(57)【要約】  方法は、基板上に、エネルギー貯蔵デバイスに対するスタックを設けるステップを含み、スタックは第１の電極層、第２の電極層、および第１の電極層と第２の電極層との間の電解質層を含む。溝は、少なくとも第２の電極層および電解質層を通して、溝が電解質層よりも第２の電極層において広くなるように形成される。電気的絶縁材料は、溝内に設けられる。導電性材料は、電気的絶縁材料上の溝内に設けられる。
2021531627.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、エネルギー貯蔵デバイスに対するスタックを設けるステップであって、前記スタックは第１の電極層、第２の電極層、および前記第１の電極層と前記第２の電極層との間の電解質層を含む、ステップと、
少なくとも前記第２の電極層および前記電解質層を通る溝を、前記溝が前記電解質層よりも前記第２の電極層において広くなるように形成するステップと、
電気的絶縁材料を前記溝内に設けるステップと、
前記電気的絶縁材料上で、前記溝内に導電性材料を設けるステップとを含む方法。
【請求項２】
少なくとも前記第２の電極層および前記電解質層を通して前記溝を形成するステップは、前記第２の電極層の露出表面よりも前記導電性材料への濡れ性が高い前記電解質層の露出表面を形成する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第２の電極層は、前記第１の電極層よりも、前記基板から遠く、
前記第２の電極層の前記露出表面の第１の部分は、前記溝の外側にある、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記導電性材料を前記溝内に設けるステップは、
前記第２の電極層の前記露出表面の前記第１の部分上に前記導電性材料を堆積するステップであって、それによって、前記導電性材料は、前記溝内に流れ込む、ステップを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記電解質層の前記露出表面は、前記第２の電極層の前記露出表面の前記第１の部分よりも親水性が高い、請求項３または請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記溝は、前記第２の電極層、前記電解質層、および前記第１の電極層を通して形成され、前記基板の露出表面を形成し、前記基板の前記露出表面は、前記電解質層の前記露出表面よりも、前記電気的絶縁材料への濡れ性が高い、請求項２から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記電気的絶縁材料を前記溝内に設けるステップは、
前記電気的絶縁材料を前記電解質層の前記露出表面上に堆積するステップであって、それによって、前記電気的絶縁材料は流れて前記基板の前記露出表面と接触する、ステップを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記電解質層の前記露出表面は、前記基板の前記露出表面よりも親水性が高い、請求項６または請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記電解質層の前記露出表面は、前記電気的絶縁材料よりも、前記導電性材料への濡れ性が高い、請求項２から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記電解質層の前記露出表面は、前記電気的絶縁材料よりも親水性が高い、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記溝内に前記導電性材料を設けた後、前記導電性材料は、前記第２の電極層の前記露出表面から実質的になくなる、請求項２から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記導電性材料は、前記導電性材料が前記電解質層の前記露出表面および前記電気的絶縁材料の表面に接触するように前記溝内に設けられる、請求項２から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記電解質層の前記露出表面は、前記基板の表面の平面に平行な平面内で約５マイクロメートル以上の幅を有する、請求項２から１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記導電性材料は、前記溝内にある前記第２の電極層の前記露出表面の第２の部分と前記導電性材料が接触するように前記溝内に設けられる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第２の電極層の前記露出表面の前記第２の部分は、前記電気的絶縁材料よりも、前記導電性材料への濡れ性が高い、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記溝内の前記電気的絶縁材料は、曲面を有する、請求項１から１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記溝は、実質的にＴ字形の断面を有する、請求項１から１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記電気的絶縁材料が第１の液体として提供されるか、または
前記導電性材料が第２の液体として提供されるかの、少なくとも一方がなされる、請求項１から１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
請求項１から１８のいずれか一項に記載の方法によって形成されるエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項２０】
基板と、
前記基板上のスタックであって、
第１の電極と、
第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間の電解質であって、前記第１の電極は前記第２の電極よりも前記基板に近く、前記電解質は前記第２の電極と重なり合う第１の部分および前記第２の電極と重なり合わない第２の部分を含む、電解質とを含むスタックと、
前記第１の電極および前記電解質と接触している電気的絶縁材料と、
前記電解質の前記第２の部分および前記第２の電極と接触している導電性材料とを備えるエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項２１】
前記基板の表面の平面に平行な平面内の、前記電解質の前記第２の部分の表面の幅は、約５マイクロメートル以上である、請求項２０に記載のエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項２２】
前記電気的絶縁材料は、前記第２の電極との接触を実質的に欠いている、請求項２０または請求項２１に記載のエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項２３】
基板上に、エネルギー貯蔵デバイスに対するスタックを設けるステップであって、前記スタックは第１の電極層、第２の電極層、および前記第１の電極層と前記第２の電極層との間の電解質層を含み、前記スタックは少なくとも前記第２の電極層および前記電解質層を通る溝を備え、前記溝は、前記電解質層が前記第２の電極層と重なり合う第１の部分および前記第２の電極層と重ならない第２の部分を備えるように前記電解質層よりも前記第２の電極層において広い、ステップと、
前記電解質層の前記第２の部分の露出表面に電気的絶縁材料を堆積するステップであって、これによって、前記電気的絶縁材料は前記溝内に流れ込み、前記電解質層の前記第２の部分の前記露出表面よりも前記電気的絶縁材料への濡れ性が高い前記溝内の露出表面に接触する、ステップとを含む方法。
【請求項２４】
前記溝は前記基板の露出表面まで延在し、前記溝内の前記露出表面は前記基板の前記露出表面を含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記電解質層の前記第２の部分の前記露出表面は、前記基板の表面に実質的に平行である、請求項２３または請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
請求項２３から２５のいずれか一項に記載の方法によって形成されるエネルギー貯蔵デバイス。
【請求項２７】
エネルギー貯蔵デバイスに対する中間構造であって、
基板と、
前記基板上のスタックであって、
第１の電極層と、
第２の電極層と、
前記第１の電極層と前記第２の電極層との間の電解質層とを備え、
前記スタックは少なくとも前記第２の電極層および前記電解質層を通る溝を備え、前記溝は、前記電解質層が前記第２の電極層と重なり合う第１の部分および前記第２の電極層と重ならない第２の部分を備えるように前記電解質層よりも前記第２の電極層において広い、スタックと、
前記電解質層の前記第２の部分の露出表面よりも前記電気的絶縁材料への濡れ性が高い前記溝内の露出表面と接触する電気的絶縁材料とを具備する中間構造。
【請求項２８】
