JP2023551406A - 保護層源 - Google Patents

Abstract

フレキシブル基板をコーティングするための方法、システム、及び装置が提供される。コーティングシステムは、フレキシブル材料の連続シートを提供することができる供給リールを収容する送り出しモジュールと、フレキシブル材料の連続シートを保管できる巻き取りリールを収容する巻き取りモジュールと、送り出しモジュールの下流に配置された処理モジュールを含む。処理モジュールは、順に配置された複数のサブチャンバを含み、各サブチャンバは、フレキシブル材料の連続シートに対して１つ又は複数の処理操作を実施するように構成されている。処理モジュールは、移動方向に沿って複数のサブチャンバを通過するフレキシブル材料の連続シートを案内することができるコーティングドラムを含む。サブチャンバはコーティングドラムの周りに放射状に配置され、サブチャンバの少なくとも１つは堆積モジュールを含む。堆積モジュールは、移動方向に垂直な横断方向に沿って並んで位置決めされた一対の電子ビーム源を含む。【選択図】図２

Description

分野
［０００１］本明細書に記載される実施形態は、概して、フレキシブル基板を処理するための真空堆積システム及び方法に関する。より詳細には、本開示の実施形態は、ロールツーロール真空蒸発システム及びフレキシブル基板上に少なくとも２つの層を形成する方法に関する。

背景
関連技術の説明
［０００２］充電式電気化学蓄電システムは、日常生活の多くの分野で重要性を増している。リチウムイオン（Ｌｉ－ｉｏｎ）電池及びキャパシタなどの大容量のエネルギーストレージデバイスは、ポータブル電子機器、医療、輸送、グリッド接続された大規模エネルギー貯蔵、再生可能エネルギー貯蔵、及び無停電電源装置（ＵＰＳ）を含む多くの用途で益々使用されている。これらの各用途では、充電／放電時間とエネルギー貯蔵デバイスの容量が重要なパラメータとなる。さらに、そのようなエネルギー貯蔵装置のサイズ、重量、及び／又はコストも重要なパラメータである。さらに、高性能には低い内部抵抗が不可欠である。抵抗が低いほど、エネルギー貯蔵デバイスが電気エネルギーを供給する際に遭遇する制限が少なくなる。例えば、電池の場合、内部抵抗は、電池に蓄えられる有用なエネルギーの総量と、電池が大電流を供給する能力を低下させることにより、性能に影響を与える。

［０００３］リチウムイオン電池は、求められている容量とサイクルを達成する可能性が最も高いと考えられている。しかしながら、現在構成されているリチウムイオン電池は、これらの成長する用途向けのエネルギー容量及び充電／放電サイクル数がしばしば不足している。

［０００４］したがって、当技術分野では、サイクルが改善され、よりコスト効率よく製造できる、より高速な充電、より大容量のエネルギー貯蔵装置が必要とされている。貯蔵装置の内部抵抗を低減するエネルギー貯蔵装置用の部品も必要である。

［０００５］本明細書に記載される実施形態は、概して、フレキシブル基板を処理するための真空堆積システム及び方法に関する。より詳細には、本開示の実施形態は、ロールツーロール真空蒸発システム及びフレキシブル基板上に少なくとも２つの層を形成する方法に関する。

［０００６］一態様では、フレキシブル基板コーティングシステムが提供される。コーティングシステムは、フレキシブル材料の連続シートを提供することができる供給リールを収容する送り出しモジュールを含む。コーティングシステムはさらに、フレキシブル材料の連続シートを保管することができる巻き取りリールを収容する巻き取りモジュールを含む。コーティングシステムはさらに、送り出しモジュールの下流に配列された処理モジュールを含む。処理モジュールは、順に配列された複数のサブチャンバを含み、各サブチャンバは、フレキシブル材料の連続シートに対して１つ又は複数の処理操作を実施するように構成されている。処理モジュールはさらに、フレキシブル材料の連続シートを移動方向に沿って複数のサブチャンバを通過させて案内できるコーティングドラムを含み、サブチャンバはコーティングドラムの周りに放射状に配置され、サブチャンバの少なくとも１つは堆積モジュールを含む。堆積モジュールは、移動方向に対して垂直である横断方向に沿って並んで位置決めされた一対の電子ビーム源を含む。

［０００７］実装には、次の１つ又は複数を含むことができる。堆積モジュールは、サブチャンバ本体の上に位置決めされたエッジシールドを有するサブチャンバ本体によって画定される。エッジシールドは、フレキシブル材料の連続シート上に堆積される蒸発した材料のパターンを画定する１つ又は複数の開孔を有する。エッジシールドは少なくとも２つの開孔を有し、第１の開孔は堆積材料の第１のストリップを画定し、第２の開孔は堆積材料の第２のストリップを画定する。各電子ビーム源は、蒸発可能な材料を保持できる少なくとも１つのるつぼと電子銃を含む。電子銃は、るつぼ内に配置された蒸発可能な材料に向かって電子ビームを放射するように動作可能である。各電子ビーム源は、フレキシブル材料の連続シート上の堆積材料の電子照射のために、電子銃の電子ビームを蒸発可能な材料からフレキシブル材料の連続シートに向けることができる電子銃ステアリングをさらに含む。堆積モジュールは、電子ビーム源から放射される蒸発した材料のプルームを監視するように位置決めされた光検出器をさらに含む。光検出器は、発光分光法を実行して、蒸発した材料のプルームに関連する光の１つ又は複数の波長の強度を測定するように構成されている。一対の電子ビーム源は、フレキシブル材料の連続シート上にフッ化リチウム膜を堆積させるように構成されている。複数のサブチャンバは、スパッタリング源を含む第１のサブチャンバをさらに含み、第１のサブチャンバは、堆積モジュールを含むサブチャンバの上流に位置決めされる。スパッタリング源は、アルミニウム、ニッケル、銅、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化ホウ素（ＢＮ）、炭素、酸化ケイ素、又はそれらの組み合わせのうちの少なくとも１つを堆積させるように構成されている。堆積モジュールを含むサブチャンバは、熱蒸発源を含む第２のサブチャンバをさらに含む。熱蒸発源は、リチウム金属を堆積させるように構成されている。複数のサブチャンバは、堆積モジュールと同様であり、堆積モジュールを含むサブチャンバの下流に位置決めされている、第２の堆積モジュールを含む第３のサブチャンバをさらに含む。第２の堆積モジュールは、フッ化リチウムを堆積させるように構成されている。第３のサブチャンバは、有機熱蒸発源を含む第４のサブチャンバをさらに含む。コーティングシステムはさらに、処理モジュールと巻き取りモジュールとの間に配置された化学気相堆積（ＣＶＤ）モジュールを含む。ＣＶＤモジュールは、マルチゾーンガス分配アセンブリ含む。マルチゾーンガス分配アセンブリは、第１のガス源と流体的に連結される。第１のガス源は、四塩化チタン（ＴｉＣｌ_４）、リン酸ホウ素（ＢＰＯ）、及びＴｉＣｌ_４（ＨＳＲ）_２（Ｒ＝Ｃ_６Ｈ_１１若しくはＣ_５Ｈ_９、又はそれらの組み合わせ）のうちの少なくとも１つを供給するように構成されている。マルチゾーンガス分配アセンブリは、第２のガス源と流体的に連結される。第２のガス源は、硫化水素（Ｈ_２Ｓ）、二酸化炭素（ＣＯ_２）、ペルフルオロデシルトリロロシラン（ＦＤＴＳ）、及びポリエチレングリコール（ＰＥＧ）のうちの少なくとも１つを供給するように構成されている。

［０００８］別の態様では、プレリチウム化（ｐｒｅ－ｌｉｔｈｉａｔｅｄ）アノード構造を形成する方法が提供される。本方法は、事前に作製された電極構造上に第１の犠牲アノード層を堆積させることを含む。プレハブ電極構造は、アノード材料でコーティングされたフレキシブル材料の連続シートを含む。本方法はさらに、第１の犠牲アノード層上に第２の犠牲アノード層を堆積させることを含む。本方法はさらに、第２の犠牲アノード層上に第３の犠牲アノード層を堆積させることを含む。本方法は、犠牲アノード層を一対の電子ビーム源からの電子ビームに曝露することによって、第１の犠牲アノード層、第２の犠牲アノード層、及び第３の犠牲アノード層のうちの少なくとも１つを高密度化することとをさらに含む。

［０００９］実装には、次の１つ又は複数を含むことができる。アノード材料は、グラファイトアノード材料、シリコンアノード材料、又はシリコン－グラファイトアノード材料から選択される。第１の犠牲アノード層は、アノード材料及び／又は基板と第２の犠牲アノード層との間の電気化学抵抗を最小限に抑える腐食バリアとして機能する。第１の犠牲アノード層は、二元リチウム化合物、三元リチウム化合物、又はそれらの組み合わせを含む。第１の犠牲アノード層は、電子ビーム蒸発源を使用して堆積される。第１の犠牲アノード材料層４２０はフッ化リチウム層である。第２の犠牲アノード材料層は、プレハブ電極構造をプレリチウム化するためにリチウムを供給するプレリチウム化層として機能する。第２の犠牲アノード層はリチウム金属層である。台３の犠牲アノード層は、リチウム金属層とその後に堆積される電解質との間の電気化学抵抗を最小限に抑える酸化バリアとして機能する。第３の犠牲アノード層は、二元リチウム化合物、三元リチウム化合物、硫化物化合物、酸化物の組み合わせ、又はそれらの組み合わせを含む。第３の犠牲アノード層はフッ化リチウム層である。第４の犠牲層が第３の犠牲アノード層上に堆積され、第４の犠牲層はウェッティング層として機能する。第４の犠牲アノード層は、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレンオキシド、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリ（フッ化ビニリデン）－ｃｏ－ヘキサフルオロプロピレン、ポリプロピレン、ナイロン、ポリアミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリテレフタレート、シリコーン、シリコーンゴム、ポリウレタン、酢酸セルロース、ポリスチレン、ポリ（ジメチルシロキサン）、又はそれらの任意の組み合わせから選択されるポリマー材料を含む。

