專利名稱：電化學能量源、電子設備和制造這種電化學能量源的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電化學能量源，其包括基板；沉積到所述基板
上的至少一個層疊，所述層疊包括陽極、陰極以及分隔所述陽極與所
述陰極的中間電解質(zhì)；以及沉積在所述基板與所述陽極之間的至少一 個電子傳導勢壘層，所述勢壘層被適配成至少充分防止所述層疊的活 性粒子擴散到所述基板中。
背景技術：
基于固態(tài)電解質(zhì)的電化學能量源在本領域內(nèi)是已知的。這些(平 面)能量源(或者"固態(tài)電池，，)高效地把化學能轉(zhuǎn)換成電能，并且 可以被用作便攜式電子設備的電源。在小尺度下，所述電池可以被用 于給例如微電子模塊(更具體來說是給集成電路UC))提供電能。 在國際專利申請W02005/027245中/〉開了所述電池的一個例子，其中 把固態(tài)薄膜電池(特別是鋰離子電池)直接制造到結(jié)構(gòu)化硅基板上， 所述結(jié)構(gòu)化硅基板配備有多道狹縫或溝槽，在其中接連沉積電子傳導 勢壘層以及硅陽極、固態(tài)電解質(zhì)和陰極的層疊。所述狹縫或溝槽被提 供在所述基板中，以便增大所述層疊的不同組件之間的接觸表面積， 從而提高所述電池的額定容量。所述結(jié)構(gòu)化基板可以包括一個或多個 電子組件，從而形成所謂的芯片上系統(tǒng)。所述勢壘層被適配成反制嵌 入鋰到所述基板中的擴散，所述擴散將導致所述電化學源的顯著減少 的存儲容量。雖然上述已知的電池與傳統(tǒng)的固態(tài)電池相比展現(xiàn)出通常 更優(yōu)越的性能，但是所述已知的電池也有幾個缺陷。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)所述已 知的電池的一個重要缺陷在于其生產(chǎn)率相對較差，這是由于存在用于 把所述勢壘層、陽極、電解質(zhì)以及陰極接連地沉積在所述基板的所述 狹縫和溝槽中的所述相對關鍵的沉積步驟。因此，用于制造所述已知
的電池的相對復雜的制造工藝通常將導致所述已知的電池的相對較高 的成本價格。所述已知的電池的另一個重要缺陷在于，由于所述陽極 的厚度有限，可以被存儲在所述陽極中的最大能量相對較低。由于硅 陽極在鋰嵌入時膨脹大約400%,所述陽極層的厚度^t限制到100nm。
5如果應用了其層厚度超出該值的陽極層，該相對較厚的陽極通常將由 于在所述陽極的膨脹期間的所述陽極內(nèi)的材料應力而破裂。
本發(fā)明的一個目的是提供一種不會遭受至少其中一個上述缺陷的 改進的電化學能量源。

發(fā)明內(nèi)容
可以通過提供一種根據(jù)序言的電化學能量源來實現(xiàn)所述目的，其 特征在于，所述層疊和所述勢壘層被施加到所述基板的基本上平坦的 接觸表面上，并且所述陽極和所述陰極的至少其中之一配備有至少一 個材料應力減小空腔。由于所述勢壘層和層疊被沉積到所述基板的相 對平坦且平滑的接觸表面上(其中所述基板未配備諸如狹縫或溝槽之 類的空腔)，因此可以大大方便用于把根據(jù)本發(fā)明的電化學能量源的 不同層沉積到所述基板上的沉積工藝。由于所述沉積步驟遠遠沒有那 么關鍵，因此可以相對快速地制造根據(jù)本發(fā)明的電化學能量源，這對 于所述能量源的成本價格是有利的。此外，通過提供一個或多個適于
