KR100522551B1 - The lithium rechargeable thin film batteries manufactured by MOCVD - Google Patents
The lithium rechargeable thin film batteries manufactured by MOCVD Download PDFInfo
- Publication number
- KR100522551B1 KR100522551B1 KR10-2003-0048546A KR20030048546A KR100522551B1 KR 100522551 B1 KR100522551 B1 KR 100522551B1 KR 20030048546 A KR20030048546 A KR 20030048546A KR 100522551 B1 KR100522551 B1 KR 100522551B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- chemical vapor
- vapor deposition
- thin film
- film battery
- lithium secondary
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Abstract
본 발명은 박막형 전지의 유효 면적을 증가시키기 위하여 트렌치 구조를 사용하는 전지 구조에 있어서 넓은 면적의 확보와 트렌치 구조의 단차 피복성을 확보하기 위하여 화학 기상 증착법으로 컬렉터, 캐소드 및 전해질(Electrolyte)을 형성하는 것이다. 화학 기상 증착법의 도입은 물리적 제조 방법으로는 트렌치 구조에서 높은 단차 피복성의 확보가 어려운 단점을 극복할 수 있다. 화학 기상 증착법으로 캐소드와 전해질, 전해질과 애노드의 접촉 면적을 증가시키면 면적당 충전 및 방전하는 캐소드의 양이 증가되기 때문에 고용량을 얻을 수 있는 전지를 형성할 수 있다.In the present invention, a collector, a cathode, and an electrolyte are formed by chemical vapor deposition in order to secure a large area and a step coverage of a trench structure in a battery structure using a trench structure to increase an effective area of a thin film battery. It is. The introduction of chemical vapor deposition can overcome the disadvantage that it is difficult to secure high step coverage in the trench structure by the physical manufacturing method. Increasing the contact area of the cathode and the electrolyte, the electrolyte and the anode by the chemical vapor deposition method increases the amount of cathode to charge and discharge per area can form a battery that can obtain a high capacity.
Description
본 발명은 화학 기상 증착법에 의해 제조된 리튬 2차 박막 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 박막 전지가 형성되는 평탄 기판(Substrate) 또는 트렌치 기판 위에 순차적으로 형성되는 각 단계의 컬렉터(Collector), 캐소드(Cathode) 및 전해질(Electrolyte)을 형성함에 있어 단차 피복성의 증가를 통해 전지의 정전 용량을 향상시키기 위해 화학 기상 증착법을 사용한 것을 특징으로 하는, 화학 기상 증착법에 의해 제조된 리튬 2차 박막 전지에 관한 것이다The present invention relates to a lithium secondary thin film battery produced by a chemical vapor deposition method, and more particularly, a collector (Collector) of each step sequentially formed on a substrate or a trench substrate on which a thin film battery is formed, In the lithium secondary thin film battery produced by the chemical vapor deposition method characterized in that the chemical vapor deposition method was used to improve the capacitance of the battery by increasing the step coverage in forming the cathode (Cathode) and the electrolyte (Electrolyte) About
최근 미세 전자 소자(Microelectronics devices) 관련 분야의 눈부신 연구 성과에 따라 이의 구동에 소요되는 소비전력이 점점 낮아지고 있어, 이러한 미세 전자 소자를 이용하여 구성되는 이차 전지의 크기가 점점 더 소형화되고 성능이 개선될 것으로 기대되며, 따라서 그 응용 범위 또한 이동 통신 장비 및 휴대용 컴퓨터 등으로 급속히 확대될 것으로 전망된다. Recently, according to the outstanding research results in the field of microelectronics devices, the power consumption for driving thereof is gradually decreasing, so that the size of the secondary battery using these microelectronic devices is getting smaller and improved. It is expected that the scope of application will be rapidly expanded to mobile communication equipment and portable computers.
특히, 박막형 전지는, 구조의 특성상 그 형상이나 크기에 제약이 없어 아주 작은 크기로의 제작이 가능하기 때문에 이러한 미세 전자 소자의 응용에 아주 적합하다.In particular, the thin film type battery is suitable for the application of such a microelectronic device because the thin film type battery can be manufactured in a very small size because there is no restriction on the shape or size of the structure.
통상적으로 전지의 성능은 전류 밀도, 총 전류 저장 밀도, 충전·방전 속도 및 용량 등에 의해 결정되는데, 상기 박막 전지의 경우, 상기 미세 전자 소자의 응용에 의해 형성되는 박막의 특성으로 인하여 전류 밀도 및 총 전류 저장 밀도가 낮다는 문제점이 제기되어 왔다. Typically, the performance of the battery is determined by the current density, the total current storage density, the charging and discharging speed and the capacity, etc. In the case of the thin film battery, the current density and the total amount due to the characteristics of the thin film formed by the application of the microelectronic device. The problem of low current storage density has been raised.
