KR101260025B1 - Method of forming cathode for thin film battery and thin film battery manufactured by the method - Google Patents

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Abstract

양극 활물질의 열처리 시간을 단축할 수 있는 박막전지용 양극 형성 방법 및 이를 이용한 박막전지에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 박막전지용 양극 형성 방법은 (a) 기판 상에 양극 전류 집전체를 증착하는 단계; 및 (b) 양극 활물질 형성 영역을 정의하는 증착 마스크를 이용하여, 상기 양극 전류 집전체 상에 양극 활물질을 증착하는 단계;를 포함하고, 상기 양극 활물질 증착 단계에서, 580~950nm 파장을 갖는 광을 조사하여, 상기 양극 활물질의 증착 및 결정화를 동시에 수행하는 것을 특징으로 한다. Disclosed are a method of forming a cathode for a thin film battery and a thin film battery using the same, which can shorten a heat treatment time of a cathode active material.
A method of forming a cathode for a thin film battery according to the present invention includes the steps of: (a) depositing a cathode current collector on a substrate; And (b) depositing a positive electrode active material on the positive electrode current collector using a deposition mask defining a positive electrode active material formation region. In the positive electrode active material deposition step, light having a wavelength of 580 to 950 nm is included. Irradiation, characterized in that to perform the deposition and crystallization of the positive electrode active material at the same time.

Description

박막전지용 양극 형성 방법 및 그 방법으로 제조된 박막전지 {METHOD OF FORMING CATHODE FOR THIN FILM BATTERY AND THIN FILM BATTERY MANUFACTURED BY THE METHOD}Anode Formation Method for Thin Film Battery and Thin Film Battery Manufactured by the Method {METHOD OF FORMING CATHODE FOR THIN FILM BATTERY AND THIN FILM BATTERY MANUFACTURED BY THE METHOD}

본 발명은 박막전지 제조 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 양극 활물질의 열처리 시간을 단축할 수 있는 박막전지 제조 기술에 관한 것이다.
The present invention relates to a thin film battery manufacturing technology, and more particularly to a thin film battery manufacturing technology that can shorten the heat treatment time of the positive electrode active material.

박막전지는 기본적인 전지의 구성 요소들을 박막화하여 두께를 얇게 만든 전지이다. A thin film battery is a battery made thin by thinning the components of a basic battery.

박막전지는 양극/전해질/음극의 모든 구성요소가 고체상태로 이루어져 있으며, CVD, PVD 등의 증착 방법을 통하여 얇은 기판 상에 수 마이크론(㎛) 내외의 두께로 제조된다. In the thin film battery, all components of the anode / electrolyte / cathode are in a solid state, and are manufactured to a thickness of about several microns (μm) on a thin substrate through a deposition method such as CVD or PVD.

박막전지는 고체전해질 사용으로 폭발위험이 적으며, 고온에서도 안정성이 우수하며, 자가방전율이 낮고, 수명 특성이 우수한 점 등 여러가지 장점이 있다. The thin film battery has a number of advantages such as low risk of explosion due to the use of a solid electrolyte, excellent stability at high temperatures, low self-discharge rate, and excellent life characteristics.

박막전지, 특히 박막전지의 양극은 다음과 같은 예로 제조될 수 있다. 우선, 기판 상에 양극 전류 집전체(Cathode Current Collector)를 형성하고, 양극 전류 집전체 위에 리튬코발트산화물(LiCoO2, 이하 LCO) 등과 같은 리튬금속산화물 계열의 양극 활물질을 증착한 후 열처리한다. A thin film battery, in particular a positive electrode of a thin film battery may be manufactured as follows. First, a cathode current collector is formed on a substrate, and a lithium metal oxide-based cathode active material such as lithium cobalt oxide (LiCoO 2, LCO) is deposited on the cathode current collector and then heat-treated.

양극 활물질은 통상 스퍼터링(Sputtering) 등과 같은 PVD(Physical Vapor Deposition) 방법으로 형성된다. 이때, 증착된 양극 활물질은 비정질(amorphous) 상을 갖는다. The positive electrode active material is usually formed by a physical vapor deposition (PVD) method such as sputtering. At this time, the deposited positive electrode active material has an amorphous phase.

한편, 리튬금속산화물 계열의 양극 활물질은 결정질을 가질 때 우수한 전지 특성을 나타낸다. 이를 위하여, 열처리를 통하여 양극 활물질을 결정화한다.
On the other hand, the lithium metal oxide-based positive electrode active material shows excellent battery characteristics when it has a crystalline. To this end, the cathode active material is crystallized through heat treatment.

본 발명의 목적은 박막전지의 양극 형성 과정에서 양극 활물질의 열처리 시간을 단축할 수 있는 박막전지용 양극 형성 방법을 제공하는 것이다. An object of the present invention is to provide a method for forming a cathode for a thin film battery that can shorten the heat treatment time of the cathode active material in the process of forming a cathode of a thin film battery.

본 발명의 다른 목적은 짧은 시간 동안의 열처리에 의하여 결정화된 양극 활물질을 포함하는 박막전지를 제공하는 것이다.
Another object of the present invention is to provide a thin film battery including a cathode active material crystallized by heat treatment for a short time.

상기 하나의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 박막전지용 양극 형성 방법은 (a) 기판 상에 양극 전류 집전체를 증착하는 단계; 및 (b) 양극 활물질 형성 영역을 정의하는 증착 마스크를 이용하여, 상기 양극 전류 집전체 상에 양극 활물질을 증착하는 단계;를 포함하고, 상기 양극 활물질 증착 단계에서, 580~950nm 파장을 갖는 광을 조사하여, 상기 양극 활물질의 증착 및 결정화를 동시에 수행하는 것을 특징으로 한다.
According to one or more exemplary embodiments, a method of forming a cathode for a thin film battery includes: (a) depositing a cathode current collector on a substrate; And (b) depositing a positive electrode active material on the positive electrode current collector using a deposition mask defining a positive electrode active material formation region. In the positive electrode active material deposition step, light having a wavelength of 580 to 950 nm is included. Irradiation, characterized in that to perform the deposition and crystallization of the positive electrode active material at the same time.

상기 하나의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막전지용 양극 형성 방법은 (a) 기판 상에 양극 전류 집전체를 증착하는 단계; (b) 양극 활물질 형성 영역을 정의하는 증착 마스크를 이용하여, 상기 양극 전류 집전체 상에 양극 활물질을 증착하는 단계; 및 (c)상기 증착 마스크에 의해, 상기 양극 활물질이 증착되지 않은 부분이 마스킹된 상태에서, 580~950nm 파장을 갖는 광을 조사하여, 상기 양극 활물질을 결정화하는 것을 특징으로 한다.
According to another aspect of the present invention, a method of forming a cathode for a thin film battery includes: (a) depositing a cathode current collector on a substrate; (b) depositing a cathode active material on the cathode current collector using a deposition mask defining a cathode active material formation region; And (c) irradiating light having a wavelength of 580 nm to 950 nm in a state in which a portion where the cathode active material is not deposited is masked by the deposition mask to crystallize the cathode active material.

