用于固态微电池光刻制造、切单和钝化的方法和设备技术

提供一种制造薄膜锂电池的方法，包括将阴极集电器、阴极材料、 阳极集电器、和隔开阴极材料与阳极集电器的电解质层施加到基板 上，其中至少一层包含锂化的化合物，通过光刻操作至少部分地图案 化该包含锂化的化合物的至少一层，该光刻操作包括通过包括湿化学 处理的工艺从包含锂化的化合物的层去除光刻胶材料。另外，提供一 种用于制备锂电池的方法和设备，提供第一片材，包括具有阴极材料、 阳极材料、和隔开阴极材料与阳极材料的LiPON/电解质层的基板； 去除第一材料的子部分以从第一片材分离多个电池单元。在一些实施 例中，该方法进一步包括在该片材上沉积第二材料以覆盖多个电池单 元；且去除第二材料的子部分以从第一片材分离多个电池单元。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及固态能量存储器件领域，更具体地涉及用来制造固态 电池和切单该器件(主要是相互分离，同时可选地留下对周围废弃基 板的少量连接，或者完全分离该器件)以及在该电池器件例如具有 LiPON电解质的锂电池器件周围创建钝化的方法和设备，其中该电池 器件可选地还包括作为钝化和保护阻挡层的LiPON,和得到的电池单 元、器件和/或电池。
技术介绍
电子设备已经集成在许多便携装置中，如计算机、移动电话、跟 踪系统、扫描仪等。这种便携装置的一个缺点是需要包括随同该装置 的电源。便携装置典型地使用电池作为电源。电池必须具有足够的容 量，以为该装置供电至少持续该装置处于使用中的时间长度。足够的 电池容量会导致该电源十分重和/或相比该装置的其余部分更大。因 此，期望具有足够能量储备的更小且更轻的电池(即，电源)。其它 能量存储器件，如超级电容器，和能量转化器件，如光伏和燃料电池， 是用作便携电子设备和非便携电子器械中的电源的电池的选择方案。常规电池的另一个缺点是如下事实其中一些是由潜在的有毒材 料制造的，这些材料可能会泄露且受制于政府的管制。因此，期望提供一种电子电源，其在许多次充电/放电寿命周期期间可充电、安全且 是固态的。一种类型的能量存储器件是固态薄膜电池。在美国专利No.5，314，765、No.5，338，625、No.5，445,906、No.5，512，147、No.5，561，004、 No.5，567，210、 No.5，569，520、 No.5，597，660、 No.5，612，152、 No.5，654，084 和No.5,705，293中描述了薄膜电池的实例，它们每个都作为参考包含 在这里。美国专利No.5，538，625描述了一种薄膜电池，尤其是一种薄 膜微电池，以及使这种电池用作电子器件的备选或首选集成电源的方 法。美国专利No.5，445，906描述了 一种用来制造利用多个沉积台的方 法形成的薄膜电池结构的方法和系统，其中当基板自动地移动通过该 台时，在沉积台处在网状基板上顺序地建立薄电池部件膜。由Mark L. Jenson和Jody丄Klaassen在2004年10月19日出版的 美国专利No.6，805，998 (其通过参考结合在这里)，且转让给本专利技术 的受让人，其描述了一种用于将薄膜锂电池沉积到移动过一系列沉积 台的聚合物网上的高速低温方法。标题为LITHIUM/AIR BATTERIES WITH LIPON AS SEPARATOR AND PROTECTIVE BARRIER AND METHOD(通 过参考将其结合在这里)的美国专利申请10/895，445描述了一种用于 制备锂电池的方法，包括通过真空溅射沉积500A的铬之后沉积5000A 的铜，通过在氧化硅的电绝缘层上沉积铬粘接层而在导电基板(例如， 金属如铜或铝)上沉积LiPON。在一些实施例中，随后通过在氮气中 低压(< 10 mtorr =賊射沉积正-粦酸锂(Li3P04)从而形成LiPON (氮 氧化锂磷)薄膜。