CN102066607A - 采用物理气相沉积法的电化学电池的大规模制造 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施方案涉及制造电化学电池的装置和方法。本发明的一个实施方案包括单个腔室，所述单个腔室设置成用于在两个卷轴之间卷绕的衬底上沉积不同的材料。在一个实施方案中，在腔室内的条件定期改变的情况下，所述衬底围绕卷轴沿相同的方向移动，从而使沉积材料随着时间连续形成。另一个实施方案采用，在腔室内的条件随着方向的每一次改变而不同的情况下，使衬底围绕卷轴移动的方向交替改变，而使沉积材料随着时间顺序形成。所述腔室配置有各种能源和材料源，从而使电化学电池的不同层沉积。

Description

采用物理气相沉积法的电化学电池的大规模制造
对相关申请的交叉参考
本申请要求于2008年6月20日提交的名称为“采用物理气相沉积法的电化学电池的大规模制造”的美国临时专利申请No.61/074,448的权益，其内容由此整体引入，作为参考。
背景技术
对于许多不同的应用，电化学电池正日益增长地用作电源。通常由电池电源运行的装置的例子包括但不限于如手机、便携式计算机和便携式媒体播放器的可移动电子装置。由这些装置引起的电能增长的需要已带来由各种材料以不同的结构排列的电化学电池的制造。
制造电化学电池的常规方法通过沉积一系列层而形成电化学电池的元件(例如阳极、阴极和电解质材料)。通常，采用分批工艺，采用单独的腔室以沉积不同的层，来制造这些电化学电池。
美国专利No.5,411,592描述了一种采用在两辊之间移动的衬底而形成薄膜电池的装置。通过使辊旋转，该衬底被移入多个腔室，在腔室中沉积薄膜。
尽管美国专利No.5,411,592的方法可以有效地制造电化学电池，但是其可能存在某些缺点。一种可能的缺点是体积大，即构成电化学电池的每层薄膜都必须在单独的腔室中形成。由于将每个制备步骤分配到不同的腔室中，因此会增大装置的尺寸。
而且，由于将电化学电池的每层薄膜的形成分配到不同的腔室中，因此美国专利No.5,411,592的装置缺乏灵活性。具体而言，在该电化学电池结构中的改变，需要去制作新的具有不同腔室的装置。当电池是由不同的材料或以不同的结构形成时，常规的间歇式装置可能是不切实际的。
综上所述，可以看出，用于制造半导体材料的成本合算的和效率高的技术是所需要的。
发明内容
本发明的实施方案涉及制造电化学电池的装置和方法。本发明的一个实施方案包括单个腔室，所述单个腔室设置成用于在两个卷轴之间卷绕的衬底上沉积不同的材料。在一个实施方案中，在腔室内的条件定期改变的情况下，所述衬底围绕卷轴沿着相同的方向移动，从而使沉积材料随着时间连续形成。另一个实施方案采用，在腔室内的条件随着方向的每一次改变而不同的情况下，使衬底围绕卷轴移动的方向交替改变，从而使沉积材料随着时间顺序形成。所述腔室配置有各种能源和材料源，从而使电化学电池的不同层沉积。
根据本发明的实施方案，提供了用于电化学电池沉积的装置。所述装置包括：沉积腔室，该沉积腔室与第一材料源和第二材料源流体相通；第一口，该第一口与所述沉积腔室流体相通且设置成在与沉积腔室内的条件相似的气体和压力条件下保持；和第二口，该第二口与所述沉积腔室流体相通且设置成在与沉积腔室内的条件相似的气体和压力条件下保持。衬底安置在两个卷轴之间且延伸通过第一口、沉积腔室和第二口，以及控制器被配置来使两卷轴一致旋转，从而沿通过沉积腔室的方向移动衬底，同时来自材料源的材料在衬底上沉积。
根据本发明的另一实施方案，提供了用于形成电化学电池的方法。所述方法包括：使在两个卷轴之间卷绕的衬底沿第一方向移动通过沉积腔室，在沉积腔室中在第一组沉积条件下在衬底上沉积阳极或阴极层，然后将阳极或阴极层移回到沉积腔室中。在沉积腔室中在第二组沉积条件下在阳极或阴极层上沉积电解质层。将电解质层移回到沉积腔室中，在沉积腔室中在第三组沉积条件下在电解质层上沉积阳极或阴极层中的另一个，从而形成电化学电池。
