(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラスとして存在する少なくとも１つの板状の別個の要素を有する、蓄電システムにおいて、
前記少なくとも１つの板状の別個の要素の少なくとも１つの表面は、該表面が、この表面と接触する材料に対して、透過性が低減され、リチウムに対して働くバリアとして形成されているように、バリア層として形成されており、
ここで前記バリア層が、Ｓｉの窒化物、又はＡｌ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、及び／又はＴａの窒化物を含有し、前記ガラスは、質量％で示された以下の組成範囲：
【表１】
0006756624.tif 000025
から選択されており、
ここで選択的に清澄剤が０〜１質量％、例えばＳｎＯ2、ＣｅＯ2、Ａｓ2Ｏ3、Ｃｌ-、Ｆ-、硫酸塩が含まれていてよく、Ｎｏ．２の範囲においてＭｇＯ、ＣａＯ、及びＢａＯの合計含分は、８〜１８質量％の範囲にあることを特徴とする、前記蓄電システム。
【請求項２】
前記バリア層が、前記少なくとも１つの表面の鉛直的な組成変化によって、バルク内への直接的な拡散経路が存在しないように獲得されることを特徴とする、請求項１に記載の蓄電システム。
【請求項３】
前記少なくとも１つの表面の鉛直的な組成変化内に、アルカリ金属及び／又はアルカリ土類金属のためのゲッター材料が含まれていることを特徴とする、請求項２に記載の蓄電システム。
【請求項４】
前記少なくとも１つの表面の鉛直的な組成変化が、少なくとも２つの層の連続体によって形成されており、ここで相互に隣接する層は、それぞれ異なる組成を有することを特徴とする、請求項２又は３に記載の蓄電システム。
【請求項５】
バリア層が、プラズマ援用法によって得られることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項に記載の蓄電システムの製造方法。
【請求項６】
バリア層が、原子層堆積法（ＡＬＤ）によって得られることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項に記載の蓄電システムの製造方法。
【請求項７】
前記バリア層のバリア作用が、別途のアニール工程によって、導電体又はアノードの設置前に引き起こされることを特徴とする、請求項５又は６に記載の蓄電システムの製造方法。
【請求項８】
前記バリア層のバリア作用が、カソードのアニールの間に引き起こされることを特徴とする、請求項５〜７のいずれかに記載の蓄電システムの製造方法。
【請求項９】
ガラスとして存在する前記少なくとも１つの板状の別個の要素のための基板材料が、３０μｍの厚さにおいて、２００ｎｍ〜２７０ｎｍの範囲で０．１％以上という透過率を有することを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項に記載の蓄電システム。
【請求項１０】
ガラスとして存在する前記板状の別個の要素が、基板材料の透過率値と比較して、前記バリア層により６０％未満低減されている透過率値を有することを特徴とする、請求項１から４のいずれか又は９に記載の蓄電システム。
【請求項１１】
バリア層が非晶質であることを特徴とする、請求項１から４のいずれか、９又は１０に記載の蓄電システム。
【請求項１２】
ガラスとして存在する前記板状の別個の要素が、直径１００ｍｍ超の範囲にある、ウェハ若しくは基板の大きさに対して、２５μｍ以下の厚みばらつきを有することを特徴とする、請求項１から４のいずれか、又は、９〜１１のいずれかに記載の蓄電システム。
【請求項１３】
ガラスとして存在する前記少なくとも１つの板状の別個の要素が、１０-3ｇ／（ｍ2・ｄ）未満という水蒸気透過率（ＷＶＴＲ）を有することを特徴とする、請求項１から４のいずれか、又は、９〜１２のいずれかに記載の蓄電システム。
【請求項１４】
ガラスとして存在する前記少なくとも１つの板状の別個の要素が、２ｍｍ未満という厚さを有することを特徴とする、請求項１から４のいずれか、又は、９〜１３のいずれかに記載の蓄電システム。
【請求項１５】
ガラスとして存在する前記少なくとも１つの板状の別個の要素が、３５０℃の温度、周波数５０Ｈｚの交流において、１．０・１０6Ωｃｍ超という比電気抵抗を有することを特徴とする、請求項１から４のいずれか、又は、９〜１４のいずれかに記載の蓄電システム。
【請求項１６】
ガラスとして存在する前記少なくとも１つの板状の別個の要素が、少なくとも３００℃という最大負荷温度θMaxを有することを特徴とする、請求項１から４のいずれか、又は、９〜１５のいずれかに記載の蓄電システム。
【請求項１７】
ガラスとして存在する前記少なくとも１つの板状の別個の要素が、２．０・１０-6／Ｋ〜１０・１０-6／Ｋという範囲の線熱膨張係数αを有することを特徴とする、請求項１から４のいずれか、又は、９〜１６のいずれかに記載の蓄電システム。
【請求項１８】
ガラスとして存在する前記少なくとも１つの板状の別個の要素の最大負荷温度θMaxと、線熱膨張係数αとの積について、以下の関係；
６００・１０-6≦θMax・α≦８０００・１０-6、
が成り立つことを特徴とする、請求項１から４のいずれか、又は、９〜１７のいずれかに記載の蓄電システム。
【請求項１９】
ガラスとして存在する前記少なくとも１つの板状の別個の要素の基板材料が、溶融プロセスと、それに続く付形プロセスによって板状に形成されることを特徴とする、請求項５〜８のいずれかに記載の蓄電システムの製造方法。
【請求項２０】
引き続く付形プロセスが、ドロー法であることを特徴とする、請求項１９に記載の蓄電システムの製造方法。
【請求項２１】
蓄電システムにおける適用のための、ガラスとして存在する板状の別個の要素において、ガラスとして存在する前記要素の少なくとも１つの表面が、リチウムの拡散に対するバリア層として形成されており、
ここで前記バリア層が、Ｓｉの窒化物、又はＡｌ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、及び／又はＴａの窒化物を含有し、前記ガラスは、質量％で示された以下の組成範囲：
【表２】
0006756624.tif 000026
から選択されており、
ここで選択的に清澄剤が０〜１質量％、例えばＳｎＯ2、ＣｅＯ2、Ａｓ2Ｏ3、Ｃｌ-、Ｆ-、硫酸塩が含まれていてよく、Ｎｏ．２の範囲においてＭｇＯ、ＣａＯ、及びＢａＯの合計含分は、８〜１８質量％の範囲にあることを特徴とする、前記要素。
【請求項２２】
前記バリア層が、前記少なくとも１つの表面の鉛直構造化によって、バルク内への直接的な拡散経路が存在しないように獲得されることを特徴とする、蓄電システムにおける適用のための、ガラスとして存在する請求項２１に記載の板状の別個の要素。
【請求項２３】