在Li-空气电池单元的一些实施例中，在铜阳极接触 上方沉积LiPON至2.5孩t米厚，并且在碳酸丙晞(propylene carbonate ) /LiPF6电解液中穿过LiPON层通过电镀将锂金属层形成到铜阳极接 触上。在一些实施例中，空气阴极是使用碳酸丙烯/LiPF6有机电解液 浸泡的碳粉/聚氟代丙烯酸酯-结合剂涂层(Novec-1700 )。在其它实 施例中，沉积具有碳颗粒的阴极接触层，使得大气氧能用作阴极反应 物。该结构需要提供空气接触基本整个阴极表面，限制了致密地叠置用于较高电容量(即安培-小时)的层的能力。美国专利申请/>开No.20070067984描述了 一种用于制造锂孩史电 池的方法，其中包含锂化的化合物的电解质是通过在提供有集电器和 阴极的基板上连续沉积电解质薄膜、关于锂化学惰性的第一保护薄 膜、以及第一掩蔽薄膜形成的。如那里的段落[0033所述的，目前， 对氧、氮和水很敏感的、构成包含锂化的化合物的锂微电池的元素不 能用实现制造集电器2a和2b以及阴极3的技术、尤其是通过光刻和蚀 刻的技术形成。需要一种制造可再充电的、具有提高的可制造性、密度和可靠性， 和低成本的锂基电池。
技术实现思路
提供一种制造薄膜锂电池的方法，包括将阴极集电器、阴极材 料、阳极集电器和隔开阴极材料与阳极集电极的电解质层应用到基板 上，其中至少一层包含锂化的化合物。在该方法中，通过光刻操作至少部分图案化含有锂化的化合物的至少一层的结构，该光刻操作包括 通过包含湿法化学处理的工艺从含有锂化的化合物的层去除光刻胶 材料。与现有技术的教导相反，已经发现可以利用使用湿法化学处理的 光刻操作制备薄膜锂电池。相比现有技术的制造技术，如这里描述的 方法减少了步骤数并使用复杂程度降低的设备，提供了这些器件的有 效且经济的制造。由此，可以优选进行制造薄膜锂电池的本工艺，除 了可以利用湿法化学处理去除的光刻掩模材料之外，没有利用额外的 保护层。另一方面，本专利技术包括制造锂电池的方法和设备，提供第一片材， 其包括具有阴极材料的基板、阳极集电极、任意的阳极材料和隔开阴 极材料与阳极集电极的LiPON阻挡/电解质层；激光烧蚀或在第一材 料的子部分上进行一个或多个材料去除操作，以从第一片材分离多个 电池单元。在一些实施例中，该方法进一步包括在该片材上沉积第二材料以覆盖多个电池单元；和在第二材料的子部分上进行一个或多个 材料去除操作，以从第一片材分离多个电池单元。 一个或多个材料去 除操作可以是激光烧蚀或进行一个或多个光刻操作，或它们的组合。附图说明图1A是用来制成本专利技术 一些实施例的固态电池单元的部分制造 的层状结构100A的示意截面图。图1B是用来制成本专利技术一些实施例的固态电池单元的层状结构 100B的示意截面图。图2A是用来制成本专利技术一些实施例的固态电池单元的烧蚀的层 状结构200A的示意截面图。图2B是用来制造本专利技术一些实施例的固态电池单元的烧蚀的层 状结构200B的示意截面图。图3A是本专利技术一些实施例的烧蚀和填充的固态电池单元在步骤 300A的示意截面图。图3B是用来制成本专利技术 一些实施例的固态电池单元的烧蚀和填 充了的固态电池单元在步骤300B的示意截面图。图4A是本专利技术一些实施例的再烧蚀的固态电池单元400A的示 意截面图。图4B是本专利技术的一些实施例的再烧蚀的固态电池单元400B的 示意截面图。图5是本专利技术一些实施例的再烧蚀的固态电池单元500的自顶向 下的示意图。图6是用来制成本专利技术一些实施例的固态电池单元的部分制造 的层状结构600的示意截面图。图7是用来制成本专利技术一些实施例的固态电池单元的烧蚀的层 状结构700的示意截面图。图8是本专利技术一些实施例的烧蚀和填充的固态电池单元在步骤 800的示意截面图。在一些实施例中，填充材料810是金属，例如铜或铝等。图9是本专利技术一些实施例的固态电池单元在步骤卯0的示意截面 图。