前記第１の電極層は、前記第２の電極層よりも、前記基板に近く、前記溝は、前記第１の電極層を貫通して前記基板の露出表面まで延在し、前記溝内の前記露出表面は、前記基板の前記露出表面を含む、請求項２７に記載の中間構造。
【請求項２９】
前記電解質層の前記第２の部分の前記露出表面は、前記基板の表面の平面に平行な平面内で約５マイクロメートル以上の幅を有する、請求項２７または請求項２８に記載の中間構造。
【請求項３０】
前記溝は、実質的にＴ字形の断面を有する、請求項２７から２９のいずれか一項に記載の中間構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギー貯蔵デバイスを製造する方法、エネルギー貯蔵デバイス、およびエネルギー貯蔵デバイスを製造するための中間構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体薄膜セルなどのエネルギー貯蔵デバイスは、基板上に層のスタックを形成することによって生産され得る。層のスタックは、典型的には、第１の電極層、第２の電極層、および第１の電極層と第２の電極層との間の電解質層を含む。次いで、スタックと基板との組合せは、分離したセクションへと切断され、個々のセルを形成し得る。
【０００３】
短絡を回避するために、第１の電極層を第２の電極層から絶縁するための電気的絶縁材料が設けられ得る。第１の電極層および第２の電極層は、各々、導電性材料を介して外部回路に接続され得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
知られている製造方法よりも単純であるか、または効率的なエネルギー貯蔵デバイスの製造方法を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の態様により、方法が提供され、この方法は、
基板上に、エネルギー貯蔵デバイスに対するスタックを設けることであって、スタックは第１の電極層、第２の電極層、および第１の電極層と第２の電極層との間の電解質層を含む、スタックを設けることと、
少なくとも第２の電極層および電解質層を通る溝を、その溝が電解質層よりも第２の電極層において広くなるように形成することと、
電気的絶縁材料を溝内に設けることと、
電気的絶縁材料上で、溝内に導電性材料を設けることとを含む。
【０００６】
電解質層内よりも第２の電極層内で広い溝を形成することによって、電気的絶縁材料が溝内により効果的に収容され得る。導電性材料を溝内に収容することも改善され得る。たとえば、導電性材料は、溝のより広い部分内に主にまたは全体的に配置されてよく、これは他の場合に比べて大きい、導電性材料の収容領域を提供し得る。これは、したがって、導電性材料が溝内に十分に収容されていない場合に、他の何らかの形で生じ得る、導電性材料と溝の外側のスタックの部分との間の接触を、減らし得る。したがって、より少ない量の導電性材料が、第１または第２の電極層の一方と電気コネクタ（たとえば、外部回路への接続のための）との間の十分な電気的接続を提供するために使用され得る。したがって、この方法は、エネルギー貯蔵デバイスがより効率的に製造されることを可能にし得る。
【０００７】
例では、少なくとも第２の電極層と電解質層とを通して溝を形成することは、第２の電極層の露出表面よりも導電性材料への濡れ性が高い電解質層の露出表面を形成する。これらの例では、導電性材料は、第２の電極層の露出表面ではなくむしろ電解質層の露出表面を濡らしがちである。これは、たとえば、電解質層の露出表面が溝内にある場合に、導電性材料の溝内への収容をさらに改善し得る。
【０００８】
第２の電極層が第１の電極層よりも基板から遠い例において、第２の電極層の露出表面の第１の部分が溝の外側にあってよい。第２の電極層の露出表面の第１の部分は、たとえば、基板と接触している、スタックの未露出表面に対向する、スタックの露出表面であってよい。したがって、スタックの露出表面は、スタックの上側表面であってもよい。これなどの例では、導電性材料は、溝の外側にある、第２の電極層の露出表面の第１の部分ではなくむしろ、溝内の電解質層の露出表面を濡らしがちであり得る。したがって、導電性材料は、溝の外側である、第２の電極層の露出表面の第１の部分に接触するのではなくむしろ、溝内に優先的に留まり得る。これは、溝内への導電性材料の収容をさらに改善し得る。
【０００９】
そのような例では、溝内に導電性材料を設けることは、第２の電極層の露出表面の第１の部分に導電性材料を堆積させることを含むものとしてよく、それによって導電性材料が溝内に流れ込む。したがって、そのような場合の導電性材料は、外部刺激を受けることなく、自然発生的に溝の中に移動し得る。たとえば、第２の電極層の露出表面と電解質層の露出表面との間の濡れ性の差は、第２の電極層の露出表面の第１の部分に接触することから電解質層に接触することになるまで導電性材料が移動することを引き起こすのに十分であり得る。これは、導電性材料の堆積の配置に対する製造上の制約条件が緩和され得る。たとえば、導電性材料を溝内に正確に堆積させるのではなくむしろ、導電性材料が、その代わりに、より大きな堆積領域（たとえば、第２の電極層の露出表面の第１の部分上など）にわたって堆積され得る。それにもかかわらず、導電性材料は、溝内に流れ込んでもよい。このようにして、導電性材料は、より容易な方式で溝内に設けられ得る。
【００１０】
例では、電解質層の露出表面は、第２の電極層の露出表面の第１の部分よりも親水性が高い。これは、導電性材料が、より高い親水性を有する（すなわち、より低い疎水性を有する）表面を濡らしがちである場合であるものとしてよい。そのような場合、導電性材料は、第２の電極層の露出表面の第１の部分を脱濡れ（ｄｅｗｅｔ）し、溝内で、電解質層の露出表面に接触するように移動し得る。
【００１１】
例では、溝は、第２の電極層、電解質層、および第１の電極層を通して形成され、基板の露出表面を形成する。これらの例では、電気的絶縁材料は、溝内で電解質層および第１の電極層の露出表面に接触し、第２の電極層からの第１の電極層への絶縁性を改善し得る。そのような例では、基板の露出表面は、電解質層の露出表面よりも、電気的絶縁材料への濡れ性が高くなり得る。これは、溝内への電気的絶縁材料の移動をさらに助け得る。たとえば、電気的絶縁材料は、基板の露出表面を濡らしやすいので、基板の露出表面の方へ移動し、さらに溝の中に入り込み得る。次いで、電気的絶縁材料は、電気的絶縁材料への濡れ性が低い電解質層の露出表面に接触するのではなくむしろ、基板の露出表面に接触したままになり得る。このようにして、電気的絶縁材料は、溝内に効果的に、容易に閉じ込められ得る。
【００１２】
例では、溝内に電気絶縁材料を設けることは、電解質の露出表面に電気的絶縁材料を堆積することを含み、それによって電気的絶縁材料は流れて基板の露出表面に接触する。これらの例では、電気的絶縁材料は、自然発生的に溝の中に移動し得る。導電性材料の堆積を参照しつつ同様に説明されているが、これは、電気的絶縁材料がより広い堆積領域上に堆積されることを可能にし、エネルギー貯蔵デバイスの製造を簡素化し得る。
【００１３】
例では、電解質層の露出表面は、基板の露出表面よりも親水性が高い。これは、電気的絶縁材料が、親水性が低い（すなわち、疎水性が高い）表面に対してより大きな親和性を有する場合であり得る。そのような場合、電気的絶縁材料は、電解質層の露出表面を脱濡れし、溝内で、基板の露出表面に接触するように移動し得る。
【００１４】
例では、電解質層の露出表面は、電気的絶縁材料よりも、導電性材料への濡れ性が高い。したがって、電解質層の露出表面に対して導電性材料の親和性が大きいので、導電性材料は、電気的絶縁材料を脱濡れし得る。これは、導電性材料が電気的絶縁材料から離れて、溝内にある、第２の電極層の第２の部分と接触するのを促し得る。これは、導電性材料と第２の電極層との間の電気的接続を改善し得る。このようにして電気的絶縁材料の脱濡れは、外部刺激なしで、自然発生的に生じることがあり、導電性材料と第２の電極層との間の電気的接触の形成を簡素化し得る。
【００１５】
例では、電解質層の露出表面は、電気的絶縁材料よりも親水性が高い。これは、導電性材料が、より高い親水性を有する（すなわち、より低い疎水性を有する）表面を濡らしがちである場合であるものとしてよい。これは、導電性材料が電気的絶縁材料を脱濡れし、移動して第２の電極層と接触することを引き起こし得る。
【００１６】
例では、溝内に導電性材料を設けた後、導電性材料は、第２の電極層の露出表面から実質的になくなる。したがって、これらの例では、導電性材料は、溢れて第２の電極層の露出表面などのスタックの他の表面に接触することなく、溝内に収容され得る。これは、より少ない量の導電性材料がエネルギー貯蔵デバイスの製造で使用されることを可能にし得る。したがって、エネルギー貯蔵デバイスは、より効率的に製造され得る。
【００１７】
例では、導電性材料は、導電性材料が電解質層の露出表面および電気的絶縁材料の表面に接触するように溝内に設けられる。したがって、導電性材料は、電解質層の露出表面および電気的絶縁材料の表面の両方によって支持されるか、または他の何らかの形で接触していてもよい。これらの場合において、導電性材料は、スタックが複数のセルに分離された後、エネルギー貯蔵デバイスに対するセルの露出表面の方へ延在し得る。たとえば、導電性材料の面は、セルの面と同一平面上に置かれるものとしてよい。これは、セルが、導電性材料が陥凹しているかまたはセルの露出表面から遠く離れている場合に比べて容易に他のセルもしくは他の回路（外部回路など）と接続されることを可能にし得る。