상기 박막 전지의 컬렉터로는 백금(Pt), 금(Au), 구리(Cu) 등의 물질이 주로 사용되며, 캐소드와 애노드 사이 리튬 이온의 이동을 용이하게 해주는 전해질로는 LIPON(Li3.3PO3.9N0.17), Li1+xTi2-xAlx(PO 4)3, LLTO((La2/3-xLi3x)TiO3) 등이 현재 사용/연구되고 있다. 또한, 전지의 총 전류 저장 밀도량에 밀접한 연관이 있는 캐소드로는, LiMO2(M = Co, Ni, Mn …)나 V2O2 등의 물질이 널리 사용되고 있다.Materials such as platinum (Pt), gold (Au), copper (Cu) are mainly used as collectors of the thin film batteries, and LIPON (Li 3.3 PO 3.9) is used as an electrolyte to facilitate the movement of lithium ions between the cathode and the anode. N 0.17 ), Li 1 + x Ti 2-x Al x (PO 4 ) 3 , LLTO ((La 2 / 3-x Li 3x ) TiO 3 ), and the like are currently being used / researched. In addition, as cathodes closely related to the total current storage density of the battery, materials such as LiMO 2 (M = Co, Ni, Mn…), V 2 O 2, and the like are widely used.
상기 전류 저장 밀도는, 상기 캐소드 구성 물질 이외에 단위 전지 면적당 접촉 면적에 의해 결정되며, 따라서 상기 단위 전지 면적당 접촉 면적을 증가시키기 위해서는 트렌치 구조 위에 박막을 형성하는 것이 보다 바람직할 것이다.The current storage density is determined by the contact area per unit cell area in addition to the cathode constituent material, and therefore it may be more desirable to form a thin film over the trench structure to increase the contact area per unit cell area.
하지만, 종래 사용되던 물리적인 증착법인 스퍼터링법(Sputtering)이나 전자빔 증발법(E-beam evaporation) 또는 펄스 레이저 증착법(Pulsed Laser Deposition) 등에 의해 트렌치 구조로 제조된 박막 전지는 높은 단차 피복성 확보의 곤란으로 인해 결국 고용량 전지의 구현이 어렵다는 문제점이 있었다.However, a thin film battery manufactured with a trench structure by sputtering, e-beam evaporation, or pulsed laser deposition, which is a conventional physical vapor deposition method, is difficult to secure high step coverage. As a result, there was a problem that it is difficult to implement a high capacity battery.
따라서, 구조의 단차 피복성 향상에 따른 단위 전지 면적당 접촉 면적 증대로 인해 전지의 용량 증대 및 대면적 증착이 가능하도록 하기 위한 새로운 증착 방안이 요구되고 있다.Therefore, there is a need for a new deposition method for increasing capacity of a battery and allowing large area deposition due to an increase in contact area per unit cell area due to improved step coverage of the structure.
본 발명은, 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 박막 전지가 형성되는 평탄 기판 또는 트렌치 기판 위에 순차적으로 형성되는 각 단계의 컬렉터, 캐소드 및 전해질을 형성함에 있어 단차 피복성의 증가를 통해 전지의 정전 용량을 향상시키기 위해 화학 기상 증착법을 사용한 것을 특징으로 하는, 화학 기상 증착법에 의해 제조된 리튬 2차 박막 전지를 제공하는 데 그 목적이 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and in the formation of the collector, the cathode and the electrolyte of each step which are sequentially formed on the flat substrate or the trench substrate on which the thin film battery is formed, the blackout of the battery is increased through the step coverage. An object of the present invention is to provide a lithium secondary thin film battery manufactured by chemical vapor deposition, which is characterized by using chemical vapor deposition to improve capacity.
본 발명은 화학 기상 증착법에 의해 제조된 리튬 2차 박막 전지에 관한 것으로, 도 1a 내지 도 1b 에 도시된 바와 같이, 컬렉터(1), 캐소드(2) 및 전해질(3)을 포함하여 구성된 리튬 2차 박막 전지에 있어서, 박막 전지가 형성되는 평탄 기판 또는 트렌치 기판 위에 순차적으로 형성되는 각 단계의 컬렉터, 캐소드 및 전해질을 형성함에 있어 단차 피복성의 증가를 통해 전지의 정전 용량을 향상시키기 위해 화학 기상 증착법을 사용한 것을 특징으로 하는, 화학 기상 증착법에 의해 제조된 리튬 2차 박막 전지에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a lithium secondary thin film battery produced by a chemical vapor deposition method, and as shown in FIGS. 1A to 1B, a lithium 2 including a collector 1, a cathode 2, and an electrolyte 3. In the secondary thin film battery, a chemical vapor deposition method is used to improve the capacitance of the battery through increasing the step coverage in forming collectors, cathodes, and electrolytes of each step sequentially formed on the flat substrate or the trench substrate on which the thin film battery is formed. It relates to a lithium secondary thin film battery produced by a chemical vapor deposition method, characterized in that using.
