[发明专利]具有板形分立元件的电存储系统、板形分立元件、其制造方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及具有板形分立元件的电存储系统、板形分立元件、其制造方法及其应用。

背景技术

长久以来，电存储系统是已知的，其尤其包括电池，但是也包括具有高能量密度的电容器，其也称为超级电容器。尤其所谓的锂离子电池由于借助其能够实现高的能量密度，因此讨论过其在例如电动汽车这样的新兴领域中的应用，但是近年来也有将其应用在例如智能电话或笔记本电脑这样的便携式设备中的讨论。对此，这种传统的可重复充电的锂离子电池的主要特征尤其是，使用有机的基于溶剂的液态电解质。但是该液态电解质可燃，并且因此在无限制地使用所述锂离子电池时造成安全隐患。一种可能性是，用固态电解质取代有机电解质。但是，这种固态电解质的传导性通常明显低于相应的液态电解质，即，比相应的液态电解质低多个数量级。然而为了能够获得可接受的传导性并且能够利用可重复充电的锂离子电池的优点，目前这种固态电池尤其制造成所谓的薄膜电池(TFB)或薄膜存储元件形式。其尤其应用在移动领域，例如所谓的智能卡、医疗技术和传感技术以及智能电话和要求智慧型的、小型化的、甚至挠性能源的其他移动式应用。

US2008/0001577描述了一种锂基的示例性的薄膜存储元件，并且其通常由基板构成，在第一涂层步骤中，在基板上涂敷用于两个电极的导电的集电极。然后在进一步的制造过程中，首先将阴极材料沉积在用于阴极(通常为锂钴氧化物LCO)的集电极上。在下一步骤中，沉积固态电解质，其通常是由锂、氧、氮和磷构成的无定形材料并且成为LiPON。在下一步骤中沉积阳极材料，使得其与基板、用于阳极的集电极以及固态电解质相结合。作为阳极材料尤其使用金属锂。如果将两个集电极导电连接，在带电状态下锂离子通过固体离子导体从阳极朝阴极游移，这通过两个集电极的导电连接引起从阴极至阳极的电流。反之，在不带电的状态下，可通过施加外部电压迫使离子从阴极朝阳极游移，由此对电池充电。

US2001/0032666A1例如描述了另一薄膜存储元件，并且其同样包括基板，在基板上沉积不同的功能层。

为这种薄膜存储元件沉积的层通常的层厚在小于等于20μm的范围中、通常小于10μm、甚至小于5μm；对此，层结构的总厚度可为100μm或更小。

在该申请的框架中，薄膜存储元件例如是指可重复充电的锂基的薄膜存储元件和超级电容器；但是，本发明并非仅限于这种系统，而是也可应用在其他的薄膜存储元件中、例如可重复充电的和/或印刷薄膜电池中。

在此通常通过复杂的涂层方法来制造薄膜存储元件，该涂层方法也包括对各个材料的结构化沉积。对此，可能对具体的薄膜存储元件进行非常复杂的结构化，例如可从美国专利US7494742B2中获悉。此外，在通过使用金属锂作为阳极材料的锂基的薄膜存储元件中由于金属锂很强的反应性会造成特别的困难。由此必须在尽可能无水的条件下处理金属锂，因为否则其会反应成为氢氧化锂并且失去作为阳极的功能。锂基的薄膜存储元件也必须相应地通过封装被保护，以防止湿气影响。

US7494742B2描述了用于对薄膜存储元件的不稳定组成部分(例如锂或确定的锂化合物)进行保护的这种封装。通过涂层或具有不同涂层的系统来执行封装功能，该涂层在电池的整个结构中还能满足其他功能。

此外，例如在文献US2010/0104942A1中描述，在锂基的薄膜存储元件的制造条件下、尤其在对于形成适用于锂插入作用的晶体结构所必须的所谓的退火或回火步骤中会出现，移动的锂离子与基板不期望地副作用，因为锂具有较高的移动性并且在常见的材料中易于扩散。

薄膜存储元件的另一难题在于使用的基板材料。现有技术描述了多种不同的基板材料，例如硅、云母、不同的金属以及陶瓷材料。也多次提及玻璃的应用，但是基本未给出玻璃的具体组成或具体特性。

US2001/0032666A1描述了一种电容器状的储能器，其也可是锂离子电池。作为基板材料尤其在此是指半导体。

US6906436B2描述了一种固体电池，其例如可使用金属薄膜、半导体材料或塑料薄膜作为基板材料。

US6906436B2描述了多种可能的基板材料，例如金属或金属涂层、半导体材料或如蓝宝石、陶瓷或塑料这种绝缘体。对此可采用基板的不同几何结构。

US7494742B2尤其描述了金属、半导体、硅酸盐和玻璃以及无机或有机的聚合物作为基板材料。

US7211351B2将金属、半导体或绝缘材料及其组合物称为基板。

US2008/0001577A1将半导体、金属和塑料称为基板。