【００１８】
例では、電解質層の露出表面は、基板の表面に垂直な方向に約５マイクロメートル以上の幅を有する。この幅の場合、電解質層の露出表面は、溝内に導電性材料を比較的大きな割合で収容するように十分に広いものとしてよい。したがって、本明細書において説明されているように、これは、エネルギー貯蔵デバイスがより効率的に製造されることを可能にし得る。
【００１９】
例では、導電性材料は、溝内にある第２の電極層の露出表面の第２の部分と導電性材料が接触するように溝内に設けられる。したがって、導電性材料および第２の電極層の露出表面の第２の部分との間の接触は、導電性材料と第２の電極層との間の電気的接続を形成し得る。これは、第２の電極層が、導電性材料を介して、他のコンポーネント（たとえば、マルチセルエネルギー貯蔵デバイスの他のセル、または外部回路）に接続されることを可能にする。このような電気的接続は、電解質層の露出表面と平行な平面内で、電解質層の露出表面の幅に垂直な方向に延在し得る。これは、エネルギー貯蔵デバイスの使用時に、導電性材料が第２の電極層と接触するところで溶断が生じる危険性を低減し得る。たとえば、導電性材料が第２の電極層と間欠的に、または比較的小さな接触面積で接触する場合に比べて、溶断の発生は低くなり得る。
【００２０】
例では、第２の電極層の露出表面の第２の部分は、電気的絶縁材料よりも、導電性材料への濡れ性が高い。したがって、導電性材料は、電気的絶縁材料ではなくむしろ第２の電極層の露出表面の第２の部分を濡らしがちである。したがって、導電性材料は、電気的絶縁材料を脱濡れし、第２の電極層の露出表面の第２の部分の方へ移動し、第２の電極層と接触し得る。これは、第２の電極層と導電性材料との間の電気的接続が、外部からの刺激を受けることなく、自然発生的に形成されることを可能にする。これは、そのような電気的接続の形成を簡素化し得る。
【００２１】
例では、溝内の電気的絶縁材料は、曲面を有する。電気的絶縁材料の曲面は、電気的絶縁材料上の導電性材料の位置をさらに制約するために使用され得る。たとえば、電気的絶縁材料が凸面を有する場合、導電性材料は、電気的絶縁材料が他の表面形状を有する場合に比べて大幅に電気的絶縁材料を脱濡れし得る。これは、第２の電極層の露出表面の第２の部分上の導電性材料の収容を改善し、導電性材料と第２の電極層との間の電気的接続を改善し得る。逆に、電気的絶縁材料が凹面を有する場合、導電性材料の露出表面は、他の場合に比べて広い表面積を有し得る。したがって、このより大きな表面積は、導電性材料と他の電気コンポーネントとの間の電気的接続に対してより大きな利用可能領域をもたらし得る。これは、導電性材料とこれらの他の電気コンポーネントとの接続を簡素化し得る。さらに、セルはより柔軟に使用され得るが、それは、電気的接続に利用可能な面積が小さい他のセルと比較してより大きな範囲の異なる電気コンポーネントに接続され得るからである。
【００２２】
例では、溝は実質的にＴ字形の断面を有する。これは、たとえば、電気的絶縁材料および導電性材料の両方を収容するための溝の好適な形状を提供する。そのような形状は、本明細書において説明されているように、たとえば、レーザーアブレーションを使用して、容易に製造され得る。
【００２３】
例では、電気的絶縁材料が第１の液体として提供されるか、または導電性材料が第２の液体として提供されるかのうちの少なくとも一方がなされる。これは、電気的絶縁材料および導電性材料のうちの一方または両方が、たとえば、インクジェット印刷を使用して、単純に提供されることを可能にする。さらに、液体は、外部影響を受けずに流れ、容器の形状（たとえば、本明細書において説明されている溝など）に適合する傾向がある。したがって、電気的絶縁材料および導電性材料のいずれか一方または両方を液体として堆積することで、これらの材料のいずれかを単純な方式で所望の位置に流すことができる。これらの材料の流れは、たとえば、これらの材料が接触することが意図されている表面の濡れ性を制御することによって、容易に制御され得る。
【００２４】
本発明の第２の態様により、エネルギー貯蔵デバイスが提供され、これは
基板と、
基板上のスタックであって、
第１の電極と、
第２の電極と、
第１の電極と第２の電極との間の電解質であって、第１の電極は第２の電極よりも基板に近く、電解質は第２の電極と重なり合う第１の部分および第２の電極と重なり合わない第２の部分を含む、電解質とを含むスタックと、
第１の電極および電解質と接触している電気的絶縁材料と、
電解質の第２の部分および第２の電極と接触している導電性材料とを備える。
【００２５】
電解質が、第２の電極と重なり合う第１の部分および第２の電極と重なり合わない第２の部分を有することで、第２の電極は、電解質よりも小さい幅を有し得る。そのような幅は、たとえば、基板の平面に平行な平面内で取られるものとしてよい。したがって、これは、第２の電極と重なり合わない、たとえば、電解質の第２の部分の表面である、露出表面を電解質にもたらし得る。たとえば、電解質の第２の部分は、導電性材料を支持するための接触領域（たとえば出っ張りまたは棚であってよい）を形成する。導電性材料は、第２の電極と接触している、電解質の第２の部分上で支持され、封じ込められるものとしてよい。第２の電極は、導電性材料を介して他の電気コンポーネント（他のセルまたは外部回路など）に接続され得る。したがって、そのようなエネルギー貯蔵デバイスは、他の電気コンポーネントに容易に接続され得る。さらに、そのようなエネルギー貯蔵デバイスは、本発明の第１の態様を参照しつつ説明されている方法などの、単純なまたは効率的な方式で製造され得る。
【００２６】
例では、基板の表面の平面に平行な平面内の、電解質の第２の部分の表面の幅は、約５マイクロメートル以上である。本発明の第１の態様を参照しつつ説明されているように、この幅により、電解質の第２の部分の表面は、導電性材料の大部分を効率的に支持するか、または他の何らかの形で収容し得る。これは、エネルギー貯蔵デバイスがより効率的に製造されることを可能にする。さらに、導電性材料と第２の電極との間の電気的接続が改善され、溶断の影響を受けにくくなる可能性がある。
【００２７】
例では、電気的絶縁材料は、第２の電極との接触を実質的に欠いている。したがって、これは、導電性材料と第２の電極との間の接触面積を他の場合よりも大きくし、導電性材料と第２の電極との間の電気的接触を改善し得る。
【００２８】
本発明の第３の態様により、方法が提供され、この方法は、
基板上に、エネルギー貯蔵デバイスに対するスタックを設けることであって、スタックは第１の電極層、第２の電極層、および第１の電極層と第２の電極層との間の電解質層を含み、スタックは少なくとも第２の電極層および電解質層を通る溝を備え、溝は、電解質層が第２の電極層と重なり合う第１の部分および第２の電極層と重ならない第２の部分を備えるように電解質層よりも第２の電極層において広い、スタックを設けることと、
電解質層の第２の部分の露出表面に電気的絶縁材料を堆積することであって、これによって、電気的絶縁材料は溝内に流れ込み、電解質層の第２の部分の露出表面よりも電気的絶縁材料への濡れ性が高い溝内の露出表面に接触する、堆積することとを含む。
【００２９】
本発明の第１の態様と同様に、本発明の第３の態様による例は、溝内の電気的絶縁材料の封じ込めを改善する。電気的絶縁材料は、たとえば、自然発生的に溝内に移動し得る。これは、電気的絶縁材料の堆積に対する製造上の制約条件を軽減し、溝内への電気的絶縁材料の供給を簡素化し得る。さらに、電気的絶縁材料は、電気的絶縁材料が溝内にあまり効果的に封じ込められない他の方法に比べてより効率的に設けられ得る。
【００３０】
例では、溝は基板の露出表面まで延在し、溝内の露出表面は基板の露出表面を含む。これは、基板の露出表面が溝内の最も深い表面に対応し得るので、電気的絶縁材料が溝内に流れ込み、溝内に留まることをさらに促進し得る。最も深い表面は、たとえば、溝の入口から最も遠いところの溝内の表面である。
【００３１】
例では、電解質層の第２の部分の露出表面は、基板の表面に実質的に平行である。このようにして、エネルギー貯蔵デバイスは、容易に製造され得る。たとえば、基板上にスタックを設けるために、一連の層が順次堆積され得る。溝は、一連の層を通して形成され、その後、電気的絶縁材料が設けられ得る。
【００３２】
本発明の第４の態様により、エネルギー貯蔵デバイスに対する中間構造が提供され、中間構造は、
基板と、
基板上のスタックであって、
第１の電極層と、
第２の電極層と、
第１の電極層と第２の電極層との間の電解質層とを備え、
スタックは少なくとも第２の電極層および電解質層を通る溝を備え、溝は、電解質層が第２の電極層と重なり合う第１の部分および第２の電極層と重ならない第２の部分を備えるように電解質層よりも第２の電極層において広い、スタックと、
電解質層の第２の部分の露出表面よりも電気的絶縁材料への濡れ性が高い溝内の露出表面と接触する電気的絶縁材料とを具備する。