상기 하나의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 박막전지용 양극 형성 방법은 (a) 투명 내열성 기판 상에 양극 전류 집전체를 증착하는 단계; (b) 양극 활물질 형성 영역을 정의하는 증착 마스크를 이용하여, 상기 양극 전류 집전체 상에 양극 활물질을 증착하는 단계; 및 (c) 상기 증착 마스크를 제거한 상태에서, 상기 양극 활물질이 증착되지 않은 부분에 대한 별도의 마스킹없이 580~950nm 파장을 갖는 광을 조사하여, 상기 양극 활물질을 결정화시키는 것을 특징으로 한다.
According to yet another aspect of the present invention, there is provided a method of forming a cathode for a thin film battery, including: (a) depositing a cathode current collector on a transparent heat resistant substrate; (b) depositing a cathode active material on the cathode current collector using a deposition mask defining a cathode active material formation region; And (c) in the state where the deposition mask is removed, irradiating light having a wavelength of 580 to 950 nm without additional masking on a portion where the cathode active material is not deposited, thereby crystallizing the cathode active material.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 박막전지는 기판; 상기 기판 상에 형성되는 양극 전류 집전체; 및, 상기 양극 전류 집전체 상에 형성되며, 상기 제시된 방법으로 결정화된 양극 활물질;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
A thin film battery according to an embodiment of the present invention for achieving the above another object is a substrate; An anode current collector formed on the substrate; And a cathode active material formed on the cathode current collector and crystallized by the above-described method.

본 발명에 따른 박막전지용 양극 형성 방법은 580~950nm 파장을 갖는 광을 조사하여 양극 활물질을 결정화함으로써 양극 활물질 결정화에 소요되는 시간을 크게 줄일 수 있다. In the method of forming a cathode for a thin film battery according to the present invention, the time required for crystallizing the cathode active material may be greatly reduced by crystallizing the cathode active material by irradiating light having a wavelength of 580 to 950 nm.

또한, 본 발명에 따른 박막전지용 양극 형성 방법은 양극 활물질 증착 마스크를 이용하여 양극 활물질 증착과 결정화를 동시에 혹은 순차적으로 수행할 수 있다. In addition, the method of forming a cathode for a thin film battery according to the present invention may simultaneously or sequentially perform cathode active material deposition and crystallization using a cathode active material deposition mask.

또한, 본 발명에 따른 박막전지용 양극 형성 방법은 투명 폴리이미드, 투명 그래핀과 같이 근적외선의 투과가 가능한 투명 내열성 물질을 포함하는 재질로 형성된 기판을 이용할 경우, 광 조사시 양극 활물질이 증착되지 않은 부분을 별도로 마스킹하지 않아도 기판의 변형이 발생하지 않는 장점이 있다.
In addition, in the method of forming a cathode for a thin film battery according to the present invention, when a substrate formed of a material including a transparent heat resistant material capable of transmitting near infrared rays, such as transparent polyimide and transparent graphene, a portion where the cathode active material is not deposited during light irradiation There is an advantage that the deformation of the substrate does not occur even if not separately masked.

도 1은 본 발명에 따른 박막전지에서, 양극 부분을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 박막전지용 양극 형성 방법을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막전지용 양극 형성 방법을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 박막전지용 양극 형성 방법을 개략적으로 나타낸 것이다.
1 schematically shows a positive electrode portion in a thin film battery according to the present invention.
2 schematically shows a method of forming a cathode for a thin film battery according to an embodiment of the present invention.
3 schematically shows a method of forming a cathode for a thin film battery according to another embodiment of the present invention.
Figure 4 schematically shows a method for forming a cathode for a thin film battery according to another embodiment of the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예들 및 도면을 참조하면 명확해질 것이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention, and how to accomplish them, will become apparent with reference to the embodiments and drawings described in detail below.

그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.However, it is to be understood that the present invention is not limited to the disclosed embodiments, but may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. It is intended that the disclosure of the present invention be limited only by the terms of the appended claims.

이하에서는, 본 발명에 따른 박막전지용 양극 형성 방법 및 그 방법으로 제조된 박막전지에 대하여 상세히 설명한다.
Hereinafter, a method of forming a cathode for a thin film battery and a thin film battery manufactured by the method according to the present invention will be described in detail.

도 1은 본 발명에 따른 박막전지에서, 양극 부분을 개략적으로 나타낸 것이다.1 schematically shows a positive electrode portion in a thin film battery according to the present invention.

박막전지는 도 1에 도시된 바와 같이, 기판(110) 상에 형성되는 양극 전류 집전체(120) 및 양극 활물질(130)을 포함한다. 또한, 도면에 도시하지는 않았으나, 박막전지는 음극 전류 집전체와 음극 활물질, 전해질 등을 더 포함한다. As illustrated in FIG. 1, the thin film battery includes a cathode current collector 120 and a cathode active material 130 formed on the substrate 110. In addition, although not shown in the drawings, the thin film battery further includes a negative electrode current collector, a negative electrode active material, an electrolyte, and the like.

전술한 바와 같이, 양극 활물질은 통상 스퍼터링(Sputtering) 등과 같은 방식으로 형성된다. 증착된 양극 활물질은 비정질에 가까운 결정도를 가지며, 이를 결정화하기 위하여 주로 열처리를 통하여 결정화시키는 과정이 필요하다. As described above, the positive electrode active material is usually formed in a manner such as sputtering or the like. The deposited positive electrode active material has a crystallinity close to amorphous, and in order to crystallize it, a process of crystallizing through heat treatment is necessary.

종래의 양극 활물질 열처리는 주로 전기로에서 30분 내지 1시간 동안 실시되었다. 열처리 시간이 상기와 같이 긴 이유는 열처리 시간이 너무 짧으면 충분한 결정화가 진행되지 못하였기 때문이었다. Conventional cathode active material heat treatment was mainly carried out in an electric furnace for 30 minutes to 1 hour. The reason why the heat treatment time is long as described above was that sufficient crystallization did not proceed if the heat treatment time was too short.

그런데, 전기로 열처리의 경우 상기의 시간 동안 열처리만으로는 양극 활물질의 결정화가 부족한 경우가 많았다. 이에 따라 전기로 열처리를 반복하거나 심지어 4시간 이상의 장시간의 열처리를 수행하게 되는 공정상의 어려움이 있었다.However, in the case of electric furnace heat treatment, crystallization of the positive electrode active material was often insufficient by heat treatment only during the above time. Accordingly, there is a difficulty in the process of repeating the heat treatment of the electric furnace or even performing a long heat treatment of 4 hours or more.

그러나, 상기와 같은 긴 시간 동안의 열처리는 박막전지의 제조 비용 상승을초래하고, 또한, 연화(softening), 산화(oxidizing), 층간확산(inter-diffusion) 등 전지 특성을 저해하는 많은 문제를 야기한다. However, such a long time heat treatment leads to an increase in the manufacturing cost of the thin film battery, and also causes many problems such as softening, oxidizing, and inter-diffusion, which impair battery characteristics. do.

이에 본 발명은 종래의 전기로에서의 양극 활물질의 열처리 대신, 580~950nm 파장을 갖는 광을 양극 활물질에 10초 내외의 짧은 시간동안 조사하여 양극 활물질의 결정화를 진행한다. Therefore, in the present invention, instead of heat treatment of the cathode active material in a conventional electric furnace, light having a wavelength of 580 to 950 nm is irradiated to the cathode active material for a short time of about 10 seconds to proceed with crystallization of the cathode active material.

상기 파장대의 광은 근적외선에 해당된다. 이러한 근적외선은 진공 상태에서 열손실이 거의 없이 피사체로 열 전달이 가능한 특성이 있다. 본 발명에서는 이러한 근적외선의 특징을 최대한 이용하여, 양극 활물질의 결정화를 진행함으로써 박막전지용 양극을 형성한다. Light in the wavelength band corresponds to near infrared rays. Such near-infrared rays are capable of transferring heat to a subject with little heat loss in a vacuum. In the present invention, by utilizing the characteristics of the near infrared to the maximum, the positive electrode active material is crystallized to form a positive electrode for a thin film battery.