根据本发明的具体实施方案，提供了用于形成电化学电池的装置。所述的装置包括在两个卷轴之间卷绕且穿过沉积腔室的衬底、与卷轴和沉积腔室电连接的控制器、和与控制器电连接的计算机可读存储介质。所述的计算机可读存储介质在其上存储代码，该代码目的在于指示控制器沿第一方向移动衬底通过沉积腔室，指示沉积腔室在腔室中在第一组沉积条件下在衬底上沉积阳极或阴极层，接着指示卷轴将阳极或阴极层移回到腔室中。存储在计算机可读存储介质上的代码指示沉积腔室在腔室中在第二组沉积条件下在阳极或阴极层上沉积电解质层，指示卷轴将电解质层移回到腔室中；接着指示沉积腔室在腔室中在第三组沉积条件下在电解质层上沉积阳极或阴极层中的另一个，从而形成电化学电池。
根据本发明的另一具体实施方案，提供了用于在衬底上沉积材料的方法。所述方法包括：采用选自下面组中的至少一种方法，使材料通过用于加热的蒸发源来产生蒸气，所述的组由蒸发法、物理气相沉积法、化学气相沉积法、溅射法、射频磁控溅射法、微波等离子体增强化学气相沉积法(MPECVD)、脉冲激光沉积法(PLD)、激光烧蚀法、喷雾沉积法、喷雾热解法、喷雾涂覆法或等离子体喷涂法组成。将氧气或其它氧化性物种送入蒸发腔室与材料蒸气混合并产生要被沉积的氧化物。将氮气或其它物种送入蒸发腔室与材料蒸气混合并产生要被沉积的硝酸盐，和将衬底运送到邻近蒸发源使基底上的蒸气沉积。
通过参考说明书的后面部分和附图可以更进一步理解本发明的本质和优点。
附图说明
图1是说明根据本发明实施方案的用于在衬底上沉积电池材料的装置的简化示意图。
图2是根据本发明的装置的具体实施方案的简化视图。
图2A是示出采用图2的装置形成电化学电池的方法的实施方案的步骤的简化流程图。
图2B是根据本发明的装置的另一实施方案的简化视图。
图2C是示出采用图2B的装置形成电化学电池的方法的实施方案的步骤的简化流程图。
图3A示出卷绕棱柱形的电池的示例。
图3B示出卷绕圆柱形的电池的示例。
图4示出根据一实施方案的在盘绕衬底上形成的电化学电池的定位。
图5示出在一衬底上用引线(lead)连接起来的多个分立的电化学电池的示例。
图6A是示出根据本发明实施方案形成的电化学电池的简化截面视图，该电化学电池具有平直薄膜形态设计的电极。
图6B是示出根据本发明实施方案形成的电化学电池的简化截面视图，该电化学电池具有正弦曲线形状的形态设计的电极。
图7是示出根据本发明实施方案形成的叠层电化学电池示例的简化截面视图。
具体实施方式
根据本发明的实施方案涉及用于制造电化学电池的技术。图1是说明根据本发明实施方案的用于在衬底上沉积电池材料的装置的简化示意图。
更具体而言，图1的装置包括真空沉积腔室6。该真空沉积腔室设置成，用来沉积形成电化学电池的材料的薄膜。特别地，该真空沉积腔室与多个材料源流体相通，使下述层中的一个层或多个层沉积：阳极、阴极、电解质、集流器和连接一个或多个分立的电化学电池的引线。
具体地，所述真空沉积腔室设置有至少一个用于在集流器上沉积电池阴极材料层的蒸发源。所述的集流器可以是现成设置在衬底上，或者集流器本身可采用沉积腔室来形成。
所述的沉积腔室也设置有至少一个用于在电池阴极材料上沉积电解质材料层的蒸发源。所述的电解质材料可以凝胶或固体状态沉积。所述的沉积腔室也设置有至少一个用于在电解质层上沉积电池阳极材料层的蒸发源。
所述的沉积腔室分别配备有输入气体口4和输出气体口9。在沉积过程中，这些气体口维持腔室内惰性或氧化的真空气氛。
图2示出根据本发明的装置的实施方案的更详细的视图。如图2所示，本发明的一个实施方案包括加工腔室，该加工腔室设置成用来在两个卷轴之间卷绕的衬底上沉积不同的材料。
所述装置可以包括气体供应，以便在沉积的同时根据需要可维持氧化气氛。与沉积腔室相连的气体供应阀，在沉积的同时根据需要可使活性气体气氛保持。另外一个与沉积腔室相连的气体供应阀，当将处理过的衬底移至腔室外面时，可以在腔室内使惰性气体气氛保持。
