相關(guān)申請案的交互參考

本申請案主張在2015年1月9日提出申請的美國臨時申請案第62/101,794號的權(quán)益。

本公開內(nèi)容的實施方式大體涉及鋰電池，制造鋰電池的方法，以及用于制造鋰電池的設(shè)備。

背景技術(shù)：

鋰電池通常在第一操作循環(huán)期間遭受不可逆的鋰損失。存在對可容易地適應(yīng)這種鋰損失的改良的鋰電池設(shè)計、制造這些改良電池的方法，以及用于制造這些改良電池的設(shè)備的需要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本公開內(nèi)容描述了用于鋰電池的鋰金屬涂覆分隔件，用于制造所述鋰金屬涂覆分隔件的方法，以及用于制造所述鋰金屬涂覆分隔件的設(shè)備。

根據(jù)一些實施方式，鋰離子電池可包含：正電極；負電極；以及位于正電極與負電極之間的分隔件，所述分隔件涂覆有鋰金屬薄膜，所述鋰金屬薄膜具有小于或等于足以補償在鋰離子電池的第一循環(huán)期間鋰金屬的不可逆損失的厚度。

根據(jù)一些實施方式，制造電池分隔件的方法可包含：在分隔件膜上沉積鋰金屬薄膜，其中鋰金屬薄膜厚度為至少1微米，并且其中所述沉積不填充分隔件膜的孔隙。

根據(jù)一些實施方式，制造鋰金屬涂覆電池分隔件的裝置可包含：卷軸至卷軸系統(tǒng)，用于傳送連續(xù)的分隔件膜通過一個或多個模塊；以及第一模塊，用于在分隔件膜上沉積鋰金屬薄膜，第一模塊經(jīng)配置用于通過從以下工藝組成的群組中選擇的工藝來沉積鋰金屬薄膜：物理氣相沉積、電子束蒸發(fā)、薄膜轉(zhuǎn)移以及狹縫式擠壓沉積(slotdiedeposition)，并且其中第一模塊進一步經(jīng)配置用于在不填充分隔件膜的孔隙的情況下沉積鋰金屬薄膜。

附圖說明

在結(jié)合附圖閱讀本發(fā)明的特定實施方式的以下描述之后，本公開內(nèi)容的這些及其他構(gòu)思和特征對熟悉本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員而言將變得顯而易見，在這些附圖中：

圖1是根據(jù)一些實施方式的鋰離子電池的第一實例的橫截面表示；

圖2是根據(jù)一些實施方式的用于鋰離子電池的經(jīng)涂覆的分隔件的橫截面表示；

圖3是根據(jù)一些實施方式的用于形成涂覆有鋰金屬的分隔件的第一卷筒工具(webtool)；

圖4是根據(jù)一些實施方式的用于形成涂覆有鋰金屬的分隔件的第二卷筒工具；以及

圖5是根據(jù)一些實施方式的用于形成涂覆有鋰金屬的分隔件的第三卷筒工具。

具體實施方式

現(xiàn)將參照附圖詳細描述本公開內(nèi)容的實施方式，這些實施方式提供作為本公開內(nèi)容的說明性實例，以便熟悉本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本公開內(nèi)容。應(yīng)注意，以下附圖和實例并不意欲將本公開內(nèi)容的范圍限制為單一實施方式，而是經(jīng)由互換所描述或圖示的元素中的一些或所有，其他實施方式也是可能的。此外，其中本公開內(nèi)容的某些元素可以使用已知元件部分或完全地實施，將僅描述此類已知元件中用于理解本公開內(nèi)容所必需的部分，并且將省去對此類已知元件的其他部分的詳細描述，以免模糊本公開內(nèi)容。在本公開內(nèi)容中，圖示為單一元件的實施方式不應(yīng)被視為限制，相反地，本公開內(nèi)容意圖包括包含多個相同元件的其他實施方式，并且反之亦然，除非本文以其他方式明確說明。此外，并不意欲將本公開內(nèi)容中的任何術(shù)語歸于罕見的或特定的含義，除非文中明確地闡述為罕見的或特定的含義。此外，本公開內(nèi)容涵蓋在本文以舉例方式提到的所述已知元件的現(xiàn)在和將來的已知的等效物。

