(57)【要約】  薄膜リチウム電池を製造する方法であって、カソード電流コレクタ、カソード材料、アノード電流コレクタ、及び該カソード材料を該アノード電流コレクタから分離する電解質層を基材に適用することを含み、これらの層のうちの少なくとも一つはリチウム化された化合物を含み、そしてそれは湿式化学処理を含むプロセスによって該リチウム化された化合物を含む層からフォトレジスト材料を除去することを含むフォトリソグラフィー処理によって少なくとも部分的にパターン化される薄膜リチウム電池の製造方法が提供される。更には、カソード材料、アノード材料、及び該カソード材料を該アノード材料から分離するＬｉＰＯＮバリア／電解質層を有する基材を含む第一のシートを用意することと、第一のシートから複数のセルを分離するために第一の材料のサブセットを除去することにより、リチウム電池を製造するための方法及び装置。一部の実施形態において、この方法は、該シートに第二の材料を被着して複数のセルを被覆することと、第二の材料のサブセットを除去して第一のシートを複数のセルから分離することを更に含む。
2009544141.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜リチウム電池を製造するための方法であって、
ａ）基材を含む第一のシートを用意すること、及び、
ｂ）該基材に、カソード電流コレクタ、カソード材料、アノード電流コレクタ、及び該カソード材料を該アノード電流コレクタから分離する電解質層を適用すること、
を含み、
該層の少なくとも一つはリチウム化された化合物を含み、且つ、
該リチウム化された化合物を含む層のうちの少なくとも一つのものの外形を、湿式化学処理を含むプロセスによって該リチウム化された化合物を含む層からフォトレジスト材料を除去することを含むフォトリソグラフィー処理によって、少なくとも部分的にパターン化する、
薄膜リチウム電池の製造方法。
【請求項２】
フォトリソグラフィー処理によって少なくとも部分的にパターン化しようとする前記リチウム化された化合物を含む層がカソード材料である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記カソード材料がＬｉＣｏＯ2を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記カソード材料の外形が正方向の傾斜を有する側壁を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記カソード材料の傾斜が垂直から約２０乃至約７０度はずれている、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
フォトリソグラフィー処理によって少なくとも部分的にパターン化しようとする前記リチウム化された化合物を含む層が前記電解質である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記電解質がＬｉＰＯＮを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記湿式化学処理が非水性溶剤を適用することを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記湿式化学処理がプラズマＯ2化学処理を適用することを更に含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記フォトリソグラフィー処理が、
ａ）前記リチウム化された化合物を含む層のうちの少なくとも一つのものの表面にフォトレジスト材料を適用すること、
ｂ）該フォトレジスト材料を処理してパターン化すること、
ｃ）現像剤を適用して該フォトレジスト材料を部分的に除去し、それにより前記リチウム化された化合物を含む層にマスクされた部分とマスクされない部分を画定すること、
ｄ）前記リチウム化された化合物を含む層のマスクされない部分を除去すること、及び、
ｅ）前記リチウム化された化合物を含む層から残っているフォトレジスト材料を湿式化学処理によって除去すること、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記フォトレジスト材料がポジ型フォトレジストである、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記フォトレジスト材料がネガ型フォトレジストである、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記湿式化学処理が有機溶剤を適用することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記有機溶剤がＮ−メチルピロリドンを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
フォトリソグラフィー処理による前記リチウム化された化合物を含む層のパターン化を、該リチウム化された化合物を含む層の最初の形成の約７２時間以内に行う、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
フォトリソグラフィー処理による前記リチウム化された化合物を含む層のパターン化を、該リチウム化された化合物を含む層の最初の形成の約４８時間以内に行う、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記カソード材料がＬｉＣｏＯ2を含み、前記電解質がＬｉＰＯＮを含み、前記電解質のカソード上のオーバーレイ／アンダーレイ距離が端面に対して約５乃至約２０ミクロンである、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記電解質が完全に前記カソードにかぶさる、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記カソード電流コレクタ、前記カソード材料、前記アノード電流コレクタ、及び前記電解質層を適用する処理工程のうちの少なくとも二つが異なる処理装置で行われ、薄層リチウム電池の製造中に、リチウム化された化合物を含む少なくとも一つの層を処理工程の間で通常の大気条件にさらす、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
フォトリソグラフィー処理による前記リチウム化された化合物を含む層のパターン化を、該リチウム化された化合物を含む層の最初の形成の約７２時間以内に行う、請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
基材、カソード電流コレクタ、カソード材料、アノード電流コレクタ、及び該カソード材料を該アノード電流コレクタから分離する電解質層を含む第一のシートを用意すること、及び、
該カソード電流コレクタ、カソード材料、該アノード電流コレクタ、及び該カソード材料を該アノード電流コレクタから分離する該電解質層を貫いて材料を除去する１以上の材料除去処理を行い、そして該基材の第一の部分を、互いに分離された第一の複数の電池セルを残すが、該第一の複数の電池セルのうちの複数のものが該第一のシートの少なくとも単一の分離していない部分に付属したままであるように、該基材の第二の部分を貫くことなく除去すること、
を含む方法。
【請求項２２】
前記１以上の材料除去処理がレーザーアブレーション処理を含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記１以上の材料除去処理がフォトリソグラフィー処理を含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記シートに第二の材料を被着して前記複数のセルを少なくともそれらの側面で被覆することを更に含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
１以上の材料除去処理を行って前記第二の材料のサブ部分を除去して、複数のセルを互いに分離することを更に含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記第二の材料が前記セルをパッシベーションするために被着される電気絶縁体である、請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
前記第二の材料がＬｉＰＯＮを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
前記第二の材料がポリマーを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２９】
基材、カソード電流コレクタ、カソード材料、アノード電流コレクタ、及び該カソード材料を該アノード電流コレクタから分離する電解質層を含む第一のシートの源、及び、
該カソード電流コレクタ、カソード材料、該アノード電流コレクタ、及び該カソード材料を該アノード電流コレクタから分離する該電解質層を貫いて、且つ該基材の第一の部分を貫き該基材の第二の部分は貫かずに、材料を除去して、互いに分離された複数の電池セルを残すが、但しその複数の電池セルのおのおのは第一のシートの少なくとも単一の部分に付属したままであるようにするための材料除去手段、
を含む装置。
【請求項３０】
前記材料除去手段がレーザーアブレーション手段を含む、請求項２９に記載の装置。
【請求項３１】
前記材料除去手段がフォトリソグラフィー手段を含む、請求項２９に記載の装置。
【請求項３２】
基材、カソード電流コレクタ、カソード材料、アノード電流コレクタ、及び該カソード材料を該アノード電流コレクタから分離する電解質層を含む第一のシートの源、及び、
該カソード電流コレクタ、カソード材料、該アノード電流コレクタ、及び該カソード材料を該アノード電流コレクタから分離する該電解質層を、互いに分離されている複数の電池セルを残すが、その複数の電池セルのおのおのは該第一のシートの少なくとも単一の部分に付属したままとなるように、該基材の第一の部分を貫き該基材の第二の部分は貫かずに、除去するようにされた第一の材料除去ステーション、
を含む装置。
【請求項３３】
前記材料除去ステーションがレーザーアブレーションステーションを含む、請求項３２に記載の装置。
【請求項３４】
前記材料除去ステーションがフォトリソグラフィーステーションを含む、請求項３２に記載の装置。
【請求項３５】
前記シートにパッシベーション材料を被着して前記複数のセルを少なくともそれらの側面で被覆する被着ステーション、及び、
第二の材料のサブ部分を除去して複数のセルを互いに分離するようにされた第二の材料除去ステーション、
を更に含む、請求項３２に記載の装置。
【請求項３６】
前記パッシベーション材料が１以上のポリマー層と交互になった１以上の金属層を含む、請求項３５に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、全体が参照によってここに組み込まれる、「基材からのソリッドステートマイクロ電池のフォトリソグラフィーによるシンギュレーション及びパッシベーションの方法及び装置」という発明の名称の２００６年７月１８日出願の米国特許仮出願第６０／８０７７１３号の利益を主張する。
【０００２】
本発明は、ソリッドステートエネルギー貯蔵デバイスの分野に関し、より詳しくはソリッドステート電池を製造し、それらのデバイスをシンギュレーション（ｓｉｎｇｕｌａｔｉｏｎ）し（多くの場合はお互いどうしを分離しながらオプションとしてまわりの不要の基材との小さな結合部分を残し、又はデバイスを完全に分離する）、電池デバイス、例えばＬｉＰＯＮ電解質を有するリチウム電池デバイス、の周囲にパッシベーションを生成するための方法及び装置と、その結果得られるセル（ｃｅｌｌ）、デバイス、及び／又は電池（ｂａｔｔｅｒｙ）に関し、ここでの電池デバイスはオプションとしてＬｉＰＯＮをパッシベーション及び保護バリアとしても含む。
【背景技術】
【０００３】
