NL1015956C2 - Batterij en werkwijze voor het vervaardigen van een dergelijke batterij. - Google Patents

Description

f

Batterij en werkwijze voor het vervaardigen van een dergelijke batterij

De uitvinding heeft ten eerste betrekking op een batterij welke voorzien is van een anode, een kathode en een elektrolyt die tussen de anode en de kathode is opgenomen.

‘ Een degelijke batterij is sinds jaar en dag bekend.

5 De uitvinding heeft verder betrekking op een werk wijze voor het vervaardigen van een dergelijke batterij. De bekende batterij is bijvoorbeeld uitgevoerd met een vloeibaar elektrolyt en elektroden van koper en lood. Een dergelijke batterij is zwaar en niet geschikt voor gebruik bij mobiel te 10 gebruiken apparatuur, zoals mobiele telefoons, draagbare radio's, en dergelijke. Bovendien zijn er milieubezwaren. Een andere bekende batterij welke behept is met milieubezwaren, is de nikkelcadmium batterij.

De uitvinding beoogt te voorzien in een batterij en 15 in een werkwijze voor de vervaardiging daarvan, waarbij deze milieubezwaren zijn teruggedrongen, en welke batterij bovendien zeer geschikt is voor gebruik met allerhande apparatuur binnen- en buitenshuis.

De batterij volgens de uitvinding is er in een eer-20 ste aspect door gekenmerkt dat de anode siliciumhoudend is. Voor de anode kan bijvoorbeeld siliciumcarbide worden toegepast of een ander materiaal dat elektrisch geleidend is op halfgeleiderbasis. Het heeft daarbij de voorkeur dat de anode in hoofdzaak silicium omvat.

25 De batterij laat zich bij voorkeur geschikt realise ren in de uitvoering waarin de kathode lithiumhoudend is. Daartoe wordt bij voorkeur gebruik gemaakt van een kathode die in hoofdzaak een oxide van een lithiummetaalverbinding omvat, bijvoorbeeld LiCo02, LiMn204 of LiNi02.

30 De uitvinding is tevens belichaamd in een werkwijze voor het vervaardigen van deze batterij, die gekenmerkt is door de volgende stappen: a) doteren van een siliciumsubstraat met een lading-dragerverhogend materiaal, bij voorkeur borium, fosfor of ar- 1015956 τ 2 senicum; b) etsen van de gedoteerde laag van het siliciumsub-straat voor het verhogen van de porositeit daarvan; c) op de na de stappen a) en b) verkregen anode aan-5 brengen van een kathode gevormd door een oxide van een lithi- ummetaalverbinding waarop, aan een naar de anode gerichte zijde, een elektrolyt is aangebracht.

Het is daarbij wenselijk dat de batterij zo is uit-gevoerd dat de elektrolyt een vaste stof elektrolyt of een in 10 een polymeer opgenomen vloeibare elektrolyt is.

Het is verder gewenst dat de batterij is gevormd op een halfgeleidersubstraat, bijvoorbeeld een siliciumsub-straat. Dit biedt het voordeel dat het substraat kan zijn uitgevoerd met daarin opgenomen elektronische schakelingen 15 voor beveiliging en/of regeling van de batterij.

Verder is het voordelig wanneer de batterij is gecompleteerd met een zonnecel. Op deze wijze kan de batterij, wanneer de lichtomstandigheden voldoende zijn, automatisch worden opgeladen, een en ander onder besturing van de in het 20 halfgeleidersubstraat opgenomen elektronische schakelingen. Een batterij met een dergelijke zonnecel is bij voorkeur in siliciumtechniek uitgevoerd, en wordt bij voorkeur zo vervaardigd dat het oxide van de kathode voor het uitvoeren van stap c) is aangebracht op een siliciumzonnecel.

25 Het samenstel van batterij en zonnecel kan zeer plat zijn uitgevoerd, bijvoorbeeld met een dikte minder dan 1 mm. Dit maakt een dergelijk samenstel van batterij en zonnecel zeer geschikt voor toepassing in handzame apparaten, zoals bijvoorbeeld mobiele telefoons.

