(57)【要約】      （修正有）【課題】電気化学電池をデバイスおよび電子固定具の中又はそれらの上に一体化する方法において、力学的及び熱的に変形する悪影響を最小化するか、又は避ける様態で一体化する方法提供。【解決手段】負電極、電解質および正カソードを含む電気化学デバイス（正カソードは、室温における正カソードの充電状態の上部安定性限度よりも小さい充電状態を有する）と、固定具をと、固定具及び電気化学デバイスを温度において時間期間の間、加熱することと、電気化学デバイスを固定具に添付することとを含む電気化学デバイスを固定具に一体化する方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気化学デバイスを固定具に一体化する方法であって、該方法は、
負電極と電解質と正カソードとを含む電気化学デバイスを提供することであって、該正カソードは、室温における該正カソードの充電状態の上部安定性限度より小さい充電状態を有する、ことと、
固定具を提供することと、
該固定具および該電気化学デバイスをある温度において時間期間の間、加熱することと、
該電気化学デバイスを該固定具に添付することと
を含む、方法。
【請求項２】
前記温度は、約７０℃を超える温度を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記温度は、約１５０℃を超える温度を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記温度は、はんだリフロー処理温度を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記温度は、約２６０℃を超える温度を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記電気化学デバイスは、リチウムを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記正カソードは、リチウムを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記正カソードは、ＬｉＣｏＯ２を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記上部安定性限度は、前記負電極に対して測定された約４．２Ｖを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記負電極は、仮想リチウム参照電極を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記負電極は、金属リチウムアノードを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記温度は、約１６０℃までの温度を含み、前記時間期間は、約１時間を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記温度は、約１６０℃までの温度を含み、前記時間期間は、約１時間を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記温度は、約１６０℃までの温度を含み、前記時間期間は、約１時間を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記上部安定性限度は、前記負電極に対して測定された約４．１Ｖを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１６】
前記負電極は、仮想リチウム参照電極を含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記負電極は、金属リチウムアノードを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記温度は、約２００℃までの温度を含み、前記時間期間は、約１時間を含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記温度は、約２００℃までの温度を含み、前記時間期間は約１時間を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記温度は、約２００℃までの温度を含み、前記時間期間は、約１時間を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記上部安定性限度は、前記負電極に対して測定された約４．０５Ｖを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項２２】
前記負電極は、仮想リチウム参照電極を含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記負電極は、金属リチウムアノードを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記温度は、約２３０℃までの温度を含み、前記時間期間は、約１時間までを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