エレクトロニクスは、コンピュータ、携帯電話、追跡システム、スキャナ等の多くの携帯装置に組み込まれている。携帯装置の一つの短所は、装置に電源を含める必要があるということである。携帯装置は普通、電池を電源として用いる。電池は、少なくとも装置が使用されている間は装置に電力を供給するのに十分な容量がなければならない。電池の容量を十分なものにすると、電源は装置の他の部分に比べてきわめて重い及び／又は大きいものになることがある。従って、十分なエネルギー貯蔵容量があって小さく軽い電池（すなわち電源）が望まれている。他のエネルギー貯蔵デバイス、例えばスーパーキャパシタ、及びエネルギー変換デバイス、例えば光電池や燃料電池が、携帯エレクトロニクス用途や非携帯電気用途で電池に代わる電源として用いられる。
【０００４】
従来の電池のもう一つの短所は、一部のものは潜在的に毒性のある材料から製作され、それが漏れる可能性があって政府の規制を受けるということである。従って、安全で、多数回の充電／放電サイクルにわたって充電できるソリッドステート電源を提供することが望ましい。
【０００５】
エネルギー貯蔵デバイスの一つのタイプとして、ソリッドステート薄膜電池がある。薄膜電池の例は、米国特許第５３１４７６５、５３３８６２５、５４４５９０６、５５１２１４７、５５６１００４、５５６７２１０、５５６９５２０、５５９７６６０、５６１２１５２、５６５４０８４、及び５７０５２９３号各明細書に記載されており、そのおのおのは参照によってここに組み込まれる。米国特許第５３３８６２５号明細書は、電子装置のバックアップ又は第一の集積電源として応用される薄膜電池、特に薄膜マイクロ電池、及びその製造方法を記載している。米国特許第５４４５９０６号明細書は、ウエブ状基材がステーションを自動的に通って移動するにつれてその基材に薄膜電池構成部材の膜が順次積層される複数の被着ステーションを用いる方法で形成される薄膜電池構造体の製造方法及びシステムを記載している。
【０００６】
本発明の譲受人に譲渡された、２００４年１０月１９日発行のＭａｒｋ  Ｌ．  Ｊｅｎｓｏｎ及びＪｏｄｙ  Ｊ．  Ｋｌａｓｓｅｎの米国特許第６８０５９９８号明細書（参照によってここに組み込まれる）は、一連の被着ステーションを通って移動するポリマーウエブに薄膜リチウム電池を被着させる高速低温の方法を記載している。
【０００７】
「ＬｉＰＯＮをセパレータ及び保護バリアとするリチウム／空気電池及び方法」という発明の名称の米国特許出願第１０／８９５４４５号明細書（参照によってここに組み込まれる）は、酸化ケイ素の電気絶縁層上に５００Åのクロムを真空スパッター被着することによってクロム密着層を被着後に５０００Åの銅を被着することによって、導電性基材（例えば、銅又はアルミニウムなどの金属）にＬｉＰＯＮを被着することを含むリチウム電池の製造方法を記載している。一部の実施形態では、その後、ＬｉＰＯＮ（リチウムホスホラスオキシナイトライド）の薄膜が窒素中のオルトリン酸リチウム（Ｌｉ３ＰＯ４）の低圧（＜１０ｍｔｏｒｒ）のスパッター被着によって形成される。リチウム−空気電池セルの一部の実施形態では、ＬｉＰＯＮを銅のアノードコンタクト上に２．５ミクロンの厚さまで被着し、そしてその銅のアノードコンタクト上にリチウム金属層を、炭酸プロピレン／ＬｉＰＦ６電解質溶液中でＬｉＰＯＮ層を介しての電気めっきによって形成した。一部の実施形態では、空気カソードは、炭酸プロピレン／ＬｉＰＦ６有機電解質溶液で飽和した炭素粉末／ポリフルオロアクリレート結合剤コーティング（Ｎｏｖｅｃ−１７００）であった。別の実施形態では、大気中の酸素がカソード反応材料として働くことができるように、炭素粒体を含むカソードコンタクト層が被着される。この構造形態は、実質的に全カソード表面に空気がアクセスできるようにする必要があり、より大きな電力容量（すなわち、アンペア−時間）のために層を密に積層する能力を制限する。
【０００８】
米国特許出願第２００７００６７９８４号明細書は、リチウムマイクロ電池を製造する方法を記載しており、その方法では、電解質薄膜、リチウムに対して化学的に不活性な第一の保護薄膜、及び第一のマスキング薄膜を、電流コレクタとカソードが設けられた基材上に順次被着させることによって、リチウム化された化合物を含む電解質が作られる。その段落［００３３］には、「現在のところ、酸素、窒素及び水に非常に敏感であるリチウム化された化合物を含むリチウムマイクロ電池を構成する構成部材は、電流コレクタ２ａと２ｂ及びカソード３を製造するために用いた方法で、特にフォトリソグラフィー及びエッチングによって、形成することはできない」と記載されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
製造性、密度、及び信頼性が改善され、コストが低くなった充電可能なリチウムベースの電池を製造することが必要である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
薄膜リチウム電池を製造する方法であって、カソード電流コレクタ、カソード材料、アノード電流コレクタ、及びカソード材料をアノード電流コレクタから分離する電解質層を基材に適用することを含み、当該層のうちの少なくとも一つがリチウム化された化合物を含む方法が提供される。この方法では、リチウム化された化合物を含む層のうちの少なくとも一つのものの構造は、リチウム化された化合物を含む層から湿式化学処理を含むプロセスによってフォトレジスト材料を除去することを含むフォトリソグラフィー処理によって、少なくとも部分的に、パターン化される。
【００１１】
従来技術の教示に反して、薄膜リチウム電池を湿式化学処理を用いるフォトリソグラフィー処理を使用して製造できることが見いだされた。ここに記載される方法は、従来技術の製造方法に比べてそれほど複雑でない設備を用いて、少ない工程数でこれらのデバイスを効率的かつ経済的に製造するようにする。よって、薄膜リチウム電池を製造する本方法は、湿式化学処理によって除去できるフォトリソグラフィー法のマスキング材料のほかに余分な保護層を用いることなく、好ましく実施できる。
【００１２】
別の側面において、本発明は、カソード材料を有する基材を含む第一のシート、アノード電流コレクタ、オプションとしてのアノード材料、及びカソード材料をアノード電流コレクタから分離するＬｉＰＯＮバリア／電解質層を設けること、及び、第一の材料のサブセット（ｓｕｂｓｅｔ）に対してレーザーアブレーション又は１以上の材料除去処理を行って第一のシートから複数のセルを分離することにより、リチウム電池を製造するための方法及び装置を包含する。一部の実施形態では、この方法は更に、シートに第二の材料を被着して複数のセルを被覆することと、第二の材料のサブセットに対して１以上の材料除去処理を行って第一のシートから複数のセルを分離することを含む。１以上の材料除去処理は、レーザーアブレーション、１以上のフォトリソグラフィー処理を行うこと、又はそれらの組み合わせでよい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】本発明の一部の実施形態のソリッドステートセルを製造するための部分的に製作された積層構造体１００Ａの概略断面図である。
【図１Ｂ】本発明の一部の実施形態のソリッドステートセルを製造するための積層構造体１００Ｂの概略断面図である。
【図２Ａ】本発明の一部の実施形態のソリッドステートセルを製造するためのアブレーションされた積層構造体２００Ａの概略断面図である。
【図２Ｂ】本発明の一部の実施形態のソリッドステートセルを製造するためのアブレーションされた積層構造体２００Ｂの概略断面図である。
【図３Ａ】本発明の一部の実施形態のアブレーションされ充填された加工処理中のソリッドステートセル３００Ａの概略断面図である。
【図３Ｂ】本発明の一部の実施形態のソリッドステートを製造するためのアブレーションされ充填された加工処理中のソリッドステートセル３００Ｂの概略断面図である。
【図４Ａ】本発明の一部の実施形態の再アブレーションされたソリッドステートセル４００Ａの概略断面図である。
【図４Ｂ】本発明の一部の実施形態の再アブレーションされたソリッドステートセル４００Ｂの概略断面図である。
【図５】本発明の一部の実施形態の再アブレーションされたソリッドステートセル５００の概略上面図である。
【図６】本発明の一部の実施形態のソリッドステートセルを製造するための部分的に製作された積層構造体６００の概略断面図である。
【図７】本発明の一部の実施形態のソリッドステートセルを製造するためのアブレーションされた積層構造体７００の概略断面図である。
【図８】本発明の一部の実施形態のアブレーションされ充填された加工処理中のソリッドステートセル８００の概略断面図である。一部の実施形態では、充填材料８１０は銅又はアルミニウムなどの金属である。
【図９】本発明の一部の実施形態の加工処理中のソリッドステートセル９００の概略断面図である。一部の実施形態では、充填材料８１０は溝（ｃｈａｎｎｅｌ）８１２でアブレーションされて材料８１０の薄い層を残す。一部の実施形態では、基材はコンタクトの画定とセルの分離のためにレーザーアブレーションシステム又はダイシングソーに戻される。一部の実施形態では、レーザービーム又はダイシングソーはパッシベーション材料の層を貫いて各電池の上端のコンタクトまでアブレーションする（図９）。コンタクトの画定後、レーザーは最初のアブレーションのカーフ幅のパーセント値（１００パーセントより小さい）にセットされる。ビームは、パッシベーション材料を通りそして基材を通ってアブレーションするが、各セルの隅の小さな支持タブ１０１７及び側面の開口中央部は除かれる（図１０）。
【図１０】本発明の一部の実施形態の加工処理中のソリッドステートセル１０００の概略断面図である。一部の実施形態では、セルはアブレーション後の処理を通じて基材に残存する。セルの最終的な分離は、ピックアンドプレース装置によって個々のセルに加えられる上向き又は下向きの力によってなされる。
【図１１】ブランケットセル工程後の本発明の一部の実施形態の加工処理中のソリッドステートセル１１００の概略断面図である。両方のコンタクトにセルの上端を通ってアクセスするセルでは、アブレーションでの画定を除き加工処理は上述したものと同様である。
【図１２】アブレーションで画定されたセルと上端側コンタクトを示す、加工処理中のソリッドステートセル１２００の概略断面図である。
【図１３】適用された第一のパッシベーション層を示す、加工処理中のソリッドステートセル１３００の概略断面図である。
【図１４】第一のパッシベーション材料層がアブレーションされてセルを一様に被覆しているのを示す、加工処理中のソリッドステートセル１４００の概略断面図である。
【図１５】パッシベーション材料の追加の層（単数又は複数）（金属）が適用されているのを示す、加工処理中のソリッドステートセル１５００の概略断面図である。
【図１６】セルのコンタクト領域がアブレーションされ、セルが基材の支持タブを除いてアブレーションされていることを示す、加工処理中のソリッドステートセル１６００の概略断面図である。
【図１７】コンタクトパッドが認められるとともに支持タブが認められるセルの上面図を示す、加工処理中のソリッドステートセル１７００の概略上面図である。
【図１８】本方法によって製造されたソリッドステートセル１８００の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下の好ましい実施形態の詳細な説明では、本出願の一部をなす添付図面が参照されるが、それには本発明を実施することができる具体的な実施形態が例として示されている。他の実施形態を用いることもでき、本発明の範囲を逸脱することなく構造的な変更を加えることができることは言うまでもない。
【００１５】
図面に現れる参照数字の先頭の数字（単数又は複数）は一般に、その構成部材が最初に導入される図の番号に対応しており、複数の図で現れる同一の構成部材を参照するためにその同じ参照数字が全体にわたって用いられる。信号（例えば、流体圧力、流体流量、又はそのような圧力又は流量を表す電気信号、など）、その流体を運ぶパイプ、チューブ、又は導管、その電気信号を運ぶ金属線又はその他の導体、及び接続は、同じ参照数字又は標示で参照することができ、実際の意味するところは説明の文脈における用途から明らかになる。