所述腔室配置有各种能源和材料源以使电化学电池的不同层沉积。例如，所述腔室可以配备有加热或冷却元件以控制其内部的热环境。这些温度控制元件可以是球形的，如加热灯或帕尔贴加热器或帕尔贴致冷器式的。或者，与球形的加热源/散热器结合，所述装置可配置有定位的温度控制元件，如激光器或低温流体喷射器，其能够对准所沉积材料的特定部分。
所述腔室也可以配备成使其中的材料暴露于辐射中。依照本发明的辐射源的例子包括但不限于：紫外辐射源、微波辐射源和电子束。其它可能在腔室中使用的辐射源包括红外辐射源、脉冲激光器、纳秒激光器、低能激光器(例如具有mJ/cm2级的能量)和高能激光器(例如具有J/cm2级的能量)，以及中子、电子、光子或其它原子粒子散射。
所述装置包括与沉积腔室串联连接的供应腔室。将衬底材料供给沉积腔室。该衬底材料保持在沉积腔室的相同气体气氛中，将其展开，连续或顺序地送入沉积腔室中。
所述的输入/输出口可以包括与沉积腔室串联连接的排出腔室(evacuation chamber)，且输入/输出口保持在相同的气体气氛下。已经沉积了电池的衬底材料传送通过排出腔室，用辊将其收集起来。
所述装置的这种实施方案可以适用于在衬底上沉积叠层的固态电池组。在这种实施方案中，供应腔室和排出腔室是可以调换的。因此，当衬底材料的滚动已经经历一次传送通过沉积腔室时，衬底的方向可以反转过来，衬底再次传送通过沉积腔室以使电化学电池的另外一层形成。
因此，在图2所示的具体实施方案中，所述衬底围绕卷轴移动的方向是交替改变的。为了随着时间使沉积材料顺序形成，腔室内的条件是随方向的每次变化而变化的。特别地，控制器与每个卷轴和腔室电连接。该控制器也与计算机可读存储介质相联系，该计算机可读存储介质上具有存储好的代码，所述代码配置成用来结合电化学电池材料的不同层的沉积而引导衬底的交替移动。
图2A是说明采用上述方法形成电池结构的工艺流程200的步骤的简图。具体地，在第一步骤201中，使卷轴转动从而沿第一方向移动衬底通过沉积腔室。
在第二步骤202中，如果所述衬底不导电，则在衬底上沉积集流器材料。在第三步骤203中，在衬底上沉积第一电极材料。在一些实施方案中，首先沉积阳极材料。在其它的实施方案中，可以首先沉积阴极材料。
在第四步骤204中，改变卷轴的转动方向，具有沉积了的电极材料的衬底沿相反的方向回移通过腔室。在第五步骤205中，在第一电极上沉积电解质材料。
在第六步骤206中，卷轴转动的方向又反转到原来的方向，具有沉积了的电解质材料的衬底又回移通过腔室。在第七步骤207中，在电解质上沉积第二电极(阳极或阴极)材料。在第八步骤208中，在第二电极上沉积集流器材料。
上述步骤的顺序提供了一种根据本发明实施方案的方法。如所说明的，该方法使用了包括衬底移动通过腔室的方向的变化和腔室内沉积条件的变化的步骤的组合。在不偏离本发明权利要求范围的情况下，也可以提供其它的选择，其中增加步骤，取消一个或多个步骤，或以不同的顺序提供一个或多个步骤。本方法进一步的细节可以在本发明整个说明书中找到。
在一可选择的方法中，在腔室内的条件定期改变的情况下，所述衬底可以围绕卷轴沿着相同的方向移动，从而使沉积材料随着时间连续形成。图2B示出根据这种方法设置用于形成电池结构的装置的实施方案简化示意图。特别地，控制器与卷轴和沉积腔室电连接。该控制器也与其上存储有代码的计算机可读存储介质相联系，该代码用来引导控制器使卷轴持续沿相同的方向转动，从而首先形成电极层。经过一定的时间之后，当衬底已经覆盖有电极层，存储在计算机可读存储介质上的代码促使控制器指示腔室改变沉积条件以沉积电解质层。随后，该控制器再次指示沉积腔室改变腔室内的条件以沉积另一电极(阳极或阴极)材料。
图2C是概括了采用这种方法形成电池结构的步骤的流程220的简化图。在第一步骤222中，转动卷轴以使衬底移动通过腔室。在第二步骤223中，当卷轴正以相同方向转动时，如果衬底不导电，则在衬底上沉积集流器材料。