前記温度は、約２３０℃までの温度を含み、前記時間期間は、約１時間までを含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２６】
前記温度は、約２３０℃までの温度を含み、前記時間期間は、約１時間までを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
前記上部安定性限度は、前記負電極に対して測定された約４．０Ｖを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項２８】
前記負電極は、仮想リチウム参照電極を含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記負電極は、金属リチウムアノードを含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
前記温度は、約２５０℃までの温度を含み、前記時間期間は、約１時間までを含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３１】
前記温度は、約２５０℃までの温度を含み、前記時間期間は、約１時間までを含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３２】
前記温度は、約２５０℃までの温度を含み、前記時間期間は、約１時間までを含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３３】
前記上部安定性限度は、前記負電極に対して測定された約３．９５Ｖを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項３４】
前記負電極は、仮想リチウム参照電極を含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記負電極は、金属リチウムアノードを含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
前記温度は、約２７０℃までの温度を含み、前記時間期間は、約１時間までを含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３７】
前記温度は、約２７０℃までの温度を含み、前記時間期間は、約１時間までを含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３８】
前記温度は、約２７０℃までの温度を含み、前記時間期間は、約１時間までを含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項３９】
前記加熱することは、前記温度を均一に前記電気化学デバイスのうちの少なくとも１つの主要な表面に適用することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４０】
前記電気化学デバイスを、該電気化学デバイスの力学的ゆがみを実質的に防ぐ様態で固定することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４１】
前記電気化学デバイスを、該電気化学デバイスの力学的ゆがみを実質的に防ぐ様態で圧迫することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４２】
前記圧迫することは、水圧式圧力を適用することをさらに含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記固定具は、プリント回路基板、フレキシブルプリント回路基板、チップ、多層プリント回路基板、多層フレキシブルプリント回路基板、スマートカード、クレジットカード、ポリマー積層プラスチック、非ポリマー積層プラスチック、鋳型、射出金型、シリコンウェハ、シリコンウェハサンドイッチ、シリコンウェハ積層プラスチック、セラミックホルダー、金属ホルダーのグループから選択されたアイテムを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４４】
電気化学デバイスを固定具に一体化する方法であって、該方法は、
電気化学デバイスを提供することであって、該電気化学デバイスは、以前に充電されたことがない、ことと、
固定具を提供することと、
該固定具および該電気化学デバイスを温度において時間期間の間加熱することと、
該電気化学デバイスを該固定具に添付することと
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本出願は、２００９年５月２０日に出願された米国仮特許出願第６１／１７９，９５３号に関し、その米国特許法１１９条（ｅ）項の下の利益を主張する。上記仮特許出願は、参照することによって、本明細書において完全に明確に援用される。
