CN111133609B - 处理腔室以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 - Google Patents

处理腔室以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 Download PDF

Info

Publication number
CN111133609B
CN111133609B CN201780094919.3A CN201780094919A CN111133609B CN 111133609 B CN111133609 B CN 111133609B CN 201780094919 A CN201780094919 A CN 201780094919A CN 111133609 B CN111133609 B CN 111133609B
Authority
CN
China
Prior art keywords
ceramic layer
flexible substrate
process gas
source
roller
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201780094919.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111133609A (zh
Inventor
罗兰·特拉斯尔
托尔斯滕·布鲁诺·迪特尔
托马斯·德皮希
苏布拉曼亚·赫尔勒
肯特·赵
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Applied Materials Inc
Original Assignee
Applied Materials Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Applied Materials Inc filed Critical Applied Materials Inc
Publication of CN111133609A publication Critical patent/CN111133609A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111133609B publication Critical patent/CN111133609B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/0021—Reactive sputtering or evaporation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/403—Manufacturing processes of separators, membranes or diaphragms
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/08—Oxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/08—Oxides
    • C23C14/081—Oxides of aluminium, magnesium or beryllium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/228—Gas flow assisted PVD deposition
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24—Vacuum evaporation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24—Vacuum evaporation
    • C23C14/32—Vacuum evaporation by explosion; by evaporation and subsequent ionisation of the vapours, e.g. ion-plating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/56—Apparatus specially adapted for continuous coating; Arrangements for maintaining the vacuum, e.g. vacuum locks
    • C23C14/562—Apparatus specially adapted for continuous coating; Arrangements for maintaining the vacuum, e.g. vacuum locks for coating elongated substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0402—Methods of deposition of the material
    • H01M4/0421—Methods of deposition of the material involving vapour deposition
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0402—Methods of deposition of the material
    • H01M4/0421—Methods of deposition of the material involving vapour deposition
    • H01M4/0423—Physical vapour deposition
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139—Processes of manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/431—Inorganic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/449—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/46—Separators, membranes or diaphragms characterised by their combination with electrodes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

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)。蒸发源(102)包括：材料源，被配置为蒸发材料；气体源，被配置为提供处理气体；以及等离子体源(108)，被配置为至少部分地离子化处理气体，陶瓷层(52)至少由蒸发的材料及至少部分地离子化的处理气体形成。

