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通过 蒸发形成电化电池的元件的方法

阅读：94发布：2020-05-08

专利汇可以提供通过蒸发形成电化电池的元件的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且提供一种用于形成电化学能储存装置的元件的陶瓷层的蒸发源(102)。所述蒸发源(102)包括：材料源(140)，被配置为蒸发材料；气体源，具有第一气体出口(107a)及第二气体出口(107b)，第一气体出口被配置为提供第一处理气体，第二气体出口被配置为提供第二处理气体，第一处理气体包括氧且第二处理气体包括氢，陶瓷层(52)至少由蒸发的材料、第一处理气体及第二处理气体形成。，下面是通过蒸发形成电化电池的元件的方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于形成电化学能储存装置的元件的陶瓷层(52)的方法，包括：
蒸发材料于柔性基板(111)上；
提供第一处理气体；以及
提供第二处理气体，所述第二处理气体包括氢，
所述陶瓷层(52)至少由蒸发的所述材料、所述第一处理气体及所述第二处理气体形成。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述陶瓷层(52)具有包括氧及氢的化学成分。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中所述陶瓷层(52)是氢氧化铝层。
4.如权利要求1至3的任一项所述的方法，其中所述电化学能储存装置是锂电池。
5.如权利要求1至4的任一项所述的方法，其中所述元件是隔离膜。
6.如权利要求1至4的任一项所述的方法，其中所述元件是电极。
7.如权利要求1至5的任一项所述的方法，其中所述第二处理气体是水蒸汽。
8.如权利要求1至5的任一项所述的方法，其中以所述第一处理气体与所述第二处理气体的一定比例提供所述第一处理气体及所述第二处理气体，所述比例是可调整的，使得能设置所述陶瓷层的化学计量。
9.如权利要求1至8的任一项所述的方法，进一步包括：
从第一滚轴(22)传送所述柔性基板(111)至第二滚轴(24)，在从所述第一滚轴(22)向所述第二滚轴(24)传送所述柔性基板(111)时形成所述陶瓷层(52)。
10.一种蒸发源(102)，用于形成电化学能储存装置的元件的陶瓷层，所述蒸发源包括：
材料源(140)，被配置为蒸发材料；以及
气体源，具有第一气体出口(107a)及第二气体出口(107b)，所述第一气体出口被配置为提供第一处理气体，所述第二气体出口被配置为提供第二处理气体，所述第二处理气体包括氢，
所述陶瓷层(52)至少由蒸发的所述材料、所述第一处理气体及所述第二处理气体形成。
11.如权利要求10所述的蒸发源(102)，进一步包括：
气流控制器(220)，被配置为独立地设置所述第一处理气体的第一气体流速及所述第二处理气体的第二气体流速。
12.如权利要求10或11所述的蒸发源(102)，其中所述气流控制器(220)被配置为以所述第一处理气体与所述第二处理气体的一定比例提供所述第一处理气体及所述第二处理气体，所述比例是可调整的，使得能设置所述陶瓷层的化学计量。
13.一种处理腔室(100)，包括：
如权利要求10至12的任一项所述的蒸发源(102)；以及
基板传送机构，被配置为将柔性基板(111)传送通过所述处理腔室，
其中所述蒸发源(102)相对于所述基板传送机构布置，使得所述陶瓷层(52)形成于所述柔性基板(111)上。
14.如权利要求13所述的处理腔室(100)，其中所述基板传送机构包括第一滚轴(22)及第二滚轴(24)，所述第一滚轴(22)及所述第二滚轴(24)被配置为从所述第一滚轴(22)沿着传送路径(P)传送所述柔性基板(111)至所述第二滚轴(24)，所述蒸发源(102)沿着所述传送路径(102)布置。
15.如权利要求13或14所述的处理腔室(100)，其中所述处理腔室(100)是真空处理腔室。

说明书全文

通过蒸发形成电化电池的元件的方法

技术领域

[0001] 本公开内容的实施方式涉及用于形成电化学能储存装置的元件的陶瓷层的方法、蒸发源及处理腔室。本公开内容的实施方式特别涉及一种用于形成锂电池或锂离子(Li-ion)电池的阴极、阳极、电解质或隔膜(separator)的方法、蒸发源和处理腔室。

背景技术

[0002] 电隔膜可例如被描述成使用在电池及其中在维持离子导电性的同时使电极彼此隔离的其他配置中的隔膜。

[0003] 一般来说，隔膜包括薄、多孔、电绝缘物质，具有高离子孔隙率、良好的机械强度且相对于在系统中使用的化学物质及溶剂(例如在电池的电解质中)具有长期稳定性。在电池中，隔膜通常将阴极与阳极完全地电绝缘。此外，隔膜通常永久具有弹性且跟随系统中的运动，所述运动不只来自外部的负载且也来自在引入及排出离子时电极的“呼吸(breathing)”。

[0004] 一般来说，隔膜对确定使用隔膜的系统的寿命及安全性来说是相关的。举例来说，可再充电电池的发展很大程度上受到适当的隔膜材料的开发的影响。

[0005] 特别是，用于使用在高能量电池或高性能电池中的隔膜可非常薄以确保低的特定空间条件及以最小化内电阻，可具有高孔隙率以确保低内电阻，并且轻量以达到电池系统的低比重。

[0006] 隔膜一般包括陶瓷层，所述陶瓷层对电池的离子来说为多孔的。对于锂电池的情况来说，陶瓷层对锂离子(Li离子)可为多孔的。然而，陶瓷层可能并非全为多孔的。举例来说，陶瓷层可包括金属原子，这些金属原子未完全地结合(bound)且可能在锂离子电池的充电/放电期间与锂离子反应。因此，电池性能可能劣化。

[0007] 鉴于以上所述，本文描述的实施方式旨在提供可有益地克服本领域中至少一些问题的用于形成电化学能储存装置的元件的方法及系统。本公开内容旨在提供可增加电化学能储存装置的电荷传输(放电/充电速率)电压及循环寿命的用于形成电化学能储存装置的元件的方法及系统。发明内容