【０００２】
（技術分野）
本発明は、電気化学デバイスを固定具の中および固定具上に一体化する方法に関する。特に、本発明は、例えば、電気化学デバイスの電気化学性能を維持しながら、熱および圧力を時間期間にわたって適用することによって電気化学デバイスを固定具の中および固定具上に一体化する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
（発明の背景）
新たな製造技術が、より小さく、より薄い薄膜バッテリーのような電気化学デバイスを作っているので、これらのデバイスは、今では他の電子デバイスまたは固定具の中、およびそれらの上に一体化され得る。電子デバイスまたは固定具のいくつかの例は、プリント回路基板、フレキシブルプリント回路基板、半導体チップ、多層プリント回路基板、スマートカード、クレジットカード、ポリマー積層プラスチックおよび非ポリマー積層プラスチック、鋳型、射出金型、シリコンウェハ、シリコンウェハサンドイッチ、シリコンウェハ積層プラスチック、セラミックホルダーおよび金属ホルダーである。
【０００４】
その結果、電気化学デバイスが、より大きいデバイスの構成要素として、例えば、積層化されるか、鋳造されるか、または射出成形されたとき、電気化学デバイス自体が熱応力および力学的応力にさらされる。さらに、電気化学デバイスが電子デバイスまたは固定具に、はんだリフロー処理、溶接またはさまざまな他の接続方法によって付着されたとき、電気化学デバイスは、熱応力および力学的応力を経験する。
【０００５】
いくつかの電気化学デバイスを電子デバイスまたは固定具の中またはそれらの上に熱および／または圧力を適用する手段によって一体化した場合、ある悪影響が観察されている。いくつかの例において、カプセル封入は、薄膜バッテリーの他の部分とは異なる様態で、力学的および熱的に変形する。したがって、カプセル封入の完全性および性能は、少なくとも一時的には損なわれ得る。換言すると、そのような変形は、電気化学電池の層が互いから分離または薄い層に分離するように、電気化学電池が影響を受けないままであることを妨げ得る。この完全性が失われた期間中に、周囲の反応体は、電気化学デバイスカプセル封入を貫通し得、電気化学デバイスの中の、環境に敏感な構成要素（例えば、電極および／または電解質）に接触するようになり得、その結果として、電気化学デバイスの性能を減少させ得る。
【０００６】
電気化学デバイスの充電電圧（電気化学デバイスを充電するために必要な電圧）のあるレベルは、電極材料（アノードおよび／またはカソード）のうちの少なくとも１つを準安定性状態へ設置し得ることが観察されてきた。「準安定性状態」は、例えば、電気化学電池が充電された、少なくとも１つの電極の状態である。例えば、Ｌｉアノード、Ｌｉｐｏｎ電解質およびＬｉＣｏＯ２カソードを有する電気化学電池に対して、ＬｉｘＣｏＯ２は、準安定性電極であり、ここで、ｘ≧０およびｘ＜１．０である（ｘが減るにつれ、充電の状態が増える）；一方で、金属Ｌｉアノードの化学的状態は、電池の充電の状態またはカソードの充電の状態が変化した場合、変化しない。充電の状態が増えるにつれ、この例における電極は、その熱力学的平衡からさらに離れる（より高いその準安定性状態は、エネルギーの観点から熱力学的平衡を上回る）。そのような状態において、時間にわたって上昇する温度および／または圧力への露出は、例えば、電解質のような電気化学デバイスの他の構成要素への電極材料の化学的反応性を増やし得、これは、早期材料変質につながり得る。より具体的には、所与の固体状態材料の準安定性状態が変質するかどうかは、一般的に材料に適用される温度および時間の問題である。温度が十分高く、および／または適用される時間が十分長い場合、準安定性電極の変質が、完全に安定性の状態へ到達する自然の目標に従って生じ得る。あるいは、準安定性電極は、電解質のような周りの化学薬品、集電装置または電池のパッケージのような周りの化学薬品に反応し得、それによって、準安定性状態から安定性状態へ再び移行する。この状況の結果は、過充電状況における電気化学デバイスに類似し得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、例えば、電気化学電池をデバイスおよび電子固定具の中またはそれらの上に、上で言及した悪影響を最小化するか、または避ける様態で一体化する方法への需要が存在する。
【０００８】
（発明の概要）
上で言及した悪影響を克服することが、この発明のある例示的実施形態の１つの目的である。さらに詳細に下で論じられるある実施形態は、例えば、電気化学デバイスを、一体化処理に先立って、放電することと、電気化学デバイスの一体化処理中の温度露出を限定することと、および／または抑制力を電気化学デバイスの表面に一体化処理中に適用することとの方法を含み得る。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