Description

处理腔室以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
技术领域
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
电隔膜可例如被描述成使用在电池及其中电极彼此分隔同时维持离子导电性的其他布置中的隔膜。
一般来说，隔膜包括薄、多孔、电绝缘物质，所述物质相对于在系统中(例如在电池的电解质中)使用的化学物质及溶剂具有高离子孔隙率、良好的机械强度及长期稳定性。在电池中，隔膜通常将阴极和阳极完全地电性绝缘。此外，隔膜通常永久具有弹性且遵循系统中的运动，所述运动不只源自外部负载而且亦源自在离子引入及排出时电极的“呼吸(breathing)”。
一般来说，隔膜在决定使用隔膜的系统的寿命及安全性中可为相关的。举例来说，可再充电电池的发展在很大程度上受到适当的隔膜材料的开发的影响。
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。
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，陶瓷层可能并非是完全多孔的。举例来说，陶瓷层可包括金属原子，所述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。
有鉴于上述，本文描述的实施方式旨在提供可有利地克服本领域中的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输送(放电/充电率)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
有鉴于上述，提供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。本申请案的其他方面、优点及特征由从属权利要求、说明书及附图而显而易见。
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；提供处理气体；以及至少部分地等离子体离子化及/或解离处理气体，所述陶瓷层至少由蒸发的材料及至少部分地离子化的处理气体形成。
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，被配置为供应处理气体；以及等离子体源，被配置为蒸发至少部分地离子化及/或解离处理气体，所述陶瓷层至少由蒸发的材料及至少部分地离子化及/或解离的处理气体形成。
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，被配置为供应处理气体；以及等离子体源，被配置为至少部分地离子化及/或解离处理气体，所述陶瓷层至少由蒸发的材料及至少部分地离子化及/或解离的处理气体形成。所述处理腔室进一步包括基板传送机构，所述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，使得所述陶瓷层形成于柔性基板上。
实施例亦有关于用于执行所公开的方法的设备，且包括用于执行所述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，根据本应用的实施例亦有关于操作所述设备的方法。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
为了使本公开内容的上述特征可被详细地了解，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描述。附图有关于本公开内容的实施方式且说明于下文中：
图1说明根据实施方式的布置于处理腔室中的用于形成电化学能储存装置的元件的蒸发源的示意图；
图2说明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；
图3说明图2中所示的处理腔室的放大图；
图4示意地说明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
图5示意地说明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
现在将详细地参照本公开内容的实施方式，实施方式的一或多个示例说明于图中。在图的下方描述中，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。各示例以解释的方式提供且不意为对本公开内容的限制。被说明或描述为实施方式的一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。可预期的是，本说明书包括这些修改及变化。
图1说明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(诸如是用于真空处理系统的处理系统)的一部分。
在本公开内容的上下文中，“电化学能储存装置”可被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”例如亦可包含燃料电池。在本文描述的实施方式中，电化电池可被理解为能量储存器的基本或最小功能单元。在工业实践中，大量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。
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，也就是负阳极和正阴极。阴极和阳极可由隔膜分隔，所述隔膜布置在阴极与阳极之间，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。
根据本文描述的实施方式，蒸发源102可包括材料源140，被配置为蒸发材料。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。
根据本文描述的实施方式，蒸发源102可包括被配置为供应处理气体的气体源107。处理气体可为反应气体。特别是，处理气体可为与材料源140所蒸发的金属反应的反应气体。气体源107可被配置为提供构成陶瓷层52的至少一种元素。举例来说，处理气体可为及/或包括氧、臭氧、氩及其组合。根据本文描述的实施方式，陶瓷层52可具有包括氧的化学成份。
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可能未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”可意指生成物不包括全部反应物的情况。在氧化铝作为涂布层52的材料的示例中，完全化学计量反应可为：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，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，特别是在电化学能储存装置的充电及/或放电期间，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。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通过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。
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及/或解离处理气体。特别是，等离子体源108可被配置为产生等离子体，特别是在材料源140与蒸发源102的出口之间产生等离子体。也就是说，等离子体源108可被配置为在材料源140与待被涂布的柔性基板111之间产生等离子体。当实施实施方式时，可改善陶瓷层52的化学计量。根据有利的实施方式，可实际上获得完全化学计量的陶瓷层52。
根据本文描述的实施方式，等离子体可离子化至少0.01％及/或达1％的处理气体。额外地或替代地，等离子体解离处理气体。在本申请的上下文中，“离子化(ionization)”或“以离子化(to ionize)”，诸如等离子体离子化处理气体，可理解为一工艺，在此工艺中，例如处理气体的原子或分子通过得到或损失电子而取得负或正电荷，以形成离子。在氧作为处理气体的示例中，氧的离子化可致使从氧分子(O2)形成氧离子(例如O2-、O-、O2+、O+)。在本申请的上下文中，“解离(dissociation)”或“以解离(todissociate)”，诸如等离子体解离处理气体，可理解为一工艺，在此工艺中，例如处理气体的分子分离或分裂成较小的粒子，诸如原子。在氧作为处理气体的示例中，氧的离子化可致使从氧分子(O2)形成原子氧(O)。
不想受到理论的束缚，至少部分地离子化的处理气体可相对于由材料源140蒸发的材料具有较高的反应性。因此，就化学计量而言，可增强用于形成陶瓷层52的化学反应。此外，可实际上增加蒸发源102的沉积率。
在氧化铝作为陶瓷层52的材料的示例中，氧化铝可形成为具有改善的化学计量，特别是完全化学计量，使得未结合的过量Al原子的量减少且/或氧化铝包括增量的Al2O3。根据本文描述的实施方式，至少部分地离子化的氧促使形成具有改善的化学计量的氧化铝。因此，电化学能储存装置的较少元素(诸如上述锂离子)可与陶瓷层52反应。当实施实施方式时，可获得较高的放电及/或再充电速率、较高的电压及/或改善的寿命。因此，可实际上获得改善的电荷输送、提高电压及/或延长循环寿命(cycle life)。
额外地或替代地，等离子体可至少部分地离子化及/或解离蒸发源102所蒸发的材料。在铝作为将蒸发的材料的示例中，铝的离子化可致使从原子铝(Al)形成铝离子(例如Al+、Al2+、Al3+)。
此外，可改善陶瓷层52的机械强健性。因而当实施实施方式时，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。
