(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-06-02
(54)【発明の名称】電気化学セルの接続方法
(51)【国際特許分類】
H01M 50/547 20210101AFI20230526BHJP
H01M 50/562 20210101ALI20230526BHJP
H01M 50/531 20210101ALI20230526BHJP
H01M 10/0585 20100101ALI20230526BHJP
H01M 50/586 20210101ALI20230526BHJP
H01M 50/593 20210101ALI20230526BHJP
H01M 50/55 20210101ALI20230526BHJP
H01M 10/0562 20100101ALI20230526BHJP
【ＦＩ】
H01M50/547 201
H01M50/562
H01M50/531
H01M10/0585
H01M50/586
H01M50/593
H01M50/55
H01M10/0562
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022565935
(86)(22)【出願日】2021-04-27
(85)【翻訳文提出日】2022-12-16
(86)【国際出願番号】 GB2021051016
(87)【国際公開番号】W WO2021219991
(87)【国際公開日】2021-11-04
(31)【優先権主張番号】2006391.3
(32)【優先日】2020-04-30
(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】515189520
【氏名又は名称】イリカ テクノロジーズ リミテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100147485
【弁理士】
【氏名又は名称】杉村 憲司
(74)【代理人】
【識別番号】230118913
【弁護士】
【氏名又は名称】杉村 光嗣
(74)【代理人】
【識別番号】100213333
【弁理士】
【氏名又は名称】鹿山 昌代
(72)【発明者】
【氏名】サラ アグダエイ
(72)【発明者】
【氏名】アリ キアット
(72)【発明者】
【氏名】トーマス リスブリッジャー
(72)【発明者】
【氏名】トーマス フォーリー
(72)【発明者】
【氏名】ヒューゴ ユンギウス
(72)【発明者】
【氏名】ルイーズ ターナー
【テーマコード（参考）】
5H029
5H043
【Ｆターム（参考）】
5H029AJ14
5H029AK00
5H029AL12
5H029AM11
5H029CJ01
5H029CJ21
5H029HJ04
5H029HJ07
5H043BA19
5H043GA22
5H043GA26
5H043HA24E
5H043JA02E
5H043JA21
5H043KA22E
5H043KA29
5H043LA11
5H043LA23E
(57)【要約】
第１の電極層と、電解質層と、第２の電極層と、集電体層と、保護カバーと、をこの順に備える電気化学セルであって、保護カバーは、電気絶縁材料を含み、セルは、外部装置へのセルの接続を可能にするように構成された導電性の接触パッドと、電気絶縁材料によって周囲が囲まれている露出面と、をさらに含む。導電性の接触パッドは、集電体層に対向する保護カバーの外側に設けられた接触パッドであり、導電経路は、接触パッドと集電体層との間に設けられ、保護カバーを通って延在し、接続部位で集電体層の面に接触する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１の電極層と、電解質層と、第２の電極層と、集電体層と、保護カバーと、をこの順に備える電気化学セルであって、前記保護カバーは、電気絶縁材料を含み、
前記セルは、
外部装置への前記セルの接続を可能にするように構成された導電性の接触パッドと、
前記電気絶縁材料によって周囲が囲まれている露出面と、
をさらに含み、
前記導電性の接触パッドは、
前記集電体層に対向する前記保護カバーの外側に設けられた接触パッドであり、
導電経路は、
前記接触パッドと前記集電体層との間に設けられ、前記保護カバーを通って延在し、接続部位で前記集電体層の面に接触する、
セル。
【請求項2】
前記導電経路の少なくとも一部は、前記集電体層の前記面に対して、垂直でない方向に延在する、請求項１に記載のセル。
【請求項3】
前記導電経路の少なくとも一部は、前記集電体層の前記面に対して、８０°以下の角度で配向する、請求項２に記載のセル。
【請求項4】
前記接触パッドは、前記接続部位から前記集電体層の横方向にずれる、請求項２または３に記載のセル。
【請求項5】
前記導電経路は、前記接続部位と前記接触パッドとの間で、間接的な経路をたどる、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のセル。
【請求項6】
前記導電経路は、前記接続部位と前記接触パッドとの間で、８０°から１００°までの範囲の角度で方向を変える、請求項５に記載のセル。
【請求項7】
前記導電経路は、前記接続部位と前記接触パッドとの間で、ジグザグ経路をたどる、請求項５または６に記載のセル。
【請求項8】
前記導電経路および前記接触パッドは、一体的に形成される、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のセル。
【請求項9】
前記導電経路および前記接触パッドの少なくとも１つは、アルミニウム、プラチナ、モリブデン、銅、ニッケル、金、ステンレス鋼、および窒化チタンからなる群から選択される１つの材料を含む、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のセル。
【請求項10】
前記導電経路は、２０ｎｍから２０００ｎｍまでの範囲の厚さを有する、請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のセル。
【請求項11】
前記接触パッドは、前記セルのフットプリント内に配置され、前記セルの前記フットプリントは、前記電解質層の周囲によって境界付けられている、
請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載のセル。
【請求項12】
前記接続部位は、前記第１の電極層から、前記第１の電極層の横方向にずれる、請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載のセル。
【請求項13】
前記第１の電極層は、カソードである、請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載のセル。
【請求項14】
前記セルは、前記第１の電極層と電気的に接続される接触パッドをさらに含み、前記接触パッドと前記さらなる接触パッドとの間に直接延在する仮想線は、前記第１の電極層、前記電解質層、前記第２の電極層、および前記集電体層のうちの少なくとも１つを通過する、
請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載のセル。
【請求項15】
前記保護カバーは、複数の第１の層と複数の第２の層とを含み、前記第１の層は、それぞれポリマー材料によって構成され、
前記第２の層は、それぞれ金属およびセラミック材料のうちの１つによって構成され、
前記第１の層および前記第２の層は、積層構造で配置され、前記第１の層および前記第２の層が交互になるように構成される、
請求項１から請求項１４のいずれか一項に記載のセル。
【請求項16】
前記第２の層の少なくとも１つは、導電性材料によって構成され、前記導電経路の一部は、前記第２の層に沿って延在する、
請求項１５に記載のセル。
【請求項17】
前記第１の層の少なくとも１つは、ポリ（ｐ－キシリレン）ポリマーを含む、請求項１５または１６に記載のセル。
【請求項18】
前記第１の層の少なくとも１つは、フォトレジスト材料、例えば、エポキシ樹脂を含むフォトレジスト材料を含む、請求項１５から請求項１７のいずれか一項に記載のセル。
【請求項19】
前記保護カバーは、前記集電体層に直接隣接する電気絶縁性のパッシベーション層を含む、請求項１から請求項１８のいずれか一項に記載のセル。
【請求項20】
少なくとも１つのさらなる導電経路は、前記接触パッドと前記接続部位との間に設けられる、請求項１から請求項１９のいずれか一項に記載のセル。
