WO2015197597A2 - Thin-film battery having low fluid content and an increased service life - Google Patents

Thin-film battery having low fluid content and an increased service life Download PDF

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WO2015197597A2
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Definitions

  • the invention relates to thin-film batteries, in particular lithium-based thin-film batteries, which have a low fluid content and a resulting increased
  • miniaturized storage elements for electrical energy are becoming increasingly important, for example for so-called smart cards.
  • lithium-based thin-film batteries have a number of particularly preferred properties, for example, a low weight and a high
  • Cycle stability i. the number of loading and unloading
  • Lithium-based batteries or accumulators has an extremely low reduction potential. Also, other of the active battery materials of a lithium-based battery or a lithium-based Accumulators are extremely vulnerable to
  • Anode material in a lithium-based electrical energy storage unit does not use elemental or metallic lithium, but rather a material that is improved in its durability, such as graphite, is incorporated into the lithium as an elemental material, i. with the
  • Oxidation level 1 can be intercalated. But even this material has a high reactivity.
  • Other lithium-based battery materials also have high hygroscopicity, i. have an attractive effect on water.
  • Lithium carbonate Li 2 CC> 3, lithium hydroxide, LiOH or
  • US 2004/0018424 A1 describes a rechargeable lithium-based thin film cell comprising a polyimide substrate.
  • the polyimide substrate is specially dried by first placing the polyimide in acetone, replacing it
  • the thin-film cell still has a
  • Parylene topcoat which acts as a permeation barrier to protect cell materials from degradation.
  • the substrate material thus obtained is still not completely freed of water, but it has only come to a reduction of the water content. Furthermore have polymeric
  • Encapsulating materials usually have insufficient barrier to fluids, especially for particularly sensitive applications.
  • the electrochemical storage unit in which a Multilayer laminate is pressed onto the functional layers of the electrochemical storage unit.
  • the multilayer laminate may contain a metallic layer. Furthermore, in contact with the
  • Organic adhesive material itself corrosively acts on the functional materials of the cell.
  • Functional layers are applied to a substrate.
  • the thin-film battery comprises a cover, which at a distance from the surface of the thin-film battery
  • Functional layer creates a gap. Furthermore, the battery is protected by a seal or encapsulation based on an organic polymer between the substrate and the cover from environmental influences.
  • the gap serves to compensate for thickness variations or thermal expansion of the functional layers of the battery, which can result in the respective charging and discharging cycles of the battery.
  • the disadvantage here is that such a gap is naturally fluid-filled and thus
  • Encapsulation materials usually have a permeation rate for fluids, such as water, which is d m 2 at about 1 g / cc. Although this is sufficient for most applications of such sealing polymers, but you come in applications in the high performance area, ie
  • Devices such as a thin-film-based lithium-ion battery or a lithium-ion battery to the limits of performance.
  • hermetic encapsulation for a lithium-ion battery This can consist both of an encapsulation, that between the substrate and that on the substrate
  • the heating of the substrate material can be carried out both before the coating thereof with a first layer and during the
  • US 2010/0190051 A1 describes a barrier layer for a thin-film battery. This can both off
  • Tin compounds such as tin oxide, phosphate or - fluorophosphate exist, as well as be formed of glass, for example, a chalcogenide glass, a tellurite glass or a borate glass.
  • the layer encapsulates the layers of the thin-film battery and even completely prevents or prevents the layers from being exposed to air or moisture.
  • these layers have a good barrier effect, in particular the glass materials themselves are extremely susceptible to environmental influences.
  • the chalcogenide glasses are not stable in air and decompose.
  • the layer materials are not suitable for use in batteries which are to be stored under normal environmental conditions.
  • Lithium electrode This consists of a protective layer, which may be formed amorphous or glassy, but at the same time ion conducting for the active battery material, that is lithium in this case, the layer always being produced by a coating process and being thinner than 5 ym.
  • the system of lithium metal and deposited protective layer is referred to as an encapsulated electrode and has the consequence that the lithium electrode in contact with fluids, for example
  • No. 6,387,563 B1 describes a protective layer for a thin-film battery, the protective layer consisting of an epoxy-based system and a glass layer.
  • the epoxide layer acts as an adhesive layer for the
  • the epoxy layer can be cured through the glass layer.
  • Epoxy resin can thereby the formation of "gas pockets" in the battery and thus their reactions with the
  • Encapsulation consists of an organic compound onto which a "cap” or a superstrate is applied, leaving a gap in the battery, or that
  • Organic encapsulant material may also be applied so as to completely encase the layered structure of the thin film battery.
  • the US 2013/0260230 AI describes a method for
  • WO 2014/062676 Al describes the use of a glass substrate which has a thermal
  • US 2012/040211 A describes a glass film which can serve as a substrate for a lithium-ion battery.
  • This glass film has a water permeation rate of less than 1 g / m 2 -d and an oxygen permeation rate of less than 1 cc / m 2 -d. However, such a value is still extremely high and is more in the
  • Lifespan can be used.
  • the object of the invention is to provide a thin-film battery with an increased service life and a low content of fluids, in particular of corrosive and / or degradative fluids.
  • Another aspect of the invention relates to the provision of a
  • the invention is achieved by a thin-film battery according to claim 1, an inorganic, silicon-containing,
  • silicate substantially fluid-free material according to claim 22 and a method for
  • the thin film battery of the present invention is a rechargeable battery.
  • the thin film battery of the present invention is a thin film battery of the present invention.
  • Such thin film batteries typically include a substrate on which different ones in a particular sequence
  • Functional layers such as Abieiter for cathode and anode, a cathode layer, an electrolyte and optionally an anode are applied as well as other layers, for example, for encapsulation of the battery to protect against degradation due to environmental influences.
  • a construction of a battery is described by way of example in US 2004/0018424 Al, wherein the exact design of the battery may differ depending on the type and manufacturer.
  • the thin-film battery, particularly the lithium-based thin film battery, of the present invention has a long life, and the life of such a battery can be specified in a variety of ways.
  • a failure of the battery consists in the fact that the battery can no longer be supplied or removed energy or that the
  • One cycle includes one charge and one charge each
  • Atmosphere i.e. uncontrolled temperature
  • Thin-film battery is also the so-called
  • the thin film battery of the present invention has an increased life such that at least one of the following features is satisfied:
  • cycle stability is at least 5000 cycles, preferably at least 10,000 cycles and more preferably at least 15,000 cycles,
  • it can not be stored for at least 1 year, preferably for at least 2 years and more preferably for at least 5 years, in particular not in a controlled environment with respect to temperature and / or humidity, or it has a continuous operating stability of at least
  • fluids are liquids and / or gaseous substances and also their chemical or physical adsorbates and / or their derivatives.
  • a derivative in the present invention is understood to be a compound of a fluid which is present in solid form but can easily be converted back into a fluid form, for example by the addition of heat and the resulting decomposition of the fluid
  • fluid here means water in liquid form or as water vapor, or else its presence as chemically or physically bound surface water in Form of an adsorbate or its occurrence as, for example, water of crystallization in solid form in one
  • CO 2 can be present in gaseous or adsorbed form
  • the total content of the thin film battery of the present invention is 2000 ppm or less, preferably 500 ppm or less, and more preferably 200 ppm or less, and more preferably 50 ppm or less, based on the weight of the thin film battery.
  • a thin-film battery or a material having such a low fluid content is referred to in the present invention as substantially fluid-free.
  • the thin-film battery of the present invention has at least one element made of an inorganic, silicon-containing, in particular
  • silicate, substantially fluid-free material a fluid content, in particular an H 2 ⁇ 0 content, of less than 2 wt .-%, preferably less than 0.5 wt .-% and
  • the fluid content of the inorganic, silicon-containing, in particular silicate, substantially fluid-free material is determined by thermal analysis, for example by a differential thermal analysis or a thermogravimetry or a dynamic
  • the thin-film battery furthermore has at least one encapsulation, wherein the encapsulation at least partially seals at least one interface of at least one functional layer of the thin-film battery. It is under a
  • Functional layer of the battery understood a layer which is active in the loading and unloading for
  • anode or in the form of an electron or ion-conducting function.
  • the at least one encapsulation is preferably at least partially in the form of the inorganic,
  • Substantially fluid-free material is formed.
  • the encapsulation may also be at least partially in the form of an organic and / or semi-organic Material, for example, be formed as a hybrid material of a SiC> 2 gel with functional organic groups.
  • the inorganic, silicon-containing, in particular silicate, essentially fluid-free material of the present invention has a permeation rate for fluids, especially for water, of ⁇ 10 -3 g / (m 2 -d), preferably of ⁇ 10 -5 g / (m 2 -d) and more preferably of ⁇ 10 ⁇ 6 g / (m 2 -d).
  • the inorganic, silicon-containing, in particular silicate, substantially fluid-free material of the present invention is a further embodiment of the invention.
  • Invention further has a specific electrical resistance at a temperature of 350 ° C and a
  • Siliceous, substantially fluid-free material of the present invention is preferably characterized by a maximum load temperature 9 Max of at least
  • the maximum load temperature is the temperature at which the
  • Decomposition of the material for example by decomposition into several, including gaseous, components, or its melting or softening temperature. Unless it is a
  • Glass transition temperature T g is determined by the intersection of the tangents to the two branches of
  • the inorganic, silicon-containing, in particular silicate, substantially fluid-free material of the present invention is a further embodiment of the invention.
  • Expansion coefficient in the range of 2.0 x 10 -6 / ⁇ to 10 x 10 "6 / ⁇ , preferably of 2.5 10" 6 / K to 9.5 10 "6 / K and particularly preferably from 3.0 x 10 -6 / ⁇ to 9.5 x 10 -6 / ⁇ on.
  • the linear thermal expansion coefficient is meant in the range of 20-300 ° C. the terms and 0 (20-300 are within the scope of this The value given is the nominal mean thermal
  • Silicate-like, substantially fluid-free material of the present invention preferably contains network formers and separation site formers, the molar ratio of separation site formers to network formers is less than or equal to 0.25, preferably less than or equal to 0.2 and particularly preferably between 0.015 and 0.16.
  • network elements are elements which form coordination polyhedra with oxygen, these being
  • alkali and / or alkaline earth metals as network formers are exemplified aluminum and / or boron and / or silicon into consideration.
  • Silicate, substantially fluid-free material of the present invention preferably has in its structure a network of corner-sharing structural
  • Fluids are suitable.
  • mica or phyllosilicates generally in their crystalline Structure on the one layers, in which the coordination polyhedron, in this case of oxygen tetrahedral coordinated silicon, in the form of
  • Hexagonal rings are arranged in the middle fluids can be stored. Furthermore, between the layers of the layered silicates further compounds
  • Phyllosilicates are also referred to as swellability and often exploited technically, for example, by targeted organic groups are added, but then represents a disadvantage when freedom from fluid is required.
  • Composition - for example, ions can migrate. This is in the case of so-called "LLZO" materials
  • zirconium are constructed (wherein a part of the zirconium may also be replaced by niobium or tantalum or similar elements) and have a particularly high lithium-ion conductivity.
  • Embodiment of the invention isotropic.
  • a material is then called, if its
  • silicate substantially fluid-free
  • Material formed amorphous. It is preferably a glass.
  • inorganic, silicon-containing, in particular silicate, essentially fluid-free material can be present as substrate and / or as superstrate in the thin-film battery according to the invention.
  • Thin-film battery form and as a Superstrat a cover, which, for example, on the finished coatings of the thin-film battery
  • inorganic, silicon-containing, in particular silicate, substantially fluid-free material then, if it is not used as a substrate, so as a base for the application of other finishes or structures, but as Auflagerndes element,
  • cover or as a cover glass is used.
  • the Superstrat can also do that before his own Use as a superstrate, for example, as a cover glass, have been subjected to separate processes, during which it has the function of a substrate for these separate
  • Processes has taken, and wear, for example, structures or structures, such as optical coatings for selectively adjusting the optical transmission.
  • the superstrate can be formed from the same material, that is to say with the same chemical composition, as the latter
  • the superstrate is merely used as a diffusion barrier with respect to the passage of fluids, ie, for example, optical or
  • Expansion coefficients of substrate and superstrate are different, can be a thermal
  • Expansion coefficient of the glass solder are chosen so that it assumes an average value. Furthermore, the
  • the material is preferably formed as a band or disc, for example as a glass band or glass pane, and wherein the shaping is inline as a hot forming process,
  • the inorganic, silicon-containing, in particular silicate, substantially fluid-free material of the thin-film battery according to the invention is also possible for the inorganic, silicon-containing, in particular silicate, substantially fluid-free material of the thin-film battery according to the invention to be present as an alternative or additionally as a layer.
  • the material if it is present as a layer, by a vapor deposition, preferably by a
  • the thin-film battery according to the invention further comprises at least one fluid getter.
  • a getter is a material that can bind fluid.
  • this getter is designed as
  • this getter comprises a metal, for example a non-noble metal, preferably an alkali metal or alkaline earth metal or a mixture or alloy of metals, for example
  • Both fonts have in common that they turn off on lithium-based systems that have a liquid electrolyte, i. one which consists of a solvent and a conductive salt. If water or hydrogen in the
  • Battery cover associated with the escape of hazardous substances, may result. Furthermore, non-soluble lithium compounds, such as LiF, may continue to form, depriving the system of the element essential to electrical energy storage.
  • non-soluble lithium compounds such as LiF
  • the getter materials of the present invention are rather formed such that other fluids, for example, in addition to water, also oxygen and / or nitrogen,
  • Getter materials effective mechanisms can still be effective in a pure solid-state battery, which is an object of the present invention. Rather, here are missing important components, which for the course of the necessary in the prior art reactions are necessary.
  • fluorine is in such
  • Solid state battery is not available, so that an RF gettering is not displayed.
  • the inorganic, silicon-containing in particular
  • siliceous, substantially fluid-free material of the present invention has a thickness less than 2 mm
  • preferably less than 1 mm particularly preferably less than 500 ⁇ m, very particularly preferably less than or equal to 200 ⁇ m and most preferably not more than 100 ⁇ m.
  • Invention comprises the inorganic, silicon-containing,
  • silicate essentially fluid-free
  • Material has a certain content of lithium. This is particularly advantageous when it comes to the
  • thin-film battery according to the invention is a lithium-based thin-film battery. If one of the measures for generating the fluid freedom of the material is carried out, i. For example, an annealing, and this only after the application of functional layers takes place, for example, during the annealing of a
  • the Li 2 O content is 7.0% by weight or less, preferably 5.2% by weight or less, and especially
  • the thin film battery of the invention can be prepared by a process comprising at least the
  • Fluid content in particular a H 2 0 content, of less than 2 wt .-%, preferably less than 0.5
  • Wt .-% and particularly preferably less than 0.2 wt .-% and most preferably less than 0.05 wt .-%, wherein the fluid content and within the chemical structure of the material bound fluid substances, for example in the form from
  • Boundary surface of at least one functional layer of the thin-film battery seals.
  • the substrate and / or at least one encapsulation of the thin-film battery is at least partially in the form of an inorganic, silicon-containing, in particular silicate, im
  • Substantially fluid-free material is formed.
  • the inorganic, silicon-containing, in particular silicate, substantially fluid-free material as a substrate in the form of a disc-shaped molding, wherein the substrate for generating the fluid freedom during or after the molding of a heat treatment, in particular a heat treatment at below 500 ° C, and / or flame treatment is subjected, wherein the Annealing preferably during the thermal treatment of at least one of
  • a getter material for fluids for example a getter material in the form of a metal, preferably a base metal, for example an alkali or
  • Alkaline earth metal and / or mixtures and alloys of metals is formed, or a getter material in the form of an adsorbent, applied to the substrate.
  • the getter is doing before the implementation of the
  • silicate essentially fluid-free materials.
  • Embodiment 1 A composition of an inorganic, silicon-containing, in particular silicate, essentially fluid-free material is furthermore given by way of example by the following composition in% by weight:
  • Embodiment 9 Yet another composition of an inorganic, silicon-containing, in particular silicate, im
  • Embodiment 13 Yet another composition of an inorganic, silicon-containing, in particular silicate, im
  • the glass may be contained at 0 to 1 wt .-%: P 2 0 5 , SrO, BaO; and a refining agent 0 to 1 wt .-% Sn0 2, Ce0 2 or As 2 C> 3 or other refining agents.
  • Substantially fluid-free material is still exemplified by the following composition in wt. -%:
  • Substantially fluid-free material is still exemplified by the following composition in
  • Embodiment 21 Yet another composition of an inorganic, silicon-containing, in particular silicate, im
  • Embodiment 23 Another composition of an inorganic,
  • R 2 O means the sum of the alkali ions present in the material and further preferably comprises Na 2 ⁇ 0, Li 2 ⁇ 0 and K 2 O.
  • R 2 O may be included if not already listed, optionally refining agents to 0 to 1 wt .-%, such as Sn0 2, Ce0 2, As 2 0 3, Cl ⁇ , F ⁇ , sulfates.
  • Bias in particular a chemical bias.
  • the chemical bias of a glass is obtained by an ion exchange in a transfer bath. If a toughened glass is used, this is prior to the application of functional layers of an electrical Storage system characterized in that it has a chemical bias, which is characterized by a thickness of the ion-exchanged layer L DO L of at least 10 ym, preferably at least 15 ym and on
  • Compressive stress at the surface (Oes) of the glass of preferably at least 100 MPa, preferably at least 200 MPa, more preferably at least 300 MPa and most preferably 480 MPa or more.
  • Functional layers of an electrical storage system may, depending on the process, result in a change in the state of stress of the glass used as the substrate. It has surprisingly been found that the bias of
  • Glass is not set to zero, but rather a residual stress is maintained in the glass, so that
  • Glass is increased compared to a conventional, non-tempered glass.
  • the present in the final energy storage glass as a substrate may be characterized in that it is present as at least partially chemically tempered glass, wherein the at least partially chemical
  • Preload is obtained by an ion exchange in a transfer bath and a subsequent thermal
  • L DO L thickness of the ion-exchanged layer
  • Oes surface of the glass
  • thermal load is greater than the compressive stress on the glass surface after thermal stress.
  • Pretension of the glass obtained in a barter in which lithium ions are contained Pretension of the glass obtained in a barter in which lithium ions are contained.
  • a swap bath containing various alkali ions, e.g. Potassium and low to lowest levels of lithium.
  • a step-shaped process e.g. Exchange with potassium and a quick further exchange with lithium-containing bath.
  • disc-shaped discrete element can be such that any existing other alkali metal oxides are proportionally reduced in the composition of the disc-shaped discrete element, so that the content of the other components relative to the alkali metal oxides remains the same, or else the Li 2 0 is added additively to the other components, so that their proportion is reduced accordingly.
  • L1 2 O is contained in a disk-shaped discrete element, is its content at least 0.1 wt .-%, and is still smaller than 7.0 wt .-%, preferably less than 5.2 wt .-%, more preferably less as 2.5 wt .-%, most preferably less than 0.5 wt .-%, and most preferably less than 0.2 wt .-%, particularly preferably ⁇ 0.1% by weight.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a further thin film battery according to the invention
  • Fig. 3 is a schematic representation of a
  • silicon-containing, in particular silicate substantially fluid-free material.
  • FIG. 1 schematically shows a thin-film battery 1 according to the present invention. It comprises a substrate 2, which consists of an inorganic,
  • the two drainage layers 3 for the cathode and 4 for the anode are first applied to the substrate 2.
  • Such arrester layers are usually a few microns thick and consist of a metal, such as copper, platinum, aluminum or titanium.
  • the cathode is formed from a lithium transition metal compound, preferably an oxide, for example LiCoC> 2 , from LiMnO 2 or also from LiFePC.
  • the electrolyte 6 is applied, this electrolyte is in the case of the presence of a lithium-based thin-film battery is usually LiPON, a compound as lithium with oxygen,
  • the battery 1 comprises an anode 7, which may for example be lithium titanium oxide or even metallic lithium.
  • the anode layer 7 at least partially overlaps that with the electrolyte layer 6 and the arrester layer 4.
  • the battery 1 comprises an encapsulation layer 8.
  • At least the substrate 2 is in this case inorganic, silicon-containing, in particular silicate,
  • Substantially fluid-free material is formed, wherein as substantially fluid-free in the context of the present invention, a material is understood if it is less than 2 Wt .-%, preferably less than 0.5 wt .-% and especially less than 0.2 wt .-% fluids. Also the
  • Encapsulation layer 8 can be used as an inorganic, silicon-containing, in particular silicate,, im
  • Substantially fluid-free material may be formed.
  • Such encapsulation is characterized by the fact that
  • Fig. 2 is another embodiment of a
  • the structure of the thin-film battery 1 corresponds to
  • Encapsulation layer 8 is formed such that it encloses the entire layer structure of the thin-film battery 1.