在一些实施例中，填充材料810在沟道812中被烧蚀，留下一薄 层材料810。在一些实施例中，基板移回到激光烧蚀系统或划片机中， 用于接触定义和电池单元分离。在一些实施例中，激光束或划片锯烧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造薄膜锂电池的方法，包括：　ａ）提供包括基板的第一片材；和　ｂ）将阴极集电器、阴极材料、阳极集电器、和将阴极材料与阳极集电器隔开的电解质层施加到基板上；　其中至少其中一层包含锂化的化合物；和　其中通过光刻操作至少部分地图案化所述包含锂化的化合物的至少其中一层的结构，所述光刻操作包括通过包括湿化学处理的工艺从包含锂化的化合物的层去除光刻胶材料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2006.7.18 US 60/807,7131.一种用于制造薄膜锂电池的方法，包括a)提供包括基板的第一片材；和b)将阴极集电器、阴极材料、阳极集电器、和将阴极材料与阳极集电器隔开的电解质层施加到基板上；其中至少其中一层包含锂化的化合物；和其中通过光刻操作至少部分地图案化所述包含锂化的化合物的至少其中一层的结构，所述光刻操作包括通过包括湿化学处理的工艺从包含锂化的化合物的层去除光刻胶材料。2. 如权利要求l所述的方法，其中通过光刻操作至少部分图案 化的包含锂化的化合物的层是阴极材料。3. 如权利要求2所述的方法，4. 如^又利要求2所述的方法， 斜率的侧壁。5. 如权利要求4所述的方法， 20至约70度。其中所述阴极材料包括LiCo02。 其中阴极材料的结构包括具有正其中阴极材料的斜率为离法线约6. 如权利要求l所述的方法，其中通过光刻操作至少部分图案 化的包含锂化的化合物的层是电解质。7. 如权利要求6所述的方法，其中电解质包括LiPON。8. 如权利要求7所述的方法，其中湿化学处理包括应用不含水 的溶剂。9. 如权利要求8所述的方法，其中湿化学处理还包括应用等离 子体02化学剂。10. 如权利要求l所述的方法，其中光刻操作包括a) 将光刻胶材料施加到包含锂化的化合物的至少其中 一层的表面，b) 处理该光刻胶材料以提供图案，c) 施加显影剂以去除部分光刻胶材料，由此限定包含锂化的化 合物的层的掩蔽和未掩蔽部分，d) 去除包含锂化的化合物的层的未掩蔽部分，和e) 通过湿化学处理从包含锂化的化合物的层去除剩余的光刻胶材料。11. 如权利要求l所述的方法，其中光刻胶是正性光刻胶。12. 如权利要求l所述的方法，其中光刻胶是负性光刻胶。13. 如权利要求l所述的方法，其中湿化学处理包括应用有机溶剂。14. 如权利要求13所述的方法，其中有机溶剂包括N-甲基吡咯烷酮。15. 如权利要求l所述的方法，其中在包含锂化的化合物的层的 初始形成的约72小时内进行通过光刻操作的包含锂化的化合物的层 的图案化。16. 如权利要求l所述的方法，其中在包含锂化的化合物的层的初始形成的约48小时内进行通过光刻操作的包含锂化的化合物的层 的图案化。17. 如权利要求l所述的方法，其中阴极材料包括LiCo02，电 解质包括LiPON，且电解质对于阴极上覆盖/下覆盖的距离为每边约5 至约20微米。18. 如权利要求17所述的方法，其中电解质完全上覆盖阴极。19. 如权利要求l所述的方法，其中在不同的处理设备中执行施 加阴极集电器、阴极材料、阳极集电器和电解质层的至少其中两个工 艺步骤，其中在薄层锂电池的制造期间，将包含锂化的化合物的至少 其中 一层暴露于工艺步骤之间的一般空气状态。20. 如权利要求l所述的方法，其中在包含锂化的...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·A·沃莱斯，J·J·克拉森，J·J·萨瑟，S·莎士比亚，
申请(专利权)人：西姆贝特公司，
类型：发明
国别省市：US