는 전기화학 장치는 전기적 접속 영역을 정의하는 컨택 표면을 포함하며, 상기 컨택 유닛은 다음을 포함한다:
- 적어도 전기적 접속 영역 상에 배치된 제 1 층으로서, 이 제 1 층은 전기 전도성 입자로 충전된 재료, 바람직하게는 전기 전도성 입자로 충전된 중합체 수지 및/또는 졸-겔 공정에 의해 수득된 재료를 포함하고, 더 바람직하게는 흑연으로 충전된 중합체 수지를 포함하는, 제 1 층,
- 바람직하게는 전기 전도성 입자로 충전된 재료의 제 1 층 상에 배치된 금속 호일을 포함하는 제 2 층,
- 순수한 주석을 포함하는 제 3 층으로서, 제 2 층 상에 배치된 제 3 층, 및
- 은, 팔라듐 및 구리를 포함하는 합금의 제 4 층으로서, 제 3 층 상에 배치된 제 4 층.
이 금속 호일은 바람직하게는 알루미늄 호일, 구리 호일, 티타늄 호일, 몰리브덴 호일, 스테인리스 스틸 호일 및 금속성 구리를 포함하는 호일로부터 선택된다. 제 2 층은 바람직하게는 20㎛ 미만, 바람직하게는 10㎛ 미만의 두께를 갖는다. 금속 호일의 금속은 스테인레스 스틸과 같은 합금이거나 구리, 알루미늄, 티타늄 또는 몰리브덴과 같은 순수 금속일 수 있다.
애노드와 캐소드를 서로 접촉시키기 위해 사용되는 본 발명에 따른 컨택 유닛의 금속 호일들의 특성들은 서로 상이할 수 있다.
다른 실시예에서, 본 발명은 외부 전도성 요소와의 전기적 컨택을 제공하도록 구성된, 배터리와 같은 전자 또는 전기화학 장치를 위한 컨택 유닛을 다른 목적으로 제안한다. 상기 전자 또는 전기화학 장치는 전기적 접속 영역을 정의하는 컨택 표면을 포함하며, 상기 컨택 유닛은 다음을 포함한다:
- 적어도 전기적 접속 영역 상에 배치된 제 1 층으로서, 이 제 1 층은 전기 전도성 입자로 충전된 재료, 바람직하게는 전기 전도성 입자로 충전된 중합체 수지 및/또는 졸-겔 공정에 의해 수득된 재료를 포함하고, 더 바람직하게는 흑연으로 충전된 중합체 수지를 포함하는, 제 1 층,
- 바람직하게는 전기 전도성 입자로 충전된 재료의 제 1 층 상에 배치된 금속 호일을 포함하는 제 2 층,
- 제 2 층 상에 배치된 순수한 아연을 포함하는 제 3 층,
- 은, 팔라듐 및 구리를 포함하는 합금의 제 4 층으로서, 제 3 층 상에 배치된 제 4 층.
이 금속 호일은 바람직하게는 알루미늄 호일, 구리 호일, 티타늄 호일, 몰리브덴 호일, 스테인리스 스틸 호일 및 금속성 구리를 포함하는 호일로부터 선택된다. 제 2 층은 바람직하게는 20㎛ 미만, 바람직하게는 10㎛ 미만의 두께를 갖는다. 금속 호일의 금속은 스테인레스 스틸과 같은 합금이거나 구리, 알루미늄, 티타늄 또는 몰리브덴과 같은 순수 금속일 수 있다.
애노드와 캐소드를 서로 접촉시키기 위해 사용되는 본 발명에 따른 컨택 유닛의 금속 호일들의 특성들은 서로 상이할 수 있다.
다른 실시예에서, 본 발명은 외부 전도성 요소와의 전기적 컨택을 제공하도록 구성된, 배터리와 같은 전자 또는 전기화학 장치를 위한 컨택 유닛을 다른 목적으로 제안한다. 상기 전자 또는 전기화학 장치는 전기적 접속 영역을 정의하는 컨택 표면을 포함하며, 상기 컨택 유닛은 다음을 포함한다:
- 적어도 전기적 접속 영역 상에 배치된 제 1 층으로서, 이 제 1 층은 전기 전도성 입자로 충전된 재료, 바람직하게는 전기 전도성 입자로 충전된 중합체 수지 및/또는 졸-겔 공정에 의해 수득된 재료를 포함하고, 더 바람직하게는 흑연으로 충전된 중합체 수지를 포함하는, 제 1 층,
- 바람직하게는 전기 전도성 입자로 충전된 재료의 제 1 층 상에 배치된 금속 호일을 포함하는 제 2 층,
- 제 2 층 상에 배치된 주석-금속 합금을 포함하는 제 3 층, 및
- 은, 팔라듐 및 구리를 포함하는 합금의 제 4 층으로서, 제 3 층 상에 배치된 제 4 층.
이 금속 호일은 바람직하게는 알루미늄 호일, 구리 호일, 티타늄 호일, 몰리브덴 호일, 스테인리스 스틸 호일 및 금속성 구리를 포함하는 호일로부터 선택된다. 제 2 층은 바람직하게는 20㎛ 미만, 바람직하게는 10㎛ 미만의 두께를 갖는다. 금속 호일의 금속은 스테인레스 스틸과 같은 합금이거나 구리, 알루미늄, 티타늄 또는 몰리브덴과 같은 순수 금속일 수 있다.
애노드와 캐소드를 서로 접촉시키기 위해 사용되는 본 발명에 따른 컨택 유닛의 금속 호일들의 특성들은 서로 상이할 수 있다.
유리하게는, 주석-금속 합금의 금속은 아연, 납, 팔라듐, 금, 구리 및 이들의 혼합물로부터 선택된다.
다른 실시예에서, 본 발명은 외부 전도성 요소와의 전기적 컨택을 제공하도록 구성된, 배터리와 같은 전자 또는 전기화학 장치를 위한 컨택 유닛을 다른 목적으로 제안한다. 상기 전자 또는 전기화학 장치는 전기적 접속 영역을 정의하는 컨택 표면을 포함하며, 상기 컨택 유닛은 다음을 포함한다:
- 적어도 전기적 접속 영역 상에 배치된 제 1 층으로서, 이 제 1 층은 전기 전도성 입자로 충전된 재료, 바람직하게는 전기 전도성 입자로 충전된 중합체 수지 및/또는 졸-겔 공정에 의해 수득된 재료를 포함하고, 더 바람직하게는 흑연으로 충전된 중합체 수지를 포함하는, 제 1 층,
- 바람직하게는 전기 전도성 입자로 충전된 재료의 제 1 층 상에 배치된 금속 호일을 포함하는 제 2 층,
- 순수한 주석을 포함하는 제 3 층으로서, 제 2 층 상에 배치된 제 3 층, 및
- 은, 팔라듐 및 구리로 구성된 합금의 제 4 층으로서, 제 3 층 상에 배치된 제 4 층.
이 금속 호일은 바람직하게는 알루미늄 호일, 구리 호일, 티타늄 호일, 몰리브덴 호일, 스테인리스 스틸 호일 및 금속성 구리를 포함하는 호일로부터 선택된다. 제 2 층은 바람직하게는 20㎛ 미만, 바람직하게는 10㎛ 미만의 두께를 갖는다. 금속 호일의 금속은 스테인레스 스틸과 같은 합금이거나 구리, 알루미늄, 티타늄 또는 몰리브덴과 같은 순수 금속일 수 있다.
애노드와 캐소드를 서로 접촉시키기 위해 사용되는 본 발명에 따른 컨택 유닛의 금속 호일들의 특성들은 서로 상이할 수 있다.
다른 실시예에서, 본 발명은 외부 전도성 요소와의 전기적 컨택을 제공하도록 구성된, 배터리와 같은 전자 또는 전기화학 장치를 위한 컨택 유닛을 다른 목적으로 제안한다. 상기 전자 또는 전기화학 장치는 전기적 접속 영역을 정의하는 컨택 표면을 포함하며, 상기 컨택 유닛은 다음을 포함한다:
- 적어도 전기적 접속 영역 상에 배치된 제 1 층으로서, 이 제 1 층은 전기 전도성 입자로 충전된 재료, 바람직하게는 전기 전도성 입자로 충전된 중합체 수지 및/또는 졸-겔 공정에 의해 수득된 재료를 포함하고, 더 바람직하게는 흑연으로 충전된 중합체 수지를 포함하는, 제 1 층,
- 바람직하게는 전기 전도성 입자로 충전된 재료의 제 1 층 상에 배치된 금속 호일을 포함하는 제 2 층,
- 제 2 층 상에 배치된 순수한 아연을 포함하는 제 3 층, 및
- 은, 팔라듐 및 구리로 구성된 합금의 제 4 층으로서, 제 3 층 상에 배치된 제 4 층.
이 금속 호일은 바람직하게는 알루미늄 호일, 구리 호일, 티타늄 호일, 몰리브덴 호일, 스테인리스 스틸 호일 및 금속성 구리를 포함하는 호일로부터 선택된다. 제 2 층은 바람직하게는 20㎛ 미만, 바람직하게는 10㎛ 미만의 두께를 갖는다. 금속 호일의 금속은 스테인레스 스틸과 같은 합금이거나 구리, 알루미늄, 티타늄 또는 몰리브덴과 같은 순수 금속일 수 있다.
애노드와 캐소드를 서로 접촉시키기 위해 사용되는 본 발명에 따른 컨택 유닛의 금속 호일들의 특성들은 서로 상이할 수 있다.
다른 실시예에서, 본 발명은 외부 전도성 요소와의 전기적 컨택을 제공하도록 구성된, 배터리와 같은 전자 또는 전기화학 장치를 위한 컨택 유닛을 다른 목적으로 제안한다. 상기 전자 또는 전기화학 장치는 전기적 접속 영역을 정의하는 컨택 표면을 포함하며, 상기 컨택 유닛은 다음을 포함한다:
- 적어도 전기적 접속 영역 상에 배치된 제 1 층으로서, 이 제 1 층은 전기 전도성 입자로 충전된 재료, 바람직하게는 전기 전도성 입자로 충전된 중합체 수지 및/또는 졸-겔 공정에 의해 수득된 재료를 포함하고, 더 바람직하게는 흑연으로 충전된 중합체 수지를 포함하는, 제 1 층,
- 바람직하게는 전기 전도성 입자로 충전된 재료의 제 1 층 상에 배치된 금속 호일을 포함하는 제 2 층,
- 제 2 층 상에 배치된 주석-금속 합금을 포함하는 제 3 층, 및
- 은, 팔라듐 및 구리로 구성된 합금의 제 4 층으로서, 제 3 층 상에 배치된 제 4 층.
이 금속 호일은 바람직하게는 알루미늄 호일, 구리 호일, 티타늄 호일, 몰리브덴 호일, 스테인리스 스틸 호일 및 금속성 구리를 포함하는 호일로부터 선택된다. 제 2 층은 바람직하게는 20㎛ 미만, 바람직하게는 10㎛ 미만의 두께를 갖는다. 금속 호일의 금속은 스테인레스 스틸과 같은 합금이거나 구리, 알루미늄, 티타늄 또는 몰리브덴과 같은 순수 금속일 수 있다.
애노드와 캐소드를 서로 접촉시키기 위해 사용되는 본 발명에 따른 컨택 유닛의 금속 호일들의 특성들은 서로 상이할 수 있다.
유리하게는, 주석-금속 합금의 금속은 아연, 납, 팔라듐, 금, 구리 및 이들의 혼합물로부터 선택된다.