30 Ter optimalisatie van het rendement van de zonnecel is het verder wenselijk dat in het lichtvangend oppervlak van de zonnecel microscopisch kleine putten zijn aangebracht.

De uitvinding zal nu nader worden toegelicht aan de hand van de tekening, welke 35 in fig. IA t/m 1C de batterij volgens de uitvinding in respectievelijk een perspectivisch doorsnede-aanzicht volgens de lijn A-A' in fig. IA en in doorsnede volgens de lijn B-B' in fig. IA toont; en J015956 3 in fig. 2 schematisch de stappen in het vervaardigen van een batterij volgens de uitvinding toont.

De fig. IA t/m 1C tonen de batterij volgens de uitvinding die voorzien is van een anode 2 en kathode 3 die met 5 dunne of dikke filmtechniek op een halfgeleidersubstraat 1, bij voorkeur van silicium, kunnen zijn aangebracht. Tussen de anode 2 en kathode 3 is een elektrolyt 4 aangebracht. Deze elektrolyt 4 kan bestaan uit een vaste stof elektrolytlaag of een poreuze laag waarin een vloeibaar elektrolyt is opgeno-10 men. Door de toepassing van het halfgeleidersubstraat 1 kan daarin een elektronische schakeling zijn opgenomen die dient voor beveiliging en/of regeling van de batterij. In het getoonde geval is de batterij overigens samengebouwd met een siliciumplak, waarbij op de plak silicium een laag isolerend 15 siliciumoxide is aangebracht. Dit is echter niet de enige mogelijke uitvoeringsvorm. Ook denkbaar is om de siliciumplak zelf als anode of kathode te laten fungeren. Voor het elektrisch contact tussen de elektroden van de batterij en de schakeling die in het siliciumsubstraat is opgenomen, kan ge-20 bruik gemaakt worden van op zichzelf bekende dunne of dikke filmsporen of naar behoefte in het substraat gedoteerde of gediffundeerde banen. Bij voorkeur is de batterij uitgevoerd met een siliciumhoudende anode, bijvoorbeeld een anode van siliciumcarbide. De voorkeur geniet echter dat de anode in 25 hoofdzaak silicium omvat. Voor de kathode dient bij voorkeur een lithiumhoudend materiaal te worden genomen, en bij voorkeur een oxide van een lithiummetaalverbinding, zoals LiCo02, LiMn204 of LiNi02.

Een alternatieve uitvoeringsvorm van de batterij zal 30 in het navolgende worden toegelicht aan de hand van een werkwijze voor de vervaardiging van een dergelijke batterij, zoals deze door de uitvinding is voorgesteld. Hiertoe wordt verwezen naar fig. 2.

