[go: up one dir, main page]

KR100296741B1 - 트렌치 구조를 갖는 전지 및 그 제조방법 - Google Patents

트렌치 구조를 갖는 전지 및 그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100296741B1
KR100296741B1 KR1019990016770A KR19990016770A KR100296741B1 KR 100296741 B1 KR100296741 B1 KR 100296741B1 KR 1019990016770 A KR1019990016770 A KR 1019990016770A KR 19990016770 A KR19990016770 A KR 19990016770A KR 100296741 B1 KR100296741 B1 KR 100296741B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
collector
battery
cathode
thin film
trench
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
KR1019990016770A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20000073463A (ko
Inventor
윤영수
조원일
조병원
정형진
신영화
Original Assignee
박호군
한국과학기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 박호군, 한국과학기술연구원 filed Critical 박호군
Priority to KR1019990016770A priority Critical patent/KR100296741B1/ko
Priority to US09/502,613 priority patent/US6495283B1/en
Publication of KR20000073463A publication Critical patent/KR20000073463A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100296741B1 publication Critical patent/KR100296741B1/ko
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H01M10/0585—Construction or manufacture of accumulators having only flat construction elements, i.e. flat positive electrodes, flat negative electrodes and flat separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M6/00—Primary cells; Manufacture thereof
    • H01M6/14—Cells with non-aqueous electrolyte
    • H01M6/18—Cells with non-aqueous electrolyte with solid electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0436—Small-sized flat cells or batteries for portable equipment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/025—Electrodes composed of, or comprising, active material with shapes other than plane or cylindrical
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M6/00—Primary cells; Manufacture thereof
    • H01M6/14—Cells with non-aqueous electrolyte
    • H01M6/18—Cells with non-aqueous electrolyte with solid electrolyte
    • H01M6/188—Processes of manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M6/00—Primary cells; Manufacture thereof
    • H01M6/40—Printed batteries, e.g. thin film batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49108—Electric battery cell making
    • Y10T29/49115—Electric battery cell making including coating or impregnating

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)

Abstract

본 발명은 박막형 전지의 단위 면적당 유효 면적을 증가시키기 위하여 트렌치 구조를 갖게한 전지에 관한 것이다. 본 발명에 의한 전지는 기판을 포함하는 박막요소에 트렌치를 형성함으로써 캐소드와 전해질, 전해질과 애노드간의 접촉계면이 커지고 동시에 단위 면적당 전극의 양을 증가시켜 전류 밀도 및 총 전류저장 밀도가 커지며 또한 방전 후 충전 속도가 증가하게 되는 고성능 전지를 제공한다. 본 발명에 따른 트렌치 구조는 박막형 전지뿐 아니라 벌크형 전지의 제조에도 적용될 수 있다.