根據(jù)一些實施方式，鋰電池可包含正電極、負電極，以及涂覆有鋰金屬薄膜的分隔件。此外，所述鋰金屬薄膜可恰好足以補償在電池的第一循環(huán)期間鋰金屬的不可逆損失，所述鋰金屬薄膜在一些實施方式中可為厚度為1至5微米的鋰金屬薄膜。在一些實施方式中，為了降低電池短路的可能性，鋰金屬薄膜應(yīng)當(dāng)小于或等于補償不可逆損失所需的鋰量，以使得在鋰電池的形成循環(huán)期間所有的鋰金屬薄膜將從分隔件移除到負電極。此外，在分隔件上介于分隔件與鋰金屬薄膜之間可存在陶瓷層。此外，在陶瓷層與鋰金屬薄膜之間可存在阻擋層，其中所述阻擋層是由諸如以下的材料形成的：鋁及鋯的氧化物以及氮氧化物，鋁/硅的氮化物、鋁酸鋰、硝酸鋰、硼酸鋰、鋯酸鑭鋰等。所述阻擋層可起到阻止鋰金屬枝狀晶體(lithiummetaldendrite)的形成,和/或幫助增大分隔件的離子電導(dǎo)率的作用。此外，所述分隔件可具有孔隙并且分隔件中的這些孔隙可用鋰離子傳導(dǎo)聚合物、可溶于液體電解質(zhì)中的粘合劑，或者鋰離子傳導(dǎo)陶瓷材料(其中陶瓷材料在與鋰金屬薄膜界面處為連續(xù)的)填充。

圖1圖示根據(jù)一些實施方式，具有經(jīng)涂覆的分隔件的示例性鋰離子電池結(jié)構(gòu)。電池單元100具有正集電器110、正電極120、經(jīng)涂覆的分隔件130、負電極140，以及負集電器150。應(yīng)注意的是，在圖1中，集電器表示為延伸超出堆疊，但是集電器并非必須延伸超出堆疊，延伸超出堆疊的部分可用作接頭(tab)。分別在正電極和負電極上的集電器110、150可為相同或不同的電子導(dǎo)體。用于集電器的示例性材料為銅、鋁、碳、鎳、金屬合金等。此外，集電器可為任何形狀因數(shù)(formfactor)、形狀以及微觀/宏觀結(jié)構(gòu)。通常，在方形電池單元中，接頭是用與集電器相同的材料形成的，并且可在堆疊制造期間形成或者在之后添加。除集電器110與150之外的所有元件含有鋰離子電解質(zhì)。

舉例來說，在本公開內(nèi)容的鋰離子電池單元的一些實施方式中，鋰在負電極處包含在碳石墨的晶體結(jié)構(gòu)的原子層(lic6)中，并且在正電極處包含在鋰錳氧化物(limno4)或者鋰鈷氧化物(licoo2)中，但是在一些實施方式中，負電極也可包括鋰吸收材料(諸如硅、錫等)。所述電池單元盡管在圖中表示為平面結(jié)構(gòu)，但是也可通過將層的堆疊卷起而形成為圓柱體；此外，可形成其他電池單元構(gòu)造。

灌注在電池單元元件120、130以及140中的電解質(zhì)可由液體/凝膠或者固體聚合物組成并且可各自不同。

圖2更詳細地圖示經(jīng)涂覆的分隔件130的實施方式。經(jīng)涂覆的分隔件130包含：具有孔隙132的分隔件膜131；分隔件膜上的陶瓷涂層133；在陶瓷涂層與鋰金屬薄膜135之間的阻擋層134；以及防護涂層136。在各實施方式中，分隔件通常為由聚烯烴制成的厚度大約為25微米的多孔結(jié)構(gòu)。適用于本公開內(nèi)容的一些實施方式的可商購的分隔件包括例如：由polypore公司(celgard)、東燃化學(xué)公司(toraytonen)(電池分隔件膜(batteryseparatorfilm；bsf))、鮮京能源公司(skenergy)(鋰離子電池分隔件(lithiumionbatteryseparator；libs))、贏創(chuàng)工業(yè)股份有限公司(evonikindustries)(separion)、旭化成株式會社(asahikasei)(hipore)、杜邦公司(dupont)(energain)等生產(chǎn)的多孔聚合分隔件。阻擋層可由諸如鋁酸鋰、硝酸鋰、硼酸鋰等的材料形成。此外，在一些實施方式中，分隔件中的孔隙可用可溶于液體電解質(zhì)中的粘合劑(諸如，混合的碳酸鹽電解質(zhì)等)或者鋰離子傳導(dǎo)聚合物(諸如peo(聚環(huán)氧乙烷)、嵌段共聚物)等填充；孔隙的這種填充可有助于避免在某些鋰金屬沉積方法期間將鋰金屬沉積到孔隙中。在一些實施方式中，鋰沉積在分隔件的面向負(鋰)電極的一側(cè)上。