鉛直構造内に、アルカリ金属及び／又はアルカリ土類金属のためのゲッター材料が含まれていることを特徴とする、蓄電システムにおける適用のための、ガラスとして存在する請求項２１又は２２に記載の板状の別個の要素。
【請求項２４】
前記少なくとも１つの表面の鉛直的な組成変化が、少なくとも２つの層の連続体によって形成されており、ここで相互に隣接する層は、それぞれ異なる組成を有することを特徴とする、蓄電システムにおける適用のための、ガラスとして存在する請求項２１から２３までのいずれか１項に記載の板状の別個の要素。
【請求項２５】
バリア層が、プラズマ援用法によって得られることを特徴とする、蓄電システムにおける適用のための、ガラスとして存在する請求項２１から２４までのいずれか１項に記載の板状の別個の要素の製造方法。
【請求項２６】
バリア層が、原子層堆積法（ＡＬＤ）によって得られることを特徴とする、蓄電システムにおける適用のための、ガラスとして存在する請求項２１から２４までのいずれか１項に記載の板状の別個の要素の製造方法。
【請求項２７】
蓄電システムにおける適用のための、ガラスとして存在する請求項２１から２４までのいずれか１項に記載の板状の別個の要素において、
ガラスとして存在する前記板状の別個の要素の基板材料が、３０μｍの厚さにおいて、２００ｎｍ〜２７０ｎｍの範囲で０．１％以上という透過率を有することを特徴とする、前記要素。
【請求項２８】
ガラスとして存在する前記板状の別個の要素が、基板材料の透過率値と比較して、前記バリア層により６０％未満低減されている透過率値を有することを特徴とする、ガラスとして存在する請求項２１〜２４のいずれか又は２７に記載の板状の別個の要素。
【請求項２９】
バリア層が非晶質であることを特徴とする、蓄電システムにおける適用のための、ガラスとして存在する請求項２１〜２４のいずれか、２７又は２８に記載の板状の別個の要素。
【請求項３０】
ガラスとして存在する前記要素が、直径１００ｍｍ超の範囲にある、ウェハ若しくは基板の大きさに対して、２５μｍ以下の厚みばらつきを有することを特徴とする、蓄電システムにおける適用のための、ガラスとして存在する請求項２１〜２４のいずれか、又は、２７〜２９のいずれかに記載の板状の別個の要素。
【請求項３１】
ガラスとして存在する前記要素が、２ｍｍ未満という厚さを有することを特徴とする、蓄電システムにおける適用のための、ガラスとして存在する請求項２１〜２４のいずれか、又は、２７〜３０のいずれかに記載の板状の別個の要素。
【請求項３２】
１０-3ｇ／（ｍ2・ｄ）未満という水蒸気透過率（ＷＶＴＲ）を特徴とする、蓄電システムにおける適用のための、ガラスとして存在する請求項２１〜２４のいずれか、又は、２７〜３１のいずれかに記載の板状の別個の要素。
【請求項３３】
３５０℃の温度、周波数５０Ｈｚの交流において、１．０・１０6Ωｃｍ超という比電気抵抗を特徴とする、蓄電システムにおける適用のための、ガラスとして存在する請求項２１〜２４のいずれか、又は、２７〜３２のいずれかに記載の板状の別個の要素。
【請求項３４】
少なくとも３００℃という最大負荷温度θMaxを特徴とする、蓄電システムにおける適用のための、ガラスとして存在する請求項２１〜２４のいずれか、又は、２７〜３３のいずれかに記載の板状の別個の要素。
【請求項３５】
２・１０-6／Ｋ〜１０・１０-6／Ｋという範囲の線熱膨張係数αを特徴とする、蓄電システムにおける適用のための、ガラスとして存在する請求項２１〜２４のいずれか、又は、２７〜３４のいずれかに記載の板状の別個の要素。
【請求項３６】
最大負荷温度θMaxと、線熱膨張係数αとの積について、以下の関係；
６００・１０-6≦θMax・α≦８０００・１０-6、
が成り立つことを特徴とする、蓄電システムにおける適用のための、ガラスとして存在する請求項２１〜２４のいずれか、又は、２７〜３５のいずれかに記載の板状の別個の要素。
【請求項３７】
溶融プロセスと、それに続いた熱間成形を特徴とする、蓄電システムにおける適用のための、ガラスとして存在する請求項２１〜２４のいずれか、又は、２７〜３６のいずれかに記載の板状の別個の要素の基板材料の製造方法。
【請求項３８】
前記熱間成形法が、ドロー法であることを特徴とする、蓄電システムにおける適用のための、ガラスとして存在する請求項３７に記載の板状の別個の要素の基板材料の製造方法。
【請求項３９】
蓄電システムにおける基板としての、ガラスとして存在する請求項２１〜２４のいずれか、又は、２７〜３６のいずれかに記載の板状の別個の要素の使用。
【請求項４０】
蓄電システムにおけるスーパーストレートとしての、ガラスとして存在する請求項２１〜２４のいずれか、又は、２７〜３６のいずれかに記載の板状の別個の要素の使用。
【請求項４１】
蓄電システムにおけるカバーとしての、ガラスとして存在する請求項２１〜２４のいずれか、又は、２７〜３６のいずれかに記載の板状の別個の要素の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
蓄電システムは以前から従来技術であり、これは特にバッテリーを有するが、またいわゆるスーパーキャパシタ（Supercaps）も有する。それによって実現可能な高いエネルギー密度に基づき、特にいわゆるリチウムイオンバッテリーは、新規適用の分野、例えば電子移動度の分野において論じられており、また近年では既に、持ち運び可能な機器、例えばスマートフォン、又はラップトップコンピュータにおいて使用されている。ここでこれらの従来技術による再充電可能なリチウムイオンバッテリーは、特に有機溶剤系液体電解質を用いることを特徴としている。ただしこれらの有機溶剤は可燃性であり、上記リチウムイオンバッテリーの使用については、安全上の懸念につながる。有機電解質を回避するための１つの可能性は、固体電解質を用いることである。ここで、このような固体電解質の伝導性は通常、明らかに、すなわち数桁の尺度で、相応する液体電解質の伝導性よりも低い。それでもなお、許容可能な伝導性を得て、再充電可能なリチウムイオンバッテリーの利点を活用できるようにするため、このような固体バッテリーは今日、特にいわゆる薄膜バッテリー（ＴＦＢ）、若しくは薄膜蓄電素子の形で製造される。これらは、モバイル適用、例えばいわゆるスマートカードで、医療技術、センサ技術、またスマートフォンにおいて、そしてスマートで、小型化された、場合によっては可撓性でさえあるエネルギー源を必要とするさらなる適用で使用される。
【０００２】