다른 실시예에서, 본 발명은 외부 전도성 요소와의 전기적 컨택을 제공하도록 구성된, 배터리와 같은 전자 또는 전기화학 장치를 위한 컨택 유닛을 다른 목적으로 제안한다. 상기 전자 또는 전기화학 장치는 전기적 접속 영역을 정의하는 컨택 표면을 포함하며, 상기 컨택 유닛은 다음을 포함한다.
- 적어도 전기적 접속 영역 상에 배치된 제 1 층으로서, 이 제 1 층은 전기 전도성 입자로 충전된 재료, 바람직하게는 전기 전도성 입자로 충전된 중합체 수지 및/또는 졸-겔 공정에 의해 수득된 재료를 포함하고, 더 바람직하게는 흑연으로 충전된 중합체 수지를 포함하는, 제 1 층,
- 전기 전도성 입자로 충전된 재료의 제 1 층 상에 배치된 금속성 구리를 포함하는 제 2 층, 및
- 순수한 주석을 포함하고, 제 2 층 상에 배치된 제 3 층.
다른 실시예에서, 본 발명은 외부 전도성 요소와의 전기적 컨택을 제공하도록 구성된, 배터리와 같은 전자 또는 전기화학 장치를 위한 컨택 유닛을 다른 목적으로 제안한다. 상기 전자 또는 전기화학 장치는 전기적 접속 영역을 정의하는 컨택 표면을 포함하며, 상기 컨택 유닛은 다음을 포함한다:
- 적어도 전기적 접속 영역 상에 배치된 제 1 층으로서, 이 제 1 층은 전기 전도성 입자로 충전된 재료, 바람직하게는 전기 전도성 입자로 충전된 중합체 수지 및/또는 졸-겔 공정에 의해 수득된 재료를 포함하고, 더 바람직하게는 흑연으로 충전된 중합체 수지를 포함하는, 제 1 층,
- 전기 전도성 입자로 충전된 재료의 제 1 층 상에 배치된 금속성 구리를 포함하는 제 2 층, 및
- 제 2 층 상에 배치된 순수한 아연을 포함하는 제 3 층.
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- 전기 전도성 입자로 충전된 재료의 제 1 층 상에 배치된 금속성 구리를 포함하는 제 2 층, 및
- 제 2 층 상에 배치된 주석-금속 합금을 포함하는 제 3 층.
유리하게는, 주석-금속 합금의 금속은 아연, 납, 팔라듐, 금, 구리 및 이들의 혼합물로부터 선택된다.
다른 실시예에서, 본 발명은 외부 전도성 요소와의 전기적 컨택을 제공하도록 구성된, 배터리와 같은 전자 또는 전기화학 장치를 위한 컨택 유닛을 다른 목적으로 제안한다. 상기 전자 또는 전기화학 장치는 전기적 접속 영역을 정의하는 컨택 표면을 포함하며, 상기 컨택 유닛은 다음을 포함한다:
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- 전기 전도성 입자로 충전된 재료의 제 1 층 상에 배치된 금속성 구리를 포함하는 제 2 층,
- 순수한 주석을 포함하는 제 3 층으로서, 제 2 층 상에 배치된 제 3 층, 및
- 제 3 층 위에 배치된 순수한 주석의 제 4 층.
다른 실시예에서, 본 발명은 외부 전도성 요소와의 전기적 컨택을 제공하도록 구성된, 배터리와 같은 전자 또는 전기화학 장치를 위한 컨택 유닛을 다른 목적으로 제안한다. 상기 전자 또는 전기화학 장치는 전기적 접속 영역을 정의하는 컨택 표면을 포함하며, 상기 컨택 유닛은 다음을 포함한다:
- 적어도 전기적 접속 영역 상에 배치된 제 1 층으로서, 이 제 1 층은 전기 전도성 입자로 충전된 재료, 바람직하게는 전기 전도성 입자로 충전된 중합체 수지 및/또는 졸-겔 공정에 의해 수득된 재료를 포함하고, 더 바람직하게는 흑연으로 충전된 중합체 수지를 포함하는, 제 1 층,
- 전기 전도성 입자로 충전된 재료의 제 1 층 상에 배치된 금속성 구리를 포함하는 제 2 층,
- 제 2 층 상에 배치된 순수한 아연을 포함하는 제 3 층, 및
- 제 3 층 위에 배치된 순수한 주석의 제 4 층.
다른 실시예에서, 본 발명은 외부 전도성 요소와의 전기적 컨택을 제공하도록 구성된, 배터리와 같은 전자 또는 전기화학 장치를 위한 컨택 유닛을 다른 목적으로 제안한다. 상기 전자 또는 전기화학 장치는 전기적 접속 영역을 정의하는 컨택 표면을 포함하며, 상기 컨택 유닛은 다음을 포함한다:
- 적어도 전기적 접속 영역 상에 배치된 제 1 층으로서, 이 제 1 층은 전기 전도성 입자로 충전된 재료, 바람직하게는 전기 전도성 입자로 충전된 중합체 수지 및/또는 졸-겔 공정에 의해 수득된 재료를 포함하고, 더 바람직하게는 흑연으로 충전된 중합체 수지를 포함하는, 제 1 층,
- 전기 전도성 입자로 충전된 재료의 제 1 층 상에 배치된 금속성 구리를 포함하는 제 2 층,
- 제 2 층 상에 배치된 주석-금속 합금을 포함하는 제 3 층, 및
- 제 3 층 위에 배치된 순수한 주석의 제 4 층.
유리하게는, 주석-금속 합금의 금속은 아연, 납, 팔라듐, 금, 구리 및 이들의 혼합물로부터 선택된다.
다른 실시예에서, 본 발명은 외부 전도성 요소와의 전기적 컨택을 제공하도록 구성된, 배터리와 같은 전자 또는 전기화학 장치를 위한 컨택 유닛을 다른 목적으로 제안한다. 상기 전자 또는 전기화학 장치는 전기적 접속 영역을 정의하는 컨택 표면을 포함하며, 상기 컨택 유닛은 다음을 포함한다:
- 적어도 전기적 접속 영역 상에 배치된 제 1 층으로서, 이 제 1 층은 전기 전도성 입자로 충전된 재료, 바람직하게는 전기 전도성 입자로 충전된 중합체 수지 및/또는 졸-겔 공정에 의해 수득된 재료를 포함하고, 더 바람직하게는 흑연으로 충전된 중합체 수지를 포함하는, 제 1 층,
- 전기 전도성 입자로 충전된 재료의 제 1 층 상에 배치된 금속성 구리를 포함하는 제 2 층,
- 순수한 주석을 포함하는 제 3 층으로서, 제 2 층 상에 배치된 제 3 층, 및
- 은, 팔라듐 및 구리를 포함하는 합금의 제 4 층으로서, 제 3 층 상에 배치된 제 4 층.
다른 실시예에서, 본 발명은 외부 전도성 요소와의 전기적 컨택을 제공하도록 구성된, 배터리와 같은 전자 또는 전기화학 장치를 위한 컨택 유닛을 다른 목적으로 제안한다. 상기 전자 또는 전기화학 장치는 전기적 접속 영역을 정의하는 컨택 표면을 포함하며, 상기 컨택 유닛은 다음을 포함한다:
- 적어도 전기적 접속 영역 상에 배치된 제 1 층으로서, 이 제 1 층은 전기 전도성 입자로 충전된 재료, 바람직하게는 전기 전도성 입자로 충전된 중합체 수지 및/또는 졸-겔 공정에 의해 수득된 재료를 포함하고, 더 바람직하게는 흑연으로 충전된 중합체 수지를 포함하는, 제 1 층,
- 전기 전도성 입자로 충전된 재료의 제 1 층 상에 배치된 금속성 구리를 포함하는 제 2 층,
- 제 2 층 상에 배치된 순수한 아연을 포함하는 제 3 층, 및
- 은, 팔라듐 및 구리를 포함하는 합금의 제 4 층으로서, 제 3 층 상에 배치된 제 4 층.
다른 실시예에서, 본 발명은 외부 전도성 요소와의 전기적 컨택을 제공하도록 구성된, 배터리와 같은 전자 또는 전기화학 장치를 위한 컨택 유닛을 다른 목적으로 제안한다. 상기 전자 또는 전기화학 장치는 전기적 접속 영역을 정의하는 컨택 표면을 포함하며, 상기 컨택 유닛은 다음을 포함한다:
- 적어도 전기적 접속 영역 상에 배치된 제 1 층으로서, 이 제 1 층은 전기 전도성 입자로 충전된 재료, 바람직하게는 전기 전도성 입자로 충전된 중합체 수지 및/또는 졸-겔 공정에 의해 수득된 재료를 포함하고, 더 바람직하게는 흑연으로 충전된 중합체 수지를 포함하는, 제 1 층,
- 전기 전도성 입자로 충전된 재료의 제 1 층 상에 배치된 금속성 구리를 포함하는 제 2 층,
- 제 2 층 상에 배치된 주석-금속 합금을 포함하는 제 3 층,
- 은, 팔라듐 및 구리를 포함하는 합금의 제 4 층으로서, 제 3 층 상에 배치된 제 4 층.
유리하게는, 주석-금속 합금의 금속은 아연, 납, 팔라듐, 금, 구리 및 이들의 혼합물로부터 선택된다.
다른 실시예에서, 본 발명은 외부 전도성 요소와의 전기적 컨택을 제공하도록 구성된, 배터리와 같은 전자 또는 전기화학 장치를 위한 컨택 유닛을 다른 목적으로 제안한다. 상기 전자 또는 전기화학 장치는 전기적 접속 영역을 정의하는 컨택 표면을 포함하며, 상기 컨택 유닛은 다음을 포함한다:
- 적어도 전기적 접속 영역 상에 배치된 제 1 층으로서, 이 제 1 층은 전기 전도성 입자로 충전된 재료, 바람직하게는 전기 전도성 입자로 충전된 중합체 수지 및/또는 졸-겔 공정에 의해 수득된 재료를 포함하고, 더 바람직하게는 흑연으로 충전된 중합체 수지를 포함하는, 제 1 층,
- 전기 전도성 입자로 충전된 재료의 제 1 층 상에 배치된 금속성 구리를 포함하는 제 2 층,
- 순수한 주석을 포함하는 제 3 층으로서, 제 2 층 상에 배치된 제 3 층, 및
- 은, 팔라듐 및 구리로 구성된 합금의 제 4 층으로서, 제 3 층 상에 배치된 제 4 층.
다른 실시예에서, 본 발명은 외부 전도성 요소와의 전기적 컨택을 제공하도록 구성된, 배터리와 같은 전자 또는 전기화학 장치를 위한 컨택 유닛을 다른 목적으로 제안한다. 상기 전자 또는 전기화학 장치는 전기적 접속 영역을 정의하는 컨택 표면을 포함하며, 상기 컨택 유닛은 다음을 포함한다:
- 적어도 전기적 접속 영역 상에 배치된 제 1 층으로서, 이 제 1 층은 전기 전도성 입자로 충전된 재료, 바람직하게는 전기 전도성 입자로 충전된 중합체 수지 및/또는 졸-겔 공정에 의해 수득된 재료를 포함하고, 더 바람직하게는 흑연으로 충전된 중합체 수지를 포함하는, 제 1 층,
- 전기 전도성 입자로 충전된 재료의 제 1 층 상에 배치된 금속성 구리를 포함하는 제 2 층,
- 제 2 층 상에 배치된 순수한 아연을 포함하는 제 3 층, 및
- 은, 팔라듐 및 구리로 구성된 합금의 제 4 층으로서, 제 3 층 상에 배치된 제 4 층.