  • a superstrate 9 is further arranged, which, for example, also from the inorganic, silicon-containing, in particular
  • substantially fluid-free material of the present invention may be formed. If the encapsulation layer 8 of an organic or
  • Fig. 3 shows the schematic illustration of the inorganic, silicon-containing, in particular silicate, im
  • a shaped body in the context of the present invention is then referred to as a disk-shaped or disk if its extent in a spatial direction is at most half as large as in the other two spatial directions.
  • a tape in the present invention is referred to as tape when the following relationship exists between its length, its width and its thickness: its length is at least ten times greater than its width and this in turn is at least twice as large as its thickness.

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Abstract

The invention relates to a thin-film battery having an increased service life and low fluid content, wherein its fluid content is at most 2000 ppm, preferably at most 500 ppm, particularly preferably at most 200 ppm and most preferably at most 50 ppm. The invention further relates to an inorganic, silicon-containing, in particular silicate, substantially fluid-free material and to a method for producing such a thin-film battery.

Description

Dünnfilmbatterie mit geringem Fluidgehalt und erhöhter Lebensdauer Thin film battery with low fluid content and increased service life
Beschreibung description
Gebiet der Erfindung Field of the invention
Die Erfindung betrifft Dünnfilmbatterien, insbesondere Lithium-basierte Dünnfilmbatterien, welche einen geringen Fluidgehalt sowie eine daraus resultierende erhöhte The invention relates to thin-film batteries, in particular lithium-based thin-film batteries, which have a low fluid content and a resulting increased
Lebensdauer aufweisen. Have life.
Hintergrund der Erfindung Background of the invention
Mikroelektronische Bauelemente, insbesondere Microelectronic components, in particular
miniaturisierte Speicherelemente für elektrische Energie, gewinnen zunehmend an Bedeutung, beispielsweise für sogenannte Smart Cards . miniaturized storage elements for electrical energy are becoming increasingly important, for example for so-called smart cards.
Insbesondere Lithium-basierte Dünnfilmbatterien weisen dabei eine Reihe besonders bevorzugten Eigenschaften auf, beispielsweise eine geringes Gewicht und eine hohe In particular, lithium-based thin-film batteries have a number of particularly preferred properties, for example, a low weight and a high
Leistungsdichte. Allerdings bestehen immer noch deutliche Schwierigkeiten hinsichtlich ihrer Lebensdauer, der Power density. However, there are still significant difficulties in terms of their life, the
Zyklenstabilität, d.h. der Zahl der Lade- und Cycle stability, i. the number of loading and unloading
Entladezyklen, die man mit ihnen durchführen kann, sowie allgemein hinsichtlich der ihrer Lebensdauer. Der Grund hierfür ist darin zu suchen, dass Lithium in elementarer Form, wie es beispielsweise in den Anoden geladener Discharge cycles that you can perform with them, and generally with regard to their life. The reason for this is to be found in that lithium in elemental form, such as in the anodes charged
Lithium-basierter Batterien bzw. Akkumulatoren vorkommen kann, ein äußerst niedriges Reduktionspotential aufweist. Auch andere der aktiven Batteriematerialien einer Lithiumbasierten Batterie bzw. eines Lithium-basierten Akkumulators sind äußerst anfällig für Lithium-based batteries or accumulators, has an extremely low reduction potential. Also, other of the active battery materials of a lithium-based battery or a lithium-based Accumulators are extremely vulnerable to
Degradationsreaktionen. So wird in der Regel als Degradation reactions. So is usually called
Anodenmaterial in einer Lithium-basierten Speichereinheit für elektrische Energie kein elementares bzw. metallisches Lithium, sonder ein hinsichtlich seiner Beständigkeit verbessertes Material verwendet, beispielsweise Graphit, in das Lithium als elementares Material, d.h. mit der Anode material in a lithium-based electrical energy storage unit does not use elemental or metallic lithium, but rather a material that is improved in its durability, such as graphite, is incorporated into the lithium as an elemental material, i. with the
Oxidationsstufe 0, interkaliert werden kann. Aber auch dieses Material weist eine hohe Reaktionsfähigkeit auf. Andere Lithium-basierte Batteriematerialien weisen darüber hinaus eine hohe Hygroskopie auf, d.h. wirken anziehend auf Wasser . Oxidation level 0, can be intercalated. But even this material has a high reactivity. Other lithium-based battery materials also have high hygroscopicity, i. have an attractive effect on water.
Aufgrund der vielfältigen Verbindungen, die Lithium Due to the diverse compounds, the lithium
einzugehen in der Lage ist, kann es folglich durch den Kontakt von Lithium-haltigen Material mit Fluiden sehr leicht zur Bildung unerwünschter Verbindungen kommen, welche nicht mehr für die zyklisch erfolgende Speicherung sowie Abgabe elektrischer Energie zur Verfügung stehen und entsprechend die Speicherkapazität der Lithium-basierten Batterie bzw. des Lithium-basierten Akkumulators Consequently, the contact of lithium-containing material with fluids can easily lead to the formation of undesirable compounds which are no longer available for the cyclical storage and delivery of electrical energy and accordingly the storage capacity of the lithium-based ones Battery or the lithium-based accumulator
reduzieren. Dabei kann es sich beispielsweise to reduce. This can be for example
Lithiumcarbonat, Li2CC>3, Lithiumhydroxid, LiOH oder Lithium carbonate, Li 2 CC> 3, lithium hydroxide, LiOH or
sonstige schwerlösliche Verbindungen handeln, in denen die Lithium-Ionen bzw. Atome fest gebunden sind und somit für den Ladungstransport nicht mehr zur Verfügung stehen. other poorly soluble compounds act in which the lithium ions or atoms are firmly bound and thus are no longer available for the charge transport.
Weiterhin besitzen die meisten dieser Lithium-Verbindungen darüber hinaus die Eigenschaft, Fluide zu binden, Furthermore, most of these lithium compounds also have the property of binding fluids,
beispielsweise H2O, CO2, N2, so dass durch die störenden Reaktionen mit Fluiden nicht nur die Speicherkapazität des Akkumulators oder der Batterie resuziert wird, sondern darüber hinaus noch weitere Fluide gebunden werden, die ihrerseits ebenfalls zur Abreaktion mit weiterem Lithium führen und somit insgesamt eine Art selbstverstärkender Prozess in Gang gesetzt wird. Die Frage der Verminderung, gegebenenfalls sogar der vollständig Vermeidung solcher unerwünschter Reaktionen ist dabei eines der Kernprobleme für die Herstellung For example, H 2 O, CO 2 , N 2 , so that not only the storage capacity of the accumulator or the battery is rescued by the disturbing reactions with fluids, but also further fluids are bound, the in turn also lead to Abreaktion with more lithium and thus a total of a kind of self-reinforcing process is set in motion. The question of the reduction, possibly even the complete avoidance of such unwanted reactions is thereby one of the core problems for the production
verbesserter Lithium-basierter Speicherelemente für improved lithium-based storage elements for
elektrische Energie, so dass in der Literatur hierzu eine ganze Reihe von Lösungsansätzen diskutiert werden. electrical energy, so that in the literature for this a number of approaches are discussed.
Beispielsweise beschreibt die US 2004/0018424 AI eine wiederaufladbare Lithium-basierte Dünnschicht-Zelle, welche ein Substrat aus Polyimid aufweist. Das Polyimidsubstrat wird speziell getrocknet, wobei zunächst das Polyimid in Aceton gelegt wird, wobei es zu einem Austausch von For example, US 2004/0018424 A1 describes a rechargeable lithium-based thin film cell comprising a polyimide substrate. The polyimide substrate is specially dried by first placing the polyimide in acetone, replacing it
zumindest eines Teils des im Polyimid gebundenen oder an das Polyimid adsorbierten Wassers ersetzt wird. at least part of the water bound in the polyimide or adsorbed to the polyimide is replaced.
Anschließend erfolgt ein thermischer Trocknungsprozess. Weiterhin verfügt die Dünnschicht-Zelle noch über einenSubsequently, a thermal drying process takes place. Furthermore, the thin-film cell still has a
Topcoat aus Parylen, der als Permeationsbarriere wirkt und die Zellmaterialien vor Degradation schützen soll. Parylene topcoat, which acts as a permeation barrier to protect cell materials from degradation.
Allerdings ist das so erhaltene Substratmaterial noch immer nicht vollständig von Wasser befreit, sondern es ist vielmehr lediglich zu einer Reduktion des Wassergehalts gekommen. Weiterhin weisen polymerische However, the substrate material thus obtained is still not completely freed of water, but it has only come to a reduction of the water content. Furthermore have polymeric
Verkapselungsmaterialien zumeist nu eine unzureichende Barrierewirkung gegenüber Fluiden auf, insbesondere für besonders empfindliche Anwendungen.  Encapsulating materials usually have insufficient barrier to fluids, especially for particularly sensitive applications.
Die US 2004/0029311 AI beschreibt eine verkapselte US 2004/0029311 AI describes an encapsulated
elektrochemische Speichereinheit, bei welcher ein Multilagenlaminat auf den aus Funktionsschichten der elektrochemischen Speichereinheit aufgepresst wird. Das Multilagenlaminat kann dabei eine metallische Schicht enthalten. Weiterhin besteht die im Kontakt mit den electrochemical storage unit, in which a Multilayer laminate is pressed onto the functional layers of the electrochemical storage unit. The multilayer laminate may contain a metallic layer. Furthermore, in contact with the
unterliegenden Schichten der Speicherzelle befindliche Lage aus einem klebefähigen Material, um so den dauerhaften Kontakt zwischen dem Laminat und dem Unterbau zu Underlying layers of the memory cell located layer of a stickable material, so as to the permanent contact between the laminate and the substructure
gewährleisten. Allerdings sind in der Regel solche Laminate anfällig für Delamination, also eine Ablösung der guarantee. However, as a rule, such laminates are susceptible to delamination, ie a replacement of
Schichten. Zusätzlich besteht die Gefahr, dass das Layers. In addition, there is a risk that the
organische klebefähige Material selbst korrodierend auf die Funktionsmaterialien der Zelle wirkt. Organic adhesive material itself corrosively acts on the functional materials of the cell.
Die US 2006/0216589 AI beschreibt weiterhin eine The US 2006/0216589 AI continues to describe a
Dünnschichtbatterie, bei der verschiedene Thin-film battery, in which different
Funktionsschichten auf ein Substrat aufgebracht sind.  Functional layers are applied to a substrate.
Weiterhin umfasst die Dünnschichtbatterie eine Abdeckung, welche in einem Abstand von der Oberfläche der Furthermore, the thin-film battery comprises a cover, which at a distance from the surface of the
Funktionsschichten dergestalt aufgebracht ist, dass Functional layers is applied such that
zwischen der Oberfläche der Abdeckung und der der between the surface of the cover and the
Funktionsschicht ein Spalt entsteht. Weiterhin ist die Batterie durch eine Versiegelung bzw. Verkapselung auf Basis eines organischen Polymeres zwischen dem Substrat und der Abdeckung vor Umwelteinflüssen geschützt. Der Spalt dient dabei zum Ausgleich von Dickenschwankungen oder thermischer Ausdehnung der Funktionsschichten der Batterie, die sich in den jeweiligen Lade- und Entladezyklen der Batterie ergeben können. Nachteilig ist dabei, dass ein solcher Spalt naturgemäß fluidgefüllt ist und somit  Functional layer creates a gap. Furthermore, the battery is protected by a seal or encapsulation based on an organic polymer between the substrate and the cover from environmental influences. The gap serves to compensate for thickness variations or thermal expansion of the functional layers of the battery, which can result in the respective charging and discharging cycles of the battery. The disadvantage here is that such a gap is naturally fluid-filled and thus
Reaktionen zwischen den Fluiden und den Batteriematerialien ablaufen können. Weiterhin weisen polymere Reactions between the fluids and the battery materials can occur. Furthermore, have polymeric
Verkapselungsmaterialien in der Regel eine Permeationsrate für Fluide, beispielsweise von Wasser auf, welche bei etwa 1 g/m2-d liegt. Diese ist für die meisten Anwendung solcher versiegelnder Polymere zwar ausreichend, allerdings stößt man bei Anwendungen im Hochleistungsbereich, also Encapsulation materials usually have a permeation rate for fluids, such as water, which is d m 2 at about 1 g / cc. Although this is sufficient for most applications of such sealing polymers, but you come in applications in the high performance area, ie
beispielsweise bei miniaturisierten elektronischen for example, miniaturized electronic
Bauelemente wie beispielsweise einer Dünnfilm-basierten Lithium-Ionen-Batterie oder einem Lithium-Ionen-Akkumulator an die Grenzen der Leistungsfähigkeit.  Devices such as a thin-film-based lithium-ion battery or a lithium-ion battery to the limits of performance.
Weiterhin beschreibt die US 2008/0003492 AI eine Furthermore, US 2008/0003492 AI describes a
hermetische Verkapselung für eine Lithium-Ionen-Batterie. Diese kann dabei sowohl aus einer Verkapselung bestehen, die zwischen Substrat und das die auf dem Substrat hermetic encapsulation for a lithium-ion battery. This can consist both of an encapsulation, that between the substrate and that on the substrate
aufgebrachten überdeckendem Superstrat aufgebracht worden ist, also vergleichbar beispielsweise einer Dichtung, oder in Form eines mehrschichtigen Laminats mit Barriere- Eigenschaften. Auch hier ergeben sich die bereits weiter oben diskutierten Schwierigkeiten einer zu hohen applied overlapping Superstrat has been applied, so comparable, for example, a seal, or in the form of a multi-layer laminate with barrier properties. Here too, the difficulties discussed above are too high
Permeationsrate organischer Dichtungsmaterialien auf der einen Seite sowie auf der anderen Seite dem Risiko der Delamination von mehrschichtigem Material im Kontakt mit Funktionsmaterialien auf der anderen Seite. Permeation rate of organic sealants on the one hand and on the other hand the risk of delamination of multilayer material in contact with functional materials on the other side.
Die US 2008/0213664 AI beschreibt eine Methode zur US 2008/0213664 AI describes a method for
Herstellung einer Batterie, bei der ein Substratmaterial ausgeheizt wird. Auf diese Weise sollen nicht nur Production of a battery, in which a substrate material is baked. This way not only
oberflächliche Verunreinigungen entfernt werden, sondern weiterhin auch im Substrat chemisch gebundenes Wasser, beispielsweise Kristallwasser. Dabei kann das Ausheizen des Substratmaterials sowohl vor der Beschichtung desselben mit einer ersten Schicht erfolgen als auch während des superficial impurities are removed, but also in the substrate chemically bound water, such as water of crystallization. In this case, the heating of the substrate material can be carried out both before the coating thereof with a first layer and during the
thermischen Ausheizens von Funktionsschichten der Batterie, beispielsweise von Lithium-Kobalt-Oxid im Falle einer thermal bake of functional layers of the battery, For example, of lithium cobalt oxide in the case of
Lithium-Ionen-Batterie. Für das Ausheizen von im Substrat gebundenem Wasser, also beispielsweise von Kristallwasser, sind dabei in der Regel Temperaturen von mehreren Lithium Ion Battery. For the heating of water bound in the substrate, so for example of water of crystallization, are usually temperatures of several
Hundert °C erforderlich. So erfolgt beispielsweise die Abgabe von Kristallwasser bei Glimmern in der Regel bei Temperaturen ab 500°C. Zwar ist es auf diese Weise möglich, den Fluidgehalt in einer Batterie auf Basis beispielsweise eines Glimmers deutlich zu verringern, dennoch wird gerade bei Schichtsilikaten, welche in ihren kristallinen One hundred ° C required. For example, the delivery of water of crystallization in the case of mica is usually carried out at temperatures above 500 ° C. Although it is possible in this way to significantly reduce the fluid content in a battery based on, for example, a mica, nevertheless, especially in phyllosilicates, which in their crystalline
Strukturen Hohlräume aufweisen bzw. zwischen den einzelnen den Kristall bildenden Schichten Ionen oder auch  Have structures cavities or between the individual layers forming the crystal ions or also
Absorbentien einlagern können, eine vollkommene Absorb adsorbents, a perfect
Fluidfreiheit nicht zu erzielen sein. Dies gilt um so mehr, als das Kristallwasser ein konstituierendes Element der Glimmer darstellt und ein vollständiges Austreiben Fluid freedom can not be achieved. This is all the more true as the water of crystallization is a constituent element of the mica and a complete expulsion
desselben zu einem Zerfall der Kristallstruktur und somit zu einem Verlust der mechanischen Stabilität des Substrates führen würde . This would lead to a disintegration of the crystal structure and thus to a loss of mechanical stability of the substrate.
Die US 2008/0263855 AI sowie die US 2009/0057136 AI The US 2008/0263855 AI and the US 2009/0057136 AI
beschreiben jeweils ebenfalls Methoden zur Herstellung von Batterien auf einem Substrat, welches zur Reduktion von Fluiden, insbesondere von Wasser, ausgeheizt wird, wobei die Ausheizung im Wesentlichen dem in der US 2008/0213664 AI beschriebenen Verfahren entspricht. also respectively describe methods for the production of batteries on a substrate, which is baked for the reduction of fluids, in particular of water, wherein the heating substantially corresponds to the method described in US 2008/0213664 AI.
Die US 2009/0214899 AI beschreibt zum Schutz der US 2009/0214899 AI describes for the protection of
Funktionsschichten einer Dünnschichtbatterie eine Functional layers of a thin-film battery one
metallische Versiegelung, wobei diese Versiegelung als Schicht ausgebildet ist und zumindest einen Teil der metallic seal, wherein this seal is formed as a layer and at least a part of
Funktionsschichten bedeckt, insbesondere auch deren Kanten. Neben einer ersten Versiegelung gibt es in der Regel meist mehrere andere weitere Versiegelungen, die die übrigen, von der ersten Versiegelungsschicht noch nicht bedeckten Functional layers covered, especially their edges. In addition to a first seal, there are usually several other other seals, the other, not yet covered by the first sealant layer
Funktionsschichten schützen. Auch diese bestehen aus Metall und können auch elektrisch kontaktiert werden. Protect functional layers. These too are made of metal and can also be contacted electrically.
Die US 2010/0190051 AI beschreibt eine Barriereschicht für eine Dünnfilmbatterie. Diese kann sowohl aus US 2010/0190051 A1 describes a barrier layer for a thin-film battery. This can both off
Zinnverbindungen, beispielsweise Zinnoxid, -phosphat oder - fluorphosphat bestehen, als auch aus Glas ausgebildet sein, beispielsweise ein Chalkogenidglas , ein Tellurit-Glas oder ein Boratglas. Dabei verkapselt die Schicht die Schichten der Dünnfilmbatterie und hindert oder vermeidet sogar vollständig, dass die Schichten Luft oder Feuchtigkeit ausgesetzt sind. Hierbei ist es zwar durchaus möglich, dass diese Schichten eine gute Barrierewirkung aufweisen, insbesondere die Glasmaterialien sind dabei allerdings selbst äußerst anfällig gegenüber Umwelteinflüssen. So sind beispielsweise die Chalkogenidgläser an Luft nicht stabil und zersetzen sich. Somit sind die Schichtmaterialien nicht geeignet für die Verwendung in Batterien, welche unter normalen Umweltbedingungen gelagert werden sollen.  Tin compounds, such as tin oxide, phosphate or - fluorophosphate exist, as well as be formed of glass, for example, a chalcogenide glass, a tellurite glass or a borate glass. The layer encapsulates the layers of the thin-film battery and even completely prevents or prevents the layers from being exposed to air or moisture. Although it is quite possible that these layers have a good barrier effect, in particular the glass materials themselves are extremely susceptible to environmental influences. For example, the chalcogenide glasses are not stable in air and decompose. Thus, the layer materials are not suitable for use in batteries which are to be stored under normal environmental conditions.
Die US 5,338,625 beschreibt als Substrat für eine US 5,338,625 describes as a substrate for a
Dünnschichbatterie auf Basis von Lithium ein Glas als Thin-film battery based on lithium a glass as
Substrat. Allerdings ist hier keine Aussage über dessen Wassergehalt oder dessen Permeationswirkung getroffen.  Substrate. However, no statement is made here about its water content or its permeation effect.