例示的なリチウム系薄膜バッテリー素子は、米国特許出願公開第２００８／０００１５７７号明細書（US 2008/0001577）に記載されており、この素子は通常、１つの基板から成り、この上に第一の被覆工程で、両方の電極のための導電性集電体を被覆する。それからさらなる製造工程において、まずカソード材料をカソード用集電体（通常はリチウムコバルト酸化物、ＬＣＯ）に堆積させる。次の工程において固体電解質の堆積を行い、これはたいてい、リチウム、酸素、窒素、及びリンという物質からの非晶質材料であり、ＬｉＰＯＮと呼ばれる。次の工程において、アノード材料が、基板、アノード用集電体、並びに固体電解質と接続しているように、アノード材料を堆積させる。アノード材料としては特に、金属リチウムが使用される。両方の集電体を導電性で接続する場合、荷電された状態でリチウムイオンが、固体イオン伝導体によってアノードからカソードへと移動し、これが、両方の集電体の導電性接続を通じたカソードからアノードへの電流の流れにつながる。これとは逆に、荷電していない状態において外部電圧を印加することにより、カソードからアノードへのイオンの移動を強制的にもたらすことができ、これによってバッテリーの充電につながる。
【０００３】
さらなる薄膜蓄電素子は例えば、米国特許出願公開第２００１／００３２６６６号明細書（US 2001/0032666 A1）に記載されており、この素子も同様に、その上に様々な機能層を堆積させる基板を有する。
【０００４】
このような薄膜蓄電素子のために堆積させた層は通常、２０μｍ以下、通常は１０μｍ未満、それどころか５μｍ未満という範囲の層厚を有し、ここで層構造全体の厚さは、１００μｍ以下と考えられる。
【０００５】
この出願の範囲において、薄膜蓄電素子とは例えば、再充電可能なリチウム系薄膜蓄電素子、及びスーパーキャパシタと理解される。しかしながら本発明は、これらのシステムには限られず、それどころかまた、さらなる薄膜蓄電素子、例えば再充電可能な、及び／又は印刷された薄膜電池でも使用できる。
【０００６】
ここで薄膜蓄電素子の製造は通常、各材料の構造化された堆積も含む複合的な被覆法によって行われる。ここでは、精緻な薄膜蓄電素子の特に複雑な構造化が可能であり、これは例えば米国特許第７４９４７４２号明細書（US 7494742 B2）から読み取ることができる。さらにリチウム系薄膜蓄電素子の場合、アノード材料として金属リチウムを使用することにより、特別な困難性が生じる（金属リチウムの反応性が高いため）。よって金属リチウムの取り扱いは、できるだけ水不含条件で行わなければならない。それと言うのも、さもなくば水酸化リチウムへと反応し、アノードとしての機能がもはや得られなくなるからである。リチウム系薄膜蓄電素子もまた、相応して封入部によって湿気から保護しなければならない。
【０００７】
米国特許第７４９４７４２号明細書（US 7494742 B2）は、薄膜蓄電素子の非安定性構成要素（例えばリチウム、又は特定のリチウム化合物）から保護するためのこのような封入部を記載している。ここで封入機能は、被覆によって、又はバッテリーの構造全体の範囲においてさらに別の機能を満たすことができる異なる被覆の系によって、行われる。
【０００８】
さらに、例えば米国特許出願公開第２０１０／０１０４９４２号明細書（US 2010/0104942）には、リチウム系薄膜蓄電素子の製造条件のもと、特にリチウムインターカレートに適した結晶構造の形成に必要となるいわゆるアニール工程若しくは温度処理工程において、移動性リチウムイオンと基板との不所望の副反応につながることが記載されている。それと言うのも、リチウムは高い移動度を示し、慣用の基板材料において容易に内部へと拡散可能だからである。
【０００９】
薄膜蓄電素子におけるさらなる問題点は、使用する基板材料にある。ここで従来技術は、多数の異なる基板材料、例えばケイ素、雲母、様々な金属、並びにセラミック材料を記載している。しかしながらまたガラスの使用も、特定の組成、又は正確な特性についてさらに実質的に記載されることなく、しばしば言及されている。
【００１０】
米国特許出願公開第２００１／００３２６６６号明細書（US 2001/0032666 A1）は、コンデンサ型エネルギー蓄積体（リチウムイオンバッテリーでもあり得る）を記載している。ここで基板材料としては、特に半導体が挙げられている。
【００１１】
米国特許第６９０６４３６号明細書（US 6906436 B2）は、基板材料として例えば金属シート、半導体材料、又はプラスチックシートが使用可能な固体バッテリーを記載している。
【００１２】
米国特許第６９０６４３６号明細書（US 6906436 B2）は、あり得る基板材料として、多くの可能性を記載しており、それは例えば、金属若しくは金属被覆、半導体材料、又は絶縁体、例えばサファイア、セラミック、若しくはプラスチックである。ここで、基板の様々な形状があり得る。
【００１３】
米国特許第７４９４７４２号明細書（US 7494742 B2）は、基板材料として特に、金属、半導体、ケイ酸塩、及びガラス、並びに無機若しくは有機のポリマーを記載している。
【００１４】
米国特許第７２１１３５１号明細書（US 7211351 B2）は基板として、金属、半導体、又は絶縁材料、並びにこれらの組み合わせを挙げている。
【００１５】
米国特許出願公開第２００８／０００１５７７号明細書（US 2008/0001577 A1）は基板として、半導体、金属、又はプラスチックシートを挙げている。
【００１６】
欧州特許出願公開第２４３４５６７号明細書（EP 2434567 A2）は基板として、導電性材料、例えば金属、絶縁材料、例えばセラミック、若しくはプラスチック、及び半導体材料、例えばシリコン、並びに半導体と導体との組み合わせ、又は熱膨張係数に適合させるための比較的複雑な構造を挙げている。これらの材料、又は類似の材料は同様に、米国特許出願公開第２００８／００３２２３６号明細書（US 2008/0032236 A1）、米国特許第８２２８０２３号明細書（US 8228023 B2）、並びに米国特許出願公開第２０１０／０１０４９４２号明細書（US 2010/0104942 A1）に挙げられている。
【００１７】
これに対して米国特許出願公開第２０１０／０１０４９４２号明細書（US 2010/0104942 A1）は、実際に重要な基板材料として単に、融点の高い金属若しくは金属合金からの基板、また誘電性材料、例えば高温型石英、シリコンウェハ、酸化アルミニウムなどを記載している。これは、この材料においてＬｉ+イオン貯蔵のために特別に有利な結晶構造を得るためには、通常使用されるリチウムコバルト酸化物（ＬＣＯ）からカソードを製造する際に、４００℃超、万全を期すにはまた５００℃以上という温度での温度処理が必要となるという状況が生じ、これにより軟化点の低い材料（例えばポリマー又は無機材料）が、使用できなくなるからである。しかしながら金属若しくは金属合金にも、誘電物質にも、様々な困難がある。例えば誘電性材料は通常脆く、コスト的に有利にロール・トゥー・ロール法で使用できず、その一方で金属若しくは金属合金には、カソード材料を高温処理する間に酸化してしまう傾向がある。これらの困難を解消するため、米国特許出願公開第２０１０／０１０４９４２号明細書（US 2010/0104942 A1）では、異なる金属若しくはケイ素からの基板が提案されており、ここで相互に組み合わされた材料のレドックス電位は、制御された酸化物形成につながるよう、相互に調整されている。