Description

트렌치 구조를 갖는 전지 및 그 제조방법{BATTERY WITH TRENCH STRUCTURE AND FABRICATION METHOD}
본 발명은 벌크(Bulk)형 전지 또는 박막(Thin film)형 전지 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 캐소드(Cathode)가 형성되는 기판(Substrate) 또는 기판 위에 순차적으로 형성되는 각 박막요소에 '요홈'(이하, 트렌치(Trench)라 함)을 형성하여 단위 면적당 유효면적의 크기를 증가시킴으로써 단위 전지 면적당 전극의 양과 전극과 전해질(Electrolyte)간의 접촉 면적을 증가시킨 전지에 관한 것이다.
최근에 휴대용 전자 기기 또는 미세 소자(Micro-Electronic Devices)의 전력 공급원으로 이차 전지가 연구되고 있으며 전자 기기가 소형화됨에 따라 전지의 크기가 더욱 소형화되고 그 성능이 개선되어지고 있다. 이차 전지는 그 응용 범위가 경량의 이동 통신장비(예를 들면 셀룰러 폰) 또는 휴대용 컴퓨터 뿐 아니라 대부분의 미세 소자까지 확대될 것으로 예측되고 있다. 미세 소자의 경우 점차 그 소비 전력이 낮아짐에 따라 종래의 박막형 전지의 구조(USP 5,338,625)가 다방면에 응용될 것으로 보인다. 또한 이차 전지의 연구가 활성화되고 그 결과가 발표됨에 따라 전지는 매우 안정한 작동 특성을 보이고 있으며 소형화가 가능함은 물론 반도체 공정을 이용하여 초소형으로도 제작이 가능해지고 있다. 초소형 전지의 한 예로서 박막형 전지는 그 특성상 형태 또는 크기의 제약이 없고 따라서 소자의 전력원으로 응용될 때 비교적 작은 크기로 제조 될 수 있어 미세 소자에 매우 적합하다.
전지의 성능을 전류밀도, 총 전류저장 밀도, 충전 속도 등으로 결정되는데 박막형전지를 경량의 이동 통신장비, 휴대용 컴퓨터 및 비교적 높은 소비전력을 요구하는 마이크로 일렉트로미케니컬 시스템(Micro-Electromechanical System)에 응용할 때 최대의 난점은 박막의 특성으로 인해 전류 밀도 및 총 전류저장 밀도가 낮다는데 있다. 따라서 다양한 형태가 가능하고 경량의 박막형 전지를 비교적 높은 소비전력 및 전류밀도를 갖는 장비에 응용하기 위해서는 박막형 전지의 총 전류저장 밀도를 증가시켜야만 한다. 총 전류저장 밀도는 전극(캐소드)의 양과 사용된 전극 재료에 의하여 결정 된다. 현재 사용되고 있는 전극 물질 LiCoO2, V2O2, LiMnO2, LiNiO2등이 있다. 각각의 물질은 이론 값의 총 전류저장 밀도 값을 가지고 있으나 실제로 제작된 박막형 전지의 경우 그 이론 값보다 낮은 전류저장 밀도를 나타낸다. 총 전류저장 밀도를 개선하기 위해 전극의 양을 증가시키는 한 방법으로 전극물질을 두껍게 증착할 경우에는 박막형 전지의 내부 저항이 증가되어 전지의 전압 강하와 같은 부정적인 효과가 발생한다. 따라서 전극의 양을 증가시키기 위해서는 단위 전지면적당 전극과 애노드간의 접촉 면적을 증가시킬 필요가 있다.
도 1에 종래의 박막형 전지의 단면도를 나타내었다. 이 경우 박막형 전지의 제1콜렉터(1)/캐소드(2)/전해질(3) 간의 접촉 계면 면적은 실제 전지의 유효면적과 동일하며 전극의 양 즉 캐소드(2)의 두께는 내부 저항의 증가에 의하여 한계 두께를 가지게 되고 따라서 총 전류저장 밀도 또한 한계 값을 가지게 된다. 또한 각각의 박막요소[제1콜렉터(1), 캐소드(2), 전해질(3), 애노드(4), 제2콜렉터(6)]간의 계면 면적에 의하여 충전속도가 결정된다. 여기서 콜렉터(1,6)는 전도성 물질을 뜻한다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 박막형 전지의 박막요소에 트렌치 구조를 갖게 함으로써 각 박막요소의 단위 면적당 유효 면적의 크기를 시키고 따라서 단위 전지 면적당 전극(캐소드)의 양과 콜렉터/전극/전해질 간의 접촉 면적을 현저히 증가시켜 성능이 개선된 전지를 제공한다. 위와 같은 트렌치 구조는 박막형 전지 뿐만 아니라 벌크형 전지의 경우에도 적용되며, 이 경우 벌크형 전지의 캐소드 자체에 트렌치 구조를 갖도록 한다.
도 1은 종래의 박막형 전지의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 트렌치 구조를 갖는 박막형 전지의 단면도로서, 기판에 트렌치를 형성한 경우를 보여준다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 트렌치 구조를 갖는 박막형 전지의 단면도로서, 기판에 제1콜렉터가 증착되고 이 콜렉터에 트렌치를 형성한 경우를 보여준다.
도4는 본 발명에 다른 트렌치의 배치 형태를 나타낸 것으로,
도 4a는 기판에 일방향으로 형성된 단일 트렌치를 나타낸 평면도이고,
도 4b는 도 4a의 A-A선 단면도이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 트렌치의 배치 형태를 나타낸 것으로서,
도 5a는 기판에 양방향으로 교차된 이중 트렌치를 나타낸 평면도이고,
도 5b는 도 5a의 B-B선 단면도이고,