電気化学デバイスを本発明のいくつかの実施形態に従って固定具に一体化する方法は、負電極、電解質および正カソードを含む電気化学デバイスを提供すること（正カソードは、室温における正カソードの充電状態の上部安定性限度よりも小さい充電状態を有する）と、固定具を提供することと、固定具および電気化学デバイスを温度において時間期間の間、加熱することと、電気化学デバイスを固定具に添付することとを含む。
【００１０】
電気化学デバイスを本発明のいくつかの実施形態に従って固定具に一体化する方法は、電気化学デバイスを提供すること（電気化学デバイスは、その安定性状態において製作され、以前に充電されたことがない）と、固定具を提供することと、固定具および電気化学デバイスを温度において時間期間の間、加熱することと、電気化学デバイスを固定具に添付することとを含む。
【００１１】
発明のこれらの実施形態および他の実施形態は、以下の図を参照して下でさらに論じられる。前述の全体的な説明および以下の詳細な説明は、共に例示であり、例示のみであって、主張されるように発明を制限するものではない。さらに、本発明に従った一体化方法に関する特定の説明または理論は、説明のみのために示され、本開示の範囲または特許請求の範囲に関して限定していると考えられるべきでない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、ＬｉＣｏＯ２カソード材料の充電状態と仮想または実際の金属リチウム参照電極に比較して測定された電圧との関係の例を、本発明のある実施形態に従って、例示する。
【図２】図２は、仮想または実際の金属リチウム参照電極に比較して測定された電圧において与えられたＬｉＣｏＯ２カソード材料の充電状態と、ＬｉＣｏＯ２カソード材料が約１時間、安定性を保つ最大許容可能一体化温度との関係の例を、本発明の実施形態に従って、例示する。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（好ましい実施形態の詳細な説明）
方法、合成物、材料、製造技術、使用および用途は、変わり得るので、本発明は、本明細書において説明する特定の方法、合成物、材料、製造技術、使用および用途に限定されない。本明細書において用いられる用語は、特定の実施形態を説明する目的のみのために用いられ、本発明の範囲を限定する意図ではない。本明細書および添付の特許請求の範囲において用いられた場合、単数形の「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、文脈がそうでないと明確に命じない限り、複数形の参照を含む。例えば、「要素」への参照は、１つ以上の要素への参照であり、当業者に公知のそれらの相当物を含む。同様に、別の例として、「ステップ」または「手段」への参照は、１つ以上のステップまたは手段への参照であり、サブステップまたは補助的手段を含み得る。用いられる全ての接続詞は、可能な限り最も包括的意味で理解される。例えば、「または」という単語は、文脈がそうでない場合を明確に必要としない限り、論理学の「排他的なまたは（ｅｘｃｌｕｓｉｖｅ  ｏｒ）」の定義よりはむしろ論理学の「または（ｏｒ）」の定義を有するものとして理解されるべきである。本明細書において説明される構造も、そのような構造の機能的相当物を指す。近似値を表現していると解釈され得る言葉は、文脈がそうではないと明確に指定しない限り、そのように理解されるべきである。
【００１４】
そうでないと定義されない限り、本明細書において用いられる全ての技術的および科学的用語は、この発明が属する分野の当業者によって一般的に理解される意味と同じ意味を有する。説明されるものに類似または相当する、任意の方法、技術、デバイスまたは材料が本発明の実施またはテストにおいて用いられ得るが、好ましい方法、技術、デバイスおよび材料が説明される。本明細書において説明される構造も、そのような構造の機能的相当物を指す。
【００１５】
全ての特許および他の刊行物は、例えば、本発明に関連して有用であり得る刊行物において説明される方法を説明および開示する目的のために参照することによって、本明細書に援用される。そのような刊行物は、本出願の出願日に先行する開示のためだけに提供される。この点で、先行発明のおかげか、または任意の他の理由によって、発明者がそのような開示に先行する権利を付与されたという承認として何物も解釈されるべきでない。
【００１６】
熱集中一体化処理および圧力集中一体化処理中に電気化学デバイスの完全性を維持する１つの解決策は、電気化学デバイスがなお一層準安定性の状況にあるようにすることであり得る。上で言及したように、バッテリーを充電することは、電極材料（アノードおよび／またはカソード）のうちの少なくとも１つを準安定性状態にさせることに相当し得る。充電されたバッテリーが、ある時間期間にわたって、上昇した温度および圧力に供されたとき、電極材料は、例えば、電解質のような電気化学デバイスの他の構成要素に反応するようになり得る。また、準安定性電極材料は、電気化学デバイスのいずれかの他の構成要素に反応せずに、変質し得る。電気化学デバイス構成要素は、より安定的な状況に設置され得、そのため、一体化処理に先行してバッテリーを放電することによって、熱および圧力に供されたとき、より反応しなくなり得る。電気化学デバイス構成要素は、また、例えば、バッテリーを所与の充電状態のみまで充電するような、いずれかの形態の事前動作を通した適切な充電状態のバッテリーを提供することによって、より安定的な状況に設置され得る。