[0008] 鉴于以上所述，提供一种用于形成电化学能储存装置的元件的方法、蒸发源及处理腔室。本申请的其他方面、优点及特征由从属权利要求、说明书及附图而显而易见。

[0009] 根据本公开内容的一方面，提供一种用于形成电化学能储存装置的元件的陶瓷层的方法。所述方法包括：蒸发材料于柔性基板上；提供第一处理气体；以及提供第二处理气体，第二处理气体包括氢，所述陶瓷层至少由蒸发的材料、第一处理气体及第二处理气体形成。

[0010] 根据本公开内容的一方面，提供一种用于形成电化学能储存装置的元件的陶瓷层的蒸发源。所述蒸发源包括：材料源，被配置为蒸发材料；气体源，具有第一气体出口及第二气体出口，第一气体出口被配置为提供第一处理气体，第二气体出口被配置为提供第二处理，第二处理气体包括氢，所述陶瓷层至少由蒸发的材料、第一处理气体及第二处理气体形成。

[0011] 根据本公开内容的一方面，提供一种处理腔室。所述处理腔室包括蒸发源，所述蒸发源包括：材料源，被配置为蒸发材料；气体源，具有第一气体出口及第二气体出口，第一气体出口被配置为提供第一处理气体，第二气体出口被配置为提供第二处理，第二处理气体包括氢，所述陶瓷层至少由蒸发的材料、第一处理气体及第二处理气体形成。所述处理腔室进一步包括基板传送机构，被配置为将柔性基板传送通过处理腔室。蒸发源相对于基板传送机构布置，使得陶瓷层形成于柔性基板上。

[0012] 实施例也有关于用于执行所揭露的方法的设备，且包括用于执行所描述的方法方块的设备部件。这些方法方块可通过硬件元件、由合适软件编程的计算机、两者的任何结合或任何其他方式执行。此外，根据本申请的实施例也有关于操作所描述的设备的方法。所述方法包括用于执行设备的功能的方法方块或操作。

附图说明

[0013] 为了使本公开内容的上述特征能被详细地了解，可通过参照实施方式获得简要概述于上的本公开内容的更具体的描述。附图涉及本公开内容的实施方式且说明于下文中：

[0014] 图1显示根据实施方式的用于形成电化学能储存装置的元件的蒸发源的示意图，所述蒸发源布置于处理腔室中；

[0015] 图2显示根据实施方式的用于形成电化学能储存装置的元件的处理腔室的示意图；

[0016] 图3显示图2中所示的处理腔室的放大图；

[0017] 图4示意地显示根据实施方式的用于形成电化学能储存装置的元件的方法；以及[0018] 图5示意地显示根据实施方式的用于形成电化学能储存装置的元件的方法。

具体实施方式

[0019] 现在将详细地参照本公开内容的各种实施方式，实施方式的一或多个示例显示于图中。在附图的下方描述中，相同参考编号意指相同的元件。特别是，描述有关于个别实施方式的相异之处。各示例通过解释的方式提供且不意为对本公开内容的限制。被显示或描述为一个实施方式的部分的特征可用于其他实施方式或与其他实施方式结合，以取得再另外的实施方式。旨在使本说明书包括这些修改及变化。

[0020] 图1显示用于形成电化学能储存装置的元件的陶瓷层52的蒸发源102。蒸发源102可示例性地布置在处理腔室100中。处理腔室100可为处理系统的一部分，诸如是用于真空处理系统的处理系统。

[0021] 在本公开内容的上下文中，“电化学能储存装置”可理解为可为可再充电或不可再充电的电化学能储存器。在此方面来说，本公开内容不在一方面的术语“蓄电池(accumulator)”与另一方面的术语“电池(battery)”之间进行区分。在本公开内容的上下文中，术语“电化学能储存装置”、“电化学装置”及“电化电池”可在下文中同义地使用。术语“电化学能储存装置”例如也可包含燃料电池。在本文描述的实施方式中，电化电池可理解为能量储存器的基本或最低功能单元。在工业实践中，多个电化电池可通常串联或并联连接，以增加储存器的总能量容量。在本文中，可参照多个电化电池。工业设计的电池可因而具有单个电化电池，或并联或串联连接的多个电化电池。

[0022] 一般来说，例如作为基本功能单元的电化学能储存装置可包括相反极性的两个电极，也就是负阳极及正阴极。阴极与阳极可通过布置在阴极与阳极之间的隔膜绝缘，以避免阴极与阳极之间短路。电池可填充有电解质。电解质可为离子导体，可为液体、凝胶形式或有时为固体。隔膜可为离子可渗透的(ion-pervious)，且可在充电或放电循环中允许阳极与阴极之间的离子交换。包括在电化学能储存装置中的部件可理解为电化学能储存装置的元件。因此，上述部件(包括但不限于阴极、阳极、电解质及隔膜)的一些或每一个可视为电化学能储存装置的元件。

[0023] 根据本文描述的实施方式，蒸发源102可包括被配置为蒸发材料的材料源140。材料源140可被配置为提供构成陶瓷层52的至少一种元素。材料源140可被配置为蒸发金属，诸如例如铝。

[0024] 根据本文描述的实施方式，蒸发源102可包括被配置为提供处理气体的气体源107a、107b。特别是，气体源可被配置为供应至少第一及第二处理气体。处理气体可为反应气体，特别是第一处理气体及/或第二处理气体可为反应气体。特别是，处理气体，特别是第一处理气体及/或第二处理气体，可为与材料源140所蒸发的材料反应的反应气体。此外，第一处理气体及/或第二处理气体可为与第一处理气体及第二处理气体的另一者反应的反应气体。第一处理气体与第二处理气体反应的生成物可为第三处理气体，第三处理气体可为反应气体。特别是，第三处理气体可为与材料源140所蒸发的材料反应的反应气体。因此，第一处理气体、第二处理气体及第三处理气体的任一者可为可与材料源140所蒸发的材料反应的反应气体。