因此，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成形。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促使形成具有改善的化学计量的陶瓷层52。
在本公开内容的上下文中，“陶瓷层”，诸如是陶瓷层52，可被理解为包括陶瓷材料的层或由陶瓷材料形成的层。“陶瓷材料”可被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，陶瓷材料可特别被理解为介电材料，所述介电材料特别包括金属及氧原子，诸如例如是氧化铝、氮化铝等。根据本文描述的实施方式，陶瓷层52可为氧化铝层。
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。
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。
柔性基板111可特别地包含柔性基板，诸如塑料膜、网(web)、箔、柔性玻璃或条状物(strip)。术语柔性基板亦可包含其他类型的柔性基板。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，例如用于制造具有均匀厚度的平涂层，或用于制造预定形状的涂布图案或涂布结构于柔性基板上或下方涂布结构的顶部上。除了陶瓷层之外，电子装置及结构可通过掩蔽、蚀刻及/或沉积而形成于柔性基板上。
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(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。亦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(stronglyreducing condition)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，可通过选择特别抗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。
在隔膜的情况中，柔性基板111可由微孔聚乙烯、聚丙烯、聚烯烃及/或其层叠制成，及/或包括微孔聚乙烯、聚丙烯、聚烯烃及/或其层叠。
在阴极的情况中，柔性基板111可由铝制成及/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可以是本文所述的聚合物材料或包括本文所述的聚合物材料，例如是聚酯，铝层沉积于柔性基板111上。聚合物基板可比例如铝基板及/或沉积的铝层薄。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。
在阳极的情况中，柔性基板111可由铜制成及/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可以是本文所述的聚合物材料或包括本文所述的聚合物材料，例如是聚酯，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。
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。
根据本文描述的实施方式，柔性基板111，特别是具有陶瓷层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可在应用中为电解质提供路径，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，孔隙率可经由常见的方法确定，诸如例如通过压汞法(mercury porosimetry)，且/或可以假设所有孔是开放孔来从所使用的材料的体积及密度计算。
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和聚烯烃制成。在充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。
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份的比例。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组的密度增大，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。
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地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，诸如阳极或阴极。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。
根据本文描述的实施方式，陶瓷层52可通过蒸发材料形成，所述材料特别是金属。特别是，陶瓷层52可通过例如在电感加热的坩锅中蒸发金属来形成。此外，可提供诸如例如是氧的处理气体以用于形成陶瓷层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。根据本文描述的实施方式，陶瓷层52可具有包括氧的化学成分。当实践实施方式时，相较于传统的隔膜涂布技术(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。
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500nm，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。
柔性基板111可在处理腔室100中处理时移动，例如通过蒸发源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，柔性基板111可沿着传送路径P传送通过蒸发源102。
如图1中所示，可设置第一基板支撑件及/或第二基板支撑件24，第二基板支撑，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亦可称为滚轴，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(由在中心具有点的圆所示，以表示垂直于投影面的传送路径P)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可在柔性基板111从第一滚轴22向第二滚轴24传送时形成。根据本文描述的实施方式，当柔性基板111从第一滚轴22向第二滚轴24传送时，陶瓷层52可处于氧化气氛。
于一些应用中，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，及可沿着其他滚轴的外表面被导引。涂布的柔性基板可卷绕于卷轴上。
于本公开内容的上下文中，例如作为滚轴组件的一部分的“滚筒(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圆状的形状，用于接触基板。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为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。
根据本文描述的实施方式，处理腔室可被配置为处理具有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。
图2说明用于沉积陶瓷层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。可设置真空装置190以排空装载/卸载腔室101，真空装置190诸如是真空泵。
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。
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亦可包括枢轴装置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。
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。
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可包括蒸发源102。蒸发腔室103可通过真空装置190排气，真空装置190亦可用于对装载/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。
如图2中所示例性说明，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(wire)。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及/或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。
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。所述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围绕坩锅的绝缘材料。一或多个感应线圈可缠绕在坩锅及绝缘材料周围。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替换或再补充。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。