다른 실시예에서, 본 발명은 외부 전도성 요소와의 전기적 컨택을 제공하도록 구성된, 배터리와 같은 전자 또는 전기화학 장치를 위한 컨택 유닛을 다른 목적으로 제안한다. 상기 전자 또는 전기화학 장치는 전기적 접속 영역을 정의하는 컨택 표면을 포함하며, 상기 컨택 유닛은 다음을 포함한다:
- 적어도 전기적 접속 영역 상에 배치된 제 1 층으로서, 이 제 1 층은 전기 전도성 입자로 충전된 재료, 바람직하게는 전기 전도성 입자로 충전된 중합체 수지 및/또는 졸-겔 공정에 의해 수득된 재료를 포함하고, 더 바람직하게는 흑연으로 충전된 중합체 수지를 포함하는, 제 1 층,
- 전기 전도성 입자로 충전된 재료의 제 1 층 상에 배치된 금속성 구리를 포함하는 제 2 층,
- 제 2 층 상에 배치된 주석-금속 합금을 포함하는 제 3 층, 및
- 은, 팔라듐 및 구리로 구성된 합금의 제 4 층으로서, 제 3 층 상에 배치된 제 4 층.
유리하게는, 주석-금속 합금의 금속은 아연, 납, 팔라듐, 금, 구리 및 이들의 혼합물로부터 선택된다.
본 발명의 또 다른 목적은 본 발명에 따른 적어도 하나의 컨택 유닛을 포함하는 전자 또는 전기화학 장치이며, 전자 또는 전기화학 장치는 바람직하게는 커패시터, 배터리 또는 리튬 이온 배터리로부터 선택된다.
본 발명의 다른 목적은 다음 단계들을 포함하는, 배터리와 같은 전자 또는 전기화학 장치의 적어도 하나의 컨택 유닛을 제조하는 방법이다:
a. 전자 또는 전기화학 장치를 제공하는 단계로서, 상기 전자 또는 전기화학 장치는 전기적 접속 영역을 정의하는 컨택 표면을 포함하는, 상기 장치를 제공하는 단계; 및
b. 적어도 상기 전기적 접속 영역, 바람직하게는, 적어도 상기 컨택 표면 상에, 제 1 층을 성막하는 단계로서, 상기 제 1 층은 전기 전도성 입자로 충전된 재료를 포함하고, 바람직하게는 전기 전도성 입자로 충전된 중합체 수지 및/또는 졸-겔 공정에 의해 수득된 재료를 포함하는, 상기 성막하는 단계.
유리하게는, 상기 방법은, 상기 단계 b) 이후에, 상기 제 1 층이 전기 전도성 입자로 충전된 중합체 수지 및/또는 졸-겔 공정에 의해 수득된 재료로부터 형성될 때, 건조 단계 및 상기 건조 단계 이후에, 상기 중합체 수지 및/또는 졸-겔 공정에 의해 수득된 상기 재료을 중합하는 단계를 포함한다.
유리하게는, 상기 방법은, 상기 단계 b) 이후 또는 상기 중합 단계 이후에,
c. 상기 제 1 층(41) 상에 금속 호일 또는 잉크를 바람직하게는 침지에 의해 성막하는 단계로서, 상기 잉크는 유기구리 화합물 또는 입자, 바람직하게는, 구리 나노 입자 형태의 구리를 포함하는, 상기 성막하는 단계; 및
d. 적어도 상기 성막된 제 2 층을 열처리하여 전도성 층(42, 42')을 수득하는 단계를 포함한다.
금속 호일은 바람직하게는 알루미늄 호일, 구리 호일, 티타늄 호일, 몰리브덴 호일, 스테인리스-스틸 호일 및 금속성 구리를 포함하는 호일로부터 선택된다. 제 2 층은 바람직하게는 20 μm 미만의 두께, 바람직하게는 10 μm 미만의 두께를 갖는다. 금속 호일의 금속은 스테인레스 스틸과 같은 합금이거나 구리, 알루미늄, 티타늄 또는 몰리브덴과 같은 순수 금속일 수 있다.
애노드와 캐소드를 서로 접촉시키기 위해 사용되는 본 발명에 따른 컨택 유닛의 금속 호일들의 특성들은 서로 상이할 수 있다.
잉크가 상기 제 1 층 상에 성막된 때에, 잉크는 유리하게는 침지에 의해서 성막된다.
상기 방법은, 상기 단계 d) 이후에,
e. 적어도, 상기 제 1 층 및 상기 제 2 층으로 코팅된, 상기 전자 또는 전기화학 장치의 상기 전기적 접속 영역 상에, 순수한 주석 및/또는 아연 및/또는 주석-금속 합금을 성막하는 단계를 포함하며, 상기 주석-금속 합금의 금속은 아연, 납, 팔라듐, 금, 구리 및 이들의 혼합물로부터 선택되며, 바람직하게는 순수한 주석 및/또는 또는 아연은 전착에 의해 성막되고 바람직하게는 상기 주석-금속 합금은 상기 주석-금속 합금의 용융 조 내로의 침지에 의해 성막된다.
유리하게는, 상기 방법은, 상기 단계 e) 후에,
f. 적어도, 상기 제 1 층, 상기 제 2 층 및 상기 제 3 층으로 코팅된, 상기 전자 또는 전기화학 장치의 상기 전기적 접속 영역 상에, 전착에 의해 순수한 주석 층 또는 은, 팔라듐 및 구리를 포함하는 합금 층을 성막하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에서, 본 발명은 외부 전도성 요소와의 전기적 컨택을 제공하도록 구성된, 배터리와 같은 전자 또는 전기화학 장치를 위한 컨택 유닛을 다른 목적으로 제안한다. 상기 전자 또는 전기화학 장치는 전기적 접속 영역을 정의하는 컨택 표면을 포함하며, 상기 컨택 유닛은 다음을 포함한다:
- 적어도 전기적 접속 영역 상에 배치된 제 1 층으로서, 이 제 1 층은 전기 전도성 입자로 충전된 재료, 바람직하게는 전기 전도성 입자로 충전된 중합체 수지 및/또는 졸-겔 공정에 의해 수득된 재료를 포함하고, 더 바람직하게는 흑연으로 충전된 중합체 수지를 포함하는, 제 1 층,
- 은으로 충전된 에폭시 수지 층과 같은, 제 1 층 상에 배치된 전도성 중합체의 제 2 층,
- 제 2 층 상에 배치된 제 3 니켈 층, 및
- 제 3 층 상에 배치된 제 4 주석 층.
이하에서는, 본 발명을 첨부된 도면을 참조한 실시예를 통하여 더 상세히 설명한다. 그러나, 그러한 실시예나 도면들은 단지 비제한적인 예시들에 불과하다.
[도 1a], [도 1b], [도 1c] 및 [도 1d]는 본 발명의 4 가지 변형예에 따라 전기적 접속 영역에 배치된 컨택 유닛을 개략적으로 보여준다.
[도 1a]는 본 발명의 제 1 변형예에 따른 컨택 유닛을 구성하는 각종 요소의 내부 구조를 나타낸 것이다.
[도 1b]는 본 발명의 제 2 변형예에 따른 컨택 유닛을 구성하는 각종 요소의 내부 구조를 나타낸 것이다.
[도 1c]는 본 발명의 제 3 변형예에 따른 컨택 유닛을 구성하는 각종 요소의 내부 구조를 나타낸 것이다.
[도 1d]는 본 발명의 제 4 변형예에 따른 컨택 유닛을 구성하는 각종 요소의 내부 구조를 나타낸 것이다.
[도 2]는 중앙 소자와 중앙 소자의 양단에 배치된 두 개의 컨택 유닛을 보여주는 배터리를 개략적으로 보여준다.
[도 3]은 배터리의 III-III 선을 따라 절개된 정면도를 개략적으로 보여주며, 캡슐화 시스템으로 피복된 기본 셀들의 집합체로 구성된 중앙 소자의 내부 구조와 본 발명에 따른 컨택 유닛의 내부 구조를 보여준다.
[도 4]는 얇은 애노드 층과 캐소드 층 스택의 분해 사시도를 보여주며, 이러한 층들은 측방향으로 오프셋된다.
[도 5a]는 전기적 접속 영역, 즉 캡슐화 시스템에 의해 주변이 둘러싸여 있는 애노드 집전체를 보여주는 애노드의 출력부에서의 도면이다.
[도 5b]는 전기적 접속 영역, 즉 캡슐화 시스템에 의해 주변이 둘러싸여 있는 캐소드 집전체를 보여주는 캐소드의 출력부에서의 도면이다.
[도 6a], [도 6b], [도 6c], [도 6d]는 도 3과 유사한 배터리의 단면을 개략적으로 나타낸 정면도이다.
[도 6a]는 본 발명의 제 1 변형예에 따른 컨택 유닛을 구성하는 각종 요소의 내부 구조를 나타낸 것이다.
[도 6b]는 본 발명의 제 2 변형예에 따른 컨택 유닛을 구성하는 각종 요소의 내부 구조를 나타낸 것이다.
[도 6c]는 본 발명의 제 3 변형예에 따른 컨택 유닛을 구성하는 각종 요소의 내부 구조를 나타낸 것이다.
[도 6d]는 본 발명의 제 4 변형예에 따른 컨택 유닛을 구성하는 각종 요소의 내부 구조를 나타낸 것이다.
[도 1a]는 본 발명의 제 1 변형예에 따른 컨택 유닛을 구성하는 각종 요소의 내부 구조를 나타낸 것이다.
[도 1b]는 본 발명의 제 2 변형예에 따른 컨택 유닛을 구성하는 각종 요소의 내부 구조를 나타낸 것이다.
[도 1c]는 본 발명의 제 3 변형예에 따른 컨택 유닛을 구성하는 각종 요소의 내부 구조를 나타낸 것이다.
[도 1d]는 본 발명의 제 4 변형예에 따른 컨택 유닛을 구성하는 각종 요소의 내부 구조를 나타낸 것이다.
[도 2]는 중앙 소자와 중앙 소자의 양단에 배치된 두 개의 컨택 유닛을 보여주는 배터리를 개략적으로 보여준다.
[도 3]은 배터리의 III-III 선을 따라 절개된 정면도를 개략적으로 보여주며, 캡슐화 시스템으로 피복된 기본 셀들의 집합체로 구성된 중앙 소자의 내부 구조와 본 발명에 따른 컨택 유닛의 내부 구조를 보여준다.
[도 4]는 얇은 애노드 층과 캐소드 층 스택의 분해 사시도를 보여주며, 이러한 층들은 측방향으로 오프셋된다.
[도 5a]는 전기적 접속 영역, 즉 캡슐화 시스템에 의해 주변이 둘러싸여 있는 애노드 집전체를 보여주는 애노드의 출력부에서의 도면이다.
[도 5b]는 전기적 접속 영역, 즉 캡슐화 시스템에 의해 주변이 둘러싸여 있는 캐소드 집전체를 보여주는 캐소드의 출력부에서의 도면이다.
[도 6a], [도 6b], [도 6c], [도 6d]는 도 3과 유사한 배터리의 단면을 개략적으로 나타낸 정면도이다.
[도 6a]는 본 발명의 제 1 변형예에 따른 컨택 유닛을 구성하는 각종 요소의 내부 구조를 나타낸 것이다.
[도 6b]는 본 발명의 제 2 변형예에 따른 컨택 유닛을 구성하는 각종 요소의 내부 구조를 나타낸 것이다.
[도 6c]는 본 발명의 제 3 변형예에 따른 컨택 유닛을 구성하는 각종 요소의 내부 구조를 나타낸 것이다.
[도 6d]는 본 발명의 제 4 변형예에 따른 컨택 유닛을 구성하는 각종 요소의 내부 구조를 나타낸 것이다.
정의
달리 언급되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 "전도성"의 개념은 전기 전도성을 의미한다.