力減小空腔，可以在所述層疊內(nèi)應用相對較厚的陽極層(超過100nm) 和陰極層，而不容易導致所述陽極和/或陰極在該陽極和/或陰極的膨 脹期間發(fā)生惡化。這樣可以按照相對簡單的方式增大根據(jù)本發(fā)明的電 化學能量源的每單位面積的能量密度，而無需(按照傳統(tǒng)方法)把幾 個電池層疊彼此堆積，后一種工藝相對較困難且昂貴。根據(jù)本發(fā)明的 電化學能量源的陽極和/或陰極的厚度(從而設計)沒有那么關鍵，其 另一個重要優(yōu)點在于，這種電化學能量源的設計自由度比現(xiàn)有技術所 提供的自由度高很多。雖然預期通常至少為所述陽極提供一個或多個 材料應力減小空腔，本領域技術人員還可以設想為所述陰極提供一個 或多個材料應力減小空腔。在這后一種情況下，通常將在沉積所述陽 極之前沉積所述陰極，其中所述陽極在沉積之后將單獨連接到所述基 板。因此，常規(guī)的層疊(陽極指向所述基板)以及反向?qū)盈B(陰極指 向所述基板)都可以被合并在根據(jù)本發(fā)明的電化學能量源中。因此， 下文中描述的包括配備有至少一個材料應力減小空腔的陽極的根據(jù)本 發(fā)明的電化學能量源的實施例可以很容易地被修改成其中所述陰極配 備有至少一個材料應力減小空腔的相應實施例。為了盡可能地減小所述陽極內(nèi)的材料應力(特別是在所述陽極的 膨脹期間)，為所述陽極配備多個材料應力減小空腔通常是有利的。 這樣就可以按照相對高效并且通常相對均勻的方式抵消特別由于活性 粒子的嵌入所導致的所述陽極的膨脹。
所述一個或多個材料應力減小空腔的定位取決于多種情況，其中 包括所述陽極的尺寸、形狀和材料、所述空腔的尺寸和形狀以及被應 用于所述層疊的嵌入機制。在一個優(yōu)選實施例中， 一個或多個空腔基 本上被所述陽極完全封閉，從而形成孔隙。在所述陽極內(nèi)應用空隙通 常將為所述陽極提供一定程度的彈性以便抵消所述陽極的膨脹。在所 述(泡沫狀)陽極的膨脹期間，所述空隙通常將被膨脹的陽極材料所 填充，其結(jié)果是可以把膨脹期間在所述陽極內(nèi)的材料應力的累積保持 到最低限度。所應用的空隙可以由相對較小的開放式單元形成，所述 開放式單元可以在所述陽極的制造期間生成。
在一個替換的優(yōu)選實施例中，所述陽極至少部分地被所述空腔穿 孔。所述穿孔可以由線性的或非線性的通道形成，所述通道通常基本 上從所述陽極的一個表面延伸到另一個表面(特別是所述陽極的相對 表面)。所述通道的定向可以是基本上水平(與所述基板平行)、基 本上垂直(與所述基板垂直)、基本上對角(與所述基板圍成一個角 度)或者可以是其他定向。
在一個優(yōu)選實施例中，所述空腔的至少一部分在指向所述電解質(zhì) 的所述陽極的一個接觸表面內(nèi)被定向。如上所述，這些空腔可以由通 道形成或者由開放式表面孔隙形成。通過為指向所述電解質(zhì)的所述陽 極的所述接觸表面提供一個或多個空腔，該接觸表面將變?yōu)楸荒Ｖ苹?結(jié)構(gòu)化。在一個特定的優(yōu)選實施例中，所述(表面)空腔可以由狹縫 或溝槽形成。通過應用所述陽極的模制的接觸表面區(qū)域不僅會增大所 述陽極的容量以便補償所述陽極材料的膨脹，而且還可以增大所述陽 極與所述電解質(zhì)之間的接觸表面積。按照這種方式，可以在所述陽極 與所述電解質(zhì)之間獲得增大的每單位體積的接觸表面。根據(jù)本發(fā)明的 能量源的各組件之間的(多個)接觸表面的這種增大通常會導致所述 能量源的額定容量提高，從而獲得所述能量源的更好的容量(這是由 于對所述能量源的各層的體積進行了最優(yōu)利用)。按照這種方式，所 述能量源中的功率密度可以被最大化并且從而被優(yōu)化。所述陽極的所
