WO2016087313A2 - Elektrisches speichersystem mit einem scheibenförmigen diskreten element, diskretes element, verfahren zu dessen herstellung sowie dessen verwendung - Google Patents

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Rainer Liebald
Miriam Kunze
Thorsten Damm
Clemens Ottermann
Nikolaus Schultz
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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • lithium-ion batteries One way to avoid organic electrolytes is to use solid-state electrolytes.
  • the conductivity of such a solid electrolyte is usually clear, i. several orders of magnitude, less than that of one
  • Thin-film memory element is described in US 2008/0001577 and usually consists of a substrate to which in a first coating step
  • the next step is a
  • Solid state electrolyte is.
  • the anode material used is in particular metallic lithium. If the two arresters are connected in an electrically conductive manner, lithium ions migrate through them in the charged state
  • Solid state ion conductor from the anode to the cathode which has a flow of current from the cathode to the anode through the electrical conductive connection of the two arresters result.
  • the application of an external voltage can force the migration of the ions from the cathode to the anode, thereby charging the battery.
  • Another thin-film memory element is described by way of example in US 2001/0032666 A1 and likewise comprises a substrate on which various functional layers are deposited.
  • Deposited layers typically have layer thicknesses in the range of 20ym or less, typically less than 10 ym or even less than 5 ym; as the total thickness of the
  • Layer structure can be assumed to be 100 ym or smaller.
  • Thin film memory elements are exemplified by rechargeable lithium-based thin film memory elements and supercaps; however, the invention is not limited to these
  • Thin film memory elements e.g. rechargeable and / or printed thin film cells are used.
  • Thin-film memory elements through the use of metallic lithium as the anode material due to its high reactivity.
  • metallic lithium must take place under conditions that are as anhydrous as possible, otherwise it reacts to lithium hydroxide and the function as an anode is no longer given.
  • a lithium-based thin film memory element must be protected accordingly with an encapsulation against moisture.
  • Thin film memory element such as lithium or certain lithium compounds.
  • Encapsulation function is exercised by a
  • Battery can fulfill even more functions.
  • Temperitzen which is necessary for the formation of lithium intercalation suitable crystal structures, for an undesirable side reaction of the mobile lithium ions with the substrate, since the lithium has a high mobility and in common substrate materials easily
  • US 2001/0032666 AI describes a capacitor-like energy storage, which may also be a lithium-ion battery.
  • substrate materials are mentioned here among other semiconductors.
  • No. 6906436 B2 describes a solid-state battery in which, for example, metal foils, semiconductor materials or plastic films can be used as substrate materials.
  • Substrate materials a variety of ways, such as metals or metal coatings,
  • US Pat. No. 7,449,442 B2 describes as substrate materials, inter alia, metals, semiconductors, silicates and glass as well as inorganic or organic polymers.
  • the US 7211351 B2 calls as substrates metals, semiconductors or insulating materials and combinations thereof.
  • EP 2434567 A2 mentions as substrates electrically conductive materials such as metals, insulating materials such as Ceramics or plastics and semiconducting materials such as silicon and combinations of semiconductors and conductors or more complex structures for adjusting the thermal expansion coefficient. These or similar materials are also mentioned in the documents US 2008/0032236 AI, US 8228023 B2 and US 2010/0104942 AI.
  • US 2010/0104942 AI describes as relevant in practice substrate materials only substrates of metals or metal alloys with a high
  • dielectric materials are usually brittle and can not be used in low-cost roll-to-roll processes, while on the other hand metals or metal alloys tend to be damaged during high-temperature treatment of the material
  • Heating the substrate and / or optimizing the sputtering gas mixture of O2 and Ar and / or applying a bias voltage and / or the application of a second sputtering plasma and the vicinity of the substrate comes.
  • US 2014/0030449 A1 in Tintignac et al. , Journal of Power Sources 245 (2014), 76-82, or also in Ensling, D., Photoelectronic investigation of the electronic structure thinner
  • Borosilicate glass or soda-lime glass Specify to
  • Thickness variation of the substrate are also not made here.
  • Memory element be as inert as possible and the deposition of error-free as possible layers with good
  • composition relates to one of the possible handling solutions of ultra-thin glass.
  • the so-called carrier solution is to temporarily fix ultra-thin glass on a substrate before or during the coating process or the transfer process steps. This can be done either with electrostatic forces or by using an organic removable
  • Adhesive Especially in the last case must by
  • the debonding often leads to the occurrence of torsional stresses in the substrate, which stresses can also be transferred to the layers on the substrate, which also
  • Electric thin-film memory elements can in principle also be done by using high-energy optical energy sources such as excimer lasers.
  • high-energy optical energy sources such as excimer lasers.
  • UV sources for example, for cutting wafers using laser or the curing of organic adhesive materials by UV sources to allow a targeted modifiable UV transmission of a substrate material advantage.
  • the object of the invention comprises the provision of an electrical storage system which includes a disk-shaped discrete element, the disk-shaped discrete element and its manufacture and use.
  • the present invention also has the object, an electrical storage element, in particular a
  • the object of the invention comprises the provision of a disc-shaped element for use in an electrical storage element and its manufacture and use.
  • the disk-shaped discrete element is intended to mitigate the deficiencies of the prior art and to provide sufficient
  • thermal stability of> 400 ° C, coupled with a sufficient stability against contamination by battery components, in addition a high barrier effect against moisture and one to the manufacturing processes and needs of the respective specific cell designs
  • the substrate must also contribute to good adhesion
  • Thin-film memory element is inserted a disc-shaped discrete element having a total thickness variation (ttv) in the range of ⁇ 25 ym, preferably of ⁇ 15 ym, more preferably of ⁇ 10 ym and most preferably of ⁇ 5 ym based on used wafer or substrate size.
  • ttv total thickness variation
  • the specification thus typically refers to wafer or substrate sizes in the range of> 100 mm diameter or 100 mm -100 mm size, preferably> 200 mm diameter or 200 mm -200 mm size and particularly preferably> 400 mm
  • Diameter or 400 mm -400 mm size Diameter or 400 mm -400 mm size.
  • a disc-shaped is understood to be a shaped body in which the extent of the element in a spatial direction is smaller by at least half an order of magnitude than in the other two spatial directions.
  • a molding is understood in the context of this application, if it is separable as such from the
  • disc-shaped discrete element is essential for maintaining comparable quality from cell to cell.
  • Thin-film batteries are usually manufactured at wafer level with or without masking and then cut out. If the thickness constancy is insufficient, cells on a wafer or in any case from wafer to wafer can have different thicknesses and thus specifications, eg with respect to weight / Have energy density. This is especially true
  • Thickness variance costs can be saved in the quality inspection or production committee can be avoided.
  • Composition is specifically adjustable.
  • This targeted transmission makes it possible to perform a series of process steps simply by treatment with electromagnetic radiation, for example - assisting in debonding the substrate from
  • Adhesive layers can be solved particularly effectively,
  • Media for example oxygen and / or
  • the disk-shaped discrete element according to the invention has a thickness not greater than 2 mm, preferably less than 1 mm, more preferably less than 500 ⁇ m and very particularly preferably less than or equal to 200 ⁇ m. Most preferred is a substrate thickness of at most 100 ym.
  • WVTR transmission rate
  • the disk-shaped discrete element has an electrical 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.
  • the disk-shaped discrete element is further characterized by a maximum temperature resistance of at least 400 ° C, preferably of at least 500 ° C and by a linear thermal expansion coefficient in the range of 2.0 ⁇ 10 -6 / ⁇ to 10 ⁇ 10 -6 / ⁇ , preferably of 2.5 10 "6 / K to 8.5 10" 6 / K and particularly preferably from 3.0 x 10 "6 / ⁇ to 8.0 x 10 -6 / ⁇ . It has been shown that Particularly good layer qualities in a thin-film storage element can then be achieved if between the maximum
  • Load temperature 9 Ma x in ° C and the linear coefficient of thermal expansion is the following relationship: 600 -10 "6 ⁇ 9 M ax ⁇ ⁇ ⁇ 8000 ⁇ 10 -6 ,
  • organic glasses also have the decomposition temperature
  • the maximum load temperature can be approximately indicated by the melting temperature, unless the metal or the metal alloy reacts below the melting temperature in one
  • the transformation temperature T g is determined by the intersection of the tangents to the two branches of
  • the disk-shaped discrete element has, on at least one side, a surface which is designed such that it is inert and / or less permeable and / or impermeable to materials applied to this surface.
  • this is at least one surface as a barrier to the diffusion of
  • this at least one surface is formed as a barrier to a transition metal or ions of a transition metal.
  • this metal is titanium.
  • this barrier formed on at least one surface of the disc-shaped element is doped or doped with an alkali and / or alkaline earth metal such as, for example
  • Lithium or a transition metal formed Lithium or a transition metal formed. It turns out that even low contents of lithium, but also on a transition metal, the diffusion harmful
  • Lithium titanate, metallic titanium or titanium alloys, can prevent or reduce into the disc-shaped discrete element.