［００１０］さらに別の態様では、アノード構造を形成する方法が提供される。本方法は、フレキシブル材料の連続シート上に第１の永続性アノード層を堆積させることを含む。本方法はさらに、第１の永続性リチウムアノード層上に第２の永続性アノード層を堆積させることを含む。この方法はさらに、第２の永続性アノード層上に第３の永続性アノード層を堆積させることを含み、第３の永続性アノード層はリチウム金属層である。本方法は、一対の電子ビーム源からの電子ビームに曝露することによって、前記第１の永続性リチウムアノード層、前記第２の永続性アノード層、及び前記第３の永続性アノード層のうちの少なくとも１つを高密度化することをさらに含む。

［００１１］実装には、次の１つ又は複数を含むことができる。第１の永続性アノード層は、フレキシブル材料の連続シートと第２の永続性アノード層との間の電気化学抵抗を最小限に抑える腐食バリアとして機能する。第１の永続性アノード層は、アルミニウム、ニッケル、銅、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化ホウ素（ＢＮ）、炭素、酸化ケイ素、又はそれらの組み合わせを含む第１の永続性アノード材料層を含む。第１の永続性アノード層は、スパッタリング源を使用して堆積される。第２の永続性アノード層は、フレキシブル材料の連続シートと第３の永続性アノード層との間の電気化学抵抗を最小限に抑える腐食バリアとして機能する。第２の永続性アノード層は、二元リチウム化合物、三元リチウム化合物、又はそれらの組み合わせを含む。第２の永続性アノード層は、電子ビーム蒸発源を使用して堆積される。第２の永続性アノード層はフッ化リチウム層である。

［００１２］さらに別の態様では、非一時的なコンピュータ可読媒体には、プロセッサによって実行されるとプロセスに上記の装置及び／又は方法の動作を実行させる命令を記憶されている。

［００１３］本開示の上記の特徴を詳細に理解できるように、上記で簡単に要約された実装のより具体的な説明は、実装を参照することによって得ることができ、そのいくつかは添付の図面に示されている。しかしながら、本開示は他の等しく有効な実施形態も許容しうるため、添付の図面は、本開示の典型的な実施形態のみを示しており、従って、本開示の範囲を限定すると見なすべきではないことに留意されたい。

［００１４］本開示の１つ又は複数の実施形態による真空処理システムの概略側面図を示す。 ［００１５］本開示の１つ又は複数の実施形態による電子ビーム堆積源を含む堆積モジュールの概略図を示す。 ［００１６］図３は、本開示の１つ又は複数の実施形態によるアノード構造を形成する方法の一実施形態を要約する処理のフローチャートを示す。 ［００１７］本開示の１つ又は複数の実施形態に従って形成されたアノード電極構造の概略断面図を示す。 ［００１８］本開示の１つ又は複数の実施形態によるアノード構造を形成する方法の一実施形態を要約する処理のフローチャートを示す。 ［００１９］本開示の１つ又は複数の実施形態に従って形成されたさらに別のアノード電極構造の概略断面図を示す。

［００２０］理解が容易になるよう、可能な場合には、複数の図に共通する同一の要素を指し示すために同一の符号を使用した。一実施の要素及び機能は、さらに説明することなく、他の実施に有益に組み込むことができると考えられる。

［００２１］以下の開示は、ロールツーロール真空堆積システム及びフレキシブル基板上に少なくとも２つの層を形成する方法を説明する。本開示の様々な実施の完全な理解を提供するために、特定の詳細が以下の説明及び図１～図６に示されている。ウェブコーティング、電気化学電池、及び二次電池にしばしば関連する周知の構造及びシステムを説明する他の詳細は、様々な実装の説明を不必要に曖昧にすることを避けるために、以下の開示には記載されない。

［００２２］図に示されている詳細、寸法、角度、及びその他の特徴の多くは、特定の実装の単なる例示である。従って、他の実施形態が、本開示の思想及び範囲から逸脱することなく、他の詳細、構成要素、寸法、角度、及び特徴を有することが可能である。さらに、本開示のさらなる実装は、以下に説明するいくつかの細部を用いることなく実施することができる。

［００２３］本明細書に記載される実施形態は、ロールツーロールコーティングシステムを参照して以下に説明される。ここに記載されている装置の説明は例示的なものであり、ここに記載されている実施の範囲を制限するものとして理解又は解釈するべきではない。また、ロールツーロールプロセスとして説明されているが、本明細書で説明される実装は個別の基板上で実行できることも理解されたい。

［００２４］エネルギー貯蔵デバイス、例えば電池は、通常、正極、多孔質セパレータで分離されたアノード電極、及びイオン導電性マトリックスとして使用される電解質からなる。グラファイトアノードは現在の最先端技術であるが、業界はセルのエネルギー密度を高めるために、グラファイトベースのアノードからシリコンブレンドのグラファイトアノードに移行している。しかしながら、シリコンブレンドグラファイトアノードは、最初のサイクル中に発生する不可逆的な容量損失に悩まされる場合が多々ある。したがって、この最初のサイクルの容量損失を補充する方法が必要である。

［００２５］リチウム金属の堆積は、グラファイト及びシリコン混合グラファイトアノードのこの最初のサイクル容量損失を補充するためのそのような方法の１つである。リチウム金属の堆積には多数の方法が （熱蒸発、ラミネーション、印刷など）があるが、特に大量生産環境では、デバイスのスタッキングの前に、スプール上に堆積したリチウム金属の取り扱いに対処する必要がある。これらの取り扱いの問題に対処するために、アノードウェブのコーティングには薄い保護層コーティングがしばしば含まれる。保護層コーティングがないと、リチウム金属表面は有害な腐食や酸化を受けやすくなる。炭酸リチウム（Ｌｉ_２ＣＯ_３）膜は現在、リチウムの保護層コーティングとして使用されている。しかしながら、炭酸リチウム保護層にはいくつかの課題がある。例えば、カーボネートコーティングはリチウムを消費するため、「死んだリチウム」の量が増加し、それに応じて形成されたデバイスのクーロン効率が低下する。現在の炭酸リチウムの堆積処理では、炭酸リチウムではなく、望ましくないＳＥＩ成分である酸化リチウムが形成される可能性がある。さらに、カーボネートコーティングは、カーボネートの吸着速度が遅いために活性化することが難しく、縦方向と横方向の両方でカーボネートコーティングのコーティング均一性に大きなばらつきを引き起こす可能性がある。さらに、ＣＯ_２吸着は見通し線の拡張性に欠けているため、犠牲用途と保護用途の両方を含むほとんどの大量の保護層コーティングには不適切な処理である。

［００２６］アノードのプレリチウム化と固体金属アノード保護のための真空ウェブコーティングは、両面コーティングされた表面上に厚い（３～２０ミクロン）金属リチウムの堆積、及びカレンダー加工された合金タイプのグラファイトアノードと集電体、例えば、６ミクロン以上の厚さの銅箔、ニッケル箔、又は金属化プラスチックウェブを含む。プレリチウム化及び固体金属アノードウェブコーティングは、例えば１ミクロン未満の薄い保護層コーティングをさらに含む。保護層コーティングがないと、金属リチウム（熱蒸発又は圧延箔による）表面は、有害な腐食や酸化を受けやすくなる。

［００２７］基板中の不純物はリチウムと反応し、望ましくないリチウム腐食を引き起こす可能性がある。例えば、合金タイプのグラファイトアノードには微量レベル（＞１０ｐｐｍ）の残留水分（Ｏ_２及びＨ_２Ｏ）が含まれており、物理的気相堆積（ＰＶＤ）中にガスが放射される可能性がある。グラファイトアノードと金属リチウムコーティングとの間に閉じ込められたこの残留水分は、（酸化リチウムの形成を介して）界面の電気化学抵抗を増加させる可能性がある。閉じ込められた残留水分は拡散が遅いため、真空脱気は操作上面倒である。理論に束縛されるものではないが、本明細書に記載されるナノスケール（厚さ１００ナノメートル未満）の電気化学的に活性な二元又は三元リチウム化合物の調整された堆積は、合金タイプのグラファイトアノードと合金タイプのグラファイトアノードとの間の腐食バリアとして機能すると考えられ、金属リチウムは、化学コストの追加による所有コストに大きな影響を与えることなく、アノードの品質を向上させることができる。固体金属アノードの場合、一部の銅箔には微量の酸化防止剤及び電着又は圧延によるその他の残留副産物が含まれており、これらがリチウムと反応して望ましくないリチウム腐食を引き起こす可能性がある。理論に束縛されるものではないが、本明細書に記載されるナノスケール（厚さ１００ナノメートル未満）の電気化学的に活性な二元又は三元リチウム化合物の調整された堆積は、リチウムの腐食を最小限に抑えることができ、銅の粒界に沿ったリチウムの亀裂を最小限に抑えることができると考えられる。さらに、大量のスケーリングには、例えば湿式洗浄ではなく、追加のコーティングが好ましいアプローチであると考えられている。

［００２８］酸素、窒素、及び水素（Ｏ－Ｎ－Ｈ）は、ドライルーム環境でのウェブのアンローディング及びセルの組み立て中にリチウムと反応して、新たに堆積した金属リチウム上に酸化リチウムの電気化学的絶縁層を形成する。理論に束縛されるものではないが、基板とリチウムの間の腐食障壁として使用される前述の二元及び三元リチウム化合物は、リチウムと環境との間の酸化バリアとしても機能し、空気の反応性を最小限に抑えることができると考えられている。リチウム化合物に加えて、本開示は、単一及び二つの前駆体化学経路を介して二硫化チタン及び他の反応性膜を適用するためのＣＶＤハードウェア及び方法を考案した。前述のＣＶＤハードウェアは、従来の乾燥二酸化炭素を堆積させることもできる。