본 발명에 적용되는 리튬 2차 박막 전지는 금속 계열(Pt 등)의 컬렉터(1), 상기 컬렉터(1)의 상부에 적층/형성된 LiCoO2 등의 캐소드(2) 및 상기 캐소드(2)의 상부에 적층/형성된 (Li,La)TiO3 등의 전해질(3)을 포함하여 구성됨은 널리 알려진 사실이다.Lithium secondary thin film battery according to the present invention is a collector (1) of a metal series (Pt, etc.), LiCoO 2 and the like laminated / formed on the collector (1) A cathode (2) and (Li, La) TiO 3 deposited / formed on top of the cathode (2) It is well known that the electrolyte 3 is comprised.
여기서, 본 발명은, 3차원 트렌치 구조 형성시 화학 기상 증착법을 이용함으로써 기존의 물리적 증착법이 가지고 있는 단차 피복성의 기술적 한계를 극복하도록 하는 것을 특징으로 한다. 즉, 리튬 2차 박막 전지를 제조함에 있어 컬렉터, 캐소드 및 전해질 가운데 어느 하나 또는 둘 이상의 구성요소를 화학 기상 증착법을 이용하여 형성함으로써, 트렌치 구조의 단차 피복성 향상으로 인한 면적 증대로 인한 용량(Capacity)의 증대와 대면적 증착이라는 두 가지 장점을 동시에 구현하도록 하였다.Here, the present invention is characterized by overcoming the technical limitations of the step coverage of conventional physical vapor deposition by using chemical vapor deposition in forming the three-dimensional trench structure. That is, in manufacturing a lithium secondary thin film battery, by forming one or two or more components of a collector, a cathode, and an electrolyte by chemical vapor deposition, the capacity due to the increase in area due to the step coverage of the trench structure is improved. We have realized two advantages of increasing) and large area deposition at the same time.
상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다. 도면 및 실시예는 본 발명의 예시일 뿐 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정되거나 이로 인해 변경되는 것은 아니다.The above objects, features and advantages will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The drawings and the embodiments are only examples of the present invention, and the technical spirit of the present invention is not limited thereto or changed by this.
도 2 는 본 발명에 적용되는 유기 금속 화학 기상 증착 장치의 일예시도로서, 컬렉터, 캐소드 및 전해질 등을 제조할 수 있는 액체 운반 유기 금속 화학 기상 증착 장비(Liquid delivery Metalorganic Chemical Vapor Deposition)의 개략도이다. FIG. 2 is a schematic view of a liquid delivery metalorganic chemical vapor deposition apparatus capable of manufacturing a collector, a cathode, an electrolyte, and the like as an example of an organometallic chemical vapor deposition apparatus according to the present invention. .
도 2 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 적용되는 유기 금속 화학 기상 증착 장치는, 크게, 진공부를 포함한 CVD 반응기와 미세조절 펌프(KD Scientific, Inc., KDS 100)와 증발기로 구성되어 있다. As shown in FIG. 2, the organometallic chemical vapor deposition apparatus applied to the present invention is largely composed of a CVD reactor including a vacuum unit, a microcontrol pump (KD Scientific, Inc., KDS 100), and an evaporator.
즉, 액상의 유기 금속 전구체들은 테트라하이드로퓨란(C4H8O)에 용해되어 미세조절 펌프를 통해 증발기로 운반되고, 다시 상기 증발기에서 증발되어 반응기로 운반/증착되는 과정을 통해 컬렉터, 캐소드 및 전해질 등이 제조되는 것이다.That is, the liquid organometallic precursors are dissolved in tetrahydrofuran (C 4 H 8 O), transported to the evaporator through a microcontrol pump, and then evaporated in the evaporator to transport / deposit into the reactor. Electrolyte etc. are manufactured.