[0025] 气体源107a、107b可被配置为提供构成陶瓷层52的至少一种元素。举例来说，第一处理气体及/或第二处理气体可为及/或包括氧、臭氧、氩及其组合。此外，气体源107a、107b可被配置为提供构成陶瓷层52的至少两种元素。举例来说，第一处理气体及/或第二处理气体可为且/或包括氧、臭氧、氩及其组合，且/或第一处理气体及/或第二处理气体的另一者可为且/或包括氢、水蒸汽、氩及其组合。第一处理气体可不同于第二处理气体。第一处理气体可为第一反应气体且/或第二处理气体可为第二反应气体。

[0026] 当通过蒸发形成陶瓷层52，特别是通过反应蒸发形成陶瓷层52时，陶瓷层52可能不以完全化学计量形成，或以非化学计量形成。在本公开内容的上下文中，“化学计量(stoichiometry)”，诸如陶瓷层52的化学计量，可理解为化学反应中的反应物和生成物的相对量的计算。因此，“非化学计量”或“不完全化学计量”可意指其中生成物不包括全部反应物的情况。在氧化铝作为陶瓷层52的材料的示例中，完全化学计量的反应可为：4Al+3O2＝2Al2O3。如果氧化铝没有以完全化学计量或以非化学计量形成，则反应的生成物可例如为Al2O2.5。因此，具有x≠1.5的AlOx的任何组成可视为非化学计量或没有以完全化学计量形成。在这种非化学计量的陶瓷层中，可能存在可与电化学能储存装置的元素反应的未结合的过量原子，特别是在电化学能储存装置的充电及/或放电期间。在锂离子电池的示例中，诸如是在锂离子电池的充电及/或放电期间，未结合的过量原子可与横穿陶瓷层的锂离子反应。在氧化铝作为陶瓷层52的材料的示例中，未结合的过量原子可为Al。

[0027] 根据本文描述的实施方式，气体源可具有第一气体出口107a及/或第二气体出口107b，第一气体出口107a被配置为提供第一处理气体，第二气体出口107b被配置为提供第二处理。第一处理气体包括氧，且/或第二处理气体包括氢。

[0028] 根据本文描述的实施方式，陶瓷层52可具有包括氧及氢的化学成分。举例来说，陶瓷层52可为包括氧化铝及氢氧化铝的层。额外地或替代地，陶瓷层52可为水合氧化铝层。举例来说，陶瓷层可包括氧化铝及溶解于氧化铝中的氢。因此，不形成可能有上述化学计量问题的纯氧化铝层，本申请可提供替代的陶瓷层52，所述替代的陶瓷层52因没有伴随化学计量问题而是所追求的。因此，可形成化学计量的陶瓷层52，特别是完全化学计量的陶瓷层52。

[0029] 在氢氧化铝为陶瓷层52的材料或一部分材料的示例中，氢氧化铝可形成而具有改善的化学计量，特别是具有完全化学计量，使得未结合的过量Al原子的量减少且/或氧化铝包括增加量的Al2O3。特别是，不想受到理论的束缚，氢氧化物可特别是在相较于氧时视为反应材料。因此，氢氧化铝可形成为具有改善的化学计量。因此，电化学能储存装置的较少元素(诸如上述的锂离子)可与陶瓷层52反应。当实践实施方式时，可取得较高的放电及/或再充电速率、较高的电压及/或提高寿命。因此，可实际上取得改善的电荷传输、提高的电压及/或延长的循环寿命(cycle life)。

[0030] 此外，可减少冷凝焓。因此，可降低蒸发工艺的温度。特别是，可降低在陶瓷层52及/或柔性基板111处经历的温度。虽然增加的温度可为有利的，以例如增加反应速率及反应完全性，但本文所述的将形成的元件可能是或包括热敏感的部件。当实践实施方式时，可确保将形成的元件的热完整性(thermal integrity)。

[0031] 此外，可改善陶瓷层52的机械强健性。当实践实施方式时，可改善电化学能储存装置的元件及电化学能储存装置本身的制造、后处理及储存。特别是，陶瓷层52的改善的强健性可有助于卷绕及/或再卷绕形成于柔性基板111上的陶瓷层52。

[0032] 因此，陶瓷层52可至少由蒸发的材料、第一处理气体及第二处理气体形成。特别是，蒸发源102可被配置为沉积陶瓷层52于柔性基板111之上或柔性基板111上。特别是，柔性基板可具有第一面及/或第二面，第二面与第一面相对。陶瓷层52可沉积于柔性基板111的第一面及第二面的至少一者之上或至少一者上。根据本文描述的实施方式，至少部分地离子化的处理气体使得能够形成具有改善的化学计量的陶瓷层52。

[0033] 在本公开内容的上下文中，“陶瓷层”，诸如陶瓷层52，可理解为包括陶瓷材料或由陶瓷材料形成的层。“陶瓷材料”可理解为包括主要以离子键及共价键结合的金属、非金属或类金属原子的无机、非金属、固体材料。在本公开内容的上下文中，陶瓷材料可特别地理解为介电材料，此介电材料特别地包括金属及氧原子，诸如例如氢氧化铝、氧化铝、氮化铝等。根据本文描述的实施方式，陶瓷层52可为氢氧化铝层。

[0034] 根据本文描述的实施方式，陶瓷材料可为至少一种不导电或导电性非常差的金属氧化物，所述金属为铝、硅、铅、锆、钛、铪、镧、镁、锌、锡、铈、钇、钙、钡、锶及其组合。尽管硅经常被称为类金属，但在本公开内容的上下文中，每当述及金属时应包括硅。根据本文描述的实施方式，针对包含强碱性电解质的电化电池，可通过选择特别耐碱的原材料来最佳化电化学能储存装置的元件。举例来说，可使用锆或钛来取代铝或硅而作为形成陶瓷层52的无机成分。在此情况中，陶瓷层52可包括氧化锆或氧化钛来取代氧化铝或氧化硅。

[0035] 在隔膜的情况中，柔性基板111可由微孔聚乙烯(microporous polyethylene)、聚丙烯(polypropylene)、聚烯烃(polyolefin)及/或其层叠制成，且/或包括微孔聚乙烯、聚丙烯、聚烯烃及/或其层叠。