【００３３】
そのような中間構造を有することにより、電気的絶縁材料は、溝内により効果的に封じ込められ得る。これが、たとえば、電気的絶縁材料の堆積を簡素化し、中間構造を使用するエネルギー貯蔵デバイスの製造の効率を改善し得る。
【００３４】
さらなる特徴は、添付の図面を参照しつつなされる、例のみで与えられる、以下の説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】例によるエネルギー貯蔵デバイスに対するスタックを示す概略図である。
【図２】例によるエネルギー貯蔵デバイスの製造のための図１のスタックの加工の一例を示す概略図である。
【図３ａ】例によるエネルギー貯蔵デバイスの製造方法の特徴を示す概略図である。
【図３ｂ】例によるエネルギー貯蔵デバイスの製造方法の特徴を示す概略図である。
【図３ｃ】例によるエネルギー貯蔵デバイスの製造方法の特徴を示す概略図である。
【図３ｄ】例によるエネルギー貯蔵デバイスの製造方法の特徴を示す概略図である。
【図３ｅ】例によるエネルギー貯蔵デバイスの製造方法の特徴を示す概略図である。
【図３ｆ】例によるエネルギー貯蔵デバイスの製造方法の特徴を示す概略図である。
【図４】例によるエネルギー貯蔵デバイスの製造のための中間構造を示す概略図である。
【図５】またさらなる例によるエネルギー貯蔵デバイスの製造のための中間構造を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
例による方法、構造、およびデバイスの詳細は、図を参照しつつ、次の説明から明らかになるであろう。この説明では、説明を目的として、いくつかの例の多数の具体的詳細が述べられている。本明細書において「一例」または類似の言い回しを述べた場合、これは例に関連して説明されている特定の特徴、構造、または特性が、少なくともその一例に含まれていることを意味するが、必ずしも他の例に含まれているわけではない。いくつかの例は、例の基礎となる概念の説明および理解を容易にするためにいくつかの特徴が省略され、および／または必然的に簡略化されて概略として記述されていることにさらに留意されたい。
【００３７】
図１は、エネルギー貯蔵デバイスのための層のスタック１００を示している。図１のスタック１００は、たとえば、固体電解質を有する薄膜エネルギー貯蔵デバイスの一部として使用され得る。
【００３８】
スタック１００は、図１では基板１０２上にある。基板１０２は、たとえば、ガラスまたはポリマーであり、剛性または可撓性を有するものとしてよい。基板１０２は、典型的には平面状であるが、すべての場合においてそうである必要はない。スタック１００は、図１において基板１０２に直接接触しているように示されているが、他の例ではスタック１００と基板１０２との間に１つまたは複数のさらなる層があってよい。したがって、特に断りのない限り、本明細書において１つの要素が別の要素の「上に」あると述べた場合に、このことは、直接または間接的な接触を含むものとして理解されるべきである。言い換えれば、別の要素上の一要素は、他の要素に接触しているか、または他の要素と接触していないが、その代わりに、一般的に、介在する（１つまたは複数の）要素によって支持されているが、それにもかかわらず、他の要素の上に配置されているか、または他の要素と重なり合っているものとしてよい。
【００３９】
図１のスタック１００は、第１の電極層１０４、電解質層１０６、および第２の電極層１０８を含む。図１の例では、第２の電極層１０８は、第１の電極層１０４よりも基板１０２から離れており、電解質層１０６は、第１の電極層１０４と第２の電極層１０８との間にある。
【００４０】
第１の電極層１０４は、正極集電体層として働き得る。このような例では、第１の電極層１０４は、正電極層（スタック１００を含むエネルギー貯蔵デバイスのセルの放電時のカソードに対応し得る）を形成し得る。第１の電極層１０４は、コバルト酸リチウム、リン酸鉄リチウム、またはアルカリ金属多硫化塩などの、安定した化学反応によりリチウムイオンを貯蔵するのに適した材料を含んでいてもよい。
【００４１】
代替的な例では、第１の電極層１０４と基板１０２との間に配置され得る、別個の正極集電体層が存在してもよい。これらの例では、別個の正極集電体層はニッケル箔を含み得るが、アルミニウム、銅、もしくは鋼鉄、またはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）上のアルミニウムなどの金属化プラスチックを含む金属化材料などの任意の好適な金属が使用され得ることは理解されるべきである。
【００４２】
第２の電極層１０８は、負極集電体層として働き得る。そのような場合における第２の電極層１０８は、負電極層（スタック１００を含むエネルギー貯蔵デバイスのセルの放電時のアノードに対応し得る）を形成し得る。第２の電極層１０８は、リチウム金属、グラファイト、シリコン、またはインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）を含み得る。第１の電極層１０４に関して、他の例では、スタック１００は、第２の電極層１０８上にあり、第２の電極層１０８は負極集電体層と基板１０２との間にあり得る、別個の負極集電体層を備え得る。負極集電体層が別個の層である例では、負極集電体層は、ニッケル箔を含んでもよい。しかし、アルミニウム、銅、もしくは鋼鉄、またはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）上のアルミニウムなどの金属化プラスチックを含む金属化材料などの、任意の好適な金属が負極集電体層に使用され得ることも理解されるべきである。
【００４３】
第１および第２の電極層１０４、１０８は、典型的には導電性である。したがって、電流は、第１および第２の電極層１０４、１０８を通るイオンまたは電子の流れにより第１および第２の電極層１０４、１０８を通って流れ得る。
【００４４】
電解質層１０６は、オキシ窒化リン酸リチウム（ＬｉＰＯＮ）などの、イオン伝導性であるが、電気絶縁体でもある、任意の好適な材料を含み得る。上で説明されているように、電解質層１０６は、たとえば、固体層であり、高速イオン伝導体と称され得る。固体電解質層は、たとえば、規則的な構造を欠き、自由に移動し得るイオンを含む液体電解質の構造と、結晶性固体の構造との間の中間の構造を有し得る。結晶性物質は、たとえば、原子が秩序正しく配列されている正規構造を有し、これは二次元または三次元の格子として配列され得る。結晶性物質のイオンは、典型的には不動であり、したがって、物質全体を通して自由に移動することができない場合がある。
【００４５】
スタック１００は、たとえば、基板１０２上に第１の電極層１０４を堆積することによって製造され得る。電解質層１０６は、その後、第１電極層１０４上に堆積され、第２電極層１０８は、次いで、電解質層１０６上に堆積される。スタック１００の各層は、他の堆積方法も可能であるが、均質性の高い層を生成する単純で効果的な方法を提供する、フラッド堆積によって堆積され得る。
【００４６】
図１のスタック１００は、エネルギー貯蔵デバイスを製造するために、さらなる加工がなされ得る。図１のスタック１００に適用され得る加工の例は、図２に概略として示されている。
【００４７】
図２では、スタック１００および基板１０２は、一緒になって、エネルギー貯蔵デバイスを製造するための中間構造１１０を形成する。この例における中間構造１１０は可撓性であり、ロールツーロール製造プロセス（リールツーリール製造プロセスと称されることもある）の一部としてローラ１１２の周りに巻き付けられることを可能にする。中間構造１１０は、ローラ１１２から徐々に巻きを解かれ、さらなる処理を受け得る。
【００４８】
図２の例では、第１のレーザー１１４を使用して中間構造１１０を介して（たとえば、スタック１００を通して）溝が形成され得る。第１のレーザー１１４は、中間構造１１０にレーザービーム１１６を当てて中間構造の一部を除去し、それによってスタック１００に溝を形成するように配置構成される。このプロセスは、レーザーアブレーションと称され得る。
【００４９】
溝の形成後、電気的絶縁材料が、材料堆積システム１１８を使用して溝の少なくとも一部に堆積され得る。材料堆積システム１１８は、たとえば、有機懸濁液材料などの液体１２０で溝の少なくとも一部を満たす。次いで、液体１２０は、溝内で硬化され、溝内に電気的絶縁プラグを形成し得る。電気的絶縁材料は、非導電性であると考えられてよく、したがって、電界内に置かれたときに比較的少量の電流を伝導し得る。典型的には、電気的絶縁材料（絶縁体と称されることもある）は、半導体材料または導電性材料に比べて少ない電流を伝導する。しかしながら、絶縁体であっても電流を流すための少量の電荷担体を含み得るので、電界の影響下では、それにもかかわらず、少量の電流が電気的絶縁材料を通って流れることがある。本明細書の例では、材料は、絶縁体の機能を果たす十分な電気的絶縁性を有する場合に電気的絶縁性を有するとみなされ得る。この機能は、たとえば、短絡回避がなされるように材料が一方の要素を別の要素から十分に絶縁する場合に果たされ得る。
【００５０】