상기의 장치를 이용함으로써, 컬렉터는, 트리메틸 에틸 사이클로펜타디에닐 백금((CH3)3(C2H5C5H4)Pt)을 이용한 액체 운반 유기 금속 화학 기상 증착법에 의해 평탄 구조 또는 트렌치 구조 위에 백금층으로 형성된다.By using the apparatus described above, the collector is flattened or trenched by liquid transport organometallic chemical vapor deposition using trimethyl ethyl cyclopentadienyl platinum ((CH 3 ) 3 (C 2 H 5 C 5 H 4 ) Pt). A platinum layer is formed on the structure.
다음, 캐소드층은, LiCoO2 등의 물질을 리튬(Li)과 코발트(Co) 등의 유기 금속 전구체를 이용한 액체 운반 유기 금속 화학 기상 증착법에 의해 형성된다.Next, the cathode layer is formed by a liquid-carried organometallic chemical vapor deposition method using a material such as LiCoO 2 or an organic metal precursor such as lithium (Li) or cobalt (Co).
여기서, 상기 각각의 전구체로 이용되는 리튬과 코발트는 각각 리튬티엠에이치디(Li(C11H19O2))와 코발트티엠에이치디(Co(C11H19O 2)2)로, 산소(O2)와 함께 반응하여 증착/형성되는 것이 바람직하다.Here, lithium and cobalt used as the respective precursors are lithium thiMH (Li (C 11 H 19 O 2 )) and cobalt HM (Co (C 11 H 19 O 2 ) 2 ), respectively, and oxygen ( It is preferred to be deposited / formed by reaction with O 2 ).
마지막으로 상기 전해질((La2/3-xLi3x)TiO3 ; 이하, LLTO)은, 펄스 레이저 증착법 및 화학 기상 증착법 등에 의해 증착된다.Finally, the electrolyte ((La 2 / 3-x Li 3x ) TiO 3 ; LLTO) is deposited by pulse laser deposition, chemical vapor deposition, or the like.
이때, 레이저 증착법을 이용할 경우에는 La2O3, Li2CO3 및 TiO 2 분말을 이용하여 밀도 95% 이상의 타겟을 제조하여 전해질 LLTO를 형성하며, 화학 기상 증착법을 이용할 경우에는, 상기 유기 금속 전구체로 이용되는 리튬과 란탄(La)인 리튬 티엠에이치디(Li(C11H19O2))와 란탄 티엠에이치디(Li(C11H19 O2)) 또는 란탄 티엠에이치디테트라글림(Li(C11H19O2)3·CH3(OCH2CH2) 4) 등을 산소와 함께 반응하여 증착/형성되는 것이 바람직하다.In this case, when using a laser deposition method, a target having a density of 95% or more is prepared by using La 2 O 3 , Li 2 CO 3 and TiO 2 powder to form an electrolyte LLTO, and when using a chemical vapor deposition method, the organic metal precursor Lithium TMHDI (Li (C 11 H 19 O 2 )) and Lanthanum MTH (Li (C 11 H 19 O 2 )) or Lanthanum MTH Tetraglyme (Li) (C 11 H 19 O 2 ) 3. CH 3 (OCH 2 CH 2 ) 4 ) and the like are preferably reacted with oxygen to deposit / form.
여기서, 상기 컬렉터인 백금층이나 캐소드인 LiCoO2 층을 형성할 때의 증착 온도는 250 ~ 550℃로 하는 것이 바람직하며, 이때의 증착압력은 0.2 ~ 5 Torr 로 하는 것이 바람직하다.Here, the deposition temperature at the time of forming the platinum layer, which is the collector, or the LiCoO 2 layer, which is the cathode, is preferably 250 to 550 ° C., and the deposition pressure at this time is preferably 0.2 to 5 Torr.
또한, 상기 백금층을 형성할 때의 산소유량(Oxygen flow rate)은 50 ~ 200 sccm(standard ㏄/min)으로 하고, 운반 가스인 질소 혹은 아르곤 가스의 유량(flow rate)은 50 ~ 200 sccm(standard ㏄/min)으로 하는 것이 바람직하며, 상기 LiCoO2 층을 형성할 때의 산소 유량은 100 ~ 300 sccm(standard ㏄/min)으로 하고, 운반 가스인 질소 혹은 아르곤 가스의 유량은 50 ~ 250 sccm(standard ㏄/min)으로 하는 것이 바람직하다.In addition, the oxygen flow rate (oxygen flow rate) when forming the platinum layer is 50 ~ 200 sccm (standard ㏄ / min), the flow rate of nitrogen or argon gas (carrier gas) is 50 ~ 200 sccm ( standard dl / min), the oxygen flow rate when forming the LiCoO 2 layer is 100 to 300 sccm (standard dl / min), and the flow rate of nitrogen or argon gas, which is a carrier gas, is 50 to 250 sccm. It is preferable to set it as (standard ㏄ / min).