[0036] 在阴极的情况中，柔性基板111可由铝制成且/或包括铝。在此情况中，阴极层可形成于柔性基板111上。陶瓷层52可形成于阴极层上。举例来说，柔性基板111在阴极的情况中可具有5μm至12μm的厚度且/或阴极层可具有达100μm的厚度。额外地或替代地，柔性基板111可为本文所述的聚合物材料或包括本文所述的聚合物材料，例如聚酯(polyester)，铝层沉积于柔性基板111上。聚合物基板可厚度小于例如铝基板及/或沉积的铝层。沉积的铝层可具有约0.5μm至约1μm的厚度。当实践实施方式时，可减小阴极的厚度。

[0037] 在阳极的情况中，柔性基板111可由铜制成且/或包括铜。在此情况中，阳极层可形成于柔性基板111上。陶瓷层52可形成于阳极层上。举例来说，柔性基板111在阳极的情况中可具有5μm至12μm的厚度且/或阳极层可具有达100μm的厚度。额外地或替代地，柔性基板111可为本文所述的聚合物材料或包括本文所述的聚合物材料，例如聚酯，铜层沉积于柔性基板111上。聚合物基板可厚度小于例如铜基板及/或沉积的铜层。沉积的铜层可具有约0.5μm至约1μm的厚度。当实践实施方式时，可减小阳极的厚度。

[0038] 根据本文描述的实施方式，陶瓷层52可为多孔层或具有孔隙率。特别是，陶瓷层52可为多孔的，使得某些元素可通过陶瓷层52。

[0039] 柔性基板111可特别包含诸如是塑料膜、网(web)、箔、柔性玻璃或条状物(strip)的柔性基板。术语柔性基板也可包含其他形式的柔性基板。在本文描述的实施方式中使用的柔性基板可为可弯曲的。术语“柔性基板”或“基板”可与术语“箔”或术语“网”同义地使用。特别是，本文描述的实施方式可用来涂布任何种类的柔性基板，以例如用于制造具有均匀厚度的平涂层，或用于在柔性基板上或在下层涂布结构的顶部上制造预定形状的涂布图案或涂布结构。除了陶瓷层，可通过施加掩模、蚀刻及/或沉积来在柔性基板上形成电子装置及结构。

[0040] 根据本文描述的实施方式，柔性基板111可包括选自以下物质的群组的聚合物材料：聚丙烯腈(polyacrylonitrile)、聚酯(polyester)、聚酰胺(polyamide)、聚酰亚胺(polyimide)、聚烯烃(polyolefin)、聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene)、羧甲基纤维素(carboxymethyl cellulose)、聚丙烯酸(polyacrylic acid)、聚乙烯(polyethylene)、聚对苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate)、聚苯醚(polyphenyl ether)、聚氯乙烯(polyvinyl chloride)、聚偏二氯乙烯(polyvinylidene chloride)、聚偏二氟乙烯(polyvinylidene fluoride)、聚(偏二氟乙烯-共-六氟丙烯)(poly(vinylidenefluoride-co-hexafluoropropylene))、聚乳酸(polylactic acid)、聚丙烯(polypropylene)、聚丁烯(polybutylene)、聚对苯二甲酸二丁酯(polybutylene terephthalate)、聚碳酸酯(polycarbonate)、聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene)、聚苯乙烯(polystyrene)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(acrylonitrile butadiene styrene)、聚甲基丙烯酸甲酯(poly(methyl methacrylate))、聚甲醛(polyoxymethylene)、聚砜(polysulfone)、苯乙烯-丙烯腈(styrene-acrylonitrile)、苯乙烯-丁二烯橡胶(styrene-butadiene rubber)、乙烯醋酸乙烯酯(ethylene vinyl acetate)、苯乙烯-马来酸酐(styrene maleic anhydride)及其组合。也可使用在例如锂基电化学能储存装置中所发现的强还原条件中稳定的任何其他聚合物材料。根据本文描述的实施方式，针对包含强碱性电解质的电化学能储存装置，可通过选择特别耐碱的原材料来最佳化柔性基板111及/或陶瓷层52。举例来说，柔性基板111可包括聚烯烃或聚丙烯腈来取代聚酯。

[0041] 根据本文描述的实施方式，柔性基板111的材料，特别是聚合物材料，可具有诸如等于或大于200℃的高熔点。包括具有高熔点的聚合物材料的电化学能储存装置的元件可在具有快速充电循环的电化学能储存装置中为有用的。在实践中，特别是借助于根据本文描述的实施方式的包括具有高熔点的聚合物材料的元件的高热稳定性，装配有此种元件的电化学能储存装置可能不会太热敏感，且能够容许因快速充电导致的温度增加，而不会不利地改变元件或损害电化学能储存装置。当实践实施方式时，可达成较快的充电循环，这对可在较短时间段内充电的电动车可为有益的。

[0042] 根据本文描述的实施方式，具有陶瓷层52或不具有陶瓷层52的柔性基板111可具有从10％至90％的范围中的孔隙率，特别是具有从40％至80％的范围中的孔隙率。柔性基板111及/或陶瓷层52可实际上为电解质提供路径，且可减少电解质穿透时间。在本公开内容的上下文中，“孔隙率”，诸如柔性基板111及/或陶瓷层52的孔隙率，可与开放孔的可及性(accessibility)相关。举例来说，孔隙率可通过常见的方法确定，诸如例如通过压汞(mercury porosimetry)法且/或可以假设所有孔是开放孔来从材料的体积及密度计算。

[0043] 根据本文描述的实施方式，电化学能储存装置可为锂离子电池。在锂离子电池中，柔性基板111可经常由微孔聚乙烯及聚烯烃制成。在充电及放电循环的电化学反应期间，锂离子传输通过锂离子电池的两个电极之间的柔性基板111及/或陶瓷层52中的孔。高孔隙率可增加离子电导率。然而，当例如在循环期间所形成的锂枝晶(Li-dendrite)在电极之间产生短路时，具有高孔隙率的一些柔性基板111可能易受到电短路的影响。

[0044] 本公开内容可提供电化学能储存装置的非常薄的元件，诸如非常薄的隔膜。当实践实施方式时，可减少对电化学能储存装置的活动没有贡献的电化学能储存装置的成分的比例。此外，厚度的减小可同时致使离子电导率增大。根据本文描述的实施方式的元件可允许例如电池堆叠的密度增大，使得大量的能量可储存于相同体积中。当实践实施方式时，极限电流密度可通过电极区域的扩大而同样地增大。