【００１７】
本発明の少なくとも１つの好ましい実施形態において、電気化学デバイスは、固定具への熱集中一体化処理および圧力集中一体化処理に供されることに先行し、可能な限り放電した状態に設置される。例えば、完全に充電された開路電圧は、Ｌｉアノード、Ｌｉｐｏｎ電解質およびＬｉＣｏＯ２カソードを有するバッテリーに対して、２５℃で約４．２Ｖであり得る。例示的リチウム薄膜バッテリーが、例えば、名称が「Ｈｙｂｒｉｄ  Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｂａｔｔｅｒｙ」の米国出願第１２／１７９，７０１号（参照することによって、本明細書に全体が援用される）において論じられている。バッテリー充電が約４．２Ｖよりも小さい電圧（理想的には、１．３Ｖ〜３．７Ｖの範囲内）の場合、バッテリー構成要素は、時間期間の間の高温および／または高圧で化学的に安定したままであり得る。
【００１８】
金属リチウムアノードと、ＬｉＣｏＯ２のようなリチウム遷移金属酸化物カソードとを装備された例示的バッテリーにおいて、カソードは、充電時に準安定性充電状態へと至らせられ得る。なぜならば、金属Ｌｉアノードは、バッテリー充電時にその化学的性質を変化させず、単に金属Ｌｉのままである場合があるからである。
【００１９】
図１は、例えば、本発明のある好ましい実施形態に対して、電圧の関数としてのＬｉＣｏＯ２カソードの充電状態対実質上の金属Ｌｉ参照電極または実際に既存の金属Ｌｉアノードとの関係を例示する。０よりも大きい充電状態に対して、ＬｉＣｏＯ２カソードは、準安定性になり得、この準安定性は、ますます増える充電状態と共に増える。さらに、ＬｉＣｏＯ２カソードの準安定性は、所与の充電状態に対して温度を増やすと、さらに増え得る。
【００２０】
準安定性は、例えば、化学薬品が、（ｉ）準安定性の所与の温度および所与の程度の一定の時間（この時間が数百年であったとしても）で反応し、（ｉｉ）所与の準安定性に対する所与の閾値温度を超過したとき、すぐ（数分または数時間の問題）に反応するということを意味していると理解される。そのため、本発明における充電されたＬｉＣｏＯ２は、例えば、周りの温度およびその所与の充電状態に依って、多かれ少なかれすぐに反応し得るか、または自己変質し得る。
【００２１】
図２は、例えば、例示的ＬｉＣｏＯ２カソードに対する一体化温度と時間との関係を、本発明のある好ましい実施形態に対するＬｉＣｏＯ２カソードの充電状態の関数として例示する。図２に見られるように、ある実施形態に対して、線は、ＬｉＣｏＯ２が自己変質を含む実質的な化学的反応を被らずに、約１時間、ある充電状態に対して耐久し得る最高温度を示している。異なって観察すると、図２は、例示的ＬｉＣｏＯ２カソードが約１時間、実質的なダメージなしのままである、所与の一体化温度に対するＬｉＣｏ２カソードの最大充電状態（ボルト）を示す。電気化学デバイスを電子デバイスまたは固定具へ組み立てるインテグレータは、ＬｉＣｏＯ２カソードで稼動しているときに、図２または一体化されている電気化学デバイスに固有の類似チャートを参照し得ることによって、電気化学デバイスを露出するのに安全な温度および時間を決定する。さらに、図２に例示されるように、インテグレータは、露出の温度および／または時間を、電気化学デバイスをある電圧まで調節することによって、増やすことが可能であり得る。
【００２２】
図１は、室温（例えば、９℃〜２７℃）で充電されたＬｉＣｏＯ２カソードの上部安定性限度が、仮想リチウム参照電極（つまり、Ｌｉ＋／Ｌｉ）または実際のリチウムアノードと比較して測定された場合、約４．２Ｖの電圧電位であることを示す。仮想リチウム参照電極が、その周知の電極電位に起因して、この例において用いられ、この発明のさまざまな実施形態は、例えば、炭素、マグネシウムおよび／またはチタンのような異なる材料を含むアノードを有するバッテリーに適用され得ることが理解される。各アノード材料は、異なる電気化学特質および電極電位を有するので、ＬｉＣｏＯ２電極がその上部安定性に到達する電池電圧は、用いられるアノード材料に依って変わる。そのため、仮想リチウム参照電極に関して論じられる電圧は、容易さの目的のために用いられ、当業者が、これらの電圧値を他のアノード材料を有するバッテリーに対して使用可能な電圧値に直す能力を有するという理解によって用いられる。
【００２３】