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，而取代通过外部源经由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地加热的优点。金属的蒸发温度可比一般电阻加热坩锅更严密地控制。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。通过减少蒸发金属飞溅的可能性，坩锅温度的精密控制也可避免/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。
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(未说明于图中)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和感应线圈可允许蒸发设备易于维护。
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，以蒸发要蒸发的材料。
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，且可允许更好地控制金属的蒸发温度。
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隔开。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。
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可被配置为在RF频率下操作，例如在27.12MHz下操作。等离子体源108可被配置为用于等于或大于2.5bar，且/或等于或小于5bar的预压(pre-pressure)。等离子体源108可被配置为提供等于或大于30eV，且/或等于或小于1100eV的离子能量。等离子体源108可被配置为提供每线圈达20mT的磁场。等离子体源108可被配置为在等于或大于10-5bar，且/或等于或小于10-2bar的压力下操作。
等离子体源108可例如是电子束装置，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。通过进一步减少蒸发金属飞溅的可能性，等离子体可有助于避免/减少基板上的多孔涂层中的针孔及通孔缺陷。等离子体还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。
根据本文描述的实施方式，蒸发源102可包括气体源，用于供应处理气体。气体源可包括气体引入装置107。气体引入装置107可被布置为可控制地引入处理气体至蒸发源102及/或蒸发腔室103中。气体引入装置可例如包括喷嘴及供应管，供应管连接于例如处理气体源，用于提供处理气体至蒸发源102及/或蒸发腔室103中。
处理气体可为反应气体。特别是，处理气体可为与材料源140所蒸发的金属反应的反应气体。举例来说，处理气体可为且/或包括氧、臭氧、氩及其组合。
针对氧包括于处理气体中的情况来说，氧气可例如与蒸发的金属反应，以形成陶瓷层52于柔性基板111上。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AlOx。诸如是铝的金属可例如通过电感加热坩锅蒸发，且氧可经由气体引入装置提供至蒸发的金属。
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中所示例性说明，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可被配置为使陶瓷层在一氧化距离及/或一退火距离上处于氧化气氛及/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。
在本申请的上下文中，“氧化气氛”，诸如陶瓷层52可处于的氧化气氛，可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。
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(未说明)。加热组件可被配置为升高供应的氧化气体、柔性基板111及陶瓷层52的至少一者的温度。
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超量的氧化气体，也就是未被用来氧化陶瓷层52的氧化气体。抽吸装置可相对于柔性基板111而与气体组件相对布置。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。
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是电子束装置，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。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描述的蒸发源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。
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升高氧化腔室、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。
图3说明图2中所示的处理腔室100的放大图。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、气体引入装置107、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的功率及/或由气体引入装置107引入至蒸发源102中的处理气体的量及/或处理气体的气流的取向的至少一者。根据本文描述的实施方式，控制系统220可额外地或替代地被配置为调整氧化模块150供应的氧化气体的量及/或氧化气体的气流的取向，及抽吸装置的抽吸力。
根据本文描述的实施方式，气体引入装置107可被布置成在大约平行于金属的蒸发方向230的方向中提供处理气体的气流。根据本文描述的实施方式，气体引入装置提供的气流的取向可根据陶瓷层52的均匀性及成份的至少一者调整。当实践实施方式时，可确保反应气体与蒸发的金属之间更有效率的反应来形成陶瓷层。布置气体引入装置107以在基本平行于来自材料源140的金属的蒸发方向230的方向中引入反应气体亦可通过能够更准确地控制与蒸发的金属相互作用的处理气体的量而有助于较佳地控制涂布过程。
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。
虽然氧化模块150在图1至3中被说明成与蒸发源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可为包括多个处理腔室(诸如蒸发腔室103及/或氧化腔室)的多腔室系统。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。
图4说明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，可将材料蒸发于柔性基板111上或之上。根据操作520，可提供处理气体。根据操作530，可将处理气体至少部分地等离子体离子化。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。
图5示意地说明根据本文描述的实施方式的用于形成电化学能储存装置的元件的方法300。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经由蒸发设备的涂布鼓向再卷绕模块导引柔性基板。
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，可由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。
根据本文描述的实施方式，可提供处理气体。蒸发的金属可与至少部分地离子化的处理气体反应，以于柔性基板上形成陶瓷层。金属可在真空环境中蒸发。举例来说，蒸发的铝可与氧反应，以于柔性基板上形成多孔的AlOx层。
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。
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。
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提供350处理气体至蒸发的金属，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反应气体。
用于形成电化学能储存装置的元件的方法可进一步包括在蒸发的金属与柔性基板之间提供360等离子体。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，且亦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，等离子体可由例如电子束装置或中空阳极沉积等离子体源提供。多孔涂层的密度可能受等离子体密度的影响。
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。
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370氧化气氛。
此书面说明使用包括最佳模式的数个示例来公开本公开内容，且亦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。