[0045] 本文描述的实施方式可用于生产隔膜。隔膜可与电化学能储存装置分离，或直接地整合至电化学能储存装置中，诸如例如是具有整合的隔膜的锂离子电池。在整合的隔膜应用中，单层隔膜或多层隔膜可直接形成于电化学能储存装置的电极上。此外，陶瓷层52可涂布于电化学能储存装置的电极上，所述电极诸如是阳极或阴极。因此，电化学能储存装置的元件可为隔膜或隔离膜、电解质、阳极及/或阴极。

[0046] 根据本文描述的实施方式，可通过蒸发材料，特别是金属，形成陶瓷层52。特别是，可通过例如在电感加热坩锅中蒸发金属形成陶瓷层52。此外，可提供诸如例如是氧的处理气体来用于形成陶瓷层52。根据本文描述的实施方式，陶瓷层52可通过反应蒸发形成。当实践实施方式时，相较于一般的隔膜涂布技术(诸如浸涂(dip-coating))，可达成非常高的涂布速度。特别是，涂布速度可根据将形成于柔性基板111上的陶瓷材料的厚度及类型来变化。

[0047] 根据本文描述的实施方式，形成于柔性基板111上的陶瓷层52的厚度可等于或大于25nm，特别是等于或大于50nm，特别是等于或大于100nm，且/或等于或小于1000nm，特别是等于或小于5300nm，特别是等于或小于150nm。当实践实施方式时，可达成在电化学能储存装置中的非常高的能量密度。

[0048] 柔性基板111可在于处理腔室100中处理时移动，例如移动通过蒸发源102。根据本文描述的实施方式，可设置基板传送机构。举例来说，可沿着传送路径P将柔性基板111传送通过蒸发源102。

[0049] 如图1中所示，可设置第一基板支撑件22及/或第二基板支撑件24，第二基板支撑件24与第一基板支撑件22相隔一距离布置。第一基板支撑件22及/或第二基板支撑件24也可称为滚轴，例如第一滚轴及/或第二滚轴。第一滚轴22及第二滚轴24可为基板传送机构的一部分。根据本文描述的实施方式，柔性基板111可从第一滚轴22传送至第二滚轴24。柔性基板111可从第一滚轴22沿着传送路径P(由中心具有点的圆所示，以表示垂直于投影面的传送路径P)被运载及/或运送至第二滚轴24。根据本文描述的实施方式，基板传送机构可被配置为从第一滚轴22沿着传送路径P传送柔性基板111至第二滚轴24。蒸发源102可设置于在第一滚轴22与第二滚轴24之间的一位置处。根据本文描述的实施方式，蒸发源102可沿着传送路径P布置。根据本文描述的实施方式，陶瓷层52可在从第一滚轴22向第二滚轴24传送柔性基板111时形成。

[0050] 于一些实现方式中，柔性基板111可从储存滚轴退绕，可传送于涂布鼓的外表面上，且可沿着另外滚轴的外表面被导引。涂布的柔性基板可卷绕于卷轴上。

[0051] 于本公开内容的上下文中，例如作为滚轴组件的一部分的“滚轮(roll)”、“滚轴(roller)”或“滚轴装置(roller device)”可理解为提供一表面的装置，诸如是柔性基板111(或柔性基板111的一部分)的基板(或基板的一部分)可在基板存在于沉积布置(诸如是沉积设备或蒸发腔室)中期间接触此表面。滚轴装置的至少一部分可包括用于接触基板的圆状形状。于一些实施方式中，滚轴装置可具有基本上圆柱形状。此基本上圆柱形状可绕着直纵轴形成，或可绕着弯曲纵轴形成。根据一些实施方式，本文描述的滚轴装置可适用于接触柔性基板。本文所意指的滚轴装置可为导引滚轴、涂布机滚轴(spreader roller)、偏转滚轴或类似者，所述导引滚轴适用于在涂布基板(或涂布基板的一部分)或在基板存在于处理设备中时导引基板，所述涂布机滚轴适用于对将涂布的基板提供限定的张力，所述偏转滚轴用于根据限定的行进路径偏转基板。

[0052] 根据本文描述的实施方式，处理腔室可被配置为用于处理具有500m或更大、1000m或更大或数千米的长度的柔性基板111。基板宽度可为100mm或更大、300mm或更大、500mm或更大、或1m或更大。基板宽度可为5m或更小、特别是2m或更小。一般来说，基板厚度可为5μm或更大及200μm或更小，特别是从15μm至20μm。

[0053] 图2显示用于沉积陶瓷层52于柔性基板111的表面上的处理腔室100的示意图。处理腔室100可包括装载/卸载腔室101。装载/卸载腔室101可被配置为装载柔性基板111至处理腔室100中及/或从处理腔室100卸载柔性基板111。根据本文描述的实施方式，装载/卸载腔室可在处理柔性基板111期间保持在真空下。真空装置190可被设置为对装载/卸载腔室101排气，真空装置190诸如是真空泵。

[0054] 根据本文描述的实施方式，装载/卸载腔室101可包括退绕模块110及/或再卷绕模块130。退绕模块110可包括退绕滚轴，用于退绕柔性基板111。在处理期间，柔性基板111可被退绕(由箭头113表示)且/或由一或多个导引滚轴112导引至涂布鼓120。在处理之后，柔性基板111可卷绕(箭头114)于再卷绕模块130中的再卷绕滚轴上。

[0055] 此外，装载/卸载腔室101可包括张力模块180，例如包括一或多个张力滚轴。额外地或替代地，装载/卸载腔室101也可包括枢轴装置170，诸如例如是枢轴臂。枢轴装置170可被配置为相对于再卷绕模块130为可移动的。

[0056] 根据本文描述的实施方式，退绕模块110、再卷绕模块130、导引滚轴112、枢轴装置170、张力模块180可为基板传送机构及/或滚轴组件的一部分。

[0057] 根据本文描述的实施方式，处理腔室100可包括蒸发腔室103。蒸发腔室103可包括蒸发源102。蒸发源102可类似于或相同于特别参照图1所描述的蒸发源102。蒸发腔室103可由真空装置190排气，真空装置190也可用于对装载/卸载腔室101排气。额外地或替代地，蒸发腔室103可具有也可用于对装载/卸载腔室101排气的与真空装置190分离的真空装置。