그리고, 액체 운반 유기 금속 화학 기상 증착법으로 LiCoO2 층을 형성할 때의 리튬(Li)과 코발트(Co)의 몰 비(Li/Co)는 각각 0.5 ~ 1.5의 범위에서 하는 것이 바람직하다.In addition, the molar ratio (Li / Co) of lithium (Li) and cobalt (Co) when forming the LiCoO 2 layer by the liquid transport organometallic chemical vapor deposition method is preferably in the range of 0.5 to 1.5.
상기 LLTO는 두 가지 방법으로 형성될 수 있는데, 평탄 구조를 위한 펄스 레이저 증착법과 평탄 구조 및 트렌치 구조를 위한 화학 기상 증착법이 그것이다. The LLTO can be formed in two ways, namely pulsed laser deposition for planar structures and chemical vapor deposition for planar and trench structures.
상기 LLTO 형성시 증착온도는 레이저 증착법의 경우 300 ~ 800℃ 사이에서, 화학 기상 증착법의 경우 300 ~ 600℃ 사이에서 하는 것이 바람직하고, 증착 압력은 레이저 증착법의 경우 0.1 ~ 0.5 Torr 에서, 화학 기상 증착법의 경우 0.5 ~ 5 Torr 에서 하는 것이 바람직하다. When the LLTO is formed, the deposition temperature is preferably 300 to 800 ° C. for the laser deposition method, and 300 to 600 ° C. for the chemical vapor deposition method, and the deposition pressure is 0.1 to 0.5 Torr for the laser deposition method. In the case of 0.5 to 5 Torr is preferred.
또한, 상기 LLTO를 형성할 때는 산소 유량은 100 ~ 300 sccm(standard ㏄/min)으로 하고, 운반 가스인 질소(N) 혹은 아르곤(Ar) 가스의 유량은 50 ~ 250 sccm(standard ㏄/min)으로 하는 것이 바람직하다. In addition, when forming the LLTO, the oxygen flow rate is 100 to 300 sccm (standard s / min), and the flow rate of nitrogen (N) or argon (Ar) gas, which is a carrier gas, is 50 to 250 sccm (standard s / min). It is preferable to set it as.
도 3 은 백금으로 형성된 박막 전지 컬렉터의 증착 온도에 따른 비저항과 거칠기의 설명도로서, 평탄 기판위에 증착된 컬렉터 백금(Pt) 박막의 비저항과 거칠기를 나타내고 있다. FIG. 3 is an explanatory diagram of specific resistance and roughness according to deposition temperature of a thin film battery collector formed of platinum, and shows specific resistance and roughness of a collector platinum (Pt) thin film deposited on a flat substrate.
즉, 도 3 에 도시된 바와 같이, 백금 박막의 비저항과 거칠기는 350℃의 증착 온도에서 각각 약 11.8 μΩ-㎝ 과 50 Å 으로써, 박막 전지의 컬렉터로 사용하는데 안정된 특성을 보인다.That is, as shown in Figure 3, the specific resistance and roughness of the platinum thin film is about 11.8 μΩ-cm and 50 kHz at a deposition temperature of 350 ℃, respectively, showing stable characteristics for use as a collector of a thin film battery.
도 4 는 백금의 증착 온도에 따른 트렌치 구조에서의 단차 피복성 설명도로서 트렌치 기판위에 증착된 백금 박막의 단차 피복성을 나타낸 그림이다. 4 is a diagram illustrating step coverage of a platinum thin film deposited on a trench substrate as an explanatory view of step coverage in a trench structure according to the deposition temperature of platinum.
도 4 에 도시된 바와 같이 단차 피복성은 증착 온도가 증가함에 따라 감소하였고, 350℃의 증착온도에서 약 57%의 값을 나타내었다. 증착 온도가 증가함에 따라 단차 피복성의 감소는 백금이 증착되는 과정이 물질 전달 기구에 의해 형성되고 있음을 말해주는 결과이다. As shown in FIG. 4, the step coverage decreased with increasing deposition temperature and showed a value of about 57% at the deposition temperature of 350 ° C. As the deposition temperature increases, the step coverage decreases as a result of the platinum deposition process being formed by the mass transfer mechanism.
도 5 는 백금 및 LiCoO2 박막의 트렌치 구조에서의 단차 피복성을 보여주는 주사 전자 현미경 사진으로서, 트렌치 구조 위에 형성된 백금 및 LiCoO2 박막의 단차 피복성을 나타내고 있는 주사 전자 현미경(Scanning Electron Microscopy) 사진이다.FIG. 5 is a scanning electron micrograph showing the step coverage of the platinum and LiCoO 2 thin films in the trench structure, showing the step coverage of the platinum and LiCoO 2 thin films formed on the trench structure. FIG. .