  • transition metal ions for example, titanium ions in the disc-shaped discrete element and hence the alteration of the same and / or destabilization of its internal structure can take various forms
  • the stability of the disc-shaped discrete elements to transition metals, for example titanium, can be checked in various ways.
  • Thin-film memory element can be used for example as a bonding and / or contact layer. During the production of such a layer of a transition metal, reactions between the metal and the substrate, ie the disc-shaped discrete element, may occur. Furthermore, it is in operation of the
  • Thin film memory element in the charge and discharge cycles also possible that contact reactions between the substrate and the layer of the transition metal occur.
  • metallic titanium layers by means of a sputtering process.
  • noble gas atoms usually argon, ionized and by the application of a
  • Contact stability is applied to a layer of about 100 nm thickness.
  • a transition metal in the disk-shaped discrete element to determine the application of a sol is a transition metal.
  • titanium ions to be checked it can be a titanium-containing sol in which the titanium a
  • Oxidation level greater than 0, are applied to the disc-shaped discrete element.
  • Titanium ions over several years, the substrates coated with the titanium-containing sol were then heated to 550 ° C.
  • Such a titanium-containing sol is obtained, for example, by complexing 342.2 g (corresponding to 1.5 mol) of titanium (VI) ethylate (Ti (OEt) 4 ) with 150.18 g (corresponding to 1.5 mol) of acetylacetone, which was added dropwise via a dropping funnel over 20 minutes to titanium (VI) ethylate (Ti (OEt) 4 ) becomes. The solution thus obtained is then stirred for a further hour. The resulting ethanol and the excess water of the reaction solution are then by rotary evaporation in
  • Powder which is then dried for 4 h at 125 ° C. 5 g of this powder thus obtained are dissolved in 95 g of ethanol. In the solution thus obtained, the samples are immersed and pulled out of the solution to produce a 100 nm-thick layer at a rate of 20 cm / min.
  • samples thus provided are provided with a titanium metallic layer or a layer containing titanium in the form of ions after production in one
  • Treated oven process This contains:
  • the diffusion of the metal into the samples is investigated by means of time-of-flight mass spectroscopy (ToF-SIMS, Time of Flight Secondary Ion Mass Spectroscopy).
  • TOF-SIMS Time of Flight Secondary Ion Mass Spectroscopy
  • a small area (approx. 300-300 ym 2 ) of the sample is successively removed (sputtered) with an ion gun, interrupted by analysis cycles.
  • the disk-shaped element according to the invention is composed of at least one oxide or a mixture or compound of oxides.
  • this at least one oxide is SiO 2.
  • the disk-shaped element is made of glass.
  • the disk-shaped element is made of glass.
  • a material in the context of this application is as a glass while a material
  • Oxygen and characterized by an amorphous, i. not periodically ordered
  • Solid-state ion conductor used amorphous material LiPON.
  • the disc-shaped element according to the invention is obtained according to a further embodiment of the invention by a melting process.
  • the disk-shaped element is disc-shaped in a shaping process subsequent to the melting process.
  • This shaping can be directly connected to the melt (so-called
  • Hot forming it is also possible for a solid, essentially unshaped body to be obtained first, which is converted into a disk-shaped state only in a further step by renewed heating and mechanical deformation.
  • the shaping of the disk-shaped element takes place by means of a hot-forming process, in one embodiment of the invention it is a drawing process
  • the disc-shaped discrete element can in a
  • cover or as a cover glass is used.
  • the Superstrat can also do that before his own
  • 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 as the material
  • compositions according to the invention disc-shaped
  • composition of the disc-shaped discrete element is exemplified by the following composition in wt. -%:
  • composition of a further disk-shaped element according to the invention is furthermore given by way of example by the following composition in% by weight
  • T1O 2 is greater than or equal to 2 to
  • a disk-shaped discrete element according to the invention therefore contains at least 2% by weight of TiO 2 ,
  • FIG. 1 shows a diagram of the penetration depth of metallic and ionic titanium as a function of the TiC> 2 content of the disk-shaped discrete element.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a disc-shaped discrete element.
  • Fig. 1 is a graph showing the influence of the TiC> 2 content of the disk-shaped discrete element on the diffusion of metallic titanium and ionic
  • Titanium The penetration depth of titanium is shown in arbitrary units (w. E.), in the left area for metallic titanium, in the right area for ionic titanium.
  • the composition of the disc-shaped discrete elements correspond to the embodiment 4 and the
  • Embodiment 4 does not contain T1O 2 .
  • the penetration depth of the titanium-containing disc-shaped discrete element is significantly reduced, both in the case of the metallic load and for the ionic loading with T1O 2 .
  • FIG. 2 shows schematically an electrical storage system 1 according to the present invention. It comprises a disc-shaped discrete element 2, which is used as a substrate. On the substrate is a sequence
  • the two discrete layers 3 for the cathode and 4 for the anode are initially applied to the disc-shaped discrete element 2.
  • Such arrester layers are in the
  • the cathode is formed from a lithium transition metal compound, preferably an oxide, for example, LiCoC> 2 LiMnC> 2 or LiFePC ⁇ . Furthermore, on the substrate and at least partially overlapping with the
  • 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 electrical storage system 1 comprises an anode 7, which may be, for example, lithium titanium oxide or even to
  • the anode layer 7 overlaps
  • the battery 1 comprises an encapsulation layer eighth As encapsulation or sealing of the electrical
  • Storage system 1 is understood in the context of the present invention, a material which prevents the attack of fluids or other corrosive materials on the electrical storage system 1 or strong
  • Fig. 3 shows the schematic illustration of a
  • 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.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Speichersystem mit einer Dicke kleiner 2mm, beinhaltend mindestens ein scheibenförmiges diskretes Element, gekennzeichnet durch eine hohe Resistenz des scheibenförmigen diskreten Elements gegenüber dem Angriff von Übergangsmetallen oder Ionen von Übergangsmetallen, insbesondere Titan, wobei das scheibenförmige diskrete Element Titan-haltig ist sowie ein scheibenförmiges diskretes Element für die Anwendung in einem elektrischen Speichersystem, das über eine hohe Resistenz gegenüber dem Angriff von Übergangsmetallen oder Ionen von Übergangsmetallen, insbesondere Titan, verfügt.

Description

Elektrisches SpeieherSystem mit einem scheibenförmigen diskreten Element, diskretes Element, Verfahren zu dessen Herstellung sowie dessen Verwendung
Beschreibung
Elektrische Speichersysteme sind seit langem Stand der Technik und umfassen insbesondere Batterien, aber auch sogenannte Supercaps . Aufgrund der mit ihnen realisierbaren hohen Energiedichte werden insbesondere sogenannte Lithium- Ionen-Batterien im Bereich neuartiger Anwendungen wie beispielsweise der Elektromobilität diskutiert, kommen aber auch schon seit einigen Jahren in tragbaren Geräten wie beispielsweise Smartphones oder Laptops zum Einsatz. Diese herkömmlichen wiederaufladbaren Lithium-Ionen-Batterien zeichnen sich dabei insbesondere durch die Verwendung von organischen, lösungsmittelbasierten Flüssigelektrolyten aus. Diese sind allerdings brennbar und führen zu
Sicherheitsbedenken hinsichtlich des Einsatzes der
genannten Lithium-Ionen-Batterien. Eine Möglichkeit, organische Elektrolyte zu vermeiden, besteht im Einsatz von Festkörperelektrolyten. Dabei ist die Leitfähigkeit eines solchen Festkörperelektrolyten in der Regel deutlich, d.h. mehrere Größenordnungen, geringer als die eines
entsprechenden Flüssigelektrolyten. Um dennoch akzeptable Leitfähigkeiten zu erhalten und die Vorteile einer
wiederaufladbaren Lithium-Ionen-Batterie nutzen zu können, werden solche Festkörperbatterien heutzutage insbesondere in Form sogenannter Thin-Film-Batteries (TFB) bzw.