在一些實施方式中，經(jīng)涂覆的分隔件可包含鋰金屬薄膜和以下內(nèi)容中的一種或多種：陶瓷涂層、阻擋層、防護涂層以及分隔件的孔隙，所述分隔件的孔隙填充有從以下材料組成的群組中選擇的一種或多種材料：鋰離子傳導(dǎo)聚合物、可溶于液體電解質(zhì)中的粘合劑，以及鋰離子傳導(dǎo)陶瓷材料。

根據(jù)一些實施方式，圖2的分隔件可利用以下工藝與設(shè)備來制造。用于制造根據(jù)本公開內(nèi)容的分隔件的卷筒工具(webtool)的不同構(gòu)造示意地圖示于圖3至圖5中——應(yīng)當(dāng)指出的是，這些構(gòu)造為示意性表示的，并且應(yīng)理解卷筒系統(tǒng)及模塊的構(gòu)造可按需要而改變以控制制造工藝的不同步驟。

電池分隔件可使用如本文所描述的本公開內(nèi)容的方法來制造。根據(jù)一些實施方式，制造電池分隔件的方法可包含：在分隔件膜上沉積鋰金屬薄膜；其中可使用pvd(諸如蒸發(fā)、轉(zhuǎn)移工藝或者狹縫式擠壓工藝)沉積鋰金屬薄膜，，并且其中鋰金屬在沉積期間不填充分隔件膜的孔隙。此外，在沉積鋰金屬薄膜之前，可將陶瓷層沉積在分隔件膜上，其中鋰金屬薄膜沉積在所述陶瓷層上。此外，在各實施方式中，在沉積鋰金屬薄膜之前，可沉積鋰離子傳導(dǎo)聚合物、可溶于液體電解質(zhì)中的粘合劑和/或鋰離子傳導(dǎo)陶瓷材料來填充分隔件膜中的孔隙。此外，在各實施方式中，阻擋層可沉積在陶瓷層與鋰金屬薄膜之間，其中阻擋層可由諸如鋁酸鋰、硝酸鋰、硼酸鋰、鋰離子傳導(dǎo)硫化物等的材料形成。此外，鋰金屬膜可涂覆有保護層，諸如碳酸鋰或者氟化鋰，以用于保護鋰金屬不被環(huán)境氧化劑氧化。

鋰金屬涂覆分隔件可使用如本文所描述的本公開內(nèi)容的工具來制造。根據(jù)一些實施方式，用于形成涂覆有鋰金屬的分隔件的卷筒工具可包含：卷軸至卷軸(reeltoreel)系統(tǒng)，用于使分隔件通過以下模塊：用于在分隔件上沉積鋰金屬薄膜的模塊；其中用于沉積鋰金屬薄膜的模塊可包括pvd系統(tǒng)，諸如電子束蒸發(fā)器、薄膜轉(zhuǎn)移系統(tǒng)(包括大面積圖案印刷系統(tǒng)，諸如凹版印刷系統(tǒng))或者狹縫式擠壓沉積系統(tǒng)。在一些實施方式中，所述工具可進一步包含用于在鋰金屬薄膜的表面上形成防護涂層的模塊。在一些實施方式中，所述工具可進一步包含用于在沉積鋰金屬薄膜之前在分隔件上沉積陶瓷層的模塊，其中鋰金屬沉積在陶瓷層的表面上。在一些實施方式中，所述工具可進一步包含用于在鋰金屬沉積到陶瓷層的表面上之前在陶瓷層上沉積阻擋層的模塊。在一些實施方式中，所述工具可進一步包含用于將鋰離子傳導(dǎo)聚合物、可溶于液體電解質(zhì)中的粘合劑或者鋰離子傳導(dǎo)陶瓷材料沉積到分隔件的孔隙中的模塊。此外，根據(jù)一些實施方式，用于將鋰金屬薄膜轉(zhuǎn)移至分隔件膜的工具可包含涂覆有抗蝕層的滾筒(drum)，所述抗蝕層的材料為諸如zro2、ysz(氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯)、llzo或者其他固體電解質(zhì)、硅與鎢的金屬間碳化物或者氮化物、等。