7述接觸表面的結(jié)構(gòu)的性質(zhì)、形狀和規(guī)格可以是任意的。在一個特定的 優(yōu)選實施例中，所述電解質(zhì)的至少 一部分被沉積到所述狹縫的至少一 部分內(nèi)，以便增大所述陽極與所述電解質(zhì)之間的接觸表面積。在一個 替換的優(yōu)選實施例中，所述空腔一起提供指向所述電解質(zhì)的所述陽極 的所述接觸表面的柱狀結(jié)構(gòu)。在該實施例中，所述空腔彼此互連，從 而所述陽極的所述接觸表面的剩余部分限定一個柱狀結(jié)構(gòu)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn) 柱狀結(jié)構(gòu)具有有利的表面-體積比例?？梢酝ㄟ^優(yōu)化將要應用的柱狀 物的數(shù)目以及所述柱狀物的直徑和高度來優(yōu)化所述表面-體積比例。
可以通過特定的蝕刻技術(其也被稱作"島光刻術(island lithography)")來形成柱狀結(jié)構(gòu)。在本上下文中應當注意到，除了 柱狀結(jié)構(gòu)和/或狹縫或溝槽的應用之外的其他結(jié)構(gòu)也可以被用來增大 所述陽極與所述電解質(zhì)之間的接觸表面積。
所述層疊優(yōu)選地還包括電連接到所述陽極和所述陰極的單獨的集 流器。把集流器用作電極端子是公知的。如果例如應用了具有LiCo02 電極的鋰離子電池，則優(yōu)選地把一個鋁集流器連接到所述LiCo02電極。 替換地或附加地，由優(yōu)選地摻雜的半導體(比如Si、 GaAs、 InP)以及 金屬(比如鉑、銅或鎳)制造的集流器可以被用作一般與根據(jù)本發(fā)明 的固態(tài)能量源一起使用的集流器。如果應用了電子傳導勢壘層，則該 勢壘層可以被用來充當所述陽極的集流器。
在一個優(yōu)選實施例中，所述勢壘層優(yōu)選地至少基本上由以下化合 物的至少其中之一制成鉭(Ta)、氮化鉭(TaN)、鈦(Ti )以及氮 化鈦(TiN)。這些化合物的共同屬性是相對密集的結(jié)構(gòu)，其對于電子 來說是可滲透的，并且對于嵌入粒子(其中包括鋰(離子))來說是 不可滲透的。但是所述勢壘層的材料并不限于這些化合物。
優(yōu)選地，所述電化學能量源由從包括以下各項的一組中選擇的至 少一種電池形成堿電池和堿土電池。比如鎳鎘(NiCd)、鎳金屬氫 化物(NiMH)或者鋰離子(Li-ion)蓄電池之類的堿(土)蓄電池通 常是高度可靠的，其具有令人滿意的性能并且能夠被小型化。出于這 些優(yōu)點，上述電池既可以被便攜式電器的電源也可以被用作工業(yè)電源， 這取決于其尺寸。優(yōu)選地，優(yōu)選地由電池形成的所述能量源的所述至 少一個電極適于存蓄以下元素的至少其中之一的離子氫(H)、鋰(Li )、 鈹(Be)、鎂(Mg)、銅(Cu)、銀(Ag)、鈉(Na)、鉀(K)以及
8歸于周期表的笫一族或第二族的任何其他適當元素。因此，根據(jù)本發(fā)明的能量系統(tǒng)的電化學能量源可以基于多種嵌入機制，因此適于形成
不同種類的電池，例如鋰離子電池、NiMH電池等等。
在一個優(yōu)選實施例中，所述陽極和所述陰極的至少其中之一包括以下材料的至少其中之一C、 Sn、 Ge、 Pb、 Zn、 Bi、 Sb以及優(yōu)選地摻雜的Si。這些材料的組合還可以被用來形成所述(多個)電極。優(yōu)選地把n型或p型摻雜的Si或者摻雜的Si相關化合物(比如SiGe或SiGeC)用作電極。此外也可以把其他適當?shù)牟牧嫌米麟姌O，優(yōu)選地是歸于周期表的第12-16族的其中之一的任何其他適當元素，其前提是所述電極的材料適于嵌入以及存蓄比如在前一段中提到的那些元素的活性粒子。此外，這些材料優(yōu)選地適于經(jīng)歷蝕刻工藝，以便在所述基板的接觸表面上應用模式(孔洞、溝槽、柱狀物等等)，從而增大全部兩個電極與所述固態(tài)電解質(zhì)之間的每單位體積的接觸表面。