在第三步骤224中，当卷轴正以相同方向转动时，在衬底上沉积电极(阳极或阴极)材料，或如果衬底不导电，则在集流器材料上沉积电极(阳极或阴极)材料。在第四步骤226中，一经衬底已经覆盖有电极材料，改变腔室内的条件以在电极上沉积电解质材料。
在第五步骤228中，一经第一电极材料已经覆盖有电解质，再次改变腔室内的条件，沉积第二电极(阴极或阳极)材料。在第六步骤229中，在第二电极上沉积集流器材料。
上述步骤的顺序提供了一种根据本发明实施方案的方法。如所说明的，该方法使用了包括衬底沿一致的方向移动通过腔室和腔室内沉积条件的变化的步骤的组合。在不偏离本发明权利要求范围的情况下，也可以提供其它的选择，其中增加步骤，取消一个或多个步骤，或以不同的顺序提供一个或多个步骤。本方法进一步的细节可以在本发明整个说明书中找到。
所述沉积腔室可设置成通过选自下述方法中的至少一种方法来沉积材料：蒸发法、物理气相沉积法(PVD)、化学气相沉积法(CVD)、溅射法、射频磁控溅射法、微波等离子体增强化学气相沉积法(MPECVD)、脉冲激光沉积法(PLD)、激光烧蚀法、喷雾沉积法、喷雾热解法、喷雾涂覆法或等离子体喷涂法。
用于沉积的条件可以，但是不必，在减压环境下进行。因此，所述沉积腔室可以为设置成用于沉积至少一种材料的沉积腔室。
在具体的实施方案中，所述装置设置成采用微波水热合成法形成纳米粒子来沉积材料。根据本发明实施方案的沉积纳米粒子可以呈现选自下述组中的至少一种形状：球体、纳米立方体、赝立方体、椭圆体、纺锤体、纳米片、纳米环、纳米球、纳米纺锤体、小圆粒、杆状、线状、阵列状、管状、纳米管、带状、盘状、环状、立方体、中型孔状、树枝状、螺旋桨状(propellers)、花状(flowers)、空心状(hollow interior)、所列出结构的结合体、以及其它复合超结构。根据本发明装置的具体实施方案可以设置成采用微波照射来诱导下面机制中的至少一种：成核、聚集、重结晶和溶解-重结晶，从而沉积粒子。
在具体的实施方案中，所述装置可以设置成采用激光烧蚀法、热蒸发法、气相输送法(vapor transport)或这些技术的组合来沉积纳米线、纳米管或纳米带结构或它们的组合，从而沉积材料。可以在这些实施方案中沉积的材料包括但不限于：第Ⅲ-Ⅳ族半导体纳米线(如硅)、锌(Zn)和氧化锌(ZnO)纳米线、半导体性氧化物(锌、锡、铟、镉和镓的氧化物)纳米带、碳纳米管和碳介观结构(carbon meso-structure)。
本发明的实施方案可以提供许多优于常规方法的益处。例如，特别是当与常规的间歇式制造工艺相比，本发明的实施方案有利于单个或多个高性能的薄膜电化学电池的不同规模的制造。
当与常规方法相比，本发明的实施方案还提供高度的灵活性。特别是，本发明的实施方案允许利用单个腔室应用多重制造技术。这种方法创建了一个在一个或多个电池中专门针对最优层或等级材料能够采用多重沉积技术的系统。
本发明的一些实施方案便于以垂直(叠层)结构制造多个电化学电池。因此，本发明的具体实施方案也可以包括至少一种蒸发源，所述至少一种蒸发源适合于在叠层中在第一沉积电池的第二电极和下一个沉积电池的第一电极之间沉积集流器层，也可以在叠层中在最后的沉积电池的第二电极上沉积上导电金属层。
此外，本发明的实施方案可以允许在带状衬底(ribbon-type substrate)上水平形成电池组/电化学电池。在具体的实施方案中，这种带可以以卷绕的棱柱形进行卷绕，如图3A所示。在可选择的实施方案中，这种带可以以卷绕的圆柱形进行卷绕，如图3B所示。
如图4所示，在一些实施方案中，在衬底上材料的沉积可以限制在特定的位置。特别是，沉积材料可以不包括在盘卷中预计是急转弯位置的那部分衬底，从而避免与卷绕相关的高应力和可能的缺陷。
在具体的实施方案中，多个电化学电池可以以水平系列的方式在带状衬底上形成，它们通过导电引线结构在分立的电化学电池之间建立电连接。这样的实施方案在图5中示出。