이하, 본 발명에 따른 박막전지용 양극 형성 방법에 대하여 설명하기로 한다.
Hereinafter, a method of forming a cathode for a thin film battery according to the present invention will be described.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 박막전지용 양극 형성 방법을 개략적으로 나타낸 것이다. 도 2에 도시된 실시예는 양극 활물질 증착 마스크를 이용하면서 아울러 양극 활물질 증착과 근적외선을 이용한 결정화를 동시에 수행하는 방법에 해당한다. 2 schematically shows a method of forming a cathode for a thin film battery according to an embodiment of the present invention. The embodiment shown in FIG. 2 corresponds to a method of simultaneously performing positive electrode active material deposition and crystallization using near infrared rays while using a positive electrode active material deposition mask.

도 2를 참조하면, 도시된 박막전지용 양극 형성 방법은 양극 전류 집전체 증착 단계(S210) 및 양극활물질 증착/결정화 단계(S220)를 포함한다. Referring to FIG. 2, the anode forming method for a thin film battery includes a cathode current collector deposition step S210 and a cathode active material deposition / crystallization step S220.

양극 전류 집전체 증착 단계(S210)에서는 기판 상에 복수의 전지 셀을 형성하기 위하여 정해진 패턴으로 양극 전류 집전체를 형성한다. In the positive electrode current collector deposition step (S210), a positive electrode current collector is formed in a predetermined pattern to form a plurality of battery cells on a substrate.

우선, 기판은 세라믹 기판, 내열성 고분자 기판, 금속 기판 등 다양한 재질의 기판이 이용될 수 있다. First, a substrate of various materials such as a ceramic substrate, a heat resistant polymer substrate, and a metal substrate may be used.

내열성 고분자 기판은 폴리아미드이미드(PAI), 폴리이미드(PI), 4불화에틸렌수지(PTFE), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리아릴레이트(PAR), 폴리에테르술폰(PES), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리술폰(PSF) 등의 재질로 형성된 기판을 이용할 수 있다. Heat-resistant polymer substrates include polyamideimide (PAI), polyimide (PI), ethylene tetrafluoride (PTFE), polyether ether ketone (PEEK), polyarylate (PAR), polyether sulfone (PES), polyetherimide A substrate formed of a material such as (PEI), polyphenylene sulfide (PPS), polysulfone (PSF), or the like can be used.

또한, 세라믹 기판은 운모 기판, 운모를 포함하는 재질로 형성된 기판 등이 이용될 수 있다. In addition, the ceramic substrate may be a mica substrate, a substrate formed of a material including mica.

양극 전류 집전체는 스퍼터링 등의 방식으로, 기판 상에 수십 nm 내지 수백 nm 정도의 두께로 형성될 수 있다. The positive electrode current collector may be formed on the substrate in a thickness of about several tens of nm to several hundred nm by sputtering or the like.

이러한 양극 전류 집전체는 전도성이 우수한, ITO(Indium Tin Oxide), 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 구리(Cu), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 철(Fe), 코발트(Co), 망간(Mn), 스테인레스 스틸, 하스텔로이, 인코넬 등의 재질로 단층 혹은 다층으로 형성될 수 있다.
These anode current collectors are excellent in conductivity: indium tin oxide (ITO), silver (Ag), gold (Au), platinum (Pt), palladium (Pd), aluminum (Al), nickel (Ni), copper (Cu) ), Titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), iron (Fe), cobalt (Co), manganese (Mn), stainless steel, Hastelloy, Inconel, etc. have.

양극활물질 증착/결정화 단계(S220)에서는 양극 전류 집전체 상에 양극 활물질을 스퍼터링 방식 등으로 증착한다. 이때, 양극 활물질 형성 영역을 정의하는 증착 마스크를 이용한다. In the cathode active material deposition / crystallization step (S220), a cathode active material is deposited on a cathode current collector by sputtering or the like. At this time, a deposition mask defining a positive electrode active material formation region is used.

이때, 본 실시예에서는 양극 활물질 증착 과정에서, 580~950nm의 파장을 갖는 광을 조사한다. 이를 통하여, 양극 활물질의 증착 및 결정화를 동시에 수행할 수 있다. At this time, in the present embodiment, the light having a wavelength of 580 ~ 950nm is irradiated in the positive electrode active material deposition process. Through this, deposition and crystallization of the cathode active material may be performed at the same time.

양극 활물질의 증착과 근적외선에 의한 결정화가 동시에 수행되기 위해서는, 내열성이 우수한 소재로 형성된 증착 마스크를 이용하는 것이 바람직하다. 이러한 마스크로는 세라믹 마스크 또는 내열성 재료가 코팅된 금속 마스크를 제시할 수 있다. 이러한 내열성 소재로 형성된 증착 마스크를 이용할 경우, 증착과 동시에 수행되는 근적외선 조사시 기판이 받는 열을 저감시킬 수 있다. In order to simultaneously perform deposition of the cathode active material and crystallization by near infrared rays, it is preferable to use a deposition mask formed of a material having excellent heat resistance. Such a mask can be a ceramic mask or a metal mask coated with a heat resistant material. When using the deposition mask formed of such a heat-resistant material, it is possible to reduce the heat received by the substrate during the near-infrared irradiation performed simultaneously with the deposition.

양극 활물질(230)은 다양한 리튬금속산화물로 수백 nm 내지 수 ㎛ 정도의 두께로 형성될 수 있다. 양극 활물질(230)은 전기화학적 특성이 우수한 LiCoO2로 형성되는 것이 보다 바람직하다. The cathode active material 230 may be formed of various lithium metal oxides to a thickness of several hundred nm to several μm. The cathode active material 230 is more preferably formed of LiCoO 2 having excellent electrochemical properties.

한편, 양극 활물질에 조사되는 광의 파장은 580 ~ 950 nm인 것이 바람직하다. 양극 활물질에 조사되는 파장이 950nm를 초과하는 경우 양극 활물질 내부로 투과되는 열 에너지가 불충분하여 양극 활물질의 결정화가 충분히 이루어지지 않는 문제점이 있다. 또한 충분한 결정화를 위해서 조사시간을 증가시킬 경우, 양극 활물질의 표면산화의 문제점이 발생하게 된다. 반대로 양극 활물질에 조사되는 파장이 580nm 미만인 경우, 열에너지의 전달 효율이 낮아 양극 활물질의 결정화가 진행되지 않는 문제점이 있다.
On the other hand, it is preferable that the wavelength of the light irradiated to a positive electrode active material is 580-950 nm. When the wavelength irradiated on the positive electrode active material exceeds 950 nm, there is a problem in that the crystallization of the positive electrode active material is not sufficiently performed due to insufficient thermal energy transmitted into the positive electrode active material. In addition, when the irradiation time is increased for sufficient crystallization, a problem of surface oxidation of the positive electrode active material occurs. On the contrary, when the wavelength irradiated on the positive electrode active material is less than 580 nm, there is a problem in that crystallization of the positive electrode active material does not proceed due to low heat energy transfer efficiency.

한편, 상기 양극 활물질의 증착장치와 열처리 장치는 동일한 챔버로 구성될 수 있다. 따라서 양극 활물질의 증착과 동시에 열처리를 수행할 수도 있고, 양극 활물질의 증착이 완료된 후 열처리에 적절한 공정조건으로 변경하여 연속적으로 열처리를 진행할 수 있다.Meanwhile, the deposition apparatus and the heat treatment apparatus of the cathode active material may be configured of the same chamber. Therefore, the heat treatment may be performed simultaneously with the deposition of the positive electrode active material, and after the deposition of the positive electrode active material is completed, the heat treatment may be continuously performed by changing the process conditions suitable for the heat treatment.

상기 양극 활물질의 증착과 동시에 열처리를 수행할 경우 상대적으로 적은 광 에너지로도 결정화를 수행할 수 있는 장점이 있으며, 상기 증착이 완료된 후 열처리에 적절한 공정조건으로 결정화를 수행할 경우 공정 재현성이 향상되어 바람직하다.When the heat treatment is performed simultaneously with the deposition of the cathode active material, there is an advantage in that crystallization can be performed with relatively low light energy. When the crystallization is performed under the appropriate process conditions for heat treatment after the deposition is completed, the process reproducibility is improved. desirable.

이때, 증착장치는 독립 챔버 내에 수용되고, 독립 챔버는 밀폐되어 있을 수 있다. 이 경우, 증착장치와 독립 챔버가 일체화될 수 있으며, 독립 챔버를 통하여 증착장치에 공정 가스 주입 및 진공 배기가 이루어질 수 있다.
In this case, the deposition apparatus may be accommodated in the independent chamber, and the independent chamber may be sealed. In this case, the deposition apparatus and the independent chamber may be integrated, and process gas injection and vacuum evacuation may be performed to the deposition apparatus through the independent chamber.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막전지용 양극 형성 방법을 개략적으로 나타낸 것이다. 도 3에 도시된 실시예는 양극 활물질 증착 후, 증착 마스크를 유지한 상태에서 근적외선을 이용하여 양극 활물질을 결정화하는 것을 나타낸다. 3 schematically shows a method of forming a cathode for a thin film battery according to another embodiment of the present invention. 3 shows that after the deposition of the cathode active material, the cathode active material is crystallized using near infrared rays while the deposition mask is maintained.

도 3을 참조하면, 도시된 박막전지용 양극 형성 방법은 양극 전류 집전체 증착 단계(S310), 양극 활물질 증착 단계(S320) 및 양극 활물질 결정화 단계(S330)를 포함한다. Referring to FIG. 3, the anode forming method for a thin film battery includes a cathode current collector deposition step S310, a cathode active material deposition step S320, and a cathode active material crystallization step S330.

양극 전류 집전체 증착 단계(S310)에서는 기판 상에 양극 전류 집전체를 증착한다. 다음으로, 양극 활물질 증착 단계(S320)에서는 양극 활물질 형성 영역을 정의하는 증착 마스크를 이용하여, 양극 전류 집전체 상에 양극 활물질을 증착한다. 다음으로, 양극 활물질 결정화 단계(S330)에서는 증착 마스크에 의해, 양극 활물질이 증착되지 않은 부분이 마스킹된 상태에서, 580~950nm 파장을 갖는 광을 조사함으로써 상기 양극 활물질을 결정화한다. In the positive electrode current collector deposition step (S310), a positive electrode current collector is deposited on the substrate. Next, in the positive electrode active material deposition step (S320), a positive electrode active material is deposited on the positive electrode current collector using a deposition mask defining a positive electrode active material formation region. Next, in the cathode active material crystallization step (S330), the cathode active material is crystallized by irradiating light having a wavelength of 580 nm to 950 nm by a deposition mask on a portion where the cathode active material is not deposited.

본 실시예의 경우, 양극 활물질 증착 후에 별도의 공정으로 양극 활물질을 결정화하는 점을 제외하고는 도 2에 도시된 실시예와 동일한 방법을 통하여 박막전지용 양극을 형성하는 것이라 볼 수 있다. In the present embodiment, except that the cathode active material is crystallized by a separate process after deposition of the cathode active material, it can be seen to form a cathode for a thin film battery through the same method as the embodiment shown in FIG. 2.

도 2에 도시된 실시예의 경우, 양극 활물질의 증착 및 결정화를 동시에 수행하므로, 박막전지 제조 공정을 단순화할 수 있다. 반면, 도 3에 도시된 실시예의 경우, 증착이 완료된 양극 활물질을 결정화하는 것이므로 광 조사 시간 등의 조절을 통하여 양극 활물질의 결정화도를 더욱 높일 수 있다. In the embodiment shown in Figure 2, since the deposition and crystallization of the positive electrode active material is performed at the same time, it is possible to simplify the thin film battery manufacturing process. On the other hand, in the embodiment shown in Figure 3, since the deposition of the positive electrode active material is complete deposition, the crystallinity of the positive electrode active material can be further increased by adjusting the light irradiation time.

광 조사에 의한 양극 활물질의 결정화는 승온 단계와 유지 단계를 포함하여실시될 수 있다. Crystallization of the positive electrode active material by light irradiation may be performed including a temperature raising step and a holding step.

승온 단계에서는 일정시간 동안 광 조사를 통하여 양극 활물질을 미리 정해진 온도, 즉 양극 활물질의 결정화 온도까지 승온한다. 승온은 500 ~ 700℃까지 이루어지는 것이 바람직하다. 승온이 500℃ 미만의 온도까지만 이루어질 경우 양극 활물질의 결정화가 불충분할 수 있으며, 반대로 승온이 700℃를 초과하는 온도까지 이루어질 경우 양극 활물질이 기판으로부터 박리될 수 있다. In the temperature raising step, the cathode active material is heated up to a predetermined temperature, that is, the crystallization temperature of the cathode active material through light irradiation for a predetermined time. It is preferable that temperature rising consists of 500-700 degreeC. When the temperature rises only to a temperature of less than 500 ℃ may be insufficient crystallization of the positive electrode active material, on the contrary, when the temperature rises to a temperature exceeding 700 ℃ may be a positive electrode active material peeled off from the substrate.

한편, 양극 활물질의 경우, 급격한 온도변화에 의해 크랙이나 이상성장과 같은 결함이 발생할 수 있다. 따라서, 승온 단계에서는 양극 활물질이 급격히 승온되지 않도록 하는 것이 중요하며, 이는 승온을 위한 광 조사 시간이나 승온 속도 등의 조절을 통하여 가능하다. On the other hand, in the case of the positive electrode active material, defects such as cracks or abnormal growth may occur due to rapid temperature changes. Therefore, it is important that the cathode active material is not rapidly heated in the temperature rising step, and this is possible through adjustment of light irradiation time or temperature increase rate for temperature increase.

상기 승온을 위한 광 조사 시간은 5~120초인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 30~120초를 제시할 수 있다. 광 조사 시간이 5초 미만인 경우 양극 활물질 결정화 온도까지 도달하기 위해서는 승온 속도를 매우 높게 설정하여야 하므로 양극 활물질의 급격한 승온에 의한 결함이 발생할 수 있다. 반대로, 광 조사 시간이 120초 이상일 경우 기판에 누적된 열에 의한 변형이 발생할 수 있다.The light irradiation time for the temperature increase is preferably 5 to 120 seconds, more preferably 30 to 120 seconds can be presented. When the light irradiation time is less than 5 seconds, in order to reach the cathode active material crystallization temperature, the temperature rising rate should be set very high, so that defects due to rapid temperature rise of the cathode active material may occur. On the contrary, when the light irradiation time is 120 seconds or more, deformation due to heat accumulated on the substrate may occur.