Claims (17)

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；
提供处理气体；以及
至少部分地等离子体离子化所述处理气体，
所述陶瓷层(52)至少由蒸发的所述材料及至少部分地离子化的所述处理气体形成，
其中所述等离子体离子化至少0.01％及达1％的至少一者的所述处理气体。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述处理气体包括氧。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中所述陶瓷层(52)具有包括氧的化学成份。
4.如权利要求1至2的任一项所述的方法，其中至少部分地离子化的所述处理气体使得能够形成具有改善的化学计量的所述陶瓷层(52)。
5.如权利要求3所述的方法，其中至少部分地离子化的所述处理气体使得能够形成具有改善的化学计量的所述陶瓷层(52)。
6.如权利要求1至2的任一项所述的方法，其中所述陶瓷层(52)是氧化铝层。
7.如权利要求4所述的方法，其中所述陶瓷层(52)是氧化铝层。
8.如权利要求1至2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。
9.如权利要求1至2的任一项所述的方法，其中所述元件是隔离膜。
10.如权利要求1至2的任一项所述的方法，其中所述元件是电极。
11.如权利要求1至2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)，在从所述第一滚轴向所述第二滚轴传送所述柔性基板(111)时形成所述陶瓷层(52)。
12.一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)，包括：
材料源(140)，被配置为蒸发材料；
气体源(107)，被配置为提供处理气体；以及
等离子体源(108)，被配置为至少部分地离子化所述处理气体，
所述陶瓷层(52)至少由蒸发的所述材料及至少部分地离子化的所述处理气体形成，
其中所述等离子体源(108)的等离子体离子化至少0.01％及达1％的至少一者的所述处理气体。
13.如权利要求12所述的蒸发源，其中所述等离子体源(108)是等离子体束源。
14.一种处理腔室(100)，包括：
如权利要求12或13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(100)，
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。
15.如权利要求14所述的处理腔室，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(P)布置。
16.如权利要求15所述的处理腔室，其中所述处理腔室(100)是真空处理腔室。
17.如权利要求14所述的处理腔室，其中所述处理腔室(100)是真空处理腔室。
CN201780094919.3A 2017-09-20 2017-09-20 处理腔室以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 Active CN111133609B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP2017/073780 WO2019057273A1 (en) 2017-09-20 2017-09-20 METHOD FOR ALUMINA FORMATION FOR ELECTROCHEMICAL CELL USING PLASMA IONIZATION METHOD

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111133609A CN111133609A (zh) 2020-05-08
CN111133609B true CN111133609B (zh) 2022-11-25

Family

ID=60009602

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201780094919.3A Active CN111133609B (zh) 2017-09-20 2017-09-20 处理腔室以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

Country Status (4)

Country Link
KR (1) KR102461087B1 (zh)
CN (1) CN111133609B (zh)
TW (1) TWI752266B (zh)
WO (1) WO2019057273A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114639797B (zh) * 2021-06-26 2023-12-29 宁德时代新能源科技股份有限公司 负极极片的处理方法、钠金属负极极片及制备装置