在这种导线相对薄和脆的情况下，盘卷中的紧转弯会对它们施加物理应力，有可能会导致断裂。因此，本发明的具体实施方案可以以增加的间距来分隔分立的电池。这种增加的间距在材料卷绕时在接连的转弯处能容纳大量的材料，从而降低物理应力。
实施例
实施例1：制造薄膜锂电池
本实施例举例说明了制造新的电化学电池的方法。特别地，示出了电极的两种不同形态的设计。图6A是示出根据本发明实施方案形成的电化学电池的简化截面视图，该电化学电池具有平直薄膜形态设计的电极。图6B是示出根据本发明的实施方案形成的电化学电池的简化截面视图，该电化学电池具有正弦曲线状形态设计的电极。
用于三维电化学电池的材料是：作为阳极集流器的铜(图6A中的16，图6B中的21)，作为阳极的锂金属(图6A中的17，图6B中的22)，作为电解质的含有锂盐的聚合物(图6A中的18，图6B中的23)，作为阴极的锂锰氧化物(lithium manganese oxide)(图6A中的19，图6B中的24)和作为阴极集流器的铝(图6A中的20，图6B中的25)。由于使用聚合物电解质，因此不需要隔板。
此处所使用的材料仅为了说明的目的。根据可选择的实施方案，其它材料可用来形成电化学电池且仍然在本发明的范围内。
在图6A中的平板电极结构中，所述衬底是第一集流器(铜)。相继的材料层，活性的和非活性的，在沉积腔室中利用PVD在衬底上沉积。
在正弦曲线结构中，嵴状聚合物膜用作衬底，在该衬底上沉积第一金属层(铜)，接着相继的材料层，活性的和非活性的，在腔室中利用PVD沉积。
实施例2：制造叠层电池，制造更高电压和能量的电池组
本实施例举例说明了制造叠层电池的方法。图6示出了两个层叠在一起的平板薄膜电池。用于三维电化学电池的材料是：作为阳极集流器26和31的铜，作为阳极27和32的锂金属，作为电解质28和33的含有锂盐的聚合物，作为阴极29和34的锂锰氧化物，和作为阴极集流器30和35的铝。由于使用聚合物电解质，因此不需要隔板。
此处所列出的具体材料仅为了说明的目的。根据可选择的实施方案，其它材料可使用且仍然在本发明的范围内。
在这个具体的实施例中，采用第一平板金属层(铜集流器)作为衬底，依次序沉积多层。用PVD来沉积相继的活性和非活性材料。
虽然上述的实施方案描述了由特定的材料制备的电化学电池，但是本发明不限于使用这些材料。可选择的实施方案可以沉积各种用作阳极、电解质和阴极的沉积材料，且仍然是在本发明的范围内。例如，表1非完全地列出了形成各种类型电解电池的材料的实例。
表1
Figure BPA00001278280200101
Figure BPA00001278280200111
Figure BPA00001278280200131
Figure BPA00001278280200141
进一步可以理解，本文中所描述的实施例和实施方案仅为了说明的目的，对本领域的技术人员而言，根据这些实施例和实施方案可以联想到多种修改或改变，这些修改或改变要包含在本申请的精神和范围内和所附权利要求的范围内。

Claims (51)

1.一种用于电化学电池的沉积的装置，所述装置包括：
沉积腔室，所述沉积腔室与第一材料源和第二材料源流体相通；
第一口，所述第一口与沉积腔室流体相通且设置成在与沉积腔室内的条件相似的气体和压力条件下保持；
第二口，所述第二口与沉积腔室流体相通且设置成在与沉积腔室内的条件相似的气体和压力条件下保持；
衬底，所述衬底安置在两个卷轴之间且延伸通过第一口、沉积腔室和第二口；和
控制器，所述控制器配置用来使两卷轴一致旋转，从而沿通过沉积腔室的方向移动衬底，同时来自材料源的材料在衬底上沉积。
2.根据权利要求1所述的装置，进一步包括与所述沉积腔室流体相通的真空源。
3.根据权利要求1所述的装置，进一步包括与沉积腔室能量相通的辐射源。
4.根据权利要求1所述的装置，进一步包括与沉积腔室能量相通的热源。