あるセル電話バッテリーは、ＬｉＣｏＯ２カソードを装備された場合、４．２Ｖの最大充電電圧を有する。ＬｉＣｏＯ２カソードは、室温でＬｉＣｏＯ２に対する上部安定性値として一般的に許容される４．２Ｖを例示する。図１を補足して、図２は、温度が実質的に室温を超えて増えた場合、ＬｉＣｏＯ２の上部安定性限度は、どちらの充電状態へ減少され得るかを示す。図２は、約１時間の例示的安定性時間に重点を置くが、類似のチャートが異なる安定性時間に対して得られ得る。例えば、関心の安定性時間が１時間から３分に減少された場合、４．１Ｖの充電されたＬｉＣｏＯ２をわずか２００℃までの代わりに約２７０℃まで供し得る。
【００２４】
本発明に従った一実施形態において、一体化温度は、電気化学電池の有意な劣化なしに、室温を超えて少なくとも７０℃まで上げられ得る。本発明に従った別の実施形態において、一体化温度は、最も好ましくは、少なくとも１５０℃まで上げられ得る。この温度において、インテグレータは、例えば、約１時間の統合（ドウェル）時間を用い得る。本発明の別の実施形態において、一体化温度は、最も好ましくは、少なくとも２６０℃まで上げられ得る。この温度は、鉛を含まない、はんだリフロー処理の使用に対して望ましくあり得る。そのような温度におけるドウェル時間は、例えば、２分未満であり得る。そのような温度において、電子モジュールは、例えば、自動化されたはんだ付け機器を用いて回路にはんだ付けされ得る。リフローはんだ付けは、電気化学デバイスをプリント回路基板に取り付ける例示的方法であるが、他の方法が本発明に従って用いられ得る。リフローはんだ付けは、１つ以上の構成要素をそれらの接触パッドに取り付けることと、他のデバイスの中からリフローオーブン、赤外線ランプ、ホットエアーペンシルを用いてアセンブリを加熱することとを一時的に含み得ることによって、はんだを溶かし、永久にジョイントを接続する。異なるはんだタイプは、異なる最低温度を要求し、一般的には約１９０℃、数分間（スズ鉛ベースはんだ）から２６５℃、２分まで（無鉛はんだ）にわたる。リフロー処理の目標は、加熱し過ぎることと、続いて、システムの電気化学構成要素および他の構成要素へダメージを与えることとを防ぐことを含み得る。
【００２５】
電気化学デバイスを目標デバイス統合期間に備えて、特定の充電状態まで放電するために、インテグレータは、まず、電圧計を電気化学デバイスの正端子および負端子に接続し得、電圧を測定し得る。次いで、抵抗負荷が電気化学デバイスの端子にわたって接続され得る。一好ましい実施形態において、４２ｋΩ（＋／−１ｋ）抵抗器が薄膜バッテリーの端子にわたって接続され得る。抵抗負荷が端子に接続されたので、計器の電圧は、電気化学デバイスが放電するにつれ、減り得る。インテグレータが選ぶ温度−時間カーブに比例する電圧値を電圧計が示した場合、インテグレータは、抵抗負荷を取り除き得、統合を続け得る。
【００２６】
別の実施形態において、インテグレータは、金属ＬｉアノードおよびＬｉＣｏＯ２カソードを装備され得る電気化学デバイスを２００℃で約１時間プリント回路基板に一体化した場合、４．１Ｖより高い電圧で電気化学デバイスをテストまたは動作させない場合がある。そのようなアプローチは、電気化学デバイスの動作耐用期間中のいずれの時間において、電気化学デバイスの一体化を自動的に可能にし得る。
【００２７】
他の実施形態において、電気化学デバイスは、電気化学デバイスが製造されたときと、電気化学デバイスが固定具上に一体化されたときとの間に充電されない場合がある。例えば、上で論じられた薄膜バッテリーは、その最初の充電に先立ち、約１．３〜３．７Ｖの端子電圧を有する。偶然であるが、この電圧幅は、わずかに充電されたＬｉ／ＬｉＣｏＯ２バッテリーまたは非常に放電されたＬｉ／ＬｉＣｏＯ２バッテリーに類似し得る。ＬｉＣｏＯ２カソードは、以前に充電されたことのないＬｉＣｏＯ２カソードとは若干異なる化学的および物理的特質を示し得る。したがって、一好ましい方法は、このバッテリーを、その最初の充電に先立ち、固定具に一体化することを含み得る。しかし、例えば、バッテリーを固定具に一体化する前に、バッテリーに性能テスト（バッテリーを充電することを含み得る）を実施する要望があり得る場合、この解決法は常には可能でない場合がある。
【００２８】
電気化学デバイスが、一体化処理中に熱および圧力に供された場合、電気化学デバイスの完全性を維持することを補助する別の例示的解決法は、例えば、好ましく均一な圧力を電気化学デバイスの１つの主要な表面に提供することを含み得る。例えば、リチウムのような、環境に敏感な材料を含み得る電気化学デバイスにおいて、バッテリーの完全性は、電気化学構成要素と空気との間のカプセル封入または気密バリアに依り得る。カプセル封入デザインの一例は、米国出願第１２／１５１，１３７号に開示され、これは、本明細書において参照することによって、全体が援用される。統合処理に一般的な温度、圧力およびずれ力に供された場合、カプセル封入は、電気化学デバイスの一部の残りとは異なる様態で力学的および熱的に変形し得る。したがって、温度、圧力およびずれ力は、カプセル封入の完全性および性能を少なくとも一時的に損なわせ得る。完全性が失われているこの期間中に、周囲反応体は、薄膜バッテリーカプセル封入を貫通し得、デバイスの中の、環境に敏感な材料に反応し得、その結果、バッテリーの性能を減少させ得る。このカプセル封入の力学的および熱的変形は、例えば、加熱および加圧統合処理中に、電気化学デバイスの残りに対して、カプセル封入の可能な動きを抑制すること、またはカプセル封入を固定することによって避けられ得る。カプセル封入の動きを抑制することは、水力式圧迫または非水圧式圧迫を使用する場合または使用しない場合がある。力学的抑制は、例えば、統合処理中に、さらなる力学的力をカプセル封入層シールに対して一時的に提供し得る。さらなる力学的力の量は、熱的変形によって生じる力の量よりも若干大きくあり得るに過ぎない。