상기 승온 속도는 5~60℃/sec인 것이 바람직하다. 승온 속도가 5℃/sec 미만일 경우, 상대적으로 승온시간이 매우 길어지므로, 생산성이 저하될 수 있다. 반대로, 승온 속도가 60℃/sec를 초과하는 경우, 양극 활물질의 급격한 승온에 의한 결함이 발생할 수 있다. It is preferable that the said temperature increase rate is 5-60 degreeC / sec. When the temperature increase rate is less than 5 ° C / sec, since the temperature increase time is relatively long, productivity may be reduced. On the contrary, when the temperature increase rate exceeds 60 ° C / sec, a defect may occur due to the rapid temperature increase of the positive electrode active material.

승온 후, 유지 단계에서는 광 조사를 통하여 정해진 양극 활물질 결정화 온도를 유지하면서 양극 활물질을 결정화한다. After the temperature increase, in the holding step, the cathode active material is crystallized while maintaining a predetermined cathode active material crystallization temperature through light irradiation.

본 단계에서는 광을 5~30초 동안 조사하는 것이 바람직하다. 광의 조사 시간이 5초 미만인 경우 양극 활물질의 충분한 결정화가 진행되기 어렵다. 반대로, 광의 조사 시간이 30초를 초과하는 경우에는 더 이상의 결정화없이 과다한 열 에너지에 의한 양극 활물질 박리 및 기판 열 손상 등의 문제점이 발생할 수 있다.
In this step, it is preferable to irradiate light for 5-30 seconds. When light irradiation time is less than 5 second, sufficient crystallization of a positive electrode active material does not advance easily. On the contrary, when the irradiation time of light exceeds 30 seconds, problems such as peeling of the positive electrode active material due to excessive thermal energy and substrate thermal damage may occur without further crystallization.

한편, 양극 활물질의 결정화는 대기 중에서도 실시될 수 있지만, 공정 재현성 측면에서는 비활성 가스 및 산소 가스를 포함하는 혼합 가스 분위기에서 실시되는 것이 더 바람직하다. 비활성 가스는 아르곤 가스나 질소 가스가 될 수 있으며, 이들이 혼합된 가스도 이용될 수 있다. On the other hand, the crystallization of the positive electrode active material may be carried out in the air, but in terms of process reproducibility, it is more preferable to be carried out in a mixed gas atmosphere containing an inert gas and oxygen gas. The inert gas may be argon gas or nitrogen gas, and a gas mixed with them may also be used.

상기 비활성 가스 및 산소 가스를 포함하는 혼합 가스는 비활성 가스 : 산소 가스가 부피비로 8 : 1 ~ 10 : 1인 것이 바람직하고, 가장 바람직하게는 9 : 1을 제시할 수 있다. 산소 가스의 비율이 상기 조건을 초과하는 경우 양극 활물질의 표면 산화가 발생하여 전지의 저항이 증가하게 되고, 산소 가스의 비율이 상기 조건 미만인 경우 양극 활물질내의 조성비가 불균질하게 되어 양극활물질의 용량 특성 저하를 초래하게 된다.
In the mixed gas including the inert gas and the oxygen gas, the inert gas: oxygen gas is preferably in a volume ratio of 8: 1 to 10: 1, and most preferably 9: 1. If the ratio of oxygen gas exceeds the above conditions, the surface oxidation of the positive electrode active material occurs and the resistance of the battery increases, and if the ratio of oxygen gas is less than the above conditions, the composition ratio in the positive electrode active material becomes heterogeneous, which causes the capacity characteristics of the positive electrode active material. Will cause degradation.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 박막전지용 양극 형성 방법을 개략적으로 나타낸 것이다. 도 4에 도시된 실시예는 양극 활물질 증착 후, 증착 마스크를 제거한 상태에서 근적외선을 이용하여 양극 활물질을 결정화하는 것을 나타낸다. Figure 4 schematically shows a method for forming a cathode for a thin film battery according to another embodiment of the present invention. 4 shows that after the deposition of the cathode active material, the cathode active material is crystallized using near infrared rays with the deposition mask removed.

도 4를 참조하면, 도시된 박막전지용 양극 형성 방법은 양극 전류 집전체 증착 단계(S410), 양극 활물질 증착 단계(S420) 및 양극 활물질 결정화 단계(S430)를 포함한다. Referring to FIG. 4, the illustrated method for forming a cathode for a thin film battery includes a cathode current collector deposition step S410, a cathode active material deposition step S420, and a cathode active material crystallization step S430.

양극 전류 집전체 증착 단계(S410)에서는 기판 상에 양극 전류 집전체를 증착한다. In the positive electrode current collector deposition step (S410), a positive electrode current collector is deposited on the substrate.

이때, 본 실시예에서는 투명 폴리이미드 또는 투명 그래핀과 같은 투명 내열성 물질을 포함하는 재질로 형성된 투명 내열성 기판을 이용한다. 그 이유는 본 실시예의 경우, 후술하는 양극 활물질 결정화 단계(S430)에서 증착 마스크를 이용하지 않는 바, 기판에 광이 흡수되는 것을 방지하기 위함이다. In this embodiment, the transparent heat resistant substrate formed of a material including a transparent heat resistant material such as transparent polyimide or transparent graphene is used. The reason is that the present embodiment does not use the deposition mask in the cathode active material crystallization step (S430), which will be described later, to prevent light from being absorbed by the substrate.

양극 활물질 증착 단계(S420)에서는 양극 활물질 형성 영역을 정의하는 증착 마스크를 이용하여, 양극 전류 집전체 상에 양극 활물질을 증착한다.  In the cathode active material deposition step (S420), a cathode active material is deposited on a cathode current collector using a deposition mask defining a cathode active material formation region.

양극 활물질 결정화 단계(S430)에서는 증착 마스크를 제거한 상태에서, 양극 활물질이 증착되지 않은 부분에 대한 별도의 마스킹없이 580~950nm 파장을 갖는 광을 조사하여, 양극 활물질을 결정화시킨다. In the cathode active material crystallization step (S430), the cathode active material is crystallized by irradiating light having a wavelength of 580 nm to 950 nm without masking a portion where the cathode active material is not deposited, in a state where the deposition mask is removed.

광 조사에 의한 양극 활물질 결정화 과정은 도 3에 도시된 실시예와 동일하므로, 본 실시예에서는 그 상세한 설명을 생락하기로 한다.
Since the positive electrode active material crystallization process by light irradiation is the same as the embodiment shown in Figure 3, the detailed description thereof will be omitted in this embodiment.

통상의 폴리이미드 기판은 황색으로, 근적외선을 흡수하는 특성이 있다. 이 경우, 증착 마스크를 제거한 상태에서 근적외선을 이용한 결정화를 진행하면 근적외선의 열이 폴리이미드 기판에 흡수되어 기판의 변형을 가져올 수 있다. 따라서, 이러한 경우에는 양극 활물질이 증착되지 않은 부분에 별도의 마스킹이 요구되었다. A normal polyimide substrate is yellow and has a property of absorbing near infrared rays. In this case, when the crystallization using near infrared rays is performed in a state where the deposition mask is removed, heat of the near infrared rays may be absorbed by the polyimide substrate, resulting in deformation of the substrate. Therefore, in this case, separate masking is required on the portion where the cathode active material is not deposited.

그러나, 본 실시예에서와 같이, 투명 폴리이미드 또는 투명 그래핀을 포함하는 투명 내열성 기판을 이용할 경우, 양극 활물질의 결정화를 위하여 조사되는 광이 기판을 그대로 투과한다. 따라서, 양극 활물질이 증착되지 않은 부분을 별도로 마스킹(masking)하지 않더라도 기판의 변형이 발생하지 않는다. However, when using a transparent heat resistant substrate including transparent polyimide or transparent graphene, as in the present embodiment, light irradiated for crystallization of the positive electrode active material passes through the substrate as it is. Therefore, deformation of the substrate does not occur even if a portion in which the cathode active material is not deposited is not separately masked.