5.根据权利要求1所述的装置，进一步包括与沉积腔室能量相通的光源。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述控制器设置成，用来以交替的方向旋转卷轴，以及当衬底沿第一方向移动时，用来指示沉积腔室在衬底上沉积来自第一材料源的电极，然后，当衬底沿与第一方向相反的第二方向移动时，用来指示沉积腔室在电极上沉积来自第二材料源的电解质。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述控制器设置成用来在衬底上沉积多个分立的电极部分，该多个分立的电极部分通过增加的间距而分隔开，当以卷绕的结构组装时，该增加的间距容纳衬底预计急转弯部位。
8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述控制器设置成用来以恒定的方向旋转卷轴，并用来在第一时间段期间指示沉积腔室在衬底上沉积来自第一材料源的电极，接着在继第一时间段之后的第二时间段期间，在电极上沉积来自第二材料源的电解质。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述控制器设置成用来在衬底上沉积多个分立的电极部分，该多个分立的电极部分通过增加的间距而分隔开，当以卷绕的结构组装时，该增加的间距容纳衬底预计急转弯部位。
10.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一材料源提供阳极或阴极的沉积，所述第二材料源提供电解质的沉积。
11.根据权利要求10所述的装置，进一步包括第三材料源，该第三材料源提供阳极或阴极中另一个的沉积。
12.根据权利要求11所述的装置，进一步包括第四材料源，该第四材料源提供集流器的沉积。
13.根据权利要求1所述的装置，其中，所述腔室设置成用于采用选自下面组中方法中的一种或组合的方法进行沉积，所述组由蒸发法、物理气相沉积法(PVD)、化学气相沉积法、溅射法、射频磁控溅射法、微波等离子体增强化学气相沉积法(MPECVD)、脉冲激光沉积法(PLD)、激光烧蚀法、喷雾沉积法、喷雾热解法、喷雾涂覆法或等离子体喷涂法组成。
14.根据权利要求1所述的装置，其中，所述腔室设置成用于沉积纳米线结构、纳米管结构、或纳米带结构、或这些结构的组合。
15.根据权利要求1所述的装置，其中，所述腔室设置成用于沉积第Ⅲ-Ⅳ族半导体纳米线，锌(Zn)或氧化锌(ZnO)纳米线，锌、锡、铟、镉和镓的半导体性氧化物纳米带，碳纳米管，或碳介观结构。
16.一种用于形成电化学电池的方法，所述方法包括：
使在两个卷轴之间卷绕的衬底沿第一方向移动通过沉积腔室；
在第一组沉积条件下在沉积腔室中在衬底上沉积阳极或阴极层；
将阳极或阴极层移回到腔室中；
在第二组沉积条件下在沉积腔室中在阳极或阴极层上沉积电解质层；
将电解质层移回到腔室中；和
在第三组沉积条件下在沉积腔室中在电解质层上沉积阳极或阴极层中的另一个，从而形成电化学电池。
17.根据权利要求16所述的方法，其中采用选自下面组中方法中的一种或组合的方法进行阳极或阴极层、电解质层或阳极或阴极层中的另一个的沉积，所述组由蒸发法、物理气相沉积法(PVD)、化学气相沉积法、溅射法、射频磁控溅射法、微波等离子体增强化学气相沉积法(MPECVD)、脉冲激光沉积法(PLD)、激光烧蚀法、喷雾沉积法、喷雾热解法、喷雾涂覆法或等离子体喷涂法组成。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，所述阴极或阳极层沿与第一方向相反的第二方向移入腔室中，所述电解质层沿第一方向移入腔室中。
19.根据权利要求16所述的方法，其中，所述阴极或阳极层和电解质层通过衬底绕卷轴旋转而沿第一方向移入腔室中。
20.根据权利要求16所述的方法，其中，所述电解质层沉积在阳极层上，所述阴极层沉积在电解质层上。
21.根据权利要求16所述的方法，其中，所述电解质层沉积在阴极层上，所述阳极层沉积在电解质层上。
22.根据权利要求16所述的方法，其中，所述阴极或阳极层沉积在衬底上的集流器层上。