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4888199A (en) * 1987-07-15 1989-12-19 The Boc Group, Inc. Plasma thin film deposition process
JPH06346239A (ja) * 1993-06-10 1994-12-20 Sekisui Chem Co Ltd セラミックス被覆金属材料の製造方法
JPH07305162A (ja) * 1994-03-14 1995-11-21 Toshiba Corp セラミック被覆の製造方法
US6015595A (en) * 1998-05-28 2000-01-18 Felts; John T. Multiple source deposition plasma apparatus
US6635307B2 (en) * 2001-12-12 2003-10-21 Nanotek Instruments, Inc. Manufacturing method for thin-film solar cells
WO2005008828A1 (en) * 2003-07-11 2005-01-27 Excellatron Solid State, Llc System and method of producing thin-film electrolyte
JP4844867B2 (ja) * 2005-11-15 2011-12-28 住友電気工業株式会社 真空蒸着装置の運転方法および真空蒸着装置
DE102007005156A1 (de) * 2007-01-29 2008-08-14 Evonik Degussa Gmbh Keramische Membrane mit verbesserter Haftung auf plasmabehandeltem polymerem Supportmaterial, sowie deren Herstellung und Verwendung
WO2008117487A1 (fr) * 2007-03-23 2008-10-02 Dai Nippon Printing Co., Ltd. Feuille de barrière contre les gaz
US8470468B2 (en) * 2010-02-12 2013-06-25 GM Global Technology Operations LLC Lithium-ion batteries with coated separators
US9127344B2 (en) * 2011-11-08 2015-09-08 Sakti3, Inc. Thermal evaporation process for manufacture of solid state battery devices
KR20130087354A (ko) * 2012-01-27 2013-08-06 주식회사 유피케미칼 인듐을 포함한 산화막 및 이의 제조 방법
WO2014093519A1 (en) * 2012-12-13 2014-06-19 Applied Materials, Inc. Ceramic coating on battery separators
WO2014123201A1 (ja) * 2013-02-08 2014-08-14 コニカミノルタ株式会社 ガスバリア性フィルム、およびその製造方法
EP3017491B1 (en) * 2013-07-03 2018-11-28 Sion Power Corporation Ceramic/polymer matrix for electrode protection in electrochemical cells, including rechargeable lithium batteries
US9508976B2 (en) * 2015-01-09 2016-11-29 Applied Materials, Inc. Battery separator with dielectric coating
CN115663401A (zh) * 2015-07-22 2023-01-31 赛尔格有限责任公司 聚合物多孔膜、在隔板和电池中的应用、及相关方法

Also Published As

Publication number Publication date
TWI752266B (zh) 2022-01-11
KR20200055756A (ko) 2020-05-21
KR102461087B1 (ko) 2022-10-31
CN111133609A (zh) 2020-05-08
WO2019057273A1 (en) 2019-03-28
TW201924125A (zh) 2019-06-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101941830B1 (ko) 입자를 사용한 기판 코팅 방법 및 이 방법을 실행하기 위한 장치
JP7414709B2 (ja) オレフィンセパレータを含まないｌｉイオンバッテリ
US20230056566A1 (en) Dielectric coated lithium metal anode
TWI644471B (zh) 用以生產用於電池應用之隔離膜的方法及裝置
KR20150106897A (ko) 고체-기반 박막 배터리의 적어도 하나의 층을 제조하기 위한 방법과, 이를 위한 플라스마-분말-스프레이 및 고체-기반 박막 배터리
US11180849B2 (en) Direct liquid injection system for thin film deposition
CN111108640B (zh) 处理腔室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
CN111133609B (zh) 处理腔室以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
US20210328308A1 (en) Ultra-thin ceramic coating on separator for batteries
KR102550569B1 (ko) 전기화학 에너지 저장 디바이스의 컴포넌트를 형성하기 위한 방법 및 프로세싱 시스템, 및 산화 챔버
US20220158159A1 (en) Protection layer sources
TWI812642B (zh) 用以控制一基材上之一陶瓷層的一厚度的方法及處理系統及應用其之卷對卷系統

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant