[发明专利]形成薄膜锂离子电池的方法有效
申请号: | 201010535489.4 | 申请日: | 2010-11-04 |
公开(公告)号: | CN102055021A | 公开(公告)日: | 2011-05-11 |
发明(设计)人: | 皮埃尔·布伊隆;戴尔芬·盖伊-博伊索 | 申请(专利权)人: | 意法半导体(图尔)公司 |
主分类号: | H01M10/058 | 分类号: | H01M10/058;H01M4/139;H01M10/0525;H01M4/66 |
代理公司: | 北京安信方达知识产权代理有限公司 11262 | 代理人: | 张春媛;阎娬斌 |
地址: | 法国*** | 国省代码: | 法国;FR |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 形成 薄膜 锂离子电池 方法 | ||
技术领域
本发明涉及一种形成薄膜锂离子电池的方法。更具体地说,本发明涉及形成这种电池的方法。
背景技术
锂离子型电池是由阴极层、电解质层和阳极层的叠层形成。在电池充电期间,锂离子从阴极移动到阳极,而在电池放电期间,锂离子从阳极移动到阴极。
阴极层、电解质层和阳极层的材料根据通过电池希望获得的电压和其所需应用进行选择。特别是,对于诸如电话或计算机的便携设备中的数据备份/保留用途,所提供的电池通常供给小于2V的电压。为获得该电压,供给范围在4V和4.5V之间的电压的电池可以与电压递降电路一起使用。这种电池例如包含锂钴氧化物阴极(LiCoO2)。也可以使用提供小于3V电压的电池,例如包含基于钛氧硫化物(TiOS)的阴极的电池。在本文中考虑后一种电池。
图1图示了形成于薄层内的锂离子型电池的实施例。
该电池形成在覆盖有薄绝缘层12的基材10上,该薄绝缘层例如由氧化硅、四氮化三硅或这些材料的叠层形成。在绝缘层12的表面形成阴极集电极层14,该阴极集电极层例如由钛制成。层14包括在区域A内的第一部分,在其表面形成电池的活性叠层。层14包括用于在其表面上容纳电触点的第二部分。
在活性层A内,在层14的表面形成阴极层16。举例来说,层16可以由TiOS制成,TiOS是能够插入锂离子的材料。在层16的表面形成电解质层18,例如,锂磷氧氮化物(LiPON)。在所示的实施例中,层18从层16的一个侧面上延伸到与绝缘层12接触。层18也在层14上沿着层16的轮廓延伸。
在电解质层18的表面形成阳极层20,该阳极层例如由硅或锗制成。这种非晶体材料在电池运转期间在穿过它们的锂的影响下具有变为导电的特性,锂与硅或锗短暂地结合。
在阳极层20的表面形成阳极集电极层22,该阳极集电极层22例如由钛制成。在所示的实施例中,层22在层20上和在电解质层18的延伸部分上延伸,从而到达绝缘层12的表面。层22在绝缘层12上的延伸部分能够形成阳极触点。应当注意到,除了它们的电功能之外,钛层14和20也成为防止锂扩散的阻挡层。
在所示的实施例中,触点焊盘24和26在绝缘层12的表面形成的层14和22的延伸部分上形成。通常,触点元件例如导线或焊料块然后形成在触点焊盘24和26上,或直接形成在层14和22的延伸部分上。接着钝化层形成在整个设备上。应当注意,如果没有提供层22的延伸部分,触点焊盘26也可以形成在层16、18、20和22的叠层的表面上。
诸如图1中的、具有由TiOS制成的层16的、与锂离子相关的结构通常按照如下所述形成。通过适合的掩模或通过整个板层的蚀刻,在绝缘层12的表面形成阴极集电极层14。然后,在阴极集电极层的表面形成TiOS层。通过锂的直接热金属蒸发,将这个层变成LiTiOS层,从而成为阴极层16。接着,通过适合的掩模或通过蚀刻,在阴极层16的表面形成层18、20和22。
通过上述方法插入锂不能形成优质的阴极层16。这种品质缺陷被认为源于下述事实,即在这个步骤期间和在接下来的例如形成焊料块的加热步骤中,锂的含硫化合物比如Li2S、Li2SO3或Li2SO4形成在TiOS层的表面和穿过TiOS层的体积。这种化合物降低了阴极层的品质,并因而降低了电池的性能。
因而需要一种方法,其形成包含品质改善的LiTiOS阴极层的薄膜锂离子型电池。
发明内容
本发明的实施方式的一个目的是提供一种形成薄膜锂离子型电池的方法,其能够克服已知方法的缺陷。
因而,本发明的一个实施方式提供一种形成集成锂离子型电池的方法,其包括如下连续步骤:在基材上,形成电池的能容纳锂离子的材料制成的阴极层、电解质层和阳极层的叠层;在阳极层和阴极层之间形成短路;进行锂的热蒸发;和断开阳极层和阴极层之间的短路。
按照本发明的一个实施方式,该方法包括在叠层下基材上形成阴极集电极层的准备步骤,阴极集电极层包括形威用于容纳阴极接头的第一焊盘和用于容纳阳极接头的分离的第二焊盘,阳极层和阴极层之间的短路通过在第一和第二焊盘之间延伸的导电带形成,阳极层一直延伸到第二焊盘。
按照本发明的实施方式,断开短路的步骤通过进行光刻或由激光切割该导电带进行。
按照本发明的实施方式,该方法进一步包括,在蒸发步骤之后,形成阳极集电极层的步骤和在该结构上形成钝化层的步骤。
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