상기와 같은 과정을 통하여, 양극 전류 집전체 및 양극 활물질을 포함하는 박막전지를 제조할 수 있다.
Through the above process, a thin film battery including a positive electrode current collector and a positive electrode active material may be manufactured.

한편, 도 2 내지 도 4에 도시된 방법으로 결정화되는 양극 활물질은 LiCoO2 등의 리튬금속산화물로 형성될 수 있으며, 전기화학적 특성이 우수한 LiCoO2로 형성되는 것이 보다 바람직하다. On the other hand, Fig. 2, and to be formed of a lithium metal oxide cathode active material such as LiCoO 2 is crystallized by the method shown in Figure 4, it is more preferable that the electro-chemical properties superior to form LiCoO 2.

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실시예Example

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명에 따른 박막전지 제조 방법의 특성에 대하여 살펴보기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다. Hereinafter, the characteristics of the thin film battery manufacturing method according to the present invention through the preferred embodiment of the present invention. It is to be understood, however, that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed in a limiting sense.

여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
Details that are not described herein will be omitted since those skilled in the art can sufficiently infer technically.

1. 박막전지의 제조1. Manufacturing of thin film battery

(1) 실시예 1(1) Example 1

황색 폴리이미드 재질의 기판 상에 양극 전류 집전체로 Ti(대략 150nm), 인코넬(대략 90nm) 및 Pt(대략 10nm)를 순차적으로 증착하였다. Ti (approximately 150 nm), Inconel (approximately 90 nm) and Pt (approximately 10 nm) were deposited sequentially as an anode current collector on a substrate made of yellow polyimide.

이후, 양극 전류 집전체 상부를 제외하고는 세라믹 재질의 마스크로 마스킹을 한 후, 스퍼터링 방식으로 LiCoO2를 대략 4㎛ 두께로 증착하였다. LiCoO2의 증착과 동시에 근적외선 조사 장치(얼라이드레이테크놀로지 주식회사 제조)를 이용하여 600nm의 평균 파장을 갖는 근적외선을 조사하였다. Then, after masking with a mask made of a ceramic material except the upper portion of the positive electrode current collector, LiCoO 2 was deposited to a thickness of about 4 μm by a sputtering method. Simultaneously with the deposition of LiCoO 2 , a near infrared ray having an average wavelength of 600 nm was irradiated using a near infrared ray irradiation apparatus (manufactured by Allied Ray Technology, Inc.).

양극 활물질을 제조한 후, 고체 전해질로 LiPON 박막을 대략 2㎛ 두께로 증착하였다. 고체 전해질 위에 음극 전류 집전체로 Cu계 합금 박막을 대략 350nm 두께로 증착하고, 그 위에 음극 활물질로 리튬을 대략 2㎛ 두께로 증착하여, 박막전지를 제조하였다.
After preparing the positive electrode active material, a LiPON thin film was deposited to a thickness of about 2 μm with a solid electrolyte. A Cu-based alloy thin film was deposited to a thickness of approximately 350 nm with a negative electrode current collector on the solid electrolyte, and lithium was deposited to a thickness of approximately 2 μm with a negative electrode active material thereon, thereby manufacturing a thin film battery.

(2) 실시예 2(2) Example 2

황색 폴리이미드 재질의 기판 상에 양극 전류 집전체로 Ti(대략 150nm), 인코넬(대략 90nm) 및 Pt(대략 10nm)를 순차적으로 증착하였다. Ti (approximately 150 nm), Inconel (approximately 90 nm) and Pt (approximately 10 nm) were deposited sequentially as an anode current collector on a substrate made of yellow polyimide.

이후, 양극 전류 집전체 상부를 제외하고는 세라믹 재질의 마스크로 마스킹을 한 후, 스퍼터링 방식으로 LiCoO2를 대략 4㎛ 두께로 증착하였다.Then, after masking with a mask made of a ceramic material except the upper portion of the positive electrode current collector, LiCoO 2 was deposited to a thickness of about 4 μm by a sputtering method.

이후, 상기의 마스킹을 유지한 상태에서, 근적외선 조사 장치(얼라이드레이테크놀로지 주식회사 제조)를 이용하여 증착된 LiCoO2를 600nm의 평균 파장을 갖는 근적외선으로 30초 동안 600℃까지 승온 및 15초 동안 유지하여 LiCoO2를 결정화하였다.
Subsequently, while maintaining the above masking, LiCoO 2 deposited using a near infrared irradiation device (manufactured by Allied Ray Technology, Inc.) was heated to 600 ° C. for 30 seconds and maintained for 15 seconds in near infrared with an average wavelength of 600 nm. LiCoO 2 was crystallized.

(3) 실시예 3(3) Example 3

투명 폴리이미드 재질의 기판 상에 양극 전류 집전체로 Ti(대략 150nm), 인코넬(대략 90nm) 및 Pt(대략 10nm)를 순차적으로 증착하였다. Ti (approximately 150 nm), Inconel (approximately 90 nm) and Pt (approximately 10 nm) were sequentially deposited on the substrate made of transparent polyimide with an anode current collector.

이후, 양극 전류 집전체 상부를 제외하고는 세라믹 재질의 마스크로 마스킹을 한 후, 스퍼터링 방식으로 LiCoO2를 대략 4㎛ 두께로 증착하였다.Then, after masking with a mask made of a ceramic material except the upper portion of the positive electrode current collector, LiCoO 2 was deposited to a thickness of about 4 μm by a sputtering method.

이후, 상기의 마스킹을 제거한 상태에서, 근적외선 조사 장치(얼라이드레이테크놀로지 주식회사 제조)를 이용하여 증착된 LiCoO2를 600nm의 평균 파장을 갖는 근적외선으로 30초 동안 600℃까지 승온 및 15초 동안 유지하여 LiCoO2를 결정화하였다.
Thereafter, in the state where the masking was removed, LiCoO 2 deposited using a near infrared irradiation device (manufactured by Allied Ray Technology, Inc.) was heated to 600 ° C. for 30 seconds and maintained for 15 seconds in near infrared with an average wavelength of 600 nm. 2 crystallized.

(4) 비교예 1(4) Comparative Example 1

양극활물질 증착 및 결정에 이용되는 마스크로 금속합금 재질의 마스크를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 박막전지를 제조하였다.
A thin film battery was manufactured under the same conditions as in Example 1 except that a metal alloy mask was used as a mask used for depositing and determining the cathode active material.

(5) 비교예 2(5) Comparative Example 2

기판으로 황색 폴리이미드 기판을 이용한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 조건으로 박막전지를 제조하였다.
A thin film battery was manufactured under the same conditions as in Example 3, except that a yellow polyimide substrate was used as the substrate.

(6) 비교예 3 (6) Comparative Example 3

기판으로 운모(mica) 기판을 이용하고, 마스킹을 하지 않은 상태로 전기로에서 600℃, 4시간 동안 열처리를 수행하여 양극 활물질을 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 박막전지를 제조하였다.
A thin film battery was manufactured under the same conditions as in Example 1 except that a mica substrate was used and a cathode active material was prepared by performing heat treatment at 600 ° C. for 4 hours in an electric furnace without masking. .