[0058] 如图2中所示例性显示的，蒸发源102可包括材料源140。材料源140可被配置为蒸发材料，特别是金属。根据本文描述的实施方式，材料源140可包括一或多个蒸发皿。材料源140可进一步包括要供应至材料源140中的一或多个线材。特别是，每个蒸发皿可有一个线材。这一或多个线材可包括将蒸发的材料且/或可由将蒸发的材料制成。特别是，这一或多个线材可提供将蒸发的材料。

[0059] 根据本文描述的实施方式，材料源140可为一或多个电感加热坩锅。电感加热坩锅可例如被配置为通过RF感应加热，特别是通过MF感应加热，来在真空环境中蒸发金属。此外，金属可提供于可更换的坩锅中，诸如例如提供在一或多个石墨容器中。可更换的坩锅可包括绝缘材料，绝缘材料围绕坩锅。一或多个感应线圈可缠绕在坩锅和绝缘材料周围。根据本文描述的实施方式，这一或多个感应线圈可为水冷却的。在使用可更换的坩锅的情况中，无需供应线材至材料源140中。可更换的坩锅可预先装载有金属且可定期地更换或再补充。特别是，分批提供金属具有准确地控制蒸发的金属的量的优点。

[0060] 不同于使用电阻加热坩锅来蒸发金属的一般蒸发方法，使用电感加热坩锅允许在坩锅的内部产生加热过程，而不是通过外部源通过热传导产生加热过程。电感加热坩锅具有坩锅的所有壁非常快速且均匀加热的优点。可比一般电阻加热坩锅更严密地控制金属的蒸发温度。当使用电感加热坩锅时，可能不必将坩埚加热到高于金属的蒸发温度。当实践实施方式时，可提供更可控及有效的金属蒸发，以使形成于柔性基板上的陶瓷层更为均匀。坩锅的温度的精密控制也可通过减少蒸发金属飞溅的可能性而避免/减少陶瓷层中的针孔及通孔缺陷。在隔膜中的针孔及通孔缺陷可能导致电化电池中的短路。

[0061] 根据本文描述的实施方式，电感加热坩锅可例如由一或多个感应线圈(未显示于图中)围绕。感应线圈可为电感加热坩锅的组成部分。此外，感应线圈和电感加热坩锅可提供为分离部件。分别地提供电感加热坩锅及感应线圈可允许蒸发设备易于维护。

[0062] 根据本文描述的实施方式，蒸发源可包括一或多个电极束源。这一或多个电极束源可提供一或多个电极束，以蒸发将蒸发的材料。

[0063] 根据本文描述的实施方式，可设置电源240(见图3)。电源240可连接于感应线圈。电源可为AC电源，可被配置为提供具有低电压但高电流及高频率的电力。此外，可例如通过包括谐振电路来增加反应功率。根据本文描述的实施方式，除了导电材料或取代导电材料，电感加热坩锅可例如包括铁磁材料。磁性材料可例如改善感应加热过程，且可允许金属的蒸发温度的较佳控制。

[0064] 根据本文描述的实施方式，处理腔室100的涂布鼓120可将装载/卸载腔室101与蒸发腔室103分离。涂布鼓120可被配置为导引柔性基板111至蒸发腔室103中。特别是，涂布鼓120可布置于处理腔室中，使得柔性基板111可通过蒸发源102的上方。根据本文描述的实施方式，可冷却涂布鼓120。

[0065] 根据本文描述的实施方式，蒸发源102可包括用于供应处理气体的气体源。气体源可包括第一气体引入装置107a及/或第二气体引入装置107b。第一气体引入装置107a及/或第二气体引入装置107b可被布置为用于将第一处理气体及/或第二处理气体可控制地引入至蒸发源102及/或蒸发腔室103中。第一气体引入装置107a及/或第二气体引入装置107b可例如包括喷嘴及供应管，所述供应管连接于例如第一处理气体源及/或第二处理气体源，用于将第一处理气体及/或第二处理气体提供至蒸发源102及/或蒸发腔室103中。

[0066] 根据本文描述的实施方式，第一处理气体及第二处理气体可以第一处理气体与第二处理气体的一定比例提供。可调整这个比例，使得可设置陶瓷层52的化学计量。举例来说，可设置第一处理气体及第二处理气体的比例，使得可形成化学计量的陶瓷层52，特别是可形成完全化学计量的陶瓷层52。

[0067] 处理气体可为反应气体，特别是第一处理气体及/或第二处理气体可为反应气体。特别是，处理气体，特别是第一处理气体及/或第二处理气体，可为与材料源140所蒸发的材料反应的反应气体。此外，第一处理气体及/或第二处理气体可为与第一处理气体及第二处理气体的另一者反应的反应气体。第一处理气体和第二处理气体反应的生成物可为第三处理气体，第三处理气体可为反应气体。特别是，第三处理气体可为与材料源140所蒸发的材料反应的反应气体。因此，第一处理气体、第二处理气体及第三处理气体的任一者可为可与材料源140所蒸发的材料反应的反应气体。

[0068] 气体源107a、107b可被配置为提供构成陶瓷层52的至少一种元素。举例来说，第一处理气体及/或第二处理气体可为及/或包括氧、臭氧、氩及其组合。此外，气体源107a、107b可被配置为提供构成陶瓷层52的至少两种元素。举例来说，第一处理气体及/或第二处理气体可为且/或包括氧、臭氧、氩及其组合，且/或第一处理气体及/或第二处理气体的另一者可为且/或包括氢、水蒸汽、氩及其组合。第一处理气体可不同于第二处理气体。第一处理气体可为第一反应气体且/或第二处理可为第二反应气体。