Dünnschichtspeicherelemente hergestellt. Diese finden ihre Verwendung insbesondere in mobilen Anwendungen,
beispielsweise in sogenannten Smart Cards, in der Medizintechnik und Sensorik sowie Smartphones und weiteren Anwendungen, die smarte, miniaturisierte und möglicherweise sogar flexible Energiequellen erfordern. Ein beispielhafte Lithium-basiertes
Dünnschichtspeicherelement ist in der US 2008/0001577 beschrieben und besteht in der Regel aus einem Substrat, auf das in einem ersten Beschichtungsschritt die
elektronisch leitenden Ableiter für die beiden Elektroden beschichtet werden. Im weiteren Herstellprozess wird dann zunächst das Kathodenmaterial auf dem Ableiter für die Kathode, in der Regel Lithium-Cobalt-Oxid LCO,
abgeschieden. Im nächsten Schritt erfolgt die Abscheidung eines Festkörperelektrolyten, bei dem es sich meist um ein amorphes Material aus den Stoffen Lithium, Sauerstoff, Stickstoff und Phosphor handelt und das als LiPON
bezeichnet wird. Im nächsten Schritt wird ein
Anodenmaterial derartig abgeschieden, dass es in Verbindung mit Substrat, Ableiter für die Anode sowie dem
Festkörperelektrolyten steht. Als Anodenmaterial kommt insbesondere metallisches Lithium zum Einsatz. Werden die beiden Ableiter elektrisch leitfähig verbunden, wandern im geladenen Zustand Lithium-Ionen durch den
Festkörperionenleiter von den Anode zur Kathode, was einen Stromfluss von der Kathode zur Anode durch die elektrische leitfähige Verbindung der beiden Ableiter zur Folge hat. Umgekehrt kann im ungeladenen Zustand durch das Anlegen einer äußeren Spannung die Wanderung der Ionen von der Kathode zur Anode erzwungen werden, wodurch es zum Aufladen der Batterie kommt. Eine weiteres Dünnschichtspeicherelement wird beispielhaft in der US 2001/0032666 AI beschrieben und umfasst ebenfalls ein Substrat, auf das verschiedene Funktionsschichten abgeschieden werden.
Die für ein solches Dünnschichtspeicherelement
abgeschiedenen Schichten haben in der Regel Schichtdicken im Bereich von 20ym oder weniger, typischerweise kleiner 10 ym oder sogar kleiner 5 ym; als Gesamtdicke des
Schichtaufbaus können dabei 100 ym oder kleiner angenommen werden .
Im Rahmen dieser Anmeldung werden als
Dünnschichtspeicherelemente beispielhaft wiederaufladbare Lithium-basierte Dünnschichtspeicherelementen und Supercaps verstanden; die Erfindung ist jedoch nicht auf diese
Systeme beschränkt, sondern kann auch in weiteren
Dünnschichtspeicherelementen, z.B. wiederaufladbaren und / oder gedruckten Dünnfilmzellen zum Einsatz kommen.
Die Herstellung eines Dünnschichtspeicherelements erfolgt dabei in der Regel über komplexe Beschichtungsverfahren, die auch die strukturierte Abscheidung der einzelnen
Materialien umfassen. Dabei sind äußerst komplizierte
Strukturierungen der genauen Dünnschichtspeicherelemente möglich, wie sie beispielhaft der US 7494742 B2 entnommen werden können. Besondere Schwierigkeiten ergeben sich darüber hinaus bei Lithium-basierten
Dünnschichtspeicherelementen durch die Verwendung von metallischem Lithium als Anodenmaterial aufgrund dessen hoher Reaktivität. So muss die Handhabung von metallischem Lithium unter möglichst wasserfreien Bedingungen erfolgen, da es sonst zu Lithiumhydroxid reagiert und die Funktion als Anode nicht mehr gegeben ist. Auch ein Lithiumbasiertes Dünnschichtspeicherelement muss entsprechend mit einer Verkapselung gegen Feuchtigkeit geschützt werden.
Die US 7494742 B2 beschreibt eine solche Verkapselung für den Schutz von nicht stabilen Bestandteilen eines
Dünnschichtspeicherelementes, wie beispielsweise Lithium oder bestimmte Lithiumverbindungen. Die
Verkapselungsfunktion wird dabei ausgeübt durch eine
Beschichtung oder ein System unterschiedlicher
Beschichtungen, die im Rahmen des Gesamtaufbaus der
Batterie noch weitere Funktionen erfüllen können. Darüber hinaus kommt es, wie beispielhaft in der Schrift US 2010/0104942 AI beschrieben, unter den Herstellbedingungen eines Lithium-basierten Dünnschichtspeicherelements, insbesondere in sogenannten Annealing- bzw.
Temperschritten, die für die Bildung von zur Lithium- Interkalation geeigneten Kristallstrukturen notwendig ist, zur einer unerwünschten Nebenreaktion der mobilen Lithium- Ionen mit dem Substrat, da das Lithium eine hohe Mobilität aufweist und in gängige Substratmaterialien leicht
hineindiffundieren kann.
Ein weiterer Problempunkt bei Dünnschichtspeicherelementen besteht in den verwendeten Substratmaterialien. Der Stand der Technik beschreibt dabei eine Vielzahl
unterschiedlicher Substratmaterialien wie beispielsweise Silizium, Glimmer, verschiedene Metalle sowie keramische Materialien. Auch die Verwendung von Glas, jedoch im
Wesentlichen ohne weitere Angaben zur speziellen Zusammensetzung oder genauen Eigenschaften, wird oftmals erwähnt .
Die US 2001/0032666 AI beschreibt einen kondensatorartigen Energiespeicher, bei dem es sich auch um eine Lithium- Ionen-Batterie handeln kann. Als Substratmaterialien werden hier unter anderen Halbleiter genannt.
Die US 6906436 B2 beschreibt eine Festkörperbatterie, bei der als Substratmaterialien beispielsweise Metallfolien, Halbleitermaterialien oder Kunststofffolien zum Einsatz kommen können.
Die US 6906436 B2 beschreibt als mögliche
Substratmaterialien eine Vielzahl von Möglichkeiten, beispielsweise Metalle oder Metallbeschichtungen,
halbleitende Materialien oder Isolatoren wie Saphir,
Keramik oder Kunststoffe. Dabei sind unterschiedliche
Geometrien des Substrates möglich.
Die US 7494742 B2 beschreibt als Substratmaterialien unter anderem Metalle, Halbleiter, Silikate und Glas sowie anorganische oder organische Polymere. Die US 7211351 B2 nennt als Substrate Metalle, Halbleiter oder isolierende Materialien sowie Kombinationen davon.
Die US 2008/0001577 AI nennt als Substrate Halbleiter, Metalle oder Kunststofffolien .
Die EP 2434567 A2 nennt als Substrate elektrisch leitfähige Materialien wie Metalle, isolierende Materialien wie Keramik oder Kunststoffe und halbleitende Materialien wie beispielsweise Silizium sowie Kombinationen von Halbleitern und Leitern oder komplexere Strukturen zur Anpassung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Diese oder ähnliche Materialien sind ebenfalls in den Schriften US 2008/0032236 AI, US 8228023 B2 sowie US 2010/0104942 AI genannt.
Demgegenüber beschreibt die US 2010/0104942 AI als in der Praxis relevante Substratmaterialien lediglich Substrate aus Metallen bzw. Metalllegierungen mit einem hohen
Schmelzpunkt sowie dielektrische Materialien wie Hochquarz, Siliziumwafer, Aluminiumoxid und dergleichen. Dies ist dem Umstand geschuldet, dass für die Herstellung einer Kathode aus dem üblicherweise verwendeten Lithium-Cobalt-Oxid (LCO) eine Temperaturbehandlung bei Temperaturen von 500 °C und größer erforderlich ist, um eine für das Speichern von Li+- Ionen in diesem Material besonders günstige
Kristallstruktur zu erhalten, so dass Materialien wie
Polymere oder anorganische Materialien mit niedrigen
Erweichungstemperaturen nicht verwendet werden können.
Sowohl Metalle bzw. Metalllegierungen als auch
dielektrische Stoffe weisen jedoch verschiedene
Schwierigkeiten auf: Beispielsweise sind dielektrische Materialien üblicherweise spröde und können nicht in kostengünstigen Roll-to-roll-Prozessen Verwendung finden, während andererseits Metalle bzw. Metalllegierungen dazu neigen, während der Hochtemperaturbehandlung des
Kathodenmaterials zu oxidieren. Um diese Schwierigkeiten zu umgehen, wird in der US 2010/0104942 AI ein Substrat aus unterschiedlichen Metallen oder Silizium vorgeschlagen, wobei die Redoxpotentiale der miteinander kombinierten Materialien so aufeinander abgestimmt sind, dass es zu einer kontrollierten Oxidbildung kommt.
Vielerorts diskutiert wird auch eine Umgehung der
beispielsweise in der oben genannten US 2010/0104942 AI geforderten hohen Temperaturbelastbarkeit des Substrats. So können z.B. durch die Anpassung der Prozessbedingungen Substrate mit Temperaturbelastbarkeiten von 450°C oder darunter Verwendung finden. Voraussetzungen dafür sind allerdings Abscheidemethoden, bei denen es zu einer
Aufheizung des Substrats und / oder der Optimierung des Sputter-Gasgemischs aus O2 und Ar und / oder dem Anlegen eines Bias-Spannung und / oder dem Anlegen eines zweiten Sputter-Plasmas un der Nähe des Substrats kommt. Hierzu finden sich Angaben beispielsweise in der US 2014/0030449 AI, in Tintignac et al . , Journal of Power Sources 245 (2014), 76-82, oder auch in Ensling, D., Photoelektronische Untersuchung der elektronischen Struktur dünner
Lithiumkobaltoxidschichten, Dissertation, technische
Universität Darmstadt 2006. Im Allgemeinen sind solche verfahrenstechnischen Anpassungen aber teuer und je nach Prozessierung, insbesondere wenn die Durchlaufbeschichtung von Wafern erfolgen soll, kaum kostenakzeptabel umsetzbar. Die US 2012/0040211 AI als Substrat einen Glasfilm, der höchstens 300 ym dick ist und eine Oberflächenrauheit von nicht größer als 100 Ä aufweist. Diese niedrige
Oberflächenrauheit wird benötigt, da die Schichten eines Dünnschichtspeicherelements in der Regel sehr geringe
Schichtdicken aufweisen. Hierbei können schon kleine
Unebenheiten der Oberflächen zu einer kritischen Störung der Funktionsschichten des Dünnschichtspeicherelements und somit zum Versagen der Batterie insgesamt führen.