在圖3中，卷筒工具300可包含：卷軸312及314，這些卷軸用于移動連續(xù)的分隔件材料片材310通過以下不同的處理模塊：用于在分隔件的表面上沉積陶瓷層的模塊320；用于在陶瓷層的頂部上沉積阻擋層的模塊330；用于在陶瓷層/阻擋層的表面上沉積鋰金屬薄膜的模塊340；以及用于在鋰金屬層的暴露表面上形成防護涂層的模塊350。區(qū)域360指示了卷筒工具中可能需要處于受控環(huán)境下以避免氧化鋰金屬薄膜的部分——例如在一些實施方式中提供不含氧化劑(如水及氧氣)的環(huán)境、氮氣環(huán)境；此外，若不應(yīng)用防護涂層，則涂覆有鋰金屬的分隔件將需要維持在非氧化環(huán)境中，直至分隔件整合至鋰離子電池單元中。在一些實施方式中，如圖所示，完成的分隔件將不會聚集在卷軸314上，而是可直接前進以用于與正電極及負電極等整合在一起以形成電池單元。

鋰金屬沉積模塊340表示為包含物理氣相沉積(physicalvapordeposition；pvd)源342，所述源342可為例如真空環(huán)境中的鋰金屬電子束蒸發(fā)器(冷的)。應(yīng)注意的是，鋰金屬膜可以沉積在與電池單元中使用的電池單元分隔件的大小相對應(yīng)的片材中，以使得在分隔件的將被切割的區(qū)域上不存在鋰金屬，由此避免當(dāng)組裝時鋰金屬的臟污(smearing)以及電池單元的潛在短路。

此外，在一些實施方式中，模塊330可提供電解液可溶性粘合劑的沉積用于填充隔離件的孔隙，以便避免鋰金屬在沉積期間在孔隙中堆積，或者在各實施方式中，模塊330可提供鋰離子傳導(dǎo)聚合物的沉積用于填充分隔件的孔隙。

在圖4中，卷筒工具400表示為具有鋰金屬沉積模塊440，鋰金屬沉積模塊440包含鋰金屬源442，諸如鋰金屬錠料電子束蒸發(fā)系統(tǒng)(冷的)，用于將鋰金屬薄膜444沉積到轉(zhuǎn)移滾筒446上；以及滾筒448，所述滾筒448與滾筒446一起經(jīng)配置以使得能夠?qū)嚱饘俦∧霓D(zhuǎn)移滾筒446轉(zhuǎn)移到分隔件310。鋰金屬源442的另一實例為鋰金屬片材或者線材，所述鋰金屬片材或者線材的邊緣或者末端被不斷地引入至平板的表面上，所述平板被加熱到足以蒸發(fā)鋰金屬的溫度。應(yīng)注意的是，如果需要引發(fā)鋰金屬薄膜從轉(zhuǎn)移滾筒446到分隔件310的轉(zhuǎn)移，或者是以其他方式轉(zhuǎn)移，滾筒448可經(jīng)調(diào)節(jié)(如圖4中的垂直雙向箭頭所指示的那樣)以改變在滾筒446與滾筒448之間的“捏(pinch)”量。應(yīng)注意的是，鋰金屬膜444可經(jīng)調(diào)整尺寸以與在電池單元中所使用的電池單元分隔件的大小相對應(yīng)，使得在分隔件的將被切割的區(qū)域上不存在鋰金屬，由此避免當(dāng)組裝時鋰金屬的臟污以及電池單元的潛在短路。在一些實施方式中，轉(zhuǎn)移滾筒涂覆有鋰相容材料層，所述鋰相容材料為諸如石榴石(例如，lixla3zr2o12，其中x≦7(llzo))，或者固體電解質(zhì)與其他材料(例如，zro2、ysz、li3bo3玻璃等)的組合物。應(yīng)注意的是，當(dāng)滾筒是用當(dāng)長時間暴露在環(huán)境中時會被鋰金屬腐蝕的金屬(諸如，不銹鋼)制成時，可需要滾筒的此類涂層?？墒褂脽釃娡坎肌vd工藝來將此類涂層應(yīng)用至滾筒，諸如從由固體電解質(zhì)材料制成的靶材(或者從經(jīng)調(diào)整組合物以提供具有所需組合物的沉積膜的靶材)進行的濺射沉積。