도 5(a)의 백금은 350℃에서 형성되었는데, 상기 도 4 에서 설명한 바와 같이 이때의 단차 피복성은 약 57%를 나타내었다. 또한 도 5(a)의 트렌치 구조위에 450℃에서 리튬과 코발트 몰비(Li/Co)가 0.7이고 450℃에서 증착된 LiCoO2 박막의 단차 피복성은 약 51%를 나타내고 있다.Platinum of Figure 5 (a) was formed at 350 ℃, as described in Figure 4 above, the step coverage was about 57%. In addition, the step coverage of the LiCoO 2 thin film deposited at 450 ° C. with lithium and cobalt molar ratio (Li / Co) of 0.7 at 450 ° C. on the trench structure of FIG. 5 (a) is about 51%.
도 6 은 LiCoO2 박막의 증착 온도에 따른 X선 회절 패턴의 설명도로서 평탄 구조 상의 백금 컬렉터 위에 여러 가지 온도에서 증착한 LiCoO2 박막의 X 선 회절 그림이다.6 is an explanatory diagram of an X-ray diffraction pattern according to the deposition temperature of a LiCoO 2 thin film, which is an X-ray diffraction diagram of a LiCoO 2 thin film deposited at various temperatures on a platinum collector on a flat structure.
증착 온도는 270 ~ 450℃ 까지 변화시켰으며, 모든 증착 온도 범위에 있어서 LiCoO2 박막은 결정화 되었고, 심지어 270℃의 낮은 온도에서도 결정화가 된 것을 확인할 수 있다. 여러 가지 온도에 따라 증착한 LiCoO2 박막은 온도가 증가함에 따라 강한(003) 우선 배향성을 나타내고 있다.Deposition temperature was varied from 270 ~ 450 ℃, LiCoO 2 thin film was crystallized in all deposition temperature range, even at a low temperature of 270 ℃ can be seen that the crystallization. LiCoO 2 thin films deposited at various temperatures show strong (003) preferred orientation with increasing temperature.
도 7 은 LiCoO2 박막의 평탄 구조와 트렌치 구조에서 리튬과 코발트의 몰 비에 따른 방전시간 설명도로서, 여러 가지 리튬과 코발트의 비에 따라 450℃에서 형성된 LiCoO2 박막의 방전 특성을 나타낸 것이다.Figure 7 shows the discharge characteristics of the LiCoO 2 thin film formed at 450 ℃ according to the flat structure and the trench as the discharge time described in accordance with the molar ratio of lithium and cobalt, also in the structure, the number of the lithium-cobalt ratio of the LiCoO 2 thin film.
이 실험은 전류 밀도 100 ㎂/㎠ 하의 평탄 구조 및 트렌치 구조의 백금 컬렉터 위에 증착하여 수행하였으며, PC/Li에 1몰의 LiClO4를 포함하는 용액에서 LiCoO2 박막의 방전 특성을 4.3V와 3.2V 사이에서 측정되었다.This experiment was carried out by deposition on a flat collector and trench structure platinum collector with a current density of 100 mA / cm 2, and the discharge characteristics of the LiCoO 2 thin film in the solution containing 1 mol of LiClO 4 in PC / Li were 4.3V and 3.2V. Was measured in between.
트렌치 구조에서는 면적의 계산이 어렵기 때문에, 방전 시간으로써 평탄 구조와 트렌치 구조와의 특성을 비교/평가하였다. Since it is difficult to calculate the area in the trench structure, the characteristics of the flat structure and the trench structure were compared / evaluated as the discharge time.
상기 2가지 구조 모두에 있어서 리튬과 코발트 몰비가 0.7 까지는 증가하다가 0.7 이후로는 감소하였는데, 트렌치 LiCoO2 구조의 방전 특성은 평탄 구조의 경우와 비교하여 약 2.5 배의 증가를 나타내었다.In both structures, lithium and cobalt molar ratios increased up to 0.7 and then decreased after 0.7. The discharge characteristics of the trench LiCoO 2 structure showed an increase of about 2.5 times compared to the flat structure.
도 8 은 전해질 LLTO((La2/3-xLi3x)TiO3) 박막의 임피던스 특성 설명도로서, 전해질 LLTO 박막의 증착 온도에 따른 임피던스 특성을 나타내고 있다.FIG. 8 is an explanatory diagram of impedance characteristics of an electrolyte LLTO ((La 2 / 3-x Li 3x ) TiO 3 ) thin film, and illustrates an impedance characteristic according to a deposition temperature of an electrolyte LLTO thin film.