Gleiches gilt für die Schrift WO 2014/062676. Diese
beansprucht Dünnfilmbatterien unter Nutzung von
Borosilikatglas bzw. Kalk- Natron Glas. Angeben zur
Dickenvariation des Substrates werden hier ebenso wenig gemacht .
Probleme herkömmlicher Dünnschichtspeicherelemente bestehen also zusammenfassend in der Korrosionsanfälligkeit der verwendeten Materialien, insbesondere, wenn es zur
Verwendung von metallischem Lithium kommt, was komplizierte Schichtaufbauten zur Folge hat und damit hohe Kosten verursacht, sowie der Art des Substrats, das insbesondere nichtleitend, aber flexibel, hochtemperaturbeständig sowie gegenüber den verwendeten Funktionsschichten des
Speicherelements möglichst inert sein und die Abscheidung von möglichst fehlerfreien Schichten mit guter
Schichthaftung auf dem Substrat ermöglichen sollte.
Hierbei zeigt sich allerdings, dass auch mit Substraten, die eine besonders niedrige Oberflächenrauheit aufweisen, wie beispielsweise der in der US 2012/0040211 AI
vorgeschlagene Glasfilm, Schichtversagen in Folge von
Rissen und / oder Ablösung der Schichten auftritt, wie sie beispielsweise in der US 2014/0030449 AI beschrieben sind. Die dort vorgeschlagene Methode, hohe Annealing- Temperaturen zu vermeiden, indem bei der Herstellung der Lithium-Cobalt-Oxid-Schicht eine Bias-Spannung angelegt wird, ist, wie auch weiter oben bereits beschrieben, allerdings in den gängigen Inline-Prozessen zur Herstellung von Dünnschichtspeicherelementen nur schwer integrierbar, so dass es unter prozesstechnischen Gesichtspunkten günstiger ist, ein Substrat mit einer entsprechend hohen Temperaturbeständigkeit zu verwenden.
Eine weitere Schwierigkeit, die für alle
Substratmaterialien unabhängig von deren genauer
Zusammensetzung gegeben ist, betrifft eine der möglichen Handlingslösungen von ultradünnem Glas. Die sogenannte Carrier-Lösung besteht darin, vor dem oder während des Beschichtungsprozesses bzw. den Transfer-Prozessschritten ultradünnen Glas auf einer Unterlage temporär zu fixieren. Dies kann wahlweise mit elektrostatischen Kräften erfolgen oder durch Verwendung einer organischen ablösbaren
Klebemasse. Insbesondere im letzten Fall muss durch
geeignete Wahl des Substrats bzw. des Carriers, welche in der Regel aus demselben Material gefertigt sind,
gewährleistet sein, dass das Debonding, also die Ablösung des Substrats vom Carrier, möglich wird. Das Debonding führt oft zum Auftreten von Torsionsspannungen im Substrat, wobei sich diese Spannungen auch auf die auf dem Substrat befindlichen Schichten übertragen können, was ebenfalls
Risse und Ablösungen der Schichten zur Folge hat, so dass sich in der Folge die durch Dickenschwankungen des
Substrats angelegten Schichtfehler noch weiter verstärken. Einige Bearbeitungsschritte in der Herstellung von
elektrischen Dünnschichtspeicherelementen können dabei prinzipiell auch durch Verwendung energiereicher optischer Energiequellen wie beispielsweise Excimer-Lasern erfolgen. Um hier alle Bearbeitungsmöglichkeiten, beispielsweise für das Schneiden von Wafern mittels Laser oder die Härtung von organischen Klebematerialien durch UV-Quellen, zu ermöglichen, ist eine gezielt modifizierbare UV- Transmission eines Substratmaterials von Vorteil.
Die Aufgabe der Erfindung umfasst die Bereitstellung eines elektrischen Speichersystems, das ein scheibenförmiges diskretes Element beinhaltet, das scheibenförmige diskrete Element sowie dessen Herstellung und Verwendung.
Die vorliegende Erfindung hat ferner zur Aufgabe, ein elektrisches Speicherelement, insbesondere ein
Dünnschichtspeicherelement, bereitzustellen, das die
Schwächen des derzeitigen Standes der Technik mildert und eine kostengünstige Herstellung von
Dünnschichtspeicherelementen ermöglicht. Eine weitere
Aufgabe der Erfindung umfasst die Bereitstellung eines scheibenförmigen Elements für die Anwendung in einem elektrischen Speicherelement sowie dessen Herstellung und Verwendung . Das scheibenförmige diskrete Element soll die Schwächen des Standes der Technik mildern und eine ausreichende
thermische Stabilität von > 400°C aufweisen, gepaart mit einer ausreichenden Stabilität gegenüber Kontamination durch Batteriekomponenten, dazu eine hohe Barrierewirkung gegenüber Feuchtigkeit und eine an die Herstellprozesse und Bedürfnisse der jeweiligen spezifischen Zelldesigns
angepasste optische Transmittivität bzw. Blockierung gegenüber UV-Strahlung. Das Substrat muss darüber hinaus Beiträge leisten zu einer guten Haftung aufgebrachter
Schichten, d.h. insbesondere einen geeigneten
Ausdehnungskoeffizienten hinsichtlich der Abscheidung der nächstliegenden Schicht, in der Regel des LCO . Die erfindungsgemäße Aufgabe kann überraschend einfach bereits dadurch gelöst werden, dass in ein
Dünnschichtspeicherelement ein scheibenförmiges diskretes Element eingefügt wird, das über eine totale Dickenvarianz (total thickness Variation, ttv) im Bereich von < 25 ym, bevorzugt von < 15 ym, besonders bevorzugt von < 10 ym sowie ganz besonders bevorzugt von < 5 ym bezogen auf die verwendete Wafer- oder Substratgröße verfügt.
Typischerweise bezieht sich die Angabe also auf Wafer- bzw. Substratgrößen im Bereich von > 100 mm Durchmesser bzw. 100 mm -100 mm Größe, bevorzugt > 200 mm Durchmesser bzw. 200 mm -200 mm Größe und besonders bevorzugt > 400 mm
Durchmesser bzw. 400 mm -400 mm Größe.
Als scheibenförmig wird im Rahmen dieser Anmeldung ein Formkörper verstanden, bei die Ausdehnung des Elements in einer Raumrichtung um mindestens eine halbe Größenordnung geringer ist als in den beiden anderen Raumrichtungen. Als diskret wird ein Formkörper im Rahmen dieser Anmeldung verstanden, wenn er als solches trennbar von dem
betrachteten elektrischen Speichersystem ist, d.h.
insbesondere auch alleine vorliegen kann. Die große Gleichmäßigkeit der Dickenverteilung des
scheibenförmigen diskreten Elements ist zur Einhaltung vergleichbarer Qualität von Zelle zu Zelle essentiell.
Dünnfilmbatterien werden meist auf Wafer-Level mit oder ohne Maskierung gefertigt und dann ausgeschnitten. Bei ungenügender Dickenkonstanz können Zellen auf einem Wafer bzw. auf jeden Fall von Wafer zu Wafer unterschiedliche Dicken und damit Spezifikationen z.B. bezüglich Gewicht / Energiedichte aufweisen. Dies ist insbesondere dann
nachteilig, wenn die Applikation eine extrem homogene
Konstanz der Produktspezifikationen des elektrischen
Speicherelements erfordert. Durch eine geringe totale
Dickenvarianz können Kosten in der Qualitätsprüfung gespart bzw. Produktionsausschuss vermieden werden.
Die große Gleichmäßigkeit der Dickenverteilung des
scheibenförmigen diskreten Elements hat bei dessen
Verwendung als Substrat für die Abscheidung eines
Dünnschichtspeicherelements darüber hinaus zur Folge, dass die Schichten darauf gleichfalls eben und ohne eine
laterale Schwankung der Schichtdickenverteilung
abgeschieden werden. Dies wiederum führt dazu, dass es bei nachgeschalteten Prozessschritten, beispielsweise dem
Tempern der LCO-Schicht nach erfolgter Abscheidung, nicht zu lokalen Spannungen in den einzelnen Schichten selbst oder zwischen den einzelnen Schichten an den jeweiligen Grenzflächen, insbesondere auch nicht an der Grenzflächen zwischen Schicht und Substrat kommen kann. Auf diese Weise werden Risse und Ablösungen effizient vermieden.