Die US 6,214,061 Bl beschreibt einen Schutz für eine US 6,214,061 Bl describes a protection for a
Lithium-Elektrode. Dieser besteht aus einer Schutzschicht, welche amorph bzw. glasig ausgebildet sein kann, aber dabei gleichzeitig ionenleitend für das aktive Batteriematerial, also in diesem Fall Lithium, sein soll, wobei die Schicht immer durch eine Beschichtungsverfahren erzeugt wird und dünner als 5 ym ist. Das System aus Lithium-Metall und aufgelagerter Schutzschicht wird dabei als verkapselte Elektrode bezeichnet und hat zur Folge, dass die Lithium- Elektrode im Kontakt mit Fluiden, beispielsweise auch Lithium electrode. This consists of a protective layer, which may be formed amorphous or glassy, but at the same time ion conducting for the active battery material, that is lithium in this case, the layer always being produced by a coating process and being thinner than 5 ym. The system of lithium metal and deposited protective layer is referred to as an encapsulated electrode and has the consequence that the lithium electrode in contact with fluids, for example
Stickstoff, nicht sofort degradiert. Allerdings wird in der Regel keine ausreichende Barrierewirkung der Schutzschicht unter normalen atmosphärischen Bedingungen vorliegen, da Lithium-Ionen leitende Gläser, die eine für technischeNitrogen, not degraded immediately. However, as a rule, there will not be sufficient barrier effect of the protective layer under normal atmospheric conditions, since lithium-ion conductive glasses, one for technical
Anwendungen ausreichende Leitfähigkeit aufweisen, in der Regel selbst sehr anfällig sind gegenüber Applications have sufficient conductivity, usually themselves are very vulnerable to
Degradationsreaktionen mit beispielsweise Wasser oder Degradation reactions with, for example, water or
Sauerstoff . Oxygen.
Die US 6,387,563 Bl beschreibt eine Schutzschicht für einen Dünnfilmbatterie, wobei die Schutzschicht aus einem Epoxid- basierten System und einer Glasschicht besteht. Die Epoxid- Schicht fungiert dabei als eine Haftschicht für die No. 6,387,563 B1 describes a protective layer for a thin-film battery, the protective layer consisting of an epoxy-based system and a glass layer. The epoxide layer acts as an adhesive layer for the
nachfolgend aufgebrachte Glasschicht, welche in der Regel aus einer dünnen Glasscheibe besteht. Die Epoxid-Schicht kann dabei durch die Glasschicht hindurch ausgehärtet werden. Durch die Verwendung des zunächst plastischen subsequently applied glass layer, which usually consists of a thin glass sheet. The epoxy layer can be cured through the glass layer. By using the initially plastic
Epoxid-Harzes kann dabei die Bildung von „Gastaschen" in der Batterie und damit deren Reaktionen mit den Epoxy resin can thereby the formation of "gas pockets" in the battery and thus their reactions with the
Batteriematerialien weitestgehend vermieden werden.  Battery materials are largely avoided.
Nachteilig ist allerdings, dass nun wiederum ein direkter Kontakt mit zunächst flüssigem Material vorliegt, was, wenn auch in etwas geringerem Maß als die reaktiveren Fluide wie beispielsweise O2 oder H2O, ebenfalls zu Degradation der Batteriematerialien führen kann. Eine sehr ähnliche Ausführungsform einer verkapselten The disadvantage, however, is that in turn there is a direct contact with initially liquid material, which, although to a lesser extent than the more reactive fluids such as O 2 or H 2 O, may also lead to degradation of the battery materials. A very similar embodiment of an encapsulated
Batterie beschreibt die US 2013/0098532 AI. Zusätzlich kann hier auch eine Ausheizung des Substrats erfolgen. Die Battery describes the US 2013/0098532 AI. In addition, a heating of the substrate can take place here. The
Verkapselung besteht aus einem organischen Verbindung, auf welche eine „Kappe" bzw. ein Superstrat aufgebracht wird. In der Batterie kann ein Spalt verbleiben, oder das Encapsulation consists of an organic compound onto which a "cap" or a superstrate is applied, leaving a gap in the battery, or that
organische Verkapselungsmaterial kann auch so aufgebracht sein, dass es den Schichtaufbau der Dünnschichtbatterie vollkommen umschließt. Organic encapsulant material may also be applied so as to completely encase the layered structure of the thin film battery.
Die US 2013/0260230 AI beschreibt ein Verfahren zur The US 2013/0260230 AI describes a method for
Herstellung einer Matterie auf einem Substrat. Auch hierbei wird beschrieben, dass das Substrat ausgeheizt werden kann. Weiterhin wird eine Verkapselung um die Aufbauten der Making a Matterie on a Substrate. Here, too, it is described that the substrate can be baked out. Furthermore, an encapsulation around the structures of
Batterie herum aufgebracht; ein Superstrat wird mit Hilfe des organischen Verkapselungsmediums an den Gesamtaufbau verbunden und schließt diesen ab. Battery applied around; a superstrate is attached to the overall assembly using the organic encapsulant and completes it.
Weiterhin beschreibt die WO 2014/062676 AI die Verwendung eines Glassubstrats, welches einen thermischen Furthermore, WO 2014/062676 Al describes the use of a glass substrate which has a thermal
Ausdehnungskoeffizienten von 7 bis 10 ppm/K aufweist.  Expansion coefficient of 7 to 10 ppm / K has.
Aussagen über den Fluidgehalt dieses Glassubstrats oder über seine Permeationseigenschaften werden nicht getroffen. Statements about the fluid content of this glass substrate or about its permeation properties are not made.
Die Schrift beschreibt zur Versiegelung der Batterie vielmehr unterschiedliche Schichten, insbesondere The document describes for sealing the battery rather different layers, in particular
Schutzschichten aus Metall, welche auf den Schichtaufbauten aufliegen .  Protective layers of metal, which rest on the layer structures.
Die US 2012/040211 A beschreibt einen Glasfilm, welcher als Substrat für einen Lithium-Ionen-Batterie dienen kann. US 2012/040211 A describes a glass film which can serve as a substrate for a lithium-ion battery.
Dieser Glasfilm hat eine Wasserpermeationsrate von weniger als 1 g/m2-d sowie eine Sauerstoffpermeationsrate von weniger als 1 cc/m2-d. Ein solcher Wert ist allerdings immer noch außerordentlich hoch und liegt eher in der This glass film has a water permeation rate of less than 1 g / m 2 -d and an oxygen permeation rate of less than 1 cc / m 2 -d. However, such a value is still extremely high and is more in the
Größenordnung üblicher Polymere zur Verkapselung . Weiterhin wird keine Aussage über den Fluidgehalt des Glasfilmes getroffen. Size of conventional polymers for encapsulation. Furthermore, no statement is made about the fluid content of the glass film.
Der Stand der Technik zeigt somit eine Vielzahl The prior art thus shows a variety
verschiedener Wege zur Vermeidung der Degradation einer Dünnfilmbatterie oder einen -akkumulator auf, besonders für eine Lithium-basierte Dünnfilmbatterie oder einen solchen Akkumulator. Alle genannten Ansätze zeigen dabei gewisse Vorteile, nehmen jedoch auf der anderen Seite gewichtige Nachteile in Kauf, wie aufwendige zusätzliche various ways to avoid the degradation of a thin-film battery or a -akkumulator, especially for a lithium-based thin-film battery or accumulator. All mentioned approaches show certain advantages, but on the other hand, they take on considerable disadvantages, such as complex additional costs
Verfahrensschritte in Form von Temperungen oder Process steps in the form of tempering or
unzureichende Barrierewirkungen aufgrund der Verwendung von Polymeren zur Verkapselung oder der Gefahr einer insufficient barrier effects due to the use of polymers for encapsulation or the risk of
Delamination von Barriereschhicht verbunden. Es besteht daher ein Bedarf an einem Material, welches in einfacher Weise zur Herstellung von Dünnfilmbatterien, insbesondere von Lithium-basierten Dünnfilmbatterien, mit erhöhter Delamination connected by barrier layer. There is therefore a need for a material which is readily available for the manufacture of thin-film batteries, in particular lithium-based thin-film batteries, with increased
Lebensdauer verwendet werden kann. Lifespan can be used.
Aufgabe der Erfindung Die Erfindung hat die Bereitstellung einer Dünnfilmbatterie mit erhöhter Lebensdauer sowie einem geringen Gehalt an Fluiden, insbesondere an korrosiv und/oder degradierend wirkenden Fluiden zur Aufgabe. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft die Bereitstellung eines OBJECT OF THE INVENTION The object of the invention is to provide a thin-film battery with an increased service life and a low content of fluids, in particular of corrosive and / or degradative fluids. Another aspect of the invention relates to the provision of a
Substratmaterials mit einem geringen Fluidgehalt sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Dünnfilmbatterie mit geringem Fluidgehalt und erhöhter Lebensdauer. Zusammenfassung der Erfindung Low-fluid-content substrate material and a process for producing a low-fluid-content thin-film battery with increased life. Summary of the invention
Die Erfindung wird gelöst durch eine Dünnfilmbatterie nach Anspruch 1, einem anorganischen, siliziumhaltigen, The invention is achieved by a thin-film battery according to claim 1, an inorganic, silicon-containing,
insbesondere silikatischen, im Wesentlichen fluidfreien Material nach Anspruch 22 sowie einem Verfahren zur in particular silicate, substantially fluid-free material according to claim 22 and a method for
Herstellung einer Dünnfilmbatterie mit geringem Fluidgehalt und erhöhter Lebensdauer nach Anspruch 35. Bevorzugte Production of a low-fluid-content, extended-life thin-film battery according to claim 35. Preferred
Ausführungsformen finden sich in den jeweiligen Embodiments are found in the respective
Unteransprüchen . Subclaims.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden dabei die In the context of the present invention, the
Begriffe „Batterie" und „wiederaufladbare Batterie" sowie „Akkumulator" synonym verwendet. Bei der Dünnfilmbatterie der vorliegenden Erfindung handelt es sich damit um eine wiederaufladbare Batterie. As used herein, the thin film battery of the present invention is a rechargeable battery.
Die Dünnfilmbatterie der vorliegenden Erfindung ist The thin film battery of the present invention is
insbesondere eine Lithium-basierte Dünnfilmbatterie. Solche Dünnfilmbatterien umfassen in der Regel ein Substrat, auf dem in einer bestimmten Abfolge verschiedene in particular a lithium-based thin-film battery. Such thin film batteries typically include a substrate on which different ones in a particular sequence
Funktionsschichten, beispielsweise Abieiter für Kathode und Anode, eine Kathodenschicht, ein Elektrolyt sowie ggf. eine Anode aufgebracht werden sowie auch weitere Schichten, beispielsweise zur Verkapselung der Batterie zum Schutz vor Degradation durch Umwelteinflüsse. Ein solcher Aufbau einer Batterie ist beispielhaft in der US 2004/0018424 AI beschrieben, wobei sich das genaue Design der Batterie je nach Typ und Hersteller unterscheiden kann. Die Dünnfilmbatterie, insbesondere die Lithium-basierte Dünnfilmbatterie, der vorliegenden Erfindung weist eine hohe Lebensdauer auf, wobei die Lebensdauer einer solchen Batterie auf unterschiedliche Art und Weise spezifiziert werden kann. Functional layers, such as Abieiter for cathode and anode, a cathode layer, an electrolyte and optionally an anode are applied as well as other layers, for example, for encapsulation of the battery to protect against degradation due to environmental influences. Such a construction of a battery is described by way of example in US 2004/0018424 Al, wherein the exact design of the battery may differ depending on the type and manufacturer. The thin-film battery, particularly the lithium-based thin film battery, of the present invention has a long life, and the life of such a battery can be specified in a variety of ways.
So ist beispielsweise für eine wiederaufladbare For example, for a rechargeable
Dünnfilmbatterie die sogenannte Zyklenfestigkeit von besonderer Bedeutung. Mit der Zyklenfestigkeit ist dabei die Zahl an durchführbaren Lade- und Entladevorgängen gemeint, die für eine Batterie bei bestimmungsgemäßem Thin-film battery the so-called cycle stability of particular importance. With the cycle life is meant the number of feasible charging and discharging processes that are appropriate for a battery
Gebrauch, also unter Vermeidung von sogenannten Use, thus avoiding so-called
Tiefentladungen o. ä. möglich sind, ohne dass es zu einem Versagen der Batterie kommt. Ein Versagen der Batterie besteht dabei darin, dass der Batterie keine Energie mehr zugeführt bzw. entnommen werden kann bzw. dass die Deep discharges o. Ä. Are possible without causing a failure of the battery. A failure of the battery consists in the fact that the battery can no longer be supplied or removed energy or that the
Speicherkapazität der Batterie auf unter 80% der Storage capacity of the battery to less than 80% of
ursprünglichen Speicherkapazität gesunken ist. Ein Zyklus umfasst dabei jeweils einen Lade- sowie einen original storage capacity has dropped. One cycle includes one charge and one charge each
Entladevorgang. Discharging.
Weiterhin ist auch die Möglichkeit der Lagerung der Furthermore, the possibility of storage of the
Batterie unter Umweltbedingungen oder „normaler Battery under environmental or "normal
Atmosphäre", d.h. nicht kontrollierter Temperatur und Atmosphere ", i.e. uncontrolled temperature and
Luftfeuchtigkeit, von Bedeutung. Aufgrund ihrer geringen räumlichen Ausdehnung können Dünnfilmbatterien dabei auch in subkutanen Anwendungen zum Einsatz kommen. Humidity, of importance. Due to their small spatial extent, thin-film batteries can also be used in subcutaneous applications.
Neben der Lagerung und der Zyklenfestigkeit einer In addition to the storage and the cycle life of a
Dünnfilmbatterie ist weiterhin auch die sogenannte Thin-film battery is also the so-called
Dauerbetriebsfestigkeit von Bedeutung. Dies meint die Zeit, in der einer Batterie tatsächlich aktiv Energie entnommen bzw. zugeführt werden kann. Continuous operational strength of importance. This means the time in which a battery can actually be actively taken or supplied energy.
Die Dünnfilmbatterie der vorliegenden Erfindung weist eine erhöhte Lebensdauer dergestalt auf, dass mindestens eines der folgenden Merkmale erfüllt ist: The thin film battery of the present invention has an increased life such that at least one of the following features is satisfied:
- Ihre Zyklenfestigkeit beträgt mindestens 5000 Zyklen, bevorzugt mindestens 10000 Zyklen und besonders bevorzugt mindestens 15000 Zyklen,  Its cycle stability is at least 5000 cycles, preferably at least 10,000 cycles and more preferably at least 15,000 cycles,
- Unter normaler, d.h. nicht kontrollierter,  Under normal, i. uncontrolled,
insbesondere nicht hinsichtlich Temperatur und/oder Luftfeuchte kontrolliert Umgebung kann sie mindestens 1 Jahr, bevorzugt mindestens 2 Jahre und besonders bevorzugt mindestens 5 Jahre gelagert werden, oder - Sie weist eine Dauerbetriebsfestigkeit von mindestens In particular, it can not be stored for at least 1 year, preferably for at least 2 years and more preferably for at least 5 years, in particular not in a controlled environment with respect to temperature and / or humidity, or it has a continuous operating stability of at least
5000 h bevorzugt von mindestens 10000 h auf. 5000 h preferably at least 10,000 h.
Weiterhin weist die Dünnfilmbatterie der vorliegenden Furthermore, the thin-film battery of the present
Erfindung einen geringen Gehalt an Fluiden auf. Als Fluide werden dabei im Rahmen der vorliegenden Erfindung flüssige und/oder gasförmige Substanzen bezeichnet sowie ebenfalls deren chemische oder physikalischen Adsorbate und/oder deren Derivate. Als Derivat wird dabei in der vorliegenden Erfindung eine Verbindung eines Fluids verstanden, welche in fester Form vorliegt, aber leicht wieder in eine fluide Form überführt werden kann, beispielsweise durch die Zufuhr von Wärme und daraus resultierender Zersetzung des Invention on a low content of fluids. In the context of the present invention, fluids are liquids and / or gaseous substances and also their chemical or physical adsorbates and / or their derivatives. A derivative in the present invention is understood to be a compound of a fluid which is present in solid form but can easily be converted back into a fluid form, for example by the addition of heat and the resulting decomposition of the fluid
Derivats . Beispielhaft meint Fluid hierbei Wasser in flüssiger Form oder als Wasserdampf, oder auch dessen Vorliegen als chemisch oder physikalisch gebundenes Oberflächenwasser in Form eines Adsorbats oder dessen Vorkommen als beispielsweise Kristallwasser in fester Form in einer Derivative. By way of example, fluid here means water in liquid form or as water vapor, or else its presence as chemically or physically bound surface water in Form of an adsorbate or its occurrence as, for example, water of crystallization in solid form in one
Struktur als Derivat im Sinne dieser Erfindung. In analoger Weise kann CO2 gasförmig oder adsorbiert vorliegen, Structure as derivative in the sense of this invention. In an analogous manner CO 2 can be present in gaseous or adsorbed form,
insbesondere adsorbiert an LiOH, oder auch in Form eines Carbonats . in particular adsorbed on LiOH, or else in the form of a carbonate.
Der Gesamtgehalt der erfindungsgemäßen Dünnfilmbatterie beträgt 2000 ppm oder weniger, bevorzugt 500 ppm oder weniger und besonders bevorzugt 200 ppm oder weniger und ganz besonders bevorzugt von 50 ppm und weniger bezogen auf das Gewicht der Dünnfilmbatterie. Ein Gegenstand, The total content of the thin film battery of the present invention is 2000 ppm or less, preferably 500 ppm or less, and more preferably 200 ppm or less, and more preferably 50 ppm or less, based on the weight of the thin film battery. A thing,
beispielsweise eine Dünnfilmbatterie, oder ein Material mit einem solchen geringen Fluidgehalt wird dabei im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch als im Wesentlichen fluidfrei bezeichnet . For example, a thin-film battery, or a material having such a low fluid content is referred to in the present invention as substantially fluid-free.
Darüber hinaus weist die Dünnfilmbatterie der vorliegenden Erfindung mindestens ein Element auf, welches aus einem anorganischen, siliziumhaltigen, insbesondere Moreover, the thin-film battery of the present invention has at least one element made of an inorganic, silicon-containing, in particular
silikatischen, im Wesentlichen fluidfreien Material silicate, substantially fluid-free material
besteht . consists .
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfassen die Fluide H20, O2, N2, CO2 und/oder Wasserstoffhalogenide und/oder deren chemische und/oder physikalische Adsorbate und/oder Derivate. According to one embodiment of the invention, the fluids H 2 O, O 2 , N 2 , CO 2 and / or hydrogen halides and / or their chemical and / or physical adsorbates and / or derivatives.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das anorganische, siliziumhaltige, insbesondere According to a further embodiment of the invention, the inorganic, silicon-containing, in particular
silikatische, im Wesentlichen fluidfreie Material einen Fluidgehalt, insbesondere einen H2<0-Gehalt, von weniger als 2 Gew.-%, bevorzugt von weniger als 0,5 Gew.-% und silicate, substantially fluid-free material a fluid content, in particular an H 2 <0 content, of less than 2 wt .-%, preferably less than 0.5 wt .-% and
besonders bevorzugt von weniger als 0,2 Gew.-% sowie ganz besonders bevorzugt von weniger als 0,05 Gew.-% auf, wobei zum Fluidgehalt auch innerhalb der chemischen Struktur des Materials gebundene fluide Stoffe, beispielsweise in Form von Kristallwasser oder Hydraten oder OH-Gruppen zählen. more preferably less than 0.2 wt .-% and most preferably less than 0.05 wt .-%, wherein the fluid content and within the chemical structure of the material bound fluid substances, for example in the form of water of crystallization or hydrates or Count OH groups.
Der Fluidgehalt des anorganischen, siliziumhaltigen, insbesondere silikatischen, im Wesentlichen fluidfreien Materials wird dabei bestimmt durch thermische Analyse, beispielsweise durch eine Differential-thermoanalyse oder eine Thermogravimetrie oder eine dynamische The fluid content of the inorganic, silicon-containing, in particular silicate, substantially fluid-free material is determined by thermal analysis, for example by a differential thermal analysis or a thermogravimetry or a dynamic
Differenzkalorimetrie . In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Dünnfilmbatterie weiterhin mindestens eine Verkapselung auf, wobei die Verkapselung zumindest partiell mindestens eine Grenzfläche mindestens einer Funktionsschicht der Dünnfilmbatterie abdichtet. Dabei wird unter einer Differential calorimetry. In a further embodiment of the invention, the thin-film battery furthermore has at least one encapsulation, wherein the encapsulation at least partially seals at least one interface of at least one functional layer of the thin-film battery. It is under a
Funktionsschicht der Batterie eine Schicht verstanden, welche aktiv an den Lade- und Entladevorgängen für Functional layer of the battery understood a layer which is active in the loading and unloading for
elektrische Energie in der Batterie beteiligt ist, electrical energy is involved in the battery,
beispielsweise als Kathode, Anode oder in Form einer elektronen- oder ionenleitenden Funktion. For example, as a cathode, anode or in the form of an electron or ion-conducting function.