在根據(jù)本發(fā)明的能量系統(tǒng)的能量源中應用的所述電解質(zhì)可以基于離子傳導機制或者非電子傳導機制，例如對應于H、 Li、 Be、 Cu、 Ag和Mg的離子導體。通常將使用固態(tài)電解質(zhì)。但是還可以設想應用液態(tài)電解質(zhì)或者固態(tài)與液態(tài)電解質(zhì)的混合。作為固態(tài)電解質(zhì)的Li導體的一個例子是鋰磷氧氮(LiP0N)。其他已知的固態(tài)電解質(zhì)也可以被用作鋰傳導固態(tài)電解質(zhì)，比如鈮酸鋰(LiNb0j 、鉭酸鋰(LiTa0j 、鎢酸鋰(Li2W04 )、鋰鍺氧氮(LiGeON )、 Li5La3Ta2012(石榴石類玻璃)、Li14ZnGe4016(lisicon) 、 Li3N、 P -氧化鉛或者Li,. 3Ti17Al0 3 (P04) 3 (nasicon類)。質(zhì)子傳導電解質(zhì)例如可以由Ti0(0H)或Zr02^形成。在國際申請WO02/42831中公開了關于質(zhì)子傳導電解質(zhì)的詳細信息?？梢杂没诮饘傺趸锏牟牧蟻碇圃旎阡囯x子的能量源的陰極，例如LiCo02、LiNi02、LiMn02或者這些材料的組合(比如Li (NiCoMn)02)。在基于質(zhì)子的能量源的情況下的第二陰極的例子有Ni (0H)2和NiM(0H)2，其中M由從例如包括以下各項的一組當中選擇的一種或多種元素形成Cd、 Co或Bi。上面提到的陰極在活性粒子的嵌入期間通常不會顯著膨脹。但是鋰鉍陰極在活性粒子嵌入時將顯著膨脹。如果這種鋰鉍陰極被應用在根據(jù)本發(fā)明的電化學能量源中，則優(yōu)選地為該陰極提供一個或多個材料應力減小空腔，以便最小化在所述陰極的膨脹期間的材料應力的累積。
在一個優(yōu)選實施例中，所述基板至少部分地由硅制成。更優(yōu)選地，應用單晶硅傳導基板來攜帶諸如集成電路、芯片、顯示器等電子組件。該晶體硅基板的缺點在于，所述嵌入活性粒子相對容易地擴散到所述基板中，從而導致所述能量源的容量減小。為此，在所述基板上應用勢壘層以便防止到該基板中的所述不利擴散的做法是相當有利的。此外，所述勢壘層通常有利于所述集流器的電子傳導性。
雖然可以應用相對剛性的基板來支撐所述勢壘層和所述電池層疊，但是優(yōu)選地應用基本上柔性的基板。通過應用相對柔性的基板通常將提高根據(jù)本發(fā)明的能量源的設計自由度。按照這種方式，例如將可以設想巻曲所述能量源，以便獲得基本上具有圓柱狀幾何結(jié)構(gòu)的能
量源。柔性基板可以由聚合物制成，比如KAPT0N 、 PEEK 、 Mylar 以及聚乙烯。或者所述基板可以由相對較薄的金屬片制成，特別是由以下金屬的至少其中一種制成的一個或多個薄片銅、鋁和鎳。
本發(fā)明還涉及一種電子設備，其配備有至少 一個根據(jù)本發(fā)明的電化學能量源。這種電設備的一個例子是剃須刀，其中所述電化學能量源例如可以充當備用(或主)電源?？梢酝ㄟ^提供包括根據(jù)本發(fā)明的能量系統(tǒng)的備用電源而得到增強的其他應用例如有(自主)微系統(tǒng)中的便攜式RF模塊(比如蜂窩電話、無線電模塊等等)、傳感器和致動器、能量和光管理系統(tǒng)以及用于環(huán)境智能的數(shù)字信號處理器和自主設備?？梢悦黠@看出，這種枚舉一定不能被視為進行限制。其中可以合并(反之亦然)根據(jù)本發(fā)明的能量源的電設備的另一個例子是所謂的"系統(tǒng)級封裝，，(System-in-Package) ( SiP )。在系統(tǒng)級封裝內(nèi)，把一個或多個電子組件和/或設備(比如集成電路(IC)、芯片、顯示器