【００１８】
多くの場所で、例えば先の米国特許出願公開第２０１０／０１０４９４２号明細書（US 2010/0104942 A1）で要求される、基板の高い温度負荷能力を避けることも、論じられている。そこで例えば、工程条件の適合により、４５０℃以下の温度負荷能力を有する基板を、使用することができる。ただしそのための前提は、基板の近くで、基板の加熱、及び／又はＯ2及びＡｒから成るスパッタガス混合物の最適化、及び／又はバイアス電圧の印加、第二のスパッタリングプラズマの適用が行われる堆積法である。これについては例えば米国特許出願公開第２０１４／００３０４４９号明細書（US 2014/0030449 A1）、Tintignacら著、Journal pf Power Sources 245 (2014), p.76〜82、又はEnsling, D. 著、Photoelektronische Untersuchung der elektronischen Struktur duenner Lithiumkobaltoxidschichten（ダルムシュタット工科大学の博士論文、2006年）に記載されている。しかしながらこのような方法技術的適合は一般的に高価であり、またその加工に応じて、特にウェハのサイクル被覆を行いたい場合、コスト的にほとんど実現できない。
【００１９】
米国特許出願公開第２０１２／００４０２１１号明細書（US 2012/0040211 A1）は基板として、厚さが最大３００μｍであり、表面粗さが１００Å以下であるガラスフィルムを記載している。この低い表面粗さが必要となるのは、薄膜蓄電素子の層は通常、非常に薄い層厚を有するからである。ここでは、ほんの僅かな表面不均一性でも、薄膜蓄電素子の機能層の重大な障害につながることがあり、そうするとバッテリー全体が使用不能になる。
【００２０】
同じことが、国際公開第２０１４０６２６７６号（WO 2014062676 A1）に当てはまる。この出願はホウケイ酸ガラス、若しくはソーダ石灰ガラスを利用した薄膜バッテリーを特許請求している。基板の厚さの変更についての記載は、ここでは同様にほとんどなされていない。
【００２１】
よって従来技術の弱点は特に、蓄電素子、特にリチウム系薄膜蓄電素子の基板材料及び／又はスーパーストレート材料の分野にある。これは、このような蓄電素子において使用される機能性材料の攻撃性に基づいている。よってこれらの機能性材料は必然的に、特に荷電状態で高いレドックス電位を示し、そのため潜在的に不安定である。このレドックス電位の低下が、このような蓄電素子を使用する間に放電工程で制御できない場合、機能性材料と、それ自体は不活性の蓄電素子の他の構成要素（例えば基板、この上に機能層が堆積される）との反応につながり得る。
【００２２】
蓄電素子、特に再充電可能なリチウム系バッテリーの構成要素としてのリチウムには、米国特許出願公開第２０１０／０１０４９４２号明細書（US 2010/0104942 A1）にも記載されているように、移動度が高いという欠点があり、これによってリチウム系蓄電システムの製造条件下、また稼働条件下でも、例えばリチウム含有材料と接触している基板若しくはスーパーストレートへの、リチウムの拡散につながり得る。これにより、活物質における蓄電システムの不良化につながるのみならず、ひいては蓄電容量の損失につながる。それと言うのも、拡散されたリチウムは、本来の充放電反応のためにはもはや利用されず、さらに、不所望の副反応による基板材料若しくはスーパーストレート材料の劣化にもつながり得るからである。
【００２３】
本発明の課題は、寿命及び構成の柔軟性が改善された、蓄電素子を提供することである。
【００２４】
本発明は有利には、蓄電システムにおいて適用するための板状の別個の要素を提供することができ、この要素は、蓄電素子の機能性材料に対して、化学的反応性が低減され、不活性であり、かつ／又は透過性が低減され、かつ／又は不透性である。
【００２５】
意外なことに本発明の課題は、請求項１に記載の蓄電システム、並びに請求項３１に記載の板状の別個の要素によって容易に解決される。
【００２６】
本願の範囲において板状とは、１つの空間方向における要素の広がりが、他の２つの空間方向における広がりよりも少なくとも半分の尺度で小さい成形体と理解される。本願の範囲において「別個の」とは、それ自体が、考察される蓄電システムから分離可能である、すなわち特にまた、単独で存在できる成形体と理解される。
【００２７】
本発明の課題は、板状の別個の要素を含む蓄電システムの提供、板状の別個の要素、並びにその製造、及び使用を包含する。
【００２８】
本発明の課題はさらに、今日の従来技術の弱点を低減させる蓄電素子、特に薄膜蓄電素子を提供すること、及び薄膜蓄電素子のコスト的に有利な製造を可能にすることである。本発明のさらなる課題は、蓄電素子で適用するための板状の別個の要素を提供すること、並びにその製造、及び使用を包含する。
【００２９】
板状の別個の要素は、従来技術の弱点を低減するのが望ましく、バッテリー成分による汚染に対して充分な安定性を、３００℃超、好ましくは４００℃超という充分な熱安定性と組み合わせて有するのが望ましい。さらに、水分に対する高いバリア作用、及び製造プロセスとそれぞれの特定の電池設計の必要性に適合した光学的透過率、若しくは紫外線に対するブロック性が利点である。板状の別個の要素を、蓄電システムで基板として使用する場合、これはさらに、施与された層の良好な接着性に貢献しなければならない。つまり、特に隣接層（通常はＬＣＯの層）の堆積という観点で適切な熱膨張係数を示さなければならない。
【００３０】
本発明の課題は意外なことに、蓄電素子に板状の別個の要素を組み込むことによって容易に解決することができる。この要素は少なくとも１つの側に表面を有し、この表面は、この表面に施与された材料に対して、化学的反応性が低減されており、不活性であり、かつ／又は透過性が低減されており、かつ／又は不透性であるように、構成されている。
【００３１】
さらなる実施形態において、この少なくとも１つの表面は、金属の拡散に対するバリア層として形成されている。
【００３２】
さらなる実施形態において、この少なくとも１つの表面は、アルカリ金属イオン及び／又はアルカリ土類金属イオンに対するバリア層として形成されている。
【００３３】
この金属は好ましくは、リチウムである。
【００３４】
さらなる実施形態においてバリア層は、鉛直方向に構造化された表面組成変化によって、板状の別個の要素のバルク内への直接的な拡散経路が存在しないように形成される。
【００３５】
さらなる実施形態において、鉛直方向に構造化された表面帯域には、有害な金属を効果的にゲッタリングする原子が存在する。
【００３６】