Bevorzugt ist dabei die mindestens eine Verkapselung zumindest partiell in Form des anorganischen, The at least one encapsulation is preferably at least partially in the form of the inorganic,
siliziumhaltigen, insbesondere silikatischen, im siliceous, in particular silicate, im
Wesentlichen fluidfreien Materials ausgebildet. Substantially fluid-free material is formed.
Weiterhin kann die Verkapselung allerdings auch zumindest partiell in Form eines organischen und/oder halborganischen Materials, beispielsweise als Hybridmaterial aus einem SiC>2-Gel mit funktionalen organischen Gruppen ausgebildet sein . Dabei weist das anorganische, siliziumhaltige, insbesondere silikatische, im Wesentlichen fluidfreie Material der vorliegenden Erfindung eine Permeationsrate für Fluide, besonders für Wasser, von < 10~3 g/ (m2 -d) , bevorzugt von < 10~5 g/ (m2 -d) und besonders bevorzugt von < 10~6 g/ (m2 -d) auf. However, the encapsulation may also be at least partially in the form of an organic and / or semi-organic Material, for example, be formed as a hybrid material of a SiC> 2 gel with functional organic groups. In this case, the inorganic, silicon-containing, in particular silicate, essentially fluid-free material of the present invention has a permeation rate for fluids, especially for water, of <10 -3 g / (m 2 -d), preferably of <10 -5 g / (m 2 -d) and more preferably of <10 ~ 6 g / (m 2 -d).
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung verfügt das anorganische, siliziumhaltige, insbesondere silikatische, im Wesentlichen fluidfreie Material der vorliegenden In a further embodiment of the invention, the inorganic, silicon-containing, in particular silicate, substantially fluid-free material of the present invention
Erfindung weiterhin über einen spezifischen elektrischen Widerstand bei einer Temperatur von 350°C und einem Invention further has a specific electrical resistance at a temperature of 350 ° C and a
Wechselstrom mit einer Frequenz von 50 Hz von größer als 1,0 -106 Ohmcm. Das anorganische, siliziumhaltige, insbesondere Alternating current with a frequency of 50 Hz of greater than 1.0 -10 6 ohm-cm. The inorganic, silicon-containing, in particular
silikatische, im Wesentlichen fluidfreie Material der vorliegenden Erfindung ist bevorzugt gekennzeichnet durch eine maximale Belastungstemperatur 9Max von mindestens Siliceous, substantially fluid-free material of the present invention is preferably characterized by a maximum load temperature 9 Max of at least
300°C, bevorzugt von mindestens 400°C, besonders bevorzugt von mindestens 500°C und ganz besonders bevorzugt von mindestens 600°C. Als maximale Belastungstemperatur wird dabei die Temperatur bezeichnet, bei der die 300 ° C, preferably of at least 400 ° C, more preferably of at least 500 ° C and most preferably of at least 600 ° C. The maximum load temperature is the temperature at which the
Funktionstüchtigkeit des Materials, beispielsweise in Form seiner mechanischen Stabilität, noch in vollem Umfang gewährleistet ist, oder bei der noch keine signifikanten Umwandlungsreaktionen stattgefunden haben. Die maximale Belastungstemperatur kann dabei für eine Verbindung die Temperatur sein, bei der es zu einer signifikanten Functionality of the material, for example in the form of its mechanical stability, is still fully guaranteed, or in which no significant conversion reactions have taken place. The maximum load temperature can be used for a connection Temperature at which it becomes significant
Zersetzung des Materials, beispielsweise durch Zerfall in mehrere, auch gasförmige, Komponenten, oder seine Schmelzoder Erweichungstemperatur. Sofern es sich um ein Decomposition of the material, for example by decomposition into several, including gaseous, components, or its melting or softening temperature. Unless it is a
glasartiges Material handelt, wird als maximale glassy material is considered maximum
Belastungstemperatur dabei in der Regel Tg angenommen werden. Die sogenannte Transformations- oder Load temperature thereby usually T g are assumed. The so-called transformation or
Glasübergangstemperatur Tg ist dabei bestimmt durch den Schnittpunkt der Tangenten an die beiden Äste der Glass transition temperature T g is determined by the intersection of the tangents to the two branches of
Ausdehnungskurve beim Messung mit einer Heizrate von Expansion curve during the measurement with a heating rate of
5K/min. Dies entspricht einer Messung nach ISO 7884-8 bzw. DIN 52324.  5K / min. This corresponds to a measurement according to ISO 7884-8 or DIN 52324.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das anorganische, siliziumhaltige, insbesondere silikatische, im Wesentlichen fluidfreie Material der vorliegenden In a further embodiment of the invention, the inorganic, silicon-containing, in particular silicate, substantially fluid-free material of the present invention
Erfindung einen linearen thermischen Invention a linear thermal
Ausdehnungskoeffizienten im Bereich von 2,0·10~6/Κ bis 10·10"6/Κ, bevorzugt von 2,5 10"6/K bis 9,5 10"6/K und besonders bevorzugt von 3,0·10~6/Κ bis 9,5·10~6/Κ auf. Dabei ist der lineare thermische Ausdehnungskoeffizient , sofern nicht anders angegeben, im Bereich von 20-300°C gemeint. Die Bezeichnungen und 0(20-300 werden im Rahmen dieser Erfindung synonym verwendet. Beim angegebenen Wert handelt es sich um den nominalen mittleren thermischen Expansion coefficient in the range of 2.0 x 10 -6 / Κ to 10 x 10 "6 / Κ, preferably of 2.5 10" 6 / K to 9.5 10 "6 / K and particularly preferably from 3.0 x 10 -6 / Κ to 9.5 x 10 -6 / Κ on. Here, the linear thermal expansion coefficient, unless otherwise specified, is meant in the range of 20-300 ° C. the terms and 0 (20-300 are within the scope of this The value given is the nominal mean thermal
Längenausdehnungskoeffizienten gemäß ISO 7991, welcher in statischer Messung bestimmt ist. Coefficient of linear expansion according to ISO 7991, which is determined in static measurement.
Das anorganische, siliziumhaltige, insbesondere The inorganic, silicon-containing, in particular
silikatische, im Wesentlichen fluidfreie Material der vorliegenden Erfindung enthält bevorzugt Netzwerkbildner und Trennstellenbildner, wobei das Stoffmengenverhältnis von Trennstellenbildnern zu Netzwerkbildnern kleiner oder gleich 0,25 ist, bevorzugt kleiner oder gleich 0,2 und besonders bevorzugt zwischen 0,015 und 0,16 beträgt. Als Netzwerkbildner werden hierbei Elemente bezeichnet, welche mit Sauerstoff Koordinationspolyeder bilden, wobei dieseSilicate-like, substantially fluid-free material of the present invention preferably contains network formers and separation site formers, the molar ratio of separation site formers to network formers is less than or equal to 0.25, preferably less than or equal to 0.2 and particularly preferably between 0.015 and 0.16. In this case, network elements are elements which form coordination polyhedra with oxygen, these being
Koordinationspolyeder sich untereinander verknüpfen und zu großen, ggf. sogar unendlichen Makromolekülen Coordination polyhedra interconnect and large, possibly even infinite macromolecules
zusammenschließen können. Als Trennstellenbildner werden demgegenüber Elemente bezeichnet, welche die Verbindungen zwischen den einzelnen Koordinationspolyedern unterbrechen und so zu einer Verringerung des Polymerisationsgrades führen. Als Trennstellenbildner fungieren dabei can join together. In contrast, elements which interrupt the connections between the individual coordination polyhedra and thus lead to a reduction in the degree of polymerization are referred to as separation site formers. As Trennstellenbildner act thereby
beispielsweise Alkali- und/oder Erdalkalimetalle, als Netzwerkbildner kommen beispielhaft Aluminium und/oder Bor und/oder Silizium in Betracht. For example, alkali and / or alkaline earth metals, as network formers are exemplified aluminum and / or boron and / or silicon into consideration.
Das anorganische, siliziumhaltige, insbesondere The inorganic, silicon-containing, in particular
silikatische, im Wesentlichen fluidfreie Material der vorliegenden Erfindung weist dabei in seiner Struktur bevorzugt ein Netzwerk eckenverknüpfter struktureller Silicate, substantially fluid-free material of the present invention preferably has in its structure a network of corner-sharing structural
Baueinheiten auf, gebildet aus den Building units, made up of the
Sauerstoffkoordinationspolyedern nerzwerkbildender  Oxygen coordination polyhedrons nerwerkwerkbildender
Elemente, insbesondere ein Netzwerk eckenverknüpfter Elements, in particular a network corner-connected
Tetraeder der allgemeinen Formel [XO4] , wobei X wenigstens Silicium und/oder Aluminium umfasst. Tetrahedra of the general formula [XO 4 ], wherein X comprises at least silicon and / or aluminum.
Gerade durch die Vielzahl von Verknüpfungsmöglichkeiten der Koordinationspolyeder ergeben sich dabei in der Struktur der solcherart gebildeten Festkörper relativ große Precisely because of the large number of possible connections of the coordination polyhedra, the structure of the solid formed in this way is relatively large
Hohlräume, die für die Einlagerung von beispielsweise Cavities responsible for the storage of, for example
Fluiden geeignet sind. So weisen beispielsweise Glimmer bzw. Schichtsilikate allgemein in ihrer kristallinen Struktur zum einen Schichten auf, in denen die Koordinationspolyeder, in diesem Fall von Sauerstoff tetraedrisch koordiniertes Silizium, in Form von Fluids are suitable. For example, mica or phyllosilicates generally in their crystalline Structure on the one layers, in which the coordination polyhedron, in this case of oxygen tetrahedral coordinated silicon, in the form of
sechseckigen Ringen angeordnet sind, in deren Mitte Fluide eingelagert werden können. Weiterhin können zwischen den Schichten der Schichtsilikate weitere Verbindungen Hexagonal rings are arranged in the middle fluids can be stored. Furthermore, between the layers of the layered silicates further compounds
eingelagert werden. Diese große Aufnahmefähigkeit der be stored. This great receptivity of
Schichtsilikate wird auch als Quellfähigkeit bezeichnet und vielfach technisch ausgenutzt, indem beispielsweise gezielt organische Gruppen angelagert werden, stellt allerdings dann einen Nachteil dar, wenn Fluidfreiheit gefordert wird. Phyllosilicates are also referred to as swellability and often exploited technically, for example, by targeted organic groups are added, but then represents a disadvantage when freedom from fluid is required.
Aber auch andere, dichtere siliziumhaltige, insbesondere silikatische Materialien, beispielsweise Silikate mit einer Granatstruktur, weisen in ihrer Struktur Vorzugsrichtungen auf, die sich beispielsweise makroskopisch als Spaltbarkeit oder aber auch in Form einer bevorzugten Durchlässigkeit für bestimmte Materialien zeigen können. So ist im Falle der Granatstrukturen bekannt, dass diese Kanäle aufweisen, durch die - im Falle einer geeigneten chemischen However, other, denser silicon-containing, in particular silicate materials, for example silicates with a garnet structure, have in their structure preferred directions, which may show, for example, macroscopically as cleavage or in the form of a preferred permeability for certain materials. Thus, in the case of garnet structures, it is known that these channels have, by - in the case of a suitable chemical
Zusammensetzung - beispielsweise Ionen wandern können. Dies wird im Falle der sogenannten „LLZO"-Materialien Composition - for example, ions can migrate. This is in the case of so-called "LLZO" materials
ausgenutzt, wobei es sich hierbei um Materialien handelt, welche aus Lithium, Lanthan, Zirkon und Sauerstoff exploited, these being materials which include lithium, lanthanum, zirconium and oxygen
aufgebaut sind (wobei ein Teil des Zirkons auch durch Niob oder Tantal oder ähnliche Elemente ersetzt sein kann) und eine besonders hohe Lithium-Ionen-Leitfähigkeit aufweisen. are constructed (wherein a part of the zirconium may also be replaced by niobium or tantalum or similar elements) and have a particularly high lithium-ion conductivity.
Um solche Vorzugsrichtungen mit dem damit verbundenen To such preferential directions with the associated
Risiko einer Durchlässigkeit und/oder Speicherfähigkeit für Fluide zu vermeiden, ist gemäß einer bevorzugten To avoid the risk of permeability and / or storage capacity for fluids is according to a preferred
Ausführungsform der Erfindung isotrop ausgebildet. Als isotrop wird ein Material dann bezeichnet, wenn seine Embodiment of the invention isotropic. When isotropic, a material is then called, if its
Eigenschaften in alle Raumrichtungen hin gleich ausgebildet sind . In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Properties are formed in all directions towards the same. In a preferred embodiment this is
erfindungsgemäße anorganische, siliziumhaltige, inorganic, silicon-containing,
insbesondere silikatische, im Wesentlichen fluidfreie in particular silicate, substantially fluid-free
Material dabei amorph ausgebildet. Bevorzugt handelt es sich um ein Glas. Material formed amorphous. It is preferably a glass.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann anorganische, siliziumhaltige, insbesondere silikatische, im Wesentlichen fluidfreie Material als Substrat und/oder als Superstrat in der erfindungsgemäßen Dünnfilmbatterie vorliegen . According to a further embodiment of the invention, inorganic, silicon-containing, in particular silicate, essentially fluid-free material can be present as substrate and / or as superstrate in the thin-film battery according to the invention.
Dabei wird als „Substrat" die Unterlage für die Here, as a "substrate" the pad for the
nachfolgenden Aufbauten, die die eigentliche subsequent constructions that the actual
Dünnfilmbatterie bilden, bezeichnet, und als Superstrat eine Abdeckung, welche beispielsweise auf die fertig aufgebrachten Beschichtungen der Dünnfilmbatterie Thin-film battery form, and as a Superstrat a cover, which, for example, on the finished coatings of the thin-film battery
aufgebracht wird. Als Superstrat wird dabei im Rahmen der vorliegenden is applied. As Superstrat is doing in the context of the present
Erfindung das anorganische, siliziumhaltige, insbesondere silikatische, im Wesentlichen fluidfreie Material dann verstanden, wenn es nicht als Substrat, also als Unterlage für das Aufbringen weiterer Veredelungen oder Aufbauten verwendet wird, sondern als auflagerndes Element,  Invention understood the inorganic, silicon-containing, in particular silicate, substantially fluid-free material then, if it is not used as a substrate, so as a base for the application of other finishes or structures, but as Auflagerndes element,
beispielsweise Abdeckung oder als Deckglas, verwendet wird. Dabei kann das Superstrat ebenfalls selbst vor seiner Verwendung als Superstrat, beispielsweise als Deckglas, separaten Prozessen unterworfen worden sein, während derer es die Funktion eines Substrats für diese separaten For example, cover or as a cover glass, is used. The Superstrat can also do that before his own Use as a superstrate, for example, as a cover glass, have been subjected to separate processes, during which it has the function of a substrate for these separate
Prozesse eingenommen hat, und beispielsweise Aufbauten oder Strukturen tragen, beispielsweise optische Vergütungen zur selektiven Einstellung der optischen Transmission. Processes has taken, and wear, for example, structures or structures, such as optical coatings for selectively adjusting the optical transmission.
Das Superstrat kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung dabei aus demselben Material, also mit der identischen chemischen Zusammensetzung, ausgebildet sein wie das In the context of the present invention, the superstrate can be formed from the same material, that is to say with the same chemical composition, as the latter
Substrat. Dies ist beispielsweise dann von Vorteil, wenn Substrat und Superstrat zur Vermeidung von thermischen Spannungen nach Möglichkeit denselben thermischen  Substrate. This is advantageous, for example, if the substrate and superstrate are as far as possible the same thermal in order to avoid thermal stresses
Ausdehnungskoeffizienten aufweisen sollten. Expansion coefficients should have.
Allerdings ist es auch möglich, dass Substrat und However, it is also possible that substrate and
Superstrat gezielt aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Sofern beispielsweise das Superstrat lediglich als Diffusionsbarriere gegenüber dem Durchtritt von Fluiden eingesetzt wird, also beispielsweise optische oder Superstrat deliberately made of different materials. If, for example, the superstrate is merely used as a diffusion barrier with respect to the passage of fluids, ie, for example, optical or
chemische Eigenschaften von untergeordneter Bedeutung sind, ist es möglich, ein eher preisgünstiges Material, chemical properties are of secondary importance, it is possible to have a rather inexpensive material,
beispielsweise ein Glas mit höheren Dicken, mit der For example, a glass with higher thicknesses, with the
Zusammensetzung eines Kalk-Natron-Glases sowie ohne Composition of a soda-lime glass as well as without
gesonderte, beispielsweise optische, Vergütung, zu separate, for example, optical, compensation, too
verwenden . use.
Zur Sicherstellung einer ausreichenden Diffusionsbarriere gegenüber dem Durchtritt von Fluiden wird weiterhin eine Verkapselung zwischen dem Substrat und dem Superstrat benötigt. Eine solche seitliche Barriere kann To ensure a sufficient diffusion barrier against the passage of fluids, an encapsulation between the substrate and the superstrate is still required. Such a lateral barrier can
beispielsweise durch geeignete Polymere erfolgen. Weiterhin ist es auch möglich, eine solche Barriere durch den Einsatz von Glasloten zu erstellen, insbesondere dann, wenn eine besonders hohe Diffusionsbarriere notwendig oder for example, by suitable polymers. Farther it is also possible to create such a barrier by the use of glass solders, especially if a particularly high diffusion barrier is necessary or
wünschenswert ist. Weiterhin ist es auch möglich, solche Glaslote im Hinblick auf ihre thermische Dehnung gezielt einzustellen. Sofern beispielsweise die is desirable. Furthermore, it is also possible to selectively adjust such glass solders with regard to their thermal expansion. If, for example, the
Ausdehnungskoeffizienten von Substrat und Superstrat unterschiedlich sind, kann ein thermischer Expansion coefficients of substrate and superstrate are different, can be a thermal
Ausdehnungskoeffizient des Glaslots so gewählt werden, dass er einen mittleren Wert annimmt. Weiterhin wird der  Expansion coefficient of the glass solder are chosen so that it assumes an average value. Furthermore, the
thermische Ausdehnungskoeffizient des Glaslots in der Regel auf die aktiven Komponenten des betreffenden coefficient of thermal expansion of the glass solder usually on the active components of the relevant
Speicherelements abzustellen sein. Bevorzugt sind dabei sowohl das Substrat als auch das Store memory element. Preference is given to both the substrate and the
Superstrat aus demselben anorganischen, siliziumhaltigen, insbesondere silikatischen, im Wesentlichen fluidfreien Material gebildet. Sofern das anorganische, siliziumhaltige, insbesondere silikatische Material der vorliegenden Erfindung in der erfindungsgemäßen Dünnfilmbatterie als Substrat und/oder als Superstrat verwendet wird, wird es gemäß einer  Superstrate of the same inorganic, silicon-containing, in particular silicate, substantially fluid-free material formed. If the inorganic, silicon-containing, in particular silicate material of the present invention is used in the thin-film battery according to the invention as a substrate and / or as a superstrate, it is according to a
Ausführungsform der Erfindung erhalten durch einen Embodiment of the invention obtained by a
Schmelzprozess mit anschließender Formgebung, wobei das Material bevorzugt als Band oder Scheibe, beispielsweise als Glasband oder Glasscheibe, aisgebildet ist und wobei die Formgebung inline als Heißformgebungsprozess , Melting process followed by shaping, wherein the material is preferably formed as a band or disc, for example as a glass band or glass pane, and wherein the shaping is inline as a hot forming process,
beispielsweise in einem Floatprozess , einem Overflow- Fusion-Prozess oder einem Down-Draw-Prozess erfolgt, oder offline durch separates Aufheizen eines zuvor abgekühlten glasigen Formkörpers in einem Re-Draw-Prozess . Es ist allerdings auch möglich, dass das anorganische, siliziumhaltige, insbesondere silikatische, im Wesentlichen fluidfreie Material der erfindungsgemäßen Dünnfilmbatterie alternativ oder zusätzlich als Schicht vorliegt. for example, in a float process, an overflow fusion process, or a downdraw process, or offline by separately heating a previously cooled vitreous body in a re-draw process. However, it is also possible for the inorganic, silicon-containing, in particular silicate, substantially fluid-free material of the thin-film battery according to the invention to be present as an alternative or additionally as a layer.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Material, wenn es als Schicht vorliegt, durch einen Aufdampfprozess , bevorzugt durch einen According to a preferred embodiment of the invention, the material, if it is present as a layer, by a vapor deposition, preferably by a
Elektronenstrahlverdampfungsprozess , erhalten. Electron beam evaporation process, obtained.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst die erfindungsgemäße Dünnfilmbatterie weiterhin mindestens einen Fluidgetter. Als Getter wird dabei ein Material bezeichnet, welches Fluid an sich binden kann. According to a further embodiment of the invention, the thin-film battery according to the invention further comprises at least one fluid getter. A getter is a material that can bind fluid.