Es hat sich nämlich gezeigt, dass das Versagen von
Schichten, das insbesondere im Auftreten von Rissen in der Schicht oder in der Ablösung der Schichten vom Substrat besteht, weniger durch das Vorliegen von
Oberflächenunebenheiten des Substrats, sondern vielmehr durch eine Kombination von Dickenschwankungen des Substrats sowie durch Kräfte, die bei der Ablösung des Substrat von dem sogenannten Carrier auf das Substrat übertragen werden, hervorgerufen werden. Darüber hinaus erweist es sich weiterhin als vorteilhaft, wenn das scheibenförmige, diskrete Element hinsichtlich seiner Eigenschaften im UV-Bereich, also der Absorption bzw. Transmission, je nach genau gewählten
Zusammensetzungen gezielt einstellbar ist.
Diese gezielt eingestellte Transmission ermöglicht es, eine Reihe von Prozessschritten einfach durch die Behandlung mit elektromagnetischer Strahlung durchzuführen, beispielsweise - Unterstützung beim Debonding des Substrats vom
Carrier, da auf diese Weise die organischen
Haftschichten besonders wirkungsvoll gelöst werden können,
- Aushärtung von Verkapselungsschichten zum Schutz des Speicherelements gegenüber dem Angriff korrosiver
Medien, beispielsweise Sauerstoff und / oder
Wasserdampf, beschrieben beispielsweise in der DE 10 2012 206 273 AI, sowie
- Annealing der Lithium-Cobalt-Oxid-Schicht durch
hochenergetische Strahlung, um die gewünschte
kristallographische Hochtemperaturphase mit dessen hoher spezifischer Speicherdichte möglichst
quantitativ bereitzustellen. Das erfindungsgemäße scheibenförmige diskrete Element weist eine Dicke nicht größer als 2 mm, bevorzugt kleiner 1 mm, besonders bevorzugt kleiner 500 ym und ganz besonders bevorzugt kleiner oder gleich 200 ym auf. Am meisten bevorzugt ist eine Substratdicke von maximal 100 ym.
So ist es beispielsweise möglich, direkt scheibenförmige diskrete Elemente in der gewünschten Dicke herzustellen. Es ist allerdings auch möglich, die Zieldicke dadurch zu erreichen, dass dickere scheibenförmige diskrete Elemente in einem sich an die Herstellung oder Weisterprozessierung anschließenden Prozessschritt gedünnt werden,
beispielsweise durch einen oder mehrere der Prozesse
Schleifen, Ätzen und Polieren.
In einer Ausführungsform der Erfindung weist das
scheibenförmige diskrete Element eine water vapour
transmission rate (WVTR) von < 10~3 g/ (m2 -d) , bevorzugt von < 10~5 g/ (m2 -d) und besonders bevorzugt von < 10~6 g/ (m2 -d) auf .
In einer weiteren Ausführungsform weist das scheibenförmige diskrete Element 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 auf.
Das scheibenförmige diskrete Element ist im weiteren gekennzeichnet durch eine maximale Temperaturbeständigkeit von mindestens 400°C, bevorzugt von mindestens 500°C sowie durch 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 8,5 10"6/K und besonders bevorzugt von 3,0·10"6/Κ bis 8,0·10~6/Κ. Dabei hat sich gezeigt, dass besonders gute Schichtqualitäten in einem Dünnschichtspeicherelement dann erzielt werden können, wenn zwischen der maximalen
Belastungstemperatur 9Max in °C und dem linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten folgender Zusammenhang besteht: 600 -10"6 < 9Max ·α < 8000 ·10"6,
insbesondere bevorzugt 800·10"6 < 9Max ·α < 5000 ·10"6. Der lineare thermische Ausdehnungskoeffizient ist dabei, sofern nicht anders angegeben, im Bereich von 20-300°C angegeben. Die Bezeichnungen und (2o-3oo> werden im Rahmen dieser Anmeldung synonym verwendet. Beim angegebenen Wert handelt es sich um den nominalen mittleren thermischen
Längenausdehnungskoeffizienten gemäß ISO 7991, welcher in statischer Messung bestimmt ist.
Als maximale Belastungstemperatur 9Max gilt dabei im Rahmen dieser Anwendung eine Temperatur, bei der die
Formstabilität des Materials noch vollumfänglich
gewährleistet ist und noch keine Zersetzungs- und / oder Degradationsreaktionen des Materials eingesetzt haben.
Naturgemäß ist diese Temperatur je nach verwendetem
Material unterschiedlich definiert. Für oxidische
kristalline Materialien ist die maximale
Belastungstemperatur in der Regel durch die
Schmelztemperatur gegeben; für Gläser wird meist die
Glasübergangstemperatur Tg angenommen, wobei bei
organischen Gläsern die Zersetzungstemperatur auch
unterhalb von Tg liegen kann, und für Metalle bzw.
Metalllegierungen kann die maximale Belastungstemperatur näherungsweise durch die Schmelztemperatur angegeben werden, es sei denn, das Metall bzw. die Metalllegierung reagiert unterhalb der Schmelztemperatur in einer
Degradationsreaktion .
Die Transformationstemperatur Tg ist bestimmt durch den Schnittpunkt der Tangenten an die beiden Äste der
Ausdehnungskurve bei der Messung mit einer Heizrate von
5K/min. Dies entspricht einer Messung nach ISO 7884-8 bzw. DIN 52324. In einer weiteren Ausführungsform weist das scheibenförmige diskrete Element auf mindestens einer Seite eine Oberfläche auf, die derartig ausgestaltet, dass sie gegenüber auf dieser Oberfläche aufgebrachten Materialien inert und / oder vermindert durchlässig und / oder undurchlässig ist.
In einer weiteren Ausführungsform ist diese mindestens eine Oberfläche als Barriere gegenüber der Diffusion von
Metallen ausgebildet.
In einer weiteren Ausführungsform ist diese mindestens eine Oberfläche als Barriere gegenüber einem Übergangsmetall oder Ionen eines Übergangsmetalls ausgebildet.
Bevorzugt handelt es sich bei diesem Metall um Titan.
In einer weiteren Ausführungsform wird diese auf mindestens einer Oberfläche des scheibenförmigen Elements ausgebildete Barriere durch eine Dotierung bzw. Überdotierung mit einem Akali- und / oder Erdalkalimetall wie beispielsweise
Lithium oder einem Übergangsmetall ausgebildet. Es zeigt sich, dass bereits geringe Gehalte an Lithium, aber auch an einem Übergangsmetall die Diffusion schädlicher
Übergangsmetalle aus dem Schichtmaterialien des
elektrischen Speicherelements, wie beispielsweise aus
Lithium-Titanat , metallischem Titan oder Titanlegierungen, in das scheibenförmige diskrete Element hinein verhindern oder reduzieren können.
Die Eindiffusion von Übergangsmetallionen, beispielsweise Titanionen in das scheibenförmige diskrete Element und damit die Veränderung desselben und/oder Destabilisierung dessen innerer Struktur kann auf verschiedene Weise
geschehen . Die Stabilität der scheibenförmigen diskreten Elemente gegenüber Übergangsmetallen, beispielsweise Titan, kann auf verschiedene Weise überprüft werden.
A) Kontakt der scheibenförmigen diskreten Elemente mit metallischen Komponenten
Eine Möglichkeit besteht darin, die Stabilität der
scheibenförmigen diskreten Elemente gegenüber metallischen Titan zu testen. Metallisches Titan in einem
Dünnschichtspeicherelement beispielsweise als Haft- und/oder Kontaktschicht eingesetzt werden. Während der Herstellung einer solchen Schicht eines Übergangsmetalls herrscht kann es dabei zu Reaktionen zwischen Metall und Substrat, also dem scheibenförmigen diskreten Element, kommen. Weiterhin ist es im Betrieb des
Dünnschichtspeicherelements in den Lade- und Entladezyklen ebenfalls möglich, dass Kontaktreaktionen zwischen dem Substrat und der Schicht des Übergangsmetalls auftreten. Um die Stabilität der scheibenförmigen diskreten Elemente gegenüber einem Übergangsmetall zu testen, können
metallische Schichten aufgebracht und diese anschließend weiteren Prozessschritten zur Überprüfung der
Kontaktstabilität unterzogen werden.
Um die Kontaktstabilität des scheibenförmigen diskreten Elements gegenüber metallischem Titan zu überprüfen, werden dabei metallische Titanschichten mittels eines Sputterverfahrens aufgebracht. Dabei werden Edelgasatome, meist Argon, ionisiert und durch das Anlegen einer
negativen Spannung auf ein metallischen Titan-target hin beschleunigt. Dadurch werden Titan-Atome aus dem Target herausgelöst und setzen sich als dünner Film auf dem in der Nähe befindlichen Substrat ab. Zum Test der
Kontaktstabilität wird eine Schicht von ca. 100 nm Dicke aufgebracht .