［００２９］いくつかの態様では、リチウムアノードデバイスを形成するための方法及びシステムが提供される。いくつかの実施形態では、腐食バリアと酸化バリアとの間に挟まれた金属リチウム金属を含むプレメタレーション膜スタックは、本明細書に記載のＣＶＤモジュール及びＰＶＤモジュールを使用して生成される。膜スタックは、特に、連続リチウムイオン電池（「ＬＩＢ」）電気自動車（「ＥＶ」）のアノードのプレリチウム化、家庭用電気製品（「ＣＥ」）の固体金属アノード保護のために、又は消耗品の薄いリチウムテープを製造するために適合することができる。

［００３０］いくつかの実施形態では、プレリチウム化膜スタック及びプレリチウム化膜スタックを作製する方法が提供される。プレリチウム化フィルムスタックは、グラファイト含有アノードフィルム／任意の二元または三元リチウム腐食バリアフィルム）／蒸発によって形成されたリチウムフィルム／及び二元又は三元リチウム酸化バリア又は硫化物又は酸化物バリアフィルムを含む。

［００３１］別の実施形態では、金属アノード膜スタック及び金属アノード膜スタックを製造する方法が提供される。金属アノード膜スタックは、金属集電体／二元又は三元リチウム腐食バリア／蒸着によるリチウム金属アノード膜／及び二元又は三元リチウム酸化バリア膜を含む。

［００３２］さらに別の実施形態では、リチウム転写箔及びリチウム転写箔の製造方法が提供される。リチウム転写箔は、キャリア基板／二元又は三元リチウム酸化バリア／蒸発によって形成された２０ミクロン未満のリチウム膜／及び二元又は三元リチウム酸化バリアを含む。

［００３３］いくつかの態様では、本明細書に記載されているＰＶＤ及びＣＶＤモジュールは、通常、たとえば、フッ化リチウム（固体）、二硫化水素（気体）などの有毒で自然発火性の前駆体には適していない従来の真空ウェブコーター、及び他のリチウムイオン電池の化学反応に統合することができる。いくつかの実施形態では、本明細書に記載されるＰＶＤモジュールは、るつぼ蒸発及び後処理電子ウェブ照射のために電子ビーム銃の横断方向アレイを使用して、コーティング密度を増加させるか、又はコーティング組成を調整する。本明細書に記載のＰＶＤモジュールはさらに、リチウム及びリチウム化合物を単独で又は共堆積モードで堆積させることができる。ここで説明するＣＶＤモジュールは、従来の乾燥二酸化炭素ガス処理又は低温（＜２００℃）有機チオールベースの二硫化チタン堆積のためのデュアル源及び単一源前駆体を可能にする。

［００３４］いくつかの態様では、本明細書に記載されるＰＶＤ及びＣＶＤモジュールは、以下のいずれかであるセル及び電池用途特有の金属リチウムリザーバを堆積させるために、プレメタレーション及び対応する保護層の堆積を可能にする。（１）最初のサイクルの充電後にアノードコーティングが完全に消費されるという点で犠牲的であるか、又は（２）最初の充電サイクル後にアノードコーティングが残るという点で永続的である。電解質の充填およびＳＥＩ形成中に、安定した電気化学的に活性なリチウムを制御可能かつ正確にセルに供給し、さらに、金属リチウムが酸化リチウム又は他の有害な化合物に変換されるのを防ぐ機能は、高品質かつ高収率のアノードのプレリチウム化とアノード保護層の堆積を容易にする。合金タイプのアノードのプレリチウム化制御により、リチウムイオン電池のクーロン効率が向上する。ピンホールがなく、電気化学的に活性な保護層を備えたアノードコーティングは樹枝状結晶の形成を防ぐ。

［００３５］いくつかの態様では、犠牲保護層にはＣＶＤが使用され、永続保護層にはＰＶＤが使用される。いくつかの実施形態では、１つの標準的なウェブ区画に２つの材料を収容する、本明細書に記載のＰＶＤモジュールは、共堆積による反応性合金化を可能にする。非標準的な化学薬品と型破りなＣＶＤ源及びＰＶＤ源の組み合わせによってもたらされるフレキシビリティにより、キャプティブアノード製造及びツールコーティングのビジネスモデルにサービスを提供するために、従来のウェブコーターを効果的に改造することができる。

［００３６］いくつかの態様では、ハイブリッドＰＶＤ源が提供される。ハイブリッドＰＶＤ源は、共有区画内に抵抗加熱るつぼと電子ビーム加熱るつぼを含む。２つのＰＶＤ源を共有区画に位置決めすることで、リチウム膜の堆積とその上の保護層との間の待ち時間が最小限に抑えられる。リチウム膜とその上の保護層は両方とも、１つの区画内で２つのパスで単独で堆積させることも、１つのパスで同時堆積させることもできる。

［００３７］ここに記載の実施を使用して片面又は両面のいずれかが堆積されたリチウム金属は、下流のリールの巻き取り及び巻き戻し中に保護することができる。本明細書に記載の保護膜の堆積には、いくつかの潜在的な利点がある。第１に、リチウム金属を含む電極のリールを、リチウム金属が隣接する電極に触れることなく巻き取ったり、巻き戻したりすることができる。第２に、安定した固体電解質界面（ＳＥＩ）を確立して、電池の性能を向上させ、リチウム金属の高い電気化学的利用を実現できる。保護層は、特に高電流密度動作時にリチウムデンドライトを抑制又は除去するのにも役立つ。さらに、保護膜の使用により製造システムの複雑さが軽減され、現在の製造システムと互換性がある。

［００３８］ここで説明するように、二元リチウム化合物は、これらに限定されないが、リチウムビスマス（Ｌｉ_３Ｂｉ）、炭酸リチウム（Ｌｉ_２ＣＯ_３）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、リチウムインジウム（Ｌｉ１_３Ｉｎ_３）、窒化リチウム（Ｌｉ_３Ｎ）、酸化リチウム（Ｌｉ_２Ｏ）、硫化リチウム（Ｌｉ_２Ｓ）、スズリチウム（Ｌｉ_４．４Ｓｎ）、リン化リチウム（Ｌｉ_３Ｐ）、硫化リチウムスズリン（Ｌｉ_１０ＳｎＰ_２Ｓ_１２）、又はそれらの組み合わせを含む。

［００３９］ここで説明するように、三元リチウム化合物は、これらに限定されないが、リン酸リチウム（Ｌｉ_３ＰＯ_４）、チオリン酸リチウム（ＬＰＳ；β－Ｌｉ_３ＰＳ_４）、チタン酸リチウムスピネル酸化物（ＬＴＯ；Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ_１２）、三元リチウム酸化物、三元窒化リチウム、又はそれらの組み合わせを含む。

［００４０］本明細書で使用される場合、犠牲膜は、アノード構造を組み込んだ完成した電池の最初の充電前に、保護目的で、又は機能を果たす際に消費又は破壊されるように設計されている。

［００４１］本明細書で使用される場合、永続膜は、アノード構造を組み込んだ完成した電池の最初の充電後に１つ又は複数の機能を提供するように設計される。

［００４２］本明細書に記載されるいくつかの実装を実施できる特定の基板は限定されないが、例えば、ウェブベースの基板、パネル、及び個別のシートを含むフレキシブル基板上で実装を実施することが特に有益であることに留意されたい。基板は、箔、膜、又は薄板の形態であってもよい。

［００４３］ここで、本明細書に記載の実施例内で使用されるフレキシブル基板又はウェブは、典型的には屈曲可能であることを特徴とすることができることにも留意されたい。「ウェブ」という用語は、「ストリップ」という用語又は「フレキシブル基板」という用語と同義に使用することができる。例えば、本明細書の実施形態で説明されるウェブは箔であり得る。

［００４４］基板が垂直配向基板であるいくつかの実装形態では、垂直配向基板は垂直面に対して角度を付けることができることにさらに留意されたい。例えば、いくつかの実施形態では、基板は垂直面から約１度～約２０度の間で角度を付けることができる。基板が水平に配向された基板であるいくつかの実装形態では、水平に配向された基板は水平面に対して角度を付けることができる。例えば、いくつかの実施形態では、基板は水平面から約１度～約２０度の間で角度を付けることができる。本明細書で使用する場合、「垂直」という用語は、フレキシブル導電性基板の主面又は堆積面が地平線に対して垂直であると定義される。本明細書で使用する場合、「水平」という用語は、フレキシブル導電性基板の主面又は堆積面が地平線に対して平行であると定義される。

［００４５］本開示において、「ロール」又は「ローラ」は、処理システム内に基板が存在する間、基板（又は基板の一部）が接触できる表面を提供するデバイスとして理解できることにさらに留意されたい。本明細書で言及される「ロール」若しくは「ローラ」の少なくとも一部は、処理される基板又はすでに処理された基板と接触するための円形に似た形状を含むことができる。いくつかの実施形態では、「ロール」若しくは「ローラ」は、円筒形若しくは実質的に円筒形の形状を有することができる。実質的に円筒形は、真っ直ぐな長手方向軸の周りに形成することができるか、或いは屈曲した長手方向軸の周りに形成することができる。いくつかの実施形態によれば、本明細書に記載の「ロール」若しくは「ローラ」は、フレキシブル基板と接触するように適合させることができる。例えば、本明細書で言及される「ロール」又は「ローラ」は、基板が処理されている間（堆積プロセス中など）、或いは基板が処理システム内に存在している間に、基板を案内するように適合された案内ローラ、コーティングされる基材に規定の張力を与えるように適合されたスプレッダーローラ、定められた移動経路に従って基板を偏向させる偏向ローラ、処理中に基板を支持するための処理ローラ、例えば処理ドラムなどの、コーティングローラ若しくはコーティングドラム、調整ローラ、供給ロール、巻き取りロールなどであることができる。本明細書に記載の「ロール」若しくは「ローラ」は、金属を含むことができる。いくつかの実施形態では、基材と接触するローラデバイスの表面を、コーティングされるそれぞれの基材に適合させることができる。さらに、いくつかの実施形態によれば、本明細書に記載のローラは、特に二重軸受ローラ構造を備えた低摩擦ローラ軸受に取り付けることができることを理解されたい。したがって、本明細書で説明される輸送装置のローラの平行度を達成することができ、基板輸送中の横断方向の基板の「ふらつき」を排除することができる。