さらなる実施形態において、鉛直方向に構造化された表面組成変化は、層の連続体によって形成されており、ここで少なくとも２つの重なり合う層は、その組成において相互に異なり、層の組成と板状要素の組成は、相互に異なっている。
【００３７】
本発明の好ましい実施形態において、鉛直方向に構造化された組成変化は、板状要素の被覆によって、好ましくはプラズマ援用被覆法によって生じる。
【００３８】
本発明のさらなる態様において使用する被覆法は、ＰＥＣＶＤ法、原子層堆積法（ＡＬＤ）、又はパルス式マグネトロンスパッタリングである。
【００３９】
本発明によるバリア層（好ましくは上記被覆法のいずれかにより堆積された層）は、非晶質、少なくともＸ線回折において非晶質であることを特徴とする。
【００４０】
本発明による被覆は、酸化物、窒化物、及び／又は炭化物であり、少なくとも１種の元素Ｓｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｈｆ、及び／又はＴｉをさらに含む。
【００４１】
使用する被覆法、又は工程パラメータに応じて、層のバリア作用は、層の製造直後にはまだ、最適に発現していなくてよい。そこで例えば、常温の基板上にスパッタリング法により堆積する場合、又は低いターゲット密度でスパッタリングする場合、又は高いスパッタリング速度の場合、不完全な層が型内で成長することから出発する。そこで、最適ではない工程パラメータにより、カラム状の成長につなげることができ、こうして結合して、事前に定めた拡散流路になる。一般的に、成長する層の密度は欠陥箇所により、完全な材料の密度よりも低くなる。密度が低い材料を通じた拡散は、より稠密な材料と通じた拡散よりも、明らかに容易に可能である。ＣＶＤ法では、１種以上の前駆体を気体状で、基板と接触させる。温度による、又はプラズマ形態でのエネルギーの供給により、前駆体は所望の層材料へと、別の気体状生成物を発生させながら変換される。ここでも、工程パラメータが最適に選択されていない場合、密度が完全ではない層が生じ得る。
【００４２】
一般的に、温度処理工程（若しくはいわゆるアニール）は、最適ではない層の事後的な稠密化の際に役立ち、これによってまた、バリア特性の改善も実証できる。一次文献の"Applied Surface Science 244 (2005) p.61-64"にはこのことが、ＣＶＤにより製造されたＳｉ窒化物層について、印象的に記載されている。リチウムの拡散を防止するためには、８００℃で３０分間にわたる層の熱処理で充分であり、その一方、温度処理していない場合、同じ層はリチウムに対して透過性である。
【００４３】
このような別途の温度処理工程は、時間的なコストが掛かり、もちろん高価である。意外なことに、バリア層の別途のアニールは省略できることが、判明した。それと言うのも、プロセス工程におけるバリア作用の改善は、ＬＣＯ層のアニールとともに（ＬＣＯを結晶学的に好ましいＨＴ相へと移行させるために必要）、達成できるからである。
【００４４】
しかしながらバリア層は、薄膜バッテリーの構成成分から、基板を保護するだけではない。それとは逆にバリアはまた、ガラスの構成成分が、アニール工程の間、又は使用の間に、バッテリーの成分に到達することを防止できる。板状の別個の要素の使用する基板材料に応じて、例えばアルカリ金属元素、及び／又はアルカリ土類金属元素を、移動性で拡散性の元素として挙げることができる。
【００４５】
さらに、板状の別個の要素は、使用するウェハ若しくは基板の大きさに対して、直径１００ｍｍ超という範囲にある、特に１００ｍｍ・１００ｍｍという横方向の寸法での、ウェハ若しくは基板の大きさに対して、好ましくは直径２００ｍｍ超という範囲にある、特に２００ｍｍ・２００ｍｍという横方向の寸法での、ウェハ若しくは基板の大きさに対して、特に好ましくは直径４００ｍｍ超という範囲にある、特に４００ｍｍ・４００ｍｍという横方向の寸法での、ウェハ若しくは基板の大きさに対して、２５μｍ未満、好ましくは１５μｍ未満、特に好ましくは１０μｍ未満、極めて特に好ましくは５μｍ未満の範囲にある厚さの変化合計（ｔｔｖ：total thickness Variation）を特徴とする。この記載は通常、直径１００ｍｍ超の範囲にある、若しくは１００ｍｍ・１００ｍｍの大きさ、好ましくは直径２００ｍ超、若しくは２００ｍｍ・２００ｍｍの大きさ、特に好ましくは直径４００ｍｍ超、若しくは４００・４００ｍｍの大きさでのウェハ若しくは基板の大きさに関する。
【００４６】
加えて、板状の別個の要素がその特性において、紫外線領域、つまり吸収性若しくは透過率で正確に選択した組成に応じて、適切に調整可能であることがさらに有利であると実証されている。それと言うのも、このようにしてコスト的に有利な方法が、紫外光を回避しながら、薄膜蓄電素子を製造するために適用できるからである。例えば、蓄電素子の有機構成成分の硬化は、紫外光によって、又は励起子レーザーを用いて行うことができる。
【００４７】
ここで本発明による板状の別個の要素のための基板材料は、好ましくは特に３０μｍの厚さにおいて、２００ｎｍ〜２７０ｎｍの範囲で０．１％以上という透過率、及び／又は特に好ましくは２２２ｎｍで０．５％超という透過率、特に好ましくは２４８ｎｍで０．３％超という透過率、特に好ましくは２８２ｎｍで３％超という透過率、特に好ましくは３０８ｎｍで５０％超という透過率、特に好ましくは３５１ｎｍで８８％超という透過率を有し、また特に１００μｍの厚さにおいて、２００ｎｍ〜２７０ｎｍの範囲で０．１％以上、及び／又は特に好ましくは２２２ｎｍで０．５％超という透過率、特に好ましくは２４８ｎｍで０．３％超という透過率、特に好ましくは２８２ｎｍで０．１％超という透過率、特に好ましくは３０８ｎｍで３０％超という透過率、特に好ましくは３５１ｎｍで８８％超という透過率を有する。
【００４８】
本発明による板状の別個の要素のために、基板材料の透過率値はバリア層によって、６０％未満、好ましくは３０％未満、特に好ましくは１０％未満、減少する。
【００４９】
本発明による板状の別個の要素は、２ｍｍ以下、好ましくは１ｍｍ未満、特に好ましくは５００μｍ未満、極めて特に好ましくは２００μｍ以下という厚さを有する。最も好ましいのは、最大１００μｍという厚さである。
【００５０】
本発明の実施形態において、板状の別個の要素は、１０-3ｇ／（ｍ2・ｄ）未満、好ましくは１０-5ｇ／（ｍ2・ｄ）未満、特に好ましくは１０-6ｇ／（ｍ2・ｄ）未満という水蒸気透過率（ＷＶＴＲ）を有する。
【００５１】
さらなる実施形態において板状の別個の要素は、３５０℃の温度、周波数５０Ｈｚの交流において、１．０・１０6Ωｃｍ超という比電気抵抗を有する。
【００５２】