[0069] 针对氧包括于第一处理气体中且/或水蒸汽包括于第二处理气体中的情况来说，氧气及/或水蒸汽可例如与蒸发的金属反应，以于柔性基板111上形成陶瓷层52。在本申请的上下文中，水蒸汽可理解为包含氢的处理气体。电化学能储存装置的元件，诸如隔膜或隔离膜、电解质、阴极及阳极，可包括Al(OH)3。诸如是铝的金属可例如通过电感加热坩锅蒸发，且氧及水蒸汽可通过气体引入装置提供至蒸发的金属。

[0070] 根据本文描述的实施方式，第二处理气体可包含水蒸汽。可特别地将水蒸汽供应至真空环境。此外，第一处理气体可包括氧，且第二处理气体可包含水蒸汽。特别是，将氧及氢供应至蒸发源102可致使在蒸发源102中形成水蒸汽。此外，由于水蒸汽可能导致与锂的不良反应，因此可调整流速，使得没有水蒸汽或基本上没有水蒸汽留在将形成的元件上。

[0071] 蒸发源102可包括等离子体源108。等离子体源可被配置为至少部分地离子化及/或解离处理气体。特别是，等离子体源108可被配置为在材料源140与涂布鼓120之间产生等离子体。等离子体源108可例如为电子束装置，其被配置为利用电子束点燃等离子体。根据本文的另外实施方式，等离子体源可为中空阳极沉积等离子体源。等离子体可有助于通过进一步减少蒸发金属飞溅的可能性而避免/减少基板上的多孔涂层中的针孔及通孔缺陷。等离子体也可进一步激发蒸发的金属的粒子。根据本文描述的实施方式，等离子体可增加沉积于柔性基板上的多孔涂层的密度及均匀性。

[0072] 根据本文描述的实施方式，蒸发源102可包括等离子体源108，等离子体源108被配置为至少部分地离子化处理气体。特别是，等离子体源108可被配置为在材料源140与蒸发源102的出口之间产生等离子体。特别是，等离子体源108可被配置为在材料源140与第一气体引入装置107a及/或第二气体引入装置107b之间产生等离子体。也就是说，等离子体源108可被配置为在材料源140与将涂布的柔性基板111之间产生等离子体。当实践实施方式时，可改善陶瓷层52的化学计量。根据有利的实施方式，可实际上取得完全化学计量的陶瓷层52。

[0073] 根据本文描述的实施方式，处理腔室可包括氧化模块150。氧化模块150可为退火模块，用于使陶瓷层52退火。如图2中所示例性显示，氧化模块150可布置于蒸发腔室103的下游。氧化模块150可被配置为使陶瓷层52处于氧化气氛及/或退火气氛。根据本文描述的实施方式，陶瓷层52可特别是在升高的温度下处于氧化气氛及/或退火气氛。此外，氧化模块150可被配置为在一氧化距离及/或一退火距离上使陶瓷层处于氧化气氛及/或退火气氛。氧化距离及/或退火距离可足够长，以取得所欲量的氧化及/或退火。当实践实施方式时，可改善陶瓷层52的化学计量。根据有利的实施方式，可实际上取得完全化学计量的陶瓷层52。

[0074] 在本申请的上下文中，“氧化气氛”，诸如陶瓷层52所可处于的氧化气氛，可被理解为有利于氧化反应的气氛，以例如改善陶瓷层52的化学计量。根据本文描述的实施方式，氧化气氛可包含多于20体积％的氧。

[0075] 根据本文描述的实施方式，氧化模块150可包括气体组件。气体组件可被配置为提供氧化气体，诸如氧。根据本文描述的实施方式，氧化模块150可包括加热组件(未显示)。加热组件可被配置为提升供应的氧化气体、柔性基板111及陶瓷层52的至少一者的温度。

[0076] 根据本文描述的实施方式，氧化模块150可包括抽吸装置。抽吸装置可被配置为抽吸过量的氧化气体，也就是未用来氧化陶瓷层52的氧化气体。抽吸装置可相对于柔性基板111布置而与气体组件相对。因此，由气体组件供应的处理气体可提供至陶瓷层52，横越柔性基板111，并由抽吸装置抽吸。当实践实施方式时，可避免处理腔室100的污染。

[0077] 此外，氧化模块150可包括等离子体源。氧化模块150的等离子体源可被配置为在气体组件与柔性基板之间产生等离子体。氧化模块150的等离子体源可例如为电子束装置，其被配置为利用电子束点燃等离子体。根据本文描述的另外实施方式，等离子体源可为中空阳极沉积等离子体源。此外，氧化模块150的等离子体源可相同或类似于本文特别参照图2及3所述的蒸发源102的等离子体源108。等离子体可离子化及/或加热气体组件所供应的氧化气体。因此，可增加陶瓷层52的氧化速率。

[0078] 根据本文描述的实施方式，氧化模块150可包括加热组件。加热组件可被配置为提升氧化腔室、氧化气氛、柔性基板111及陶瓷层52的至少一者的温度。特别是，加热组件可被配置为产生升高的温度。因此，可增加陶瓷层52的氧化速率。当实践实施方式时，可取得完全化学计量的陶瓷层。

[0079] 图3显示图2中所示的处理腔室100的放大截面图。根据本文描述的实施方式，蒸发源102可包括气流控制器220。气流控制器220可被配置为独立地设置第一处理气体的第一气体流率及/或第二处理气体的第二气体流率。第一处理气体的第一气体流速可不同于第二处理气体的第二气体流速。

[0080] 气流控制器220可连接于第一气体引入装置107a及第二气体引入装置107b的至少一者。举例来说，气流控制器220可被配置为调整供应至第一气体引入装置107a及/或第二气体引入装置107b的气体流速及/或功率。

[0081] 根据本文描述的实施方式，第一处理气体及第二处理气体可以第一处理气体与第二处理气体的一定比例提供。可调整这个比例，使得可设置陶瓷层52的化学计量。举例来说，第一处理气体与第二处理气体的比例可被设置，使得可形成化学计量的陶瓷层52，特别是可形成完全化学计量的陶瓷层52。