23.根据权利要求22所述的方法，进一步包括在沉积阴极或阳极层之前在衬底上沉积集流器层。
24.根据权利要求16所述的方法，其中，在所述衬底未用过的部分重复层的沉积，从而形成多个分立的电化学电池。
25.根据权利要求16所述的方法，其中，在已有的电化学电池上重复层的沉积，从而形成多个叠层的电化学电池。
26.根据权利要求16所述的方法，其中，沉积所述阳极或阴极层包括沉积纳米线结构、纳米管结构、或纳米带结构、或这些结构的组合。
27.根据权利要求16所述的方法，其中沉积所述阳极层、阴极层或电解质层包括沉积第Ⅲ-Ⅳ族半导体纳米线，锌(Zn)或氧化锌(ZnO)纳米线，锌、锡、铟、镉和镓的半导体性氧化物纳米带，碳纳米管，或碳介观结构。
28.一种用于形成电化学电池的装置，所述装置包括：
衬底，所述衬底通过沉积腔室卷绕在两个卷轴之间；
控制器，所述控制器与卷轴和沉积腔室电连接；和
计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质与控制器电连接，在该计算机可读存储介质上存储有代码，该代码引导控制器：
沿第一方向移动衬底通过沉积腔室；
指示沉积腔室在腔室内在第一组沉积条件下在衬底上沉积阳极或阴极层；
指示卷轴将阳极或阴极层移回到腔室中；
指示沉积腔室在腔室内在第二组沉积条件下在阳极或阴极层上沉积电解质层；
指示卷轴将电解质层移回到腔室中；和
指示沉积腔室在腔室内在第三组沉积条件下在电解质层上沉积阳极或阴极层中的另一个，从而形成电化学电池。
29.根据权利要求28所述的装置，其中，所述存储在计算机可读存储介质上的代码：
引导控制器指示卷轴将阴极或阳极层沿与第一方向相反的第二方向移入腔室中；和
引导控制器指示卷轴将电解质层沿第一方向移入腔室中。
30.根据权利要求28所述的装置，其中，所述存储在计算机可读存储介质上的代码引导控制器指示卷轴通过衬底绕卷轴旋转将阴极或阳极层和电解质层沿第一方向移入腔室中。
31.根据权利要求28所述的装置，其中，所述代码配置成用来引导控制器指示沉积腔室在衬底未用过的部分上重复层的沉积，从而形成多个分立的电化学电池。
32.根据权利要求28所述的装置，其中，所述代码配置成用来引导控制器指示衬底加热组件在合适的温度(如≤800℃)加热衬底以诱导相转变、重结晶或扩散和生长。
33.根据权利要求28所述的装置，其中，所述代码配置成用来引导控制器指示沉积腔室在已有的电化学电池上重复层的沉积，从而形成多个叠层的电化学电池。
34.一种用于大规模固态薄膜电化学电池沉积的沉积装置，所述装置包括：
第一壳，所述第一壳限定了封闭的供应腔室；
辊传送带，所述辊传送带位于供应腔室内部，用于将衬底传送到沉积腔室和由此传送到排出腔室；
第一口，所述第一口将第一供应腔室和沉积腔室连接起来，保持与沉积腔室相同的气体气氛和相同的真空压力，从而提供连续加工；
单个真空沉积腔室，所述单个真空沉积腔室用于以薄膜状沉积多种电池材料；
第二口，所述第二口将沉积腔室与排出腔室连接起来，保持与沉积腔室相同的气体气氛和相同的真空压力，从而提供连续加工；和
第二壳，所述第二壳限定了封闭的排出腔室，与沉积腔室串联连接。
35.根据权利要求34所述的沉积装置，进一步包括：
真空源，所述真空源用于抽取沉积腔室内的真空气氛；
蒸发源，所述蒸发源用于在衬底材料上沉积电池阴极材料；
第一蒸发源，所述第一蒸发源用于在电池阴极材料上沉积电解质材料；
第二蒸发源，所述第二蒸发源用于在电解质材料上沉积电池阳极材料；
气体供应阀，所述气体供应阀与沉积腔室相连；和
阀，所述阀在沉积完成之后或在顺序沉积步骤之间用于撤离和排出腔室。
36.根据权利要求34所述的沉积装置，其中，所述沉积腔室设置成采用微波水热合成法形成纳米粒子来沉积材料，所述纳米粒子的形状选自由如下形状组成的组中的至少一种：球体、纳米立方体、赝立方体、椭圆体、纺锤体、纳米片、纳米环、纳米球、纳米纺锤体、小圆粒、杆状、线状、阵列状、管状、纳米管、带状、盘状、环状、立方体、中孔状、树枝状、螺旋桨状、花状、空心状、所列出结构的组合体和其它复合超结构。