板状の別個の要素はさらに、少なくとも３００℃、好ましくは少なくとも４００℃、特に好ましくは少なくとも５００℃という最大温度耐性によって、また２．０・１０-6／Ｋ〜１０・１０-6／Ｋ、好ましくは２．５・１０-6／Ｋ〜９．５・１０-6／Ｋ、特に好ましくは３．０・１０-6／Ｋ〜９．５・１０-6／Ｋという範囲の線熱膨張係数αによって特徴付けられる。ここで、最大負荷温度θMax（℃）と、線熱膨張係数αとの間に、以下の関係が成り立つと、薄膜蓄電素子において特に良好な層品質を達成できることが判明している：
６００・１０-6≦θMax・α≦８０００・１０-6、
特に好ましくは８００・１０-6≦θMax・α≦５０００・１０-6。
【００５３】
ここで線熱膨張係数αは、特に記載の無い限り、２０〜３００℃の範囲で記載されている。α、及びα（20〜300）という記載は、本願の範囲において、同義で使用する。記載した値は、ISO 7991に従って統計的な測定で特定された、標準的な平均熱膨張係数である。
【００５４】
ここで最大負荷温度θMaxとは、この適用の範囲において、材料の成形安定性がなおも完全に保証されており、かつ材料の分解反応及び／又は劣化反応がまだ始まらない温度を言う。この温度はもちろん、使用する材料に応じて、様々に規定されている。酸化物結晶材料については、最大負荷温度は通常、融点によって示され、ガラスについてはたいていガラス転移温度Ｔgとされ、ここで有機ガラスの場合、分解温度はＴgを下回ることもあり得、金属若しくは金属合金については、最大負荷温度を融点によって近似的に記載することができる（金属若しくは金属合金が融点未満で劣化反応で反応する場合は除く）。
【００５５】
ここで転移温度Ｔgは、５Ｋ／分の加熱速度で測定した場合、膨張曲線の両方の弧における接線の交点によって測定されている。これは、ISO 7884-8、若しくはDIN 52324による測定に相当する。
【００５６】
本発明による板状の要素のための基板材料は、少なくとも１種の酸化物、又は酸化物の混合物若しくは化合物から構成されている。
【００５７】
本発明のさらなる実施形態において、少なくとも１種の酸化物は、ＳｉＯ2である。
【００５８】
本発明のさらなる実施形態において、本発明による板状の別個の要素のための基板は、ガラスとして存在する。この出願の範囲において、ここでガラスとは、実質的に無機で構成されており、主に元素周期表のＶＡ、ＶＩＡ、及びＶＩＩＡ族の元素を、しかしながら好ましくは酸素を有する金属及び／又は半金属の化合物から成る材料を言い、その特徴は、非晶質であること、すなわち、規則的に配置された三次元状態を有さないこと、また３５０℃の温度、周波数５０Ｈｚの交流において、１．０・１０6Ωｃｍ超という比電気抵抗を有することである。よって本願の意味合いにおいてガラスではないものとは、特に固体イオン伝導体として使用される非晶質材料のＬｉＰＯＮである。
【００５９】
板状の別個の要素のための基板材料は、本発明のさらなる実施形態によれば、溶融法により得られる。
【００６０】
好ましくは、板状の別個の要素のための基板材料は、溶融プロセスに続く付形プロセスで板状に形成される。ここでこの付形は、溶融に直接続いてよい（いわゆる熱間成形）。ただしまた、まず固体の、実質的に成形されていない物体を得て、これをさらなる工程で初めて、新たな加熱、及び機械的な変形によって、板状の状態に移行することもできる。
【００６１】
熱間成形プロセスにより板状の別個の要素用の基板材料の付形を行う場合、これは本発明の１つの実施形態では、ドロー法、例えばダウンドロー法、アップドロー法、又はオーバーフローフュージョン法である。しかしながらまた、他の熱間成形プロセス（例えばフロート法での付形）も可能である。
【００６２】
実施例
以下の実施例１〜２２には、本発明による板状の別個の要素の基板材料のための例示的な組成がまとめられている。実施例２３は、本発明による板状の別個の要素を製造するための被覆法を記載している。
【００６３】
実施例１
板状の別個の要素の組成は例示的に、以下の組成により質量％で示されている：
【化１】
0006756624.tif 000002
【００６４】
実施例２
さらに板状の別個の要素の組成は例示的に、以下の組成により質量％で示されている：
【化２】
0006756624.tif 000003
ここでＭｇＯ、ＣａＯ、及びＢａＯの含分の合計は、８〜１８質量％の範囲にあることが特徴的である。
【００６５】
実施例３
さらに板状の別個の要素の組成は例示的に、以下の組成により質量％で示されている：
【化３】
0006756624.tif 000004
【００６６】
実施例４
さらにあり得る板状の別個の要素は例示的に、以下の組成によって質量％で示されている：
【化４】
0006756624.tif 000005
【００６７】
この組成では、板状の別個の要素について以下のような特性が得られる：
α(20〜300)  ３．２・１０-6／Ｋ
Ｔg  ７１７℃
密度  ２．４３ｇ／ｃｍ3。
【００６８】
実施例５
さらなる板状の別個の要素は例示的に、以下の組成によって質量％で示されている：
【化５】
0006756624.tif 000006
【００６９】
この組成では、板状の別個の要素について以下のような特性が得られる：
α(20〜300)  ７．２・１０-6／Ｋ
Ｔg  ５５７℃
密度  ２．５ｇ／ｃｍ3。
【００７０】
実施例６
さらなる板状の別個の要素は例示的に、以下の組成によって質量％で示されている：
【化６】
0006756624.tif 000007
【００７１】
この組成では、板状の別個の要素について以下のような特性が得られる：
α(20〜300)  ９．４・１０-6／Ｋ
Ｔg  ５３３℃
密度  ２．５５ｇ／ｃｍ3。
【００７２】
実施例７
また、さらなる板状の別個の要素は例示的に、以下の組成によって質量％で示されている：
【化７】
0006756624.tif 000008
【００７３】
この組成では、板状の別個の要素について以下のような特性が得られる：
α(20〜300)  ３．２５・１０-6／Ｋ
Ｔg  ５２５℃
密度  ２．２ｇ／ｃｍ3。
【００７４】
実施例８
また、さらなる板状の別個の要素は例示的に、以下の組成によって質量％で示されている：
【化８】
0006756624.tif 000009
【００７５】
この組成では、板状の別個の要素について以下のような特性が得られる：
α(20〜300)  ８．６・１０-6／Ｋ
Ｔg  ６０７℃
密度  ２．４ｇ／ｃｍ3。
【００７６】
実施例９
また、さらなる板状の別個の要素は例示的に、以下の組成によって質量％で示されている：
【化９】
0006756624.tif 000010
【００７７】
この組成では、板状の別個の要素について以下のような特性が得られる：
α(20〜300)  ８．５・１０-6／Ｋ
Ｔg  ５０５℃
密度  ２．５ｇ／ｃｍ3。
【００７８】
実施例１０
さらなる板状の別個の要素は例示的に、以下の組成によって質量％で示されている：
【化１０】
0006756624.tif 000011
【００７９】
この組成では、板状の別個の要素について以下のような特性が得られる：
α(20〜300)  ９．７・１０-6／Ｋ
Ｔg  ５５６℃
密度  ２．６ｇ／ｃｍ3。
【００８０】
実施例１１
また、さらなる板状の別個の要素は例示的に、以下の組成によって質量％で示されている：
【化１１】
0006756624.tif 000012
【００８１】
この組成では、板状の別個の要素について以下のような特性が得られる：
α(20〜300)  ８．３・１０-6／Ｋ
Ｔg  ６２３℃
密度  ２．４ｇ／ｃｍ3。
【００８２】
実施例１２
さらなる板状の別個の要素は例示的に、以下の組成によって質量％で示されている：
【化１２】
0006756624.tif 000013
【００８３】
この組成では、板状の別個の要素について以下のような特性が得られる：
α(20〜300)  ８．９・１０-6／Ｋ
Ｔg  ６００℃
密度  ２．４ｇ／ｃｍ3。
【００８４】
実施例１３
また、さらなる板状の別個の要素は例示的に、以下の組成によって質量％で示されている：
【化１３】
0006756624.tif 000014
【００８５】
さらにガラス中には、Ｐ2Ｏ5、ＳｒＯ、ＢａＯが０〜１質量％、また清澄剤のＳｎＯ2、ＣｅＯ2、又はＡｓ2Ｏ3、又はその他の清澄剤が０〜１質量％、含まれていてよい。
【００８６】
実施例１４
また、さらなる板状の別個の要素は例示的に、以下の組成によって質量％で示されている：
【化１４】
0006756624.tif 000015
【００８７】
実施例１５
また、さらなる板状の別個の要素は例示的に、以下の組成によって質量％で示されている：
【化１５】
0006756624.tif 000016
【００８８】
この組成では、板状の別個の要素について以下のような特性が得られる：
α(20〜300)  ３．８・１０-6／Ｋ
Ｔg  ７１９℃
密度  ２．５１ｇ／ｃｍ3。
【００８９】
実施例１６
また、さらなる板状の別個の要素は例示的に、以下の組成によって質量％で示されている：
【化１６】
0006756624.tif 000017
【００９０】
この組成では、板状の別個の要素について以下のような特性が得られる：
α(20〜300)  ３．８・１０-6／Ｋ
密度  ２．５ｇ／ｃｍ3。
【００９１】
実施例１７
また、さらなる板状の別個の要素は例示的に、以下の組成によって質量％で示されている：
【化１７】
0006756624.tif 000018
【００９２】
この組成では、板状の別個の要素について以下のような特性が得られる：
α(20〜300)  ３．７３・１０-6／Ｋ
Ｔg  ７０５℃
密度  ２．４９ｇ／ｃｍ3。
【００９３】
実施例１８
また、さらなる板状の別個の要素は例示的に、以下の組成によって質量％で示されている：
【化１８】
0006756624.tif 000019
【００９４】
この組成では、板状の別個の要素について以下のような特性が得られる：
α(20〜300)  ３．２ｐｐｍ／Ｋ
密度  ２．３８ｇ／ｃｍ3。
【００９５】
実施例１９
また、さらなる板状の別個の要素は例示的に、以下の組成によって質量％で示されている：
【化１９】
0006756624.tif 000020
【００９６】
実施例２０
また、さらなる板状の別個の要素は例示的に、以下の組成によって質量％で示されている：
【化２０】
0006756624.tif 000021
【００９７】
この組成では、板状の別個の要素について以下のような特性が得られる：
α(20〜300)  ９．０ｐｐｍ／Ｋ
Ｔg  ５７３℃。
【００９８】
実施例２１
また、さらなる板状の別個の要素は例示的に、以下の組成によって質量％で示されている：
【化２１】
0006756624.tif 000022
【００９９】
この組成では、板状の別個の要素について以下のような特性が得られる：
α(20〜300)  ９．５ｐｐｍ／Ｋ
Ｔg  ５６４℃。
【０１００】
実施例２２
【化２２】
0006756624.tif 000023
【０１０１】
上記全ての実施例において、特に記載の無い限り、選択的に清澄剤、例えばＳｎＯ2、ＣｅＯ2、Ａｓ2Ｏ3、Ｃｌ-、Ｆ-、硫酸塩が０〜１質量％、含まれていてよい。
【０１０２】
実施例２３
本発明による板状の別個の要素を得るために、基板材料（例えば実施例１〜８に挙げたもの）をスパッタリング装置内に移し、１０-5ｍｂａｒ未満の圧力に減圧した。この基板を、少なくとも２００℃の温度に加熱した。プロセスガス（通常アルゴン）を入れ、これによってプロセス圧力を１０-2ｍｂａｒ未満に調整する。スパッタリング装置には、Ｓｉ含有ターゲットが備え付けられており、これによって反応ガスとして窒素を使用しながら、Ｓｉ3Ｎ4含有材料系が堆積される。良好なバリアは、出力密度が１０Ｗ／ｃｍ2を上回るスパッタリング法によって生じる。上記パラメータによって例えば、厚さが３００ｎｍの層を堆積させることができる。バリア層の厚さは一般的に、１０ｎｍ〜１μｍであり得る。バリア層の厚さは好ましくは８０〜２００ｎｍであり、特に好ましくはバリア層の厚さは、約１００ｎｍである。引き続き、この要素を取り出す。
【０１０３】
リチウムイオンに対するこれらの層のバリア適性について試験するため、試料を１０分間、液状硝酸リチウム（ＬｉＮＯ3）に導入する。この塩溶融物は、約３８０℃という温度を有する。引き続き、試料を取り出し、乾燥した残留塩分を除去する。試料の冷却後、適切な分析法、例えば飛行時間型二次イオン質量分光分析（ＴｏＦ−ＳＩＭＳ：Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectroscopy）によって、Ｌｉ+シグナルの経過をスパッタリング時間と、これに伴う試料の剥離深さとの関数を示す深さプロファイルを得る。ＴｏＦ−ＳＩＭＳは、特にリチウムも非常に僅かな濃度で検出できる非常に敏感な分析法である。例示的な結果は、図１〜４から読み取ることができる。
【０１０４】
リチウム金属に対する、板状の別個の要素の安定性を試験するためのさらなる方法は、リチウム金属バンドを、板状の別個の要素にプレスすることである。リチウム金属試料は、１００μｍという厚さ、及び３ｍｍ・３ｍｍという面積を有する。これを、グローブボックス（Glove-box）内にある大きさが２０ｍｍ・２０ｍｍの試料に押しつけ、続いて気密に、真空下で溶接する。これらの試料を、続いてプレスにかけ、リチウム金属を１．５ｂａｒの圧力で１分間、板状の別個の要素にプレスして、両方の材料の接触を改善させる。
【０１０５】
これ全体を１週間、室温で貯蔵した。その後、リチウム金属を蒸留水との反応によって板状の別個の要素から除去し、板状の別個の要素の変色について試験した。
【０１０６】
表１は、本発明による板状の別個の要素で実施した結果の概観を示し、ここでは様々なバリア被覆を、異なる基板上に施与した。液状ＬｉＮＯ3中でのリチウムイオンに対するバリア性は前述のように、また金属リチウムとの接触後の反応についても上述のように試験した。