도 8 에 도시된 내용을 통해 LLTO 전해질의 이온 전도도를 계산하면 상온에서 ~10-5 S/㎝의 값을 나타낸다. 이는 기존의 고체 전해질 LIPON(Li3.3PO3.9N 0.17)의 ~10-6 S/㎝ 보다 높은 이온 전도도이며, 따라서 LLTO 고체 전해질은 리튬 이차 박막형 전지의 전해질로서 적합하다는 것을 알 수 있다.Calculating the ionic conductivity of the LLTO electrolyte through the contents shown in FIG. 8 shows a value of ˜10 −5 S / cm at room temperature. This is an ionic conductivity higher than ˜10 −6 S / cm of the conventional solid electrolyte LIPON (Li 3.3 PO 3.9 N 0.17 ), and thus it can be seen that the LLTO solid electrolyte is suitable as an electrolyte of a lithium secondary thin film battery.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and drawings, and it is common knowledge in the art that various substitutions, modifications, and changes can be made without departing from the technical spirit of the present invention. It will be apparent to those who have
이상에서 설명한 본 발명은, 리튬 이차 박막 전지에 있어서 박막 전지가 형성되는 평탄 기판 또는 트렌치 기판 위에 순차적으로 형성되는 각 단계의 컬렉터, 캐소드 및 전해질 층 가운데 하나 또는 둘 이상의 구성 층을 화학 기상 증착법에 의해 형성하도록 함으로써, 단차피복성의 향상에 따라 전류 저장 밀도를 증가시킬 수 있게 되어, 결과적으로 소비 전력이 크고 높은 전류 밀도를 요하는 미세 전자 소자에 적합한 고성능 박막형 전지를 제공할 수 있게 되는 효과가 있다.According to the present invention described above, in the lithium secondary thin film battery, one or two or more constituent layers of the collector, cathode, and electrolyte layers of each step sequentially formed on the flat substrate or the trench substrate on which the thin film battery is formed are formed by chemical vapor deposition. By forming, it is possible to increase the current storage density in accordance with the improvement of the step coverage, and as a result, there is an effect that it is possible to provide a high performance thin film battery suitable for a microelectronic device requiring a large power consumption and a high current density.
도 1a 는 일반적인 박막형 전지 구조의 일예시 단면도.1A is a cross-sectional view of an example of a general thin film battery structure.
도 1b 는 본 발명에 따른 화학 기상 증착법에 의해 제조된 리튬 2차 박막 전지의 일실시예 단면도.1B is a cross-sectional view of an embodiment of a lithium secondary thin film battery manufactured by a chemical vapor deposition method according to the present invention.
도 2 는 본 발명에 적용되는 유기 금속 화학 기상 증착 장치의 일예시도.2 is an exemplary view of an organometallic chemical vapor deposition apparatus applied to the present invention.
도 3 은 백금으로 형성된 박막 전지 컬렉터의 증착 온도에 따른 비저항과 거칠기의 설명도.3 is an explanatory diagram of specific resistance and roughness according to deposition temperature of a thin film battery collector formed of platinum;
도 4 는 백금의 증착 온도에 따른 트렌치 구조에서의 단차 피복성 설명도.4 is an explanatory diagram of step coverage in a trench structure depending on the deposition temperature of platinum;
도 5 는 백금 및 LiCoO2 박막의 트렌치 구조에서의 단차 피복성을 보여주는 주사 전자 현미경 사진.5 is a scanning electron micrograph showing step coverage in a trench structure of a platinum and LiCoO 2 thin film.
도 6 은 LiCoO2 박막의 증착 온도에 따른 X선 회절 패턴의 설명도.6 is an explanatory diagram of an X-ray diffraction pattern according to a deposition temperature of a LiCoO 2 thin film.
도 7 은 LiCoO2 박막의 평탄 구조와 트렌치 구조에서 리튬과 코발트의 몰 비에 따른 방전시간 설명도.7 is an explanatory diagram of a discharge time according to a molar ratio of lithium and cobalt in a flat structure and a trench structure of a LiCoO 2 thin film.
도 8 은 전해질 LLTO((La2/3-xLi3x)TiO3) 박막의 임피던스 특성 설명도.8 is an explanatory diagram of impedance characteristics of an electrolyte LLTO ((La 2 / 3-x Li 3x ) TiO 3 ) thin film.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
1 : 컬렉터 2 : 캐소드1: collector 2: cathode
3 : 전해질 4 : 애노드 3: electrolyte 4: anode
5 : 보호막 6 : 제 2 컬렉터5: protective film 6: second collector
10 : 기판10: substrate
21 : 미세 조절 펌프(Micro Syringe Pump) 22 : on/off 밸브21: Micro Syringe Pump 22: on / off valve
23 : 기화기 24 : 미터링(Metering) 밸브 23: carburetor 24: metering valve
25 : 밸로우즈(Bellows) 밸브 26 : 샤우어 헤드(Shower Head)25: Bellows Valve 26: Shower Head
27 : 발열체(Heater) 28 : 챔버(Chamber)27: Heater 28: Chamber
Claims (13)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR10-2003-0048546A KR100522551B1 (en) | 2003-07-16 | 2003-07-16 | The lithium rechargeable thin film batteries manufactured by MOCVD |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR10-2003-0048546A KR100522551B1 (en) | 2003-07-16 | 2003-07-16 | The lithium rechargeable thin film batteries manufactured by MOCVD |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20050009326A KR20050009326A (en) | 2005-01-25 |
| KR100522551B1 true KR100522551B1 (en) | 2005-10-19 |
Family
ID=37222072
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR10-2003-0048546A KR100522551B1 (en) | 2003-07-16 | 2003-07-16 | The lithium rechargeable thin film batteries manufactured by MOCVD |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100522551B1 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109417189B (en) * | 2016-06-30 | 2021-11-09 | 罗伯特·博世有限公司 | Electrolyte |
| KR20200057263A (en) | 2018-11-16 | 2020-05-26 | 주식회사 엘지화학 | Continuous deposition apparatus for thin film batteries and continuous deposition method of thin film batteries using the same |
-
2003
- 2003-07-16 KR KR10-2003-0048546A patent/KR100522551B1/en active IP Right Grant
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20050009326A (en) | 2005-01-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20230402613A1 (en) | Materials and methods for components of lithium batteries | |
| Oudenhoven et al. | All‐solid‐state lithium‐ion microbatteries: a review of various three‐dimensional concepts | |
| Choi et al. | Structural and electrical properties of LiCoO2 thin-film cathodes deposited on planar and trench structures by liquid-delivery metalorganic chemical vapour deposition | |
| JP6580197B2 (en) | Deposition method for producing lithium-containing thin film layered structure | |
| Zhou et al. | Nanostructured thin film electrodes for lithium storage and all-solid-state thin-film lithium batteries | |
| CN105027332B (en) | System, method and apparatus for forming thin film lithium ion batteries | |
| US6828063B2 (en) | Anode thin film for lithium secondary battery | |
| JP3917126B2 (en) | Solid electrolyte and battery using the same | |
| Park et al. | All‐Solid‐State Lithium Thin‐Film Rechargeable Battery with Lithium Manganese Oxide | |
| CN102064337B (en) | Solid electrolyte cell and positive electrode active material | |
| US20080032200A1 (en) | Thin film battery and electrolyte therefor | |
| KR101071485B1 (en) | Lithium Secondary Battery | |
| CN105793462B (en) | Vapor deposition process for preparing crystalline lithium-containing compounds | |
| US20030022065A1 (en) | Plasma enhanced chemical vapor deposition vanadium oxide thin films | |
| CN103229343A (en) | Solid electrolyte cell and positive electrode active material | |
| Xie et al. | Planar and 3D deposition of Li4Ti5O12 thin film electrodes by MOCVD | |
| Cho et al. | Improvement of discharge capacity of LiCoO 2 thin-film cathodes deposited in trench structure by liquid-delivery metalorganic chemical vapor deposition | |
| KR100522551B1 (en) | The lithium rechargeable thin film batteries manufactured by MOCVD | |
| US20020168571A1 (en) | Lithium secondary battery and positive electrode for lithium secondary battery | |
| KR100364135B1 (en) | A cathode for a lithium secondary battery comprising vanadium oxide as a cathode active material | |
| KR100495674B1 (en) | A cathode thin film for all solid state battery, preparation method thereof, and lithium thin film battery using the same | |
| US20210167352A1 (en) | Transparent anode thin film comprising a transparent anode active material, lithium thin film secondary battery, and the method for manufacturing the same | |
| Aaltonen et al. | ALD of thin films for lithium-ion batteries | |
| JP3889555B2 (en) | Nonaqueous electrolyte secondary battery | |
| KR100487021B1 (en) | Negative electrode for lithium secondary thin battery and manufacturing method thereof |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| N231 | Notification of change of applicant | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20121005 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20130225 Year of fee payment: 18 |