37.根据权利要求34所述的沉积装置，其中，所述沉积腔室设置成用于沉积层以形成清晰的或不清晰的界面。
38.根据权利要求37所述的沉积装置，其中，所述电解质和隔板可以由相同的材料制成，所述相同的材料包括相同的相。
39.根据权利要求34所述的沉积装置，其中，所述供应和排出腔室是可互换的，从而允许沉积腔室在衬底上沉积叠层的固态电池组，因而，当衬底材料的滚动已经经历过一次传送通过沉积腔室时，所述衬底的方向可以反转过来，且所述衬底可以经历另一次传送通过沉积腔室。
40.根据权利要求34所述的沉积装置，其中，所述腔室设置成用于沉积粒子，该粒子是采用微波照射来诱导选自由成核、聚集、重结晶和溶解-重结晶组成的组中的至少一种机制所合成的。
41.根据权利要求34所述的沉积装置，进一步包括至少一种蒸发源，该至少一种蒸发源用于在第二电池电极层的上面沉积作为集流器的上导电金属层。
42.根据权利要求34所述的沉积装置，进一步包括至少两种蒸发源，所述至少两种蒸发源设置成用于在第一沉积电池的阴极和下一个沉积电池的阳极之间沉积两层导电金属层作为集流器。
43.根据权利要求34所述的沉积装置，其中，所述沉积腔室设置成采用选自下面组中的方法来沉积材料，所述组由蒸发法、物理气相沉积法、化学气相沉积法、溅射法、射频磁控溅射法、微波等离子体增强化学气相沉积法(MPECVD)、脉冲激光沉积法(PLD)、激光烧蚀法、喷雾沉积法、喷雾热解法、喷雾涂覆法或等离子体喷涂法组成。
44.一种用于在衬底上沉积材料的方法，所述包括：
采用选自下面组中的至少一种方法，将材料传送通过用于加热的蒸发源来产生蒸气，所述组由蒸发法、物理气相沉积法、化学气相沉积法、溅射法、射频磁控溅射法、微波等离子体增强化学气相沉积法(MPECVD)、脉冲激光沉积法(PLD)、激光烧蚀法、喷雾沉积法、喷雾热解法、喷雾涂覆法或等离子体喷涂法；
将氧气或其它氧化性物种送入蒸发腔室与材料蒸气混合并产生要沉积的氧化物；
将氮气或其它物种送入蒸发腔室与材料蒸气混合并产生要沉积的硝酸盐；和
将衬底运送到邻近蒸发源使基底上的蒸气沉积。
45.一种组合体，包括：
衬底材料，所述衬底材料设置成在卷轴之间卷绕，该衬底材料包括以薄箔和承载形式的铜(Cu)、铝(Al)、不锈钢或其它合适的导电合金；
第一电极材料，所述第一电极材料包括锂金属(Li)、锂钛氧化物(Li4Ti5O12)、石墨(C)或中间相碳结构中的至少一种；
电解质材料，所述电解质材料在第一电极材料上面，包括锂磷氧氮(LIPON)，或与聚环氧乙烷(PEO)、聚偏二氟乙烯(PVDF)或PEO和PVDF的组合混合的锂盐中的至少一种；和
第二电极材料，所述第二电极材料在电解质材料上面，包括层状金属氧化物材料、层状尖晶石材料或层状橄榄石材料中的至少一种。
46.根据权利要求45所述的组合体，其中，所述中间相碳结构包括微珠或其它微结构中的至少一种。
47.根据权利要求45所述的组合体，其中，所述的锂盐包括LiClO4或LiPF6中的至少一种。
48.根据权利要求45所述的组合体，其中，所述的层状氧化物材料包括LiCoO2，层状尖晶石材料包括LiMn2O4，或层状橄榄石材料包括LiFePO4、Li(Ni1/3Mn1/3Co1/3)O2、LiNixCoyAl(1-x-y)O2(NCA)或LiNixMnyCo(1-x-y)O2(NCM)。
49.根据权利要求45所述的组合体，其中，所述第一电极材料、电解质材料和第二电极材料在衬底上形成为多个分立的电池。
50.根据权利要求45所述的组合体，进一步包括连接多个分立电池的导电引线。
51.根据权利要求45所述的组合体，其中，所述的第一电极材料、电解质材料和第二电极材料形成为多个电池的垂直叠层的一部分。
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