等等)至少部分地嵌入在根據(jù)本發(fā)明的電化學能量源的基板(特別是單晶硅傳導基板)中。
本發(fā)明還涉及一種根據(jù)序言的方法，其包括以下步驟A)把勢壘層沉積到所述基板的基本上平坦的表面上；B)把陽極、電解質(zhì)和陰極的層疊沉積到所述基板上；以及C)為所述陽極和所述陰極的至少其中之一提供至少一個材料應力減小空腔。優(yōu)選地，將(緊接)在所述陰極和/或所述陽極的沉積之后并且在所述層疊的后續(xù)層的沉積之前提供所述材料應力減小空腔。已經(jīng)在上面全面地闡述了將通過該方法獲得的電化學能量源的有利的和優(yōu)選的實施例?？梢酝ㄟ^傳統(tǒng)的沉積技術來實現(xiàn)所述能量源的單獨各層的沉積，所述沉積技術比如有化學氣相沉積、物理氣相沉積以及濕化學沉積，特別是溶膠-凝膠沉積。
在一個優(yōu)選實施例中，通過在步驟c)期間進行蝕刻來為所述陽極
和/或所述陰極提供至少一個材料應力減小空腔。通常將使用物理和/
或化學蝕刻技術。優(yōu)選地，在步驟c)期間在所述陽極內(nèi)蝕刻多道狹縫或溝槽。在一個替換的優(yōu)選實施例中，在步驟c)期間蝕刻在所述陽極
和/或所述陰極內(nèi)的空腔提供所述陽極的柱狀結(jié)構(gòu)化表面。在一個替換
的優(yōu)選實施例中，步驟B)和C)被同時實施，以便在所述陽極和/或所述陰極內(nèi)形成孔隙。前面已經(jīng)描述了應用指向?qū)⒈怀练e到所述陽極和/或所述陰極上的電解質(zhì)的所述陽極和/或所述陰極的模制的(或結(jié)構(gòu)化)的接觸表面區(qū)域以及/或者應用多孔陽極的優(yōu)點。


下面將通過非限制性的實例來說明本發(fā)明，其中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的電化學能量源的第一實施例的橫截面；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的電化學能量源的第二實施例的橫截面；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的電化學能量源的第三實施例的橫截面；
以及
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的單片系統(tǒng)級封裝的示意圖。
具體實施例方式
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的電化學能量源1的第一實施例的橫截面。所述能量源1包括陽極3、固態(tài)電解質(zhì)4和陰極5的鋰離子電池層疊2，該電池層疊2被沉積到其中嵌入了一個或多個電子組件50的傳導基板6上。在該例中，所述基板6由硅制成，所述陽極3由無定形硅(a-Si)制成。所述陰極5優(yōu)選地由金屬氧化物制成，比如LiCo02、LiMn02、LiNi02等等。在所述電池層疊2與所述基板之間，把鋰勢壘層7和集流器8接連地沉積到所述基板6上。在該例中，所述鋰擴散勢壘層7由鉭制成，所述集流器8由鉑制成。在所述陰極5之上沉積第二集流器9。例如可以通過CVD、濺射、E束沉積或者'溶膠-凝膠沉積來實現(xiàn)單獨各層3、 4、 5、 7、 8、 9的沉積?？梢酝ㄟ^鋰離子勢壘層7來反制最初由所述層疊2所包含的鋰離子(或者其他活性粒子)到所述基板6中的擴散。如果鋰離子離開所述層疊2并且進入所述基板6,所述層疊2的性