［００４６］図１は、本開示の１つ又は複数の実施形態によるフレキシブル基板コーティングシステム１００の概略側面図を示す。フレキシブル基板コーティングシステム１００は、本明細書に記載の実施形態に従ってリチウム含有アノード膜スタックを製造するために適合された、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社製のＳＭＡＲＴＷＥＢ（登録商標）システムであってよい。フレキシブル基板コーティングシステム１００は、リチウム含有アノードを製造するために、特にリチウム含有アノード用の膜スタックに使用することができる。フレキシブル基板コーティングシステム１００は、リチウム含有アノードを製造するための処理操作の一部又はすべてを実行できる共通の処理環境１０１を含む。１つ又は複数の例では、共通処理環境１０１は減圧環境として動作可能である。他の例では、共通処理環境１０１は不活性ガス環境として動作可能である。

［００４７］フレキシブル基板コーティングシステム１００は、送り出しモジュール１０２、処理モジュール１０４、任意選択の化学気相堆積（ＣＶＤ）モジュール１０６、及び巻き取りモジュール１０８を含むロールツーロールシステムとして構成される。処理モジュール１０４は、共通の処理環境１０１を画定するチャンバ本体１０５を含む。

［００４８］いくつかの実装では、処理モジュール１０４は、順に配列された複数の処理モジュール又はサブチャンバ１１０、１２０、及び１３０を含み、それぞれは、フレキシブル材料の連続シート１５０若しくは材料ウェブに対して１つの処理操作を実行するように構成されている。１つ又は複数の例では、図１に示すように、サブチャンバ１１０～１３０は、コーティングドラム１５５の周囲に放射状に配置される。サブチャンバ１１０～１３０は隔壁１１２ａ～１１２ｄ（総称して１１２）によって分離されている。例えば、第１サブチャンバ１１０は隔壁１１２ａと１１２ｂによって画定され、第２サブチャンバ１２０は隔壁１１２ｂと１１２ｃによって画定され、第３サブチャンバ１３０は隔壁１１２ｃと１１２ｄによって画定される。１つ又は複数の例では、サブチャンバ１１０～１３０は、狭い弓形のギャップを除いて隔壁１１２によって閉じられている。第１のサブチャンバ１１０は単一の堆積源１１３を有するように示されているが、各サブチャンバ１１０～１３０は、それぞれが別個の堆積源を含む２つ以上の区画に分割することができる。

［００４９］図１に示すような一実装形態では、第２のサブチャンバ１２０は、第１の区画１２２と第２の区画１２４に分割されており、それぞれが堆積源１２６と１２８をそれぞれ含み、第３のサブチャンバ１３０は、第３の区画１３２と第４の区画１３４に分割されており、それぞれが堆積源１３６と１３８を含む。区画は、コーティングドラム１５５上への堆積を可能にする狭い開口部を除いて、隣接する区画に対して閉鎖又は隔離することができる。堆積源１１３、１２６、１２８、１３６及び１３８のうちの少なくとも１つは電子ビーム銃を含む。さらに、放射状以外の配列も考えられる。例えば、別の実施形態では、サブチャンバ１１０～１３０を直線状の構成で位置決めすることができる。

［００５０］いくつかの実装では、サブチャンバ１１１０から１３０は独立型モジュール式サブチャンバであり、各モジュール式処理チャンバは他のモジュール式サブチャンバから構造的に分離されている。したがって、独立したモジュール式サブチャンバの各々は、互いに影響を与えることなく、独立して配列、再配列、交換、又は保守することができる。３つのサブチャンバ１１０～１３０が示されているが、フレキシブル基板コーティングシステム１００は任意の数のサブチャンバを含むことができることを理解されたい。

［００５１］サブチャンバ１１０～１３０は、本開示の実施形態に従って、フレキシブル基板コーティングシステム１００がリチウム含有アノード膜スタックを堆積できるようにする任意の適切な構造、構成、配列、及び／又は構成要素を含むことができる。例えば、これらに限定されないが、サブチャンバは、コーティング源、電源、個々の圧力制御、堆積制御システム、及び温度制御を含む適切な堆積システムを含み得る。いくつかの実施形態では、サブチャンバには個別のガス供給が提供される。本明細書に記載されているように、サブチャンバ１１０～１３０は、典型的には、良好なガス分離を提供するために互いに分離されている。本明細書に記載のフレキシブル基板コーティングシステム１００は、サブチャンバの数に制限はない。例えば、フレキシブル基板コーティングシステム１００は、３、６、又は１２個のサブチャンバを含むことができるが、これらに限定されない。

［００５２］サブチャンバ１１０～１３０は、通常、１つ又は複数の堆積源１１３、１２６、１２８、１３６、及び１３８を含む。一般に、本明細書に記載の１つ又は複数の堆積源は、電子ビーム源と、ＣＶＤ源、ＰＥＣＶＤ源、及び様々なＰＶＤ源の群から選択できる追加の源とを含む。電子ビーム源は図２で詳しく説明する。１つ又は複数の堆積源１１３、１２６、１２８、１３６、及び１３８は、１つ又は複数の蒸発源を含むことができる。蒸発源の例は、熱蒸発源及び電子ビーム蒸発源を含む。１つ又は複数の例では、蒸発源は熱蒸発源及び／又は電子ビーム蒸発源である。いくつかの実施形態では、蒸発源はリチウム（Ｌｉ）源である。さらに、蒸発源はまた、２つ以上の金属の合金であり得る。堆積される材料（例えば、フッ化リチウム）は、るつぼ内に設けられ得る。例えば、アルミニウムは、熱蒸発技術によって、あるいは電子ビーム蒸発技術によって蒸発され得る。

［００５３］１つ又は複数の堆積源１１３、１２６、１２８、１３６、及び１３８は、１つ又は複数のスパッタリング源を含むことができる。スパッタリング源の例は、マグネトロンスパッタリング源、ＤＣスパッタリング源、ＡＣスパッタリング源、パルススパッタリング源、高周波（ＲＦ）スパッタリング源、又は中間周波（ＭＦ）スパッタリング源を含む。例えば、５ｋＨｚ～１００ｋＨｚの範囲、例えば３０ｋＨｚ～５０ｋＨｚの周波数を有するＭＦスパッタリングを提供することができる。ここで使用される場合「マグネトロンスパッタリング」は、磁石アセンブリ、すなわち、磁場を発生させることができるユニットを使用して行われるスパッタリングを指す。典型的には、そのような磁石アセンブリは永久磁石を含む。この永久磁石は通常、自由電子が回転ターゲット表面の下に生成される生成磁場内に捕捉されるように、回転ターゲット内に配列されるか、或いは平面ターゲットに連結される。そのような磁石アセンブリはまた、平面カソードに結合して配置され得る。

［００５４］１つ又は複数の例では、堆積源１１３はスパッタリング源であり、堆積源１２６は電子ビーム蒸発源であり、堆積源１２８は熱蒸発源であり、堆積源１３６は電子ビーム蒸発源であり、堆積源１３８は有機熱蒸発源である。

［００５５］いくつかの実装形態では、ＣＶＤモジュール１０６は、処理モジュール１０４と巻取モジュール１０８との間に、例えば、巻取モジュール１０８の上流と処理モジュール１０４の下流に位置決めされる。いくつかの実装形態では、ＣＶＤモジュール１０６は処理領域１７０を含む。処理領域１７０は、処理ガスをＣＶＤモジュール１０６に導入するための１つ又は複数の堆積源１７２を含む。両面コーティングが実行されるいくつかの実装形態では、ＣＶＤモジュール１０６は、フレキシブル材料の連続シート１５０の反対側上に材料を堆積させるように位置決めされた追加の堆積源を含む。１つ又は複数の例では、堆積源１７２は、マルチゾーンガス分配アセンブリ若しくはシャワーヘッドである。処理領域１７０は、ＣＶＤモジュール１０６内にインシトゥ（その場）プラズマを形成するための１つ又は複数の電極を含むことができる。処理領域１７０は、処理領域１７０に遠隔プラズマを供給するための遠隔プラズマ源と連結させることができる。

［００５６］いくつかの実施形態では、サブチャンバ１１０～１３０は、フレキシブル材料の連続シート１５０の両面を処理するように構成されている。フレキシブル基板コーティングシステム１００は、水平に配向されたフレキシブル材料１５０の連続シートを処理するように構成されるが、フレキシブル基板コーティングシステム１００は、異なる配向に配置された基板を処理するように構成することができ、例えば、フレキシブル材料１５０の連続シートは、垂直に配向することができる。いくつかの実施では、フレキシブル材料１５０の連続シートは、フレキシブル導電性基板である。いくつかの実施では、フレキシブル材料１５０の連続シートは、その上に形成された１つ又は複数の層を備えた導電性基板を含む。いくつかの実施では、導電性基板は銅基板である。

［００５７］いくつかの実施形態では、フレキシブル基板コーティングシステム１００は、基板輸送装置１５２を含む。基板輸送装置１５２は、サブチャンバ１１０～１３０の処理領域を通してフレキシブル材料の連続シート１５０を移動させることができる任意の輸送機構を含むことができる。基板輸送装置１５２は、巻き上げモジュール１０８に配置された共通の巻き取りリール１５４、処理モジュール１０４に配置されたコーティングドラム１５５、及び送り出しモジュール１０２に配置された供給リール１５６を備えたリールツーリールシステムを含み得る。巻き取りリール１５４、コーティングドラム１５５、及び供給リール１５６は、個別に加熱することができる。巻き取りリール１５４、コーティングドラム１５５、及び供給リール１５６は、各リール内に配置された内部熱源又は外部熱源を使用して個別に加熱することができる。基板輸送装置１５２は、巻取りリール１５４、コーティングドラム１５５、及び供給リール１５６の間に位置決めされた１つ又は複数の補助移送リール１５３ａ、１５３ｂをさらに含むことができる。一態様によれば、１つ又は複数の補助移送リール１５３ａ、１５３ｂ、巻取りリール１５４、コーティングドラム１５５、及び供給リール１５６のうちの少なくとも１つは、モータによって駆動され、回転させることができる。