【００２９】
本発明が、本明細書においていくつかの実施形態において説明されている。例えば、本発明の意図された精神および範囲から逸脱せずに、さまざまな実施形態において、本発明によって向上されたセラミックスのような材料の性能を包含し得る多くの代替案および変形があることは明らかである。上で説明された実施形態は例示に過ぎない。当業者は、特に本明細書において説明された、この開示の範囲内であることが意図される実施形態からの変形を認識し得る。そのため、発明は、以下の特許請求の範囲によってのみ限定される。したがって、本発明は、この発明の改変が添付の特許請求の範囲と、それらの相当物の範囲内にある場合、この発明の改変を扱うことが意図される。
【図１】
2016197595.tif 000002
【図２】
2016197595.tif 000003
【手続補正書】
【提出日】平成28年5月18日(2016.5.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気化学デバイスを固定具に一体化する方法であって、
前記方法は、負電極と電解質と正カソードとを含む電気化学デバイスを室温で提供する工程を含み、前記正カソードは、前記正カソードの最大充電電圧より小さい充電状態を有し、
前記方法は、一体化温度変数と充電状態変数との間の予め定められた関係にある一体化温度の値を適用することによって得られるレベルを超えないように前記電気化学デバイスの前記充電状態を調整する工程を含み、前記予め定められた関係は、前記正カソードが前記一体化温度の値である特定の期間損傷のない状態が続くように、各一体化温度で許容される前記正カソードの各最大充電状態を参照し、
前記方法は、固定具を提供する工程を含み、
前記方法は、長くても前記特定の期間の間、前記固定具および前記電気化学デバイスを前記一体化温度の値で加熱する工程を含み、
前記方法は、前記電気化学デバイスを前記固定具に取り付ける工程を含む、方法。
【請求項２】
電気化学デバイスを固定具に一体化する方法であって、
前記方法は、負電極と電解質と正カソードとを含む電気化学デバイスを室温で提供する工程を含み、前記正カソードは、前記正カソードの最大充電電圧より小さい充電状態を有し、
前記方法は、加熱温度を一体化温度の値を超えないように決定する工程を含み、前記一体化温度の値は、一体化温度変数と充電状態変数との間の予め定められた関係に前記充電状態の値を適用することによって得られ、前記予め定められた関係は、前記正カソードが前記一体化温度の値である特定の期間損傷のない状態が続くように、各一体化温度で許容される前記正カソードの各最大充電状態を参照し、
前記方法は、長くても前記特定の期間の間、固定具および前記電気化学デバイスを前記加熱温度で加熱する工程を含み、
前記方法は、前記電気化学デバイスを前記固定具に取り付ける工程を含む、方法。
【請求項３】
前記一体化温度は、はんだリフロー処理温度を含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記正カソードは、リチウムを含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項５】
前記最大充電電圧は、前記負電極に対して測定された４．２Ｖである、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記負電極は、リチウム参照電極を含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記負電極は、金属リチウムアノードを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記一体化温度の値は、１６０℃までの温度を含み、前記特定の期間は、１時間である、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記最大充電電圧は、前記負電極に対して測定された４．１Ｖである、請求項４に記載の方法。
【請求項１０】
前記負電極は、リチウム参照電極を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記負電極は、金属リチウムアノードを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記一体化温度の値は、２００℃までの温度を含み、前記特定の期間は、１時間である、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記最大充電電圧は、前記負電極に対して測定された４．０５Ｖである、請求項４に記載の方法。