Bevorzugt ist dieser Getter dabei ausgebildet als Preferably, this getter is designed as
Reaktions- und/oder Opfermaterial, welches nichtlösliche oder nur sehr schwerlösliche Verbindungen mit Fluiden bildet. Reaction and / or sacrificial material which forms insoluble or only sparingly soluble compounds with fluids.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst dieser Getter dabei ein Metall, beispielsweise ein unedles Metall, bevorzugt ein Alkali- oder Erdalkalimetall oder eine Mischung oder Legierung von Metallen, beispielsweiseIn a further embodiment of the invention, this getter comprises a metal, for example a non-noble metal, preferably an alkali metal or alkaline earth metal or a mixture or alloy of metals, for example
Alkali- und/oder Erdalkalimetallen, und/oder ein Adsorbens . Als Adsorbens wird dabei ein Material bezeichnet, welches in der Lage ist, Fluide adsorptiv zu binden. Zwar sind Fluidgetter für elektrochemische Energeispeicher nicht grundsätzlich neu. So beschreibt beispielsweise die internationale Patentanmeldung WO 2014/016039 AI eine Verbindung VI, welche in der Lage ist, mit einer Alkali and / or alkaline earth metals, and / or an adsorbent. As an adsorbent while a material is referred to, which is capable of binding adsorptive fluids. Although fluid getters for electrochemical energy storage are not fundamentally new. For example, international patent application WO 2014/016039 A1 describes a Compound VI which is capable of having one
fluorhaltigen Verbindung V2 eine nichtflüchtige, nicht gasförmige sowie fluorbindende Verbindung V3 zu bilden. Auch die US-amerikanische Patentanmeldung US 2012/0050942 AI beschreibt ein Material, welches in der Lage ist, HF oder Wasserstoff zu binden. fluorine-containing compound V2 to form a nonvolatile, non-gaseous and fluorine-binding compound V3. Also, the US patent application US 2012/0050942 Al describes a material which is capable of binding HF or hydrogen.
Beiden Schriften ist dabei gemein, dass sie dabei auf Lithium-basierte Systeme abstellen, welche über einen flüssigen Elektrolyten verfügen, d.h. einen solchen, welcher aus einem Lösungsmittel sowie einem Leitsalz besteht. Sofern Wasser oder Wasserstoff in den Both fonts have in common that they turn off on lithium-based systems that have a liquid electrolyte, i. one which consists of a solvent and a conductive salt. If water or hydrogen in the
Energiespeicher gelangt, bildet sich nun Fluorwasserstoff HF, was beispielsweise zum Aufblähen der Batterie, im schlimmsten Fall bis zum mechanischen Versagen der Energy storage, now forms hydrogen fluoride HF, which, for example, to inflate the battery, in the worst case to mechanical failure of the
Batteriehülle, verbunden mit dem Austritt gefährlicher Substanzen, führen kann. Darüber hinaus kann es weiterhin zur Bildung von nicht-löslichen Lithiumverbindungen, beispielsweise von LiF kommen, so dass dem System das für die elektrische Energiespeicherung wesentliche Element entzogen wird. Battery cover, associated with the escape of hazardous substances, may result. Furthermore, non-soluble lithium compounds, such as LiF, may continue to form, depriving the system of the element essential to electrical energy storage.
Im Gegensatz zu diesen HF- und/oder Wasserstoffgettern sind dagegen die Gettermaterialien der vorliegenden Erfindung vielmehr so ausgebildet, dass andere Fluide, beispielsweise neben Wasser auch Sauerstoff und/oder Stickstoff, In contrast to these HF and / or hydrogen getters, on the other hand, the getter materials of the present invention are rather formed such that other fluids, for example, in addition to water, also oxygen and / or nitrogen,
adsorbiert werden. Die für die oben beschriebenen adsorbed. The ones described above
Gettermaterialien wirksamen Mechanismen können weiterhin in einer reinen Festkörperbatterie, welche ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, nicht wirksam werden. Vielmehr fehlen hier wichtige Komponenten, welche für den Ablauf der im Stand der Technik beschriebenen Reaktionen notwendig sind. Insbesondere liegt Fluor in einer solchen Getter materials effective mechanisms can still be effective in a pure solid-state battery, which is an object of the present invention. Rather, here are missing important components, which for the course of the necessary in the prior art reactions are necessary. In particular, fluorine is in such
Festkörperbatterie nicht vor, so dass eine HF-Getterung nicht angezeigt ist. Solid state battery is not available, so that an RF gettering is not displayed.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das anorganische, siliziumhaltige, insbesondere According to a preferred embodiment of the invention, the inorganic, silicon-containing, in particular
silikatische, im Wesentlichen fluidfreie Material der vorliegenden Erfindung eine Dicke kleiner als 2 mm, siliceous, substantially fluid-free material of the present invention has a thickness less than 2 mm,
bevorzugt kleiner 1 mm, besonders bevorzugt kleiner 500 ym, ganz besonders bevorzugt kleiner oder gleich 200 ym sowie am meisten bevorzugt maximal 100 ym auf. preferably less than 1 mm, particularly preferably less than 500 μm, very particularly preferably less than or equal to 200 μm and most preferably not more than 100 μm.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der In a particularly preferred embodiment of the
Erfindung weist das anorganische, siliziumhaltige, Invention comprises the inorganic, silicon-containing,
insbesondere silikatische, im Wesentliche fluidfreie in particular silicate, essentially fluid-free
Material einen gewissen Gehalt an Lithium auf. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn es sich bei der Material has a certain content of lithium. This is particularly advantageous when it comes to the
erfindungsgemäßen Dünnfilmbatterie um eine Lithium-basierte Dünnfilmbatterie handelt. Sofern eine der Maßnahmen zur Erzeugung der Fluidfreiheit des Materials durch geführt wird, d.h. beispielsweise eine Temperung, und diese erst nach der Aufbringung von Funktionsschichten der erfolgt, beispielsweise während der Temperung einer thin-film battery according to the invention is a lithium-based thin-film battery. If one of the measures for generating the fluid freedom of the material is carried out, i. For example, an annealing, and this only after the application of functional layers takes place, for example, during the annealing of a
Funktionsschicht, so dass diese eine erhöhte Performance beispielsweise hinsichtlich der Speicherfähigkeit Functional layer, so that these increased performance, for example, in terms of storage capacity
elektrischer Energie aufweist, ist ein solcher Lithium- Gehalt besonders von Vorteil. Der Li20- Gehalt liegt dabei bei 7,0 Gew.-% oder weniger, bevorzugt bei 5,2 Gew.-% oder weniger und besonders having electrical energy, such a lithium content is particularly advantageous. The Li 2 O content is 7.0% by weight or less, preferably 5.2% by weight or less, and especially
bevorzugt bei 2,5 Gew.-% oder weniger, ganz besonders bevorzugt bei 0,5 Gew.-% oder weniger sowie am bevorzugtesten bei 0,2 Gew.-% oder weniger, wobe preferably at 2.5% by weight or less, especially preferably at 0.5% by weight or less, and most preferably at 0.2% by weight or less, wherein
Gehalt von L12O mindestens 0,1 Gew.-% beträgt Die erfindungsgemäße Dünnfilmbatterie kann hergestellt werden durch ein Verfahren, welches mindestens die Content of L1 2 O at least 0.1 wt .-%, the thin film battery of the invention can be prepared by a process comprising at least the
folgenden Schritte umfasst: following steps include:
- Die Bereitstellung eines Substrats mit einem  The provision of a substrate with a
Fluidgehalt, insbesondere einem H20-Gehalt, von weniger als 2 Gew.-%, bevorzugt von weniger als 0,5Fluid content, in particular a H 2 0 content, of less than 2 wt .-%, preferably less than 0.5
Gew.-% und besonders bevorzugt von weniger als 0,2 Gew.-% sowie ganz besonders bevorzugt von weniger als 0,05 Gew.-% aufweist, wobei zum Fluidgehalt auch innerhalb der chemischen Struktur des Materials gebundene fluide Stoffe, beispielsweise in Form vonWt .-% and particularly preferably less than 0.2 wt .-% and most preferably less than 0.05 wt .-%, wherein the fluid content and within the chemical structure of the material bound fluid substances, for example in the form from
Kristallwasser oder Hydraten oder OH-Gruppen, zählen,Crystal water or hydrates or OH groups, count,
- Aufbringen der Funktionsschichten der Applying the functional layers of
Dünnfilmbatterie, sowie  Thin film battery, as well
- Aufbringen mindestens einer Verkapselung der  Applying at least one encapsulation of the
Funktionsschichten der Dünnfilmbatterie, wobei die Functional layers of the thin-film battery, wherein the
Verkapselung zumindest partiell mindestens eine Encapsulation at least partially at least partially
Grenzfläche mindestens einer Funktionsschicht der Dünnfilmbatterie abdichtet. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist dabei das Substrat und/oder mindestens eine Verkapselung der Dünnfilmbatterie zumindest teilweise als anorganisches, siliziumhaltiges, insbesondere silikatisches, im  Boundary surface of at least one functional layer of the thin-film battery seals. In a further embodiment of the invention, the substrate and / or at least one encapsulation of the thin-film battery is at least partially in the form of an inorganic, silicon-containing, in particular silicate, im
Wesentlichen fluidfreies Material ausgebildet. Substantially fluid-free material is formed.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt dabei das anorganische, siliziumhaltige, insbesondere silikatische, im Wesentlichen fluidfreie Material als Substrat in Form eines scheibenförmigen Formkörpers vor, wobei das Substrat zur Erzeugung der Fluidfreiheit während oder auch nach der Formgebung einer Temperung, insbesondere einer Temperung bei unter 500 °C, und/oder einer Beflammung unterzogen wird, wobei die Temperung bevorzugt während der thermischen Nachbehandlung mindestens einer der In a preferred embodiment of the invention is the inorganic, silicon-containing, in particular silicate, substantially fluid-free material as a substrate in the form of a disc-shaped molding, wherein the substrate for generating the fluid freedom during or after the molding of a heat treatment, in particular a heat treatment at below 500 ° C, and / or flame treatment is subjected, wherein the Annealing preferably during the thermal treatment of at least one of
Funktionsschichten der Dünnfilmbatterie erfolgt. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird weiterhin ein Gettermaterial für Fluide, beispielsweise ein Gettermaterial in Form eines Metalls, bevorzugt eines unedlen Metalls, beispielsweise einem Alkali- oder Functional layers of the thin-film battery takes place. In a further embodiment of the invention, furthermore, a getter material for fluids, for example a getter material in the form of a metal, preferably a base metal, for example an alkali or
Erdalkalimetall und/oder Mischungen und Legierungen von Metallen gebildet ist, oder ein Gettermaterial in Form eines Adsorbens, auf das Substrat aufgebracht. Alkaline earth metal and / or mixtures and alloys of metals is formed, or a getter material in the form of an adsorbent, applied to the substrate.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Gettermaterial dabei vor der Durchführung des In a further embodiment of the invention, the getter is doing before the implementation of the
fluidreduzierenden Prozesses, also beispielsweise vor der Temperung, aufgebracht, und das Gettermaterial nach dessen Durchführung entfernt. fluid-reducing process, so for example, before annealing, applied, and removes the getter after its implementation.
Beispiele Examples
In den folgenden Tabellen sind einige beispielhafte In the following tables are some exemplary
Zusammensetzungen anorganischer, siliziumhaltiger, Compositions of inorganic, silicon-containing,
insbesondere silikatischer, im Wesentlichen fluidfreier Materialien gegeben. in particular silicate, essentially fluid-free materials.
Ausführungsbeispiel 1 Eine Zusammensetzung eines anorganischen, siliziumhaltigen, insbesondere silikatischen, im Wesentlichen fluidfreien Materials ist weiterhin beispielhaft gegeben durch folgende Zusammensetzung in Gew.-%: Embodiment 1 A composition of an inorganic, silicon-containing, in particular silicate, essentially fluid-free material is furthermore given by way of example by the following composition in% by weight:
Si02 30 bis 85 Si0 2 30 to 85
B203 3 bis 20 B 2 0 3 3 to 20
AI2O3 0 bis 15  AI2O3 0 to 15
Na20 3 bis 15 Na 2 0 3 to 15
K20 3 bis 15 K 2 0 3 to 15
ZnO 0 bis 12  ZnO 0 to 12
Ti02 0,5 bis 10 Ti0 2 0.5 to 10
CaO 0 bis 0, 1 Ausführungsbeispiel 2  CaO 0 to 0, 1 embodiment 2
Eine weitere Zusammensetzung eines anorganischen,  Another composition of an inorganic,
siliziumhaltigen, insbesondere silikatischen, im siliceous, in particular silicate, im
Wesentlichen fluidfreien Materials ist weiterhin Substantially fluid-free material is still
beispielhaft gegeben durch folgende Zusammensetzung in Gew.-%: exemplified by the following composition in wt .-%:
Si02 58 bis 65 Si0 2 58 to 65
B203 6 bis 10,5 B 2 0 3 6 to 10.5
A1203 14 bis 25 A1 2 0 3 14 to 25
MgO 0 bis 3 MgO 0 to 3
CaO 0 bis 9  CaO 0 to 9
BaO 0 bis 8, bevorzugt 3 - 8  BaO 0 to 8, preferably 3 to 8
ZnO 0 bis 2,  ZnO 0 to 2,
wobei gilt, dass die Summe des Gehalts von MgO, CaO und BaO dadurch gekennzeichnet ist, dass sie im Bereich von 8 bis 18 Gew.-/ liegt. Ausführungsbeispiel 3 it being understood that the sum of the content of MgO, CaO and BaO is characterized by being in the range of 8 to 18% by weight. Embodiment 3
Eine nochmals weitere Zusammensetzung eines anorganischen, siliziumhaltigen, insbesondere silikatischen, im  Yet another composition of an inorganic, silicon-containing, in particular silicate, im
Wesentlichen fluidfreien Materials ist weiterhin Substantially fluid-free material is still
beispielhaft gegeben durch folgende Zusammensetzung inexemplified by the following composition in
Gew . -% : Gew. -%:
Si02 55 bis 75 Si0 2 55 to 75
Na20 0 bis 15 Na 2 0 0 to 15
K20 0 bis 14, bevorzugt 2 bis 14 K 2 0 0 to 14, preferably 2 to 14
A1203 0 bis 15 A1 2 0 3 0 to 15
MgO 0 bis 4  MgO 0 to 4
CaO 3 bis 12  CaO 3 to 12
BaO 0 bis 15  BaO 0 to 15
ZnO 0 bis 5  ZnO 0 to 5
Ti02 0 bis 2 Ti0 2 0 to 2
Ausführungsbeispiel 4 Embodiment 4
Eine nochmals weitere Zusammensetzung eines anorganischen, siliziumhaltigen, insbesondere silikatischen, im  Yet another composition of an inorganic, silicon-containing, in particular silicate, im
Wesentlichen fluidfreien Materials ist weiterhin Substantially fluid-free material is still
beispielhaft gegeben durch folgende Zusammensetzung in Gew . -% : Si02 61 exemplified by the following composition in wt. -%: Si0 2 61
B203 10 B 2 0 3 10
A1203 18 A1 2 0 3 18
MgO 2 , 8  MgO 2, 8
CaO 4,8  CaO 4.8
BaO 3,3 Mit dieser Zusammensetzung werden folgende Eigenschaften erhalten : BaO 3.3 With this composition, the following properties are obtained:
«(20-300) 3, 2·10"6«(20-300) 3, 2 · 10 " 6 / Κ
Tg 717°C T g 717 ° C
Dichte 2,43 g/cm 3 Density 2.43 g / cm 3
Ausführungsbeispiel 5 Embodiment 5
Eine nochmals weitere Zusammensetzung eines anorganischen, siliziumhaltigen, insbesondere silikatischen, im  Yet another composition of an inorganic, silicon-containing, in particular silicate, im
Wesentlichen fluidfreien Materials ist weiterhin Substantially fluid-free material is still
beispielhaft gegeben durch folgende Zusammensetzung in exemplified by the following composition in
Si02 64, 0 Si0 2 64, 0
B203 8,3 B 2 0 3 8,3
A1203 4,0 A1 2 0 3 4.0
Na20 6, 5 Na 2 0 6, 5
K20 7,0 K 2 0 7.0
ZnO 5,5  ZnO 5.5
Ti02 4,0 Ti0 2 4.0
Sb203 0, 6 Sb 2 0 3 0, 6
Cl~ 0,1 Cl ~ 0.1
Mit dieser Zusammensetzung werden folgende Eigenschaften erhalten : With this composition, the following properties are obtained:
a(2o-3oo) 7,2·10"6a (2 o-3oo) 7.2 · 10 "6 / Κ
Tg 557°C T g 557 ° C
Dichte 2,5 g/cm 3 Ausführungsbeispiel 6 Density 2.5 g / cm 3 Embodiment 6
Ein weiteres scheibenförmiges diskretes Element ist beispielhaft durch die folgende Zusammensetzung in Gew, gegeben :  Another disk-shaped discrete element is exemplified by the following composition in weight:
Si02 69 +/- 5 Si0 2 69 +/- 5
Na20 8 +/- 2 Na 2 0 8 +/- 2
K20 8 +/- 2 K 2 0 8 +/- 2
CaO 7 +/- 2  CaO 7 +/- 2
BaO 2 +/- 2 BaO 2 +/- 2
ZnO 4 +/- 2  ZnO 4 +/- 2
Ti02 1 +/- 1 Ti0 2 1 +/- 1
Mit dieser Zusammensetzung werden folgende Eigenschaften erhalten : With this composition, the following properties are obtained:
a(2o-3oo) 9,4·10"6a (2 o-3oo) 9.4 · 10 "6 / Κ
Tg 533°C T g 533 ° C
Dichte 2,55 g/cm 3 Density 2.55 g / cm 3
Ausführungsbeispiel 7 Embodiment 7
Eine nochmals weitere Zusammensetzung eines anorganischen, siliziumhaltigen, insbesondere silikatischen, im  Yet another composition of an inorganic, silicon-containing, in particular silicate, im
Wesentlichen fluidfreien Materials ist weiterhin Substantially fluid-free material is still
beispielhaft gegeben durch folgende Zusammensetzung in exemplified by the following composition in
Si02 80 +/-Si0 2 80 +/-
B203 13 +/-B 2 0 3 13 +/-
A1203 2,5 +/-A1 2 0 3 2.5 +/-
Na20 3,5 +/-Na 2 0 3.5 +/-
K20 1 +/- 1 Mit dieser Zusammensetzung werden folgende EigenschaftenK 2 0 1 +/- 1 With this composition, the following properties
Elements erhalten: Elements received:
«(20-300) 3, 25·10"6«(20-300) 3, 25 · 10 " 6 / Κ
Tg 525°C T g 525 ° C
Dichte 2,2 g/cm3 Density 2.2 g / cm 3
Ausführungsbeispiel 8 Embodiment 8
Eine nochmals weitere Zusammensetzung eines anorganischen, siliziumhaltigen, insbesondere silikatischen, im  Yet another composition of an inorganic, silicon-containing, in particular silicate, im
Wesentlichen fluidfreien Materials ist weiterhin Substantially fluid-free material is still
beispielhaft gegeben durch folgende Zusammensetzung in exemplified by the following composition in
Si02 62,3 Si0 2 62.3
A1203 16,7 A1 2 0 3 16.7
Na20 11,8 Na 2 0 11.8
K20 3,8 K 2 0 3.8
MgO 3 , 7  MgO 3, 7
Zr02 0,1 Zr0 2 0.1
Ce02 0,1 Ce0 2 0.1
Ti02 0,8 Ti0 2 0.8
As203 0,7 As 2 0 3 0.7
Mit dieser Zusammensetzung werden folgende Eigenschaften erhalten : With this composition, the following properties are obtained:
«(20-300) 8 , 6·10"6«(20-300) 8, 6 · 10 " 6 / Κ
Tg 607°C T g 607 ° C
Dichte 2,4 g/cm3 Density 2.4 g / cm 3
Ausführungsbeispiel 9 Eine nochmals weitere Zusammensetzung eines anorganischen, siliziumhaltigen, insbesondere silikatischen, im Embodiment 9 Yet another composition of an inorganic, silicon-containing, in particular silicate, im
Wesentlichen fluidfreien Materials ist weiterhin Substantially fluid-free material is still
beispielhaft gegeben durch folgende Zusammensetzung in Gew.-%: exemplified by the following composition in wt .-%:
Si02 62,2 Si0 2 62.2
A1203 18,1 A1 2 0 3 18,1
B2O3 0,2  B2O3 0.2
P2O5 0,1 P2O5 0.1
Li20 5,2 Li 2 0 5.2
Na20 9,7 Na 2 0 9.7
K20 0,1 K 2 0 0.1
CaO 0,6  CaO 0.6
SrO 0,1 SrO 0.1
ZnO 0,1  ZnO 0.1
Zr02 3,6 Zr0 2 3.6
Mit dieser Zusammensetzung werden folgende Eigenschaften erhalten: With this composition, the following properties are obtained:
«(20-300) 8 , 5·10"6«(20-300) 8, 5 · 10 " 6 / Κ
Tg 505°C T g 505 ° C
Dichte 2,5 g/cm3 Ausführungsbeispiel 10 Density 2.5 g / cm 3 Embodiment 10
Eine nochmals weitere Zusammensetzung eines anorganischen, siliziumhaltigen, insbesondere silikatischen, im  Yet another composition of an inorganic, silicon-containing, in particular silicate, im
Wesentlichen fluidfreien Materials ist weiterhin Substantially fluid-free material is still
beispielhaft gegeben durch folgende Zusammensetzung in Gew.-%: exemplified by the following composition in wt .-%:
Si02 52 A1203 17 Si0 2 52 A1 2 0 3 17
Na20 12 Na 2 0 12
K20 4 K 2 0 4
MgO 4  MgO 4
CaO 6 CaO 6
ZnO 3,5  ZnO 3,5
Zr02 1,5 Zr0 2 1.5
Mit dieser Zusammensetzung werden folgende Eigenschaften erhalten: With this composition, the following properties are obtained:
«(20-300) 9, 7·10"6«(20-300) 9, 7 · 10 " 6 / Κ
Tg 556°C T g 556 ° C
Dichte 2,6 g/cm3 Density 2.6 g / cm 3
Ausführungsbeispiel 11 Embodiment 11
Eine nochmals weitere Zusammensetzung eines anorganischen, siliziumhaltigen, insbesondere silikatischen, im  Yet another composition of an inorganic, silicon-containing, in particular silicate, im
Wesentlichen fluidfreien Materials ist weiterhin  Substantially fluid-free material is still
beispielhaft gegeben durch folgende Zusammensetzung in Gew . -% : exemplified by the following composition in wt. -%:
Si02 62 Si0 2 62
AI2O3 17  AI2O3 17
Na20 13 Na 2 0 13
K20 3,5 K 2 0 3.5
MgO 3 , 5  MgO 3, 5
CaO 0,3  CaO 0.3
Sn02 0,1 Sn0 2 0.1
Ti02 0,6 Mit dieser Zusammensetzung werden folgende Eigenschaften erhalten : Ti0 2 0.6 With this composition, the following properties are obtained:
«(20-300) 8 , 3·10"6«(20-300) 8, 3 · 10 " 6 / Κ
Tg 623°C T g 623 ° C
Dichte 2,4 g/cm 3 Density 2.4 g / cm 3
Ausführungsbeispiel 12 Embodiment 12
Eine nochmals weitere Zusammensetzung eines anorganischen, siliziumhaltigen, insbesondere silikatischen, im  Yet another composition of an inorganic, silicon-containing, in particular silicate, im
Wesentlichen fluidfreien Materials ist weiterhin Substantially fluid-free material is still
beispielhaft gegeben durch folgende Zusammensetzung in Gew . -% : exemplified by the following composition in wt. -%:
Si02 61,1 Si0 2 61,1
A1203 19,6 A1 2 0 3 19.6
B203 4,5 B 2 0 3 4,5
Na20 12,1 Na 2 0 12,1
K20 0,9 K 2 0 0.9
MgO 1 , 2  MgO 1, 2
CaO 0,1 CaO 0.1
Sn02 0,2 Sn0 2 0.2
Ce02 0,3 Ce0 2 0.3
Mit dieser Zusammensetzung werden folgende Eigenschaften erhalten : With this composition, the following properties are obtained:
«(20-300) 8 , 9·10"6«(20-300) 8, 9 · 10 " 6 / Κ
Tg 600°C T g 600 ° C
Dichte 2,4 g/cm3 Density 2.4 g / cm 3
Ausführungsbeispiel 13 Eine nochmals weitere Zusammensetzung eines anorganischen, siliziumhaltigen, insbesondere silikatischen, im Embodiment 13 Yet another composition of an inorganic, silicon-containing, in particular silicate, im
Wesentlichen fluidfreien Materials ist weiterhin Substantially fluid-free material is still
beispielhaft gegeben durch folgende Zusammensetzung in Gew.-%: exemplified by the following composition in wt .-%:
Si02 50 bis 65 Si0 2 50 to 65
A1203 15 bis 20 A1 2 0 3 15 to 20
B203 0 bis 6 B 2 0 3 0 to 6
Li20 0 bis 6 Li 2 0 0 to 6
Na20 8 bis 15 Na 2 0 8 to 15
K20 0 bis 5 K 2 0 0 to 5
MgO 0 bis 5  MgO 0 to 5
CaO 0 bis 7, bevorzugt 0 bis 1  CaO 0 to 7, preferably 0 to 1
ZnO 0 bis 4, bevorzugt 0 bis 1 ZnO 0 to 4, preferably 0 to 1
Zr02 0 bis 4 Zr0 2 0 to 4
Ti02 0 bis 1, bevorzugt im Wesentlichen Ti02-frei Ti0 2 0 to 1, preferably essentially Ti0 2 -free
Weiterhin können im Glas enthalten sein zu 0 bis 1 Gew.-%: P205, SrO, BaO; sowie Läutermittel zu 0 bis 1 Gew.-%: Sn02, Ce02 oder As2C>3 oder andere Läutermittel. Further, in the glass may be contained at 0 to 1 wt .-%: P 2 0 5 , SrO, BaO; and a refining agent 0 to 1 wt .-% Sn0 2, Ce0 2 or As 2 C> 3 or other refining agents.