［００５８］フレキシブル基板コーティングシステム１００は、フレキシブル材料の連続シート１５０を異なるサブチャンバ１１０～１３０を通過させて移動させるための供給リール１５６及び巻取りリール１５４を含む。いくつかの実施形態では、第１のサブチャンバ１１０の堆積源１１３は、フレキシブル材料の連続金属シート１５０上に第１の層を堆積させるように構成されたスパッタリング源を含む。１つ又は複数の例では、堆積源１１３は、アルミニウム、ニッケル、銅、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化ホウ素（ＢＮ）、炭素、酸化ケイ素、又はそれらの組み合わせのうちの少なくとも１つを堆積させるように構成されたスパッタリング源である。理論に束縛されるものではないが、第１の層は腐食を最小限に抑え、下にあるフレキシブル材料の連続金属シート１５０の波状たるみ（ｂａｇｇｉｎｅｓｓ）を軽減すると考えられる。

［００５９］第２のサブチャンバ１２０は、本明細書に記載の二元膜、三元膜、又はポリマー膜のいずれかを堆積させるように構成することができる。いくつかの実施形態では、第２のサブチャンバ１２０の第１の区画１２２に位置決めされた堆積源１２６は、第１の層の上に第２の層を堆積させるように構成された蒸発源である。１つ又は複数の例において、堆積源１２６は、第１のフッ化リチウム層を堆積させるように構成された電子ビーム蒸発源、例えば電子ビーム蒸発源２１０である。他の例では、堆積源１２６は、本明細書に記載のポリマー材料のいずれかを堆積させるように構成された有機熱蒸発源である。第２のサブチャンバ１２０の第２の区画１２４は、第２の層の上に第３の層を堆積させるように構成された堆積源１２８を含む。１つ又は複数の例では、堆積源１２８は、リチウム金属層を堆積させるように構成された熱蒸発源である。他の例では、堆積源１２８は、本明細書に記載のポリマー材料のいずれかを堆積させるように構成された有機熱蒸発源である。

［００６０］第３のサブチャンバ１３０は、本明細書に記載の二元膜、三元膜、又はポリマー膜のいずれかを堆積させるように構成することができる。いくつかの実装では、第３のサブチャンバ１３０の第３の区画１３２は、第３の層の上に第４の層を堆積させるように構成された第３の蒸発源である堆積源１３６を含む。１つ又は複数の例において、堆積源１３６は、第２のフッ化リチウム層を堆積させるように構成された電子ビーム蒸発源、例えば電子ビーム蒸発源２１０である。他の例では、堆積源１３６は、本明細書に記載のポリマー材料のいずれかを堆積させるように構成された有機熱蒸発源である。第３のサブチャンバ１３０の第４の区画１３４は、第４の層の上に第５の層を堆積させるように構成された第４の蒸発源であることができる堆積源１３８を含む。１つ又は複数の例では、堆積源１３８は、第２のフッ化リチウム層を堆積させるように構成された電子ビーム蒸発源である。他の例では、堆積源１３８は、本明細書に記載のポリマー材料のいずれかを堆積させるように構成された有機熱蒸発源である。

［００６１］ＣＶＤモジュール１０６は、本明細書に記載の二元膜、三元膜、又はポリマー膜のいずれかを堆積させるように構成することができる。さらに、ＣＶＤモジュールは、例えば二硫化チタン（ＴｉＳ_２）などの金属硫化物を堆積させるように構成することができる。いくつか実装では、ＣＶＤモジュール１０６は、四塩化チタン（ＴｉＣｌ_４）、リン酸ホウ素（ＢＰＯ）、及びＴｉＣｌ_４（ＨＳＲ）_２（式中、Ｒ＝Ｃ_６Ｈ_１１又はＣ_５Ｈ_９）、又はそれらの組み合わせのうちの少なくとも１つ供給するように構成された第１のガス源１７４を含む。ＣＶＤモジュール１０６は、硫化水素（Ｈ_２Ｓ）、二酸化炭素（ＣＯ_２）、ペルフルオロデシルトリクロロシラン（ＦＤＴＳ）、及びポリエチレングリコール（ＰＥＧ）のうちの少なくとも１つを供給するように構成された第２のガス源１７６をさらに含むことができる。二硫化チタン膜は導電性があり、通常、周囲温度で高いリチウム拡散係数を有し、多数の放電サイクルの後でも可逆的なリチウムインターカレーションを示す。いくつかの実施形態では、二硫化チタン膜は、四塩化チタン及び有機チオールを使用するＣＶＤ処理によって調製される。１つ又は複数の例では、二硫化チタンは、周囲温度でヘキサン中で四塩化チタンをアルカンチオールで処理することによって調製される。他の例では、二硫化チタン膜は、摂氏２００度～摂氏６００度の温度範囲内の加熱された反応ゾーンにおいて、低圧（０．１ｍｍＨｇ）で製造される。

［００６２］動作中、フレキシブル材料の連続シート１５０は、矢印１０９によって示される基板移動方向によって示されるように、供給リール１５６から巻き戻される。フレキシブル材料の連続シート１５０は、１つ又は複数の補助移送リール１５３ａ、１５３ｂを介して案内することができる。フレキシブル材料の連続シート１５０が、フレキシブル材料の連続シート１５０の適切な走行を制御する１つ又は複数の基板案内制御ユニット（図示せず）によって、例えば、フレキシブル材料の連続シート１５０の向きを微調整することによって案内されることも可能である。

［００６３］供給リール１５６から巻き出されて補助移送リール１５３ａ上を走行した後、次いで、フレキシブル材料の連続シート１５０は、コーティングドラム１５５に設けられ、１つ又は複数の堆積源１１３、１２６、１２８、１３６、１３８、及び１７２の位置に対応する堆積領域を通して移動される。操作中、コーティングドラム１５５は、フレキシブル基板が矢印１０９で示される移動方向に移動するように、軸１５１の周りを回転する。

［００６４］フレキシブル基板コーティングシステム１００は、フレキシブル基板コーティングシステム１００の様々な態様を制御するように動作可能なシステムコントローラ１６０をさらに含む。システムコントローラ１６０は、フレキシブル基板コーティングシステム１００の制御及び自動化を容易にし、中央処理装置（ＣＰＵ）、メモリ、及びサポート回路（又はＩ／Ｏ）を含むことができる。ソフトウェアの命令とデータは、ＣＰＵに命令するためにコーディングしてメモリ内に保存することができる。システムコントローラ１６０は、例えばシステムバスを介してフレキシブル基板コーティングシステム１００の１つ又は複数の構成要素と通信することができる。システムコントローラ１６０によって読み取り可能なプログラム（又はコンピュータ命令）によって、どのタスクが基板上で実行可能であるかが決定される。いくつかの態様では、プログラムは、システムコントローラ１６０によって読み取り可能なソフトウェアであり、マルチセグメントリングの取り外し及び交換を制御するコードを含むことができる。単一のシステムコントローラ１６０として示されているが、複数のシステムコントローラを本明細書で説明する態様とともに使用できることを理解されたい。

［００６５］図２は、本開示の１つ又は複数の実施形態による、一対の電子ビーム蒸発源２１０ａ、２１０ｂ（集合的に２１０）を含む堆積モジュール２００の概略図を示す。堆積モジュール２００は、フレキシブル基板コーティングシステム１００で使用することができる。いくつかの実施形態では、堆積モジュール２００は、フレキシブル基板コーティングシステム１００内に位置決めされた区画１２２、１２４、１３２、及び１３４のうちの１つを置き換える。１つ又は複数の例では、堆積モジュール２００は、第１の区画１２２及び第３の区画１３２を置き換える。堆積モジュール２００は、その上に配置されたフレキシブル材料の連続シート１５０を有するフレキシブル基板コーティングシステム１００のコーティングドラム１５５に隣接するものとして示されている。フレキシブル基板コーティングシステム１００の一部として示されているが、堆積モジュールは他のコーティングシステムと共に使用することもできる。

［００６６］堆積モジュール２００は、サブチャンバ本体２２０上に配置されたエッジシールド２３０又はマスクを備えたサブチャンバ本体２２０によって画定される。エッジシールド２３０は、１つ又は複数の開孔２３２ａ、２３２ｂ（総称して２３２）を含み、これらは、フレキシブル材料の連続シート１５０上に堆積された、蒸発した材料のパターンを画定する。１つ又は複数の例では、エッジシールド２３０は２つの開孔を含む。図２に示すように、エッジシールド２３０は、フレキシブル材料の連続シート１５０上に堆積された材料２４０のパターンを画定する。堆積材料のパターン化膜２４０は、堆積材料の第１のストリップ２４２ａと堆積された材料の第２のストリップ２４２ｂとを含み、両方ともフレキシブル材料の連続シート１５０の矢印１０９によって示される基板移動方向に延在する。エッジシールド２３０は、フレキシブル材料の連続シート１５０の近傍エッジ２４３に沿ってコーティングされていないストリップ、フレキシブル材料の連続シート１５０の遠エッジ２４５に沿ったコーティングされていないストリップ、及び堆積された材料の第１のストリップ２４２ａと堆積された材料の第２のストリップ２４２ｂとの間に画定されたコーティングされていないストリップ２４７を残す。１つ又は複数の例では、エッジシールド２３０は２つの開孔２３２ａ、２３２ｂを含み、第１の開孔２３２ａは堆積された材料の第１のストリップ２４２ａを画定し、第２の開孔２３２ｂは堆積された材料の第２のストリップ２４２ｂを画定する。