도 5c는 도 5a의 C-C선 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 트렌치 구조를 갖는 박막형 전지의 제조 공정을 순차적으로 나타낸 것으로, 기판에 트렌치가 형성된 경우를 보여준다.
도 7은 본 발명에 따른 트렌치 구조를 갖는 박막형 전지의 제조 공정을 순차적으로나타낸 것으로, 기판에 제1콜렉터가 증착되고 이 콜렉터에 트렌치를 형성한 경우를 보여준다.
도 8은 종래의 벌크형 전지의 단면도이다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 트렌치가 벌크형 전지에 적용된 상태를 보인 것으로,
도 9a는 트렌치가 형성된 벌크형 전지의 단면도이며,
도 9b는 도 9a 'D'부분의 확대도이다.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **
1 : 제1콜렉터 1a : 제1콜렉터상의 트렌치
2 : 캐소드 2a : 캐소드상의 트렌치
3 : 전해질 3a : 전해질상의 트렌치
4 : 애노드 5 : 보호막
6 : 제2콜렉터 7 : 분리막
10 : 기판 10a : 기판위에 형성된 트렌치
21 : 트렌치 22 : 트렌치
30 : 캐소드상의 트렌치
본 발명은 벌크(Bulk)형 전지 또는 박막(Thin film)형 전지 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 캐소드(Cathode)가 형성되는 기판(Substrate) 또는 기판 위에 순차적으로 형성되는 각 박막요소에 '요홈'(이하, 트렌치(Trench)라 함)을 형성하여 단위 면적당 유효면적의 크기를 증가시킴으로써 단위 전지 면적당 전극의 양과 전극과 전해질(Electrolyte)간의 접촉 면적을 증가시킨 전지에 관한 것이다.
본 발명은 종래 기술이 가지는 전지 면적의 한계 및 전지를 구성하는 각각의 박막요소간의 계면 면적의 한계를 극복하기 위하여, 기판, 제1콜렉터, 캐소드, 전해질 애노드 및 제2콜렉터로 이루어진 박막형 전지에 트렌치 구조를 적용한 것을 특징으로 하는 것으로서, 본 발명에 따른 트렌치는 박막형 전지의 경우 순차 적층되는 각 박막요소 즉, 기판, 제1콜렉터, 또는 캐소드를 식각하여 형성할 수 있으며 상기의 트렌치 구조는 벌크형 전지에도 적용할 수 있다. 트렌치 구조가 형성된 박막형 전지를 제조함에 있어서, 애노드 형성후 평탄화 공정을 수행할 수 있으며 애노드 위에 보호막(Encapsulation)을 형성하는 공정을 추가할 수도 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여 전지의 단위 면적당 유효면적을 증가시키는 방법으로는 상기의 트렌치 구조외에도 전지 표면에 평탄하지 않는 여러가지 표면 구조를 도입할 수 있다. 예를 들어 에너지를 가진 입자를 기판위에 충돌시킴으로써 표면에 굴곡을 형성하여 단위 면적당 유효면적을 넓히는 방법을 들 수 있다.
이하 본 발명에 관한 실시례를 통해 발명의 구성 및 작용을 구체적으로 설명한다.
도 2와 도 3은 본 발명에 의한 트렌치 구조를 갖는 박막형 전지의 각기 다른 실시예를 보인것으로, 도 2의 실시예에 따른 본 발명의 전지는 기판(10)과, 상기 기판(10)상에 형성되는 제1콜렉터(1)와, 상기 제1콜렉터(1)상에 형성되는 캐소드(2)와, 상기 캐소드(2)상에 형성되는 전해질(3)과, 상기 전해질(3)상에 형성되는 애노드(4)와, 상기 애노드(4)에 접촉되는 제2콜렉터(6)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막형 전지에 있어서, 상기 초기 기판(10)(아무것도 증착하지 않은 상태)의 상면을 식각하여 그 기판(10)에 소정폭과 깊이를 갖는 다수의 트렌치(10a)를 형성하고, 그 위에 순차 적층되는 각각의 박막요소에 연속적으로 트렌치 구조가형성된 것이다.
상기 기판(10) 재료는 세라믹, 금속, 폴리머 등이 사용될 수 있다. 본 발명에 의한 트렌치를 제작하기 위하여 화학적 습식 식각법 및 진공의 건식법이 이용될 수 있다. 이때 트렌치의 크기는 폭과 깊이의 비(Aspect ratio ; 이하 외관비라 함)로 정의될 수 있으나 본 발명에서 트렌치의 크기는 실질적으로 제한이 없다. 즉, 본 발명에서 사용되는 트렌치는 유효 표면적을 크게 할 수 있는 모든 외관비를 가질 수 있다. 한편 트렌치의 모양은 도 2에 기술된 것과 같은 형태에 한정되지 않는다. 또한 상기 트렌치의 형성 후 박막을 형성함에 있어서는 물리기상증착법(Physical vapor deposition), 화학기상증착법(Chemical vapor deposition) 또는 액상법(solgel, Metalorganic decomposition) 등의 모든 박막 제조 방법이 이용될 수 있다.
상기와 같이, 트렌치(10a)가 형성된 기판(10) 상에 콜렉터(1)를 증착하면 그 콜렉터(1)의 상면에 상기 기판(10) 상에 콜렉터(1)를 증착하면 그 콜렉터(1)의 상면에 상기 기판(10)의 트렌치(10a)와 유사한 형태의 트렌치(1a)가 형성되는 바, 이와 같이 형성되는 콜렉터(1)는 상기 기판(10)의 트렌치(10a)의 내면을 따라 형성되는 콜렉터 부분 만큼 유효 면저을 증대시킬 수 있게 된다. 이어 캐소드(2)와 전해질(3)을 각각 형성하면 상기와 유사한 형태의 트렌치(2a)(3a)가 각각 형성되면서 캐소드(2)와 전해질(3)의 유효 접촉계면 면적과 캐소드의 양도 함께 증가시키게 되는 것이다.