在圖5中，卷筒工具500表示為具有鋰金屬沉積模塊540，所述鋰金屬沉積模塊540包含狹縫式擠壓鋰金屬源542；以及滾筒544，所述滾筒544與所述狹縫式擠壓鋰金屬源的頭端一起經(jīng)配置以提供鋰金屬膜的沉積。在各實施方式中，替代狹縫式擠壓鋰金屬源的是具有大容量液態(tài)金屬儲集容器(reservoir)的液態(tài)鋰輸送系統(tǒng)，鋰金屬源542可為鋰金屬錠料，所述鋰金屬錠料的頂層經(jīng)熔融以制成液膜。此外，可改變鋰金屬錠料相對于涂布滾筒的取向。應(yīng)注意的是，鋰金屬膜可以沉積在與電池單元中所使用的電池單元分隔件的大小相對應(yīng)的片材中，使得在分隔件的將被切割的區(qū)域上不存在鋰金屬，由此避免當(dāng)組裝時鋰金屬的臟污以及電池單元的潛在短路。分隔件的陶瓷涂層有助于熱管理——從而當(dāng)暴露于熔融鋰的溫度時，克服與一些分隔件(諸如聚烯烴分隔件)相關(guān)的收縮問題。此外，可按需要改變卷筒工具的精確構(gòu)造以及狹縫式擠壓鋰源542和滾筒544的取向，以控制鋰金屬沉積到分隔件上。

此外，在一些實施方式中，鋰金屬沉積系統(tǒng)可為絲網(wǎng)(screen)打印機。

在一些實施方式中，陶瓷涂層可有效地消除由于分隔件(如聚烯烴分隔件)的熱收縮以及相關(guān)撕裂所導(dǎo)致的電池單元故障。模塊320中的陶瓷涂覆可如下進行。在一些實施方式中，可使用從水性介質(zhì)逐層涂覆帶有相反電荷的納米/微米尺寸粒子以在分隔件(如多孔聚烯烴分隔件)上形成陶瓷涂層。在第一步驟中，準(zhǔn)備帶有相反電荷的粒子的兩種懸浮液或者乳液。陶瓷粒子可為絕緣氧化物，諸如al2o3、sio2、aloxny、aln(在氮氣環(huán)境中沉積的鋁)、zro2等，或者為離子傳導(dǎo)陶瓷，諸如(li,la)tio3、li-la-zr-o、硫化物基電解質(zhì)等。在一些實施方式中，這些粒子為納米大小的，但是在各實施方式中可為微米大小的。這些粒子可為致密或者中空的。可在一些實施方式中使用的可商購的陶瓷粒子的示例為al2o3、sio2以及mgo?？赏ㄟ^以下方式向粒子施加電荷：通過控制溶液的組成或者ph，或者通過使充電聚電解質(zhì)(chargerpolyelectrolyte)結(jié)合至粒子，充電聚電解質(zhì)與粒子的結(jié)合是通過吸附或者反應(yīng)性化學(xué)鍵合(嫁接(grafting))實現(xiàn)的。聚電解質(zhì)是聚合物,所述聚合物的重復(fù)單元攜帶有可離子化的基團。這些基團將在某些溶液(例如，水)中解離(dissociate)，從而使得聚合物帶有電荷。聚電解質(zhì)的性質(zhì)因此類似于電解質(zhì)(鹽類)與聚合物(高分子化合物)兩者，并且有時被稱作聚合鹽。工業(yè)用聚電解質(zhì)中的一些是：聚二烯丙基二甲基氯化銨、聚(烯丙胺)-nafion/聚(丙烯酸)、直鏈n,n-十二烷基、甲基-聚(伸乙亞胺)/聚(丙烯酸)、聚(伸乙亞胺)、聚(苯乙烯磺酸鹽)、聚(烯丙胺鹽酸鹽)、聚(丙烯胺/聚(丙烯酸)、聚(丙烯酸)/聚環(huán)氧乙烷-嵌段-聚己內(nèi)酯。當(dāng)解離時帶負電荷的聚電解質(zhì)的實例是聚(苯乙烯磺酸鈉)(poly(sodiumstyrenesulfonate)；pss)和聚丙烯酸(polyacrylicacid；paa)。pss和paa兩者均是當(dāng)解離時帶負電荷的聚電解質(zhì)。pss是“強”聚電解質(zhì)(在溶液中全帶電荷)，而paa是“弱”聚電解質(zhì)(部分帶電荷的)。帶正電荷的聚合物的實例是聚乙烯亞胺、聚賴胺酸(polylysense)、聚烯丙胺鹽酸鹽等。聚電解質(zhì)在固體基板上的吸附是一種表面現(xiàn)象，其中具有帶電基團的長鏈聚合物分子結(jié)合至帶相反極性電荷的表面。此外，若分隔件不是固有帶電荷的，則可能需要準(zhǔn)備分隔件。在一些實施方式中，此準(zhǔn)備可包括使分隔件暴露于電暈(corona)，化學(xué)處理所述分隔件(例如，用氧化劑化學(xué)處理)，或者將聚電解質(zhì)吸附或嫁接到分隔件的表面。具有帶電荷的分隔件可為所需的，以使第一層帶相反電荷的粒子結(jié)合至所述分隔件?？蓱?yīng)用由單層粒子組成的自限制(self-limiting)層。例如，若分隔件是帶正電荷的，則施加帶負電荷的層。一旦表面完全被帶負電荷的層覆蓋，則粒子的沉積被停止。應(yīng)注意的是，在本文上下文中使用的術(shù)語“自限制”是指因為沉積了單層粒子，所以由于帶相同電荷的粒子之間的自然排斥，不存在粒子的積聚。所述應(yīng)用可通過例如使用噴涂工藝將合適的混合物涂覆到分隔件上來執(zhí)行。清洗工藝被執(zhí)行以清洗掉任何過量的粒子和溶液。清洗可通過將水噴涂在已沉積的層上或者使分隔件流過水浴來執(zhí)行?；蛘撸墒褂脽o水溶劑，諸如乙腈、乙醇、n-甲基-2-吡咯烷酮、四氫呋喃等。此時，分隔件涂覆有單層陶瓷粒子，所述單層陶瓷粒子的厚度實質(zhì)上對應(yīng)于已經(jīng)在聚合物溶液中使用的陶瓷粒子的直徑。將第二層帶相反電荷的粒子施加到前述層，并且執(zhí)行清洗?？墒褂门c上文關(guān)于前述層所描述的相同的方式來執(zhí)行應(yīng)用和清洗。此時，分隔件將具有陶瓷涂層，所述陶瓷涂層的厚度實質(zhì)上為所使用的陶瓷粒子的直徑的約兩倍。根據(jù)需要多次重復(fù)這些步驟，以實現(xiàn)所需厚度的陶瓷涂層——例如，可將約3微米厚度的涂層應(yīng)用到電池結(jié)構(gòu)中分隔件的面向負電極的表面上。然而，在一些實施方式中可涂覆分隔件的兩側(cè)。在此類實施方式中，經(jīng)整個涂覆的分隔件結(jié)構(gòu)可為約16微米厚，并且可能薄至10微米厚。