【請求項21】
前記セルは、複数の導電経路を含み、それぞれの導電経路は、前記導電経路が前記集電体層に接触するそれぞれの接続部位に関連付けられ、
それぞれの導電経路は、前記保護カバーを通って延在し、前記集電体層とは反対の前記保護カバーの側に設けられる１つまたは複数の接触パッドの１つに到達する、
請求項１から請求項２０のいずれか一項に記載のセル。
【請求項22】
前記セルは、前記集電体層とは反対の前記保護カバーの側に設けられる複数の接触パッドを含み、前記複数の接触パッドのそれぞれは、前記それぞれの接触パッドと前記集電体層との間に延在するそれぞれの導電経路に関連付けられている、
請求項１から請求項２１のいずれか一項に記載のセル。
【請求項23】
前記セルの前記フットプリントは、５００ｍｍ２未満である、請求項１から請求項２２のいずれか一項に記載のセル。
【請求項24】
前記電気化学セルは、固体電気化学セルである、請求項１から請求項２３のいずれか一項に記載のセル。
【請求項25】
前記電気化学セルは、リチウムイオンセルである、請求項１から請求項２４のいずれか一項に記載のセル。
【請求項26】
請求項１から請求項２５のいずれか一項に記載の電気化学セルに用いられる前駆体であって、前記前駆体は、カソード層、電解質層、集電体層、および保護カバーを含む複数の層のスタックを備え、
前記保護カバーは、前記集電体層の第１の側に配置され、
前記カソード層および前記電解質層は、前記集電体層の第２の側に配置され、
前記保護カバーは、電気絶縁材料を含み、
前記セルは、
外部装置への前記セルの接続を可能にするように構成された導電性の接触パッドと、
前記電気絶縁材料によって周囲が囲まれている露出面と、
をさらに含み、
前記導電性の接触パッドは、
前記集電体層に対向する前記保護カバーの外側に設けられた接触パッドであり、
導電経路は、
前記接触パッドと前記集電体層との間に設けられ、前記保護カバーを通って延在し、接続部位で前記集電体層の面に接触する、
前駆体。
【請求項27】
請求項１から請求項２６のいずれか一項に記載の電気化学セルを製造する方法であって、カソード層、電解質層、集電体層、および第１の電気絶縁層を少なくとも含む複数の層のスタックであり、前記第１の電気絶縁層が前記集電体層の第１の側に配置され、前記カソード層および前記電解質層が前記集電体層の第２の側に配置されるスタックを設けるステップと、
前記集電体層の面の一部が露出するように、前記第１の電気絶縁層を貫通する開口部を設けるステップと、
前記集電体層の露出面と、前記集電体層に対向する前記第１の電気絶縁層の面との間に導電経路が形成されるように、前記集電体層の前記露出面および前記第１の電気絶縁層の少なくとも一部の上に導電性材料を堆積さセルステップと、
を含む、方法。
【請求項28】
前記第１の電気絶縁層を貫通する開口部を設けるステップは、前記第１の電気絶縁層をエッチングするステップを含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項29】
前記第１の電気絶縁層は、フォトレジスト材料を含み、前記第１の電気絶縁層をエッチングするステップは、前記第１の電気絶縁層の前記面の一部の中で化学変化を引き起こす入射光により、前記第１の電気絶縁層の前記面における少なくとも一部を露出さセルステップを含む、
請求項２８に記載の方法。
【請求項30】
前記導電経路を形成するステップの後、前記第１の電気絶縁層の上に第２の電気絶縁層を堆積させ、
前記第２の電気絶縁層を貫通する開口部が、前記第２の電気絶縁層の横方向において、前記第１の電気絶縁層を貫通する開口部からずれることで、前記導電経路の一部を露出さセルように、前記第２の電気絶縁層を貫通する開口部を形成するステップをさらに含む、
請求項２７から請求項２９のいずれか一項に記載のセル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電気化学セルを外部装置に接続するための手段、および該手段の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
薄膜の電気化学セルは、通常、基板上に支持され、基板に近い第１の電極層、電解質層、第２の電極層、および基板から離れた集電体層が、この順に配置された複数の層のスタックを含む。複数の層のスタックは、一般的に、湿気および／または酸素などのような大気成分から、該複数の層のスタックを保護するのに役立つカプセル化層によって覆われている。
【0003】
他の層は、電気化学セルに存在していてもよい。例えば、電気絶縁性のパッシベーション層は、集電体層とカプセル化層との間に設けられいてもよく、および／または、さらなる集電体層は、基板と第１の電極層との間に設けられていてもよい。
【0004】
ある場合、電気化学セルは、固体電気化学セルであり、すなわち、電解質層は、固体電解質によって構成される。他の場合、電解質層は、液体電解質またはポリマー電解質を含浸させた多孔性セパレータを含んでよい。
【0005】
ある場合、電気化学セルは、二次セルとしても知られる再充電可能なセルであってもよい。このような場合、電気化学セルは、リチウムイオンセルであってよく、そして、第１の電極層、第２の電極層、および電解質層のうちの少なくとも１つが、リチウム含有化合物によって構成され、電気化学セルの充電および放電のプロセスには、２つの電極間でのリチウムイオンの移動を含んでよい。
【0006】
電気化学セルがリチウムイオンセルである場合、第１の電極層および第２の電極層の一方は、リチウム層によって構成されてよく、第１の電極層および第２の電極層の一方は、電気化学セルの初期充電サイクル中に最初に形成されてよい。
【0007】
電気化学セルを外部装置に接続するために、第１の電極層と該外部装置との間の電気的接続、および第２の電極層と該外部装置との間のさらなる電気的接続を構成することが必要である。
【0008】
基板と第１の電極層との間にさらなる集電体層が存在する場合、さらなる集電体層は、カプセル化層によって覆われないままの部分を有してよく、さらなる集電体層を外部装置に接続することを可能にするための接触パッドが設けられていてよい。他の場合、基板は導電性であってよく、これにより、基板を介して第１の電極層と外部装置との間の電気的接続を構成することが可能となる。
【0009】
一般的に、基板から離れた集電体層は、カプセル化層によって覆われていない領域を有し、該集電体層を外部装置に接続することで、電気化学セルおよび装置を含む電気回路を完成させることができる。
【0010】
外部装置と基板から離れた集電体層との間に、確実な接続が形成されるように電気化学セルを構成することが好ましい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
ある場合、カプセル化層の外面上に導電性トラック層を設けることが試みられており、このようなトラック層は、基板と基板に対して遠位にある集電体層の覆われていない部分との間に導電経路を提供する役割を果たす。このような場合、トラック層は、基板に対して遠位にある集電体層と外部装置との間に電気的接続を提供できるように、基板上にさらなる接触パッドを構成することが可能である。しかしながら、このようなトラック層は、電気化学セルの動作中における荷電種（リチウムイオンのような）の移動の結果として生じる第１の電極層および／または第２の電極層の厚さの変化に耐えるのに十分な機械的堅牢性を備えていなくてもよいと考えられている。電気化学セルが二次セルである場合、電気化学セルが交互に充電および放電されるとき、第１の電極層および／または第２の電極層は、膨張および収縮の複数のサイクルを受けてよい。
【0012】
集電体層の露出部分への導電要素のワイヤボンディングなどのように、基板から離れた集電体層と外部装置との間の必要な電気的接続を行う他の技術が試みられている。しかしながら、このような場合、反応生成物は、電気化学セルの動作中に集電体層の露出面に形成されてよいと考えられている。これらの反応生成物は、ワイヤと集電体層との間の結合を妨げ、電気化学セルを数サイクル使用しただけで電気的接続が失われる可能性があることが知られている。これらの反応生成物の形成は、第１の電極層、第２の電極層および／または電解質層から、基板に対して遠位にある集電体層の露出面に向かう種の拡散によるものであると考えられる。
【課題を解決するための手段】
【0013】