図２を参照すると、電気的絶縁材料を堆積した後に、中間構造１１０は、溝の少なくとも一部に沿って切断され、エネルギー貯蔵デバイスのための別々のセルを形成する。図２などの例では、数百個、潜在的に数千個のセルが中間構造１１０のロールから切断することができ、複数のセルが効率的な方式で製造されることを可能にする。
【００５１】
図２では、切断作業は、中間構造１１０にレーザービーム１２４を当てるように配置構成されている、第２のレーザー１２２を使用して実行される。各切断は、たとえば、プラグが２つのピースに分割され、各ピースがそれが付着しているエッジを含む露出表面上の保護カバーを形成するように絶縁プラグの中心を通るものとしてよい。この方式でスタック全体を切り開くことで、第１および第２の電極層１０４、１０８の露出表面を形成する。
【００５２】
図２には示されていないが（単なる概略図である）、電気的絶縁材料の堆積の後、中間構造１１０は、絶縁プラグの各々が整列されている少なくとも１０層、場合によっては数百層、潜在的には数千層を有するｚ折り配置構成を形成するために、それ自身の上に折り返され得ることが理解されるべきである。次いで、第２のレーザー１２２によって実行されるレーザー切断プロセスは、プラグの整列されたセットの各々について、単一の切断作業でｚ折り畳み配置構成を切り開くために使用され得る。
【００５３】
セルを切断した後、電気コネクタがセルの対向する面に沿って設けられ得、セルの一方の面上の第１の電気コネクタは第１の電極層１０４（セルが中間構造１１０の残りの部分から分離された後に第１の電極を形成すると考えられ得る）に接触するが、電気的絶縁材料によって他の層との接触が防がれる。同様に、セルの対向する面上の第２の電気コネクタは、第２の電極層１０８（セルが中間構造体１１０の残りの部分から分離された後に第２の電極を形成すると考えられ得る）と接触するように配置構成され得るが、絶縁材料によって他の層との接触を防がれている。したがって、絶縁材料は、第１および第２の電極層１０４、１０８と各セル内の他の層との間の短絡の危険性を低減し得る。第１および第２の電気コネクタは、たとえば、スパッタリングによってスタックのエッジ（または中間構造１１０のエッジ）に付けられる金属材料であるものとしてよい。したがって、セルは、単純、容易に並列に接合することができる。
【００５４】
図３ａから図３ｆは、例によるエネルギー貯蔵デバイスの製造方法の特徴を示す概略図である。図３Ａから図３Ｆの方法は、それぞれ、図１のスタック１００および基板１０２に類似している、スタック２００および基板２０２を含むエネルギー貯蔵デバイスを製造するために使用され得る。図１の対応する特徴と類似している、図３のスタック２００の特徴は、同じ参照番号が１００ずつ増やして付されている。対応する説明が適用されると解釈されるべきである。
【００５５】
図３ａでは、スタック２００が基板２０２上に設けられている。スタック２００は、第１の電極層２０４、電解質２０６、および第２の電極層２０８を含む。電解質層２０６は、第１の電極層２０４と第２の電極層２０８との間にある。図３のスタック２００は、集電体層２０３も含む。この例では、集電体層２０３は、第１の電極層２０４（この例では正の電極層である）と基板２０２との間に配置されているので、正の集電体層である。他の例では、集電体層２０３は省かれ得る。代替的に、スタック２００は、正の集電体層に加えて、またはその代わりに、第２の電極層２０８上に負の集電体層を備え得る。スタックの要素の幅は、概略として示されており、他の例では他の幅が可能であることを理解されるべきである。  
【００５６】
集電体層２０３は、スパッタリングによって形成され得る。第１の電極層２０４、電解質層２０６、および第２の電極層２０８は、たとえば、物理的気相成長（ＰＶＤ）または化学的気相成長（ＣＶＤ）などの気相成長プロセスによって、またはスロットダイコーティング（スリットコーティングと呼ばれることもある）などのロールツーロールシステムとともに使用するためのコーティングプロセスによって、提供され得る。これらの層の各々は、順次提供されてもよい。しかしながら、他の例では、基板２０２は、部分的に組み立てられて提供されてもよい。たとえば、集電体層２０３、第１の電極層２０４、電解質層２０６、および第２の電極層２０８を含むスタック（またはこれらの層のサブセット）は、基板２０２が設けられる前にすでに基板２０２上に配置構成されていてもよい。言い換えれば、基板２０２は、スタック２００（またはスタック２００の一部）がすでにそこに配置構成された状態で提供されてもよい。
【００５７】
図３ｂでは、少なくとも第２の電極層２０８および電解質層２０６を通る溝１２６は、溝１２６が電解質層２０６よりも第２の電極層２０８において広くなるように形成される。溝は、たとえば、連続しているか、または非連続的であり得るチャネル、スロット、またはトレンチである。いくつかの例では、溝は細長いものとしてよい。たとえば、図３Ｂの溝１２６は、（図３Ｂに示されているように）ページ中に入る方向またはページから外に出る方向に細長いものとしてよい。溝は、スタック２００の層を途中まで貫通し得るか、または基板２０２の露出部分を露出させるためにスタック２００のすべての層を貫通し得る。溝は、液体などの流体が収容され得るか、または流れ得るチャネルを形成し得るという点で、マイクロ流体チャネルであると考えられ得る。たとえば、溝は、材料（本明細書において説明されている電気的絶縁材料または導電性材料など）を所望の位置に導くか、または他の何らかの形で方向付けるためのガイドとして働き得る。所望の場所は、たとえば、溝それ自体の中の場所であってよい。このようにして、溝は、流体を収容するため、または流体が他の場所（溝の外側の領域など）に流れるのを制約するかもしくは防ぐために使用され得る。
【００５８】
溝１２６は、電解質層２０６よりも第２の電極層２０８において広い任意の形状を有し得る。図３ｂでは、溝１２６は実質的にＴ字形の断面を有する。溝の断面の形状は、たとえば、基板２０２の表面の平面に垂直な平面内の溝の２次元形状を指す。言い換えれば、溝の断面は、基板２０２の表面の平面に垂直な２次元平面と溝との交点（たとえば３次元）に対応し得る。実質的にＴ字形の断面は、たとえば、大文字Ｔの形状に概して類似しているか、または大文字Ｔの形状に対応するものとして認識可能である形状を有する断面である。たとえば、そのような断面は、一般的に垂直な方向（垂直から５度、１０度、または１５度の範囲内など）で軸に沿って延在する幹部分を備え得る。頂部は、幹部分と交わり、幹部分の軸にほぼ垂直な軸に沿って延在し得る。たとえば、上部セクションの軸は、一般的に水平であってよい（水平から５度、１０度、または１５度の範囲内など）。典型的には、幹部分の上側端部は、頂部の中心部分と交わる。しかしながら、これは常にそうであるとは限らず、いくつかの場合において、幹部分は、比較的小さい量（幹部分の長さの１０％未満または５％未満など）だけ頂部を越えて延在し得る。同様に、幹部分は、頂部の正確な中心または中間部で頂部と交わり得ない。その代わりに、幹部分は、たとえば、頂部の中央３分の１、または中央２０％で交わってよい。
【００５９】
他の例では、溝１２６の断面は、異なる形状を有し得る。たとえば、溝１２６は、溝１２６の深さが増すにつれて（溝１２６の口または他の入口から離れるにつれ）溝１２６の幅が徐々に減少する、実質的にＶ字形の断面を有し得る。さらなる例では、溝１２６は、電解質層２０６よりもスタック２００の他の層において広いものとしてよい。たとえば、溝１２６は、また、電解質層２０６よりも第１の電極層２０４において広いものとしてよい。このような例では、第１の電極層２０４における溝１２６の幅は、第２の電極層２０８における溝１２６の幅と同じであるか、または異なっていてもよい。たとえば、溝１２６は、ダンベル状の断面を有し得る（９０度回転させた、大文字Ｈの形状に対応し得る）。他の例では、溝１２６は、逆Ｌ字形断面などの非対称形状を有してもよい。逆Ｌ字形断面は、Ｔ字形断面に類似し得るが、溝の一辺が断面内の直線に対応するように、頂部の辺の１つをなくしてある。
【００６０】
溝１２６は、レーザーアブレーションを使用して形成され得る。レーザーアブレーションは、レーザーベースのプロセスを使用してスタック２００から材料を除去することを指すものとしてよい。材料の除去は、複数の物理的プロセスのうちの任意の１つを含み得る。たとえば、材料の除去は、溶融、溶融飛散、蒸発（または昇華）、光分解（単一光子）、光分解（多光子）、機械的衝撃、熱機械的衝撃、他の衝撃ベースのプロセス、表面プラズマ機械加工、および蒸発（アブレーション）による除去のうちの任意の１つまたはその組合せを（限定することなく）含み得る。レーザーアブレーションは、たとえば、除去されるべき（１つまたは複数の）層の表面にレーザービームを照射することを伴う。これは、たとえば、（１つまたは複数の）層の一部を除去する。レーザーアブレーションによって除去される層の量は、レーザービームの波長またはパルスレーザービームのパルス長などのレーザービームの特性を制御することによって制御され得る。レーザーアブレーションは、典型的には、溝の形成が容易に、素早く制御されることを可能にする。しかしながら、他の例では、代替的な方法がフォトリソグラフィ技術などの、溝を形成するために使用されてよい。