Ausführungsbeispiel 14 Embodiment 14
Eine nochmals weitere Zusammensetzung eines anorganischen, siliziumhaltigen, insbesondere silikatischen, im  Yet another composition of an inorganic, silicon-containing, in particular silicate, im
Wesentlichen fluidfreien Materials ist weiterhin Substantially fluid-free material is still
beispielhaft gegeben durch folgende Zusammensetzung in exemplified by the following composition in
Si02 58 bis 65 Si0 2 58 to 65
B203 6 bis 10,5 B 2 0 3 6 to 10.5
A1203 14 bis 25 MgO bis 5 A1 2 0 3 14 to 25 MgO to 5
CaO bis 9 CaO to 9
BaO bis 8 BaO to 8
SrO bis 8 SrO to 8
ZnO bis 2 ZnO to 2
Ausführungsbeispiel 15 Embodiment 15
Eine nochmals weitere Zusammensetzung eines anorganischen, siliziumhaltigen, insbesondere silikatischen, im  Yet another composition of an inorganic, silicon-containing, in particular silicate, im
Wesentlichen fluidfreien Materials ist weiterhin Substantially fluid-free material is still
beispielhaft gegeben durch folgende Zusammensetzung inexemplified by the following composition in
Gew . -% : Gew. -%:
Si02 59, 7 Si0 2 59, 7
A1203 17, 1 A1 2 0 3 17, 1
B203 7,8 B 2 0 3 7,8
MgO 3,4  MgO 3,4
CaO 4,2  CaO 4.2
SrO 7,7  SrO 7,7
BaO 0,1  BaO 0.1
Mit dieser Zusammensetzung werden folgende Eigenschaften erhalten : (20-3oo) 3,8·10"6With this composition, the following characteristics are obtained: (20 -3oo) 3.8 x 10 "6 / Κ
Tg 719°C T g 719 ° C
Dichte 2,51 g/cm3 Density 2.51 g / cm 3
Ausführungsbeispiel 16 Embodiment 16
Eine nochmals weitere Zusammensetzung eines anorganischen, siliziumhaltigen, insbesondere silikatischen, im Yet another composition of an inorganic, silicon-containing, in particular silicate, im
Wesentlichen fluidfreien Materials ist weiterhin beispielhaft gegeben durch folgende Zusammensetzung in Gew . -% : Substantially fluid-free material is still exemplified by the following composition in wt. -%:
Si02 59,6 Si0 2 59.6
A1203 15,1 A1 2 0 3 15,1
B2O3 9,7 B2O3 9.7
CaO 5,4  CaO 5.4
SrO 6,0  SrO 6.0
BaO 2,3  BaO 2,3
ZnO 0,5  ZnO 0.5
Sb203 0,4 Sb 2 0 3 0.4
AS2O3 0,7  AS2O3 0.7
Mit dieser Zusammensetzung werden folgende Eigenschaften erhalten : With this composition, the following properties are obtained:
«(20-300) 3 , 8·10"6«(20-300) 3, 8 · 10 " 6 / Κ
Dichte 2,5 g/cm3 Density 2.5 g / cm 3
Ausführungsbeispiel 17 Embodiment 17
Eine nochmals weitere Zusammensetzung eines anorganischen, siliziumhaltigen, insbesondere silikatischen, im Yet another composition of an inorganic, silicon-containing, in particular silicate, im
Wesentlichen fluidfreien Materials ist weiterhin Substantially fluid-free material is still
beispielhaft gegeben durch folgende Zusammensetzung inexemplified by the following composition in
Gew . -% : Gew. -%:
Si02 58,8 Si0 2 58.8
AI2O3 14, 6  AI2O3 14, 6
B203 10,3 B 2 0 3 10.3
MgO 1,2  MgO 1,2
CaO 4,7  CaO 4.7
SrO 3, 8  SrO 3, 8
BaO 5,7  BaO 5.7
Sb203 0,2 As203 0,7 Sb 2 0 3 0.2 As 2 0 3 0.7
Mit dieser Zusammensetzung werden folgende Eigenschaften erhalten : With this composition, the following properties are obtained:
«(20-300) 3, 73·10"6«(20-300) 3, 73 · 10 " 6 / Κ
Tg 705°C T g 705 ° C
Dichte 2,49 g/cm3 Density 2.49 g / cm 3
Ausführungsbeispiel 18 Embodiment 18
Eine nochmals weitere Zusammensetzung eines anorganischen, siliziumhaltigen, insbesondere silikatischen, im  Yet another composition of an inorganic, silicon-containing, in particular silicate, im
Wesentlichen fluidfreien Materials ist weiterhin Substantially fluid-free material is still
beispielhaft gegeben durch folgende Zusammensetzung in exemplified by the following composition in
Si02 62,5 Si0 2 62.5
B203 10,3 B 2 0 3 10.3
AI2O3 17,5  AI2O3 17.5
MgO 1 , 4  MgO 1, 4
CaO 7,6 CaO 7.6
SrO 0,7  SrO 0.7
Mit dieser Zusammensetzung werden folgende Eigenschaften Elements erhalten: oi(2o-3oo) 3,2 ppm/K With this composition, the following properties are obtained element: oi ( 2o-3oo) 3.2 ppm / K
Dichte: 2,38 g/ccm Density: 2.38 g / cc
Ausführungsbeispiel 19 Embodiment 19
Eine nochmals weitere Zusammensetzung eines anorganischen, siliziumhaltigen, insbesondere silikatischen, im Yet another composition of an inorganic, silicon-containing, in particular silicate, im
Wesentlichen fluidfreien Materials ist weiterhin beispielhaft gegeben durch folgende Zusammensetzung inSubstantially fluid-free material is still exemplified by the following composition in
Gew . -% : Gew. -%:
Si02 55 bis 75 Si0 2 55 to 75
Na20 0 bis 15 Na 2 0 0 to 15
K20 0 bis 14 K 2 0 0 to 14
A1203 0 bis 15 A1 2 0 3 0 to 15
MgO 0 bis 4  MgO 0 to 4
CaO 3 bis 12  CaO 3 to 12
BaO 0 bis 15  BaO 0 to 15
ZnO 0 bis 5  ZnO 0 to 5
Ausführungsbeispiel 20 Embodiment 20
Eine nochmals weitere Zusammensetzung eines anorganischen, siliziumhaltigen, insbesondere silikatischen, im  Yet another composition of an inorganic, silicon-containing, in particular silicate, im
Wesentlichen fluidfreien Materials ist weiterhin Substantially fluid-free material is still
beispielhaft gegeben durch folgende Zusammensetzung in Gew . -% : exemplified by the following composition in wt. -%:
Si02 74,3 Si0 2 74.3
Na20 13,2 Na 2 0 13.2
K20 0,3 K 2 0 0.3
A1203 1,3 A1 2 0 3 1.3
MgO 0 , 2 MgO 0, 2
CaO 10,7 Mit dieser Zusammensetzung werden folgende Eigenschaften Elements erhalten:  CaO 10.7 With this composition, the following properties are obtained:
Oi(20-3oo) 9, 0 ppm/K Oi (20 -3oo) 9, 0 ppm / K
Tg: 573°C Tg: 573 ° C
Ausführungsbeispiel 21 Eine nochmals weitere Zusammensetzung eines anorganischen, siliziumhaltigen, insbesondere silikatischen, im Embodiment 21 Yet another composition of an inorganic, silicon-containing, in particular silicate, im
Wesentlichen fluidfreien Materials ist weiterhin Substantially fluid-free material is still
beispielhaft gegeben durch folgende Zusammensetzung in Gew.-%: exemplified by the following composition in wt .-%:
Si02 72,8 Si0 2 72.8
Na20 13,9 Na 2 0 13.9
K20 0,1 K 2 0 0.1
A1203 0,2 A1 2 0 3 0.2
MgO 4 , 0  MgO 4, 0
CaO 9,0  CaO 9.0
Mit dieser Zusammensetzung werden folgende Eigenschaften Elements erhalten: oi(2o-3oo) 9,5 ppm/K With this composition, the following properties are obtained: oi ( 2o-3oo) 9.5 ppm / K
Tg: 564°C Ausführungsbeispiel 22 Tg: 564 ° C Embodiment 22
Si02 60, 7 Si0 2 60, 7
AI2O3 16, 9  AI2O3 16, 9
Na20 12,2 Na 2 0 12.2
K20 4,1 K 2 0 4.1
MgO 3, 9  MgO 3, 9
Zr02 1,5 Zr0 2 1.5
Sn02 0,4 Sn0 2 0.4
Ce02 0,3 Ce0 2 0.3
Ausführungsbeispiel 23 Eine weitere Zusammensetzung eines anorganischen, Embodiment 23 Another composition of an inorganic,
siliziumhaltigen, insbesondere silikatischen, im siliceous, in particular silicate, im
Wesentlichen fluidfreien Materials ist weiterhin Substantially fluid-free material is still
beispielhaft gegeben durch folgende Zusammensetzung in Gew.-%: exemplified by the following composition in wt .-%:
Si02 84,1 Si0 2 84.1
B203 11,0 B 2 0 3 11.0
R20 3,3 R 2 0 3,3
AI2O3 0,5, AI2O3 0.5,
wobei R2O die Summe der im Material vorhandenen Alkali- Ionen meint und weiterhin bevozugt Na2<0, Li2<0 und K2O umfasst . In allen oben genannten Ausführungsbeispielen können, sofern nicht bereits aufgeführt, wahlweise Läutermittel zu 0 bis 1 Gew.-%, so zum Beispiel Sn02, Ce02 , As203 , Cl~, F~, Sulfate enthalten sein. Weiterhin ist es möglich, dass das anorganische, where R 2 O means the sum of the alkali ions present in the material and further preferably comprises Na 2 <0, Li 2 <0 and K 2 O. In all the above embodiments, may be included if not already listed, optionally refining agents to 0 to 1 wt .-%, such as Sn0 2, Ce0 2, As 2 0 3, Cl ~, F ~, sulfates. Furthermore, it is possible that the inorganic,
siliziumhaltige, insbesondere silikatische, im Wesentlichen fluidfreie Material mit einer besonderen, die Festigkeit des Materials steigernden Behandlung versehen wurde. Sofern es sich bei dem Material um ein Glas handelt, ist eine solche Behandlung insbesondere eine Vorspannung, silicon-containing, in particular silicate, substantially fluid-free material having a special, the strength of the material enhancing treatment was provided. If the material is a glass, such a treatment is in particular a prestress,
beispielsweise eine thermische und/oder chemische for example, a thermal and / or chemical
Vorspannung, insbesondere eine chemische Vorspannung. Bias, in particular a chemical bias.
Die chemische Vorspannung eines Glases wird dabei durch einen Ionenaustausch in einem Tauschbad erhalten. Sofern ein vorgespanntes Glas verwendet wird, ist dies vor dem Aufbringen von Funktionsschichten eines elektrischen Speichersystems dadurch gekennzeichnet, dass es eine chemische Vorspannung aufweist, die gekennzeichnet ist durch eine Dicke der ionenausgetauschten Schicht L DOL von mindestens 10 ym, bevorzugt mindestens 15 ym und am The chemical bias of a glass is obtained by an ion exchange in a transfer bath. If a toughened glass is used, this is prior to the application of functional layers of an electrical Storage system characterized in that it has a chemical bias, which is characterized by a thickness of the ion-exchanged layer L DO L of at least 10 ym, preferably at least 15 ym and on
bevorzugtesten von mindestens 25 ym sowie eine most preferably at least 25 ym and one
Druckspannung an der Oberfläche (Oes) des Glases von vorzugsweise mindestens 100 MPa, bevorzugt mindestens 200 MPa, besonders bevorzugt mindestens 300 MPa und ganz besonders bevorzugt 480 MPa oder mehr.  Compressive stress at the surface (Oes) of the glass of preferably at least 100 MPa, preferably at least 200 MPa, more preferably at least 300 MPa and most preferably 480 MPa or more.
Während des Aufbringens und Nachbehandelns von During the application and after-treatment of
Funktionsschichten eines elektrischen Speichersystems kann es prozessbedingt zu einer Änderung des Spannungszustandes des als Substrat verwendeten Glases kommen. Dabei hat sich überraschenderweise gezeigt, dass die Vorspannung desFunctional layers of an electrical storage system may, depending on the process, result in a change in the state of stress of the glass used as the substrate. It has surprisingly been found that the bias of
Glases dabei nicht auf Null gesetzt wird, sondern vielmehr eine Restspannung im Glas erhalten bleibt, so dass Glass is not set to zero, but rather a residual stress is maintained in the glass, so that
insgesamt die Festigkeit des als Substrat verwendeten Overall, the strength of the substrate used
Glases gegenüber einem herkömmlichen, nicht vorgespannten Glas erhöht ist. Glass is increased compared to a conventional, non-tempered glass.
Das im fertigen Energiespeicher als Substrat vorliegende Glas ist kann dabei dadurch gekennzeichnet sein, dass es als wenigstens teilweise chemisch vorgespanntes Glas vorliegt, wobei die zumindest teilweise chemische The present in the final energy storage glass as a substrate may be characterized in that it is present as at least partially chemically tempered glass, wherein the at least partially chemical
Vorspannung dabei erhalten wird durch einen Ionenaustausch in einem Tauschbad sowie eine nachfolgende thermische  Preload is obtained by an ion exchange in a transfer bath and a subsequent thermal
Belastung und gekennzeichnet ist durch eine Dicke der ionenausgetauschten Schicht (L DOL) von mindestens 10 ym, bevorzugt mindestens 15 ym und am bevorzugtesten von mindestens 25 ym sowie eine Druckspannung an der Oberfläche (Oes) des Glases von mindestens 100 MPa, bevorzugt mindestens 200 MPa, besonders bevorzugt mindestens 300 MPa und ganz besonders bevorzugt 480 MPa oder mehr, wobei die Dicke der ionenausgetauschten Schicht vor thermischer Belastung geringer ist als die Dicke der Stress and characterized by a thickness of the ion-exchanged layer (L DO L) of at least 10 ym, preferably at least 15 ym and most preferably at least 25 ym and a compressive stress at the surface (Oes) of the glass of at least 100 MPa, preferably at least 200 MPa, more preferably at least 300 MPa and most preferably 480 MPa or more, wherein the thickness of the ion-exchanged layer before thermal stress is less than the thickness of the
ionenausgetauschten Schicht nach thermischer Belastung und die Druckspannung an der Oberfläche des Glases vor ion-exchanged layer after thermal stress and the compressive stress on the surface of the glass before
thermischer Belastung größer ist als die Druckspannung an der Glasoberfläche nach thermischer Belastung. In einer Ausführungsform der Erfindung wird die chemischethermal load is greater than the compressive stress on the glass surface after thermal stress. In one embodiment of the invention, the chemical
Vorspannung des Glases in einem Tauschband erhalten, in dem Lithium-Ionen enthalten sind. So zum Beispiel auch ein Tauschbad mit verschiedenen Alkali- Ionen, z.B. Kalium und geringe bis geringste Anteile von Lithium. Auch kann ein stufenförmiger Prozess, z.B. Austausch mit Kalium und einem schnellen weiteren Austausch mit lithiumhaltigem Bad durchgeführt werden. Pretension of the glass obtained in a barter in which lithium ions are contained. For example, a swap bath containing various alkali ions, e.g. Potassium and low to lowest levels of lithium. Also, a step-shaped process, e.g. Exchange with potassium and a quick further exchange with lithium-containing bath.