"잉크"는 지지체에 도포될 수 있고 응고 처리 후에 고체 전도 층을 제공할 수 있는 임의의 유체 조성물을 의미한다. 잉크는 특히, 현탁액 또는 용액일 수 있다. 전도 층을 얻을 수 있게 하는 잉크의 처리는 특히, 건조, 중합 또는 소결과 같은 열처리일 수 있다.
에폭시 수지는 하나 이상의 폴리에폭사이드 중합체를 포함하는 수지를 의미한다.
본 발명에 따른 배터리(1)와 같은 전자 또는 전기화학 장치의 전기 컨택 유닛(40)은 도 1a, 1b, 1c 및 1d에 도시된 바와 같이 상기 전자 또는 전기화학 장치의 적어도 하나의 전기적 접속 영역(50)에 배치된다. 도 1a, 1b, 1c 및 1d는 본 발명의 제 1, 제 2, 제 3 및/또는 제 4 실시예에 따라 각각 컨택 유닛을 구성하는 다양한 요소의 내부 구조를 도시하며, 여기서 컨택 유닛을 구성하는 다양한 층은, 그 전기 전도성 역할과는 별도로, 각각 특정 기능을 가지고 있다.
이하에서 설명되는 컨택 유닛은 당업자에 의해 가능하거나 예상될 수 있는 한, 전자 또는 전기화학 장치에서 구현될 수 있다. 이들 컨택 유닛은 상기 장치의 정확한 기능에 필요한 전기적 컨택을 확립하기 위해 전자 또는 전기화학 장치에 추가된다. 이들 컨택 유닛은 고체 전해질을 포함하는 배터리뿐만 아니라 액체 전해질로 함침된 고밀도 또는 다공성 전극을 포함하는 배터리의 정확한 기능에 필요한 전기적 컨택을 확립하는데 유리하게 사용될 수 있다.
전자 또는 전기화학 장치의 컨택 유닛(40)의 구조가, 이제 본 발명의 4 개의 실시예에 따라, 특히, 비제한적인 예로서, 리튬 이온 배터리와 같은 배터리(1)를 위한 본 발명에 따른 컨택 유닛(40)의 구조가, 설명될 것이다.
배터리(1)는 캡슐화 시스템(30) 및 본 발명에 따른 컨택 유닛(40)을 그 상에 성막할 수 있는 중앙 구조를 갖는다(참고, 도 2). 도 3은 캡슐화 시스템(30)에 의해 피복된 기본 셀(2)의 조립체를 포함하는 중앙 소자의 내부 구조 및 본 발명에 따른 컨택 부재(40)의 내부 구조를 도시하는 배터리(1)의 절취된 정면도이다. 각 기본 셀은 애노드(10) 및 캐소드(20)를 포함하며, 애노드 및 캐소드 각각은 박층의 스택으로 구성된다. 애노드는 전해질 재료의 박층(13), Li4Ti5O12와 같은 활성 애노드 재료의 박층(12), 얇은 금속성 층(11)(예를 들어, 스테인리스 강으로 제조됨), Li4Ti5O12와 같은 활성 애노드 재료(12)의 박층, 및 전해질 재료의 박층(13)을 연속하여 포함한다. 캐소드(20)은 전해질 재료(23)의 박층, LiMn2O4와 같은 활성 캐소드 재료(22)의 박층, 얇은 금속성 층(21)(예를 들어, 스테인레스 스틸로 제조됨), LiMn2O4와 같은 활성 캐소드 재료(22)의 박층, 및 전해질 재료의 박층(23)을 연속적으로 포함한다. 이 경우, 도 4에 도시된 바와 같이, 배터리가 적어도 하나의 애노드(10)와 적어도 하나의 캐소드(20)의 교대로 연속된 연속하는 스택을 포함하고, 이들의 두 개의 인접한 시트가 접근 가능한 접속 영역을 형성하도록 의도된 적어도 하나의 돌출 영역(RS)을 정의하며, 커버링 영역, 즉 캡슐화 시스템(30)에 의해 커버되는 영역을 형성하도록 의도된 적어도 하나의 리세스 영역(RR)을 정의한다.
기본 셀(2)을 구성하는 박층들을 적층하는 단계(참조, 도 4) 후에, 스택은 대기에 대한 배터리의 보호를 제공하기 위해 캡슐화 시스템(30)에 캡슐화될 수 있다. 캡슐화의 품질은 리튬 이온 배터리에서 가장 중요한다. 캡슐화 시스템(30)은 화학적으로 안정하고, 고온을 견디며, 습기에 대한 보호를 제공하며, 장벽 층의 기능을 수행하기 위해 대기에 불투과성이다. 캡슐화 시스템은 도시되지 않은 복수의 층으로 구성될 수 있으며, 상기 스택 상에 연속적으로 성막되거나, 특히, 보호가 필요한 물체의 부분들 상에 연속적으로 성막된다. 이 캡슐화 시스템은 전자 부품 또는 배터리의 전기 절연 및 밀봉을 실현하는 동시에 이들을 전기적으로 서로 및/또는 외부 접속 지점에 접속할 수 있는 가능성을 보장한다.
도 5a 및 5b에 도시된 바와 같이, 컨택 유닛(40)을 성막하기 전에, 캡슐화 시스템(30)에 의해 코팅된 스택은 절단 평면을 따라 절단되어 단일 배터리를 얻을 수 있으며, 여기서 배터리의 (+) 및 (-) 접속부들의 절단 평면 각각이 드러나며, 특히, 돌출 영역이 드러나며, 이로써 캡슐화 시스템이 상기 배터리의 6 개면 중 4 개를, 바람직하게는 연속적으로 피복하며, 이로써 캡슐화 시스템이 용접없이 조립될 수 있도록 하고, 배터리의 다른 두면은 후속적으로 컨택 유닛(40)에 의해 덮이게 된다. 유리하게는, 배터리는 캐소드 및 애노드 집전체가 각각 보이는 지점에서 컨택 유닛(40)을 포함한다. 바람직하게는, 애노드의 전기적 접속 영역(50) 및 캐소드의 전기적 접속 영역(50)은 스택의 서로 반대쪽에 위치한다(참조 : 도 5a 및 5b). 본 발명에 따른 컨택 유닛(40)이 이러한 전기적 접속 영역 상에 그리고 바람직하게 주변에 성막된다.
이제, 도 1a, 도 1b, 도 1c, 도 1d, 도 6a, 도 6b, 도 6c 및 도 6d와 관련하여 본 발명에 따른 컨택 유닛의 5 개의 실시예를 설명한다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 전기 컨택 유닛
본 발명에 따른 배터리(1)와 같은 전자 또는 전기화학 장치의 전기 컨택 유닛(40)은 전기 전도성 입자로 충전된 재료를 포함하는 제 1 층(41)을 포함한다. 이 재료는 유리하게는 상기 전자 또는 전기화학 장치에서 발생하는 전기화학 반응에 대해 불활성이다. 전기화학 장치의 경우, 이 재료는 유리하게는 상기 장치의 전극의 동작 전위에서 불활성이다. 이 재료는 바람직하게는 중합체 수지(바람직하게는 에폭시 수지) 및/또는 졸-겔 공정에 의해 수득된 재료이며, 이들은 전기 전도성 입자로 채워지고 유리하게는 상기 장치에서 발생하는 전기화학 반응에 대해 불활성인 재료이다. 이러한 재료는 도 1a에 도시된 바와 같이 전자 또는 전기화학 장치의 적어도 하나의 전기적 접속 영역(50) 상에 성막된다.
장치가 전기화학 장치인 경우, 본 발명에 따른 전기 컨택 유닛의 구성 또는 구조에 포함된 재료에 대해, 유리하게는 상기 장치에서 발생하는 전기화학 반응에 대해 불활성인 재료가 선택된다.
상기 전자 또는 전기화학 장치에서 발생하는 전기화학 반응에 대해 불활성인 전기 전도성 입자는 바람직하게는 탄소, 특히, 카본 블랙, 흑연 또는 그래핀 형태로 이루어지거나 티타늄 또는 질화물로 이루어진다. 컨택 저항을 최소화하기 위해, 이 제 1 층을 생성하는 데 사용되는 현탁액 또는 잉크의 탄소 함량은 바람직하게는 15 질량%보다 크다.
중합체 수지는 에폭시 수지일 수 있다. 중합체 수지는 유리하게는 하나 이상의 중합성 전구체 재료로부터 수득된 폴리에폭사이드, 바람직하게는 하나 이상의 광중합성 전구체 재료로부터 수득된 폴리에폭사이드일 수 있다. 유리하게는, 중합체 수지가 에폭시 수지인 경우, 사용되는 현탁액 또는 잉크의 탄소 함량은 카본 블랙의 15 질량%를 초과한다.
졸-겔 공정으로 얻은 재료는 실리카일 수 있다.
중합체 수지(바람직하게는, 에폭시 수지) 및/또는 졸-겔 공정으로 얻은 재료는 열처리와 같은 전자 또는 전기화학 장치를 생산하는데 사용되는 기술과도 양립되어야 한다. 예를 들어, 리튬 이온 배터리의 경우, 중합체 수지(바람직하게는 에폭시 수지) 및/또는 졸-겔 공정으로 얻은 재료는 리튬과 화학적으로 양립되어야 하며, 이러한 배터리를 제조하는 단계와 양립되어야 하며, 이는 재료의 특성의 열화를 방지하기 위한 것이다. 중합체 수지(바람직하게는 에폭시 수지) 및/또는 졸-겔 공정으로 얻은 재료는 화학적 관점과 열적 관점 모두에서 안정한 요소여야 한다.
탄소는 나노 입자 형태 및/또는 임의의 다른 형태로 중합체 수지 및/또는 졸-겔 공정에 의해 수득된 재료에 도입될 수 있다.
전기 전도성이고 배터리(1)와 같은 상기 전자 또는 전기화학 장치에서 발생하는 전기화학 반응에 대해 유리하게 불활성인 입자로 충전된 재료 층(41)은 전도성이다. 유리하게는, 특히, 전자 회로에 용접될 때 배터리(1)와 같은 전자 또는 전기화학 장치가 갖는 변형을 흡수할 수 있도록, 상기 재료 층(41)은 유연하다. 유연성 덕분에, 이 층은 기계적 스트레스의 경우 계면에서 파열될 위험이 없다.
또한, 장치가 삽입 재료를 포함하는 전기화학적 장치인 경우, 치수적으로 안정하다고 생각되더라도 삽입 재료는 삽입 정도에 따라 항상 약간 변형된다. 이는 특히, 리튬 삽입 재료를 포함하는 리튬 이온 배터리(1)의 경우에 그러하다. 따라서, 전기 전도성 입자로 충전된 재료 층(41)은 특히, 전극 재료의 삽입 및 분리 단계 동안 변형을 흡수함으로써 전기 컨택을 보호한다. 전기 전도성이고 탄소를 기반으로 하는 입자, 특히, 전기 전도성 입자로 충전된 재료 층에 존재하는 흑연은 변형될 수 없으며 종래 기술의 은으로 채원진 에폭시 수지와는 달리, 해당 장치의 성능을 저하시키지 않고 전기 컨택에서 우수한 전도성을 제공한다.
더욱이, 특히, 카본 블랙 또는 흑연 형태의 탄소는 은 또는 기타 귀금속보다 저렴하며, 특히, 카본 블랙 또는 흑연 형태의 탄소로 은 또는 기타 귀금속을 대체하면, 경제적 이점이 있다.