【００６１】
少なくとも第２の電極層２０８および電解質層２０６を通して溝１２６を形成することで、電解質層２０６の露出表面１２８を形成する。露出表面は、たとえば、溝１２６の形成後に、別の層で覆われるまたは他の何らかの形で接触している、ことのない表面である。このようにして、露出表面は、たとえば、溝１２６の形成後に、覆われていないか、暴露されているか、または他の何らかの形で示されている。露出表面は、たとえば、溝１２６の壁、側面、側壁、または面に対応し得る。したがって、露出表面は、別の材料によって覆われていない、溝１２６内の任意の表面であるか、それを含み得る。たとえば、露出表面は、溝１２６の垂直壁、または基板２０２に関して上向き方向に延在する溝１２６の一般的に上向きに延在する内面であるか、または含み得る。代替的に、露出表面は、水平に対して、または基板２０２の平面に対して一般的に平行である平面内に延在する溝１２６の水平な壁または溝１２６の壁もしくは他の表面であるか、または含むものとしてよい。たとえば、露出表面は、溝１２６の水平な底部表面であるか、または含むものとしてよく、これは、たとえば、基板２０２に最も近い可能性がある、溝１２６の最も深い表面である。他の例では、溝１２６は、水平に対して、または基板２０２の平面に対して一般的に平行である平面内に延在し得る、１つまたは複数の棚または出っ張り部分を含み得る。図３ｂは、そのような例を示している。図３ｂでは、電解質層２０８の露出表面１２８は、溝１２６内の棚に対応している。他の例では、露出表面は、溝１２６の外側の表面であるか、またはそれを含み得ることは理解されるべきである。たとえば、露出表面は、スタック２００または基板２０２の外側の表面、面、または側面であるか、またはそれを含み得る。
【００６２】
図３ｂにおいて、図３ｂ内の第２の電極層２０８は、露出表面１３０を有する。この例における第２の電極層２０８の露出表面１３０は、溝１２６の外側にある、第１の部分１３０ａを含む。たとえば、溝１２６の開口部または入口に対応する、溝１２６の口は、第２の電極層２０８の露出表面の第１の部分１３０ａの平面と同じ平面内にある。しかしながら、第２の電極層２０８の露出表面の第１の部分１３０ａは、溝１２６に対応するチャネルを越えているので、それ自体溝の外側にある。しかしながら、第２の電極層２０８の露出表面１３０は、溝１２６内にある、第２の部分１３０ｂを含む。この例では、第２の電極層２０８の露出表面１３０の第１の部分１３０ａは、スタック２００の上側表面に対応し、基板２０２の平面に平行である。第２の電極層２０８の露出表面１３０の第２の部分１３０ｂは、基板２０２の平面に垂直である。しかしながら、他の例では、第２の電極層の露出表面の第１および第２の部分は、異なる仕方で配置構成され得る。
【００６３】
図３ｂでは、溝１２６は、第２の電極層２０８、電解質層２０６、および第１の電極層２０４を通して形成される。したがって、図３ｂの例では、基板２０２の露出表面１３２がある。この場合、溝１２６は、基板２０２の露出表面１３２まで延在し、溝内の露出表面１３４は、基板２０２の露出表面１３２を含む（すなわち、この例では、基板２０２の露出表面１３２は、Ｔ字形溝１２６の下側表面または底部表面を形成する）。図３ｂの例では、溝内の露出表面１３４は、第２の電極層２０８の露出表面の第２の部分１３０ｂ、電解質層２０６の露出表面１２８、電解質層２０６のさらなる露出表面（図３ｂでは露出表面１２８に垂直である）、ならびに第１の電極層２０４および集電体層２０３の各々の露出部分も含む。しかしながら、図３ｂは単なる例であり、他の例では、溝１２６は、第１の電極層２０４および／または集電体層２０３の中には貫入し得ない。代替的に、溝１２６は、第１の電極層２０４および集電体層２０３を貫通することに加えて、基板２０２を部分的に貫通し得る。
【００６４】
図３ｂでは、スタック２００の層の各々は、実質的に平面状の層である（他の層タイプも可能であるが）。たとえば、層の各々は、互いに対向する２つの平面（上側表面および下側表面、または基板２０２に最も近い表面および基板２０２から最も遠い表面など）を有し得る。これらの２つの表面の各々は、各々に平行であるか、または製造公差内で互いに平行である得る。層は、層が製造公差内で平面状であるか、または正確な平面度から２０％、１５％、１０％、もしくは５％未満の偏差など、比較的小さい正確な平面状からの偏差を有する場合に実質的に平面状であると考えられ得る。
【００６５】
電解質層２０６の露出表面１２８を暴露するために、たとえばレーザーアブレーションを使用して、スタック２００を通る溝１２６を形成することによって、電解質層２０６の露出表面１２８は、基板２０２の露出表面１３２などの、基板２０２の表面に実質的に平行である。２つの表面は、互いに正確に平行である場合、または製造公差内で、もしくは２０度、１５度、１０度、もしくは５度未満の範囲内で、互いに平行である場合に、互いに実質的に平行であると考えられ得る。これなどの実質的に平面状の表面を形成することは、非平面であり得る、異なる構成の表面を形成することよりも容易であり得る。たとえば、スタック２００が一連の実質的に平面状の層を含む場合、電解質層２０６の露出表面１２８は、電解質層２０６のさらなる加工を実行することなく、第２の電極層２０８の一部を除去した後に基板２０２の表面に実質的に平行であり得る。
【００６６】
図３Ａから図３Ｆによる方法では、溝１２６は、スタック２００の少なくとも一部を通して形成される。しかしながら、他の方法では、スタック２００は、溝１２６などの溝をすでに備えている場合がある。言い換えれば、スタック２００は、製造前の溝を含み得る。
【００６７】
図３ｂに示されているような溝１２６の場合、電解質層２０６は、第２の電極層２０８と重なり合う第１の部分１３６ａと、第２の電極層２０８と重ならない第２の部分１３６ｂとを備える。第１の層は、第２の層が第１の層を覆うか、または垂直方向（たとえば、下に向かう方向）の第２の層の投影が第１の層それ自体と一致している場合に、第２の層と重なり合っていると考えられ得る。たとえば、第２の層は、一般的に、第１の層より上にあり、第１の層の上を覆うものとしてよい。第１の層は、第１の層および第２の層が互いに接触するか、または間に１つまたは複数の層がある第２の層と重なり合うものとしてよい。しかしながら、第１の層および第２の層は、互いに同じサイズまたは形状である必要はない。たとえば、第１の層の一部は、第２の層の一部と重なり合うものとしてよく、第１の層の一部は第２の層の一部で覆われているか、またはその下にある。
【００６８】
図３ｃでは、電気的絶縁材料１３８が溝１２６内に設けられている。電気的絶縁材料１３８は、たとえば、インクジェット印刷プロセスなどの、インクジェット材料堆積プロセスを使用して、第１の液体として提供され得る。これは、たとえば、電気的絶縁材料１３８の液滴を、たとえばノズルから、スタック２００に噴射するか、または他の何らかの形で推進することを伴う。電気的絶縁材料１３８の液滴は、正確に、溝１２６内に、またはその後に溝１２６内を流れるか、もしくは移動するのに適した位置に堆積され得る。電気的絶縁材料１３８は、誘電体インクなどの、インクであってもよい。好適な誘電体インクは、Ｄｙｃｏｔｅｃ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｌｔｄ．、Ｕｎｉｔ  １２  Ｓｔａｒ  Ｗｅｓｔ、Ｗｅｓｔｍｅａｄ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｅｓｔａｔｅ、Ｗｅｓｔｌｅａ、Ｓｗｉｎｄｏｎ、ＳＮ５  ７ＳＷ、Ｕｎｉｔｅｄ  Ｋｉｎｇｄｏｍから入手可能なＤＭ−ＩＮＩ−７００３である。電気的絶縁材料１３８として使用され得る誘電体材料は、たとえば、電界の印加後に分極され得る電気絶縁体である。そのような誘電体材料は、典型的には、電気的絶縁材料１３８が第１の電極層２０４および第２の電極層２０８を互いに絶縁し得るように低い電気伝導率も有する。電気的絶縁材料１３８は、親水性特性を有し、したがって、水に対する親和性を有し得る。
【００６９】
電気的絶縁材料１３８は、電解質層２０６の露出表面１２８上に堆積されるものとしてよく、それによって、電気的絶縁材料１３８は流れて溝１２６内の露出表面１３４に接触する。たとえば、電気的絶縁材料１３８は流れて、電解質層２０６の露出表面１２８（たとえば、電解質層２０６の第２の部分１３６ｂの露出表面１２８である）よりも、電気的絶縁材料１３８への高い濡れ性を有する溝１２６内の露出表面１３４の部分に接触し得る。言い換えれば、溝１２６内の露出表面１３４の部分は、電解質層２０６の露出表面１２８よりも、電気的絶縁材料１３８に関する高い濡れ性を有し得る。
【００７０】