第一態様において、本発明に係るセルは、第１の電極層と、電解質層と、第２の電極層と、集電体層と、保護カバーと、をこの順に備える電気化学セルであって、前記保護カバーは、電気絶縁材料を含み、前記セルは、外部装置への前記セルの接続を可能にするように構成された導電性の接触パッドと、前記電気絶縁材料によって周囲が囲まれている露出面と、をさらに含み、前記導電性の接触パッドは、前記集電体層に対向する前記保護カバーの外側に設けられた接触パッドであり、導電経路は、前記接触パッドと前記集電体層との間に設けられ、前記保護カバーを通って延在し、接続部位で前記集電体層の面に接触する。
【0014】
ある場合、接触パッドは、導電性要素のワイヤボンディングが、集電体層の外部装置への電気的接続を提供することを可能にするように構成される。しかしながら、他の場合、接触パッドは、リフローはんだ付け、あるいは導電性エポキシまたは導電性インクの提供などの他の手段によって提供される外部装置への電気的接続を可能にするように構成されてよい。
【0015】
集電体層から離れた接触パッドを提供することによって、第１電極層、第２電極層および／または電解質層から接触パッドへの種の拡散の程度が減少し得ると考えられる。これは、接触パッドでの反応生成物の形成を防ぐのに役立つと考えられており、そして、電気化学セルを外部装置に接続するために必要な結合を遅らせると考えられている。
【0016】
通常、導電経路の少なくとも一部は、集電体層の面に対して、垂直はない方向に延在する。
【0017】
一般的に、導電経路の少なくとも一部は、集電体層の面に対して、８０°以下の角度で配向する。ある場合、導電経路の少なくとも一部は、集電体層の面に対して、５０°以下の角度で配向する。ある場合、場合によっては、導電経路の少なくとも一部は、集電体層の面と位置合わせされる。
【0018】
通常、接触パッドは、接続部位から集電体層の横方向にずれる。
【0019】
一般的に、導電経路は、接続部位と接触パッドの間で、間接的な経路をたどる。例えば、導電経路は、接続部位と接触パッドとの間で、８０°から１００°までの範囲の角度で方向を変えてよい。
【0020】
通常、導電経路は、接続部位と接触パッドとの間で、曲がりくねった経路をたどる。例えば、導電経路は、接続部位と接触パッドとの間で、ジグザグ経路をたどってよい。
【0021】
接触パッドの露出面は、例えば、円形、楕円形、多角形（例えば、正方形、長方形、または六角形）、または任意の他の二次元形状であってよい。
【0022】
通常、導電経路および接触パッドは、一体的に形成される。ただし、常に、一体的に形成されるとは限らない。
【0023】
ある場合、導電経路および接触パッドのうちの少なくとも１つは、窒化アルミニウムおよび窒化チタンからなる群から選択される１つの材料を含む。ある場合、導電経路および接触パッドの一方または両方が、集電体層と同じ材料、例えば、白金、ニッケル、モリブデン、銅、窒化チタン、アルミニウム、金、およびステンレス鋼からなる群から選択される１つの材料によって構成されてよい。
【0024】
通常、導電経路は、２０ｎｍから２０００ｎｍまでの範囲の厚さを有し、ここで、厚さは、導電経路の面に対して横方向に測定され、導電経路の面は、事実上、接触パッドの露出面と連続している。
【0025】
一般的に、保護カバーは、複数の層を含む。これにより、水分および／または酸素などの大気成分が電気化学セルの活性層に侵入するのを妨げられると考えられている。さらに、複数の層は、第１の電極層、第２の電極層および／または電解質層から接触パッドへの種の拡散を妨げるのを助け得る。
【0026】
通常、保護カバーは、複数の第１の層と複数の第２の層とを含み、第１の層は、それぞれポリマー材料によって構成され、第２の層は、それぞれ金属およびセラミック材料のうちの１つによって構成され、第１の層および第２の層は、積層構造で配置され、第１の層と第２の層とが交互になるように構成される。
【0027】
通常、第１の層の少なくとも１つは、１μｍから１０μｍまでの範囲、例えば、３μｍから７μｍまでの範囲の厚さを有する。通常、第２の層の少なくとも１つは、２０ｎｍから２０００ｎｍまでの範囲、例えば、１００ｎｍから５００ｎｍまでの範囲の厚さを有する。
【0028】
第２の層の少なくとも１つが導電性材料によって構成される場合、導電経路の一部は、その層に沿って延在してよい。
【0029】
第２層の少なくとも１つが導電性材料によって構成される他の場合、導電経路は、その層から電気的に絶縁されてよい。
【0030】
ある場合、第１の層の少なくとも１つは、パリレン（登録商標）などのポリ（ｐ－キシリレン）ポリマーを含んでよい。
【0031】
他の場合、第１の層の少なくとも１つは、フォトレジスト材料、例えば、エポキシ樹脂を含むフォトレジスト材料を含む。これは、層の特定の一部の中で化学変化を引き起こす光のパターンに、層をさらすことにより、適用された光のパターンに応じて、層の選択的除去を提供する溶剤の適用に続いて、層を直接パターン化することを可能にする。
【0032】
ある場合、第２の層の少なくとも１つは、窒化アルミニウムおよび窒化チタンを含む群から選択される１つの材料を含む。窒化チタンは、リチウム種に対する効果的な拡散バリアを提供すると考えられているため、電気化学セルがリチウムイオンセルである場合、活性セル層（例えば、第１の電極層、第２の電極層および/または電解質層)から接触パッドへのそのような種の移動を妨げるのに、特に有益であってよい。ある場合、保護カバーの第２の層および集電体層は、同じ材料、例えば、白金、ニッケル、モリブデン、銅、窒化チタン、アルミニウム、金、およびステンレス鋼からなる群から選択される１つの材料によって構成されてよい。
【0033】
ある場合、保護カバーは、集電体層に直接隣接するパッシベーション層を含んでよい。パッシベーション層は、セラミック、無機酸化物、および複合無機酸化物を含む群から選択され得る１つの電気絶縁材料によって構成される。例えば、パッシベーション層は、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化タンタル、酸化ハフニウム、酸化タングステン、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化モリブデン、および窒化アルミニウムからなる群から選択されてよい。通常、パッシベーション層の厚さは、１００ｎｍから５μｍまでの範囲の厚さである。
【0034】
通常、基板は、電解質層から離れた第１の電極層の側に設けられる。ある場合、基板と第１の電極層との間にさらなる集電体層が設けられる。
【0035】
ある場合、接触パッドと接続部位との間に少なくとも１つのさらなる導電経路が設けられる。
【0036】
ある場合、電気化学セルは、複数の導電経路を含み、それぞれの導電経路は、該導電経路が集電体層に接触するそれぞれの接続部位に関連付けられ、それぞれの経路は、保護カバーを通って延在し、集電体層とは反対の保護カバー側に設けられる１つまたは複数の接触パッドの１つに到達する。
【0037】
ある場合、電気化学セルは、集電体層とは反対の保護カバー側に設けられる複数の接触パッドを含み、複数の接触パッドの各々は、それぞれの接触パッドと集電体層との間に延在するそれぞれの導電経路に関連付けられている。
【0038】
これらの構成は、電気化学セル内に冗長性を提供するので、単一の導電経路に障害が発生した場合でも、電気化学セルは、外部装置と電気的に接続し得る。導電経路は、典型的には、２０ｎｍから２０００ｎｍまでの範囲の厚さを有し、該導電経路の障害は、例えば、下に存在する面において、端または角などのような方向が変わる場所で生じ得るため、これは特に有益である。
【0039】
保護カバーの外側に接触パッドを提供することによって、接触パッドは、電気化学セルを提供する複数の層のスタックの全体のフットプリント内に配置されてよい。このような場合、電気化学セルの全体的なフットプリントは、接触パッドの存在によって増加しない。
【0040】
通常、電解質層の片面の面積として定義されるセルのフットプリントは、５００ｍｍ２未満、場合によっては、４００ｍｍ２未満、場合によっては、３００ｍｍ２未満、場合によっては、２００ｍｍ２未満である。したがって、事実上、セルのフットプリントは、電解質層の周囲によって境界付けられている。さらに別の場合、セルのフットプリントは、１００ｍｍ２未満、例えば、５０ｍｍ２未満であってよい。
【0041】
第１の電極層および第２の電極層の一方は、電気化学セルのカソードを構成し、第１および第２の電極層の他方は、電気化学セルのアノードを構成する。
【0042】
カソードは、通常、５μｍから４０μｍまでの範囲の厚さを有する。
【0043】
アノードは、通常、５００ｎｍから５μｍまでの範囲の厚さを有する。
【0044】
通常、電解質層は、１μｍから５μｍまでの範囲の厚さを有する。ある場合、電解質層は、２μｍから４μｍまでの範囲の厚さを有する。
【0045】
通常、集電体層は、１００ｎｍから５００ｎｍまでの範囲の厚さを有する。ある場合、集電体層は、２００ｎｍから４００ｎｍまでの範囲の厚さを有する。
【0046】
一般的に、第１の電極層および電解質そうの少なくとも１つは、リチウム含有化合物によって構成される。
【0047】
一般的に、電気化学セルは、第１の電極層と電気的に接続される接触パッドをさらに含み、接触パッドとさらなる接触パッドとの間に直接延在する仮想線は、第１の電極層、電解質層、第２の電極層、および集電体層のうちの少なくとも１つを通過する。通常、さらなる接触パッドは、さらなる集電体の露出部分であり、さらなる集電体層は、第１の電極層と直接接触している。
【0048】
誤解を避けるために、第１の電極層、電解質層、第２の電極層、集電体層、および保護カバーは、必ずしも同延であるとは限らない。例えば、一実施形態では、第１の電極層の周囲は集電体層の周囲と一致しなくてもよい。このような場合、例えば、接続部位は、第１の電極層の周囲の外側に位置してよい、すなわち、接続部位は、第１の電極層の上に重ならない。事実上、接続部位は、第１の電極層から、第１の電極層の横方向にずれる。これは、特に、第１の電極層がリチウム含有電極層、例えば、リチウム含有カソードである場合、第１の電極層から接続部位への有害種の移動を低減するのに役立ち得る。
【0049】
対照的に、接触パッドは、通常、第１の電極層の周囲内に存在する。
【0050】
複数の層は、必ずしも同延であるとは限らないので、特定の層、例えば、集電体層は完全に平面でなくてよい。誤解を避けるために、集電体層の面への言及は、導電経路の相対的な向きおよび集電体層の面を定義する文脈において、接続部位における集電体層の部分に関連する。
【0051】
ある場合、電気化学セルは、固体電気化学セルである。ある場合、電気化学セルは、二次セルである。
【0052】
本発明の第一態様に係る電気化学セルの一実施形態において、アノードは、電気化学セルの初期充電中にその場で形成される。
【0053】
したがって、第二態様において、本発明は、本発明の第一態様に係る電気化学セルに用いられる前駆体を提供することができ、前記前駆体は、カソード層、電解質層、集電体層、および保護カバーを含む複数の層のスタックを備え、前記保護カバーは、前記集電体層の第１の側に配置され、前記カソード層および前記電解質層は、前記集電体層の第２の側に配置され、前記保護カバーは、電気絶縁材料を含み、前記セルは、外部装置への前記セルの接続を可能にするように構成された導電性の接触パッドと、前記電気絶縁材料によって周囲が囲まれている露出面と、をさらに含み、前記導電性の接触パッドは、前記集電体層に対向する前記保護カバーの外側に設けられた接触パッドであり、導電経路は、前記接触パッドと前記集電体層との間に設けられ、前記保護カバーを通って延在し、接続部位で前記集電体層の面に接触する。
【0054】
カソードは、電解質層と集電体層との間に配置されてよい。あるいは、カソードは、集電体層とは反対の電解質層の側に配置されてよい。
【0055】
通常、前駆体の初期充電により、カソード層とは反対の電解質層の側にリチウムアノード層が形成される。
【0056】
本発明の第二態様に係る前駆体は、本発明の第一態様に係る電気化学セルの任意の特徴の１つまたは複数を、単独でまたは組み合わせて有してよい。
【0057】
第三態様において、本発明は、本発明の第一態様に係る電気化学セルを製造する方法を提供することができ、以下のステップを含む。カソード層、電解質層、集電体層、および第１の電気絶縁層を少なくとも含む複数の層のスタックであり、前記第１の電気絶縁層が前記集電体層の第１の側に配置され、前記カソード層および前記電解質層が前記集電体層の第２の側に配置されるスタックを設けるステップと、前記集電体層の面の一部が露出するように、前記第１の電気絶縁層を貫通する開口部を設けるステップと、前記集電体層の露出面と、前記集電体層に対向する前記第１の電気絶縁層の面との間に導電経路が形成されるように、前記集電体層の前記露出面および前記第１の電気絶縁層の少なくとも一部の上に導電性材料を堆積させるステップと、を含む。
【0058】
一般的に、集電体層と第１の電気絶縁層との間にパッシベーション層が設けられ、パッシベーション層には、第１の電気絶縁層を貫通する開口部が設けられ、第１の電気絶縁層を貫通する開口部を設けるステップは、第１の電気絶縁層の開口部をパッシベーション層の開口部と位置合わせするステップを含む。
【0059】
パッシベーション層は、セラミック、無機酸化物、および複合無機酸化物を含む群から選択され得る１つの電気絶縁材料によって設けられる。通常、パッシベーション層は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化タンタル、酸化ハフニウム、酸化タングステン、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化モリブデン、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される１つのセラミック材料によって設けられる。
【0060】
特定の場合、第１の電気絶縁層は、次のようなパッシベーション層に対応し、パッシベーション層は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化タンタル、酸化ハフニウム、酸化タングステン、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化モリブデン、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される１つのセラミック材料によって設けられる。
【0061】
一般的に、第１の電気絶縁層を貫通する開口部を設けるステップは、例えば、フォトリソグラフィプロセスによって第１の電気絶縁層を選択的にエッチングするステップを含む。
【0062】
ある場合、フォトリソグラフィプロセスは、例えば、スピンコーティングによって、フォトレジスト材料を、第１の電気絶縁層上に堆積させるステップを含む。他の場合、フォトレジスト材料を堆積するステップの前に、金属層は、フォトレジスト材料と第１の電気絶縁層との間に位置するように、第１の電気絶縁層上に堆積されてもよい。このような場合、フォトレジスト材料は、フォトリソグラフィプロセスによって金属層をパターン化するために使用されてよく、パターン化された金属層は、その後、エッチングプロセスにおいて、第１の電気絶縁層に開口部を設けるために、マスクとして機能してよい。
【0063】
さらなる場合、第１の電気絶縁層は、フォトレジスト材料を含み、第１の電気絶縁層を選択的にエッチングするステップは、第１の電気絶縁層の面の一部の中で化学変化を引き起こす入射光により、第１の電気絶縁層の面における少なくとも一部を露出させるステップを含んでよい。
【0064】
通常、本発明の第三態様に係る方法は、導電経路を形成するステップの後、第１の電気絶縁層の上に第２の電気絶縁層を堆積させ、導電経路の一部を露出させるように、第２の電気絶縁層の開口部を形成するステップをさらに含む。このような場合、第２の電気絶縁層の開口部は、第２の電気絶縁層の横方向において、第１の電気絶縁層の開口部からずれる。
【0065】
通常、第１の電気絶縁層および第２の電気絶縁層は、それぞれポリマー材料によって構成される。ある場合、第１の電気絶縁層および／または第２の電気絶縁層は、パリレン（登録商標）などのポリ（ｐ－キシリレン）ポリマーを含んでよい。他の場合、第１の電気絶縁層および／または第２の電気絶縁層は、フォトレジスト材料、例えば、エポキシ樹脂を含むフォトレジスト材料を含む。
【0066】
通常、第１の電気絶縁層および第２の電気絶縁層は、それぞれ、１μｍから１０μｍまでの範囲の厚さ、例えば、３μｍから７μｍまでの範囲の厚さで堆積する。
【0067】
通常、導電性材料は、２０ｎｍから２０００ｎｍまでの範囲の厚さ、例えば、１００ｎｍから５００ｎｍまでの範囲の厚さで堆積する。ある場合、導電性材料は、アルミニウムである。導電性材料は、スパッタリングなどの物理気相成長プロセスによって堆積してよい。導電性材料は、２０００ｎｍ以下の厚さに堆積することが好ましい。これにより、材料を層として（例えば、気相成長プロセスによって）堆積させることができ、続いて、導電経路を設けるために、成形（例えば、エッチングによって）することが可能となるからである。導電性材料は、厚さが２０００ｎｍを超えると、材料の不要な部分を完全に除去することが難しくなり、電気化学セルにおける異なる部分の間で短絡が発生する危険性がある。
【0068】
ある場合、複数の層のスタックは、アノード層を含む。しかしながら、他の場合、アノード層は、電気化学セルの初期充電中に形成されてよい。
【図面の簡単な説明】
【0069】
ここで、以下の図を参照して、本発明の一例について説明する。
【図1a】第１の比較例に係るセルの製造工程の様々な段階において組み立てられたセルの概略構成の一例を示す断面図である。
【図1b】第１の比較例に係るセルの製造工程の様々な段階において組み立てられたセルの概略構成の一例を示す断面図である。
【図2】第２の比較例に係るセルの概略構成の一例を示す断面図である。
【図3a】本発明の第一態様の第一実施形態に係るセルの製造工程の様々な段階において組み立てられたセルの概略構成の一例を示す断面図である。
【図3b】本発明の第一態様の第一実施形態に係るセルの製造工程の様々な段階において組み立てられたセルの概略構成の一例を示す断面図である。
【図3c】本発明の第一態様の第一実施形態に係るセルの製造工程の様々な段階において組み立てられたセルの概略構成の一例を示す断面図である。
【図3d】本発明の第一態様の第一実施形態に係るセルの製造工程の様々な段階において組み立てられたセルの概略構成の一例を示す断面図である。
【図3e】本発明の第一態様の第一実施形態に係るセルの製造工程の様々な段階において組み立てられたセルの概略構成の一例を示す断面図である。
【図3f】本発明の第一態様の第一実施形態に係るセルの製造工程の様々な段階において組み立てられたセルの概略構成の一例を示す断面図である。
【図4a】本発明の第一態様の第二実施形態に係るセルの製造工程の様々な段階において組み立てられたセルの概略構成の一例を示す断面図である。
【図4b】本発明の第一態様の第二実施形態に係るセルの製造工程の様々な段階において組み立てられたセルの概略構成の一例を示す断面図である。
【図4c】本発明の第一態様の第二実施形態に係るセルの製造工程の様々な段階において組み立てられたセルの概略構成の一例を示す断面図である。
【図4d】本発明の第一態様の第二実施形態に係るセルの製造工程の様々な段階において組み立てられたセルの概略構成の一例を示す断面図である。
【図4e】本発明の第一態様の第二実施形態に係るセルの製造工程の様々な段階において組み立てられたセルの概略構成の一例を示す断面図である。
【図5a】本発明の第一態様の第三実施形態に係るセルを提供するために、図１ａおよび１ｂを参照して示された方法に従って製造されたセルを適合させる方法の様々な段階において組み立てられたセルの概略構成の一例を示す断面図である。
【図5b】本発明の第一態様の第三実施形態に係るセルを提供するために、図１ａおよび１ｂを参照して示された方法に従って製造されたセルを適合させる方法の様々な段階において組み立てられたセルの概略構成の一例を示す断面図である。
【図5c】本発明の第一態様の第三実施形態に係るセルを提供するために、図１ａおよび１ｂを参照して示された方法に従って製造されたセルを適合させる方法の様々な段階において組み立てられたセルの概略構成の一例を示す断面図である。
【図5d】本発明の第一態様の第三実施形態に係るセルを提供するために、図１ａおよび１ｂを参照して示された方法に従って製造されたセルを適合させる方法の様々な段階において組み立てられたセルの概略構成の一例を示す断面図である。
【図5e】本発明の第一態様の第三実施形態に係るセルを提供するために、図１ａおよび１ｂを参照して示された方法に従って製造されたセルを適合させる方法の様々な段階において組み立てられたセルの概略構成の一例を示す断面図である。
【図5f】本発明の第一態様の第三実施形態に係るセルを提供するために、図１ａおよび１ｂを参照して示された方法に従って製造されたセルを適合させる方法の様々な段階において組み立てられたセルの概略構成の一例を示す断面図である。
【図6】本発明の第一態様の第四実施形態に係る第１の電気化学セルおよび第２の電気化学セルにおけるサイクル数と放電容量との関係を示すグラフであり、第１の電気化学セルは空気中で試験され、第２の電気化学セルはアルゴン雰囲気中で試験されたグラフである。
【図7a】本発明の第一態様の第五実施形態に係るセルの一部の概略構成の一例を示す平面図である。簡単のため、下に存在する構成要素が見えるように、セルのそれぞれの構成要素は透明に示されている。
【発明を実施するための形態】
【0070】
図１ａを参照すると、本発明の比較例に係るセルの製造の第１段階において、集電体層１２および保護カバー１０２を含むセルの構成要素のアセンブリが提供される。
【0071】
保護カバー１０２は、集電体層１２に直接隣接する電気絶縁性セラミックのパッシベーション層１４と、金属層１０６、１１０、１１４と交互に配置されたポリマー層１０４、１０８、１１２と、を含む。
【0072】
開口部１１６は、パッシベーション層１４に設けられる。パッシベーション層１４に直接隣接するポリマー層１０４は、パッシベーション層１４の開口部１１６を通って延在し、集電体層１２に接触する。
【0073】
集電体層１２は、白金、ニッケル、モリブデン、銅、窒化チタン、アルミニウム、金、およびステンレス鋼からなる群から選択される１つの材料によって形成されてよい。集電体層１２の第２の面（すなわち、パッシベーション層１４とは反対側の面）は、それらの間に電解質層８を有する第１の電極層６および第２の電極層１０を含むコア電池スタックに接触する。
【0074】
図１ｂを参照すると、本発明の比較例に係るセルの製造の第２段階において、集電体層１２の一部を露出させるように、パッシベーション層１４の開口部１１６の上に存在する保護カバー１０２の一部における厚さ方向の部分は、除去される。
【0075】
図１ｂに示される構成では、除去される厚さ方向の部分は、開口部１１６よりも広い領域をカバーするので、パッシベーション層１４の一部が露出される。しかし、他の構成では、除去される厚さ方向の部分は、パッシベーション層の開口部よりも狭い領域をカバーするので、集電体層１２の露出部分は、開口部内にあり、開口部の壁がポリマー層によって被覆されたままである。
【0076】
集電体層１２の露出部分は、外部装置へのセルの接続を可能にする接触パッドを提供してよい。通常、ワイヤを接触パッドにボンディングすることが必要である。
【0077】
しかしながら、この構成に従って配置された接触パッドを有する電気化学セルのサイクリング中に、接触パッドの外観に変化が現れる。これは、集電体層１２の露出面に反応生成物が存在するためと考えられる。これらの反応生成物は、ワイヤと接触パッドとの間の結合を妨げると考えられているため、電気化学セルを数サイクル使用しただけで電気的接続が失われることがある(ある場合、電気化学セルが、３サイクルしか経っていないだけで電気的接続が失われることがある)。
【0078】
接触パッド上での反応生成物の形成（すなわち、集電体層１２の露出面）は、集電体層１２の下に存在する電池スタックから接触パッドへの種の拡散によると考えられ、そこで、これらの種は周囲環境と反応する。
【0079】
図２を参照すると、本発明の第２の比較例に係る電気化学セル３２８は、基板３１４上に堆積された複数の層のスタックを含む。
【0080】
複数の層のスタックは、基板３１４に直接隣接して配置された接着層３１６、カソード集電体層３１８、カソード層３２０、電解質層３２２、アノード層３２４、アノード集電体層３２６が、この順に配置された複数の層を含む。
【0081】
複数の層のスタックの外面は、電気絶縁性のカプセル化層３３０によって覆われている。ただし、カプセル化層において厚さ方向に設けられる開口部３３２内に存在するアノード集電体層３２６の一部、およびカソード集電体層３１８の一部を除く。開口部３３２の形成に続いて、電気化学セル３２８の外面上に金属トラック層３３４が堆積される。
【0082】
金属トラック層３３４は、アノード集電体層３２６から基板３１４への導電経路を提供し、ここに接触パッドを設けてよい（図示せず）。接触パッドは、電気化学セル３２８を外部装置（図示せず）に接続することを可能にする。
【0083】
しかしながら、電気化学セルの動作中に、複数の層のスタック内の１つ以上の層が厚さの変化を受ける可能性が高い。例えば、電気化学セルがリチウムイオンセルである場合、アノード層は、電気化学セルの充電中に、リチウムイオンが埋め込まれるため、膨張する傾向がある。逆に、アノード層は、電気化学セルの放電中に、リチウムイオンが層を離れるため、収縮する傾向がある。
【0084】
電気化学セルの動作中における複数の層の体積のこれらの変化は、アノード集電体層３２６を基板３１４に接続する金属トラック層３３４の完全性に悪影響を及ぼすと考えられる。それゆえ、それが設けられる導電経路の信頼性が低下する。
【0085】
図３ａを参照すると、本発明の第一実施形態に係るセルの製造の第１段階において、集電体層１２、電気絶縁性セラミックのパッシベーション層１４、および第１のポリマー層１８を含むセルの構成要素のアセンブリが設けられる。パッシベーション層１４は、集電体層１２の第１の面上に配置される。第１のポリマー層１８は、集電体層１２とは反対側のパッシベーション層１４の面上に配置される。
【0086】
開口部１６は、パッシベーション層に設けられる。第１のポリマー層１８は、開口部１６を通って延在し、集電体層１２に接触する。
【0087】
集電体層１２は、白金、ニッケル、モリブデン、銅、窒化チタン、アルミニウム、金、およびステンレス鋼からなる群から選択される１つの材料によって構成されてよい。集電体層１２の第２の面（すなわち、パッシベーション層１４に対向する面）は、通常、コア電池スタック（図示せず）に接触し、コア電池スタックは、それらの間に電解質層が配置された第１の電極層および第２の電極層を含む。しかしながら、ある場合、電気化学セルは、最初、電気化学セルにおける集電体層１２と電解質層との間に電極層が設けられないように、製造されてよい（図示せず）。このような場合、電気化学セルは、通常、セルの最初の充電中に、電解質層と集電体層１２との間にリチウムアノード層が形成されるように構成される。
【0088】
パッシベーション層１４は、通常、セラミック材料、例えば、酸化アルミニウムおよび窒化アルミニウムからなる群から選択される１つの材料によって設けられる。特定の実施形態では、パッシベーション層は、約１．５μｍの厚さを有する。
【0089】
ある場合、第１のポリマー層１８は、パリレン（登録商標）などのポリ（ｐ－キシリレン）ポリマーによって構成されてよい。他の場合、ポリマー層は、フォトレジスト材料、すなわち、入射光に応答して化学変化を受ける材料によって構成されてよく、これらの化学変化は、特定の溶媒への溶解度を変化させる。フォトレジスト材料は、エポキシ樹脂を含んでよい。
【0090】
第１のポリマー層１８は、厚さが、通常、５μｍである（これは、パッシベーション層１４の上に存在する第１のポリマー層の部分の厚さを指す）。
【0091】
パッシベーション層１４の開口部１６は、通常、第１のポリマー層１８の堆積前にエッチングプロセスによって形成される。
【0092】
図３ｂを参照すると、電気化学セルの製造の第２段階では、図３ａに示されるセルの構成要素のアセンブリは、パッシベーション層１４の開口部１６の上に存在する第１のポリマー層１８の一部に開口部２０を形成するように変更される。これにより、集電体層１２の第１面の一部が露出する。
【0093】
開口部２０は、通常、フォトリソグラフィプロセスによって形成される。ある場合、このフォトリソグラフィプロセスは、第１のポリマー層１８の露出面上にフォトレジスト層を堆積させ、フォトレジスト層を、層の特定の部分内で化学変化を引き起こす光のパターンにさらすことを含んでよい。次に、溶媒（つまり、現像液）をフォトレジスト層に塗布してよい。その効果は、光パターンによって引き起こされる化学変化に応じて異なる（例えば、ポジ型フォトレジスト層は、ＵＶ光への露光後に現像液に溶解しやすくなるが、ネガ型フォトレジスト層は、ＵＶ光への露光後に現像液への溶解性が低くなる）。したがって、マスキング層は、第１のポリマー層１８の面上に設けられてよく、エッチングを実行して開口部２０を形成することが可能になる。
【0094】
しかしながら、第１のポリマー層１８がフォトレジスト材料によって提供される場合、開口部２０は、別個のマスキング層を設けることなく形成されてよい。開口部を形成するために、層は、光および溶媒に直接さらされてもよいからである。
【0095】
第１のポリマー層１８に形成された開口部２０は、通常、パッシベーション層１４に設けられた開口部１６よりも狭い。結果として、開口部１６の内面は、通常、第１のポリマー層１８の材料のコーティングで覆われる。
【0096】
図３ｃを参照すると、電気化学セルの製造の第３段階において、第１の導電層２２は、図３ｂに示されるセルの構成要素のアセンブリの露出面上に堆積される。第１の導電層２２は、図３ｂのアセンブリの露出面の外形に従っており、パッシベーション層１４に対向する第１のポリマー層１８の表面、開口部２０の内面、および開口部２０の形成中に露出した集電体層１２の一部を覆う。
【0097】
第１の導電層２２は、通常、窒化アルミニウムまたは窒化チタンを含む。第１の導電層は、通常、厚さが２００ｎｍである。第１の導電層２２がアルミニウム層によって形成される場合、第１の導電層２２の堆積は、通常、スパッタリングプロセスを含む。
【0098】
第１の導電層２２の堆積に続いて、第２のポリマー層２４は、第１の導電層２２の露出面上に堆積される。したがって、第２のポリマー層２４は、第１の導電層２２の露出面の外形に従う。第２のポリマー層２４は、通常、第１のポリマー層１８と同じ組成を有し、そして、通常、同じ厚さに堆積される。
【0099】
図３ｄを参照すると、電気化学セルの製造の第４段階において、図３ｃに示されるセルの構成要素のアセンブリが変更されて、第２のポリマー層２４に開口部２６が設けられる。開口部２６は、パッシベーション層１４の一部分の上にある第２のポリマー層２４の一部に形成される。開口部２６は、第２のポリマー層２４の厚さ方向における開口部であり、したがって、開口部を形成することは、第１の導電層２２の一部を露出させる効果を有する。
【0100】
開口部２６は、通常、図３ｂの開口部２０と同じ手順で形成される。
【0101】
図３ｅを参照すると、電気化学セルの製造の第５段階において、第２の導電層２８が、図３ｄに示されるセルの構成要素のアセンブリの露出面上に堆積される。第２の導電層２８は、図３ｄのアセンブリの露出面の外形に従う。第２の導電層２８は、通常、第１の導電層２２と同じ組成および厚さを有し、同じプロセスを使用して堆積される。ただし、常にそうであるとは限らない。
【0102】
第２の導電層２８の堆積後、第３のポリマー層３０は、第２の導電層２８の露出面上に堆積される。第３のポリマー層３０は、通常、第１のポリマー層１８および第２のポリマー層２４と同じ組成を有し、通常、同じ厚さに堆積される。
【0103】
図３ｆを参照すると、電気化学セルの製造の第６段階において、図３ｅに示されるセルの構成要素のアセンブリが変更されて、第３のポリマー層３０に開口部が設けられる。この開口部は、第３のポリマー層３０における厚さ方向の開口部であり、集電体層１２と位置合わせされた第２の導電層２８の露出部分を露出させる。第２の導電層２８の露出部分は、電気化学セルを外部装置に接続できるようにするための接触パッドを構成する。
【0104】
したがって、図３ａ～図３ｆを参照して説明したプロセスの結果として、集電体層１２の上に重なる保護カバーが設けられる。この保護カバーは、パッシベーション層１４と、第１の導電層２２および第２の導電層２８と略交互に配置された第１のポリマー層１８、第２のポリマー層２４、および第３のポリマー層３０によって構成される。一般的に、第２のポリマー層２４は、第１の導電層２２と第２の導電層２８との間に配置される。しかしながら、第１の導電層２２および第２の導電層２８は、それらの長さの領域２５に沿って一致し、この部分に沿って、２つの導電層は、第２のポリマー層２４によって分離されていない。
【0105】
導電層を堆積するステップ、ポリマー層を堆積するステップ、およびポリマー層に開口部を形成して導電層の一部を露出させるステップ（例えば、図３ｅおよび３ｆに示すように）は、所望の厚さおよび／またはバリア特性を有する保護カバーを形成するために必要なだけ繰り返されてよい。
【0106】
導電性材料（例えば、アルミニウム）とポリマー材料との交互層を設けることにより、（保護カバーの露出面から集電体層１２に向かう）電気化学セルへの水分の侵入が抑制されると考えられる。
【0107】
同時に、接触パッド３２と集電体層１２との間に導電経路が設けられる。この導電経路は、接触パッドから、第１の導電層２２および第２の導電層２８が一致する領域２５まで、第２の導電層２８をたどり、その後、第１の導電層２２から集電体層１２まで続く。
【0108】
図３ｆから分かるように、集電体層１２から接触パッド３２への導電経路は、直接的ではない。代わりに、導電経路は、自身で何度も増倍する。
【0109】
この曲がりくねった経路の構成は、集電体層１２の下に存在するコアバッテリスタックから接触パッド３２への種の拡散の程度を低減するのに役立つと考えられる。これは、外部装置への電気化学セルの接続を妨げる可能性のある接触パッド３２での反応生成物の形成を妨げるのに役立つと考えられる。
【0110】
図４ａを参照すると、本発明の第二実施形態に係る電気化学セルの製造の第１段階において、集電体層１２、電気絶縁性セラミックのパッシベーション層２１４、および第１のポリマー層２１８を含むセルの構成要素のアセンブリが提供される。パッシベーション層２１４は、集電体層１２の第１の面上に配置される。第１のポリマー層２１８は、集電体層１２に対向するパッシベーション層２１４の面上に配置される。
【0111】
１つまたは複数の電極層および／または電解質層（図示せず）は、パッシベーション層１４とは反対の集電体層１２の側に配置される。
【0112】
パッシベーション層２１４は、組成および厚さが、通常、図３ａ～図３ｆに示されるパッシベーション層１４と同じである。第１のポリマー層２１８は、通常、図３ａ～図３ｆに示される第１のポリマー層１８と同じ組成を有し、５μｍの厚さを有する。
【0113】
パッシベーション層２１４と接触する集電体層１２の面の複数の露出部分２２０が露出されるように、複数の開口部は、パッシベーション層２１４および第１のポリマー層２１８の厚さ方向に設けられる。
【0114】
図４ｂを参照すると、電気化学セルの製造の第２段階において、第１の導電層２２２は、図４ａに示されるセルの構成要素のアセンブリの露出面上に堆積される。第１の導電層２２２は、図４ａのアセンブリの露出面の外形に従う。したがって、第１の導電層は、集電体層１２の露出部分２２０で集電体層１２上に直接堆積される。
【0115】
第１の導電層２２２は、通常、図３ｅおよび３ｆに示される第１の導電層２２および第２の導電層２８と同じ組成および厚さを有するが、常にそうであるとは限らない。
【0116】
図４ｃを参照すると、電気化学セルの製造の第３段階において、第２のポリマー層２２４は、図４ｂに示されるセルの構成要素のアセンブリの露出面上に堆積される。第２のポリマー層２２４は、通常、第１のポリマー層２１８と同じ組成を有し、同じ厚さに堆積される。第２のポリマー層２２４の堆積に続いて、第１の導電層における複数の露出部分２２６を構成するために、複数の開口部は、この層の厚さ方向において、形成される。複数の開口部は、図３ｂに関連して説明したように、フォトリソグラフィプロセスによって形成されてよい。第１の導電層２２２における複数の露出部分２２６は、それぞれ、集電体層１２とは反対側に面する表面を有する。第１のポリマー層２１８のそれぞれの部分は、第１の導電層２２２のそれぞれの露出部分２２６とパッシベーション層２１４との間にある。
【0117】
図４ｄを参照すると、電気化学セルの製造の第４段階において、第２の導電層２２８は、図４ｃに示されるセルの構成要素のアセンブリの露出面上に堆積される。第２の導電層２２８は、図４ｃのアセンブリの露出面の外形に従う。したがって、第２の導電層２２８は、第１の導電層２２２の複数の露出部分２２６で第１の導電層２２２上に直接堆積される。
【0118】
第２の導電層２２８は、通常、第１の導電層２２２と同じ組成および厚さを有するが、常にそうであるとは限らない。
【0119】
図４ｅを参照すると、電気化学セルの製造の第５段階において、第３のポリマー層２３０は、図４ｄに示されるセルの構成要素のアセンブリの露出面上に堆積される。第３のポリマー層２３０は、通常、第１のポリマー層２１８と同じ組成を有し、同じ厚さに堆積される。第３のポリマー層２３０の堆積に続いて、第２の導電層２２８における複数の露出部分２３２を構成するために、複数の開口部は、この層の厚さ方向において、形成される。複数の開口部は、図３ｂに関連して説明したように、フォトリソグラフィプロセスによって形成されてよい。第２の導電層２２８の露出部分２３２は、それぞれ、集電体層１２とは反対側に面する表面を有する。第２のポリマー層２２４のそれぞれの部分は、第２の導電層２２８のそれぞれの露出部分２３２とパッシベーション層２１４との間にある。
【0120】
第２の導電層２２８の露出部分２３２は、それぞれ、接触パッドを構成し、電気化学セルを外部装置に接続できるようにする。
【0121】
導電性材料（例えば、アルミニウム）とポリマー材料の交互層を構成することによって、保護カバー２３４は、保護カバー２３４の露出面から集電体層１２に向かって電気化学セル内への水分の侵入を阻止するのに役立つように形成されると考えられる。
【0122】
例えば、図４ｄおよび４ｅを参照して説明したように、導電層を堆積するステップ、ポリマー層を堆積するステップ、およびポリマー層に開口部を形成するステップは、所望の厚さの保護カバーを構築するために、必要に応じて繰り返されてよい。
【0123】
同時に、それぞれの接触パッド（第２の導電層２２８のそれぞれの露出部分２３２）と集電体層１２との間に複数の導電経路が設けられる。これらの導電経路は、接触パッドから第１の導電層２２２および第２の導電層２２８が一致する領域まで第２の導電層２２８をたどり、続いて、第１の導電層２２２をたどって集電体層１２に至る。
【0124】
複数の接触パッド、およびそれぞれの接触パッドを集電体層１２に接続する複数の導電経路を設けることにより、電気化学セル内に冗長性がもたらされる。これにより、接触パッドと集電体層１２との間の単一の導電経路が機能しなくなった場合でも、電気化学セルを外部装置に接続し続けることが可能になる。
【0125】
図４ｅから分かるように、集電体層１２から第２の導電層２２８の露出部分２３２に設けられた接触パッドまでの導電経路は、いずれも直接的ではない。代わりに、それぞれの導電経路は、少なくとも１回は９０°方向を変え、場合によっては、導電経路は、２倍になってもよい。このような経路の提供は、集電体層１２の下に存在する電極層または電解質層から、第２の導電層２２８の露出部分２３２によって提供される接触パッドへの種の拡散の程度を低減するのに役立つと考えられる。これは、外部装置への電気化学セルの接続を妨げる可能性のある接触パッドでの反応生成物の形成を妨げるのに役立つと考えられている。
【0126】
図５ａを参照すると、図１ｂに示されるものに対応するセルの構成要素のアセンブリが提供される（簡単のため、第１の電極層６、第２の電極層１０、および電解質層８を含む図１ｂのコア電池スタックは、示されていない）。すなわち、集電体層１２は、その第１の面上に配置された保護カバー１０２を有し、保護カバー１０２は、金属層１０６、金属層１１０、金属層１１４と交互に配置されたポリマー層１０４、ポリマー層１０８、ポリマー層１１２だけでなく、集電体層１２に直接隣接する電気絶縁性セラミックのパッシベーション層１４を含む。
【0127】
厚さ方向における開口部は、保護カバー１０２に設けられ、集電体層１２の露出面１１８が露出する。電気化学セルを外部装置に接続するための接触パッドが設けられてよい。
【0128】
【0129】
図５ｂを参照すると、図５ａのアセンブリを適応させる第１のステップにおいて、第１の導電層１２０が堆積され、第１の導電層１２０は、保護カバー１０２に設けられた厚さ方向における開口部の内面だけでなく、集電体層１２の露出面１１８も覆う。これは、保護カバー１０２に設けられた厚さ方向における開口部の内面を密封するのを助け、複数の層の間の大気成分の侵入を阻止する。
【0130】
図５ｃを参照すると、図５ａのアセンブリを適合させる第２のステップにおいて、集電体層１２の表面およびパッシベーション層１４に設けられた開口部の内面に接触する第１の導電層１２０の一部は、例えば、エッチングプロセスによって除去される。これにより、集電体層１２と保護カバー１０２内の金属層との間の短絡の危険性が低減される。
【0131】
図５ｄを参照すると、図５ａのアセンブリを適合させる第３のステップにおいて、第１のポリマー層１２２は、図５ｃに示されるセルの構成要素のアセンブリの露出面上に堆積され、続いて、エッチングされて集電体層１２の表面を露出させる。
【0132】
図５ｅを参照すると、図５ａのアセンブリを適合させる第４のステップにおいて、第２の導電層１２４は、図５ｄに示されるセルの構成要素のアセンブリの露出面上に堆積される。第１のポリマー層１２２は、第１の導電層１２０と第２の導電層１２４との間に電気絶縁層を構成する。