［００６７］各電子ビーム蒸発源２１０ａ、２１０ｂ（集合的に２１０）は、少なくとも１つのるつぼ２１２ａ、２１２ｂ（集合的に２１２）及び電子銃２１４ａ、２１４ｂ（集合的に２１４）を含む。るつぼ２１２は蒸発性材料を保持する。電子銃２１４は、るつぼ２１２内に位置決めされた蒸発性材料に向けて電子ビームを放射するように動作可能である。動作中、電子銃２１４からの電子ビーム２１６ａ、２１６ｂ（総称して２１６）が蒸発性材料に向けられる。材料は加熱され、蒸発される。蒸発した材料２１８ａ、２１８ｂ（集合的に２１８）のプルームは、フレキシブル材料の連続シート１５０に引き寄せられ、そこで、堆積された材料のパターン化膜２４０がフレキシブル材料の連続シート１５０上に形成される。

［００６８］電子銃２１４ａ、２１４ｂはまた、フレキシブル材料の連続シート１５０上の堆積された膜に向けて電子ビームを放射するように動作可能である。例えば、電子銃ステアリングは、フレキシブル材料の連続シート１５０上の堆積あれた材料の電子照射のために、電子銃２１４ａ、２１４ｂの電子ビームを蒸発性材料からフレキシブル材料の連続シート１５０に向けることができる。この電子照射により、直接加熱することで堆積された膜の密度を高めることができる。

［００６９］電子銃２１４ａ、２１４ｂは、待ち時間なしで即座にオン／オフすることができ、これにより、膜の堆積及びパターニングに対するより優れた制御が提供される。電子銃２１４ａ、２１４ｂは、通常、抵抗加熱された対応物よりも高品質の材料を堆積させることができる。さらに、電子銃２１４ａ、２１４ｂは、固体、液体、及び／又は粉末を蒸発させることができ、これにより、様々な膜の堆積が可能になる。

［００７０］電子ビーム蒸発源２１０ａ、２１０ｂは、矢印１０９で示される移動方向に対して垂直である、矢印２５０で示される横断方向に沿って並んで位置決めされる。電子ビーム蒸発源２１０ａ、２１０ｂを横断方向に沿って位置決めすることにより、図２に示すストリップコーティングパターンが可能になる。

［００７１］いくつかの実施形態では、堆積モジュール２００は、光検出器２６０ａ、２６０ｂ（集合的に２６０）をさらに含む。光検出器２６０は、サブチャンバ本体２２０の壁に取り付けることができる。光検出器２６０は、堆積された膜の品質の調整を助けるために、蒸発した材料２１８ａ、２１８ｂのプルームを監視するように位置決めすることができる。１つ又は複数の例では、光検出器２６０は、発光分光法（ＯＥＳ）を使用して、蒸発した材料２１８のプルームに関連する光の１つ又は複数の波長の強度を測定する。ＯＥＳは、ｓｙｓｔｅｍ２４０２１２コントローラ１６０又は別個のコントローラと通信することができる。

［００７２］図３は、本開示の１つ又は複数の実施形態による、プレリチウム化アノード構造を形成する処理シーケンス３００の一実施形態を要約する処理フローチャートを示す。図４は、図３の処理シーケンス３００に従って形成された、プレリチウム化アノード構造４００の概略断面図を示す。処理シーケンス３００は、片面電極構造又は両面電極構造をプレリチウム化するために使用することができる。処理シーケンス３００は、例えば、図２の堆積モジュール２００を含む、図１に示されるフレキシブル基板コーティングシステム１００などのコーティングシステムを使用して実行することができる。

［００７３］任意選択で、操作３０５で、堆積されるプレリチウム化層の厚さが決定される。プレリチウム化層の厚さは、セル組み立て中のリチウムの損失、例えば、Ｌｉ_２Ｏの形成、エージング、例えば酸化ケイ素の形成、及びサイクリング（例えば、ＳＥＩ形成）などの要因に基づくことができる。

［００７４］操作３１０では、アノード材料でコーティングされた基板を含む既製の電極構造４１０が提供される。フレキシブル材料の連続シート１５０は、プレハブ電極構造４１０を構成することができる。基板は、本明細書に記載されるような集電体であってよい。集電体を構成できる金属の例は、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、スズ（Ｓｎ）、ケイ素（Ｓｉ）、マンガン（Ｍｎ）、マグネシウムＭｇ）、それらの合金、又はそれらの組み合わせを含む。フレキシブル材料のウェブ又は連続シート１５０はポリマー材料を含むことができ、その後その上に集電体が形成される。高分子材料は、ポリプロピレン膜、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）膜、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）膜、及びポリイミド（ＰＩ）膜から選択される樹脂膜であることができる。基板は、ロールツーロールコーティングシステムで使用できるフレキシブル材料の連続シート１５０などのフレキシブル基材またはウェブであることができる。一態様では、基板は、銅集電体などの負の集電体である。一態様では、プレハブ電極構造４１０は、アノード材料でコーティングされた基板を含む片面アノード構造である。１つ又は複数の例では、プレハブ電極構造４１０は、その上に形成されたグラファイトアノード材料、シリコンアノード材料、又はシリコン－グラファイトアノード材料でコーティングされた銅集電体を含む。別の態様では、プレハブ電極構造４１０は両面アノード構造である。１つ又は複数の例では、両面アノード構造は、グラファイトアノード材料、シリコンアノード材料、又はシリコン－グラファイトアノード材料で両側をコーティングされた銅集電体を含む。

［００７５］操作３２０では、第１の犠牲アノード材料、例えば、第１の犠牲アノード材料層４２０が、プレハブ電極構造４１０上に堆積される。第１の犠牲アノード材料層４２０は、アノード及び／又は集電体とその後に堆積されるリチウム金属膜との間の電気化学抵抗を最小限に抑える腐食バリアとして機能する。第１の犠牲アノード材料層４２０は、二元リチウム化合物、三元リチウム化合物、又はそれらの組み合わせを含むか、本質的にそれらからなるか、或いはそれらからなる。第１の犠牲アノード材料層４２０は、電子ビーム蒸発源、例えば電子ビーム蒸発源２１０を使用して堆積させることができる。１つ又は複数の例では、第１の犠牲アノード材料層４２０は、第１の犠牲アノード材料層４２０を堆積させるように構成された第１の蒸発源、例えば電子ビーム蒸発源２１０を使用して、第２のサブチャンバ１２０の第１の区画１２２内に形成される。１つ又は複数の例では、第１の犠牲アノード材料層４２０はフッ化リチウム層である。

［００７６］操作３３０では、第２の犠牲アノード材料、例えば第２の犠牲アノード材料層４３０が、第１の犠牲アノード材料層４２０上に堆積される。第２の犠牲アノード材料層４３０は、プレハブ電極構造４１０をプレリチウム化するためにリチウムを提供するプレリチウム化層として機能する。第２の犠牲アノード材料層４３０は、リチウム金属を含むか、本質的にリチウム金属からなるか、或いはリチウム金属からなる。第２の犠牲アノード材料層４３０は、熱蒸発源を使用して堆積させることができる。１つ又は複数の例では、第２の犠牲アノード材料層４３０は、第２の犠牲アノード材料層４３０を堆積させるように構成された熱蒸発源である堆積源１２８を使用して、第２のサブチャンバ１２０の第２の区画１２４内に形成される。１つ又は複数の例では、第２の犠牲アノード材料層４３０はリチウム金属層である。

［００７７］操作３４０では、第３の犠牲アノード材料、例えば第３２の犠牲アノード材料層４４０が、第２の犠牲アノード材料層４３０上に堆積される。第３の犠牲アノード材料層４４０は、形成されたセル内のリチウム金属層と電解質との間の電気化学抵抗を最小限に抑える酸化バリアとして機能する。第３の犠牲アノード材料層４４０は、二元リチウム化合物、三元リチウム化合物、硫化物化合物、酸化物の組み合わせ、又はそれらの組み合わせを含むか、本質的にそれらからなるか、或いはそれらからなる。第３の犠牲アノード材料層４４０は、電子ビーム蒸発源、例えば電子ビーム蒸発源２１０を使用して堆積させることができる。１つ又は複数の例では、第３の犠牲アノード材料層４４０は、第３の犠牲アノード材料層４４０を堆積させるように構成された電子ビーム蒸発源であることができる堆積源１３６を使用して、第３のサブチャンバ１３０の第３の区画１３２内に形成される。１つ又は複数の例では、第３の犠牲アノード材料層４４０はフッ化リチウム層である。

［００７８］操作３５０では、第４の犠牲アノード材料、例えば第４の犠牲アノード材料層４５０が、第３の犠牲アノード材料層４４０上に堆積される。第４の犠牲アノード材料層４５０は、電解質のウェッティングを高めるウェッティング層として機能する。第４の犠牲アノード材料層４５０は、ポリマー材料を含むか、ポリマー材料から本質的になるか、又はポリマー材料からなる。例示的なポリマー材料は、それらに限定されないが、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレンオキシド、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリ（フッ化ビニリデン）－ｃｏ－ヘキサフルオロプロピレン、ポリプロピレン、ナイロン、ポリアミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリテレフタレート、シリコーン、シリコーンゴム、ポリウレタン、酢酸セルロース、ポリスチレン、ポリ（ジメチルシロキサン）、又はそれらの任意の組み合わせを含む。第４の犠牲アノード材料層４５０は、有機熱蒸発器を使用して堆積させることができる。１つ又は複数の例では、第４の犠牲アノード材料層４５０は、第４の犠牲アノード材料層４５０を堆積させるように構成された有機熱蒸発源１３８を使用して、第３のサブチャンバ１３０の第４の区画１３４内に形成される。１つ又は複数の例では、第４の犠牲アノード材料層４５０はポリ（ジメチルシロキサン）層である。他の例では、第４の犠牲アノード材料層４５０は、水接触角が４０度未満のポリエチレングリコール（ＰＥＧ）を含むコーティングなどの親水性ポリマー層である。