전기 전도성 입자로 충전된 재료 층, 바람직하게는, 탄소로 충전된 중합체 수지 층은 유리하게는 5 μm 내지 50 μm의 두께를 갖는다. 유리하게는, 이 제 1 층(41)은 그 저항률을 최소화하기 위해 50㎛ 미만의 두께를 갖는다: 이 제 1 층(41)이 얇을수록 저항성이 적다. 유리하게는, 이 제 1 층(41)은 5㎛의 최소 두께를 갖는다; 이는 첫째로 배터리와 같은 전자 또는 전기화학 장치의 전극의 모든 층 간에 양호한 전기적 컨택을 제공하는 것을 가능하게 하고, 둘째로 전극들 사이에 존재할 수 있는 임의의 정렬 또는 포지셔닝 결함을 보상할 수 있게 한다.
예를 들어, 전극이 Li4Ti5O12를 기반으로 하는 경우, 중합체 수지 및/또는 졸-겔 공정으로 얻은 재료는 바람직하게는 탄소로 충전된다. 탄소는 Li4Ti5O12를 기반으로 한 애노드의 동작 전위에서 불활성이다. 이 탄소는 카본 블랙, 그래파이트 또는 그래핀일 수 있다. 탄소는 나노 입자 형태 및/또는 임의의 다른 형태로 중합체 수지 및/또는 졸-겔 공정에 의해 수득된 재료에 도입될 수 있다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 이러한 전기 컨택 유닛(40)을 얻을 수 있게 하는 방법은 다음 단계들을 포함한다:
a. 전자 또는 전기화학 장치를 제공를 제공하는 단계, 상기 장치는 전기적 접속 영역(50)을 정의하는 컨택 표면(51)을 포함함,
b. 임의의 적합한 수단에 의해, 전기 전도성 입자로 충전된 재료, 바람직하게는 전기 전도성 입자로 충전된 중합체 수지 및/또는 졸-겔 공정에 의해 수득된 재료의 제 1 층(41)을 적어도 상기 전기적 접속 영역(50) 상에, 바람직하게는 적어도 컨택 표면(51) 상에 성막하는 단계, 여기서, 바람직하게는 이러한 성막 부분이 컨택 표면의 단부 위로 약간 돌출되어 전기적 접속 영역(50), 바람직하게는 컨택 표면(51)을 완전히 덮고, 예시적으로 도 6a에 도시된 바와 같은 배터리와 같은 장치의 최적 보호를 보장함.
전기 전도성 입자로 충전된 재료, 바람직하게는 흑연으로 충전된 재료, 바람직하게는 흑연으로 충전된 중합체 수지로 충전된 재료의 층(41)은 임의의 적절한 수단, 특히, 침지에 의해 성막될 수 있다. 이 층(41)은 바람직하게는 건조되고, 전기 전도성 입자로 충전된 재료가 중합체 수지 및/또는 졸-겔 공정에 의해 수득된 재료인 경우, 이 층은 유리하게는 다른 후속 성막 전에 중합된다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 전기 컨택 유닛
이 제 2 실시예에서, 제 1 층은 동일한 목적을 위해 제 1 실시예에서 이전에 나타낸 바와 같이, 성막된다.
유리하게는, 전자 또는 전기화학 장치의 전기 컨택 유닛(40)은 제 1 층(41) 상에 성막된 금속성 구리를 포함하는 제 2 층(42) 또는 제 1 층(41) 상에 성막된 금속 호일로 구성된 제 2 층(42')을 포함한다. 이 금속 호일은 바람직하게는 알루미늄 호일, 구리 호일, 티타늄 호일, 몰리브덴 호일, 스테인리스 스틸 호일 및 금속성 구리를 포함하는 호일에서 선택된다. 유리하게는, 이 금속 호일은 20㎛ 미만, 바람직하게는 10㎛ 미만, 보다 바람직하게는 약 5㎛, 훨씬 더 바람직하게는 5㎛ 미만의 두께를 갖는다. 금속 호일의 금속은 스테인레스 스틸과 같은 합금이거나 구리, 알루미늄, 티타늄 또는 몰리브덴과 같은 순수 금속일 수 있다.
애노드와 캐소드를 컨택시키는 데 사용되는 본 발명에 따른 컨택 유닛의 금속 호일들의 특성들은 서로 상이할 수 있다.
상기 제 1 층(41)은 전형적으로 전기 전도성 입자로 충전된 재료, 바람직하게는 전기 전도성 입자로 충전된 중합체 수지 및/또는 졸-겔 공정에 의해 수득된 재료를 포함한다(참조 : 도 1b 및 6b).
이 제 2 층(42, 42')은 두 가지 기능을 수행한다. 첫 번째는 구조체의 불투과성을 제공한다. 즉, 장치 내부에서 물의 이동을 방지하고 두 번째로 상기 제 1 층(41)을 대기, 특히, 공기와 습기로부터 보호한다. 따라서, 이 제 2 층(42, 42')은 구조체의 열화를 방지하고 전자 또는 전기화학 장치의 서비스 수명을 향상시킨다. 또한, 전자 또는 전기화학 장치가 "집적 회로"로 표현되는 더 잘 알려진 전자 칩에 집적될 때, 금속성 구리를 포함하는 제 2 층(42)은 집적 회로의 다양한 구성 요소 간의 접속을 용이하게 하고 궁극적으로 그 구현을 용이하게 한다.
본 발명에 따른 이러한 전기 컨택 유닛(40)을 얻는 방법은 다음의 단계를 포함한다:
a. 전자 또는 전기화학 장치를 제공하는 단계, 상기 장치는 전기적 접속 영역(50)을 정의하는 컨택 표면(51)을 포함함,
b. 임의의 적절한 수단에 의해, 전기 전도성 입자로 충전된 재료, 바람직하게는 전기 전도성 입자로 충전된 중합체 수지 및/또는 졸-겔 공정에 의해 수득된 재료의 제 1 층(41)을 적어도 상기 전기적 접속 영역(50) 상에, 바람직하게는 적어도 컨택 표면(51) 상에 성막하는 단계, 여기서 바람직하게는 이러한 성막된 부분이 컨택 표면의 단부 위로 약간 돌출되어 전기적 접속 영역(50), 바람직하게는 컨택 표면(51)을 완전히 덮고, 따라서 장치의 최적의 보호를 보장함(참조 도 5a 및 5b),
c. 임의의 적절한 수단에 의해, 상기 제 1 층(41) 상에, 금속 호일, 또는 유기구리 화합물 또는 입자, 바람직하게는 구리 나노 입자 형태의 구리를 포함하는 잉크를 성막하는 단계,
d. 전도 층(42, 42')을 얻기 위해 적어도 상기 성막된 제 2 층을 열처리하는 단계.
이 금속 호일은 바람직하게는 알루미늄 호일, 구리 호일, 티타늄 호일, 몰리브덴 호일, 스테인리스 스틸 호일 및 금속성 구리를 포함하는 호일로부터 선택된다. 제 2 층은 바람직하게는 20㎛ 미만, 바람직하게는 10㎛ 미만의 두께를 갖는다. 금속 호일의 금속은 스테인레스 스틸과 같은 합금이거나 구리, 알루미늄, 티타늄 또는 몰리브덴과 같은 순수 금속일 수 있다.
애노드와 캐소드를 서로 컨택시키는 데 사용되는 본 발명에 따른 컨택 유닛의 금속 호일들의 특성들은 서로 상이할 수 있다.
잉크가 제 1 층 상에 성막될 때, 잉크는 유리하게는 침지에 의해 성막된다.
제 2 층이 임의의 적절한 수단에 의해 금속 호일을 성막함으로써 수득될 때, 적어도 성막된 제 2 층의 열처리는 제 1 층과 제 2 층 간의 접착을 용이하게 하며, 즉 전기적 접속 영역들(애노드 및 캐소드 영역들)과 제 2 층 간의 접착을 용이하게 하며, 제 1 층에 고정된 전도 층(42')을 얻을 수 있게 한다.
여기서, 고정이란 정상적인 사용 조건에서 제 1 층과 제 2 층이 임의의 자유도 없이 서로 부착되어 있음을 의미한다.
전도성 층(42')은 유리하게는 본 발명에 따른 변형 실시예와 무관하게, 1 μm 내지 50 μm, 바람직하게는 3 μm 내지 20 μm의 두께를 갖는다. 배터리(1)와 같은 전자 또는 전기화학 장치의 불투과성을 보장하려면, 두께 1μm이면 충분하다.
유기구리 화합물 및 입자, 바람직하게는 구리 나노 입자 형태의 구리를 포함하는 잉크를 사용하여 제 2 층을 얻는 경우, 적어도 성막된 제 2 층의 열처리는 유기 화합물이 없는 전도성 금속성 구리 층(42)을 얻는 것을 가능하게 한다.
금속성 구리 층(42)은 유리하게는 본 발명에 따른 변형 실시예와 무관하게, 1 μm 내지 50 μm, 바람직하게는 3 μm 내지 20 μm의 두께를 갖는다. 1μm의 두께는 배터리(1)와 같은 전자 또는 전기화학 장치의 불투과성을 보장하기에 충분한다.
유기구리 화합물 형태의 구리 및 구리 입자, 바람직하게는 구리 나노 입자 형태의 구리를 포함하는 잉크의 제 1 층(41) 상의 성막은 임의의 적합한 수단, 바람직하게는, 침지에 의해 구현될 수 있다.
구리 층(42)은 특히, 전기화학적으로 성막될 수 있으며, 그러나, 이 기술은 전기 전도성 입자로 충전된 재료로 덮힌 전기적 접속 영역을, 바람직하게는 중합체 수지 및/또는 졸-겔 공정으로 얻은 재료로 덮힌 전기적 접속 영역을 수조 내에 침지하는 것을 요구한다. 이러한 전기 컨택은 완벽하게 밀봉되어 있지 않기 때문에, 전자 또는 전기화학 장치, 즉 배터리의 성능을 저하시키지 않기 위해 이러한 기술을 사용하지 않는 것이 좋다.
금속성 구리 층(42)을 제조하기 위해, 유기 잉크에 기초한 성막 기술, 즉 유기구리 화합물을 포함하는 용액, 또는 유기 용매에 분산된 구리 입자, 바람직하게는 구리 나노 입자를 포함하는 현탁액을 사용하는 성막 기술이 바람직하다.
유기구리 화합물 및 구리 입자, 바람직하게는 구리 나노 입자의 형태로 구리를 포함하는 사용된 유기 잉크는, 예를 들어, 폴리비닐피롤리돈(PVP)에 의해 기능화된 구리 나노 입자를 포함하는 잉크와 같은, 중합체 지지체에 전도성 트랙을 인쇄하는데 사용되거나 인쇄 전자 제품에 사용되는 잉크와 동일한 잉크일 수 있다. 유리하게는, 잉크가 구리 입자, 바람직하게는 구리 나노 입자를 포함할 때, 구리 입자는 잉크의 10 % 내지 85 질량 %를 나타낸다. 잉크 내에서 구리 입자의 희석 정도는 현탁액의 점도를 조절하여 상기 제 2 층의 성막 두께를 조정할 수 있다. 이 잉크를 제형화하는 데 사용되는 용매는 유기 용매, 특히, 에틸렌 글리콜일 수 있다. 구리 입자의 평균 직경은 약 10 나노미터, 바람직하게는 30 nm와 40 nm 사이이다.
상기 제 1 층에 성막된 잉크의 열처리는 소결이다. 이는 구리 나노 입자를 포함하는 적어도 성막된 제 2 층의 밀도를 높이는 것을 목표로 한다. 이는 플래시 소결 기술("플래시 광 소결"로 알려짐), 특히, 펄스형 크세논 램프 하에서의 소결함에 의해서 구현될 수 있다. 그러나, 이 층(42)은 열처리에 의해 제거되어야 하는 절연 유기 재료을 포함한다. 열처리는 현탁액 또는 잉크의 유기 화합물을 분해하여 증기 상으로 되게 하여, 금속성 구리 성막물만 남긴다. 동일한 방식으로, 현탁액이나 잉크에 구리 나노 입자가 포함된 경우, 이러한 열처리는 유기 용매가 제거됨에 따라 나노 입자들이 함께 결합하고, 저온에서 소결하고, 밀도가 높고 전기 전도성이 있는 금속성 구리 층이 얻어지기 까지 성막물을 치밀화할 수 있다.
이러한 기술은 상대적으로 낮은 온도에서 순수한 구리 막을 얻을 수 있게 하는데, 그 압축성은 소결 기간과 온도 조건에 따라 달라진다.
유리하게는, 성막된 층은 공동, 기공, 균열 및 기타 압축 결함의 존재를 최소화하기 위해 치밀화된다. 이 치밀화 단계는 열 처리 및/또는 크세논 램프 하에서의 조사에 의해 구현될 수 있다. 최적의 온도는 성막된 현탁액, 잉크, 수지 및 분말의 화학적 구성에 따라 크게 달라진다. 유리하게는, 소결은 300 도씨를 초과하지 않는 온도에서 실시된다. 일부 실시예에서, 이 온도는 200 도시를 초과하지 않는다.
또한, 본 발명자는 성막된 구리 입자의 크기가 작아 질수록 열처리 온도가 낮아질 수 있음을 발견했다. 따라서, 고온 및/또는 장시간 열처리에 의존하지 않고서도, 5 % 미만 또는 심지어 2 % 미만의 기공율을 갖는 박층으로 성막물을 생성할 수 있다. 사용된 현탁액이나 잉크에 구리 나노 입자가 포함되어 있는 경우, 소결 온도와 지속 시간을 줄일 수 있는데, 거의 완전히 치밀화된 층, 즉 5 % 이하의 기공율을 갖는 층을 얻기 위해, 소결 온도는 약 200 내지 300 도씨 범위이다.
본 발명에 따른 방법에 사용된 입자 크기에 대해서, 즉 10nm 정도, 바람직하게는 30nm와 40nm 간의 입자 크기의 경우, 열에 의한 치밀화의 주요 원동력이 되는 것은 표면 에너지의 증가이다. 이는 입자의 크기가 감소할 때, 열적 치밀화가 상당히 낮은 온도에서 시작된다는 사실을 초래한다. 응집체 및 응집체 간 공동의 존재는 또한 치밀화에 영향을 미치므로, 현탁액 또는 잉크가 안정적이어야 하며, 바람직하게는 응집 현상을 피하기 위해 안정제를 포함하는 것이 중요한다.
본 발명에 따르면, 성막된 층들 중 적어도 하나는 치밀화되고, 바람직하게는 성막된 모든 층들이 치밀화된다. 매우 유리하게는, 제 2 층(42)이 구리 나노 입자를 포함할 때, 치밀화 단계는, 내부 저항이 낮고 제 1 층과 제 2 층 간의 좋은 접착력을 제공하는 양질의 금속성 구리로 구성된 층을 얻기 위해서, 소결, 바람직하게는 UV 램프를 사용한 조사에 의해, 제 2 층의 성막 후(새 층의 성막 전), 구현된다.
전기적으로 매우 전도성이 있다는 사실 외에도, 금속성 구리 층은 금속 또는 용융 합금 조 내에 담금으로써 다른 층의 성막에 유리한 결합 표면을 생성하며, 이는 금속성 구리 층이 100 % 고체화되지 않아도 그러하다. 이는 주석 및/또는 아연 기반 합금이 구리 표면을 양호하게 습윤하기 때문이다.
본 발명의 제 3 실시예에 따른 전기 컨택 유닛
제 3 실시예에서, 본 발명에 따른 전자 또는 전기화학 장치의 전기 컨택 유닛은 다음을 포함한다:
- 전기 전도성 입자로 충전된 재료, 바람직하게는 전기 전도성 입자로 충전된 중합체 수지 및/또는 졸-겔 공정에 의해 수득된 재료, 더 바람직하게는, 전기 전도성 입자로 충전된 에폭시 수지로 이로어진 제 1 층(41)으로서, 상기 제 1 층은 전자 또는 전기화학 장치의 적어도 하나의 전기적 접속 영역, 바람직하게는, 상기 전기적 접속 영역을 정의하는 적어도 하나의 컨택 표면 상에 성막되어서, 상기 전기적 접속 영역, 바람직하게는, 상기 컨택 표면을 완전히 덮어서, 상기 장치의 최적의 보호를 보장하는, 상기 제 1 층,
- 바람직하게는 알루미늄 호일 및 스테인레스 스틸 호일로부터 선택되는 금속 호일로 구성되거나, 금속성 구리를 포함하는 제 2 층(42')으로서, 전기 전도성 입자로 충전된 재료의 제 1 층 상에 성막되는, 상기 제 2 층, 및
- 순수한 주석 및/또는 순수한 아연 및/또는 주석-금속 합금을 포함하는 제 3 층(43)(여기서, 금속은 아연, 납, 팔라듐, 금, 구리 및 이들의 혼합물로부터 선택됨)으로서, 상기 제 2 층 상에 성막되는 상기 제 3 층(참조 도 1c 및 6c).
상기 금속 호일은 바람직하게는 알루미늄 호일, 구리 호일, 티타늄 호일, 몰리브덴 호일, 스테인리스 스틸 호일 및 금속성 구리를 포함하는 호일로부터 선택된다. 제 2 층은 바람직하게는 20㎛ 미만의 두께를 갖고, 더욱 바람직하게는 10㎛ 미만의 두께를 갖는다. 금속 호일의 금속은 스테인레스 스틸과 같은 합금이거나 구리, 알루미늄, 티타늄 또는 몰리브덴과 같은 순수 금속일 수 있다. 애노드와 캐소드를 서로 접촉시키기 위해 사용되는 본 발명에 따른 컨택 유닛의 금속 호일들의 특성들은 서로 상이할 수 있다.
금속성 구리를 포함하는 제 2 층은 잉크를 성막함으로써 얻을 수 있다. 잉크가 제 1 층 상에 성막될 때, 이는 유리하게 침지에 의해 성막된다.
이 제 3 실시예에서, 제 1 및 제 2 층은 동일한 목적을 위해 제 2 실시예에서 전술한 바와 같이 성막된다. 제 3 층(43)은 순수한 주석 및/또는 순수한 아연 및/또는 주석-금속 합금을 포함하며, 여기서 금속은 아연, 납, 팔라듐, 금, 구리 및 이들의 혼합물로부터 선택된다. 주석-금속 합금은 임의의 적절한 수단에 의해, 바람직하게는 용융된 합금 욕에 침지함으로써 상기 제 2 층 상에 성막된다. 이러한 용융 금속 및 합금의 구리에 대한 우수한 습윤 특성은 모든 결함을 완벽하게 개선하고 낮은 WVTR을 제공한다. 수증기 투과율(WVTR)은 US 7,624,621의 주제인 방법을 사용하여 측정할 수 있으며, 이는 문헌 "Structural properties of ultraviolet cured polysilazane gas barrier layers on polymer substrates" by A. Mortier et al., which appeared in the journal Thin Solid Films 6+550 (2014)
85-89에 개시되어 있다.
또한, 용융 조에 침지하여 성막된 합금의 화학적 조성은, 합금의 융점이 가능한 한 낮지만 항상 250 도씨 이상이 되도록 규정되며, 이로써 후속 용접-재용융 단계(솔더 리플로우라고 함) 동안에 상기 금속 보호 층의 양립성과 무결성을 보장한다.
용융 금속 조에 침지하여 얻은 층은 완전히 조밀하고 금속성이며 물 분자에 대한 침투와 관련하여 완전히 불침투성인 것으로 간주된다. 따라서, 이 제 3 금속층(43)은 배터리의 완전한 밀봉을 보장한다. 금속성 구리 층(42)에 존재하는 임의의 잠재적인 결함은 용융 금속 조에 침지, 아연 도금 또는 주석 도금 또는 고온 침지 주석 도금에 의한 이러한 제 3 층의 생성에 의해, 처리된다.
이 제 3 층(43)은 장치의 불투과성 및 용접성을 제공한다.
이 방법에는 많은 장점이 있다. 상기 제 3 층은 구현하기 쉬운 단순하고 신속한 방법에 의해 성막된다. 더 이상, 원자 층 증착(ALD) 또는 진공 증착 방법과 같은 방법을 사용하여 전기 컨택 유닛 및 장치의 구조체의 우수한 불투과성을 얻을 필요가 없다.
제 3 층(43)은 바람직하게는 저 융점 합금을 포함하고, 이상적으로 이러한 합금은 배터리를 손상시키지 않고 리플로우에 의한 조립 단계 동안 고체 상태를 유지하도록 280 내지 320 도 씨의 융점을 갖도록 설계된다: 전자 부품의 리플로우에 의한 용접은 260 도 씨에서 발생함. 예를 들어, Sn/Zn 합금이 바람직하며, 여기서 Zn 함량은 약 40 % 10 질량 %에 위치하며, 이로써 약 300 도 C의 융점, 즉 리플로우에 의한 조립에 사용되는 순수 주석의 융점(232 도 C)보다 높은 융점을 얻을 수 있다.
더욱이, 주석-금속 합금(예 : 주석-아연 합금)은 제 2 층(42)에 존재하는 구리를 적셔서 이를 완벽하게 덮는다. 냉각 후, 이 제 3 층은 조밀한데, 즉, 기공이 없다.
본 발명의 제 4 실시예에 따른 전기 컨택 유닛
제 4 실시예에서, 본 발명에 따른 배터리와 같은 전자 또는 전기화학 장치의 전기 컨택 유닛은 다음을 포함한다 :
- 배터리에서 발생하는 전기화학적 반응에 대해 불활성인 전기 전도성 입자로 충전된 재료의 제 1 층(41), 이 제 1 층은 바람직하게는 배터리에서 발생하는 전기화학적 반응에 불활성인 전기 전도성 입자로 충전된 중합체 수지 및/또는 졸-겔 공정에 의해 수득된 재료로 이루어지며, 보다 바람직하게는, 배터리에서 발생하는 전기화학적 반응에 대해 불활성인 전기 전도성 입자로 충전된 에폭시 수지로 이루어지며, 상기 제 1 층은 전자 또는 전기화학적 장치의 적어도 하나의 전기적 접속 영역 상에, 바람직하게는 전기적 접속 영역을 정의하는 적어도 하나의 컨택 표면 상에 성막되며, 상기 제 1 층은 상기 전기 접속 영역, 바람직하게는 상기 컨택 표면을 완전히 피복하여 따라서 장치의 최적 보호를 보장하는, 상기 제 1 층,
- 제 1 층 상에 성막된 금속 호일로 구성되거나 금속성 구리를 포함하는 제 2 층(42, 42'),
- 순수한 주석 및/또는 순수한 아연 및/또는 주석-금속 합금을 포함하는 제 3 층(43)으로서, 여기서 금속은 아연, 납, 팔라듐, 금, 구리 및 이들의 혼합물로부터 선택되고, 제 2 층 상에 성막된, 상기 제 3 층, 및
- 순수한 주석의 제 4 층(44) 또는 바람직하게는 은, 팔라듐 및 구리를 포함하는 합금의 제 4 층으로서, 제 3 층 상에 성막된, 상기 제 4 층(참조, 도 1d 및 6d).
제 2 층의 금속 호일은 바람직하게는 알루미늄 호일, 구리 호일, 티타늄 호일, 몰리브덴 호일, 스테인리스 스틸 호일 및 금속성 구리를 포함하는 호일로부터 선택된다. 제 2 층은 바람직하게는 20㎛ 미만, 바람직하게는 10㎛ 미만의 두께를 갖는다. 금속 호일의 금속은 스테인레스 스틸과 같은 합금이거나 구리, 알루미늄, 티타늄 또는 몰리브덴과 같은 순수 금속일 수 있다. 애노드와 캐소드를 서로 접촉시키기 위해 사용되는 본 발명에 따른 컨택 유닛의 금속 호일들의 특성들은 서로 상이할 수 있다.
이 제 4 실시예에서, 제 1, 제 2 및 제 3 층은 동일한 목적을 위해 제 1, 제 2 및 제 3 실시예에서 전술한 바와 같이 성막된다.
순수한 주석의 제 4 층(44) 또는 바람직하게는 은, 팔라듐 및 구리를 포함하는 합금의 제 4 층은 임의의 적절한 수단에 의해 제 3 층 상에 성막된다.
주석과 같은 순수 금속은 바람직하게는 전착(electrodeposition)에 의해 성막된다.
이 제 4 층은 구현하기 쉬운 간단하고 빠른 방법으로 전기 컨택 유닛의 접속 품질을 보장하고, 전기 컨택 유닛의 우수한 용접성을 부여하면서 컨택 저항을 감소시킨다. 이 제 4 층의 화학적 조성에 따라서, 제 4 층은 유리하게는 컨택의 약간의 산화만을 보장한다.
이러한 제 3 층 및 제 4 층은 전기 컨택 유닛에 매우 긴 서비스 수명을 부여한다. 제 4 층이 바람직하게는 은, 팔라듐 및 구리를 포함하는 합금을 포함할 때, 이 합금은 주석과 달리 산화되지 않으므로 시간이 지남에 따라 전기 컨택 유닛에 더 나은 성능을 부여한다. 적어도 하나의 그러한 컨택 유닛을 포함하는 전자 또는 전기화학 장치는 매우 긴 서비스 수명을 갖는다.
본 발명의 제 5 실시예에 따른 전기 컨택 유닛
이 제 5 실시예에서, 제 1 층은 동일한 목적을 위해 제 1 실시예에서 전술한 바와 같이 성막된다.
유리하게 그리고 이 제 5 실시예에서, 전자 또는 전기화학 장치의 전기 컨택 유닛(40)은 다층으로 구성되는데, 즉, 제 1 층(41), 은으로 충전된 에폭시 수지와 같은 제 1 층 상에 배치된 전도성 중합체의 제 2 층, 제 2 층 상에 배치된 제 3 니켈 층, 및 제 3 층 상에 배치된 제 4 주석 층.
상기 제 1 층(41)은 전형적으로 전기 전도성 입자로 충전된 재료, 바람직하게는 전기 전도성 입자로 충전된 중합체 수지 및/또는 졸-겔 공정에 의해 수득된 재료를 포함한다. 이 제 1 층은 은으로 충전된 수지와 같은, 전도성 중합체의 제 2 층에 리튬이 삽입되는 것을 방지할 수 있다.
제 2 전도성 중합체, 바람직하게는 은으로 충전된 에폭시 수지는 전기 회로가 열 및/또는 진동 스트레스를 받을 때 전기 컨택을 분리시키지 않고서 접속을 위한 "유연성"을 확보할 수 있게 한다. 니켈 층은 용접 조립 단계에서 중합체 층을 보호하고 주석 층은 배터리 계면의 용접성을 제공한다.
본 발명에 따른 배터리는 리튬 이온 마이크로 배터리, 리튬 이온 미니 배터리, 또는 고전력 리튬 이온 배터리일 수 있다. 특히, 약 1mAh보다 작거나 같은 용량을 갖도록 설계되고 크기가 조정되거나(일반적으로 "마이크로 배터리"라고 함), 약 1mAh 이상의 전력을 최대 약 1Ah까지 가지도록 설계되고 크기가 조정되거나(일반적으로 "미니 배터리"라고 함) 또는 약 1ah보다 큰 용량을 갖도록 설계되고 크기가 조정된다(일반적으로 "전원 배터리"라고 함). 일반적으로, 마이크로 배터리는 마이크로 일렉트로닉스에서의 제조 방법과 양립되도록 설계된다.
다음의 층들을 갖는, 상기 세 가지 전력 범위 각각의 배터리를 생산할 수 있다.
- "완전 고체" 타입의 층, 즉 함침된 액체 또는 점성 상이 없음(상기 액체 또는 점성 상은 전해질로 작용할 수 있는 리튬 이온를 전도하는 매체가 될 수 있음),
-또는 "액체 또는 점성 상으로 함침된 완전 고체 타입의 메조 다공성 층, 일반적으로, 리튬 이온을 전도하는 매체가 이 층 내부에 자발적으로 들어가고 이 층에서 더 이상 나오지 않으므로, 이 층을 거의 고체로서 고려할 수 있음,
-또는 함침된 다공성 층(즉, 액체 또는 점성 상으로 함침될 수 있고 이들 층에 습한 특성을 부여하는 열린 기공 격자를 갖는 층).
예
본 발명에 따른 방법은 배터리, 특히, 그의 컨택 유닛의 제조와 관련하여 다음과 같은 방식으로 구현될 수 있다.
실례 1 : 본 발명에 따른 전기 컨택 유닛(40)을 사용하는 배터리(1)의 제조
a. Li
4
Ti
5
O
12
를 기반으로 한 애노드 생산
Li4Ti5O12의 나노 입자는 100nm 미만의 입자 크기를 얻기 위해 분쇄하여 애노드 재료로 준비된다. Li4Ti5O12의 나노 입자는 Li4Ti5O12의 나노 입자 현탁액을 얻기 위해 몇 ppm의 구연산과 함께 10g/l의 절대 에탄올 내에 분산된다.
음극들은 이전에 준비된 현탁액에 포함된 Li4Ti5O12의 나노 입자를 스테인리스 스틸 호일 상에 전기 영동 성막하여 제조했다. Li4Ti5O12의 막(대략 1 마이크론)이 기판의 양 면에 성막되었다. 이 막은 나노 입자를 함께 용접하고 기판에 대한 접착력을 향상시키고 Li4Ti5O12의 재결정화를 완료하기 위해 600 도 씨에서 1 시간 동안 열처리되었다.
b. Li
1+x
Mn
2-y
O
4
기반 캐소드 생산
x = y = 0.05를 갖는 Li1+xMn2-yO4의 결정질 나노 입자가, 입자 크기가 100nm보다 작게 되도록 분쇄함으로써 캐소드 재료로서 준비되었다. Li1+xMn2-yO4의 나노 입자의 현탁액을 얻기 위해 Li1+xMn2-yO4의 나노 입자를 25g/l의 절대 에탄올에 분산시켰다. 이 현탁액은 다음으로 아세톤에서 5g/l의 농도로 희석되었다.
양극들은 이전에 준비된 현탁액에 포함된 x = y = 0.05인 Li1+xMn2-yO4의 나노 입자를 스테인리스 스틸 호일에 전기 영동 성막하여 제조했다. Li1+xMn2-yO4의 박막(약 1 마이크론)이 기판의 양 면에 성막되었다. 이 막은 나노 입자를 함께 용접하고 기판에 대한 접착력을 향상시키고 Li1+xMn2-yO4의 재결정화를 완료하기 위해 600 도 씨에서 1 시간 동안 열처리되었다.
c. 이전에 생성된 애노드 및 캐소드 층 상에, Li
3
PO
4
의 나노 입자 현탁액으로부터 다공성 층의 생성
Li3PO4의 나노 입자 현탁액은 아래 제시된 두 가지 용액으로부터 생성되었다.
45.76g의 CH3COOLi, 2H2O를 448ml의 물에 녹인 다음 224ml의 에탄올을 격렬하게 교반하면서 배지에 첨가하여 용액 A를 얻었다.
16.24g의 H3PO4(물 중 85 중량 %)를 422.4ml의 물에 희석한 후 이 용액에 182.4ml의 에탄올을 첨가하여 두번째 용액(이하 용액 B라고 함)을 얻었다.
다음에 용액 B를 격렬하게 교반하면서 용액 A에 첨가하였다.
혼합 중에 형성된 기포가 사라진 후 완벽하게 투명한 수득된 용액을 Ultra-turraxTM 타입의 균질화기의 작용 하에서 4.8 리터의 아세톤에 첨가하여 매체를 균질화했다. 액상 현탁액의 백색 침전이 즉시 관찰되었다.
반응 매체를 5 분 동안 균질화한 다음 자기 교반 하에 10 분 동안 유지시켰다. 1 내지 2 시간 동안 안정되도록 두었다. 상청액을 분리 한 다음, 남은 현탁액을 6000g에서 10 분 동안 원심 분리하였다. 다음으로, 1.2 리터의 물을 첨가하여 침전물을 재현탁시켰다(소노트로드 사용, 자기 교반). 이어서, 이 타입의 두 번의 추가 세척은 에탄올로 실행되었다. 격렬하게 교반하면서, 비스[2-(메타크릴로일옥시)에틸]포스페이트 용액 15ml를 이렇게 수득한 에탄올 중의 콜로이드 현탁액에 1g/ml로 첨가하였다. 따라서, 현탁액이 더 안정화되었다. 현탁액은 다음으로 sonotrode를 사용하여 초음파 처리되었다. 이어서, 현탁액을 6000g에서 10 분 동안 원심 분리하였다. 잔류물을 다음에 에탄올 1.2 리터에 재분산 한 다음, 6000g에서 10 분 동안 원심분리하였다. 수득된 잔류물은 전기 영동 성막을 수행하기에 적합한 15g/l 현탁액을 얻기 위해 900ml의 에탄올에 재분산되었다.
10 nm의 Li3PO4 1 차 입자로 구성된 약 200 nm의 응집체가 에탄올 내에 현탁 상태로 수득되었다.
Li3PO4의 다공성 박층은, 20 V/cm 전기장을 이전에 얻은 Li3PO4 나노 입자의 현탁액에 90 초 동안 인가함으로써, 이전에 생성된 애노드 및 캐소드 표면에 전기 영동에 의해 성막되었다. 이로써, 약 2 μm의 층을 얻었다. 다음으로, 120 도 씨에 공기 중에서 건조시킨 다음, 미량의 유기 잔류물을 제거하기 위해 이전에 건조된 층에 120 분 동안 350 도 씨에서 하소 처리를 실시했다.
전술한 방법에 따라 박층의 복수의 애노드 및 각각 캐소드를 제조하였다.
d. 복수의 전기화학 셀을 포함하는 배터리 생산
박층으로 된 복수의 애노드 및 각각의 캐소드는 실례 a) 및 실례 b)에 따라 제조되었다. 이러한 전극들은 위에 표시된 Li3PO4 나노 입자의 현탁액을 사용하여 전해질 층으로 피븍되었다.
이전에 생산된 각 전극(LiMn2O4 및 Li4Ti5O12)에 2μm의 다공성 Li3PO4를 성막 한 후 Li3PO4의 막이 컨택하도록 두 서브시스템을 적층했다. 이어서, 다공성 층으로 피복된 박층들로 된 캐소드와 애노드 및 이와 접촉하는 Li3PO4의 막들이 연속적으로 교번하여 적층된 스택이 진공 상태에서 고온 가압되었다.
이를 위해, 스택을 5 MPa의 압력 하에 놓은 다음, 진공 하에서 10-3 bar에서 30 분 동안 건조시켰다. 이어서, 프레스의 판을 0.4 도C/초의 속도로 550 도C까지 가열했다. 550 도C에서, 스택은 45MPa의 압력에서 20 분 동안 열 압축된 다음, 시스템을 주변 온도로 냉각했다.
조립품이 생산된 다음, 진공(10mbar) 하에서 48 시간 동안 120 도C에서 건조되면, 조립된 여러 셀들로 구성된 다층의 견고한 시스템이 얻어졌다.