ii能將受到影響。此外，這種擴散將嚴重影響嵌入在所述基板6中的(多個)電子組件(未示出)。如圖1中所示，指向所述勢壘層7的上接觸表面IO基本上是平坦的，以便于沉積所述勢壘層7、所述集流器8以及所述陽極3的沉積工藝。所述陽極3配備有多個空腔11 (特別是穿孔)，以便抵消所述陽極3在鋰嵌入期間的膨脹。通常通過傳統(tǒng)的蝕刻技術來提供所述空腔11。如圖所示，所述空腔11在該例中填充有電解質(zhì)材料。因此，優(yōu)選地使用聚合物電解質(zhì)4或者更為優(yōu)選地使用液態(tài)電解質(zhì)4來允許所述陽極3的膨脹，從而防止在鋰嵌入時在所述陽極3內(nèi)生成裂縫。由于所述空腔ll被提供來減小由于所述陽極的膨脹而導致的所述陽極3內(nèi)的材料應力，因此可以在所述層疊2內(nèi)應用相對較厚的陽極層(超過100nm)而不容易導致所述陽極3在其膨脹期間發(fā)生惡化。通過應用所述陽極3的模制的接觸表面區(qū)域不僅會增大所述陽極3的容量以便補償所述陽極材料的膨脹，而且還可以增大所述陽極3與所述電解質(zhì)4之間的接觸表面積。按照這種方式，可以在所述陽極3與所述電解質(zhì)4之間獲得增大的每單位體積的接觸表面，從而導致所述能量源1的額定容量提高，并且進而獲得所述能量源1的更好的容量。如果在所述基板6中存在至少一個電子組件(未示出)，則所述電化學能量源l還可以被視為電化學組件、芯片上系統(tǒng)以及/或者系統(tǒng)級封裝。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的電化學能量源12的第二實施例的橫截面。所述電化學能量源12包括硅基板13，其中嵌入了一個或多個電子組件，比如芯片或所謂的M0SFET。在所述基板13之上接連地沉積電子傳導鋰勢壘層14、基于鋰離子的電池層疊15以及集流器16。所述電池層疊15包括陽極17、中間固態(tài)電解質(zhì)18以及陰極19。所述電子傳導鋰勢壘層14在該例中還充當用于所述陽極17的集流器。為此，所述勢壘層14優(yōu)選地由Ta、 Ti、 TaN和/或TiN制成。如該圖中所示，所述勢壘層14和所述陽極17被沉積到相對平坦的基板上。所述陽極17包括由多個材料應力減小空腔21限定的柱狀結(jié)構(gòu)化上表面20。通過在所述陽極17的沉積期間(但是優(yōu)選地是在其后)執(zhí)行的蝕刻工藝來提供所述空腔21。所述空前21適于抵消所述陽極17在鋰嵌入時的膨脹。所述空腔21在該例中被基本保持為空，以便允許所述陽極17的基本上不受阻礙的膨脹。為了防止所述電解質(zhì)18流到所述空腔21中，優(yōu)選地使用固態(tài)電解質(zhì)18。
圖3示出了電化學能量源22的笫三實施例的橫截面，其特別是根 據(jù)本發(fā)明的鋰離子電池。所述能量源22包括其中可以嵌入一個或多個 電子組件的基本上為平面的基板23。所述基板23由基本上柔性的材料 制成，比如KAPT0^。在所述基板23之上接連地沉積鋰勢壘層24、笫 一集流器25以及陽極26。所述陽極26由多孔材料制成，以便為所述 陽極26提供一定的彈性容量，從而抵消所述陽極在鋰嵌入時的膨脹。 通過諸如蝕刻之類的已知技術為所述陽極26的上表面27給出結(jié)構(gòu)， 以便增大所述陽極26的容量，從而補償陽極材料在鋰嵌入時的膨脹。 此外，所述陽極26的所述模制的上表面27提供關于被沉積到所述陽 極26上的電解質(zhì)28的增大的接觸表面積。隨后把陰極29和第二集流 器30沉積在其他各層之上。