濡れ性は、固体の表面に対する液体または他の流体の相対的親和性に関係する。たとえば、相対的親和性は、液体が固体の表面との接触を維持する能力を決定し、これは液体と表面との、互いに接触したときの相互作用に依存する。液体−蒸気界面が固体−液体界面と交わる接触角は、固体に対する液体の濡れ性を決定するように測定され得る（液体が空気などの蒸気中で固体上に配置構成される例において）。接触角は、典型的には、液体と固体との間の界面における液体と固体との間の表面張力の差に依存する。比較的低い接触角（０度から９０度の間の接触角など）は、固体の表面が液体への比較的高い濡れ性を有することを示す。これは、液体への高い濡れ性を有する表面と称され得る。対照的に、比較的高い接触角（９０度超、１８０度未満の接触角など）は、固体の表面が液体に対して相対的に、非濡れ性を有することを示す。これは、液体への低い濡れ性を有する表面と称され得る。水については、濡れ性を有する表面は親水性と称され、非濡れ性を有する表面は疎水性と称され得る。
【００７１】
図３ｃの例では、基板２０２の露出表面１３２は、電解質層２０６の露出表面１２８よりも、電気的絶縁材料１３８への濡れ性が高い。たとえば、電解質層２０６の露出表面１２８は、基板２０２の露出表面１３２よりも親水性が高いものとしてよい。そのような場合、電気絶縁性材料１３８が電解質層２０６の露出表面１２８上に堆積すると、電気絶縁性材料１３８が流れて基板２０２の露出表面１３２と接触し得る。溝１２６内に電気的絶縁材料１３８が流れる状態が、図３ｄに概略として示されている。この流れは、基板２０２の露出表面１３２と電気絶縁性材料１３８との親和性により生じ得る。したがって、電気的絶縁材料１３８は、外部影響を受けることなく溝１２６内に移動し、溝１２６内への電気的絶縁材料１３８の供給を簡素化し得る。
【００７２】
溝１２６内に電気的絶縁材料１３８を供給した後、電気的絶縁材料１３８は、電解質層２０６の露出表面１２８から実質的になくなるものとしてよい。それに加えて、電気的絶縁材料１３８は、第２の電極層２０８との接触を実質的に欠いているものとしてよい。材料は、材料のどれもが表面に接触していないか、または材料のどれもが製造公差内で表面に接触していないときに、表面に実質的になくなるか、または表面との接触を実質的に欠いているものと考えられ得る。しかし、いくつかの場合においては、材料は、表面の２０％、１５％、１０％、または５％未満など、表面の最小もしくは比較的小さな部分と接触している場合に、表面から実質的になくなると考えられ得る。このようにして、電解質層２０６の露出表面１２８のより大部分が、電気的絶縁材料１３８の堆積後に露出したままであり得る。したがって、これは、導電性材料１４０（図３ｅおよび図３ｆを参照しつつ説明されている）が接触するより大きな表面積をもたらす。さらに、第２の電極層２０８の露出表面１３０の第２の部分１３０ｂのより大きな割合の部分は、導電性材料１４０とのその後の接触に対して、露出したままであり得る。
【００７３】
図３ｅでは、導電性材料１４０は、電気的絶縁材料１３８上の溝１２６内に設けられている。導電性材料１４０は、第２の液体として提供されてもよい。たとえば、電気的絶縁材料１３８と同様に、導電性材料１４０は、インクジェット印刷などのインクジェット材料堆積プロセスを使用して設けられ得る。導電性材料１４０は、電気的絶縁材料１３８と同様に、親水性を有するものとしてよい。したがって、導電性材料１４０は、水に対する親和性を有し得る。好適な導電性材料は、英国、ＳＧ１  ２ＮＧ、ハートフォードシャー州、スティーブニッジ、ロンドン街道、キングスコート、４階、所在のＤｕＰｏｎｔ  （ＵＫ）  Ｌｔｄ．から入手可能なＰＥ４１０である。
【００７４】
導電性材料１４０は、第２の電極層２０８の露出表面１３０の第１の部分１３０ａ上に堆積されてよく、それによって導電性材料１４０は溝１２６内に流れ込む。たとえば、電解質層２０６の露出表面１２８は、第２の電極層２０８の露出表面１３０の第２の部分１３０ｂなどの、第２の電極層２０８の露出表面よりも、導電性材料１４０への濡れ性が高いものとしてよい。たとえば、電解質層２０６の露出表面１２８は、第２の電極層２０８の露出表面１３０の第２の部分１３０ｂなどの、第２の電極層２０８の露出表面よりも、親水性が高いものとしてよい。したがって、これは、第２の電極層２０８の露出表面１３０の第２の部分１３０ｂに対する導電性材料１４０の親和性により、外部刺激の印加なしで、導電性材料１４０が溝１２６内に移動することを引き起こし得る。他の例では、導電性材料１４０は、第２の電極層２０８の露出表面１３０の第１の部分１３０ａ上とは異なる配置に堆積され得る。導電性材料１４０は、それにもかかわらず、導電性材料１４０が溝１２６内の露出表面を濡らしがちなので、溝１２６内に流れ込み得る。
【００７５】
溝１２６内に導電性材料１４０を堆積した後、導電性材料１４０は流れて、第２の電極層２０８の露出表面１３０の第２の部分１３０ｂと接触し得る。これは、図３ｆに概略として示されている。この例では、電解質層２０６の露出表面１２８は、電気的絶縁材料１３８よりも、導電性材料１４０への濡れ性が高い。たとえば、電気的絶縁材料１３８は、電解質層２０６の露出表面１２８よりも、親水性が高いものとしてよい。したがって、導電性材料１４０は、電気的絶縁材料１３８よりも、電解質層２０６の露出表面１２８を濡らしがちである。したがって、導電性材料１４０は、電気的絶縁材料１３８から遠ざかり、この場合、第２の電極層２０８の第２の部分１３０ｂの方へ後退する。第２の電極層２０８の露出表面１３０の第２の部分１３０ｂは、電気的絶縁材料１３８よりも、導電性材料１４０に対する濡れ性が高いものとしてよい。これは、導電性材料１４０が、第２の電極層２０８の露出表面１３０の第２の部分１３０ｂの方へ流れ、接触することをさらに引き起こし得る。
【００７６】
溝１２６内に導電性材料１４０を供給した後、導電性材料１４０は、第２の電極層２０８の露出表面の第１の部分１３０ａから実質的になくなるものとしてよい。これは、様々な表面の濡れ性に起因する可能性がある。たとえば、第２の電極層２０８の露出表面の第１の部分１３０ａが、第２の電極層２０８の露出表面の第２の部分１３０ｂおよび電解質層２０６の露出表面１２８よりも、導電性材料１４０への濡れ性が低い場合、導電性材料１４０は、自然発生的に、溝１２６内に流れ込み、第２の電極層２０８の露出表面の第１の部分１３０ａとの接触から外れ得る。
【００７７】
図３などの例では、電解質層２０６の露出表面１２８は、基板２０２の露出表面１３２の平面など、基板２０２の表面の平面に平行な平面内で約５マイクロメートル以上の幅を有する。この文脈において、約５マイクロメートルの幅は、たとえば、測定公差または製造公差内で５マイクロメートルの幅であり、これは、５マイクロメートルのプラスまたはマイナス、２０％、１５％、１０％、または５％の範囲内の５マイクロメートルの幅であってよい。露出表面１２８は、たとえば、電解質層２０６の第２の部分１３６ｂの表面であり、第２の電極層２０８と重なり合わない。
【００７８】
電解質層２０６の露出表面１２８の幅は、たとえば、露出表面１３０の第２の部分１３０ｂと露出表面１２８との間の界面から露出表面１２８の端部まで、基板２０２の表面の平面に平行な平面内で取った幅である。約５マイクロメートル以上の幅では、露出表面１２８は、他の方法よりも溝１２６内に導電性材料１４０をより効果的に収容し得る。
【００７９】
図３ａから図３ｆの溝１２６を使用することで、スタック２００の他の要素に関する所定の位置に電気的絶縁材料１３８および導電性材料１４０を容易に収容することが可能になり得る。これらの材料の収容は、スタック２００の様々な表面および溝１２６の濡れ性を使用することによって改善され、材料がどこで濡れるか（または脱濡れするか）を制御し、したがって外部刺激がなくても材料がどこで流れ、どこに留まるかを制御し得る。溝１２６内のこれらの材料の収容は、チャネル内の電気的絶縁材料または導電性材料の収容を改善することを目的とする他のアプローチよりも容易であり得る。
【００８０】
図３ｆに示されている構造は、エネルギー貯蔵デバイスの製造のための中間構造に対応すると考えられ得る。たとえば、スタック２００の層の各々は、スタック２００がセルに分離された後、第１のセルを形成するための第１の部分（図３ｆにおいて文字「ａ」を付加されている）と、第２のセルを形成するための第２の部分（図３ｆにおいて文字「ｂ」を付加されている）とを有し得る。たとえば、スタック２００は、電気的絶縁材料１３８を通る軸１４２に沿ってスタック２００および基板２０２を切り開くことによってセルに分離され、この軸は、たとえば、電気的絶縁材料１３８の中心を通る垂直軸であってもよい（他の例では他の軸が可能であるが）。このプロセスは、第２の電極２０８ａ、電解質２０６ａ、第１の電極２０４ａ、および集電体層２０３ａを有する第１のセルと、第２の電極２０８ｂ、電解質２０６ｂ、第１の電極２０４ｂ、および集電体層２０３ｂを有する第２のセルとを生産するために使用され得る。
【００８１】
したがって、図３の方法は、基板２０２と、基板２０２上のスタック２０２とを備えるエネルギー貯蔵デバイスを製造するために使用されるものとしてよく、スタックは、第１の電極２０４ａ、２０４ｂと、第２の電極２０８ａ、２０８ｂと、第１の電極２０４ａ、２０４ｂと第２の電極２０８ａ、２０８ｂとの間の電解質２０６ａ、２０６ｂとを備える。図３の例では、第１の電極２０４ａ、２０４ｂは、第２の電極２０８ａ、２０８ｂよりも、基板２０２に近いが、そうである必要はない。そのようなエネルギー貯蔵デバイス内の電解質２０６ａ、２０６ｂは、第２の電極２０８ａ、２０８ｂと重なり合う第１の部分と、第２の電極２０８ａ、２０８ｂと重ならない第２の部分とを含む。そのようなエネルギー貯蔵デバイスは、第１の電極２０４ａ、２０４ｂおよび電解質２０６ａ、２０６ｂと接触する電気的絶縁材料１３８と、電解質２０６ａ、２０６ｂの第２の部分および第２の電極２０８ａ、２０８ｂと接触する導電性材料１４０とをさらに含む。