[0082] 此外，气流控制器220可为处理腔室100的一部分，诸如是处理腔室100的控制系统220的一部分。根据本文描述的实施方式，处理腔室100可包括控制系统220。控制系统220可连接于蒸发源102、氧化模块150、第一气体引入装置107a、第二气体引入装置107b、等离子体源108及电源240的至少一者。根据本文描述的实施方式，控制系统220可被配置为调整供应至蒸发源102的功率、供应至等离子体源108的功率、由第一气体引入装置及/或第二气体引入装置引入至蒸发源102中的处理气体的量及/或处理气体的气流取向、由氧化模块150供应的氧化气体的量及/或氧化气体的气流取向、及抽吸装置的抽吸力的至少一者。

[0083] 根据本文描述的实施方式，第一气体引入装置107a及/或第二气体引入装置107b可被布置成在大约平行于材料的蒸发方向230的方向中提供第一处理气体及/或第二处理气体的气流。根据本文描述的实施方式，可根据陶瓷层52的均匀性及成分的至少一者调整由第一气体引入装置107a及/或第二气体引入装置107b提供的气流的取向。当实践实施方式时，可确保第一处理气体及/或第二处理气体与蒸发的材料之间更有效率的反应来形成陶瓷层。将第一气体引入装置107a及/或第二气体引入装置107b布置成在基本平行于来自材料源140的材料的蒸发方向230的方向中引入第一反应气体及/或第二反应气体也可通过能够更准确地控制与蒸发的材料相互反应的第一处理气体及/或第二处理气体的量而有助于较佳地控制涂布过程。

[0084] 根据本文描述的实施方式，可于基本垂直于金属的蒸发方向230的方向中导引等离子体210。当实践实施方式时，可避免蒸发金属的飞溅且/或可减少陶瓷层的针孔缺陷。

[0085] 虽然氧化模块150在图1至3中显示为与蒸发源102串联布置，但氧化模块150可如上所述是离线布置。举例来说，可设置其中可布置氧化模块150的氧化腔室。氧化腔室可与蒸发腔室103分离。此外，氧化腔室可与处理腔室100分离。此外，处理腔室100可为多腔室系统，包括多个处理腔室，诸如蒸发腔室103及/或氧化腔室。此外，处理腔室100可包括储存腔室，在具有沉积于柔性基板111上的陶瓷层52的再卷绕的柔性基板111可传送至氧化腔室之前，具有沉积于柔性基板111上的陶瓷层52的再卷绕的柔性基板111可储存在储存腔室中。

[0086] 图4显示用于形成电化学能储存装置的元件的陶瓷层的方法500的流程图。所述方法可包括操作510至530的至少一者。根据操作510，材料可蒸发于柔性基板111上或之上。根据操作520，可提供第一处理气体。第一处理气体可包括氧。根据操作530，可提供第二处理气体。第二处理气体可包括氢。陶瓷层52可至少由蒸发的材料及至少部分地离子化的处理气体形成。当实践实施方式时，可取得具有改善的化学计量的陶瓷层。

[0087] 图5示意地显示用于形成电化学能储存装置的元件的方法300。根据本文描述的实施方式，方法300可包括提供310柔性基板，所述柔性基板具有正面及背面。根据本文描述的实施方式，提供柔性基板可包括从退绕模块通过蒸发设备的涂布鼓向再卷绕模块导引柔性基板。

[0088] 根据本文描述的实施方式，所述方法可进一步包括蒸发320材料，特别是在电感加热坩锅中蒸发材料。特别是，根据本文描述的实施方式，可通过电感加热坩锅蒸发铝及/或硅。在本文的实施方式中，所述方法进一步包括施加330陶瓷层至柔性基板的正面及背面的至少一者。

[0089] 根据本文描述的实施方式，在电感加热坩锅中蒸发金属可进一步包括感测340金属蒸发的蒸发温度，及根据感测的蒸发温度来调整被提供以在电感加热坩锅中蒸发金属的功率。监控及调整蒸发温度可改善用于形成电化学能储存装置的元件的方法的能量效率，且/或可有助于避免施加至柔性基板的多孔涂层的任何针孔缺陷。

[0090] 在本文描述的实施方式中，施加至柔性基板的陶瓷层可具有从大约25nm至大约300nm的厚度，诸如例如从100nm至200nm的厚度。

[0091] 根据本文描述的实施方式，形成电化学能储存装置的元件的陶瓷层52可进一步包括提供350第一处理气体至蒸发的金属，第一处理气体诸如例如是氧。可于基本平行于金属的蒸发方向的方向中提供第一反应气体。

[0092] 根据本文描述的实施方式，形成电化学能储存装置的元件的陶瓷层52可进一步包括提供360第二处理气体至蒸发的金属，第二处理气体诸如例如是水蒸汽。可于基本平行于金属的蒸发方向的方向中提供第二反应气体。

[0093] 用于形成电化学能储存装置的元件的方法可进一步包括提供370等离子体于蒸发的金属与柔性基板之间。等离子体可增加柔性基板上的多孔涂层的化学计量及/或密度，且也可有助于减少多孔涂层的针孔缺陷。当实践实施方式时，可改善陶瓷层的化学计量。甚至可实际上取得完全化学计量的陶瓷层。特别是，根据本文描述的实施方式，可例如通过电子束装置或中空阳极沉积等离子体源提供等离子体。多孔涂层的密度可能受等离子体密度的影响。

[0094] 于柔性基板上沉积的多孔层的化学计量可例如受金属的蒸发速率、提供至蒸发的材料的处理气体的量及/或处理气体的等离子体离子化的影响。可能影响沉积的多孔层的化学计量的另外方面可为蒸发腔室内部的真空与周围大气压力之间的压差。

[0095] 根据本文描述的实施方式，用于形成电化学能储存装置的元件的方法可包括使陶瓷层52在升高的温度下处于380氧化气氛。

[0096] 此书面说明使用包括最佳模式的数个示例来揭露本公开内容，且也使得能够实施所述的主题，包括制造及使用任何设备或系统及执行任何并入的方法。尽管上文已经公开了各种特定实施方式，但上述实施方式的非互斥的特征可彼此结合。可申请专利范围由权利要求书限定，且如果实施例具有非相异于权利要求的字面语言的结构元素，或如果实施例包括与权利要求的字面语言具有非实质差异的等同结构元素，则这些实施例意欲落在权利要求的范围中。

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