B) Kontakt der scheibenförmigen diskreten Elemente mit Ionen von Metallen
Um die Diffusion von Ionen eines Übergangsmetalls,
beispielsweise von Titan, in die scheibenförmigen diskreten Element zu bestimmten, eignet sich die Aufbringung eines Sols eines Übergangsmetalls.
Soll die Diffusion von Titan-Ionen überprüft werden, kann dabei ein titanhaltiges Sol, in dem das Titan eine
Oxidationsstufe größer 0 aufweist, auf das scheibenförmige diskrete Element aufgebracht werden. Zur Simulation der Belastung der scheibenförmigen diskreten Elemente mit
Titan-Ionen über mehrere Jahre wurden die mit dem Titan- haltigen Sol beschichteten Substrate anschließend auf 550°C erhitzt .
Ein solches Titan-haltiges Sol wird beispielsweise erhalten durch Komplexierung von 342,2 g (entsprechend 1,5 mol) Titan (VI) -ethylat (Ti(OEt)4) mit 150,18 g (entsprechend 1,5 mol) Acetylaceton, welches mittels eines Tropftrichters über 20 Minuten zum Titan (VI ) -ethylat (Ti(OEt)4) zugetropft wird. Die solcherart erhaltene Lösung wird anschließend noch eine weitere Stunde gerührt. Das dabei entstehende Ethanol und das überschüssige Wasser der Reaktionslösung werden anschließend durch Einrotieren im
Rotationsverdampfer entfernt. Es wird ein bräunliches
Pulver erhalten, das anschließend 4h bei 125°C getrocknet wird. 5 g dieses solcherart erhaltenen Pulvers werden in 95 g Ethanol aufgelöst. In die so erhaltene Lösung werden die Proben eingetaucht und zur Herstellung einer 100 nm dicken Schicht mit einer Geschwindigkeit von 20 cm/min aus der Lösung gezogen.
Zur realistischen Simulation der Bedingungen, die bei der Herstellung eines Dünnschichtspeicherelements als auch über die Lebensdauer eines solchen in den Be- und Entladezyklen auftreten, werden solcherart mit einer metallischen Titan- Schicht bzw. einer Schicht, die Titan in Form von Ionen enthält, versehene Proben nach Herstellung in einem
Ofenprozess behandelt. Dieser beinhaltet:
- Aufheizen der Probe von Zimmertemperatur auf 550 °C mit einer Aufheizrate von 5 K/min
- Haltezeit von 20 Minuten bei 550°C
- Abkühlen im Ofen bis auf Zimmertemperatur
Anschließend an die Ofenbehandlung erfolgt die Untersuchung der Diffusion des Metalls in die Proben mittels Flugzeit- Massenspektroskopie (ToF-SIMS, Time of Flight Secondary Ion Mass Spectroscopy) . Dabei wird mit einer Ionenkanone ein kleiner Bereich (ca 300-300 ym2 ) der Probe sukzessive abgetragen (gesputtert) , unterbrochen von Analysezyklen. Die in den Analysezyklen detektierten Ionen der
freigesetzten Elemente werden als Funktion der Sputterzeit mitgeschrieben. Im einfachsten Fall erhält man ein Intensitäts-Sputterprofil . Aus dem Vergleich der Profile verschiedener Proben kann man die Diffusion des Titan in verschiedenen Substratmaterialien bewerten. Die Intensitäts-Sputterzeitprofile werden wie folgt
ausgewertet :
- Es erfolgt zunächst die Indentifikation der
Grenzfläche von Schicht und Substratmaterial durch Bestimmung der Sputterzeit „tGF" , bei der das in der Schicht konstante Ti-Signal zu degradieren beginnt und gleichzeitig die Signale der Elemente, aus denen das scheibenförmige diskrete Element aufgebaut ist, ansteigen .
- Sodann erfolgt die Identifikation der maximalen
Eindringtiefe des Titans durch Bestimmung der
Sputterzeit „tET", bei der das Ti-Signal auf ein konstantes Niveau degradiert ist.
- Schließlich wird durch Bildung der Differenz „tET_ tcFw die Eindringtiefe des Titans in das Material bestimmt.
Das erfindungsgemäße scheibenförmige Element ist aus mindestens einem Oxid oder einer Mischung oder Verbindung von Oxiden aufgebaut. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei diesem mindestens einen Oxid um Si02-
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das scheibenförmige Element aus Glas aufgebaut. Im Rahmen dieser Anmeldung wird als Glas dabei ein Material
bezeichnet, das im wesentlichen anorganisch aufgebaut ist und überwiegend aus Verbindungen von Metallen und / oder Halbmetallen mit Elementen der Gruppen VA, VIA und VIIA des Periodensystem der Elemente, bevorzugt jedoch mit
Sauerstoff, besteht und das gekennzeichnet ist durch einen amorphen, d.h. nicht periodisch geordneten
dreidimensionalen Zustand sowie 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. Nicht als Glas im Sinne dieser Anmeldung gilt damit insbesondere das als
Festkörperionenleiter verwendete amorphe Material LiPON.
Das erfindungsgemäße scheibenförmige Element wird gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung durch einen Schmelzprozess gewonnen.
Bevorzugt wird das scheibenförmige Element in einer sich an den Schmelzprozess anschließenden Formgebungsprozess scheibenförmig ausgebildet. Diese Formgebung kann sich dabei direkt an die Schmelze anschließen (sogenannte
Heißformgebung) . Es ist allerdings auch möglich, dass zunächst ein fester, im wesentlichen ungeformter Körper erhalten wird, der erst in einem weiteren Schritt durch erneutes Erhitzen und mechanische Verformung in einen scheibenförmigen Zustand überführt wird.
Erfolgt die Formgebung des scheibenförmigen Elements durch eine Heißformgebungsprozess , so handelt es sich in einer Ausführungsform der Erfindung um Ziehverfahren,
beispielsweise Down-Draw-, Up-Draw- oder Overflow-Fusion- Verfahren. Aber auch andere Heißformgebungsprozesse sind mögliche, beispielsweise die Formgebung in einem
Floatverfahren . Das scheibenförmige diskrete Element kann in einem
elektrischen Speichersystem insbesondere als Substrat für die Abscheidung von Funktionsschichten zur
Energiespeicherung verwendet werden. Auch möglich ist der Einsatz des scheibenförmigen diskreten Elements zur
Abdeckung eines Aufbaus von Funktionsschichten eines elektrischen Speichersystems oder als Superstrat.
Als Superstrat wird dabei im Rahmen der vorliegenden
Erfindung eine scheibenförmiges diskretes Element dann verstanden, wenn es nicht als Substrat, also als Unterlage für das Aufbringen weiterer Veredelungen oder Aufbauten verwendet wird, sondern als 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
Prozesse eingenommen hat, und beispielsweise Aufbauten oder Strukturen tragen, beispielsweise optische Vergütungen zur selektiven Einstellung der optischen Transmission.
Das Superstrat kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung dabei aus demselben Material ausgebildet sein wie das
Substrat. Dies ist beispielsweise dann von Vorteil, wenn Substrat und Superstrat zur Vermeidung von thermischen Spannungen nach Möglichkeit denselben thermischen
Ausdehnungskoeffizienten aufweisen sollten. Beispiele
In den folgenden Tabellen sind einige beispielhafte
Zusammensetzungen erfindungsgemäßer scheibenförmiger
Elemente zusammengestellt.
Ausführungsbeispiel 1
Die Zusammensetzung des scheibenförmigen diskreten Elements ist beispielhaft gegeben durch folgende Zusammensetzung in Gew . -% :
Si02 50-66
B203 0 bis 5,
A1203 13 bis ; 3
MgO 0 bis 7
CaO 5 bis 14
SrO 0 bis 8
BaO 6 bis 18
P2O5 0 bis 2
Zr02 0 bis 3
Ti02 2 bis 5
Ce02 0 bis 5
M0O3 0 bis 5
Fe203 0 bis 5
WO3 0 bis 5
Bi203 0 bis 5
Ausführungsbeispiel 2
Die Zusammensetzung eines weiteren erfindungsgemäßen scheibenförmigen Elements ist weiterhin beispielhaft gegeben durch die folgende Zusammensetzung in Gew.-%
Si02 30 bis 85 B203 3 bis 20
AI2O3 0 bis 15
Na20 3 bis 15
K20 3 bis 15
ZnO 0 bis 12
T1O2 größer oder gleich 2 bis
CaO 0 bis 0, 1
Zur besseren Erläuterung der Erfindung finden sich in der folgenden Tabelle 1 weitere konkrete Ausführungsbeispiele (AB) für erfindungsgemäße scheibenförmige diskrete
Elemente, die hinsichtlich ihrer Kontaktstabilität
gegenüber Titan untersucht wurden. Ebenfalls aufgeführt und hinsichtlich der Kontaktstabilität gegenüber Titan-Metall und Titan-Ionen sind Vergleichsbeispiele (VB) nicht erfindungsgemäßer scheibenförmiger diskreter Elemente.