【表１】
0006756624.tif 000024
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】板状の別個の要素を少なくとも１つ利用した蓄電システムの概略図を示す。
【図２】本発明による板状の別個の要素の概略図を示す。
【図３】様々な板状の別個の要素のＴｏＦ−ＳＩＭＳスペクトルを示す。
【図４】様々な板状の別個の要素のＴｏＦ−ＳＩＭＳスペクトルを示す。
【図５】様々な板状の別個の要素のＴｏＦ−ＳＩＭＳスペクトルを示す。
【図６】様々な板状の別個の要素のＴｏＦ−ＳＩＭＳスペクトルを示す。
【０１０８】
ここで図１には、本発明による蓄電システム１が概略的に示されている。このシステムは、基板として使用される板状の別個の要素２を有する。さらに基板２上には、金属に対する、好ましくはアルカリ金属、及び／又はアルカリ土類金属、又はこれらの金属のイオンに対する拡散バリアとして形成されている層が、設けられている。本発明による被覆２１は、酸化物、窒化物、及び／又は炭化物であり、少なくとも１種の元素Ｓｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｈｆ、及び／又はＴｉをさらに含む。基板２若しくはバリア層２１の上にはさらに、異なる層の連続体が設けられている。例示的に、また本実施例に制限されることなく、ここで板状の別個の要素２上にはまず、２つの集電体層（３がカソード用、４がアノード用）が設けられている。このような集電体層は通常、厚さが数マイクロメーターであり、金属、例えば銅、アルミニウム、又はチタンから成る。集電体層３を土台として、カソード層５が存在する。蓄電システム１がリチウム系薄膜バッテリーであれば、カソードはリチウム遷移金属化合物、好ましくは酸化リチウムから形成されており、例えばＬｉＣｏＯ2から、ＬｉＭｎＯ2から、又はＬｉＦｅＰＯ4からも形成されている。さらに、基板上に、またカソード層５と少なくとも部分的に重なりながら、電解質６が設けられており、ここでこの電解質は、リチウム系薄膜バッテリーが存在する場合、たいていＬｉＰＯＮ（リチウムと、酸素、リン、及び窒素との化合物）である。さらに、蓄電システム１は、アノード７を有し、ここでこれは例えば、リチウム−チタン酸化物であってよく、又は金属リチウムであり得る。アノード層７は少なくとも部分的に、電解質層６と、また集電体層４と重なっている。バッテリー１はさらに、封入層８を有する。
【０１０９】
ここで蓄電システム１の封入若しくは封止とは、本発明の範囲において、蓄電システム１への流体若しくはその他の腐蝕性材料の攻撃を防止する、又は大幅に低減する材料と理解される。
【０１１０】
図２は、本発明による板状の別個の要素の概略図を示し、ここでは板状成形体１０として形成されている。板状、又はプレートとは、本発明の範囲において、１つの空間方向における広がりが、他の２つの空間方向における広がりよりも最大で半分の大きさである成形体を言う。本発明において帯状物とは、その長さ、その幅、及びその厚さが、以下の関係にある成形体を言う：成形体の長さが、成形体の幅の少なくとも１０倍超であり、また成形体の厚さの少なくとも２倍である。さらに板状の別個の要素１０上には、金属に対する、好ましくはアルカリ金属、及び／又はアルカリ土類金属、又はこれらの金属のイオンに対する拡散バリアとして形成されている層が、設けられている。本発明による被覆１０１は、酸化物、窒化物、及び／又は炭化物であり、さらに少なくとも１種の元素Ｓｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｈｆ、及び／又はＴｉを含む。
【０１１１】
図３からは、被覆されていない板状の別個の要素のＴｏＦ−ＳＩＭＳスペクトルが見て取れ、ここで板状の別個の要素は、D263（登録商標）というガラスから成る。このスペクトルは、試料を液状ＬｉＮＯ3に１０分間、３８０℃で貯蔵した後に得た。リチウムは、約５・１０0の（無次元）シグナルにより、明確に検知できる。
【０１１２】
図４は、板状の別個の要素のＴｏＦ−ＳＩＭＳスペクトルを示し、ここではD263（登録商標）というガラスから成り、マグネトロンスパッタリング（ＭＦスパッタリング）で得られたＳｉＯ2製のバリア層（層厚約１００ｎｍ）を有する基板を、液状ＬｉＮＯ3中に貯蔵した後、試験した。このスペクトルは、試料を液状ＬｉＮＯ3に１０分間、３８０℃で貯蔵した後に得た。リチウムは明らかに、ＳｉＯ2層の内部でも、また基板材料内でも検出可能である。ここで基板材料におけるリチウムシグナルの基準は、図３に示された参照に対して、半分に減少したに過ぎない。よって、充分なバリア作用は存在しない。
【０１１３】
図５は、板状の別個の要素のＴｏＦ−ＳＩＭＳスペクトルを示し、ここではD263（登録商標）というガラスから成り、マグネトロンスパッタリング（ＭＦスパッタリング）で得られたＳｉ3Ｎ4製のバリア層（層厚約１００ｎｍ）を有する基板を、液状ＬｉＮＯ3中に貯蔵した後、試験した。このスペクトルは、試料を液状ＬｉＮＯ3に１０分間、３８０℃で貯蔵した後に得た。リチウムは、バリア層内部では検出できなかった。ガラスではシグナルが、図３に示した参照と比べて約５０００分の１に減少した。この弱いシグナルは、痕跡量元素としてのリチウムを有するガラスの不純物を示している可能性もある。よってここに示した被覆は、リチウムイオン拡散に対して非常に良好なバリアである。
【０１１４】
図６は、板状の別個の要素のＴｏＦ−ＳＩＭＳスペクトルを示し、ここではD263（登録商標）というガラスから成り、ＰＩＣＶＤ（プラズマインパルス式化学蒸着）で得られたＳｉ3Ｎ4製のバリア層（層厚約１００ｎｍ）を有する基板を、液状ＬｉＮＯ3中に貯蔵した後、試験した。このスペクトルは、試料を液状ＬｉＮＯ3に１０分間、３８０℃で貯蔵した後に得た。リチウムはバリア層内部において、ガラス基板の方向へと濃度が減少しながら、検出可能である。ガラスではシグナルが、図３に示した参照と比べて約５００分の１に減少している。層のバリア作用は、場合によっては、充分であり得る。
【符号の説明】
【０１１５】
１  蓄電システム、  ２  基板として使用されている板状の別個の要素、  ２１  基板上に拡散バリア層として形成された層、  ３  カソード用集電体層、  ４  アノード用集電体層、  ５  カソード、  ６  電解質、  ７  アノード、  ８  封入層、  １０  板状成形体としての、板状の別個の要素、  １０１  板状の別個の要素上に拡散バリアとして形成された層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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