所述陽極材料的性質(zhì)和多孔性可以不同并 且取決于具體情況。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的單片系統(tǒng)級封裝(SiP) 31的示意圖。所 述SiP 31包括電子模塊或設備32以及與之耦合的根據(jù)本發(fā)明的電化 學能量源33。所述電子模塊或設備32與所述能量源33基本上通過勢 壘層34分隔開。所述電子模塊或設備32以及所述能量源33被安裝在 相同的單片硅基板(未示出)上和/或基于所述相同的單片硅基板。所 述電子模塊或設備32例如可以由顯示器、芯片、控制單元等等形成。
這樣就可以按照相對簡單的方式來實現(xiàn)眾多的自主(即用)設備。
應當注意到，上面提到的實施例說明而非限制本發(fā)明，在不偏離 所附權(quán)利要求書的范圍的情況下，本領域技術人員將能夠設計許多替 換實施例。在所附權(quán)利要求書中，置于括號之間的任何附圖標記不應 被理解成限制該權(quán)利要求。"包括" 一詞不排除未在權(quán)利要求中闡述 的其他元件或步驟的存在。元件前面的"一個"不排除多個這種元件 的存在。在互不相同的從屬權(quán)利要求中引述某些措施并不表示不能使 用這些措施的組合來獲益。
權(quán)利要求
1、電化學能量源，其包括基板；以及沉積到所述基板上的至少一個層疊，所述層疊包括陽極；陰極；以及分隔所述陽極與所述陰極的中間電解質(zhì)；以及沉積在所述基板與所述陽極之間的至少一個電子傳導勢壘層，所述勢壘層被適配成至少充分地防止所述層疊的活性粒子擴散到所述基板中，其特征在于，所述層疊和所述勢壘層被施加到所述基板的基本上平坦的接觸表面上，并且所述陽極和所述陰極的至少其中之一配備有至少一個材料應力減小空腔。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l的電化學能量源，其特征在于，所述陽極和/或 所述陰極配備有多個空腔。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2的電化學能量源，其特征在于，所述空腔的 至少一部分形成孔隙。
4、 根據(jù)其中一條在前權(quán)利要求的電化學能量源，其特征在于，所 述陽極和/或所述陰極至少部分地被所述空腔穿孔。
5、 根據(jù)其中一條在前權(quán)利要求的電化學能量源，其特征在于，所 述空腔的至少一部分在指向電解質(zhì)的所述陽極和/或所述陰極的接觸 表面內(nèi)被定向。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5的電化學能量源，其特征在于，所述空腔的至 少一部分形成狹縫。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6的電化學能量源，其特征在于，所述電解質(zhì)的 至少一部分被沉積到所述狹縫的至少一部分中。
8、 根據(jù)權(quán)利要求5-7的其中一條的電化學能量源，其特征在于， 所述空腔一起提供指向電解質(zhì)的所述陽極和/或所述陰極的所述接觸 表面的柱狀結(jié)構(gòu)。
9、 根據(jù)其中一條在前權(quán)利要求的電化學能量源，其特征在于，所 述陽極和所述陰極的至少其中之一耦合到集流器。
10、 根據(jù)其中一條在前權(quán)利要求的電化學能量源，其特征在于，所述至少一個勢壘層由以下材料的至少其中之一制成Ta、 TaN、 Ti以 及TiN。
11、 根據(jù)其中一條在前權(quán)利要求的電化學能量源，其特征在于， 所述陽極和所述陰極的至少其中之一適于存蓄以下元素的至少其中之 一的離子H、 Li、 Be、 Mg、 Cu、 Ag、 Na以及K。
12、 根據(jù)其中一條在前權(quán)利要求的電化學能量源，其特征在于， 所述陽極和所述陰極的至少其中之一由以下材料的至少其中之一制 成C、 Sn、 Ge、 Pb、 Zn、 Bi、 Sb以及優(yōu)選地摻雜的Si。
13、 根據(jù)其中一條在前權(quán)利要求的電化學能量源，其特征在于， 所述電解質(zhì)是固態(tài)電解質(zhì)。
14、 根據(jù)其中一條在前權(quán)利要求的電化學能量源，其特征在于， 所述電解質(zhì)是液態(tài)電解質(zhì)。
15、 根據(jù)其中一條在前權(quán)利要求的電化學能量源，其特征在于， 所述基板包括Si。
16、 根據(jù)其中一條在前權(quán)利要求的電化學能量源，其特征在于， 所述基板是基本上柔性的。
17、 配備有至少一個根據(jù)權(quán)利要求1- 16的其中一條的電化學能量源的電子設備。
18、 根據(jù)權(quán)利要求17的電子設備，其特征在于，特別是集成電路 (IC)的至少一個電子組件被至少部分地嵌入在所述電化學能量源的所述基板中。
19、 根據(jù)權(quán)利要求18或19的電子設備，其特征在于，所述電子設 備和所述電化學能量源形成系統(tǒng)級封裝(SiP)。
20、 用于制造根據(jù)權(quán)利要求l - 16的其中一條的電化學能量源的方 法，其包括以下步驟A) 把勢壘層沉積到所述基板的基本上平坦的表面上；B) 把陽極、電解質(zhì)和陰極的層疊沉積到所述基板上；以及C) 為所述陽極和所述陰極的至少其中之一提供至少一個材料應力 減小空腔。
21、 根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其特征在于，在步驟C)期間，通 過蝕刻來為所述陽極和/或所述陰極提供至少一個材料應力減小空腔。
22、 根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其特征在于，在步驟C)期間，在所述陽極和/或所述陰極內(nèi)蝕刻多道狹縫。
23、 根據(jù)權(quán)利要求21或22的方法，其特征在于，在步驟C)期間 蝕刻在所述陽極和/或所迷陰極內(nèi)的所述空腔提供所述陽極的柱狀結(jié) 構(gòu)4匕表面。
24、 根據(jù)權(quán)利要求20 - 23的其中一條的方法，其特征在于，步驟 B)和C)被同時實施，以便在所述陽極和/或所述陰極內(nèi)形成孔隙。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電化學能量源，其包括基板；沉積到所述基板上的至少一個層疊，所述層疊包括陽極、陰極以及分隔所述陽極與所述陰極的中間電解質(zhì)；以及沉積在所述基板與所述陽極之間的至少一個電子傳導勢壘層，所述勢壘層被適配成至少充分防止所述層疊的活性粒子擴散到所述基板中。
文檔編號H01M4/50GK101501903SQ200780029107
公開日2009年8月5日 申請日期2007年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月4日
發(fā)明者J·H·G·奧普赫特維爾德, P·H·L·諾滕, R·A·H·尼森, R·H·W·皮南伯格 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司