Die Angaben hinsichtlich der Zusammensetzung der dort aufgeführten Beispiele sind dabei jeweils in Gew.-% angegeben. Gleichfalls sind, soweit bekannt, die Werte für den thermischen Ausdehnungskoeffizienten im Bereich von 20-300°C in ppm/K, die Transformationstemperatur Tg in °C sowie die Dichte in g/cm3 angegeben.
Tabelle 1
VB1 VB2 AB3 AB4 VB3 VB4 AB5
Si02 61, 0 59, 92 64, 0 62, 65 66,49 65, 2 65, 0
A1203 18,0 17,27 4,0 4,11 4, 35 4,27 22,0
B203 10,0 10,22 8,3 8,19 8,7 8, 53
Ti02 4,0 3,9 2,5
Li20 1,86 1,87 1, 94 3,5
Na20 6,5 6,3 6, 68 6, 55 0,5
K20 5,5 6,72 7,13 6, 99 VB1 VB2 AB3 AB4 VB3 VB4 AB5
MgO 2,8 2,86 0,5
CaO 4,8 4, 55
ZnO 7,0 5, 52 5, 86 5,75 2,0
SrO
BaO 3,3 3, 12 2,0
Ce02
Zr02 2,0
Sb203 0,6 0,74 0,78 0,77
As203
Sn02 0,1 0,19
Cl 0,1
P2O5
Summe 100,0 99, 99 100,0 100,0 99, 99 100,0 100,0
α (20-300) 3,2 7,2
T 717 557
Dichte 2,43 2,5
Titan
TOF- 0 + + 0 0
SIMS
Ti02
ToF- 0 + 0
SIMS
-: große Eindringtiefe des Ti ins Glas in w.E.
0: mittlere Eindringtiefe des Ti ins Glas in w.E.
+: geringe Eindringtiefe des Ti ins Glas in w.E.
Aus den Untersuchungen ergibt sich, dass die Titan- Diffusion in das scheibenförmige diskrete Element durch das Vorhandensein von T1O2 im scheibenförmigen diskreten
Element selbst reduziert wird. Gleiches gilt auch, wenn eine Belastung mit Titan nicht durch das Metall, sondern in Form von Ionen, beispielsweise aus T1O2, erfolgt. Ein erfindungsgemäßes scheibenförmiges diskretes Element enthält aus diesem Grund wenigstens 2 Gew.-% Ti02,
bevorzugt mindestens 3 Gew.-% Ti02.
Beschreibung der Zeichnung zeigt ein Diagramm zur Eindringtiefe von metallischem und ionischem Titan in Abhängigkeit vom TiC>2-Gehalt des scheibenförmigen diskreten Elements ,
zeigt eine schematische Darstellung eines elektrischen Speicherelements,
zeigt eine schematische Darstellung eines scheibenförmigen diskreten Elements.
Fig. 1 zeigt ein Diagramm zur Verdeutlichung des Einflusses des TiC>2-Gehalts des scheibenförmigen diskreten Elements auf die Diffusion von metallischem Titan und ionischem
Titan. Dargestellt ist jeweils die Eindringtiefe von Titan in willkürlichen Einheiten (w. E.), im linken Bereich für metallisches Titan, in rechten Bereich für ionisches Titan. Die Zusammensetzung der scheibenförmigen diskreten Elemente entsprechen dabei dem Ausführungsbeispiel 4 bzw. dem
Vergleichsbeispiel 3 in Tabelle 1. Beide unterscheiden sich darin, dass das Vergleichsbeispiel 3 im Gegensatz zu
Ausführungsbeispiel 4 kein T1O2 enthält. Hinsichtlich der Titan-Diffusion ist sowohl für den Fall der metallischen Belastung als auch für die ionische Belastung mit T1O2 die Eindringtiefe des Titan-haltigen scheibenförmigen diskreten Elements deutlich verringert. In Fig. 2 ist schematisch ein elektrisches Speichersystem 1 gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Es umfasst ein scheibenförmiges diskretes Element 2, welches als Substrat verwendet wird. Auf das Substrat ist eine Abfolge
unterschiedlicher Schichten aufgebracht. Beispielhaft und ohne Beschränkung auf das vorliegende Beispiel sind dabei auf das scheibenförmige diskrete Element 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, Aluminium oder Titan. Auflagernd auf die Ableiterschicht 3 befindet sich die Kathodenschicht 5. Sofern es sich bei dem elektrischen Speichersystem 1 um eine Lithium-basierte Dünnfilmbatterie handelt, ist die Kathode aus einer Lithium-Übergangsmetallverbindung, bevorzugt einem -oxid, gebildet, beispielsweise aus LiCoC>2, aus LiMnC>2 oder auch aus LiFePC^. Weiterhin ist auf dem Substrat und zumindest teilweise überlappend mit der
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,
Phosphor und Stickstoff. Weiterhin umfasst das elektrisches Speichersystem 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. Als Verkapselung bzw. Versiegelung des elektrischen
Speichersystems 1 wird dabei im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Material verstanden, welches den Angriff von Fluiden bzw. sonstigen korrosiven Materialien auf das elektrische Speichersystem 1 verhindert oder stark
vermindern kann.
Fig. 3 zeigt die schematische Abbildung eines
scheibenförmigen diskreten Elements der vorliegenden
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.
Bezugs zeichenliste
1 - elektrisches Speichersystem
2 - scheibenförmiges diskretes Element in der Verwendung als Substrat
3 - Ableiterschicht für die Kathode
4 - Ableiterschicht für die Anode
5 - Kathode
6 - Elektrolyt
7 - Anode
8 - Verkapselungsschicht
10 - scheibenförmiges diskretes Element als
scheibenförmiger Formkörper

Claims

Patentansprüche
Elektrisches Speichersystem mit einer Dicke kleiner 2mm, beinhaltend mindestens ein scheibenförmiges diskretes Element, gekennzeichnet durch eine hohe Resistenz des scheibenförmigen diskreten Elements gegenüber dem Angriff von Übergangsmetallen oder Ionen von Übergangsmetallen, insbesondere Titan, wobei das scheibenförmige diskrete Element Titan- haltig ist.
Elektrisches Speichersystem insbesondere nach
Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen Gehalt des mindestens einen scheibenförmigen diskreten Elements an T1O2 von mindestens 2 Gew.-%, bevorzugt wenigstens 3 Gew.-%.
Elektrisches Speichersystem insbesondere nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine scheibenförmige diskrete Element folgende Zusammensetzung in Gew.-% aufweist:
- Si02 30 bis 85
- B203 3 bis 20
- AI2O3 0 bis 15
- Na20 3 bis 15
- K20 3 bis 15
- ZnO 0 bis 12
- T1O2 größer oder gleich 2 bis 10
- CaO 0 bis 0,1.
4. Elektrisches Speichersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einer Dicke kleiner 2mm, beinhaltend mindestens ein scheibenförmiges diskretes Element, dadurch gekennzeichnet, dass das Element eine
Dickenvariation von nicht größer als 25 ym, bevorzugt von nicht größer als 15 ym, besonders bevorzugt von nicht größer als 10 ym sowie ganz besonders bevorzugt von nicht größer als 5 ym aufweist, bezogen auf die Wafer- bzw. Substratgrößen im Bereich von > 100 mm Durchmesser bzw. 100 mm -100 mm Größe, bevorzugt > 200 mm Durchmesser bzw. 200 mm -200 mm Größe und besonders bevorzugt > 400 mm Durchmesser bzw. 400 mm -400 mm Größe .
Elektrisches Speichersystem einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine scheibenförmige diskrete Element eine water vapour transmission rate (WVTR) von < 10~3 g/ (m2 -d) ,
bevorzugt von < 10~5 g/ (m2 -d) und besonders bevorzugt von < 10~6 g/ (m2 -d) aufweist.
Elektrisches Speichersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine scheibenförmige diskrete Element 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.
Elektrisches Speichersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine scheibenförmige diskrete Element einen
spezifischen elektrischen Widerstand bei einer
Temperatur von 350°C und einem Wechselstrom mit einer Frequenz von 50 Hz von größer als 1,0-10 Ohmcm aufweist .
Elektrisches Speichersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine scheibenförmige diskrete Element eine maximale Belastungstemperatur 9Max von mindestens 400°C, bevorzugt von mindestens 500°C aufweist.
Elektrisches Speichersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine scheibenförmige diskrete Element 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 8,5 10~6/K und besonders bevorzugt von 3,0·10~6/Κ bis 8, 0 ·10"6/Κ aufweist.
Elektrisches Speichersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass für das Produkt aus maximaler Belastungstemperatur 9Max und linearem thermischem Ausdehnungskoeffizienten des mindestens einen scheibenförmigen diskreten Elements folgender Zusammenhang gilt:
600 -10"6 < 9Max- < 8000 -10"6,
insbesondere bevorzugt 800·10"6 < 9Max · < 5000 ·10"6
Elektrisches Speichersystem, vorzugsweise nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Oberfläche des mindestens einen scheibenförmigen diskreten Elements derartig
ausgebildet ist, dass sie gegenüber mit dieser
Oberfläche in Kontakt tretenden Materialien inert und / oder vermindert durchlässig und / oder
undurchlässig ist.
12. Elektrisches Speichersystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Oberfläche als Barriere ausgebildet ist.
13. Elektrisches Speichersystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Barriere als Barriere gegenüber der Diffusion von Metallen ausgebildet ist.
14. Elektrisches Speichersystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Barriereschicht als Barriere gegenüber der Diffusion von Übergangsmetallen
ausgebildet ist.
15. Elektrisches Speichersystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Barriereschicht durch
Dotierung bzw. Überdotierung mit mindestens einem Alkalimetall und / oder einem Übergangsmetall
ausgebildet ist.
16. Elektrisches Speichersystem nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die
Barrierewirkung der mindestens einen Oberfläche gegen
Titan ausgebildet ist.
17. Elektrisches Speichersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine scheibenförmige diskrete Element aus mindestens einem Oxid oder aus einer Mischung oder Verbindung von mehreren Oxiden aufgebaut ist. 18. Elektrisches Speichersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine scheibenförmige diskrete Element als ein Oxid S1O2 enthält.
19. Elektrisches Speichersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine scheibenförmige diskrete Element als Glas vorliegt.
20. Elektrisches Speichersystem nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine
scheibenförmige diskrete Element durch einen
Schmelzprozess mit sich anschließendem Formprozess scheibenförmig ausgebildet wird.
21. Elektrisches Speichersystem nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass es sich beim anschließenden Formprozess um ein Ziehverfahren handelt.
22. Scheibenförmiges diskretes Element für die Anwendung in einem elektrischem Speichersystem, gekennzeichnet durch eine hohe Resistenz des scheibenförmigen diskreten Elements gegenüber dem Angriff von
Übergangsmetallen oder Ionen von Übergangsmetallen, insbesondere Titan, wobei das scheibenförmige
diskrete Element Titan-haltig ist. 23. Scheibenförmiges diskretes Element für die Anwendung in einem elektrischen Speichersystem insbesondere nach Anspruch 22, gekennzeichnet durch einen Gehalt an T1O2 von mindestens 2 Gew.-%, bevorzugt wenigstens 3 Gew.-%.
24. Scheibenförmiges diskretes Element insbesondere nach einem der Ansprüche 22 oder 23, dadurch
gekennzeichnet, dass das mindestens eine
scheibenförmige diskrete Element folgende
Zusammensetzung in Gew.-% aufweist:
- Si02 30 bis 85
- B203 3 bis 20
- AI2O3 0 bis 15
- Na20 3 bis 15
- K20 3 bis 15
- ZnO 0 bis 12
- T1O2 größer oder gleich 2 bis 10
- CaO 0 bis 0,1.
25. Scheibenförmiges diskretes Element für die Anwendung in einem elektrischem Speichersystem nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass das
Element eine Dickenvariation von nicht größer als 25 ym, bevorzugt von nicht größer als 15 ym, besonders bevorzugt von nicht größer als 10 ym sowie ganz besonders bevorzugt von nicht größer als 5 ym
aufweist, bezogen auf die Wafer- bzw. Substratgrößen im Bereich von > 100 mm Durchmesser bzw. 100 mm -100 mm Größe, bevorzugt > 200 mm Durchmesser bzw.
200 mm -200 mm Größe und besonders bevorzugt > 400 mm Durchmesser bzw. 400 mm -400 mm Größe.
26. Scheibenförmiges diskretes Element nach einem der
Ansprüche 22 bis 25 für die Anwendung in einem elektrischen Speichersystem, dadurch gekennzeichnet, dass das Element 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 .
27. Scheibenförmiges diskretes Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche 22 bis 26 für die Anwendung in einem elektrischen Speichersystem, gekennzeichnet durch eine water vapour transmission rate (WVTR) von < 10~3 g/ (m2 -d) , bevorzugt von < 10~5 g/ (m2 -d) und besonders bevorzugt von < 10~6 g/ (m2 -d) . 28. Scheibenförmiges diskretes Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche 22 bis 27 für die Anwendung in einem elektrischen Speichersystem, gekennzeichnet durch 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.
29. Scheibenförmiges diskretes Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche 22 bis 28 für die Anwendung in einem elektrischen Speichersystem, gekennzeichnet durch eine maximale Belastungstemperatur 9Max von mindestens 400°C, bevorzugt von mindestens 500°C.
30. Scheibenförmiges diskretes Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche 22 bis 29 für die Anwendung in einem elektrischen Speichersystem, gekennzeichnet durch einen linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten im Bereich von 2-10 /K bis 10·10"6/Κ, bevorzugt von 2,5 10"6/K bis 8,5 10"6/K und besonders bevorzugt von 3,0·10~6/Κ bis 8,0·10~6/Κ. 31. Scheibenförmiges diskretes Element nach einem der
vorhergehenden Ansprüche 22 bis 30 für die Anwendung in einem elektrischen Speichersystem, gekennzeichnet durch ein Produkt aus maximaler Belastungstemperatur 9Max und linearem thermischem Ausdehnungskoeffizienten , für das folgender Zusammenhang gilt:
600 -10"6 < 9Max-a ^ 8000 -10"6,
insbesondere bevorzugt 800·10"6 < 9Max ·α < 5000 ·10"6
Scheibenförmiges diskretes Element vorzugsweise nach einem der vorhergehenden Ansprüche 22 bis 31 für die Anwendung in einem elektrischen Speichersystem, dadurch gekennzeichnet, dass auf mindestens einer Oberfläche des Elements diese derart ausgebildet ist, dass sie gegenüber mit dieser Oberfläche in Kontakt tretenden Materialien inert und / oder vermindert durchlässig und / oder undurchlässig ist.
Scheibenförmiges diskretes Element nach Anspruch 32 für die Anwendung in einem elektrischen
Speichersystem, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Oberfläche als Barriere ausgebildet ist .
34. Scheibenförmiges diskretes Element nach Anspruch 33 für die Anwendung in einem elektrischen
Speichersystem, dadurch gekennzeichnet, dass die Barriereschicht als Barriere gegenüber der Diffusion von Metallen ausgebildet ist.
35. Scheibenförmiges diskretes Element nach Anspruch 34 für die Anwendung in einem elektrischen
Speichersystem, dadurch gekennzeichnet, dass die Barriereschicht als Barriere gegenüber der Diffusion von Übergangsmetallen ausgebildet ist. 36. Scheibenförmiges diskretes Element nach Anspruch 35 für die Anwendung in einem elektrischen
Speichersystem, dadurch gekennzeichnet, dass die Barriereschicht durch Dotierung bzw. Überdotierung mit mindestens einem Alkalimetall und / oder
Übergangsmetallen ausgebildet ist.
37. Scheibenförmiges diskretes Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche 22 bis 36 für die Anwendung in einem elektrischen Speichersystem, dadurch gekennzeichnet, dass es aus mindestens einem Oxid oder aus einer Mischung oder Verbindung von mehreren Oxiden aufgebaut ist.
38. Scheibenförmiges diskretes Element nach Anspruch 37 für die Anwendung in einem elektrischen
Speichersystem, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Oxid S1O2 ist.
39. Scheibenförmiges diskretes Element nach einem der vorgehenden Ansprüche 22 bis 38 für die Anwendung in einem elektrischen Speichersystem, dadurch
gekennzeichnet, dass das Element als Glas vorliegt. Herstellung eines scheibenförmigen diskreten Elements nach einem der Ansprüche 22 bis 39 für die Anwendung in einem elektrischen Speichersystem, gekennzeichnet durch einen Schmelzprozess mit anschließender
Heißformgebung .
Herstellung eines scheibenförmigen diskreten Elements nach Anspruch 40 für die Anwendung in einem
elektrischen Speichersystem, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Heißformgebungsverfahren um einen Ziehprozess handelt.
Verwendung eines scheibenförmigen diskreten Elements nach einem der Ansprüche 22 bis 39 in einem
elektrischen Speichersystem als Substrat.
Verwendung eines scheibenförmigen diskreten Elements nach einem der Ansprüche 22 bis 39 in einem
elektrischen Speichersystem als Superstrat.
44. Verwendung eines scheibenförmigen diskreten Elements nach einem der Ansprüche 22 bis 39 in einem
elektrischen Speichersystem als Abdeckung.
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