【請求項１４】
前記負電極は、リチウム参照電極を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記負電極は、金属リチウムアノードを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記一体化温度の値は、２３０℃までの温度を含み、前記特定の期間は、長くても１時間である、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記最大充電電圧は、前記負電極に対して測定された４．０Ｖである、請求項４に記載の方法。
【請求項１８】
前記負電極は、リチウム参照電極を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記負電極は、金属リチウムアノードを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記一体化温度の値は、２５０℃までの温度を含み、前記特定の期間は、長くても１時間である、請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
前記最大充電電圧は、前記負電極に対して測定された３．９５Ｖである、請求項４に記載の方法。
【請求項２２】
前記負電極は、リチウム参照電極を含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記負電極は、金属リチウムアノードを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記一体化温度の値は、２７０℃までの温度を含み、前記特定の期間は、長くても１時間である、請求項１に記載の方法。
【請求項２５】
前記加熱する工程は、前記一体化温度の値を前記電気化学デバイスの少なくとも１つの主要な表面に均一に適用することをさらに含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項２６】
前記電気化学デバイスを、該電気化学デバイスの機械的ゆがみを防ぐように固定する工程をさらに含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項２７】
前記電気化学デバイスを、該電気化学デバイスの機械的ゆがみを防ぐように圧迫する工程をさらに含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項２８】
前記圧迫する工程は、水圧式圧力を適用することをさらに含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記固定具は、プリント回路基板、チップ、スマートカード、クレジットカード、ポリマー積層体、非ポリマー積層体、鋳型、射出金型、シリコンウェハ、セラミックホルダー、金属ホルダーのグループから選択されたアイテムを含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項３０】
前記プリント回路基板は、フレキシブルプリント回路基板を含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記プリント回路基板は、多層プリント回路基板を含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
前記プリント回路基板は、多層フレキシブルプリント回路基板を含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３３】
前記シリコンウェハは、シリコンウェハサンドイッチおよびシリコンウェハ積層体を含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３４】
電気化学デバイスを固定具に一体化する方法であって、
前記方法は、電気化学デバイスを提供する工程を含み、該電気化学デバイスは、以前に充電されたことがなく、かつ、端子電圧を有し、前記端子電圧は、前記電気化学デバイスの充電状態の値に対応し、
前記方法は、一体化温度の値を超えない加熱温度を決定する工程を含み、前記一体化温度の値は、充電状態変数の関数としての期間と一体化温度変数との間の予め定められた関係に前記充電状態の値を適用することによって得られ、前記予め定められた関係は、正カソードが前記一体化温度の値である特定の期間損傷のない状態が続くように、各一体化温度で許容される前記正カソードの各最大充電状態を参照し、
前記方法は、固定具を提供する工程を含み、
前記方法は、長くても前記特定の期間の間、前記固定具および前記電気化学デバイスを前記加熱温度で加熱する工程を含み、
前記方法は、前記電気化学デバイスを前記固定具に取り付ける工程を含む、方法。
【外国語明細書】
2016197595000001.pdf