Weiterhin ist es möglich, die aufgeführten Furthermore, it is possible to listed
Ausführungsbeispiele dergestalt zu modifizieren, dass sie, sofern nicht bereits ein Gehalt an Li20 in der Embodiments to modify such that, if not already a content of Li 2 0 in the
Zusammensetzung enthalten ist, einen signifikanten, über den Anteil unvermeidbarer Spuren hinausgehenden Gehalt an Li20 enthalten. Ein solcher Anteil ist ab einem Gehalt von Li20 von größer oder gleich 0,1 Gew.-% gegeben. Containing a significant, beyond the proportion of unavoidable traces beyond content of Li 2 0 included. Such a proportion is given from a content of Li 2 0 greater than or equal to 0.1 wt .-%.
Die Modifizierung mit der Zusammensetzungen der The modification with the compositions of
scheibenförmigen diskreten Element kann dabei dergestalt erfolgen, dass etwaig vorhandene andere Alkalimetalloxide anteilig in der Zusammensetzung des scheibenförmigen diskreten Elements herabgesetzt werden, so dass der Gehalt der übrigen Komponenten relativ zu den Alkalimetalloxiden gleich bleibt, oder aber das Li20 wird additiv zu den übrigen Komponenten dazugegeben, so dass sich deren Anteil entsprechend reduziert. Sofern L12O in einem scheibenförmigen diskreten Element enthalten ist, beträgt sein Anteil mindestens 0,1 Gew.-% und ist weiterhin kleiner als 7,0 Gew.-%, bevorzugt kleiner als 5,2 Gew.-%, besonders bevorzugt kleiner als 2,5 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt kleiner als 0,5 Gew.-% und am bevorzugtesten kleiner als 0,2 Gew.-%, besonders bevorzugt < 0,1 Gew%. disc-shaped discrete element can be such that any existing other alkali metal oxides are proportionally reduced in the composition of the disc-shaped discrete element, so that the content of the other components relative to the alkali metal oxides remains the same, or else the Li 2 0 is added additively to the other components, so that their proportion is reduced accordingly. Unless L1 2 O is contained in a disk-shaped discrete element, is its content at least 0.1 wt .-%, and is still smaller than 7.0 wt .-%, preferably less than 5.2 wt .-%, more preferably less as 2.5 wt .-%, most preferably less than 0.5 wt .-%, and most preferably less than 0.2 wt .-%, particularly preferably <0.1% by weight.
Beschreibung der Zeichnungen Es zeigen DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Fig. 1 is a schematic representation of a
erfindungsgemäßen Dünnfilmbatterie, Fig. 2 eine schematische Darstellung einer weiteren  2 shows a schematic representation of a further thin film battery according to the invention
erfindungsgemäßen Dünnfilmbatterie, sowie  thin-film battery according to the invention, as well
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Fig. 3 is a schematic representation of a
scheibenförmigen Ausbildung eines  disc-shaped formation of a
erfindungsgemäßen anorganischen,  inorganic,
siliziumhaltigen, insbesondere silikatischen, im Wesentlichen fluidfreien Materials.  silicon-containing, in particular silicate, substantially fluid-free material.
In Fig. 1 ist dabei schematisch eine Dünnfilmbatterie 1 gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Sie umfasst ein Substrat 2, welches aus einem anorganischen, FIG. 1 schematically shows a thin-film battery 1 according to the present invention. It comprises a substrate 2, which consists of an inorganic,
siliziumhaltigen, insbesondere silikatischen, im Wesentlichen fluidfreien Material besteht. Auf das Substrat aufgebracht ist eine Abfolge unterschiedlicher Schichten. Beispielhaft und ohne Beschränkung auf das vorliegende Beispiel sind dabei auf das Substrat 2 zunächst die beiden Ableiterschichten 3 für die Kathode und 4 für die Anode aufgebracht. Solche Ableiterschichten sind in der Regel wenige Mikrometer dick und bestehen aus einem Metall, beispielsweise aus Kupfer, Platin, Aluminium oder Titan. Auflagernd auf die Ableiterschicht 3 befindet sich die Kathodenschicht 5. Sofern es sich bei der Dünnfilmbatterie 1 um eine Lithium-basierte Dünnfilmbatterie handelt, ist die Kathode aus einer Lithium-Übergangsmetallverbindung, bevorzugt einem -oxid, gebildet, beispielsweise aus LiCoC>2, aus LiMnÜ2 oder auch aus LiFePC . Weiterhin ist auf dem Substrat und zumindest teilweise überlappend mit der siliceous, in particular silicate, im Substantially fluid-free material. Applied to the substrate is a sequence of different layers. By way of example and without limitation to the present example, the two drainage layers 3 for the cathode and 4 for the anode are first applied to the substrate 2. Such arrester layers are usually a few microns thick and consist of a metal, such as copper, platinum, aluminum or titanium. If the thin-film battery 1 is a lithium-based thin-film battery, the cathode is formed from a lithium transition metal compound, preferably an oxide, for example LiCoC> 2 , from LiMnO 2 or also from LiFePC. Furthermore, on the substrate and at least partially overlapping with the
Kathodenschicht 5 ist der Elektrolyt 6 aufgebracht, wobei es sich bei diesem Elektrolyten im Falle des Vorliegens einer Lithium-basierten Dünnfilmbatterie meist um LiPON handelt, eine Verbindung als Lithium mit Sauerstoff,  Cathode layer 5, the electrolyte 6 is applied, this electrolyte is in the case of the presence of a lithium-based thin-film battery is usually LiPON, a compound as lithium with oxygen,
Phosphor und Stickstoff. Weiterhin umfasst die Batterie 1 eine Anode 7, wobei es sich beispielsweise um Lithium- Titan-Oxid handeln kann oder auch um metallisches Lithium. Die Anodenschicht 7 überlappt zumindest teilweise mit der mit der Elektrolytschicht 6 sowie der Ableiterschicht 4. Weiterhin umfasst die Batterie 1 eine Verkapselungsschicht 8. Phosphorus and nitrogen. Furthermore, the battery 1 comprises an anode 7, which may for example be lithium titanium oxide or even metallic lithium. The anode layer 7 at least partially overlaps that with the electrolyte layer 6 and the arrester layer 4. Furthermore, the battery 1 comprises an encapsulation layer 8.
Wenigstens ist dabei das Substrat 2 als anorganisches, siliziumhaltiges, insbesondere silikatisches, , im At least the substrate 2 is in this case inorganic, silicon-containing, in particular silicate,
Wesentlichen fluidfreies Material ausgebildet, wobei als im Wesentlichen fluidfrei im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Material dann verstanden wird, wenn es weniger als 2 Gew.-%, bevorzugt weniger als 0,5 Gew.-% und ganz besonders weniger als 0,2 Gew.-% Fluide aufweist. Auch die Substantially fluid-free material is formed, wherein as substantially fluid-free in the context of the present invention, a material is understood if it is less than 2 Wt .-%, preferably less than 0.5 wt .-% and especially less than 0.2 wt .-% fluids. Also the
Verkapselungsschicht 8 kann dabei als anorganisches, siliziumhaltiges, insbesondere silikatisches, , im Encapsulation layer 8 can be used as an inorganic, silicon-containing, in particular silicate,, im
Wesentlichen fluidfreies Material ausgebildet sein. Substantially fluid-free material may be formed.
Als Verkapselung bzw. Versiegelung der Dünnfilmbatterie 1 wird dabei im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedes As encapsulation or sealing of the thin-film battery 1 is in the context of the present invention, each
Material verstanden, welches den Angriff von Fluiden bzw. sonstigen korrosiven Materialien auf die Batterie 1 Material understood that the attack of fluids or other corrosive materials on the battery. 1
verhindert oder zumindest stark vermindert. Eine solche Verkapselung zeichnet sich dabei dadurch aus, dass prevented or at least greatly reduced. Such encapsulation is characterized by the fact that
zumindest partiell mindestens eine Grenzfläche mindestens einer Funktionsschicht der Dünnfilmbatterie von ihr at least partially at least one interface of at least one functional layer of the thin-film battery of her
versiegelt bzw. abgedichtet wird, beispielsweise, indem diese von dem Material überdeckt wird. is sealed or sealed, for example, by being covered by the material.
In Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform einer In Fig. 2 is another embodiment of a
erfindungsgemäßen Dünnfilmbatterie 1 dargestellt. Hierbei entspricht der Aufbau der Dünnfilmbatterie 1 im thin-film battery 1 according to the invention. Here, the structure of the thin-film battery 1 corresponds to
Wesentlichen dem der Dünnfilmbatterie in Fig. 1, allerdings ist die Verkapselung anders gebildet. So ist hier die  Essentially that of the thin film battery in Fig. 1, however, the encapsulation is formed differently. So here is the
Verkapselungsschicht 8 dergestalt ausgebildet, dass sie den gesamten Schichtaufbau der Dünnfilmbatterie 1 umschließt. Auf der Verkapselungsschicht 8 ist weiterhin ein Superstrat 9 angeordnet, welches beispielsweise ebenfalls aus dem anorganischen, siliziumhaltigen, insbesondere Encapsulation layer 8 is formed such that it encloses the entire layer structure of the thin-film battery 1. On the encapsulation layer 8, a superstrate 9 is further arranged, which, for example, also from the inorganic, silicon-containing, in particular
silikatischen, im Wesentlichen fluidfreien Material der vorliegenden Erfindung ausgebildet sein kann. Sofern die Verkapselungsschicht 8 aus einem organischen oder silicate, substantially fluid-free material of the present invention may be formed. If the encapsulation layer 8 of an organic or
halborganischen Material gebildet ist, sorgt das Superstrat für eine zusätzliche Permeationsbarriere gegenüber Fluiden. Fig. 3 zeigt die schematische Abbildung des anorganischen, siliziumhaltigen, insbesondere silikatischen, im formed semi-organic material, the superstrate provides for an additional permeation barrier to fluids. Fig. 3 shows the schematic illustration of the inorganic, silicon-containing, in particular silicate, im
Wesentlichen fluidfreien Materials der vorliegenden Substantially fluid-free material of the present
Erfindung, hier ausgebildet als scheibenförmiger Formkörper 10. Als scheibenförmig oder Scheibe wird ein Formkörper im Rahmen der vorliegenden Erfindung dann bezeichnet, wenn seine Ausdehnung in einer Raumrichtung höchstens halb so groß ist wie in den beiden anderen Raumrichtungen. Als Band wird ein Formkörper in der vorliegenden Erfindung dann bezeichnet, wenn zwischen seiner Länge, seiner Breite und seiner Dicke der folgende Zusammenhang besteht: Seine Länge ist mindestens zehnmal größer als seine Breite und diese ist wiederum mindestens doppelt so groß wie seine Dicke. In the context of the present invention, a shaped body in the context of the present invention is then referred to as a disk-shaped or disk if its extent in a spatial direction is at most half as large as in the other two spatial directions. A tape in the present invention is referred to as tape when the following relationship exists between its length, its width and its thickness: its length is at least ten times greater than its width and this in turn is at least twice as large as its thickness.
Bezugs zeichenliste Reference sign list
1 - Dünnfilmbatterie 1 - thin film battery
2 - Substrat  2 - Substrate
3 - Ableiterschicht für die Kathode 3 - arrester layer for the cathode
4 - Ableiterschicht für die Anode4 - arrester layer for the anode
5 - Kathode 5 - cathode
6 - Elektrolyt  6 - electrolyte
7 - Anode  7 - anode
8 - VerkapselungsSchicht  8 - encapsulation layer
9 - Superstrat  9 - Superstrat
10 - scheibenförmiger Formkörper  10 - disk-shaped molded body

Claims

Dünnfilmbatterie, insbesondere Lithium-basierte Thin-film battery, especially lithium-based
Dünnfilmbatterie, welche eine hohe Lebensdauer Thin film battery, which has a long life
aufweist, wobei die Lebensdauer durch mindestens eines der folgenden Merkmale spezifiziert ist: wherein the life is specified by at least one of the following characteristics:
- Die Dünnfilmbatterie weist eine Zyklenfestigkeit von mindestens 5000 Zyklen, bevorzugt von  - The thin-film battery has a cycle life of at least 5000 cycles, preferably from
mindestens 10000 Zyklen und besonders bevorzugt von mindestens 15000 Zyklen auf, wobei ein Zyklus einen Entlade- und einen Ladevorgang der Dünnfilmbatterie umfasst und die Zyklenfestigkeit die Zahl der  at least 10,000 cycles and more preferably at least 15,000 cycles, one cycle comprising a discharge and a charge of the thin film battery and the cycle life the number of
Zyklen bezeichnet, welche mindestens für die  Cycles, which at least for the
Dünnfilmbatterie durchgeführt werden können, ohne dass es zu einem Versagen kommt,  Thin-film battery can be performed without causing a failure,
- die Dünnfilmbatterie kann unter normaler Atmosphäre mindestens 1 Jahr, bevorzugt mindestens 2 Jahre und besonders bevorzugt mindesten 5 Jahre gelagert werden, ohne dass es zu einem Versagen der  - The thin-film battery can be stored under normal atmosphere for at least 1 year, preferably at least 2 years and more preferably at least 5 years, without causing a failure of the
Dünnfilmbatterie dergestalt kommt, dass elektrische Energie in der Batterie nicht mehr gespeichert oder ihr entnommen werden kann, sowie  Thin-film battery comes in such a way that electrical energy in the battery can no longer be stored or removed, and
- die Dünnfilmbatterie weist eine  - The thin-film battery has a
Dauerbetriebsfestigkeit von mindestens 5000 h, bevorzugt von mindestens 10000 h, auf, wobei als Dauerbetriebsfestigkeit die Zeit bezeichnet ist, bei der der Batterie aktiv elektrische Energie entnommen oder ihr zugeführt wird,  Continuous operating life of at least 5000 h, preferably of at least 10000 h, terming continuous operation time the time during which the battery is actively drawn or supplied with electrical energy,
und wobei die Dünnfilmbatterie weiterhin einen and wherein the thin-film battery is still a
geringen Gehalt an Fluiden aufweist, wobei als Fluide flüssige und/oder gasförmige Substanzen sowie deren chemische und physikalische Adsorbate und/oder deren Derivate bezeichnet werden, wobei der Gesamtgehalt dieser Fluide 2000 ppm oder weniger, bevorzugt 500 ppm oder weniger sowie besonders bevorzugt 200 ppm oder weniger und ganz besonders bevorzugt von 50 ppm und weniger, bezogen auf das Gewicht der Dünnfilmbatterie, beträgt, und wobei die Dünnfilmbatterie weiterhin mindestens ein Element aufweist, welches aus einem anorganischen siliziumhaltigen, insbesondere has low content of fluids, wherein as fluids liquid and / or gaseous substances and their chemical and physical adsorbates and / or their Derivatives, wherein the total content of these fluids is 2000 ppm or less, preferably 500 ppm or less, and more preferably 200 ppm or less and most preferably 50 ppm and less by weight of the thin film battery, and wherein the thin film battery further has at least one element which consists of an inorganic silicon-containing, in particular
silikatischen, im Wesentlichen fluidfreien Material besteht . silicate, substantially fluid-free material.
Dünnfilmbatterie nach Anspruch 1, wobei die Fluide H20, O2, N2, CO2 und/oder Wasserstoffhalogenide A thin film battery according to claim 1, wherein the fluids are H 2 O, O 2 , N 2 , CO 2 and / or hydrogen halides
und/oder deren chemische und/oder physikalische and / or their chemical and / or physical
Adsorbate und/oder Derivate umfassen. Adsorbates and / or derivatives include.
Dünnfilmbatterie nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das anorganische siliziumhaltige, insbesondere silikatische, im Wesentlichen fluidfreie Material einen Fluidgehalt, insbesondere einen H20-Gehalt, von weniger als 2 Gew.-%, bevorzugt von weniger als 0,5 Gew.-% und besonders bevorzugt von weniger als 0,2 Gew.-% sowie ganz besonders bevorzugt von weniger als 0,05 Gew.-% aufweist, wobei zum Fluidgehalt auch innerhalb der chemischen Struktur des Materials gebundene fluide Stoffe, beispielsweise in Form von Kristallwasser oder Hydraten oder OH-Gruppen, zählen. Thin-film battery according to one of claims 1 or 2, wherein the inorganic silicon-containing, in particular silicate, substantially fluid-free material, a fluid content, in particular a H 2 0 content, of less than 2 wt .-%, preferably less than 0.5 wt. -% and more preferably less than 0.2 wt .-% and most preferably less than 0.05 wt .-%, wherein the fluid content and within the chemical structure of the material bound fluid substances, for example in the form of water of crystallization or hydrates or OH groups.
Dünnfilmbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Dünnfilmbatterie weiterhin mindestens eine Verkapselung aufweist, wobei die Verkapselung A thin film battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the thin film battery further comprises at least one encapsulant, the encapsulant
zumindest partiell mindestens eine Grenzfläche mindestens einer Funktionsschicht der Dünnfilmbatterie abdichtet . at least partially at least one interface at least one functional layer of the thin-film battery seals.
Dünnfilmbatterie nach Anspruch 4, wobei die mindestens eine Verkapselung zumindest partiell in Form des anorganischen, siliziumhaltigen, insbesondere Thin-film battery according to claim 4, wherein the at least one encapsulation at least partially in the form of the inorganic, silicon-containing, in particular
silikatischen, im Wesentlichen fluidfreien Materials ausgebildet ist. silicate, substantially fluid-free material is formed.
Dünnfilmbatterie nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei die mindestens eine Verkapselung zumindest partiell in Form eines organischen und/oder Thin-film battery according to one of claims 4 or 5, wherein the at least one encapsulation at least partially in the form of an organic and / or
halborganischen Materials ausgebildet ist. semi-organic material is formed.
Dünnfilmbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das anorganische, siliziumhaltige, insbesondere silikatische, im Wesentlichen fluidfreie Material eine Permeationsrate für Fluide von < 10~3 g/ (m2 -d) , bevorzugt von < 10~5 g/ (m2 -d) und besonders bevorzugt von < 10~6 g/ (m2 -d) aufweist. A thin-film battery according to any one of claims 1 to 6, wherein the inorganic, silicon-containing, in particular silicate, substantially fluid-free material has a permeation rate for fluids of <10 -3 g / (m 2 -d), preferably <10 -5 g / (m 2 -d) and more preferably of <10 ~ 6 g / (m 2 -d).
Dünnfilmbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das anorganisch, siliziumhaltige, insbesondere silikatische, im Wesentlichen fluidfreie Material weiterhin einen spezifischen elektrischen Widerstand bei einer Temperatur von 350°C und einem Wechselstrom mit einer Frequenz von 50 Hz von größer als 1,0 -106 Ohmcm aufweist. Dünnfilmbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das anorganische siliziumhaltige, insbesondere silikatische, im Wesentlichen fluidfreie Material eine maximale Belastungstemperatur 9Max von mindestens 300°C, bevorzugt von mindestens 400°C aufweist, besonders bevorzugt von mindestens 500°C sowie ganz besonders bevorzugt von mindestens 600°C. A thin-film battery according to any one of claims 1 to 7, wherein the inorganic, silicon-containing, in particular silicate, substantially fluid-free material further has an electrical resistivity at a temperature of 350 ° C and an alternating current with a frequency of 50 Hz greater than 1.0. 10 6 ohmcm. Thin-film battery according to one of claims 1 to 8, wherein the inorganic silicon-containing, in particular silicate, substantially fluid-free material a maximum load temperature 9 Max of at least 300 ° C, preferably of at least 400 ° C, more preferably of at least 500 ° C and most preferably of at least 600 ° C.
10. Dünnfilmbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das anorganische siliziumhaltige, insbesondere silikatische, im Wesentlichen fluidfreie Material einen linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten im Bereich von 2,0·10~6/Κ bis 10·10~6/Κ, bevorzugt von 2,5 10~6/K bis 9,5 10~6/K und besonders bevorzugt von 3,0·10"6/Κ bis 9,5·10"6/Κ aufweist. 10 thin-film battery according to one of claims 1 to 9, wherein the inorganic silicon-containing, in particular silicate, substantially fluid-free material has a linear thermal expansion coefficient in the range of 2.0 x 10 -6 / Κ to 10 x 10 -6 / Κ, preferably from 2.5 10 -6 / K to 9.5 10 -6 / K and particularly preferably from 3.0 x 10 "6 / Κ to 9.5 x 10" 6 / Κ has.
11. Dünnfilmbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das anorganische, siliziumhaltige, insbesondere silikatische, im Wesentlichen fluidfreie Material Netzwerkbildner sowie Trennstellenbildner enthält und wobei das Stoffmengenverhältnis von 11. Thin-film battery according to one of claims 1 to 10, wherein the inorganic, silicon-containing, in particular silicate, substantially fluid-free material contains network formers and separation point formers and wherein the molar ratio of
Trennstellenbildnern zu Netzwerkbildnern kleiner oder gleich 0,25 ist, bevorzugt kleiner oder gleich 0,2 und besonders bevorzugt zwischen 0,015 und 0,16 beträgt.  Separation point formers to network formers is less than or equal to 0.25, preferably less than or equal to 0.2 and particularly preferably between 0.015 and 0.16.
12. Dünnfilmbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das anorganische, siliziumhaltige, insbesondere silikatische, im Wesentlichen fluidfreie Material isotrop ausgebildet ist. 12. Thin-film battery according to one of claims 1 to 11, wherein the inorganic, silicon-containing, in particular silicate, substantially fluid-free material is formed isotropically.
13. Dünnfilmbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das anorganische, siliziumhaltige, insbesondere silikatische, im Wesentlichen fluidfreie Material amorph ausgebildet ist. 13. Thin-film battery according to one of claims 1 to 12, wherein the inorganic, silicon-containing, in particular silicate, substantially fluid-free material is formed amorphous.
14. Dünnfilmbatterie nach Anspruch 13, wobei das 14. A thin film battery according to claim 13, wherein the
anorganische siliziumhaltige, insbesondere  inorganic silicon-containing, in particular
silikatische, im Wesentlichen fluidfreie Material ein Glas ist.  silicate, substantially fluid-free material is a glass.
15. Dünnfilmbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei das anorganische, siliziumhaltige, insbesondere silikatische, im Wesentlichen fluidfreie Material als Substrat und/oder als Superstrat vorliegt. 15. Thin-film battery according to one of claims 1 to 14, wherein the inorganic, silicon-containing, in particular silicate, substantially fluid-free material is present as a substrate and / or as a superstrate.
16. Dünnfilmbatterie nach Anspruch 15, wobei das 16. A thin film battery according to claim 15, wherein the
anorganische, siliziumhaltige, insbesondere  inorganic, silicon-containing, in particular
silikatische, im Wesentlichen fluidfreie Material durch einen Schmelzprozess mit anschließender  silicate, substantially fluid-free material by a melting process with subsequent
Formgebung erhalten wird, wobei das Material bevorzugt als Band oder Scheibe ausgebildet ist und wobei die Formgebung inline als Heißformgebung, beispielsweise in einem Floatprozess , einem Overflow-Fusion-Prozess oder einem Down-Draw-Prozess , oder offline durch separates Aufheizen eines zuvor abgekühlten glasigen Formkörpers in einem Re-Draw-Prozess erfolgt.  Shaping is obtained, wherein the material is preferably formed as a belt or disc and wherein the shaping inline as hot forming, for example in a float process, an overflow fusion process or a down-draw process, or offline by separately heating a previously cooled glassy Shaped body is done in a re-draw process.
Dünnfilmbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei das anorganische, siliziumhaltige, insbesondere silikatische, im Wesentlichen fluidfreie Material als Schicht vorliegt. Thin-film battery according to one of claims 1 to 14, wherein the inorganic, silicon-containing, in particular silicate, substantially fluid-free material is present as a layer.
Dünnfilmbatterie nach Anspruch 17, wobei die Schicht erhalten wird durch einen Aufdampfprozess , bevorzugt durch einen Elektronenstrahlverdampfungsprozess . A thin film battery according to claim 17, wherein said layer is obtained by a vapor deposition process, preferably by an electron beam evaporation process.
19. Dünnfilmbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei die Batterie weiterhin mindestens einen Getter für Fluide umfasst. 20. Dünnfilmbatterie nach Anspruch 19, wobei der Getter ausgebildet ist als Reaktions- und/oder Opfermaterial, welches nichtlösliche oder nur schwerlösliche 19. A thin film battery according to any one of claims 1 to 18, wherein the battery further comprises at least one getter for fluids. The thin-film battery according to claim 19, wherein the getter is formed as a reaction and / or sacrificial material which is insoluble or sparingly soluble
Verbindungen mit Fluiden bildet. 21. Dünnfilmbatterie nach einem der Ansprüche 19 bis 20, wobei der Getter ein Metall, , beispielsweise ein unedles Metall, bevorzugt ein Alkali- oder  Compounds with fluids forms. 21. A thin film battery according to any one of claims 19 to 20, wherein the getter is a metal, for example a non-noble metal, preferably an alkali or
Erdalkalimetall oder eine Mischung oder Legierung von Metallen, beispielsweise von Alkali- und/oder  Alkaline earth metal or a mixture or alloy of metals, for example of alkali and / or
Erdalkalimetallen, und/oder ein Adsorbens umfasst.  Alkaline earth metals, and / or an adsorbent.
22. Anorganisches , siliziumhaltiges, insbesondere 22. Inorganic, silicon-containing, in particular
silikatisches, , im Wesentlichen fluidfreies Material für eine Dünnfilmbatterie mit erhöhter Lebensdauer, wobei das Material einen Fluidgehalt, insbesondere einen H20-Gehalt, von weniger als 2 Gew.-%, bevorzugt von weniger als 0,5 Gew.-% und besonders bevorzugt von weniger als 0,2 Gew.-% sowie ganz besonders bevorzugt von weniger als 0,05 Gew.-% aufweist, wobei zum silicate, substantially fluid-free material for a thin film battery with increased life, said material having a fluid content, in particular a H 2 0 content, of less than 2 wt .-%, preferably less than 0.5 wt .-% and especially preferably less than 0.2% by weight and most preferably less than 0.05% by weight, wherein
Fluidgehalt auch innerhalb der chemischen Struktur des Fluid content also within the chemical structure of the
Materials gebundene fluide Stoffe, beispielsweise in Form von Kristallwasser oder Hydraten oder OH-Gruppen, zählen, und wobei der Fluidgehalt bestimmt ist durch thermische Analyse, insbesondere durch eine Material-bound fluid substances, for example in the form of water of crystallization or hydrates or OH groups, count, and wherein the fluid content is determined by thermal analysis, in particular by a
Differential-Thermoanalyse oder eine Thermogravimetrie oder eine dynamische Differenzkalorimetrie, und wobei das Material weiterhin in seiner Struktur ein Netzwerk eckenverknüpfter struktureller Baueinheiten, gebildet aus den Sauerstoffkoordinationspolyedern Differential thermal analysis or thermogravimetry or differential scanning calorimetry, and wherein the material continues to network in its structure corner-sharing structural units formed from the oxygen coordination polyhedra
netzwerkbildender Elemente, insbesondere ein Netzwerk eckenverknüpfter Tetraeder der allgemeinen Formel  network-forming elements, in particular a network corner-connected tetrahedra of the general formula
[XO4] , wobei X wenigstens Silicium und/oder Aluminium umfasst, aufweist, und wobei das Material in seiner Struktur weiterhin als Trennstellenbildner wirkende Elemente enthält, wobei weiterhin das [XO 4 ], wherein X comprises at least silicon and / or aluminum, and wherein the material further contains in its structure elements acting as a separating agent, wherein the
Stoffmengenverhältnis trennstellenbildender Elemente zu netzwerkbildenden Elementen kleiner oder gleich 0,25 ist, bevorzugt kleiner oder gleich 0,2 und besonders bevorzugt zwischen 0,015 und 0,16 ist.  Substance ratio of separation-forming elements to network-forming elements is less than or equal to 0.25, preferably less than or equal to 0.2 and more preferably between 0.015 and 0.16.
23. Anorganisches , siliziumhaltiges, insbesondere 23. Inorganic, silicon-containing, in particular
silikatisches, , im Wesentlichen fluidfreies Material nach Anspruch 22, wobei das Material weiterhin isotrop ausgebildet ist.  A silicate, substantially fluid-free material according to claim 22, wherein the material is further formed isotropic.
24. Anorganisches , siliziumhaltiges, insbesondere 24. Inorganic, silicon-containing, in particular
silikatisches, , im Wesentlichen fluidfreies Material nach einem der Ansprüche 22 oder 23, wobei die innere Struktur des Materials als dreidimensional  A silicate, substantially fluid-free material according to any of claims 22 or 23, wherein the internal structure of the material is three-dimensional
verknüpftes, dichtes Netzwerk dergestalt ausgebildet ist, dass eine im Wesentliche regellose, nicht  linked, dense network is designed such that a substantially random, not
ferngeordnete Verknüpfung der das Material bildenden Koordinationspolyeder vorliegt.  remote-ordered linkage of the coordination polyhedron forming the material is present.
25. Anorganisches , siliziumhaltiges, insbesondere 25. Inorganic, silicon-containing, in particular
silikatisches, , im Wesentliche fluidfreies Material nach einem der Ansprüche 22 bis 24, wobei das Material einen Li20-Gehalt von 7 Gew.-% oder weniger, bevorzugt von 5,2 Gew.-% oder weniger, besonders bevorzugt von 2,5 Gew.-% oder weniger, ganz besonders bevorzugt von 0,5 Gew.-% oder weniger sowie am bevorzugtesten von 0,2 Gew.-% oder weniger aufweist, wobei der Gehalt von L12O mindestens 0,1 Gew.-% beträgt und wobei weiterhin die Kontaktration von Lithium über den Querschnitt anorganischen, siliziumhaltigen, insbesondere silicate, substantially fluid-free material according to any one of claims 22 to 24, wherein the material has a Li 2 0 content of 7 wt .-% or less, preferably from 5.2 wt .-% or less, more preferably from Has 2.5 wt .-% or less, more preferably of 0.5 wt .-% or less, and most preferably of 0.2 wt .-% or less, wherein the content of L1 2 O at least 0.1 wt .-% and further wherein the Kontaktration of lithium over the cross-section of inorganic, silicon-containing, in particular
silikatischen, im Wesentlichen fluidfreien Materials hin variieren kann. 26. Anorganisches , siliziumhaltiges, insbesondere  silicate, substantially fluid-free material can vary. 26. Inorganic, silicon-containing, in particular
silikatisches, , im Wesentlichen fluidfreies Material nach einem der Ansprüche 22 bis 25, wobei das Material eine Permeationsrate für Fluide von < 10~3 g/ (m2 -d) , bevorzugt von < 10~5 g/ (m2 -d) und besonders bevorzugt von < 10~6 g/ (m2 -d) aufweist. silicate, substantially fluid-free material according to any one of claims 22 to 25, wherein the material has a permeation rate for fluids of <10 -3 g / (m 2 -d), preferably of <10 ~ 5 g / (m 2 -d) and most preferably <10 -6 g / (m 2 d) comprises.
27. Anorganisches , fluidfreies, im Wesentlichen 27. Inorganic, fluid-free, essentially
fluidfreies Material nach einem der Ansprüche 22 bis 26, welches eine maximale Belastungstemperatur 9Max von mindestens 300°C, bevorzugt von mindestens 400°C aufweist, besonders bevorzugt von mindestens 500°C sowie ganz besonders bevorzugt von mindestens 600°C. Fluid-free material according to one of claims 22 to 26, which has a maximum load temperature 9 Max of at least 300 ° C, preferably of at least 400 ° C, more preferably of at least 500 ° C and most preferably of at least 600 ° C.
28. Anorganisches, siliziumhaltiges, insbesondere 28. Inorganic, silicon-containing, in particular
silikatisches, , im Wesentlichen fluidfreies Material nach einem der Ansprüche 22 bis 27, wobei das Material einen spezifischen elektrischen Widerstand bei einer Temperatur von 350°C und einem Wechselstrom mit einer Frequenz von 50 Hz von größer als 1,0 -106 Ohmcm aufweist. A silicate, substantially fluid-free material according to any one of claims 22 to 27, wherein the material has a resistivity at a temperature of 350 ° C and an alternating current with a frequency of 50 Hz of greater than 1.0 -10 6 ohmcm.
29. Anorganisches , siliziumhaltiges, insbesondere 29. Inorganic, silicon-containing, in particular
silikatisches, , im Wesentlichen fluidfreies Material nach einem der Ansprüche 22 bis 28, wobei das Material einen linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten im Bereich von 2,0·10~6/Κ bis 10·10~6/Κ, bevorzugt vonsilicate, substantially fluid-free material according to any one of claims 22 to 28, wherein the material has a linear thermal expansion coefficient in the range of 2.0 · 10 -6 / Κ to 10 · 10 -6 / Κ, preferably from
2,5 10~6/K bis 9,5 10~6/K und besonders bevorzugt von 3,0·10"6/Κ bis 9,5·10"6/Κ aufweist 2.5 10 -6 / K to 9.5 10 -6 / K and particularly preferably from 3.0 x 10 "6 / Κ to 9.5 x 10" 6 / Κ comprising
30. Anorganisches , siliziumhaltiges, insbesondere 30. Inorganic, silicon-containing, in particular
silikatisches, , im Wesentlichen fluidfreies Material nach einem der Ansprüche 22 bis 29, wobei das Material erhalten wird durch einen Schmelzvorgang mit  A silicate, substantially fluid-free material according to any one of claims 22 to 29, wherein the material is obtained by a melting process
anschließender Heißformgebung, beispielsweise in einem Float-Verfahren, einen Down-Draw-Verfahren oder einem Overflow-Fusion-Verfahren oder Kombinationen dieser subsequent hot forming, for example in a float process, a down-draw process or an overflow fusion process or combinations thereof
Verfahren, oder durch Erwärmung und Wiederziehen eines zuvor geformten Formkörpers, wobei das Material nach abgeschlossenem Formprozess als scheibenförmiger Process, or by heating and re-drawing a previously shaped molded body, wherein the material after completion of the molding process as a disk-shaped
Formkörper vorliegt.  Shaped body is present.
31. Anorganisches , siliziumhaltige, insbesondere 31. Inorganic, silicon-containing, in particular
silikatisches, im Wesentlichen fluidfreies Material nach einem der Ansprüche 22 bis 30, wobei das Material nach oder während der Formgebung weiterhin  A silicate, substantially fluid-free material according to any one of claims 22 to 30, wherein the material continues after or during molding
fluidreduziert ausgebildet wird, wobei die  is formed fluid-reduced, wherein the
Fluidreduktion insbesondere erzielt wird durch eine Temperung bei maximal 500 °C und/oder eine Beflammung der Oberflächen des Materials.  Fluid reduction is achieved in particular by a heat treatment at a maximum of 500 ° C and / or a flame treatment of the surfaces of the material.
Anorganisches, siliziumhaltiges, insbesondere Inorganic, silicon-containing, in particular
silikatisches, , im Wesentlichen fluidfreies Material nach einem der Ansprüche 22 bis 31, wobei das Material eine Dicke kleiner als 2 mm, bevorzugt kleiner 1 mm, besonders bevorzugt kleiner 500 ym, ganz besonders bevorzugt kleiner oder gleich 200 ym sowie am meisten bevorzugt maximal 100 ym aufweist. silicate, substantially fluid-free material according to any one of claims 22 to 31, wherein the material a thickness of less than 2 mm, preferably less than 1 mm, more preferably less than 500 ym, very particularly preferably less than or equal to 200 ym and most preferably not more than 100 ym.
33. Anorganisches , siliziumhaltiges, insbesondere 33. Inorganic, silicon-containing, in particular
silikatisches, im Wesentlichen fluidfreies Material nach einem der Ansprüche 22 bis 29, wobei das Material als Schicht vorliegt.  Silicate, substantially fluid-free material according to one of claims 22 to 29, wherein the material is present as a layer.
34. Anorganisches , siliziumhaltiges, insbesondere 34. Inorganic, silicon-containing, in particular
silikatisches, im Wesentlichen fluidfreies Material nach Anspruch 33, wobei das Material erhalten ist durch einen Aufdampfprozess , bevorzugt durch einen Elektronenstrahlverdampfungsprozess .  The silicate, substantially fluid-free material according to claim 33, wherein the material is obtained by a vapor deposition process, preferably by an electron beam evaporation process.
35. Verfahren zur Herstellung einer Dünnfilmbatterie, 35. Method for producing a thin-film battery
insbesondere einer Lithium-basierten Dünnfilmbatterie, mit erhöhter Lebensdauer, umfassend mindestens die folgenden Schritte:  in particular a lithium-based thin-film battery with increased life, comprising at least the following steps:
- Bereitstellen eines Substrats mit einem  Providing a substrate with a
Fluidgehalt, insbesondere einen H2<0-Gehalt, von weniger als 2 Gew.-%, bevorzugt von weniger als 0,5 Gew.-% und besonders bevorzugt von weniger als 0,2 Gew.-% sowie ganz besonders bevorzugt von weniger als 0,05 Gew.-% aufweist, wobei zum  Fluid content, in particular a H2 <0 content, of less than 2 wt .-%, preferably less than 0.5 wt .-% and particularly preferably less than 0.2 wt .-%, and most preferably less than 0.05 wt .-%, wherein the
Fluidgehalt auch innerhalb der chemischen Struktur des Materials gebundene fluide Stoffe, beispielsweise in Form von Kristallwasser oder Hydraten oder OH-Gruppen, zählen,  Fluid content also within the chemical structure of the material bound fluid substances, for example in the form of water of crystallization or hydrates or OH groups, count,
- Aufbringen der Funktionsschichten der  Applying the functional layers of
Dünnfilmbatterie, sowie - Aufbringen mindestens einer Verkapselung der Funktionsschichten der Dünnfilmbatterie, wobei die Verkapselung zumindest partiell mindestens eine Grenzfläche mindestens einer Thin film battery, as well Applying at least one encapsulation of the functional layers of the thin-film battery, wherein the encapsulation at least partially at least one interface of at least one
Funktionsschicht der Dünnfilmbatterie abdichtet.  Functional layer of the thin-film battery seals.
36. Verfahren nach Anspruch 35, wobei das Substrat 36. The method of claim 35, wherein the substrate
und/oder mindestens eine Verkapselung der  and / or at least one encapsulation of the
Dünnfilmbatterie zumindest teilweise als  Thin film battery at least partially as
anorganisches, siliziumhaltiges, insbesondere  inorganic, silicon-containing, in particular
silikatisches, , im Wesentlichen fluidfreies Material ausgebildet ist.  silicate, substantially fluid-free material is formed.
37. Verfahren nach einem der Ansprüche 35 oder 36, wobei das anorganische, siliziumhaltige, insbesondere silikatische, im Wesentlichen fluidfreie Material als Substrat in Form eines scheibenförmigen Formkörpers vorliegt und wobei das Substrat zur Erzeugung der Fluidfreiheit während oder nach der Formgebung einer Temperung, insbesondere einer Temperung bei unter37. The method according to any one of claims 35 or 36, wherein the inorganic, silicon-containing, in particular silicate, substantially fluid-free material is present as a substrate in the form of a disc-shaped molding and wherein the substrate for generating the fluid freedom during or after the shaping of a heat treatment, in particular a Annealing at under
500°C, und/oder einer Beflammung unterzogen wird, wobei die Temperung bevorzugt während der thermischen Nachbehandlung mindestens einer der Funktionsschichten der Dünnfilmbatterie erfolgt. 500 ° C, and / or is subjected to flame treatment, wherein the heat treatment is preferably carried out during the thermal aftertreatment of at least one of the functional layers of the thin-film battery.
38. Verfahren nach einem der Ansprüche 35 bis 37, wobei weiterhin ein Gettermaterial für Fluide, 38. The method according to any one of claims 35 to 37, further comprising a getter material for fluids,
beispielsweise ein Gettermaterial in Form eines  For example, a getter in the form of a
Metalls, bevorzugt eines unedlen Metalls,  Metal, preferably a base metal,
beispielsweise einem Alkali- oder Erdalkalimetall und/oder Mischungen und Legierungen von Metallen gebildet ist, oder ein Gettermaterial m Form eines Adsorbens, auf das Substrat aufgebracht wird. for example, an alkali or alkaline earth metal and / or mixtures and alloys of metals is formed, or a getter material in the form of an adsorbent, is applied to the substrate.
Verfahren nach Anspruch 38, wobei das Gettermaterial vor der Durchführung des fluidreduzierendes Prozesses insbesondere vor einer Temperung, aufgebracht wird, und wobei das Gettermaterial nach Durchführung des fluidreduzierenden Prozesses entfernt wird. The method of claim 38, wherein the getter material is applied prior to performing the fluid reducing process, in particular prior to annealing, and wherein the getter material is removed after performing the fluid reducing process.
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