한편, 도 3의 실시예에 의한 본 발명의 전지는 박막형 전지의 기판(10)상에 제1콜렉터(1)를 형성한 다음, 그 제1콜렉터(1)의 표면을 식각하여 트렌치(1a)를 제작한 것으로, 나머지 부분은 상기 도 2의 실시예와 동일하다. 상기 콜렉터(1) 표면 위에 트렌치(1a)를 형성함에 있어서는 화학적 습식 식각법 및 진공의 건식법이 이용될 수 있다.
도 2 및 도 3에 나타난 것과 달리 기판(10)상에 제1콜렉터(1)를 형성하고, 제1콜렉터(1)상에 캐소드(2)를 형성한 후, 캐소드(2) 자체를 식각하여 트렌치를 형성할 수도 있다.
또한, 상기와 같은 본 발명의 전지는 상기 애노드(4)를 형성한 후 평탄화 공정을 거칠 수도 있고 그렇지 않아도 무방하다. 또한 상기 제2콜렉터(6)는 애노드(4)의 제작 후 보호막(5)(Encapsulation) 공정을 거쳐 보호막(5)위에 형성될 수 있고, 보호막(5) 공정 없이 직접 애노드(4)에 접촉하도록 형성될 수도 있다.
도 4a 및 4b와 도 5a 내지 5c에는 본 발명이 적용될 수 있는 대표적인 트렌치의 배치 형태를 나타내었다. 도 4a의 경우 전지의 기판(10) 위에 일 방향으로 형성된 단일 트렌치(21)를 나타내며, 도 4b는 도 4a의 A-A선 단면을 나타낸다. 도 5a의 경우는 전지의 기판(10) 위에 양 방향으로 교차된 이중 트렌치(22)를 형성한 경우로서 도 4a의 단일 트렌치에 비하여 높은 유효 표면적을 얻는데 이용될 수 있다. 도 5b와 도 5c에 각각 도 5a의 B-B선 방향, C-C선 방향의 단면을 나타내었다. 도 4와 도 5에서 트렌치와 트렌치 간의 간격은 임의로 설정할 수 있다.
도 6과 도 7에는 상기와 같은 트렌치 구조를 갖는 박막형 전지의 제조 공정을 순차적으로 나타내었다. 도 6의 경우는 도 2에 나타난 전지의 기판에 최초의 트렌치가 구비된 경우의 공정도이며, 도 7은 도 3에 나타난 제1콜렉터 상에 최초의 트렌치가 구비된 전지를 제조하기 위한 공정도이다. 도 6에 도시된 본 발명의 전지의 경우 다음과 같은 공정으로 제조된다.
a. 기판(10)에 트렌치(10a)를 형성한다.
b. 제1콜렉터(1)를 형성한다.
c. 전극(캐소드(2))을 형성한다.
d. 전해질(3)을 형성한다.
e. 전극(애노드(4))을 형성한다.
f. 애노드(4) 형성 후 평탄화 공정을 거쳐 제2콜렉터(6)를 형성한다.
이때 평탄화 공정없이 곧바로 제2콜렉터(6)를 형성한 수도 있다. 제2콜렉터(6)를 형성하기 전에 보호막(5) 공정을 수행할 수도 있다. 이 경우에는 광식각(Photolithography) 공정을 수행하여 애노드(4)와 제2콜렉터(6)를 연결한다.
도 6에 나타난 것과 달리, 제2콜렉터(6)가 기판(10)과 애노드(4) 사이에 위치한 구조(도 1)의 전지를 제조하는 경우에는 전해질(3) 형성 후 제2콜렉터(6)를 형성한다.
도 7에 도시된 전지의 경우에는 전지의 기판위에 제1콜렉터(1)를 형성한 후 그 콜렉터 위에 트렌치(1a)를 형성한다. 이 경우 트렌치(1a)의 깊이는 제1콜렉터의 두께에 의하여 제한되며 제작된 트렌치의 깊이는 제1콜렉터의 두께보다 클 수는 없다. 이후 공정은 도 6에 의한 전지의 예와 동일하다.
도 6 및 도 7에 나타난 전지의 제조공정과 달리, 전지의 기판위에 제1콜렉터를 형성하고 제1콜렉터 위에 캐소드를 형성시킨 후 캐소드의 표면을 식각하여 캐소드 자체에 트렌치를 형성할 수도 있다.
한편, 도 9a는 본 발명에 의한 트렌치가 벌크형 전지에 적용된 또 다른 실시예를 보인것으로, 이러한 벌크형 전지는 기판(미도시)과, 상기 기판상에 형성되는 제1콜렉터(미도시)와, 상기 제1콜렉터상에 형성되는 캐소드(2)와, 상기 캐소드(2)상에 형성되는 전해질(3)과, 상기 전해질(3)상에 형성되는 분리막(7)과, 상기 분리막(7)상에 형성되는 전해질(3)과, 상기 전해질(3)상에 형성되는 애노드(4)와, 상기 애노드(4)에 접촉되는 제2콜렉터(미도시)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 벌크형 전지에 있어서, 상기 캐소드(2) 자체에 트렌치(30)를 형성한 것이다. 상기 벌크형 전지에 있어서 캐소드(2)는 콜렉터의 기능을 할 수도 있다. 도 8은 기존의 벌크형 전지의 구조를 나타낸 것으로서 캐소드(2)와 전해질(3)막의 접촉계면이 평면인 것에 반해, 도 9a는 도 9b의 부분 확대도에 나타난 바와 같이 캐소드상에 트렌치(30)를 형성하여 유효 표면적 및 캐소드(2)의 양이 증가하게 되므로 전지의 성능이 개선될 수 있다. 벌크형 전지의 경우 박막형 전지와 동일하게 캐소드(2)의 제작전에 제1콜렉터(1)를 식각하여 트렌치구조를 형성하거나 캐소드(2) 자체를 식각하여 트렌치 구조를 갖도록 할 수 있다.
본 발명에 의하면 박막 또는 벌크형 전지에 있어서, 전지에 트렌치 구조를 도입함으로써 단위 전지 면적당 전극의 양과 전극과 전해질간의 접촉면적이 증가하여 종래의 박막형 전지가 가지는 문제점인 낮은 전류밀도 및 총 전류저장 밀도가 커지고 또한 방전 후 충전 속도가 증가한다. 따라서 소비전력이 크고 높은 전류 밀도를 요구하는 전자소자에 적합한 고성능 전지를 제공할 수 있다.

Claims (7)

  1. 기판과, 상기 기판상에 형성되는 제1콜렉터와, 상기 제1콜렉터상에 형성되는 캐소드와, 상기 캐소드상에 형성되는 전해질과, 상기 전해질상에 형성되는 애노드와, 상기 애노드에 접촉되는 제2콜렉터로 이루어지는 박막형 전지에 있어서, 상기 기판, 제1콜렉터, 캐소드 중 어느 하나의 표면을 식각하여 소정 폭과 깊이를 갖는 다수의 트렌치를 형성하고, 그 위에 나머지 박막요소들을 순차로 적층시킴으로써, 상기 트렌치에 의하여 캐소드와 전해질간의 유효 접촉계면 및 캐소드의 양을 증가시킨 것을 특징으로 하는 박막형 전지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 애노드 위에 추가적으로 형성된 보호막을 구비한 것을 특징으로 하는 박막형 전지.
  3. 기판과, 상기 기판상에 형성되는 제1콜렉터와, 상기 제1콜렉터상에 형성되는 캐소드와, 상기 캐소드상에 형성되는 전해질과, 상기 전해질상에 형성되는 분리막과, 상기 분리막상에 형성되는 전해질과, 상기 전해질상에 형성되는 애노드와, 상기 애노드에 접촉되는 제2콜렉터로 이루어지는 벌크형 전지에 있어서, 상기 제1콜렉터 또는 캐소드 중 어느 하나를 식각하여 트렌치를 형성시킨 것을 특징으로 하는 벌크형 전지
  4. 기판상에 제1콜렉터를 형성하는 단계와,
    상기 제1콜렉터상에 캐소드를 형성하는 단계와,
    상기 캐소드상에 전해질을 형성하는 단계와,
    상기 전해질상에 애노드를 형성하는 단계와,
    상기 애노드와 접촉하는 제2콜렉터를 형성하는 단계로 이루어진 박막형 전지 제조방법에 있어서, 상기 기판, 제1콜렉터, 캐소드 중 어느 하나의 표면을 식각하여 소정 폭과 깊이를 갖는 다수의 트렌치를 형성시키는 단계를 포함하는 박막형 전지 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 애노드를 형성한 다음, 추가적으로 상기 애노드 위에 보호막을 형성하는 단계를 포함하는 박막형 전지 제조 방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 애노드를 형성한 다음, 추가적으로 평탄화공정을 수행하는 단계를 포함하는 박막형 전지 제조 방법.
  7. 제4항에 있어서, 상기 제2콜렉터를 형성하는 단계를 상기 전해질을 형성하는 단계 후 수행하는 것을 특징으로 하는 박막형 전지 제조 방법.
KR1019990016770A 1999-05-11 1999-05-11 트렌치 구조를 갖는 전지 및 그 제조방법 Expired - Fee Related KR100296741B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019990016770A KR100296741B1 (ko) 1999-05-11 1999-05-11 트렌치 구조를 갖는 전지 및 그 제조방법
US09/502,613 US6495283B1 (en) 1999-05-11 2000-02-11 Battery with trench structure and fabrication method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019990016770A KR100296741B1 (ko) 1999-05-11 1999-05-11 트렌치 구조를 갖는 전지 및 그 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20000073463A KR20000073463A (ko) 2000-12-05
KR100296741B1 true KR100296741B1 (ko) 2001-07-12

Family

ID=19584746

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019990016770A Expired - Fee Related KR100296741B1 (ko) 1999-05-11 1999-05-11 트렌치 구조를 갖는 전지 및 그 제조방법

Country Status (2)

Country Link
US (1) US6495283B1 (ko)
KR (1) KR100296741B1 (ko)

Families Citing this family (84)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100912754B1 (ko) 2000-10-20 2009-08-18 매사츄세츠 인스티튜트 오브 테크놀러지 2극 장치
US7387851B2 (en) 2001-07-27 2008-06-17 A123 Systems, Inc. Self-organizing battery structure with electrode particles that exert a repelling force on the opposite electrode
TW526514B (en) * 2000-12-22 2003-04-01 Koninkl Philips Electronics Nv Display device and cathode ray tube
JP4619000B2 (ja) 2001-07-27 2011-01-26 マサチューセッツ インスティテュート オブ テクノロジー 電池構造、自己組織化構造、及び関連方法
US7763382B2 (en) 2002-07-26 2010-07-27 A123 Systems, Inc. Bipolar articles and related methods
US7087348B2 (en) 2002-07-26 2006-08-08 A123 Systems, Inc. Coated electrode particles for composite electrodes and electrochemical cells
US8431264B2 (en) 2002-08-09 2013-04-30 Infinite Power Solutions, Inc. Hybrid thin-film battery
US8404376B2 (en) 2002-08-09 2013-03-26 Infinite Power Solutions, Inc. Metal film encapsulation
US8236443B2 (en) 2002-08-09 2012-08-07 Infinite Power Solutions, Inc. Metal film encapsulation
US8021778B2 (en) 2002-08-09 2011-09-20 Infinite Power Solutions, Inc. Electrochemical apparatus with barrier layer protected substrate
US8394522B2 (en) 2002-08-09 2013-03-12 Infinite Power Solutions, Inc. Robust metal film encapsulation
US8445130B2 (en) 2002-08-09 2013-05-21 Infinite Power Solutions, Inc. Hybrid thin-film battery
US9793523B2 (en) 2002-08-09 2017-10-17 Sapurast Research Llc Electrochemical apparatus with barrier layer protected substrate
US20070264564A1 (en) 2006-03-16 2007-11-15 Infinite Power Solutions, Inc. Thin film battery on an integrated circuit or circuit board and method thereof
US8728285B2 (en) 2003-05-23 2014-05-20 Demaray, Llc Transparent conductive oxides
US7318982B2 (en) 2003-06-23 2008-01-15 A123 Systems, Inc. Polymer composition for encapsulation of electrode particles
US20070026309A1 (en) * 2003-09-15 2007-02-01 Koninklijke Philips Electronics N.V. Electrochemical energy source, electronic device and method of manufacturing said energy source
US7527897B2 (en) * 2003-10-14 2009-05-05 Tel Aviv University Future Technology Development L.P. Three-dimensional thin-film microbattery
JP2008505434A (ja) * 2004-04-27 2008-02-21 テル アビブ ユニバーシティ フューチャー テクノロジー ディベロップメント リミティド パートナーシップ インターレース型のマイクロコンテナ構造に基づく３−ｄマイクロ電池
CN101069310A (zh) * 2004-11-26 2007-11-07 皇家飞利浦电子股份有限公司 电化学能源、电子模块、电子器件和制造所述能源的方法
KR101021536B1 (ko) 2004-12-08 2011-03-16 섬모픽스, 인코포레이티드 ＬｉＣｏＯ２의 증착
US7959769B2 (en) 2004-12-08 2011-06-14 Infinite Power Solutions, Inc. Deposition of LiCoO2
FR2880197B1 (fr) * 2004-12-23 2007-02-02 Commissariat Energie Atomique Electrolyte structure pour microbatterie
US20070172735A1 (en) * 2006-01-26 2007-07-26 David R. Hall Thin-film Battery
KR100702031B1 (ko) * 2006-02-22 2007-03-30 삼성전자주식회사 배터리 결합 반도체소자
JP2007273249A (ja) * 2006-03-31 2007-10-18 Arisawa Mfg Co Ltd リチウムイオン二次電池の製造方法
US7682733B2 (en) * 2006-08-25 2010-03-23 Motorola, Inc. Thin film battery having textured layer
WO2008039471A2 (en) 2006-09-29 2008-04-03 Infinite Power Solutions, Inc. Masking of and material constraint for depositing battery layers on flexible substrates
US8197781B2 (en) 2006-11-07 2012-06-12 Infinite Power Solutions, Inc. Sputtering target of Li3PO4 and method for producing same
US8691450B1 (en) 2007-01-12 2014-04-08 Enovix Corporation Three-dimensional batteries and methods of manufacturing the same
CN101584065B (zh) 2007-01-12 2013-07-10 易诺维公司 三维电池及其制造方法
US9166230B1 (en) 2007-01-12 2015-10-20 Enovix Corporation Three-dimensional battery having current-reducing devices corresponding to electrodes
US20100112457A1 (en) * 2007-04-02 2010-05-06 Koninklijke Philips Electronics N.V. Electrochemical energy source and electronic device provided with such an electrochemical energy source
JP5076639B2 (ja) * 2007-05-22 2012-11-21 日産自動車株式会社 二次電池およびこれを搭載した車両
US20090202903A1 (en) 2007-05-25 2009-08-13 Massachusetts Institute Of Technology Batteries and electrodes for use thereof
KR100964017B1 (ko) * 2007-12-13 2010-06-15 지에스나노텍 주식회사 전극의 표면적 및 전극과 전해질의 접촉면적을 증가시킨박막형 전지 및 그의 제조방법
US8268488B2 (en) 2007-12-21 2012-09-18 Infinite Power Solutions, Inc. Thin film electrolyte for thin film batteries
TWI441937B (zh) 2007-12-21 2014-06-21 Infinite Power Solutions Inc 形成用於電解質薄膜之濺鍍靶材的方法
US8518581B2 (en) 2008-01-11 2013-08-27 Inifinite Power Solutions, Inc. Thin film encapsulation for thin film batteries and other devices
WO2009105773A2 (en) * 2008-02-22 2009-08-27 Colorado State University Research Foundation Lithium-ion battery
DE102008011523A1 (de) 2008-02-26 2009-08-27 Varta Microbattery Gmbh Dreidimensionale Mikrobatterie und Verfahren zu deren Herstellung
KR101672254B1 (ko) 2008-04-02 2016-11-08 사푸라스트 리써치 엘엘씨 에너지 수확과 관련된 에너지 저장 장치를 위한 수동적인 과전압/부족전압 제어 및 보호
US8906534B2 (en) * 2008-05-28 2014-12-09 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Stacked multi-cell battery concept
KR20110058793A (ko) 2008-08-11 2011-06-01 인피니트 파워 솔루션스, 인크. 전자기 에너지를 수확하기 위한 일체형 컬렉터 표면을 갖는 에너지 디바이스 및 전자기 에너지를 수확하는 방법
US8260203B2 (en) 2008-09-12 2012-09-04 Infinite Power Solutions, Inc. Energy device with integral conductive surface for data communication via electromagnetic energy and method thereof
WO2010042594A1 (en) 2008-10-08 2010-04-15 Infinite Power Solutions, Inc. Environmentally-powered wireless sensor module
WO2010041161A1 (en) * 2008-10-09 2010-04-15 Nxp B.V. Energy storage system
KR101792287B1 (ko) 2009-09-01 2017-10-31 사푸라스트 리써치 엘엘씨 집적된 박막 배터리를 갖는 인쇄 회로 보드
US8784511B2 (en) * 2009-09-28 2014-07-22 Stmicroelectronics (Tours) Sas Method for forming a thin-film lithium-ion battery
FR2950741A1 (fr) * 2009-09-28 2011-04-01 St Microelectronics Tours Sas Procede de formation d'une batterie lithium-ion verticale en couches minces
EP2306579A1 (fr) * 2009-09-28 2011-04-06 STMicroelectronics (Tours) SAS Procédé de formation d'une batterie lithium-ion en couches minces
DE102010028868B4 (de) 2010-05-11 2019-11-14 Robert Bosch Gmbh Halbleitersubstratbasierte Anordnung für eine RFID-Einrichtung, RFID-Einrichtung und Verfahren zur Herstellung einer solchen halbleitersubstratbasierten Anordnung
US20110300432A1 (en) 2010-06-07 2011-12-08 Snyder Shawn W Rechargeable, High-Density Electrochemical Device
US9843027B1 (en) 2010-09-14 2017-12-12 Enovix Corporation Battery cell having package anode plate in contact with a plurality of dies
US9065093B2 (en) 2011-04-07 2015-06-23 Massachusetts Institute Of Technology Controlled porosity in electrodes
US20140255791A1 (en) * 2013-03-07 2014-09-11 Nano And Advanced Materials Institute Limited Transparent or Translucent Lithium Ion Battery
US10559859B2 (en) 2013-09-26 2020-02-11 Infineon Technologies Ag Integrated circuit structure and a battery structure
US9847326B2 (en) * 2013-09-26 2017-12-19 Infineon Technologies Ag Electronic structure, a battery structure, and a method for manufacturing an electronic structure
KR102207921B1 (ko) 2013-11-18 2021-01-27 삼성전자주식회사 접이식 구조를 갖는 금속-공기 전지 및 그 제조 방법
EP4071581A1 (en) 2013-11-29 2022-10-12 Motiv Inc. Wearable computing device
US10281953B2 (en) 2013-11-29 2019-05-07 Motiv Inc. Wearable device and data transmission method
US10777839B2 (en) * 2014-03-28 2020-09-15 Infineon Technologies Ag Method for forming a battery element, a battery element and a battery
US9859542B2 (en) 2014-03-28 2018-01-02 Infineon Technologies Ag Battery element, a battery and a method for forming a battery
US9705151B2 (en) * 2014-03-28 2017-07-11 Infineon Technologies Ag Battery, a battery element and a method for forming a battery
EP3149797B1 (en) * 2014-05-27 2018-12-05 Apple Inc. Devices and methods for reducing battery defects
TW201622228A (zh) * 2014-08-27 2016-06-16 應用材料股份有限公司 三維薄膜電池
WO2016054530A1 (en) 2014-10-03 2016-04-07 Massachusetts Institute Of Technology Pore orientation using magnetic fields
US10675819B2 (en) 2014-10-03 2020-06-09 Massachusetts Institute Of Technology Magnetic field alignment of emulsions to produce porous articles
US20160204464A1 (en) 2015-01-08 2016-07-14 Samsung Electronics Co., Ltd. Secondary battery having high rate capability and high energy density and method of manufacturing the same
KR102299366B1 (ko) 2015-01-12 2021-09-07 삼성전자주식회사 탄성부재를 가진 3차원 이차전지 및 그 제조방법
US10388929B2 (en) * 2015-12-22 2019-08-20 International Business Machines Corporation Microbattery separator
US20180062208A1 (en) * 2016-08-24 2018-03-01 International Business Machines Corporation Horizontally stacked lithium-ion thin film battery and method of manufacturing the same
EP3319156A1 (en) 2016-11-07 2018-05-09 Samsung Electronics Co., Ltd. Electrochemical device and method of preparing the same
CN111937188A (zh) * 2017-02-02 2020-11-13 李卫民 大功率锂离子电池及其制备方法
US10218031B2 (en) * 2017-03-20 2019-02-26 Millibatt, Inc. Battery system and production method
US10581109B2 (en) 2017-03-30 2020-03-03 International Business Machines Corporation Fabrication method of all solid-state thin-film battery
US10903672B2 (en) 2017-03-30 2021-01-26 International Business Machines Corporation Charge method for solid-state lithium-based thin-film battery
US10944128B2 (en) 2017-03-30 2021-03-09 International Business Machines Corporation Anode structure for solid-state lithium-based thin-film battery
US10622680B2 (en) 2017-04-06 2020-04-14 International Business Machines Corporation High charge rate, large capacity, solid-state battery
DE102017118308A1 (de) * 2017-08-11 2019-02-14 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Verfahren zur Herstellung einer elektrochemischen Speichervorrichtung
US11961958B2 (en) 2019-05-27 2024-04-16 International Business Machines Corporation 3D textured composite silicon anode and fluorinated lithium compound electrochemical cell
US11316154B2 (en) 2019-12-03 2022-04-26 International Business Machines Corporation High throughput insulation of 3D in-silicon high volumetric energy and power dense energy storage devices
EP4193400A4 (en) * 2020-08-19 2024-10-23 Millibatt, Inc. THREE-DIMENSIONAL FOLDED BATTERY UNIT AND METHODS OF MANUFACTURING THE SAME
US20240385649A1 (en) * 2023-05-19 2024-11-21 Oura Health Oy Wearable ring device with battery in cover

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4996128A (en) * 1990-03-12 1991-02-26 Nova Manufacturing, Inc. Rechargeable battery
US5338625A (en) 1992-07-29 1994-08-16 Martin Marietta Energy Systems, Inc. Thin film battery and method for making same
US5288565A (en) * 1993-02-08 1994-02-22 Globe-Union Inc. Support extension for flat pack rechargeable batteries

Also Published As

Publication number Publication date
KR20000073463A (ko) 2000-12-05
US6495283B1 (en) 2002-12-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100296741B1 (ko) 트렌치 구조를 갖는 전지 및 그 제조방법
KR100682883B1 (ko) 고체 전해질, 그의 제조방법 및 이를 채용한 리튬전지 및 박막전지
US9123954B2 (en) Three-dimensional microbattery having a porous silicon anode
US8187740B2 (en) 3-D microbatteries based on interlaced micro-container structures
KR100582557B1 (ko) 표면 패터닝된 음극 집전체로 이루어지는 리튬금속 고분자이차전지용 음극 및 그 제조 방법
EP1665425B1 (en) Electrochemical energy source, electronic device and method of manufacturing said energy source
US10050320B2 (en) Integrated circuit with shared electrode energy storage devices
US20030043533A1 (en) Micro-supercapacitor
US20090170001A1 (en) Electrochemical energy source, electronic module, electronic device, and method for manufacturing of said energy source
US9590250B2 (en) Layer system, energy store, and method for manufacturing an energy store
CN102035030B (zh) 用于形成垂直薄膜锂离子电池的方法
WO2010007579A1 (en) Three-dimensional solid state battery
CN107408662B (zh) 微电池和制备微电池的方法
KR101668367B1 (ko) 전고체 이온 전지
CN113436904B (zh) 片上固态超级电容及其制备方法
KR20020085942A (ko) 고율 충·방전용 다층 고체 전해질, 이를 이용한 박막전지및 그의 제조방법
KR100296739B1 (ko) 박막형이차전지의제조방법
CN100423334C (zh) 电化学能源、电子器件及所述能源的制造方法
Wang et al. Anode properties and morphology evolution of three-dimensional lithium-ion battery electrodes comprising Ni-coated Si microchannel plates
CN112652621B (zh) 三维集成结构及其制造方法
Voas COTS and high assurance: an oxymoron?
CN113903982A (zh) 一种微型全固态锂离子电池及其制备方法
KR20040092140A (ko) 마이크로 전지 및 그 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 19990511

PA0201 Request for examination
PG1501 Laying open of application
E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

Patent event code: PE07011S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 20010430

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20010514

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20010515

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration
PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20040331

Start annual number: 4

End annual number: 4

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20050311

Start annual number: 5

End annual number: 5

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20060502

Start annual number: 6

End annual number: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20070502

Year of fee payment: 7

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20070502

Start annual number: 7

End annual number: 7

LAPS Lapse due to unpaid annual fee
PC1903 Unpaid annual fee