［００７９］操作３６０では、それまでに堆積された犠牲アノード材料層の少なくとも１つが物理的緻密化処理に曝される。犠牲アノード材料層は、物理的緻密化処理中に電子照射又は誘導加熱に曝すことができる。電子照射又は誘導加熱により、それまでに堆積された犠牲アノード材料層が物理的に緻密化される。高密度化処理は、電子銃を使用して実行することができる。１つ又は複数の例では、高密度化処理は、電子銃２１４を使用して実行される。他の例では、フレキシブル材料のウェブ又は連続シート１５０は、急速に変化する渦電流を生成するヘルムホルツ状コイルによって誘導される高周波（ＲＦ）磁場によって加熱される。

［００８０］任意選択で、操作３７０において、プレリチウム化アノード構造４００を検査して、操作３０５中に実行された厚さの決定を検証し、堆積された材料の品質を決定することができる。プレリチウム化アノード構造４００は、ベータ線計測器又は他の計測学を使用して検査することができる。結果は、フィードバック処理で将来のレシピを更新するために使用することができる。

［００８１］操作３８０では、プレリチウム化アノード構造４００がフレキシブル基板コーティングシステム１００から取り外される。プレリチウム化アノード構造４００を使用して、最初のサイクル損失が低減されたプレリチウム化タイプのリチウムイオン電池を組み立てることができる。

［００８２］図５は、本開示の１つ又は複数の実施形態による、金属アノード構造を形成する処理シーケンス５００の一実施形態を要約する処理フローチャートを示す。図６は、図５の処理シーケンス５００に従って形成された、アノード構造６００の概略断面図を示す。処理シーケンス５００は、片面金属アノード構造又は両面金属アノード構造を形成するために使用することができる。処理シーケンス５００は、例えば、図２の堆積モジュール２００を含む、図１に示されるフレキシブル基板コーティングシステム１００などのコーティングシステムを使用して実行することができる。

［００８３］任意選択で、操作５０５において、堆積される金属アノード層の厚さが決定される。金属アノード層の厚さは、セル組み立て中のリチウムの損失、例えば、Ｌｉ_２Ｏの形成、老化、例えば酸化ケイ素の形成、及びサイクリング（例えば、ＳＥＩ形成）などの要因に基づくことができる。

［００８４］操作５１０において、フレキシブル材料のウェブ又は連続シート１５０が提供される。いくつかの実施形態では、フレキシブル材料の連続シート１５０は集電体を含む。別の実施形態では、フレキシブル材料のウェブ又は連続シート１５０はポリマー材料を含み、その後その上に集電体が形成される。高分子材料は、ポリプロピレン膜、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）膜、ポリフェニレンサルファイト（ＰＰＳ）膜、及びポリイミド（ＰＩ）膜から選択される樹脂膜であることができる。フレキシブル材料の連続シート１５０は、基材層６１０を含むことができる。基材層６１０は基板を含むことができる。基板は、本明細書に記載されるような集電体であってよい。集電体を構成できる金属の例は、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、スズ（Ｓｎ）、ケイ素（Ｓｉ）、マンガン（Ｍｎ）、マグネシウムＭｇ）、それらの合金、又はそれらの組み合わせを含む。基板は、ロールツーロールコーティングシステムで使用できるフレキシブル材料の連続シート１５０などのフレキシブル基材またはウェブであることができる。一態様では、基板は、銅集電体などの負の集電体である。

［００８５］操作５２０では、第１の永続性アノード材料、例えば第１の永続性アノード材料層６２０が基板層６１０上に堆積される。いくつかの実施形態では、第１の永続性アノード材料層６２０は、集電体とその後に堆積されるリチウム金属アノード膜との間の電気化学抵抗を最小限に抑える腐食バリアとして機能する。第１の永続性アノード材料層６２０は、アルミニウム、ニッケル、銅、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化ホウ素（ＢＮ）、炭素、酸化ケイ素、又はそれらの組み合わせを含むか、本質的にそれらからなるか、或いはそれらからなる。理論に束縛されるものではないが、第１の永続性アノード材料層６２０は、腐食を最小限に抑え、その下にあるフレキシブル材料の連続金属シート１５０の波状たるみを低減すると考えられる。第１の永続性アノード材料層６２０は、スパッタリング源を使用して堆積させることができる。１つ又は複数の例では、第１の永続性アノード材料層６２０は、第１の永続性アノード材料層６２０を堆積させるように構成されたスパッタリング源である堆積源１１３を使用して、第１のサブチャンバ１１０内で形成される。

［００８６］操作５３０では、第２の永続性アノード材料、例えば第２の永続性アノード材料層６３０が、第１の永続性アノード材料層６２０上に堆積される。第２の永続性アノード材料層６３０は、電流コレクタとその後堆積される金属アノード膜との間の電気化学抵抗を最小限に抑える腐食バリアとして機能する。第２の永続性アノード材料層６３０は、二元リチウム化合物、三元リチウム化合物、又はそれらの組み合わせを含むか、本質的にそれらからなるか、或いはそれらからなる。第２の永続性アノード材料層６３０は、電子ビーム蒸発源を使用して堆積させることができる。１つ又は複数の例では、第２の永続性アノード材料層６３０は、第２の永続性アノード材料層６３０を堆積させるように構成された第１の蒸発源、例えば電子ビーム蒸発源２１０を使用して、第２のサブチャンバ１２０の第１の区画１２２内に形成される。１つ又は複数の例では、第２の永続性アノード材料層６３０はフッ化リチウム層である。

［００８７］操作５４０では、第３の永続性アノード材料、例えば第３の永続性アノード材料層６４０が、第２の永続性アノード材料層６３０上に堆積される。第３の永続性アノード材料層６４０は、リチウム金属アノード層として機能する。第３の永続性アノード材料層６４０は、リチウム金属を含むか、本質的にリチウム金属からなるか、或いはリチウム金属からなる。第３の永続性アノード材料層６４０は、熱蒸発源を使用して堆積させることができる。１つ又は複数の例では、第３の永続性アノード材料層６４０は、第３の永続性アノード材料層６４０を堆積させるように構成された熱蒸発源である堆積源１２８を使用して、第２のサブチャンバ１２０の第２の区画１２４内に形成される。１つ又は複数の例では、第３の永続性アノード材料層６４０はリチウム金属層である。

［００８８］操作５５０では、第４の永続性アノード材料、例えば第４の永続性アノード材料層６５０が、第３の永続性アノード材料層６４０上に堆積される。第４の永続性アノード材料層６５０は、形成されたセル内のリチウム金属層と電解質との間の電気化学抵抗を最小限に抑える酸化バリアとして機能する。第４の永続性アノード材料層６５０は、二元リチウム化合物、三元リチウム化合物、硫化物化合物、酸化物の組み合わせ、ポリマー、又はそれらの組み合わせを含むか、本質的にそれらからなるか、或いはそれらからなる。第４の永続性アノード材料層６５０は、電子ビーム蒸発源を使用して堆積させることができる。１つ又は複数の例では、第４の永続性アノード材料層６５０は、第３の永続性アノード材料層４４０を堆積させるように構成された電子ビーム蒸発源又は熱有機蒸発源であってよい堆積源１３６を使用して第３のサブチャンバ１３０の第３の区画１３２内に形成される。１つ又は複数の例では、第４の永続性アノード材料層６５０はフッ化リチウム層である。

［００８９］操作５６０では、それまでに堆積された永続性アノード材料層の少なくとも１つが物理的緻密化処理に曝される。永続性アノード材料層は、物理的緻密化処理中に電子照射又は誘導加熱に曝すことができる。電子照射又は誘導加熱により、それまでに堆積された犠牲アノード材料層が物理的に緻密化される。高密度化処理は、電子銃を使用して実行することができる。１つ又は複数の例では、高密度化処理は、電子銃２１４を使用して実行される。他の例では、フレキシブル材料のウェブ又は連続シート１５０は、急速に変化する渦電流を生成するヘルムホルツ状コイルによって誘導される高周波（ＲＦ）磁場によって加熱される。

［００９０］任意選択で、操作５７０において、アノード構造６００を検査して、操作５０５中に実行された厚さの決定を検証し、堆積された材料の品質を決定することができる。アノード構造６００は、ベータ線計測器又は他の計測学を使用して検査することができる。結果は、フィードバック処理で将来のレシピを更新するために使用することができる。

［００９１］操作５８０では、アノード構造６００がフレキシブル基板コーティングシステム１００から取り外される。アノード構造６００は、初回サイクル損失が低減されたリチウムアノード型リチウムイオン電池を組み立てるために使用することができる。

［００９２］実装は、次の潜在的な利点の１つ又は複数を含む。最先端のＥＶ及びＣＥのアノード保護は、プレメタレーションの厚さを調整する機能を含む。カーボネートコーティングはリチウムを消費するためクーロン効率が低下し、吸着速度が遅いため縦方向と横断方向のカーボネートコーティングの均一性に大きなばらつきが生じる可能性があるため、活性化が困難である。本開示の１つ又は複数の実施形態は、固体電解質と適合する保護層材料システムを迅速に拡張できる一般的なコーティング構造を含む。プレリチウム化の場合、電気化学的に活性な保護層の利点の１つは、下流のワークフローを簡素化できることである。さらに、金属リチウムが２つの障壁の間に挟まれている場合、延長された取り扱い時間を利用することができる。さらに、保護層は、電解質の濡れ性の向上などの機能を追加するために、電子ビーム照射によって調整することができる。リチウム金属アノードの場合、電気化学的に活性な保護層の利点の１つは、樹枝状結晶に対処できることである。リチウム化前アノードとリチウム金属アノードの両方で、電気化学的に活性なコーティングはカラフルであるため、高度な計測ベースの処理制御の恩恵を受けることができる。