Fig. 2 toont met verwijzingscijfer 1 een silicium-35 substraat waarvan het bovenoppervlak wordt gedoteerd met bij voorkeur een der elementen borium, fosfor of arsenicum. Dit bovenoppervlak 2 wordt vervolgens met een op zichzelf bekende elektrochemische etsmethode bewerkt ter verkrijging van een 10 V5 9 5 6 4 zekere poreusiteit. De aldus gevormde toplaag van het substraat 1 gaat dienen als anode van de batterij, en is met voordien in het substraat 1 ondergebrachte elektronica gekoppeld met behulp van daartoe dienende geleidende banen. De on-5 derhavige batterij kan tevens worden samengesteld met een zonnecel 4. Aan de onderzijde van de zonnecel 4 wordt daartoe kathodemateriaal 3 aangebracht. Dit kathodemateriaal is een oxide van lithium verbonden met een overgangsmetaal, bijvoorbeeld LiCo02, LiMn204 of LiNi02. Dit materiaal wordt als pasta 10 op de onderkant van de zonnecel 4 aangebracht. Voordat de zonnecel 4 met de daaronder aangebrachte kathode 3 op het substraat 1 wordt gemonteerd, wordt bovenop de anodevormende toplaag 2 van het substraat 1, een elektrolyt 5, bijvoorbeeld een vaste elektrolyt of een polymeer waarin elektrolytmateri-15 aal is opgenomen, aangebracht. De pasta van het kathodemateriaal 3 kan tengevolge van de plaatsing van de zonnecel 4 op het substraat 1 vervolgens zich in de breedterichting verspreiden, zodat een gelijkmatig contact met het elektrolyt 5 ontstaat, terwijl dit elektrolyt 5 ten dele ook in de poriën 20 van de anode 2 kan doordringen. Voor de elektrische verbinding van de zonnecel 4 met het substraat 1 respectievelijk de batterij zelve kunnen tinbolletjes 6 dienen. Voor de zonnecel 4 kan gebruik gemaakt worden van een zonnecel die is vervaardigd volgens standaard halfgeleider IC-technieken. Het opper-25 vlak van de zonnecel 4 dat licht ontvangend is, kan bijvoorbeeld met een veeltal door middel van een elektrochemisch etsproces aangebrachte minuscule putten van circa 1 bij 3 μπι zijn voorzien. Hiermee wordt een vergaande vergroting van het effectieve lichtvangende oppervlak gerealiseerd, hetgeen gun-30 stig uitwerkt op het rendement van de zonnecel 4. Doordat de zonnecel 4 in halfgeleider siliciumtechnologie is vervaardigd, heeft bovendien de siliciumoxidelaag aan de buitenzijde een lenswerking, die het lichtvangend vermogen van de zonnecel vergroot.

35 Voor de vakman is duidelijk dat de hiervoor gegeven toelichting slechts een voorbeeld betreft en niet beperkend mag worden opgevat ten aanzien van de aan de uitvinding toekomende uitsluitende rechten. De beschermingsomvang die aan 1015956 5 de uitvinding toekomt wordt uitsluitend bepaald door de navolgende conclusies.

1015956

Claims (11)

1. 2. Batterij volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de anode in hoofdzaak silicium omvat.
2. 3. Batterij volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de kathode lithiumhoudend is.
3. 4. Batterij volgens conclusie 3, met het kenmerk, 10 dat de kathode in hoofdzaak een oxide van een lithiummetaal- verbinding omvat, bij voorbeeld LiCo02, LiMn204 of LiNi02.
4. 5. Batterij volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de elektrolyt een vaste stof elektrolyt of een in een polymeer opgenomen vloeibare elektrolyt is.
5. 6. Batterij volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat deze is gevormd op een halfgeleidersub-straat, bijvoorbeeld een siliciumsubstraat.
6. 7. Batterij volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat het halfgeleidersubstraat is uitgevoerd met daarin opge- 20 nomen elektronische schakelingen voor beveiliging en/of regeling van de batterij.
7. 8. Batterij volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat deze is gecompleteerd met een zonnecel.
8. 9. Batterij volgens conclusie 8, met het kenmerk, 25 dat de zonnecel in siliciumtechniek is uitgevoerd.
9. 10. Batterij volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat in het lichtvangend oppervlak van de zonnecel microscopisch kleine putten zijn aangebracht. II. Werkwijze voor het vervaardigen van een batterij 30 volgens een der conclusies 1-10, gekenmerkt door de volgende stappen: a) doteren van een siliciumsubstraat met een lading-dragerverhogend materiaal, bij voorkeur borium, fosfor of arsenicum; 35 b) etsen van de gedoteerde laag van het siliciumsub straat voor het verhogen van de porositeit daarvan; .101 5 9 5 6 c) op de na de stappen a) en b) verkregen anode aanbrengen van een kathode gevormd door een oxide van een lithi-ummetaalverbinding waarop, aan een naar de anode gerichte zijde, een elektrolyt is aangebracht.
10. 12. Werkwijze volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat de elektrolyt in vaste vorm of in een pasteuze massa van een polymeer waarin de elektrolyt is opgenomen, op de kathode wordt aangebracht.
11. 13. Werkwijze volgens conclusie 11 of 12, met het 10 kenmerk, dat het oxide van de kathode voor het uitvoeren van stap c) is aangebracht op een siliciumzonnecel. 1015956