此外，在一些實施方式中，陶瓷層涂覆工藝涉及用于形成陶瓷涂層的干式方法，而不是如上所述的濕式工藝。在一個實例中，干式工藝涉及使用物理氣相沉積(physicalvapordeposition；pvd)技術(shù)并且不利用粒子。例如，處理可用以從準(zhǔn)備陶瓷膜源材料開始，所述源材料可包括sio2或者al2o3——在一些實施方式中使用具有表面活性劑分子的水性溶劑以適當(dāng)?shù)胤稚⑦@些粒子。將分隔件結(jié)構(gòu)放置在pvd腔室中并且沉積陶瓷涂層。所述分隔件結(jié)構(gòu)可包括sio2、al2o3、鋰傳導(dǎo)陶瓷氧化物(諸如石榴石組成物、鈣鈦礦、反鈣鈦礦的摻雜變體)以及鋰傳導(dǎo)硫化物，同時聚合的分隔件作為基板。繼續(xù)沉積直至沉積所需厚度的材料，并且從pvd腔室移除經(jīng)涂覆的分隔件。應(yīng)注意的是可重復(fù)執(zhí)行沉積以在分隔件結(jié)構(gòu)的兩側(cè)上形成膜。

模塊330的沉積工藝可包括：用于沉積阻擋層的熱噴涂、pvd沉積(諸如，冷電子束、濺射等)等；以及用于沉積聚合物(粘合劑或者鋰離子傳導(dǎo)材料)的熱噴涂、狹縫式擠壓等。

模塊350的防護涂層形成工藝可包括：用于碳酸鋰涂層的對二氧化碳的控制暴露(以提供特定的碳酸鹽厚度)；用于無機防護涂層的熱噴涂工藝、pvd沉積工藝(諸如冷電子束、濺射等)等；以及用于聚合物涂層的熱噴涂工藝、狹縫式擠壓工藝等。

根據(jù)一些實施方式的具有分隔件的鋰離子電池可與正電極和負電極組合以形成如圖1中示意性圖示的電池。分隔件與其他電池元件的整合可發(fā)生在用于制造分隔件的相同的制造設(shè)備中，或者分隔件可在卷軸上運輸并且整合可在其他地方發(fā)生。制造電池的工藝通常如下進行：提供分隔件、負電極和正電極；將分隔件、負電極和正電極分別切割成所需大小的片材以用于電池單元；將接頭添加到正電極與負電極的切割片材；將正電極與負電極的切割片材與分隔件組合以形成電池單元；可纏繞或者堆疊電池單元以形成所需的電池單元構(gòu)造；在纏繞或者堆疊之后，將電池單元放置在罐中，抽空罐，用電解質(zhì)填充罐后密封。

雖然已經(jīng)參照具有石墨負電極的鋰離子電池特定描述了本公開內(nèi)容的實施方式，但是本公開內(nèi)容的教導(dǎo)和原理可適用于其他基于鋰的電池，諸如基于li聚合物、li-s、li-fes2、li金屬的電池等。對于基于li金屬的電池如li-s和li-fes2，可能需要較厚的li金屬電極，并且li金屬的厚度取決于正電極負載。在一些實施方式中，li金屬電極的厚度對于li-s而言可在3微米與30微米之間，并且對于li-fes2而言可為大約190-200微米，并且可沉積在相容基板(如cu或者不銹鋼金屬箔)的一側(cè)或兩側(cè)上——本文所描述的方法與工具可用于制造此類li金屬電極。

此外，在一些實施方式中，基于鋰金屬的電池可通過以下步驟來制造：將鋰金屬負電極直接沉積到電池分隔件結(jié)構(gòu)上，接著將負電極集電器直接沉積到鋰金屬負電極的表面上——此舉形成了組合的負電極與分隔件，所述組合的負電極與分隔件可隨后與正電極、集電器等組合以形成完整的基于鋰金屬的電池。鋰金屬負電極的沉積可如上文關(guān)于用于鋰離子電池的分隔件上沉積鋰金屬薄膜所描述的一樣，區(qū)別在于：基于鋰金屬的電池的鋰金屬負電極可在一些實施方式中更厚，取決于負極材料組成——例如對于基于鋰金屬的電池鋰金屬負電極的厚度可為1微米至60微米。負電極集電器可由諸如銅、鎳、不銹鋼、金屬合金等的金屬形成，并且可通過諸如pvd、cvd等的工藝沉積到鋰金屬負電極上；如果需要，此制造方法允許形成薄集電器——如果集電器作為基板，則可實現(xiàn)的更薄。在此實施方式中，用于基于鋰金屬的電池的分隔件可在各實施方式中包含如上所述以及如圖2所示的各種結(jié)構(gòu)中的一個或多個結(jié)構(gòu)——例如，陶瓷涂層、阻擋層、以及分隔件膜的孔隙，所述分隔件膜的孔隙填充有從以下材料組成的群組中選擇的一種或多種材料：鋰離子傳導(dǎo)聚合物、可溶于液體電解質(zhì)中的粘合劑以及鋰離子傳導(dǎo)陶瓷材料。在一些實施方式中，具有鋰金屬負電極與集電器的電池分隔件可使用如上所述并且如圖3至圖5所示的工具及系統(tǒng)來制造，盡管模塊350可改變用途以用于通過pvd或者cvd工藝來沉積集電器。

此外，在一些實施方式中，薄(薄至足以補償?shù)谝浑姵匮h(huán)期間鋰金屬的不可逆損失)的鋰膜(例如1至5微米厚度的鋰膜)可使用本公開內(nèi)容的方法及工具直接沉積在負電極上——例如，鋰金屬薄膜可沉積在合適的導(dǎo)電基板(例如，銅等)上的石墨(含有或不含有硅)層上。

雖然已經(jīng)參考本公開內(nèi)容的一些實施方式具體地描述了本公開內(nèi)容，但是對于熟悉本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員而言應(yīng)顯而易見的是：在不脫離本公開內(nèi)容的精神和范圍的情況下，可以對形式和細節(jié)進行變化和修改。