【0133】
図５ｆを参照すると、図５ａのアセンブリを適応させる第５のステップにおいて、第２のポリマー層１２６は、図５ｅに示されるセルの構成要素のアセンブリの露出面上に堆積される。次に、保護カバー１０２の外面上の第２のポリマー層１２６の一部に、厚さ方向における開口部が設けられる。この開口部は、接触パッド１２８を提供するために、第２の導電層１２４の一部を露出させる。
【0134】
図６を参照すると、曲線Ａおよび曲線Ｂは、本発明の第一態様の第四実施形態に係るセルにおけるサイクル数と放電容量との関係を示している。曲線Ａは、空気中で実施された試験から得られ、曲線Ｂは、アルゴン雰囲気中で実施された試験から得られた。グラフからわかるように、どちらの場合も同様の容量損失が観察され、保護カバーが電気化学セルの活性層を、湿気およびその他の大気成分から保護するのに効果的であることを示している。
【0135】
図７ａおよび７ｂを参照すると、電気化学セル４００は、カソード集電体層４１２、カソード層４１４、電解質層４１６、アノード層４１８、およびアノード集電体層４２０が順に積層された基板４１０を有する。（簡単のため、基板４１０、アノード層４１８、およびアノード集電体層４２０は、図７ａには示されていない）。カソード集電体層４１２およびカソード層４１４は、電気化学セルの角部分４３４に完全には延在しないため、該角部分では、電解質層４１６は、基板４１０と直接接触している。
【0136】
図７ｂに示すように、電気化学セルは、さらに保護カバー４２１を含み、保護カバー４２１は、アノード集電体層４２０に直接隣接する電気絶縁性のパッシベーション層４２２、一般的に、ポリマー層と金属層とが交互に積層されたスタック４２４（簡単のため、個々の金属層およびポリマー層は示されていない）として示される交互ポリマー層および金属層のスタック、ならびに外側ポリマー層４３０を含む。
【0137】
電気化学セル４００の角部分４３４には開口部４２８が設けられており、この開口部は、ポリマー層と金属層とが交互に積層されたスタック４２４、および電気絶縁性のパッシベーション層４２２（簡単のため、開口部４２８の内壁の構成の詳細は示さないが、これらは図５ｆに示されるものと略同様である）を貫通している。導電性トレース４２６は、ポリマー層と金属層とが交互に積層されたスタック４２４の上に存在し、開口部４２８において、アノード集電体層４２０に接触する。
【0138】
図７ａおよび７ｂを参照して示されるように、導電性トレース４２６は、開口部４２８の位置に、第１の円形部分４２６ａ、ポリマー層と金属層とが交互に積層されたスタック４２４の上に存在する第２の円形部分４２６ｂ、ならびに、第１の円形部分および第２の円形部分を接続する３つの脚部４２６ｃ、４２６ｄ、４２６ｅを含む。
【0139】
外側ポリマー層４３０は、ポリマー層と金属層とが交互に積層されたスタック４２４および導電性トレース４２６の上に存在し、外側ポリマー層４３０は、導電性トレース４２６の第２の円形部分４２６ｂの上に存在する領域に開口部４３２を含む。
【0140】
開口部４３２の位置における導電性トレース４２６の露出部分は、電気化学セルを外部装置に接続できるようにする接触パッドを構成する。
【0141】
開口部４２８は、電気化学セル４００の角部分４３４に設けられているので、カソード層４１４の上に重なっていない。これは、開口部４２８の位置での導電性トレース４２６の亀裂を防止するのに役立つと考えられる。そして、これは、カソード層４１４から開口部４２８への荷電種(例えば、リチウム)の移動によって発生する可能性がある。
【0142】
第１の円形部分４２６ａおよび第２の円形部分４２６ｂを接続する３つの脚部４２６ｃ、４２６ｄ、４２６ｅを有する導電性トレース４２６を提供することによって、脚部４２６ｃ、４２６ｄ、４２６ｅのうちの１つまたは２つが故障した場合でも、第１の円形部分４２６ａと第２の円形部分４２６ｂとの間の電気接続を維持することができる。導電性トレース４２６の厚さは、わずか約２００ｎｍであり、例えば、開口部４２８の内壁と、ポリマー層と金属層とが交互に積層されたスタック４２４と、の間の端部で足が傷つきやすいので、この冗長性は有益である。より厚い導電性トレース４２６の使用は望ましくない。なぜなら、導電性トレース４２６は、導電性材料の層を堆積させ、それをエッチングして必要な構成を設けることによって形成されるからである。エッチング中は、電気化学セルの異なる部分間に短絡を引き起こす可能性のある残留する導電性材料を残さないように注意する必要があり、そして、これは、より厚いトレースではより困難となる。
【0143】
誤解を避けるため、「上に存在する」、「上に存在する」、「下に存在する」、および「下に存在する」という用語は、組み立てられたセルの構成要素が図１－図５ｆおよび図７ｂに示されるように配置されている場合におけるセルの構成要素の相対的な位置を指す。
【符号の説明】
【0144】
６ 第１の電極層
８ 電解質層
１０ 第２の電極層
１２ 集電体層
１４ パッシベーション層
１６ 開口部
１８ 第１のポリマー層
２０ 開口部
２２ 第１の導電層
２４ 第２のポリマー層
２５ 領域
２６ 開口部
２８ 第２の導電層
３０ 第３のポリマー層
３２ 接触パッド
１０２ 保護カバー
１０４ ポリマー層
１０６ 金属層
１０８ ポリマー層
１１０ 金属層
１１２ ポリマー層
１１４ 金属層
１１６ 開口部
１１８ 露出面
１２０ 第１の導電層
１２２ 第１のポリマー層
１２４ 第２の導電層
１２６ 第２のポリマー層
１２８ 接触パッド
２１４ パッシベーション層
２１８ 第１のポリマー層
２２０ 露出部分
２２２ 第１の導電層
２２４ 第２のポリマー層
２２６ 露出部分
２２８ 第２の導電層
２３０ 第３のポリマー層
２３２ 露出部分
２３４ 保護カバー
３１４ 基板
３１６ 接着層
３１８ カソード集電体層
３２０ カソード層
３２２ 電解質層
３２４ アノード層
３２６ アノード集電体層
３２８ 電気化学セル
３３０ カプセル化層
３３２ 開口部
３３４ 金属トラック層
４００ 電気化学セル
４１０ 基板
４１２ カソード集電体層
４１４ カソード層
４１６ 電解質層
４１８ アノード層
４２０ アノード集電体層
４２１ 保護カバー
４２２ 電気絶縁パッシベーション層
４２４ ポリマー層と金属層とが交互に積層されたスタック
４２６ 導電性トレース
４２６ａ 第１の円形部分
４２６ｂ 第２の円形部分
４２６ｃ 脚部
４２６ｄ 脚部
４２６ｅ 脚部
４２８ 開口部
４３０ 外側ポリマー層
４３２ 開口部
４３４ 角部分
８ 電解質層
１０ 第２の電極層
１２ 集電体層
１４ パッシベーション層
１６ 開口部
１８ 第１のポリマー層
２０ 開口部
２２ 第１の導電層
２４ 第２のポリマー層
２５ 領域
２６ 開口部
２８ 第２の導電層
３０ 第３のポリマー層
３２ 接触パッド
１０２ 保護カバー
１０４ ポリマー層
１０６ 金属層
１０８ ポリマー層
１１０ 金属層
１１２ ポリマー層
１１４ 金属層
１１６ 開口部
１１８ 露出面
１２０ 第１の導電層
１２２ 第１のポリマー層
１２４ 第２の導電層
１２６ 第２のポリマー層
１２８ 接触パッド
２１４ パッシベーション層
２１８ 第１のポリマー層
２２０ 露出部分
２２２ 第１の導電層
２２４ 第２のポリマー層
２２６ 露出部分
２２８ 第２の導電層
２３０ 第３のポリマー層
２３２ 露出部分
２３４ 保護カバー
３１４ 基板
３１６ 接着層
３１８ カソード集電体層
３２０ カソード層
３２２ 電解質層
３２４ アノード層
３２６ アノード集電体層
３２８ 電気化学セル
３３０ カプセル化層
３３２ 開口部
３３４ 金属トラック層
４００ 電気化学セル
４１０ 基板
４１２ カソード集電体層
４１４ カソード層
４１６ 電解質層
４１８ アノード層
４２０ アノード集電体層
４２１ 保護カバー
４２２ 電気絶縁パッシベーション層
４２４ ポリマー層と金属層とが交互に積層されたスタック
４２６ 導電性トレース
４２６ａ 第１の円形部分
４２６ｂ 第２の円形部分
４２６ｃ 脚部
４２６ｄ 脚部
４２６ｅ 脚部
４２８ 開口部
４３０ 外側ポリマー層
４３２ 開口部
４３４ 角部分
【図1a】
【図1b】
【図2】
【図3a】
【図3b】
【図3c】
【図3d】
【図3e】
【図3f】
【図4a】
【図4b】
【図4c】
【図4d】
【図4e】
【図5a】
【図5b】
【図5c】
【図5d】
【図5e】
【図5f】
【図6】
【図7a】
【図7b】
【国際調査報告】