【００８２】
図３の方法は単に例示的なものであり、他の方法が、本明細書において説明されている原理を使用してエネルギー貯蔵デバイスを製造するために使用されてもよい。図４は、エネルギー貯蔵デバイスの製造のための中間構造のさらなる例を示している。図４の特徴は、図３ｆの対応する特徴と類似しており、同じ参照番号が１００ずつ増やして付されている。対応する説明が適用されると解釈されるべきである。しかし、わかりやすくするために、図４においていくつかの参照番号省略されている。
【００８３】
図４の中間構造は、図４では溝内の電気的絶縁材料２３８が平面ではなくむしろ曲面を有することを除き、図３ｆの中間構造と同じである。電気的絶縁材料２３８の曲面は、たとえば、電気的絶縁材料２３８の、溝の口または他の入口に最も近い表面である。たとえば、電気的絶縁材料２３８の曲面は、電気的絶縁材料２３８の上側表面であり得るか、または基板３０２から最も遠い電気的絶縁材料２３８の表面であり得る。
【００８４】
曲面は、たとえば、丸みを帯びた表面である。この例では、電気的絶縁材料２３８は、基板３０２の表面の平面から離れる方向に湾曲するか、または外向きに延在する凸面を有する。たとえば、電気的絶縁材料２３８の凸面は、導電性材料２４０を第２の電極層３０８と接触するように付勢し、導電性材料２４０と第２の電極層３０８との間の接触を改善する。
【００８５】
この例では、導電性材料２４０は、電解質層３０６の露出表面と電気的絶縁材料２３８の表面とに接触している（そして、これは、電気的絶縁材料２３８の表面が異なる形状である他の例の場合であってもよい）。
【００８６】
図５は、さらなる例を示している。図４の対応する特徴に類似する図５の特徴は、同じ参照番号が１００ずつ増やして付けられている。対応する説明が適用されると解釈されるべきである。
【００８７】
図５は、溝内の電気的絶縁材料３３８が凹面を有することを除き、図４と同じである。凹面は、たとえば、基板４０２の表面の平面の方へ、内向きに湾曲しているか、または内向き方向に中空になっている。電気的絶縁材料３３８のこの配置構成により、導電性材料３４０が有する、他の電気コンポーネントと接触する表面積は、他の場合に比べて大きい。
【００８８】
電気的絶縁材料の曲率は、たとえば、電気的絶縁材料およびスタックの層の特性を制御することによって制御され得る。たとえば、溝内に設けられる電気的絶縁材料の量は、電気的絶縁材料の表面の曲率を変化させるように変更され得る。たとえば、溝の過剰充填（または図３ｆに示されているのよりも多くの量の電気的絶縁材料を設けること）は、図４に示されているように、電気的絶縁材料２３８に凸面を形成し得る。逆に、溝の充填不足は、電気絶縁材料２３８に凹面を形成し得る。さらに、溝内の電解質層３０６、４０６の露出表面（図３の露出表面１２８に垂直な電解質層３０６、４０６の表面など）の濡れ性は、電気的絶縁材料３０６、４０６の表面の曲率を制御するように制御され得る。
【００８９】
上記の例は、説明図であると理解されるべきである。さらなる例も企図される。上記の例では、第１の電極層は、第２の電極層よりも基板に近い。しかし、他の例では、第２の電極層は、第１の電極層よりも基板に近いものとしてよい。そのような場合では、溝の断面は、実質的に逆Ｔ字形であるか、または実質的に逆Ｖ字形であってもよい。したがって、これなどの例では、溝は、溝の口から離れるのではなくむしろ、溝の口の方へ形状が狭くなるものとしてよい。
【００９０】
このような溝を製造するために、スタックが基板の第１の面に設けられ、レーザーアブレーションシステムが、第１の面に対向する、基板の第２の面上に配置構成され得る。レーザーアブレーションシステムによって生成されるレーザービームは、たとえば、基板が透明である場合には、基板を透過し得る。次いで、レーザービームは、スタックの下面（たとえば、基板の第１の面と接触している）に入射するものとしてよい。レーザービームは、基板を切断することなく、または溝に対応する基板の領域内の基板のすべてを除去することなく、スタックの材料をアブレーションし、スタックを通して溝を形成するために使用され得る。しかしながら、これなどの反転形状を有する溝を形成するために他の方法が使用され得ることは理解されるべきである。たとえば、角度を付けたレーザービームが提供されてもよく、レーザービームは、スタックが設けられる基板の表面に関して角度を付けられる。レーザービームの角度は、断面で、所望のまたは他の何らかの形の所定の形状を溝に付けるために、スタックの一部分を選択的に除去するように制御され得る。
【００９１】
本明細書の例では、様々な表面の濡れ性は、使用される材料の固有の特性であり得る。しかし、いくつかの場合では、表面の一部または全部の濡れ性は、表面に施される加工によって変えられるか、または他の何らかの影響を受け得る。たとえば、露出表面が層を通して溝を形成することによって形成される場合、露出表面の濡れ性は、層の材料の固有の濡れ性と異なり得る。たとえば、レーザーアブレーションによって露出表面を露出させると、レーザーアブレーションによって形成されていない、同じ材料の他の表面と比較して、露出表面の濡れ性が変化し得る。露出表面の濡れ性の変化の程度は、加工条件を変更することによって制御されるか、または変化し得る。たとえば、レーザーアブレーションが行われる環境を変化させることによって、濡れ性が加減されるものとしてよい。一例では、ガス（たとえば、不活性ガス）の存在下でレーザーアブレーションを行うと結果として、空気の存在下でレーザーアブレーションすることと比較して、異なる濡れ性を生じ得る。前記に基づき、濡れ性と加工条件の違いとの間の関係を決定するために系統的試験が実施され得る。
【００９２】
これなどの例では、溝の形成は電気的絶縁材料および導電性材料が堆積され得る領域を設け得るが、電気的絶縁材料および導電性材料の溝内への封じ込めを助けるために適切な濡れ性を有する溝内の露出表面を形成し得る。これは、露出表面の濡れ性を変えるためのその後の加工が露出表面に施される他のアプローチと比較してそのような溝を付けてエネルギー貯蔵デバイスを製作することを簡素化し得る。
【００９３】
しかしながら、他の例では、露出表面の濡れ性は、露出表面の形成後に変更されてもよい。たとえば、露出表面を電磁放射線に曝して、露出表面の濡れ性を変化させてもよい。露出表面に紫外線（ＵＶ）放射線を照射することで、たとえば、露出表面の親水性を高め得る。露出表面の濡れ性の変化の程度を制御するために、露出表面への照射が行われる環境が変化させられ得る。
【００９４】
１つの例に関して説明されている特徴は、単独で、または説明されている他の特徴と組み合わせて使用されてよく、これらの例のうちの他のものの１つまたは複数の特徴と組み合わせて、またはこれらの例の他のものと組み合わせても使用され得ることは理解されるべきである。さらに、上で説明されていない等価形態および修正形態も、付属の請求項の範囲から逸脱することなく採用され得る。
【符号の説明】
【００９５】
１００  スタック
１０２  基板
１０４  第１の電極層
１０６  電解質層
１０８  第２の電極層
１１０  中間構造
１１２  ローラ
１１４  第１のレーザー
１１６  レーザービーム
１１８  材料堆積システム
１２０  液体
１２２  第２のレーザー
１２４  レーザービーム
１２６  溝
１２８  露出表面
１３０  露出表面
１３０ａ  第１の部分
１３０ｂ  第２の部分
１３２  露出表面
１３４  露出表面
１３６ａ  第１の部分
１３６ｂ  第２の部分
１３８  電気的絶縁材料
１４０  導電性材料
２００  スタック
２０２  基板
２０３  集電体層
２０３ａ  集電体層
２０３ｂ  集電体層
２０４  第１の電極層
２０４ａ  第１の電極
２０４ｂ  第１の電極
２０６  電解質
２０６ａ  電解質
２０６ｂ  電解質
２０８  第２の電極層
２０８ａ  第２の電極
２０８ｂ  第２の電極
２３８  電気的絶縁材料
２４０  導電性材料
３０２  基板
３０６、４０６  電解質層
３０８  第２の電極層
３３８  電気的絶縁材料
３４０  導電性材料
４０２  基板
【図１】
2021531627.tif 000003
【図２】
2021531627.tif 000004
【図３ａ】
2021531627.tif 000005
【図３ｂ】
2021531627.tif 000006
【図３ｃ】
2021531627.tif 000007
【図３ｄ】
2021531627.tif 000008
【図３ｅ】
2021531627.tif 000009
【図３ｆ】
2021531627.tif 000010
【図４】
2021531627.tif 000011
【図５】
2021531627.tif 000012
【国際調査報告】
2021531627.tif 000013
2021531627.tif 000014