각각이 본 발명에 따른 전극들을 포함하는 복수의 전기화학 셀을 포함하는 리튬 이온 배터리가 수득되었다.
e. 전기화학 셀 또는 캡슐화된 배터리 생산
실시예 e) 및 실시예 f)에 따라 전기화학 셀 및 복수의 전기화학 셀을 포함하는 배터리를 제조하였다. 이러한 장치는 연속적인 층들로 캡슐화되었다.
약 2 μm 두께의 파릴렌 F(CAS 1785-64-4)의 제 1 층이 전기화학 셀 및 복수의 전기화학 셀을 포함하는 배터리 각각에 CVD에 의해 성막되었다.
알루미나 Al2O3 층이 ALD에 의해 이 파릴렌 F의 제 1 층 상에 성막되었다. 전기화학 셀 및 각각 파릴렌 층으로 피복된 복수의 전기화학 셀를 포함하는 배터리를 PicosunTM P-300 ALD 반응기의 챔버에 도입했다. ALD 반응기의 챔버는 이전에 5 hPa 및 120°C에서 진공 상태로 두었고, 성막 이전에 반응기의 챔버의 분위기를 안정화시키기 위해서, 150 sccm(표준 cm3/min)의 유량으로 캐리어 가스로서 3ppm 미만의 초순수 타입 1(σ ≒ 0.05 μS/cm)을 함유하는 질소 하에서, 알루미나의 화학 전구체인 트리메틸알루미늄(이하, TMA)-(CAS : 75-24-1)의 흐름에, 30 분 동안 노출되었다. 챔버의 안정화 후, ALD에 의해 Al2O3의 30nm 층이 성막되었다.
약 2μm 두께의 파릴렌 F 층을 알루미나 Al2O3의 제 2 층 상에 CVD에 의해 성막했다.
이어서, 약 30nm 두께의 알루미나 Al2O3 층이, 앞서 언급한 바와 같이, 파릴렌 F로 된 제 3 층 상에 ALD에 의해 성막되었다.
다음으로, 이 제 4 층 상에, 약 10 μm의 에폭시 수지 층이 침지에 의해 성막되었다. 이 제 5 층은 대기 요소에 의한 배터리의 열화 속도를 줄이기 위해 자외선(UV) 하에서 경화되었다.
이렇게 캡슐화된 스택은 다음에 전기화학 셀, 각각 단일 배터리를 얻기 위해 절단면을 따라 절단되었고, 이는 전기화학 셀 및 배터리의 캐소드 및 애노드 집전체의 절단면 각각이 노출되기 이전에 수행되었다. 이로써, 캡슐화된 스택은 캐소드 및 애노드 집전체가 보이도록 스택의 6 개면 중 2 개 상에서 절단되었다.
다음으로, 이 어셈블리는 PYR14TFSI 및 0.7 M LiTFSI를 포함하는 전해액에 침지함으로써, 무수 대기 하에서, 함침되었다. PYR14TFSI는 1-butyl-1-methylpyrrolidinium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide의 통상적인 약어이다. LiTFSI는lithium bis-trifluoromethanesulfonimide (CAS no.: 90076-65-6)의 통상적인 약어이다. 이온성 액체는 모세관 현상에 의해 순간적으로 기공들에 들어간다. 시스템의 양 단을 각각 전해 혼합물 방울 내에 5 분 동안 담근 상태로 유지한 다음, 잔여 잉여물이 버퍼링에 의해 제거된다.
f. 캡슐화된 전기화학 셀 또는 캡슐화된 배터리의 컨택 유닛 생산
다음으로, 캐소드 및 애노드 집전체가 보이는 곳에 컨택 유닛을 추가했다(절연 전해질로 피복되지 않음). 흑연으로 충전된 ConductiveX Electro-bond 62 타입의 수지를 포함하는 현탁액은 현탁액의 점도를 약 50 Kpcs의 값으로 낮추기 위해 톨루엔에 희석되었다. 캡슐화되고 절단된 전기화학 셀과 배터리 각각의 단부를 흑연으로 충전된 ConductiveX Electro-bond 62 타입의 수지를 포함하는 이러한 현탁액에 침지하였다. 흑연으로 충전된 ConductiveX Electro-bond 62 타입의 수지 기반 의 제 1 층의 두께는 약 30μm이다.
이어서, 이 제 1 층은 60°C에서 4 시간 동안 건조되었다.
캡슐화, 절단 및 이로써 피복된 전기화학 셀과 배터리의 단부 부분이 50 질량 %이고 점도가 10 내지 20cP인 건조 추출물을 갖는 구리 나노 입자로 충전된 Applied Nanotech CU-IJ70 잉크에 침지되었다. 성막된 두께는 6 내지 8μm였다.
그런 다음, 이 제 2 층을 100°C에서 30 분 동안 건조시킨 다음, 램프와 전기 컨택 유닛 사이에 2.5cm 거리를 두고 2.6kV에서 2 밀리 초의 단일 펄스 모드로 크세논 램프에 노출시켜 소결했다.
그 후, 전기 컨택 유닛을 40 질량 %의 Sn-Zn 합금의 용융 조에 담그어 Sn-Zn에 기반한 제 3 층을 형성하였다.
이어서, 캡슐화, 절단 및 이로써 제 3 층으로 피복된 전기화학 셀의 단부와 각각의 배터리의 단부가, 25°C에서 유지되는 pH 4의 주석 설포네이트 및 붕산 조에 35 분 동안 담거졌다. 따라서, 순수 주석은 캡슐화, 절단 및 이로써 피복된 전기화학 셀의 단부와 배터리의 단부에 성막되었다.
| 1 | 배터리 | RS | 돌출 영역 |
| 2 | 기본 셀 | RR | 리세스 영역 |
| 10 | 애노드 | 40 | 본 발명에 따른 컨택 유닛 |
| 11 | 전도성 물질의 층 | 41 | 본 발명에 따른 컨택 유닛(40)의 제 1 층 |
| 12 | 활성 애노드 재료의 층 | 42 | 본 발명의 제2, 제3, 또는 제4 변형예에 따른 컨택 유닛(40)의 제 2 층 |
| 13 | 전해질 재료의 층 | 43 | 본 발명의 제3, 또는 제4 변형예에 따른 컨택 유닛(40)의 제 3 층 |
| 20 | 캐소드 | 44 | 본 발명의 제4 변형예에 따른 컨택 유닛(40)의 제 4 층 |
| 21 | 전도성 물질의 층 | 50 | 전기적 접속 영역 |
| 22 | 활성 캐소드 재료의 층 | 51 | 컨택 표면 |
| 23 | 전해질 재료의 박층 | III-III | 축 |
| 30 | 캡슐화 시스템 |
Claims (12)
- 외부 전도성 요소와의 전기적 컨택을 제공하도록 구성된, 배터리(1)와 같은 전자 또는 전기화학 장치를 위한 컨택 유닛(40)으로서,
상기 전자 또는 전기화학 장치는 전기적 접속 영역(50)을 정의하는 컨택 표면(51)을 포함하고,
상기 컨택 유닛(40)은 적어도 상기 전기적 접속 영역(50) 상에 배치된 제 1 층(41)을 포함하며,
상기 제 1 층(41)은, 전기 전도성 입자로 입자로 충전된 재료, 바람직하게는 전기 전도성 입자로 충전된 중합체 수지 및/또는 졸-겔 공정에 의해 수득된 재료, 더 바람직하게는 흑연으로 충전된 중합체 수지를 포함하는, 컨택 유닛(40). - 제 1 항에 있어서,
상기 전기 전도성 입자로 충전된 재료의 제 1 층 상에 배치된, 금속 호일로 구성되거나 금속성 구리를 포함하는 제 2 층(42, 42')을 포함하는, 컨택 유닛(40). - 제 2 항에 있어서,
상기 제 2 층(42, 42') 상에 배치된, 순수한 주석 및/또는 순수한 아연 및/또는 주석-금속 합금을 포함하는 제 3 층(43)을 포함하는, 컨택 유닛(40). - 제 3 항에 있어서,
상기 주석-금속 합금의 금속은 아연, 납, 팔라듐, 금, 구리 및 이들의 혼합물로부터 선택되는, 컨택 유닛(40). - 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
상기 제 3 층(43) 상에 배치된, 순수한 주석의 제 4 층(44) 또는 은, 팔라듐 및 구리를 포함하는 합금의 제 4 층(44)을 포함하는, 컨택 유닛(40). - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 컨택 유닛(40)을 적어도 하나 포함하는 전자 또는 전기화학 장치로서,
상기 전자 또는 전기화학 장치는 바람직하게는 커패시터, 배터리(1) 및 리튬 이온 배터리로부터 선택되는, 장치. - 배터리(1)와 같은 전자 또는 전기화학 장치의 적어도 하나의 컨택 유닛(40)을 제조하는 방법으로서,
a. 전기적 접속 영역(50)을 정의하는 컨택 표면(51)을 포함하는, 전자 또는 전기화학 장치를 제공하는 단계; 및
b. 적어도 상기 전기적 접속 영역(50), 바람직하게는 적어도 상기 컨택 표면(51) 상에, 전기 전도성 입자로 충전된 재료의 제 1 층(41)을 성막하는 단계로서, 바람직하게는 상기 제 1 층은 전기 전도성 입자로 충전된 중합체 수지 및/또는 졸-겔 공정에 의해 수득된 재료로 형성되는, 상기 성막하는 단계;를 포함하는, 적어도 하나의 컨택 유닛(40)을 제조하는 방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 단계 b) 이후에,
상기 제 1 층이 전기 전도성 입자로 충전된 중합체 수지 및/또는 졸-겔 공정에 의해 수득된 재료로부터 형성될 때, 건조 단계, 및 상기 건조 단계 이후에, 상기 중합체 수지 및/또는 졸-겔 공정에 의해 수득된 상기 재료을 중합하는 단계를 포함하는, 적어도 하나의 컨택 유닛(40)을 제조하는 방법. - 제 7 항에 있어서, 상기 단계 b) 이후에, 또는,
제 8 항에 있어서, 상기 중합 단계 이후에,
c. 상기 제 1 층(41) 상에, 유기구리 화합물 또는 입자, 바람직하게는 구리 나노 입자 형태의 구리를 포함하는, 잉크, 또는 금속 호일을 바람직하게는 침지에 의해 성막하는 단계; 및
d. 적어도 성막된 제 2 층을 열처리하여 전도성 층(42, 42')을 수득하는 단계;를 포함하는, 적어도 하나의 컨택 유닛(40)을 제조하는 방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 단계 d) 이후에,
e. 적어도, 상기 제 1 층 및 제 2 층으로 코팅된, 상기 전자 또는 전기화학 장치의 전기적 접속 영역(50) 상에, 순수한 주석 및/또는 아연 및/또는 주석-금속 합금을 성막하는 단계로서, 상기 금속은 아연, 납, 팔라듐, 금, 구리 및 이들의 혼합물로부터 선택되는, 성막하는 단계를 포함하는, 적어도 하나의 컨택 유닛(40)을 제조하는 방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 단계 e) 후에,
f. 적어도, 상기 제 1 층, 제 2 층 및 제 3 층으로 코팅된, 상기 전자 또는 전기화학 장치의 전기적 접속 영역(50) 상에, 전착에 의해, 순수한 주석 층 또는 은, 팔라듐 및 구리를 포함하는 합금 층을 성막하는 단계를 포함하는, 적어도 하나의 컨택 유닛(40)을 제조하는 방법. - 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 컨택 유닛, 또는 제 8 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 있어서,
상기 금속 호일은 알루미늄 호일, 구리 호일, 티타늄 호일, 몰리브덴 호일, 스테인리스 스틸 호일, 및 금속성 구리를 포함하는 호일로부터 선택되는, 컨택 유닛 또는 방법.
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