【００１６】
〔用語〕
この説明では、金属という用語は、実質的に純粋な単一金属元素と、合金、又は少なくとも一つが金属元素である二つ以上の元素の組み合わせの、両者に適用される。
【００１７】
基材又はコアという用語は、一般に、いろいろな加工処理によって所望のマイクロエレクトロニクスの構成体へ変換される基本的な工作物である物理的構造体を指す。一部の実施形態では、基材は、導電材料（銅、ステンレス鋼、アルミニウムなど）、絶縁材料（サファイア、セラミック、又はプラスチック／ポリマー絶縁体など）、半導体材料（シリコンなど）、非半導体、又は半導体材料と非半導体材料の組み合わせ、を含む。他の一部の実施形態では、基材は、シリコンプロセッサチップなどの隣接する構造体の熱膨張係数（ＣＴＥ）とよりよく一致する熱膨張係数によって選ばれた材料（鉄ニッケル合金など）のコアシートやピースなどの層状構造体を含む。一部のそのような実施形態では、そのような基材コアが、導電率及び／又は熱伝導率によって選ばれた材料（銅、アルミニウム合金など）のシートに積層され、それが更に電気絶縁性、安定性及びエンボス特性によって選ばれたプラスチックの層で被覆される。電解質とは、イオン（例えば、正電荷を持つリチウムイオンなど）の移動を許すことによって電気を伝導する一方で、電子に対しては非伝導性である材料である。電気セル又は電池とは、アノードとカソードを有し、それらが電解質によって分離されているデバイスである。誘電体とは、電気に対して非伝導性の材料、例えば、プラスチック、セラミック、又はガラスなどである。一部の実施形態では、ＬｉＰＯＮなどの材料が、リチウムの源及びシンクがＬｉＰＯＮ層に隣接しているとき電解質として働くことができ、ＬｉＰＯＮを通過できるイオンを形成しない銅又はアルミニウムなどの二つの金属層の間に置かれていると誘電体として働くこともできる。一部の実施形態では、デバイスは、信号と電力を水平方向に運ぶ配線トレースを有する絶縁性プラスチック／ポリマー層（誘電体）、及びトレース（ｔｒａｃｅ）の層の間で信号と電力を垂直方向に運ぶビアを含む。
【００１８】
垂直という用語は、基材の主表面に対して実質的に直角であることを意味するものとする。高さ又は深さとは、基材の主表面に対して直角方向の距離を指す。
【００１９】
「リチウム化された化合物を含む層」という用語は、金属リチウム、リチウムの合金、及びリチウムを含む化合物を含めて、何らかの形でリチウムを含む層を意味するものとする。リチウム化された化合物を含む層の例としては、アノード、特に金属リチウムの場合、電解質、特にＬｉＰＯＮの場合、及びカソード、特にカソード層がリチウムイオン源として働くことができるＬｉＣｏＯ2などの材料である場合、が挙げられる。ここで用いるＬｉＰＯＮとは、一般に、リチウムホスホラスオキシナイトライドを指す。一例は、Ｌｉ3ＰＯ4Ｎである。他の例は、電解質を横切るリチウムイオンの移動度を高めるために窒素をもっと高い比率で含む。
【００２０】
上述のように、一つの側面において本発明は、薄膜リチウム電池を製造する方法であって、リチウム化された化合物を含む層のうちの少なくとも一つのものの構造を、リチウム化された化合物を含む層から湿式化学処理を含むプロセスによってフォトレジスト材料を除去することを含むフォトリソグラフィー処理によって、少なくとも部分的にパターン化する方法を提供する。
【００２１】
好ましい実施形態では、リチウム化された化合物を含む層はカソード材料であるか、又は電解質である。本発明の一つの実施形態では、最初に、リチウムイオン源として働くことができるカソード層を備えるがアノードはなしの、薄膜電池が製作される。この実施形態の薄膜電池を充電すると、金属リチウムが電解質とアノード電流コレクタの間にめっきされてアノードを形成する。
【００２２】
本発明の一つの側面では、電池は「ボトムアップ」構造として層状に構築され、それにより基材にカソード電流コレクタ、カソード、固体電解質、アノード（これは上述のように構築段階の間はオプションである）、アノード電流コレクタ、及び１種以上の封止材料が設けられる。オプションとして、カソードとアノードを並べて設けてもよく、あるいは他の構成で設けてもよい。あるいはまた、電池は、上述の順序と逆の順序で層を形成する「アップサイドダウン」の順序で製作してもよい。あるいはまた、層を別々に形成し、当業者に容易に思い描けるような積層プロセスによってそれらを接合してもよい。
【００２３】
本発明の構成においては、電解質はカソードの上に、好ましくは端面（ｅｄｇｅ）ごとに約５乃至約２０ミクロンのオーバーレイ距離で、重ねられる。電解質がカソードの下に、好ましくは端面に対して約５乃至約２０ミクロンのアンダーレイ距離で、配置される構成が特に考えられる。
【００２４】
本方法のフォトリソグラフィー処理は、好ましくは、
ａ）リチウム化された化合物を含む層のうちの少なくとも一つのものの表面にフォトレジスト材料を適用すること、
ｂ）フォトレジスト材料を処理してパターンを設けること、
ｃ）フォトレジスト材料の一部を除去するための現像剤を適用して、リチウム化された化合物を含む層のマスクされた部分とマスクされない部分を画定すること、
ｄ）リチウム化された化合物を含む層のマスクされない部分を除去すること、及び、
ｅ）湿式化学処理によって、リチウム化された化合物を含む層から残りのフォトレジスト材料を除去すること、
を含む。
【００２５】
フォトレジストは、一つの実施形態ではポジ型フォトレジストであり、別の実施形態ではネガ型フォトレジストである。そのようなフォトレジストの例は当該技術分野でよく知られている。
【００２６】
残ったフォトレジスト材料をリチウム化された化合物を含む層から除去するために用いられる湿式化学処理は、好ましくは非水性プロセスである。好ましくは、湿式化学処理はＮ−メチルピロリドンなどの有機溶剤の適用を含む。オプションとして、湿式化学処理はプラズマＯ2化学反応などのプラズマ化学反応の応用によって増進することができる。
【００２７】
本発明の一つの側面では、カソード電流コレクタ、カソード材料、アノード電流コレクタ、及び電解質層を適用する処理工程のうちの少なくとも二つは、異なる処理装置で行われる。驚くべきことに、薄膜リチウム電池の製造に際に、リチウム化された化合物を含む少なくとも一つの層が処理工程の間で通常の大気条件にさらされても、満足できる電池が得られることが見いだされた。
【００２８】
本発明の一つの側面では、リチウム化された化合物を含む層のフォトリソグラフィー処理によるパターン形成がリチウム化された化合物を含む層の最初の形成から約７２時間以内に行われた場合、電池の優れた性能が得られることが見いだされた。好ましくは、リチウム化された化合物を含む層のフォトリソグラフィー処理によるパターン形成は、リチウム化された化合物を含む層の最初の形成から約４８時間以内に行われ、更に好ましくは約３０時間以内に行われる。
【００２９】
一つの側面において、本発明は、大きな基材材料に製造された（実質的に一様なブランケットプロセスで基材表面に材料を被着することによって）カソード−電解質アノードの多層構造を有する大きなシートから個別の電池セルの境界を画定して分離するための方法及び装置を提供する。
【００３０】
一部の実施形態では、セルをどのように画定し、パッシベーションし、材料から取り出すかが説明される。一部の実施形態では、本発明は、レーザーアブレーション及び／又はダイシングソーの手法を用いて、単一セルを画定するために用いるトレンチのために材料を除去し、セルの側面にパッシベーション材料（例えば、絶縁及びレベリング材料（表面の高さをそろえ又は表面を平坦にする材料であり、その後に材料は良好な表面被覆率を有する）、例として、ポリマー、フォトレジスト、ＬｉＰＯＮ、又は他の適当な材料、及び／又は導電体として用いられる、及び／又は蒸気及び酸素バリアとして用いられる金属層など）をコーティングする。別の実施形態では、（以下の図１８の説明参照）レーザーアブレーションの代わりにフォトリソグラフィー法を用いて材料をマスクして除去し、所望パターンの電池材料を残し、その後それにパッシベーション材料及び／又は導体をコーティングする。更に、レーザーアブレーション法で用いるとして説明した方法がフォトリソグラフィー法の一部の実施形態でも用いられ、またその逆もある。
【００３１】
ここで用いられる概略図は一定の比率で描かれていないということに注意されたい。説明される薄膜電池の垂直厚さは、デバイスの横幅（例えば、一部の実施形態では１０００ミクロン（＝１ｍｍ）乃至１０，０００ミクロン（＝１０ｍｍ）であり、別の実施形態では数センチメートルに達する）に比べてきわめて薄い（例えば、一部の実施形態では約１０ミクロン未満であり、別の実施形態では４ミクロン未満にさえなる）。更に、本発明の一部の実施形態では、トレンチの幅は約１０ミクロン以下である。特に、フォトリソグラフィー法はシャドーマスク法に比べて、トレンチ幅及び他の寸法をきわめて小さく及び／又はきわめて正確にするのを可能にする。
【００３２】
一部の実施形態では、本発明の電池セルデバイスは、いろいろな特許及び特許出願明細書の材料、プロセス、方法を用いる（例えば、米国特許仮出願第６０／７００４２５号明細書、米国特許出願第１０／８９５４４５号明細書、米国特許出願第１１／０３１２１７号明細書（「１以上の画定できる層を有する層状バリア構造体及び方法」という発明の名称で２００５年１月６日にＤ．  Ｔａｒｎｏｗｓｋｉらによって出願された）、米国特許出願第１１／４５８０９１号明細書（「軟質及び硬質電解質層を有する薄膜電池及び方法」という発明の名称で２００６年７月１７日にＪ．  Ｋｌａｓｓｅｎによって出願された）、及び米国特許第６８０５９９８号明細書）。これらは参照によってここに組み込まれるが、一般にここではこれ以上検討しない。
【００３３】
〔レーザーアブレーション法及び／又はダイシングソー法〕
図１Ａは、本発明の一部の実施形態の複数のソリッドステートセル（例えば、電力を貯えるための電池セル）を作るための部分的に製造された層状構造体１００Ａ（「ブランケット」とも呼ばれる）の概略断面図である。一部の実施形態では、構造体１００Ａは基材１１０から始まるが、これはいろいろな実施形態において、金属箔、又はシリコンもしくはサファイアウエハ、又はプラスチックフィルム、例えばＫａｐｔｏｎ（登録商標）など、である（ソリッドステート電池セルは基材１１０と呼ばれる支持体材料上に製作される）。基材は、１種以上の材料から選択されるもの、例えば、シリコン、セラミック、金属箔（鉄の、非鉄の、及び合金の）、軟質ポリマー（例えば、Ｋａｐｔｏｎ（登録商標）、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネートなど）、及びそのようなポリマーを含む複合材料、硬質ポリマー、複合材料（すなわち、プリント回路基板（ＰＣＢ）材料）を始めとするもの、を含むことができる。基材は、一部の実施形態では選択されたシートサイズで用意され、別の実施形態では材料の連続したロールとして用意される。一部の実施形態では、用いる基材に応じて及び基材１１０の底部又は側面を通しての電気伝導が所望されるかどうかに応じて、基材１１０にオプションとしての絶縁層１１２（例えば、窒化ケイ素又は酸化ケイ素（ＳｉＯ2）など）が被着される。
【００３４】
一部の実施形態では、層１１２として、２００５年１月６日にＤａｖｉｄ  Ｔａｒｎｏｗｓｋｉらによって出願された「１以上の画定できる層を有する層状バリア構造体及び方法」という発明の名称の米国特許出願第１１／０３１２１７号明細書に記載されているような、多層蒸気バリア（これは絶縁層としても働く）が用いられる。この特許出願明細書は、全体が参照によってここに組み込まれる。
【００３５】
一部の実施形態では、次に、接着層１１４（例えば、クロム又はチタンなどの金属、又はその他の適当な接着性材料）が被着され、カソードコンタクト層１１６（例えば、銅、ニッケル、又はアルミニウムなどの金属、あるいは、例えばカソード内に移動しないように選択される、適当な導電材料）がその後被着される。次に、カソード材料１１８（酸化コバルトリチウム、ＬｉＣｏＯ2、など）が被着され、そして１以上の電解質層（ＬｉＰＯＮ及び／又はリチウム導電性ポリマー電解質、あるいは他の適当な電解質、例えば、「軟質及び硬質電解質層を有する薄膜電池及び方法」という発明の名称の米国特許出願第１１／４５８０９１号明細書に記載されているようなものなど）によって被覆される。一部の実施形態では、アノード、及び／又はアノードコンタクト材料（例えば、銅、ニッケルもしくはアルミニウム、及び／又は、銅、ニッケルもしくはアルミニウムで被覆されたリチウム、など）が被着される（一部の実施形態では、アノードコンタクト材料（例えば、銅又はニッケル）がＬｉＰＯＮ電解質に被着され、そしてリチウムが後でめっきされる（例えば、電池の最初の充電によって））。一部の実施形態では、電池は、電解質１２０を介してアノードコンタクト材料１２２上にリチウムをめっきすることによって、後で充電される。一部の実施形態では、１以上の保護層又はパッシベーション層１２３及び／又は１２４（又は、更に別の交互の層の対、例えば、フォトレジスト（例えば、Ｓｈｉｐｌｅｙ  ２２０フォトレジストや、ＨＤ  Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ社からのいろいろなポリイミド、例えば、２７２７、２７２３、２７２９を含む２７２０シリーズ、２７７０と２７７２を含む２７７０シリーズ、２７３１と２７３７を含む２７３０シリーズ、ＰＩＸ−１４００、ＰＩＸ−３４７６、ＰＩＸ−Ｓ２００、ＰＩＸ−６４００を含むＰＩＸシリーズ、２５２５、２５５５、２５７５及び２５５６を含む２５００シリーズなどや、他のいろいろなポリマー材料、例えば、Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  ＣｏｍｐａｎｙからのＣｙｃｌｏｔｅｎｅ製品番号３０２２−３５、３０２２−４６、３０２２−５７及び３０２２−６３や、光で画定可能なシリコーン、例えば、Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  ＣｏｍｐａｎｙからのＷＬ−５３５１及びＷＬ−３０１０や、ＵＶ硬化性エポキシ、例えば、Ｄｙｍａｘ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎからの９００１など）のような絶縁性平滑層と、例えばアルミニウム又は銅などの金属層との対）。各層には、適切な材料が所望のセルエネルギー密度を可能にする必要な厚さで被着される。場合によっては、基材（例えば、金属箔（例えば、銅箔）などの導体で作られている場合）が、電池の電気コンタクトとして働くことができる。一部の実施形態では、ポジティブ部分（すなわち、基材１１０、絶縁層１１２，接着層１１６、カソードコンタクト１１６、カソード材料１１８、及び一つのＬｉＰＯＮ層（電解質１２０の一部分））が第一のサブシートとして形成される一方で、ＬｉＰＯＮ層（電解質１２０の別の部分）で下方の面（図との関連で）が被覆されたアノードコンタクト層１１２が第二のサブシートとして形成され、そしてその後第一及び第二のサブシートがその間に軟質の電解質層（電解質１２０の更に別の部分）を用いて一緒に積層される。一部の実施形態では、軟質電解質層はポリホスファゼンとリチウム塩、又は適当なポリマー層（固体、ゲル、又は液体／スポンジ）、例えば、「軟質及び硬質電解質層を有する薄膜電池及び方法」という発明の名称の米国特許出願第１１／４５８０９１号明細書に記載されているようなもの、を含む。
【００３６】
一部の実施形態では、基材１１０は、約５００ミクロン（又はそれより薄い）乃至約１０００ミクロン（又はそれより厚い）の厚さである（例えば、一部の実施形態では５２５又は６２５ミクロンのシリコンウエハ）。別の実施形態では、基材１１０は２５ミクロン以下の薄いものであることができるポリマー層（例えばＫａｐｔｏｎ）を含む。一部の実施形態では、層１１２は約１ミクロンの窒化ケイ素、層１１４は約０．５ミクロンのチタン、層１１６は約０．５ミクロンのニッケル、層１１８は約５乃至１０ミクロンの酸化コバルトリチウム、電解質層１２０は約１乃至２．５ミクロンのＬｉＰＯＮ、そして層１２２は約３ミクロンの銅である。一部の実施形態では、一番上に追加の層が加わる（例えば、Ｓｈｉｐｌｅｙ  ２２０フォトレジストなどの１０ミクロンのポリマー、次に銅又はアルミニウムなどの７ミクロンの金属、次にＳｈｉｐｌｅｙ  ２２０フォトレジストなどの１０ミクロン超のポリマー、次に銅又はアルミニウムなどの３乃至７ミクロン超の金属）。
【００３７】
図１Ｂは、本発明の一部の実施形態のソリッドステートセルを作るための層状構造体１００Ｂの概略断面図である。一部の実施形態では、層状構造体１００Ｂは、図１Ａについて上で説明したのと同様の参照数字の層を有する。ここで説明するシンギュレーションプロセスは単一層又は多層のパッシベーションプロセスのために用いることができることに注目されたい。アブレーションプロセス（ここでは、レーザーその他の放射アブレーション（ここでは「レーザーアブレーション」と呼ばれる）及び／又は（カーフのソーイング又はスクライビング）及び／又はフォトレジストで画定されるエッチング又は溶解による材料の除去と定義される）を用いて、下にある表面構造（金属コンタクト）に達するコンタクト領域を複数の形態（同じシートでも異なる形態）で開けて、種々のセルサイズ又は電気的コンタクト構造を与え、及び／又は１以上の保護層で被覆することができる側壁を露出させることができる。次に、電池セルデバイス及び／又はその他のデバイスのそれに続く層を被着し（ブランケット被着物（それはフォトレジスト法を用いてパターン形成できる）として、又はシャドーマスクによって画定して）、そして半導体の処理加工と同様のやり方でもって、他のパターンをレーザーアブレーションで形成し又はその他の方法で選択的に除去することができる。一部の実施形態では、レーザーアブレーションは、周囲の領域の過熱又は融解を回避するために、一連の浅いアブレーション除去工程によって（例えば、ブランケットを横切って左から右へ、及び上から下への複数のレーザーアブレーションパスで、複数回アブレーションし、各回に浅い分量の材料を追加して除去する）、完全貫通よりも少ない（又は、別の実施形態では材料を完全に貫通する）所望の深さまで実行される。一部の実施形態では、レーザーアブレーションパスはとびとびのパターンに従う（例えば、第一回目のパスで、三つの隣接する垂直ラインごとの第一のものと三つの隣接する水平な垂直ラインごとの第一のものを第一の深さまでアブレーションし、第二回目のパスで、三つの隣接する垂直なラインごとの第二のものと三つの隣接する水平な垂直ラインごとの第二のものを第一の深さまでアブレーションし、そして第三回目のパスで、三番目の隣接する垂直ラインごとの第一のものと三番目の隣接する水平な垂直ラインごとの第一のものを第一の深さまでアブレーションし、次に各ラインを第二の（もっと深い）深さまでアブレーションするのを繰り返し、オプションとしてそれ以後に更に深い深さまでアブレーションする）。
【００３８】
一部の実施形態では、セル材料１００Ａ又は１００Ｂの完成したブランケット又はシート又はロールセクションの部分を、アブレーション及び／又は切断のための位置決めテーブルに配置する。いろいろな実施形態において、レーザー、又は乾式又は湿式ウエハダイシングソーは、アブレーションプロセスのために材料のブランケットから適切なサイズのセルをシンギュレーションするようにプログラムされる。セル間の除去される領域は、カーフ（例えば、後述する溝２１１又は２１２）と呼ばれる。
【００３９】
一部の実施形態では、セル材料１００Ａ又は１００Ｂを途中まで切断して個々のセルを互いに分離しつつ、基材の一部を切断しないで残す。一部の実施形態では、基材を切断して複数の個片に分離し、各個片が１以上のセルを有する。次に、１以上のパッシベーション層を追加して、その時点で露出しているセルの側面を封止する。一部の実施形態では、セルは後で互いにシンギュレーションされる（完全に分離される）。
【００４０】
図２Ａは、本発明の一部の実施形態のソリッドステートセルを作るためのアブレーションされた層状構造体２００Ａの概略断面図である。一部の実施形態では、一連のカーフ又は溝を、例えば材料のレーザーアブレーションによって、切り込む（例えば、一回の切り込みを利用して、又は浅い切り込みを繰り返して）。一部の実施形態では、図２Ａに示されるような垂直な壁の溝２１１を切り込んで、電池層の複数の島２１０を残す。別の実施形態では、図２Ｂに示されるような傾斜した壁の溝２１２を切り込む。一部の実施形態では、各島は上から見た形が長方形である。別の実施形態では、島は所望に応じて選ばれた他の形である。一部の実施形態では、多数の島がシート１００Ａの面の両方の次元にわたって形成される。
【００４１】
図２Ｂは、本発明の一部の実施形態のソリッドステートセルを作るためのアブレーションされた層状構造体２００Ｂの概略断面図である。一部の実施形態では、以後に被着される層が側壁を更に完全に被覆するように、傾斜した壁の溝２１２が切り込まれる。一部の実施形態では、多数の島がシート１００Ｂの面の両方の次元にわたって形成される。
【００４２】
一部の実施形態では、アブレーションプロセスは、被着された材料を精密に制御された速度で材料を蒸発させるか又は切り込むことによって除去することを含む。レーザー又はダイシングソーを、適正な深さに制御するためｚ軸方向（図２Ａ及び図２Ｂにおいて垂直方向）に制御し、カーフ幅を追加の材料を被着するのを可能にするように設定する。アブレーションの制御された速度（すなわち、複数の浅い切り込みを使用する）は、被着された層が融解、汚染、又は材料の交錯を生じさせるまで熱による影響を受けないようにする。一部の実施形態では、材料は基材の方に向かって、活性材料の最初の層のほぼ１〜５ミクロン下の深さにアブレーションされ又は切り込まれる（図２）。残った基材は、セルが基材から完全に分離されるまでの機械的支持体として働く。
【００４３】
次に、画定されたセルの基材をパッシベーションの適用のための領域へ移動させる。一部の実施形態では、パッシベーションは、単一ポリマー層、ポリマー層と金属層の積重体、又はソリッドステート絶縁材料層と金属層の積重体を含むことができる。
【００４４】
図３Ａは、本発明の一部の実施形態のアブレーションされ充填された加工処理中のソリッドステートセル３００Ａの概略断面図である。一部の実施形態では、プロセスは単一のポリマー保護コートを用い、ポリマー材料の膜を基材の上に適用して、アブレーションされた領域のカーフ２１１又は２１２を充填し、セルの一番上を被覆する（図３Ａ又は図３Ｂ）。一部の実施形態では、ポリマー材料３２４は、その材料の粘度に応じて、ミストスプレー、蒸気プライムによって適用され、又は分給されてドクターブレードで平らにされる。一部の実施形態では、パッシベーション材料は適切なレベルの固さまで硬化される。
【００４５】
図３Ｂは、本発明の一部の実施形態のソリッドステートを作るためのアブレーションされ充填された加工処理中のソリッドステートセル３００Ｂの概略断面図である。一部の実施形態では、ポリマー材料３２４が溝を充填し島２１０の一番上を被覆する。
【００４６】
図４Ａは、本発明の一部の実施形態の再アブレーションされたソリッドステートセル４００Ａの概略断面図である。一部の実施形態では、基材をコンタクトの画定とセル分離のためにレーザーアブレーションシステム（又はソーマシン又はエッチング／溶解ステーション）に戻す。レーザービーム又はダイシングソーは、パッシベーション材料３２４を貫いて垂直な壁の溝４１１、及び各セルの一番上にあるコンタクト（例えば、アノードコンタクト層１２２）に達する開口４１３（図４Ａ）、をアブレーション（切り込み）し、又は、パッシベーション材料３２４を貫いて傾斜した壁の溝４１２、及び各セルの一番上にあるコンタクトに達する開口４１４（図４Ｂ）、をアブレーション（切り込み）する。コンタクトの画定に続き、レーザー又はダイシングソーを最初のアブレーションのカーフ幅のパーセント値に設定する。ビームは、各セルの隅と側面の中央の小さな支持タブを除き、パッシベーション材料を貫き且つ基材を貫いてアブレーションする（図４Ａ、４Ｂ、及び５）。