2. 특성 평가2. Characterization

표 1은 실시예 1~3 및 비교예 1~3에 따라 제조된 박막전지의 특성을 나타낸 것이다.Table 1 shows the characteristics of the thin film batteries prepared according to Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3.

기판의 변형 여부는 열처리에 의하여 기판의 휨 발생이 있는지 여부를 육안으로 평가하여, 기판의 휨 발생이 있는 경우 O로 나타내고, 기판의 휨 발생이 없는 경우 X로 나타내었다. The deformation of the substrate was visually evaluated whether there was warpage of the substrate by heat treatment, and indicated by O when the warpage occurred, and by X when there was no warpage of the substrate.

양극 활물질 열손상 여부는 LiCoO2 박막의 박리가 발생하였는지 여부로 평가하였다. LiCoO2 박막의 박리가 발생한 경우 O로 나타내고, LiCoO2 박막의 박리가 발생하지 않은 경우 X로 나타내었다. Thermal damage of the positive electrode active material was evaluated by whether peeling of the LiCoO 2 thin film occurred. When peeling of the LiCoO2 thin film occurred, it was represented by O, and when peeling of the LiCoO2 thin film did not occur, it was represented by X.

전지 특성은 초기 4.2V로 충전 후, 전압이 급격히 저하되는 지점까지의 평균 방전용량(㎂h)으로 평가하였으며, 평균 방전용량이 높을수록 결정화도가 더 높은 것이라 볼 수 있다. The battery characteristics were evaluated by the average discharge capacity (h) up to the point where the voltage suddenly drops after charging to the initial 4.2V, it can be seen that the higher the average discharge capacity is the higher the crystallinity.

[표 1][Table 1]

Figure 112011049997903-pat00001
Figure 112011049997903-pat00001

표 1을 참조하면, 양극 활물질 형성을 위한 증착 마스크로 세라믹 재질의 마스크를 이용하고, 이를 근적외선에 대한 마스크로 활용한 실시예 1 및 실시예 2의 경우, 기판의 변형이 발생하지 않았다. 그러나, 금속합금 재질의 마스크를 이용한 비교예 1의 경우 기판의 변형이 발생하였다. 또한, 비교예 1의 경우 양극 활물질의 열손상이 발생하여 전지 구동이 되지 않았다.Referring to Table 1, in Examples 1 and 2 in which a ceramic mask was used as a deposition mask for forming a cathode active material and used as a mask for near infrared rays, deformation of the substrate did not occur. However, in Comparative Example 1 using a metal alloy mask, deformation of the substrate occurred. In addition, in Comparative Example 1, thermal damage of the positive electrode active material occurred, and thus battery driving was not performed.

또한, 투명 폴리이미드 기판을 이용하고, 증착 마스크를 제거한 상태에서 근적외선을 이용한 양극 활물질 결정화를 실시한 실시예 3의 경우, 기판의 변형이 발생하지 않았다. 그러나, 동일한 조건에서 황색 폴리이미드 기판을 이용한 비교예 2의 경우 기판의 변형이 발생하였다. In addition, in Example 3 in which the positive electrode active material crystallization using near infrared ray was performed using the transparent polyimide substrate and the vapor deposition mask was removed, the deformation of the substrate did not occur. However, in Comparative Example 2 using a yellow polyimide substrate under the same conditions, deformation of the substrate occurred.

또한, 실시예 1 ~ 3에 따라 제조된 박막전지의 경우, 평균방전용량이 대략 530㎂h로, 이는 기존 전기로에서 1시간동안 열처리를 실시한 비교예 3의 경우보다 우수한 방전용량을 나타내었다. 기존 전기로에서는 무려 4시간이나 소요되어 양극활물질의 조성 변화로 인한 용량 손실이 발생되었으나, 실시예 2 ~ 3의 경우 열처리 시간이 대략 10초 내외로 양극 활물질의 결정화에 소요되는 시간이 크게 단축되었다.
In addition, in the case of the thin film batteries manufactured according to Examples 1 to 3, the average discharge capacity was about 530mAh, which showed a better discharge capacity than that of Comparative Example 3, which was heat treated for 1 hour in the existing electric furnace. In the existing electric furnace, it takes about 4 hours, but a capacity loss occurred due to the change in composition of the positive electrode active material. However, in Examples 2 to 3, the time required for crystallization of the positive electrode active material was greatly shortened to about 10 seconds.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
Although the embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited to the above embodiments and can be modified in various forms, and having ordinary skill in the art to which the present invention pertains. It will be understood by those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.

110 : 운모 기판
120 : 양극 전류 집전체
130 : 양극 활물질
S210, S310, S410 : 양극 전류 집전체 증착 단계
S220 : 양극활물질 증착/결정화 단계
S320, S420 : 양극 활물질 증착 단계
S330, S430 : 양극 활물질 결정화 단계110: mica substrate
120: anode current collector
130: positive electrode active material
S210, S310, S410: anode current collector deposition step
S220: anode material deposition / crystallization step
S320, S420: positive electrode active material deposition step
S330, S430: crystallization step of the positive electrode active material

Claims (31)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete (a) 기판 상에 양극 전류 집전체를 증착하는 단계;
(b) 양극 활물질 형성 영역을 정의하는 증착 마스크를 이용하여, 상기 양극 전류 집전체 상에 양극 활물질을 증착하는 단계; 및
(c)상기 증착 마스크에 의해, 양극 활물질이 증착되지 않은 부분이 마스킹된 상태에서, 580~950nm 파장을 갖는 광을 조사하여, 상기 양극 활물질을 결정화하는 것을 특징으로 하는 박막전지용 양극 형성 방법.
(a) depositing a positive current collector on the substrate;
(b) depositing a cathode active material on the cathode current collector using a deposition mask defining a cathode active material formation region; And
(c) A method of forming a cathode for a thin film battery, wherein the cathode active material is crystallized by irradiating light having a wavelength of 580 to 950 nm in a state where a portion on which the cathode active material is not deposited is masked by the deposition mask.
제6항에 있어서,
상기 기판은
금속 기판, 세라믹 기판 및 내열성 고분자 기판 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 박막전지용 양극 형성 방법.
The method according to claim 6,
The substrate
A method for forming a cathode for a thin film battery, characterized in that selected from a metal substrate, a ceramic substrate and a heat resistant polymer substrate.
제7항에 있어서,
상기 내열성 고분자 기판은
폴리아미드이미드(PAI), 폴리이미드(PI), 4불화에틸렌수지(PTFE), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리아릴레이트(PAR), 폴리에테르술폰(PES), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리페닐렌설파이드(PPS) 및 폴리술폰(PSF) 중에서 선택되는 재질로 형성된 기판인 것을 특징으로 하는 박막전지용 양극 형성 방법.
The method of claim 7, wherein
The heat resistant polymer substrate is
Polyamideimide (PAI), polyimide (PI), ethylene tetrafluoride (PTFE), polyether ether ketone (PEEK), polyarylate (PAR), polyether sulfone (PES), polyetherimide (PEI), A method for forming a cathode for a thin film battery, characterized in that the substrate is formed of a material selected from polyphenylene sulfide (PPS) and polysulfone (PSF).
제7항에 있어서,
상기 세라믹 기판은
운모 기판 또는 운모를 포함하는 재질로 형성된 기판인 것을 특징으로 하는 박막전지용 양극 형성 방법.
The method of claim 7, wherein
The ceramic substrate
A cathode forming method for a thin film battery, characterized in that the substrate is formed of a mica substrate or a material containing mica.
제6항에 있어서,
상기 증착 마스크는
세라믹 또는 내열성 재료가 코팅된 금속 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 박막전지용 양극 형성 방법.
The method according to claim 6,
The deposition mask is
A method of forming a cathode for a thin film battery, characterized in that the ceramic or heat-resistant material is formed of a coated metal material.
(a) 투명 내열성 기판 상에 양극 전류 집전체를 증착하는 단계;
(b) 양극 활물질 형성 영역을 정의하는 증착 마스크를 이용하여, 상기 양극 전류 집전체 상에 양극 활물질을 증착하는 단계; 및
(c) 상기 증착 마스크를 제거한 상태에서, 상기 양극 활물질이 증착되지 않은 부분에 대한 별도의 마스킹없이 580~950nm 파장을 갖는 광을 조사하여, 상기 양극 활물질을 결정화시키는 것을 특징으로 하는 박막전지용 양극 형성 방법.
(a) depositing a positive current collector on the transparent heat resistant substrate;
(b) depositing a cathode active material on the cathode current collector using a deposition mask defining a cathode active material formation region; And
(c) forming a cathode for a thin film battery, wherein the cathode active material is crystallized by irradiating light having a wavelength of 580 to 950 nm without additional masking on a portion where the cathode active material is not deposited, while the deposition mask is removed. Way.
제11항에 있어서,
상기 투명 내열성 기판은
투명 폴리이미드 또는 투명 그래핀(graphene)을 포함하는 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 박막전지용 양극 형성 방법.
The method of claim 11,
The transparent heat resistant substrate is
A method for forming a cathode for a thin film battery, characterized in that formed of a material containing transparent polyimide or transparent graphene.
제6항 내지 제12항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 (c) 단계는
(c1) 상기 광 조사를 통하여 상기 양극 활물질의 온도를 정해진 온도까지 승온시키는 단계와,
(c2) 상기 광 조사를 통하여 상기 정해진 양극 활물질 결정화 온도를 유지하면서 상기 양극 활물질을 결정화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막전지용 양극 형성 방법.
The method according to any one of claims 6 to 12,
The step (c)
(c1) raising the temperature of the cathode active material to a predetermined temperature through the light irradiation;
(c2) crystallizing the cathode active material while maintaining the crystallization temperature of the cathode active material through the light irradiation.
제13항에 있어서,
상기 (c1) 단계는
상기 광 조사를 통하여, 상기 양극 활물질을 500 ~ 700℃로 승온시키는 것을 특징으로 하는 박막전지용 양극 형성 방법.
The method of claim 13,
Step (c1) is
The cathode forming method for a thin film battery, wherein the cathode active material is heated to 500 to 700 ° C. through the light irradiation.
제14항에 있어서,
상기 (c1) 단계는
상기 광을 5~120초 동안 조사하는 것을 특징으로 하는 박막전지용 양극 형성 방법.
15. The method of claim 14,
Step (c1) is
The anode forming method for a thin film battery, characterized in that for irradiating the light for 5 to 120 seconds.
제15항에 있어서,
상기 (c1) 단계는
상기 광을 30~120초동안 조사하는 것을 특징으로 하는 박막전지용 양극 형성 방법.
16. The method of claim 15,
Step (c1) is
The cathode forming method for a thin film battery, characterized in that for irradiating the light for 30 to 120 seconds.
제14항에 있어서,
상기 (c1) 단계는
상기 양극 활물질이 5~60℃/sec로 승온되도록 상기 광을 조사하는 것을 특징으로 하는 박막전지용 양극 형성 방법.
15. The method of claim 14,
Step (c1) is
And irradiating the light such that the cathode active material is heated to 5 to 60 ° C / sec.
제13항에 있어서,
상기 (c2) 단계는
상기 광을 5~30초 동안 조사하는 것을 특징으로 하는 박막전지용 양극 형성 방법.
The method of claim 13,
Step (c2) is
The anode forming method for a thin film battery, characterized in that for irradiating the light for 5-30 seconds.
제6항 내지 제12항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 양극 활물질은
리튬금속산화물인 것을 특징으로 하는 박막전지용 양극 형성 방법.
The method according to any one of claims 6 to 12,
The positive electrode active material
A method for forming a cathode for a thin film battery, characterized in that the lithium metal oxide.
제6항 내지 제12항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 양극 활물질은
LiCoO2를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막전지용 양극 형성 방법.
The method according to any one of claims 6 to 12,
The positive electrode active material
A method of forming a cathode for a thin film battery, comprising LiCoO 2 .
제6항 내지 제12항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 양극 활물질을 증착하기 위한 장치 및 상기 양극 활물질에 광을 조사하기 위한 장치는 동일한 챔버로 구성되는 것을 특징으로 하는 박막전지용 양극 형성 방법.
The method according to any one of claims 6 to 12,
The apparatus for depositing the cathode active material and the apparatus for irradiating light to the cathode active material comprise a same chamber, characterized in that for forming a cathode for a thin film battery.
제21항에 있어서,
상기 증착장치는 독립 챔버 내에 수용되고,
상기 독립 챔버는 밀폐되어 있는 것을 특징으로 하는 박막전지용 양극 형성 방법.
The method of claim 21,
The deposition apparatus is housed in an independent chamber,
And the independent chamber is hermetically sealed.
제22항에 있어서,
상기 독립 챔버를 통하여, 상기 증착장치에 공정 가스 주입 및 진공 배기가 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막전지용 양극 형성 방법.
The method of claim 22,
Process gas injection and vacuum evacuation to the deposition apparatus through the independent chamber, characterized in that for forming a positive electrode for a thin film battery.
제6항 내지 제12항 중 어느 하나의 항에 있어서,
비활성 가스 및 산소 가스를 포함하는 혼합 가스 분위기에서 상기 양극 활물질의 결정화를 진행하는 것을 특징으로 하는 박막전지용 양극 형성 방법.
The method according to any one of claims 6 to 12,
Crystallization of the positive electrode active material in a mixed gas atmosphere containing an inert gas and oxygen gas, characterized in that for forming a positive electrode for a thin film battery.
제24항에 있어서,
상기 비활성 가스는
아르곤 가스 및 질소 가스 중 1종 이상의 가스인 것을 특징으로 하는 박막전지용 양극 형성 방법.
25. The method of claim 24,
The inert gas is
A method for forming a cathode for a thin film battery, characterized in that at least one of argon gas and nitrogen gas.
제24항에 있어서,
상기 혼합 가스는
비활성 가스 : 산소 가스가 부피비로 8 : 1 ~ 10 : 1인 것을 특징으로 하는 박막전지용 양극 형성 방법.
25. The method of claim 24,
The mixed gas
Inert gas: Oxygen gas in a volume ratio of 8: 1 to 10: 1 anode for a thin film battery, characterized in that.
기판;
상기 기판 상에 형성되는 양극 전류 집전체; 및
상기 양극 전류 집전체 상에 형성되며, 제6항 내지 제12항 중 어느 하나의 항에 기재된 방법으로 결정화된 양극 활물질;을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막전지.
Board;
An anode current collector formed on the substrate; And
And a cathode active material formed on the cathode current collector and crystallized by the method according to any one of claims 6 to 12.
제27항에 있어서,
상기 양극 활물질은
리튬금속산화물인 것을 특징으로 하는 박막전지.
28. The method of claim 27,
The positive electrode active material
Thin film battery, characterized in that the lithium metal oxide.
제28항에 있어서,
상기 양극 활물질은
LiCoO2를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막전지.
29. The method of claim 28,
The positive electrode active material
A thin film battery comprising LiCoO 2 .
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