【００４７】
図４Ｂは、本発明の一部の実施形態の再アブレーションされたソリッドステート電池４００Ｂの概略断面図である。これらの実施形態では、パッシベーション層３２４をより良好に封止するために、電池の側壁は傾斜している（図１Ｂ、２Ｂ、及び３Ｂについての上記の説明参照）。
【００４８】
図５は、本発明の一部の実施形態の再アブレーションされたソリッドステートセル５００の概略上面図である。一部の実施形態では、セル５００は図４Ａの再アブレーションされたソリッドステートセル４００Ａの上面図に相当する一方、別の実施形態では、セル５００は図４Ｂの再アブレーションされたソリッドステートセル４００Ｂの上面図に相当する。この図は、溝４１１（図４Ａの実施形態の場合）又は４１２（図４Ｂの実施形態の場合）のうちの一部分（すなわち貫通スロット４１６）は全部切り取られる一方で、その他の部分はタブ４１７として残されて、シンギュレーションされた電池を暫定的に結合したままにして取扱い易くしているのを示している。すなわち、セルは、アブレーション後の作業を通して、余分の外側基材に結合されたままになっている。セルの最終的な分離は、ピックアンドプレース装置によって個々のセルに加えられる上向き又は下向きの力によって行われる。
【００４９】
図６は、本発明の一部の実施形態のソリッドステートセルを製造するための部分的に製作された積層構造体６００の概略断面図（一部の実施形態では、図２Ａ又は２Ｂと同様）である。セクション１で述べたような最初のセルの画定後、基材を覆ってポリマー材料の膜を適用し、アブレーションされた領域に充填して、セルの一番上を被覆する（図６）。ポリマー材料は、その材料の粘度に応じて、ミストスプレー、蒸気プライムによって適用され、又は分給されてドクターブレードで平らにされる。パッシベーション材料は適切なレベルの固さまで硬化される。絶縁ソリッドステート膜を用いる際には、材料はマグネトロンスパッタリング又は真空蒸着での被着によって適用される（図６）。
【００５０】
図７は、本発明の一部の実施形態のソリッドステートセルを製造するためのアブレーションされた積層構造体７００の概略断面図（一部の実施形態では、図３Ａ又は３Ｂと同様）である。基材は、過剰なポリマー又は絶縁材料の除去のためにレーザーアブレーションシステム又はダイシングソーに戻される。レーザービーム又はダイシングソーはパッシベーション材料を貫いてアブレーションし、セルを完全に被覆する層を残す（図７）。
【００５１】
図８は、本発明の一部の実施形態のアブレーションされ充填された加工処理中のソリッドステートセル８００の概略断面図である。一部の実施形態では、金属の層８１０が被着される。基材は、金属の被着のために真空チャンバに入れられる。一部の実施形態では、これはマグネトロンスパッタリング又は真空蒸着によって行われる（図８）。
【００５２】
基材は、コンタクトの画定とセル分離のためにレーザーアブレーションシステム又はダイシングソーに戻される。レーザービーム又はダイシングソーは、各セルの一番上のコンタクトに達するまでパッシベーション材料の層を貫いてアブレーションする（図９）。コンタクトの画定後、レーザーを、最初のアブレーションのカーフ幅のパーセント値に設定する。ビームは、各セルの隅と側面の中央の小さな支持タブを除き、パッシベーション材料を貫き且つ基材を貫いてアブレーションする（図１０）。
【００５３】
図９は、本発明の一部の実施形態の加工処理中のソリッドステートセル９００の概略断面図である。一部の実施形態では、充填材料８１０を溝８１２でアブレーションして、材料８１０の薄い層を残す。一部の実施形態では、基材は、コンタクトの画定とセルの分離のためにレーザーアブレーションシステム又はダイシングソーに戻される。一部の実施形態では、レーザービーム又はダイシングソーは、パッシベーション材料の層を貫いて各セルの一番上のコンタクトまでアブレーションする（図９）。コンタクトの画定後、レーザーを最初のアブレーションのカーフ幅のパーセント値（１００％未満）に設定する。ビームは、各セルの隅と側面の開口の中央の小さな支持タブ１０１７を除き、パッシベーション材料を貫き且つ基材を貫いてアブレーションする（図１０）。
【００５４】
図１０は、本発明の一部の実施形態の加工処理中のソリッドステートセル１０００の概略断面図である。一部の実施形態では、セルはアブレーション後の処理を通して基材に残される。セルの最終的な分離は、ピックアンドプレース装置によって個々のセルに加えられる上向き又は下向きの力によってなされる。
【００５５】
図１１は、ブランケットセル工程後の本発明の一部の実施形態の加工処理中のソリッドステートセル１１００の概略断面図である。両方のコンタクトに電池の上端からアクセスするセルでは、アブレーションでの画定を除きプロセスは上述したものと同様である。
【００５６】
図１２は、加工処理中のソリッドステートセル１２００の概略断面図であり、アブレーションにより画定されたセルと上面のコンタクトを示している。
【００５７】
図１３は、加工処理中のソリッドステートセル１３００の概略断面図であり、適用された第一のパッシベーション層を示している。
【００５８】
図１４は、加工処理中のソリッドステートセル１４００の概略断面図であり、第一のパッシベーション層がセルを一様に被覆するようにアブレーションされているのを示している。
【００５９】
図１５は、加工処理中のソリッドステートセル１５００の概略断面図であり、パッシベーション材料の追加の層（金属）が適用されているのを示している。
【００６０】
図１６は、加工処理中のソリッドステートセル１６００の概略断面図であり、セルのコンタクト領域がアブレーションされ、セルが基材の支持タブを除いてアブレーションされているのを示している。
【００６１】
図１７は、処理加工中のソリッドステートセル１７００の概略上面図であり、コンタクトパッドが認められるとともに支持タブが認められるセルの上面図を示している。
【００６２】
〔フォトリソグラフィー方法〕
マイクロエレクトロニクス用途でバックアップ電力を供給するために用いられる電池は、様々な大きさのものがあるが、通常は、回路基板のトレースにはんだ付けされる金属タブを使用して回路基板に取り付けられるコイン電池である。これらの電池の最小サイズは、主として電池を環境から保護するために金属キャニスターとガスケットを必要とするという制約のために、数ミリメートルの直径、及び１〜２ｍｍの厚さに制限される。この制限のために、電池が電力を供給する集積回路も含むパッケージ内に電池を直接一体化することができなくなる。
【００６３】
薄膜ソリッドステート電池は、いろいろな基材上に、いろいろな厚さで作ることができる。これまでは、ソリッドステート薄膜電池はシャドーマスク法を使って製作されており、それによれば電池を構成するのに用いられる各膜はマスクの開口部を通して被着される。この方法は、層と層の重なり、マスクの許容誤差、マスク開口部の周縁の下に被着された膜が押し出される、などの要因のために、電池の実際の最小サイズをことにより一辺１０ミリメートルに制限する。この方法は、いずれかの所定のマスキング作業で基材と基材上に既に存在している膜の上にマスクを物理的に適用するために、粒状物質を発生しやすい。これらの粒状物質は、電池構造体に埋め込まれて電池が充電され又は放電するときに予測できない挙動の原因となる可能性があるため、故障部位になる可能性がある。本発明は、種々の膜を被着し、その後パターンを形成して不所望の領域で除去を行う方法を開示する。この方法は、電池の専有面積を一辺が約１ミリメートルから一辺が数十センチメートルまでの範囲にするのを可能にする。更に、この方法を用いると、電池を集積回路の製造に用いられているのと同様の基材上に作ることができ、そのため最終的な組立と集積プロセスがより単純になりコスト効率的になる。
【００６４】
層と層との上下の重なりに関していくつかのやり方が可能であり、特定領域の材料を選択的に除去するのもいくつかの方法が可能である。電池構造体の膜の多くについて湿式及び乾式エッチングの両方が可能であり、任意の所定の層にパターンを形成するのにいくつかの感光材料を利用できる。電池構造体の材料のいくつかは水溶性であり、従って、材料が残るようにすべき領域でその材料を除去するのを避けるために、非水性のフォトレジスト現像剤とポストエッチフォトレジスト剥離剤を用いることが好ましい。パターンを形成しようとする材料及び／又は設けようとする設計の表面構造との適合性に応じて、ネガ型及びポジ型フォトレジストの両方が可能である。
【００６５】
マイクロ電池を製造するためには、数層の材料を被着し、被着された順序で、又はその逆の順序で、あるいはその二つの何らかの組み合わせで、それらを光を利用して付形しなければならない。一つの層が隣接するものに対して重なる距離は、マスクアライナーの公差、エッチング寸法の変化、マスクバイアス、などのいくつかの因子、及びリチウムのめっき、密封封止などを含めた、電池性能に関連する因子に依存する。
【００６６】
図１８は、ソリッドステートセル１８００の概略断面図であり、フォトリソグラフィーで画定されるセルのコンタクト領域及び／又は層を示している。オプションとして、フォトリソグラフィー法は、オプションとしての基材の支持タブを除いてセルをシンギュレーションするためにも用いられる。一部の実施形態では、セル１８００は基材１８０１の上に被着される逐次的な層によって形成される。別の実施形態では、上で言及した米国特許出願第１１／４５８０９１号明細書に記載されているように、逐次的層の一部を基材１８０１に被着する一方で、他の層は最上層側の層の上に被着して、その後それを基材とその層にかぶせる。一部の実施形態では、基材１８０１を、カソード電流コレクタ層１８０２、カソード材料１８０３、電解質層１８０４（例えば、ＬｉＰＯＮ、又は上で言及した米国特許出願第１１／４５８０９１号明細書に記載されているような複数の電解質層）、組立後に電池が充電される場合はアノード電流コレクタ層１８０５（又は、まずアノード材料が被着される場合はアノード材料に続いてアノード電流コレクタ層１８０５）、封止剤１８０７、及び金属層１８０７（これは封止剤１８０７を通り抜ける孔又はビアを通してアノード電流コレクタ層１８０５と接触する）、によって被覆する。
【００６７】
一部の実施形態は、基材層１８０１として、シリコン、アルミナ、銅、ステンレス鋼、又はアルミニウムを用いる。一部の実施形態では、基材の厚さは、金属箔の場合の０．００１”から、シリコン及びアルミナの場合のおよそ０．０３０”までの範囲にわたる。
【００６８】
電池の大きさは、約１ｍｍ平方以下から２平方センチメートル以上までの範囲にわたることができる。この大きさの範囲内の電池は、実用的な量の放電容量をもたらすとともに、製造も経済的に行われる。電池は、用途の必要に応じて、正方形、長方形、円形、又は他の多くの形が可能である。
【００６９】
一部の実施形態では、電池の製作は、カソード電流コレクタ１８０１の被着から始まるが、ただし基材が電流コレクタとして働くことができる金属箔の場合は別である。そのような一部の実施形態では、基材を絶縁層（例えば、カソード−コンタクト基材を最上層の金属層１８０７から絶縁するＳｉＯ2）で被覆し、それを次にパターン化して絶縁体にカソードコンタクトのための孔を残す。電流コレクタ１８０１は、一部の実施形態では、Ｔｉ／Ｎｉの積重体を含み、このＴｉは接着を促進するために基材に直接被着され、Ｎｉが、カソード（例えばＬｉＣｏＯ2）がそれによく密着するので、カソード１８０３と接触する。別のアプローチでは、Ａｌ／Ｎｉが用いられ、このＡｌは応力緩和層として働いて、核生成部位ができないようにし又はそれを減らすとともに、特にカソードの厚さが数ミクロンに増加したときに、カソードに割れが発生するのを防止する。一部の実施形態では、電流コレクタ膜の厚さは、Ｔｉについては約０．０５乃至０．２ミクロン、Ｎｉについては約０．１乃至０．５ミクロンである。Ａｌを用いる場合、膜厚の範囲は約０．５乃至９ミクロンである。フォトレジストを用いて電流コレクタをパターン化し、湿式又は乾式の化学処理によって電流コレクタを画定後、溶剤とプラズマＯ2化学処理を使用してレジストを除去し、次の層、この場合はカソード、を被着させる。
【００７０】
一部の実施形態では、カソード１８０３の厚さは、所定の用途で必要な充電／放電容量に応じて、約３から１５ミクロンまでの範囲である。この材料は一般にＬｉＣｏＯ2である。厚さが約３ミクロンより小さいカソードも製造されているが、通常はマイクロ電池として放電容量が小さすぎて用途の必要を満たすことができない。薄いカソードで十分な場合があり、製造方法及び電池の幾何学形状はこれらの薄いカソードのデバイスにも適用される。一部の実施形態では、カソードはその後、ＳＰＲ  ２２０などのポジ型フォトレジストを使ってパターン化され、湿式化学処理を使ってエッチングされる。下にあるカソード電流コレクタに対するカソードのオーバーレイは、端面に対して約５から２０ミクロンである（小さい寸法にされる）。フォトマスクは、二つの層の整合不良の最悪ケースを想定し、そしてまた二つの膜のエッチング及びオーバーエッチングによる寸法変化も想定した大きさに作られる。フォトレジストは、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）などの溶剤を用い、オプションとしてプラズマＯ2化学処理と組み合わせて、除去される。カソードの側壁プロファイルは、以後の層（例えば、ＬｉＰＯＮ、アノード材料など）がその側壁をどれほどうまく被覆するかを決定するので、重要である。急勾配の又は凹入した側壁では、ステップカバレージが不十分になり、場合によっては膜の被覆が不連続になる。これは、以後の加工処理の複雑さ、密封性、及び信頼性に関係する。従って、傾斜した側壁が望ましい。当然ながら、シャドーマスクによる被着は、膜が完全な厚さである点から傾斜をつけてゼロに至る点まで測って１００ミクロン以上にまでわたって延びる、長いテーパーがついたプロファイルをもたらすことになる。光を使ってパターン形成し湿式エッチングされたＬｉＣｏＯ2では、側壁を垂直に作ること、逆方向に傾斜させること、あるいは正方向に傾斜させることができ、後者のケースが好ましい傾斜である。垂直又は凹入した側壁の望ましくない副次的影響を防止し、同時に膜のテーパー領域によって犠牲にするデバイス領域が大きすぎることがないようにするには、垂直から２０乃至７０度はずれた傾斜が好適である。この範囲の角度は、フォトレジスト材料、露光、現像時間、ＬｉＣｏＯ2エッチング化学処理、及びエッチングパラメーター（例えば、温度、攪拌など）の適切な組み合わせを用いて得ることができる。
【００７１】
カソードをパターン化したなら、それをアニールし、そして次に固体電解質ＬｉＰＯＮ１８０４を被着し、ネガ型フォトレジスト、例えば、ＨＤ  Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓからの種々のポリイミド、例えば、２７２７、２７２３、２７２９を含む２７２０シリーズ、２７７０と２７７２を含む２７７０シリーズ、２７３１と２７３７を含む２７３０シリーズ、及び光画定可能なシリコーン、例えば、Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  ＣｏｍｐａｎｙからのＷＬ−５３５１及びＷＬ−３０１０、などを用いて、光によりパターン化する。ＬｉＰＯＮは水溶性なので、市販されているほとんどのポジ型フォトレジストは、これらのフォトレジストに対しては水性現像剤が使用されるために、ＬｉＰＯＮをパターンニングするのには適さない。電解質の厚さは、普通約０．５から２．５ミクロンまでである。あるいはまた、カソードのパターニング前にＬｉＰＯＮを被着し、その後でカソードを上述したようにパターニングすることができる。最初の場合には、ＬｉＰＯＮの延在する範囲は下にあるカソードに対して小さめであっても大きめであってもよく、後者の場合には、カソードのフォトマスクパターンがＬｉＰＯＮの範囲を超えて延在するために、ＬｉＰＯＮはカソードに対して小さめでなければならない。ＬｉＰＯＮの境界は、カソード電流コレクタの端部を超えて拡がっていても、電流コレクタの境界に届かずに終わっていてもよい。ＬｉＰＯＮを電流コレクタの境界内に収めることによって、カソードとのコンタクトは、ワイヤボンディング、はんだ付け、導電性エポキシなどをその後利用できるようにするため、その電流コレクタ又はその一部を露出したままに残すことによって行うことができる。上面及び底面コンタクト方式を用いる場合、カソード電流コレクタには代わりに導電性基材を介してアクセスする。オーバーレイ（張り出し）／アンダーレイ（引き込み）距離は、端面に対して約５から２０ミクロンである。フォトレジストは、非水性溶剤、及びオプションとしてプラズマＯ2化学処理、を用いて除去される。
【００７２】
次に、アノード及び／又はアノード電流コレクタ１８０５を約０．５から３ミクロンの厚さで被着させる。ここでは、Ｃｕ又はＴｉ又はＮｉのいずれかを、アノード電流コレクタＬｉめっきアノードとして用いることができる。Ａｌも用いることができるが、これはアノードをめっきすると言うより、合金化するものとして用いられ、そしてデバイス性能、充電電圧などは異なる。一部の実施形態では、ＬｉＰＯＮがカソードに対して小さい場合、アノードは完全にＬｉＰＯＮの上になければならず（さもないと、電池は電気的に短絡される）、あるいはＬｉＰＯＮがカソードに対して大きい場合、アノードはカソードとＬｉＰＯＮに対して小さくても大きくてもよい。基材が導電性である場合、又はカソード電流コレクタがＬｉＰＯＮの境界線を超えて延在している場合、アノードはＬｉＰＯＮの境界線を超えて延在してはならず、さもないとデバイスはやはり短絡される。一部の実施形態では、アノードは、下にあるＬｉＰＯＮがアノード形成時にフォトレジスト現像剤又は他の水性溶液に曝露されるかどうかに応じて、ネガ型又はポジ型フォトレジストを用いてパターニングされる。やはり、典型的なオーバーラップ／アンダーラップ距離は端面に対して約５から２０ミクロンまでの範囲である。一部の実施形態では、アノードは、ＴｉとＡｌの場合は反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によって、ＣｕとＮｉの場合は湿式化学処理によってエッチングされる。一部の実施形態では、ＴｉとＡｌの場合にも湿式化学処理を用いることができるが、清浄さ及びエッチングの制御のために、また湿式化学処理で水性エッチング溶液を用いる場合不注意にＬｉＰＯＮをエッチングするのを防ぐために、乾式エッチングの方が好ましい。一部の実施形態では、アノードも、下にある材料のいずれかを付形する前に付形される。一部の実施形態では、フォトレジストは溶剤とプラズマＯ2化学処理の組み合わせを用いて除去される。１以上の順次被着された層がそのすぐ下にある膜に対してその後小さくされるピラミッド形の積重体の場合、電池の積重体においてそのような形態を有する層は、順次被着し、積重体の一番上の小さくされる層から始めてパターニングすることができる。
【００７３】
一部の実施形態では、次の工程は、デバイスを封止し、又はパッシベーションし、そして一つのやり方では、ワイヤボンディングし、はんだ付けし、導電性エポキシにより接続する、等のためのアクセスのために、アノード／アノード電流コレクタを電池の周縁部に持ってくることである。封止は、電池の材料を水蒸気、酸素、及び他の環境汚染物質への曝露から保護するために望ましいものである。リチウムは他の元素及び化合物と容易に反応し、そのため電池の製造後は外界から隔離しなければならない。一部の実施形態において、これは、スピンオン材料の多層交互積重体、すなわち、各層１８０６のために、欠陥や平らでない表面を滑らかにするため、通常は有機材料、例えばシリコーン、ポリイミド、エポキシ、又は上述のようなその他のポリマーなどを使用し、そして次に、外部汚染物質が活性の電池構造体中に移動するのを防ぐため、Ａｌ又はＣｕなどのメタライズ層１８０７を、交互に行う様式で被着させたもの、を使ってなされる。本発明の実施形態では、１以上の窒化物の層と１以上の金属層を含む交互封止構造体が考えられる。一部の実施形態では、この多層積重体の各逐次層は、それに先立つ層の境界を約１５乃至３０ミクロン超えて延在する。これはシールリングを提供する。有機層の厚さは約８乃至１０ミクロンであり、上にある金属層をアノード／アノード電流コレクタに電気的に接続するのを可能にするためのビアを含む。メタライゼーションは、普通、各被着層当たりの厚さが約１乃至３ミクロンである。最後の層は通常、厚さが約０．５乃至１ミクロンの窒化ケイ素であり、これは更なる気密性をもたらすとともに、集積回路のパッケージング材料と適合性がある。それはまた、摩耗と取扱いによる損傷に対するかなりの物理的バリアとして働く。基材をカソード電流コレクタとのコンタクトを行うために用いる場合、カソード電流コレクタは完全にシールすることができ、従って、電気的接続のため後にアクセスするためにカソード電流コレクタタブをパッシベーションプロセスの間露出させたままにしておかなければならない場合と比べて良好な気密シールをもたらす。有機物／金属／有機物／金属という多層積重体への交互式のアプローチは、有機材料の単一の平滑化層を用い、次いで銅又はニッケル又は金の厚い層を、水分と酸素に対するバリアをもたらすとともにアノードへの電気コンタクトを行うために、電気めっきすることである。
【００７４】
一部の実施形態では、電池積重体における一部の層について、隅を直角にするよりもむしろ、面取りすることも望ましい。一部の実施形態では、これは、２以上の線分を用いるフォトマスクで隅を形成することによってなされる。フォトリソグラフィー及びエッチングのプロセスは必然的に、フォトマスクに描かれたものよりもゆるやかに隅を丸める。一部の実施形態では、応力の緩和が第一の利益であり、膜の応力割れの可能性が小さくなる。第二の利益は、直角の構造に比べて、特にカソードが厚く作られたときに、高い側壁のフォトレジストの被覆率が上昇することである。
【００７５】
本発明の一部の実施形態の一つの側面は、アノードコンタクト、アノードコンタクトに被着されたＬｉＰＯＮ電解質セパレータ、及びＬｉＰＯＮとアノードコンタクトとの間のリチウムアノード材料のめっきされた層を含む装置を包含する。
【００７６】
一部の実施形態では、アノードコンタクトは銅を含み、基材はポリマーを含む。
【００７７】
本発明の別の側面は、アノードコンタクトにＬｉＰＯＮを被着する被着ステーション、アノードコンタクトにリチウムをめっきしてアノード基材を形成するオプションとしてのめっきステーション、基材にカソード材料を被着し、カソード材料にＬｉＰＯＮを被着してカソード基材を形成するカソード被着ステーション、及びカソード基材とアノード基材との間に挟まれたポリマー電解質材料を用いてアノード基材をカソード基材に取り付ける組立ステーションを含む装置を包含する。
【００７８】
本発明の一部の実施形態では、被着ステーションはＬｉＰＯＮのスパッター被着を含む。
【００７９】
一部の実施形態では、ＬｉＰＯＮはアノードコンタクトに約０．１ミクロンと約１ミクロンの間の厚さで被着される。一部の実施形態では、アノードのＬｉＰＯＮ層は約０．１ミクロン未満の厚さである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約０．１ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約０．２ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約０．３ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約０．４ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約０．５ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約０．６ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約０．７ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約０．８ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約０．９ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約１．０ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約１．１ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約１．２ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約１．３ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約１．４ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約１．５ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約１．６ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約１．７ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約１．８ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約１．９ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約２．０ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約２．１ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約２．２ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約２．３ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約２．４ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約２．５ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約２．６ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約２．７ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約２．８ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約２．９ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約３ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約３．５ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約４ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約４．５ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約５ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約５．５ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約６ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約７ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約８ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約７ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約９ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約１０ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は１０ミクロンより厚い。
【００８０】
一部の実施形態では、ＬｉＰＯＮはカソードコンタクトに、約０．１ミクロンと約１ミクロンの間の厚さで被着される。一部の実施形態では、カソードのＬｉＰＯＮ層は０．１ミクロン未満の厚さである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約０．１ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約０．２ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約０．３ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約０．４ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約０．５ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約０．６ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約０．７ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約０．８ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約０．９ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約１．０ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約１．１ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約１．２ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約１．３ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約１．４ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約１．５ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約１．６ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約１．７ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約１．８ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約１．９ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約２．０ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約２．１ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約２．２ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約２．３ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約２．４ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約２．５ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約２．６ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約２．７ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約２．８ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約２．９ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約３ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約３．５ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約４ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約４．５ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約５ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約５．５ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約６ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約７ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約８ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約７ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約９ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は約１０ミクロンである。一部の実施形態では、このＬｉＰＯＮ層は１０ミクロンより厚い。
【００８１】
一部の実施形態では、めっきステーションはリチウム対電極とアノードのめっきされたリチウムの間で、約４０ｍＶの電圧及び約０．９ｍＡ／ｃｍ２の密度で、０．６ｍＡで電気めっきを行う。
【００８２】
本発明の一部の実施形態では、リチウムをアノードコネクタにめっきするために、液体炭酸プロピレン／ＬｉＰＦ６電解質溶液及びＬｉＰＯＮバリア／電解質層を通してリチウムを伝導させる。本発明の一部の実施形態では、リチウムをカソードコネクタにめっきするために、液体炭酸プロピレン／ＬｉＰＦ６電解質溶液及びＬｉＰＯＮバリア／電解質層を通してリチウムを伝導させる。
【００８３】
本発明の一部の実施形態は、アノード、カソード、及び電解質構造体を有する電池を含む装置であって、アノードはリチウムを含むアノード材料と、アノードの少なくとも一部を被覆するＬｉＰＯＮバリア／電解質層を含み、カソードはリチウムを含むカソード材料と、カソードの少なくとも一部を被覆するＬｉＰＯＮバリア／電解質層を含み、電解質構造体はアノードを被覆するＬｉＰＯＮバリア／電解質層とカソードを被覆するＬｉＰＯＮバリア／電解質層との間に挟まれたポリマー電解質を含む装置を包含する。
【００８４】
装置の一部の実施形態では、カソード材料はカソードコンタクト材料に被着されたＬｉＣｏＯ2を含み、その後でカソードを被覆するＬｉＰＯＮバリア／電解質層が被着される。
【００８５】
装置の一部の実施形態では、リチウムアノード材料は、アノードを被覆するＬｉＰＯＮバリア／電解質層を介して銅のアノードコンタクトにめっきされる。
【００８６】
装置の一部の実施形態では、アノード材料は、ＬｉＰＯＮバリア／電解質層で少なくとも部分的に被覆された金属シートの両方の主面に被着される。
【００８７】
装置の一部の実施形態では、カソード材料は、金属シートの両方の主面に被着され、そしてＬｉＰＯＮバリア／電解質層で少なくとも部分的に被覆される。
【００８８】
装置の一部の実施形態では、カソードコンタクト材料は金属メッシュを含み、その周りにカソード材料が被着される。
【００８９】
装置の一部の実施形態では、リチウムアノード材料は、アノードコンタクト層を被覆するＬｉＰＯＮバリア／電解質層を介してアノードコンタクト箔の両方の主面にめっきされる。
【００９０】
装置の一部の実施形態では、リチウムアノード材料はコンタクト箔を被覆するＬｉＰＯＮバリア／電解質層を介してコンタクト箔の第一の主面にめっきされ、リチウムカソード材料はコンタクト箔の第二の主面に被着され、カソードを被覆するＬｉＰＯＮバリア／電解質層が次いでスパッタリングにより被着される。
【００９１】
装置の一部の実施形態では、リチウムカソード材料がカソードコンタクト箔の両方の主面に被着され、カソードを被覆するＬｉＰＯＮバリア／電解質層が次いでスパッタリングにより被着される。
【００９２】
装置の一部の実施形態では、リチウムカソード材料がカソードコンタクトメッシュの両方の主面に被着され、カソードを被覆するＬｉＰＯＮバリア／電解質層が次いでスパッタリングにより被着される。
【００９３】
一部の実施形態において、本発明の別の側面は、リチウムを含むアノード材料とそのアノード材料を被覆するＬｉＰＯＮバリア／電解質層とを含む第一のシートを用意すること、リチウムを含むカソード材料とそのカソード材料を被覆するＬｉＰＯＮバリア／電解質層とを含む第二のシートを用意すること、そして第一のシートのアノード材料を被覆するＬｉＰＯＮバリア／電解質層と第一のカソードシートのカソード材料を被覆するＬｉＰＯＮバリア／電解質層との間にポリマー電解質材料を挟むことを含む方法を包含する。
【００９４】
この方法の一部の実施形態は、リチウムを含むアノード材料とそのアノード材料を被覆するＬｉＰＯＮバリア／電解質層とを含む第三のシートを用意すること、リチウムを含むカソード材料とそのカソード材料を被覆するＬｉＰＯＮバリア／電解質層とを含む第四のシートを用意すること、第三のシートのアノード材料を被覆するＬｉＰＯＮバリア／電解質層と第四のシートのカソード材料を被覆するＬｉＰＯＮバリア／電解質層との間にポリマー電解質材料を挟むこと、及び第一のシートのアノード材料を被覆するＬｉＰＯＮバリア／電解質層と第四のシートのカソード材料を被覆するＬｉＰＯＮバリア／電解質層との間にポリマー電解質材料を挟むこと、を更に含む。
【００９５】
この方法の一部の実施形態では、アノードは、ＬｉＰＯＮ層を通して銅のアノードコンタクト層に層として被着させる。
【００９６】
この方法の一部の実施形態では、リチウムアノードの被着は、炭酸ポリプロピレン／ＬｉＰＦ６電解質溶液中での電気めっきによって行われる。
【００９７】
この方法の一部の実施形態では、第一のシートはアノード材料と反対の面にカソード材料とこのカソード材料を被覆するＬｉＰＯＮバリア／電解質層とを含み、第二のシートはリチウムを含むアノード材料とこのアノード材料を被覆するＬｉＰＯＮバリア／電解質層とを含み、そしてこの方法は、第一の面にリチウムを含むアノード材料とこのアノード材料を被覆するＬｉＰＯＮバリア／電解質層とを含み、第一の面と反対の第二の面にリチウムを含むアノード材料とこのアノード材料を被覆するＬｉＰＯＮバリア／電解質層とを含む第三のシートを用意すること、及び第一のシートのアノード材料を被覆するＬｉＰＯＮバリア／電解質層と第三のシートのカソード材料を被覆するＬｉＰＯＮバリア／電解質層との間にポリマー電解質材料を挟むこと、を更に含む。
【００９８】
一部の実施形態において、本発明の別の側面は、リチウムを含むアノード材料とこのアノード材料を被覆するＬｉＰＯＮバリア／電解質層とを含む第一のシート、リチウムを含むカソード材料とこのカソード材料を被覆するＬｉＰＯＮバリア／電解質層とを含む第二のシート、及び第一のシートのアノード材料を被覆するＬｉＰＯＮバリア／電解質層と第一のカソードシートのカソード材料を被覆するＬｉＰＯＮバリア／電解質層との間にポリマー電解質材料を挟むための手段、を含む装置を包含する。
【００９９】
この装置の一部の実施形態は、リチウムを含むアノード材料とこのアノード材料を被覆するＬｉＰＯＮバリア／電解質層とを含む第三のシート、リチウムを含むカソード材料とこのカソード材料を被覆するＬｉＰＯＮバリア／電解質層とを含む第四のシート、第三のシートのアノード材料を被覆するＬｉＰＯＮバリア／電解質層と第四のシートのカソード材料を被覆するＬｉＰＯＮバリア／電解質層との間にポリマー電解質材料を挟むための手段、及び第一のシートのアノード材料を被覆するＬｉＰＯＮバリア／電解質層と第四のシートのカソード材料を被覆するＬｉＰＯＮバリア／電解質層との間にポリマー電解質材料を挟むための手段を含む。
【０１００】
一部の実施形態において、本発明は、基材、カソード材料、アノード電流コレクタ、オプションとしてのアノード材料、及びカソード材料をアノード電流コレクタから分離する電解質層を含む第一のシートを用意することと、カソード材料、アノード電流コレクタ、及びカソード材料をアノード電流コレクタから分離する電解質層を貫いて１以上の材料の除去処理を行って、基材の第一の部分を、基材の第二の部分を貫くことなく除去して、互いに分離された第一の複数の電池セルを残すが、但し第一の複数の電池セルのうちの複数が第一のシートの少なくとも単一の分離されない部分に付属したままであるようにすることを含む方法を包含する。
【０１０１】
この方法の一部の実施形態は、更に、複数のセルを少なくともそれらの側面で被覆するようにシートに第二の材料を被着することを含む。
【０１０２】
この方法の一部の実施形態は、更に、第一の材料除去処理を行って第二の材料のサブ部分（ｓｕｂ−ｐｏｒｔｉｏｎ）を除去して複数のセルを互いに分離することを含む。
【０１０３】
一部の実施形態では、第二の材料はセルをパッシベーションするために被着された電気絶縁体である。
【０１０４】
一部の実施形態では、第二の材料はＬｉＰＯＮを含む。
【０１０５】
一部の実施形態では、材料除去処理はレーザーアブレーションを含む。
【０１０６】
一部の実施形態では、材料除去処理はフォトリソグラフィーを含む。
【０１０７】
一部の実施形態では、材料除去処理はセルの間に約１０ミクロン以下の幅のトレンチを形成する。
【０１０８】
この方法の一部の実施形態は、更に、シートにパッシベーション材料を被着して複数のセルを少なくともそれらの側面で被覆することを含む。
【０１０９】
一部の実施形態において、本発明は、基材、カソード材料、アノード電流コレクタ、オプションとしてのアノード材料、及びカソード材料をアノード電流コレクタから分離する電解質層を含む第一のシートの源と、カソード材料、アノード電流コレクタ、及びカソード材料をアノード電流コレクタから分離する電解質層を貫いて、且つ基材の第一の部分を貫き基材の第二の部分は貫かずに、材料を除去して、互いに分離された複数の電池セルを残すが、但しその複数の電池セルのおのおのは第一のシートの少なくとも単一の部分に付属したままであるようにするための手段とを含む装置を包含する。
【０１１０】
装置の一部の実施形態は、更に、シートに第二の材料を被着して複数のセルを少なくともそれらの側面で被覆するための手段と、第二の材料のサブ部分で材料を除去して複数のセルを互いに分離するための手段を含む。
【０１１１】
装置の一部の実施形態は、更に、シートに第二の材料を被着して複数のセルを少なくともそれらの側面で被覆するための手段を含む。
【０１１２】
一部の実施形態では、第二の材料はセルをパッシベーションするために被着される電気絶縁体である。一部の実施形態では、第二の材料はＬｉＰＯＮを含む。一部の実施形態では、除去するための手段はレーザーアブレーションを含む。一部の実施形態では、除去するための手段はフォトリソグラフィーを含む。一部の実施形態では、材料除去処理はセルの間に幅が約１０ミクロン以下のトレンチを形成する。
【０１１３】
一部の実施形態において、本発明は、基材、カソード材料、アノード電流コレクタ、オプションとしてのアノード材料、及びカソード材料をアノード電流コレクタから分離する電解質層を含む第一のシートの源と、カソード材料、アノード電流コレクタ、及びカソード材料をアノード電流コレクタから分離する電解質層を、互いに分離されている複数の電池セルを残すが、その複数の電池セルのおのおのは第一のシートの少なくとも単一の部分に付属したままとなるように、基材の第一の部分を貫き基材の第二の部分は貫かずに、除去するようにされた第一の材料除去ステーションとを含む装置を包含する。
【０１１４】
この装置の一部の実施形態は、更に、シートにパッシベーション材料を被着して複数のセルを少なくともそれらの側面で被覆する被着ステーションと、第二の材料のサブ部分を除去して複数のセルを互いに分離するようにされた第二の材料除去ステーションを含む。あるいはまた、方法と装置は、上述のようにシートにパッシベーション材料を被着して複数のセルを少なくともそれらの側面で被覆する更なる被着ステーションを含むことができ、そして第一の材料除去ステーションはこの更なる被着ステーションの後に位置するとともに、パッシベーション材料、カソード材料、アノード電流コレクタ、及びカソード材料をアノード電流コレクタから分離する電解質層を、互いに分離されている複数の電池セルを残すが、その複数の電池セルのおのおのは第一のシートの少なくとも単一の部分に付属したままとなるように、基材の第一の部分を貫き基材の第二の部分は貫かずに、除去するようにすることができる。
【０１１５】
一部の実施形態では、パッシベーション材料は、１以上のポリマー層と交互になった１以上の金属層を含む。
【０１１６】
一部の実施形態では、第一のシートはアノード材料と反対の面にカソード材料とこのカソード材料を被覆するＬｉＰＯＮバリア／電解質層とを含み、第二のシートはリチウムを含むアノード材料とこのアノード材料を被覆するＬｉＰＯＮバリア／電解質層とを含み、そして装置は、リチウムを含むアノード材料とこのアノード材料を被覆するＬｉＰＯＮバリア／電解質層を第一の面に含み、リチウムを含むアノード材料とこのアノード材料を被覆するＬｉＰＯＮバリア／電解質層を第一の面と反対の第二の面に含む第三のシートと、第一のシートのアノード材料を被覆するＬｉＰＯＮバリア／電解質層と第三のシートのカソード材料を被覆するＬｉＰＯＮバリア／電解質層との間にポリマー電解質材料を挟むための手段とを更に含む。
【０１１７】
上の説明は例示しようとするものであって、限定しようとするものでないことは言うまでもない。ここに記載した種々の実施形態の多くの特徴と利点が、種々の実施形態の構造及び機能の細部とともに、前述の説明で述べられているが、上の説明を検討すれば当業者には他の実施形態及び細部の変更が明らかになろう。従って、本発明の範囲は、特許請求の範囲の請求項を、それらの請求項と均等である全部の範囲と併せて参照して、決定しなければならない。特許請求の範囲（原文）の請求項において、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」及び「そこで……する（ｉｎ  ｗｈｉｃｈ）」という用語は、それぞれ「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」及び「そこで……する（ｗｈｅｒｅｉｎ）」という用語の平易で等価な英語表現として用いられている。更に、「第一の（ｆｉｒｓｔ）」、「第二の（ｓｅｃｏｎｄ）」、及び「第三の（ｔｈｉｒｄ）」等の用語は、単なる標示として用いられており、それらの対象に数値的な要件を課すものではない。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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