［００９３］本明細書で説明される実装及びすべての機能動作は、デジタル電子回路、又は本明細書で開示される構造的手段及びその構造的等価物を含むコンピュータソフトウェア、ファームウェア、若しくはハードウェア、又はそれらの組み合わせで実装することができる。本明細書で説明する実装は、１つ又は複数の非一時的なコンピュータプログラム製品として、すなわち、データ処理装置、例えばプログラマブルプロセッサ、コンピュータ、又は複数のプロセッサ若しくはコンピュータによって実行される、又はその動作を制御するために、機械可読記憶装置内に有形に実施された１つ又は複数のコンピュータプログラムとして実装することができる。

［００９４］本明細書で説明する処理及び論理フローは、入力データを操作して出力を生成することによって機能を実行する１つ又は複数のコンピュータプログラムを実行する１つ又は複数のプログラマブルプロセッサによって実行することができる。処理及び論理フローは、例えばＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）又はＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）などの専用論理回路によって実行することもでき、装置を実装することもできる。

［００９５］「データ処理装置」という用語は、例としてプログラマブルプロセッサ、コンピュータ、又は複数のプロセッサ若しくはコンピュータを含む、データを処理するためのすべての装置、デバイス、及び機械を包含する。装置には、ハードウェアに加えて、問題のコンピュータプログラムの実行環境を作成するコード、例えば、プロセッサファームウェア、プロトコルスタック、データベース管理システム、オペレーティングシステム、又はそれらの１つ又は複数の組み合わせを構成するコードを含むことができる。コンピュータプログラムの実行に適したプロセッサには、例として、汎用マイクロプロセッサと専用マイクロプロセッサの両方、及び任意の種類のデジタルコンピュータの任意の１つ又は複数のプロセッサが含まれる。

［００９６］コンピュータプログラム命令及びデータを保存するのに適したコンピュータ可読媒体には、あらゆる形態の不揮発性メモリ、媒体及びメモリデバイスを含み、例として、半導体メモリデバイス、例えばＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、及びフラッシュメモリデバイス、磁気ディスク、例えば内蔵ハードディスク又はリムーバブルディスク、光磁気ディスク、並びにＣＤ ＲＯＭ及びＤＶＤ－ＲＯＭディスクを含む。プロセッサとメモリは、特殊目的の論理回路によって補ったり、特殊な目的の論理回路に組み込んだりすることができる。

［００９７］本開示の実施形態はさらに、以下の例１～４４の任意の１つ又は複数に関する。

［００９８］１．フレキシブル材料の連続シートを提供することができる供給リールを収容する送り出しモジュールと、フレキシブル材料の連続シートを保管できる巻き取りリールを収容する巻き取りモジュールと、送り出しモジュールの下流に配列された処理モジュールとを含むフレキシブル基板コーティングシステムであって、処理モジュールは、順に配列された複数のサブチャンバであって、それぞれがフレキシブル材料の連続シートに対して１つ又は複数の処理操作を実行するように構成されている該複数のサブチャンバ、及びフレキシブル材料の連続シートを移動方向に沿って複数のサブチャンバを通過させて案内することができるコーティングドラムを含み、サブチャンバは、コーティングドラムの周りに放射状に配置されており、サブチャンバの少なくとも１つは、移動方向に対して垂直である横断方向に沿って並んで配置された一対の電子ビーム源を含む堆積モジュールを含む、フレキシブル基板コーティングシステム。

［００９９］２．堆積モジュールが、サブチャンバ本体上に位置決めされたエッジシールドを備えたサブチャンバ本体によって画定される、例１に記載のコーティングシステム。

［００１００］３．エッジシールドが、フレキシブル材料の連続シート上に堆積される蒸発した材料のパターンを画定する１つ又は複数の開孔有する、例１又は２に記載のコーティングシステム。

［００１０１］４．エッジシールドが少なくとも２つの開孔を有し、第１の開孔が堆積材料の第１のストリップを画定し、第２の開孔が堆積材料の第２のストリップを画定する、例１～３のいずれか一つに記載のコーティングシステム。

［００１０２］５．各電子ビーム源が、蒸発性材料を保持できる少なくとも１つのるつぼと電子銃とを含む、例１～４のいずれか一つに記載のコーティングシステム。

［００１０３］６．電子銃が、るつぼ内に配置された蒸発性材料に向けて電子ビームを放射するように動作可能である、例１～５のいずれか一つに記載のコーティングシステム。

［００１０４］７．各電子ビーム源が、フレキシブル材料の連続シート上の堆積された材料に電子を照射するために、電子銃の電子ビームを蒸発性材料からフレキシブル材料の連続シートに向けることができる電子銃ステアリングをさらに含む、例１～６のいずれか一つに記載のコーティングシステム。

［００１０５］８．堆積モジュールが、電子ビーム源から放射される蒸発した材料のプルームを監視するように位置決めされた光検出器をさらに含む、例１～７のいずれか一つに記載のコーティングシステム。

［００１０６］９．光検出器が、発光分光法を実行して、蒸発した材料のプルームに関連する光の１つ又は複数の波長の強度を測定するように構成されている、例１～８のいずれか一つに記載のコーティングシステム。

［００１０７］１０．一対の電子ビーム源が、フレキシブル材料の連続シート上にフッ化リチウム膜を堆積させるように構成されている、例１～９のいずれか一つに記載のコーティングシステム。

［００１０８］１１．複数のサブチャンバが、スパッタリング源を含む第１のサブチャンバをさらに含み、第１のサブチャンバは、堆積モジュールを含むサブチャンバの上流に位置決めされている、例１～１０のいずれか一つに記載のコーティングシステム。

［００１０９］１２．スパッタリング源が、アルミニウム、ニッケル、銅、アルミナ、窒化ホウ素、炭素、酸化ケイ素、又それらの組み合わせのうちの少なくとも１つを堆積させるように構成されている、例１～１１のいずれか一つに記載のコーティングシステム。

［００１１０］１３．堆積モジュールを含むサブチャンバが、熱蒸発源を含む第２のサブチャンバをさらに含む、例１～１２のいずれか一つに記載のコーティングシステム。

［００１１１］１４．熱蒸発源がリチウム金属を堆積させるように構成されている、例１～１３のいずれか一つに記載のコーティングシステム。

［００１１２］１５．複数のサブチャンバが、堆積モジュールと同様の第２の堆積モジュールを含み、堆積モジュールを含むサブチャンバの下流に位置決めされた第３のサブチャンバをさらに含む、例１～１４のいずれか一つに記載のコーティングシステム。

［００１１３］１６．第２の堆積モジュールがフッ化リチウムを堆積させるように構成されている、例１～１５のいずれか一つに記載のコーティングシステム。

［００１１４］１７．第３のサブチャンバが、有機熱蒸発源を含む第４のサブチャンバをさらに含む、例１～１６のいずれか一つに記載のコーティングシステム。

［００１１５］１８．処理モジュールと巻き取りモジュールとの間に位置決めされた化学気相堆積（ＣＶＤ）モジュールをさらに含む、例１～１７のいずれか一つに記載のコーティングシステム。

［００１１６］１９．ＣＶＤモジュールがマルチゾーンガス分配アセンブリを含む、例１～１８のいずれか一つに記載のコーティングシステム。

［００１１７］２０．マルチゾーンガス分配アセンブリが第１のガス源と流体的に連結されている、例１～１９のいずれか一つに記載のコーティングシステム。

［００１１８］２１．第１のガス源が、四塩化チタン、リン酸ホウ素、ＴｉＣｌ_４（ＨＳＲ）_２（式中、Ｒ＝Ｃ_６Ｈ_１１若しくはＣ_５Ｈ_９、又はそれらの組み合わせ）のうちの少なくとも１つを供給するように構成されている、例１～２０のいずれか一つに記載のコーティングシステム。

［００１１９］２２．マルチゾーンガス分配アセンブリが第２のガス源と流体的に連結されている、例１～２１のいずれか一つに記載のコーティングシステム。

［００１２０］２３．第２のガス源が、硫化水素、二酸化炭素、ペルフルオロデシルトリクロロシラン（ＦＤＴＳ）、及びポリエチレングリコール（ＰＥＧ）のうちの少なくとも１つを供給するように構成されている、例１～２２のいずれか一つに記載のコーティングシステム。

［００１２１］２４．プレリチウム化アノード構造を形成する方法であって、アノード材料でコーティングされたフレキシブル材料の連続シートを含むプレハブ電極構造上に第１の犠牲アノード層を堆積させることと、第１の犠牲アノード層上に第２の犠牲アノード層を堆積させることと、第２の犠牲アノード層上に第３の犠牲アノード層を堆積させると、第１の犠牲アノード層の少なくとも１つを緻密化することと、を含み、第２の犠牲アノード層及び第３の犠牲アノード層は、一対の電子ビーム源からの電子ビームに犠牲アノード層を露光することによって形成される、上記の方法。

［００１２２］２５．アノード材料が、グラファイトアノード材料、シリコンアノード材料、又はシリコン－グラファイトアノード材料から選択される、例２４に記載の方法。

［００１２３］２６．第１の犠牲アノード層が、アノード材料及び／又は基板と第２の犠牲アノード層との間の電気化学抵抗を最小限に抑える腐食バリアとして機能する、例２４又は２５に記載の方法。

［００１２４］２７．第１の犠牲アノード層が、二元リチウム化合物、三元リチウム化合物、又はそれらの組み合わせを含む、例２４～２６のいずれか一つに記載の方法。

［００１２５］２８．第１の犠牲アノード層が電子ビーム蒸発源を使用して堆積される、例２４～２７のいずれか一つに記載の方法。

［００１２６］２９．第１の犠牲アノード層がフッ化リチウム層である、例２４～２８のいずれか一つに記載の方法。

［００１２７］３０．第２の犠牲アノード材料層が、プレハブ電極構造にプレリチウム化するためにリチウムを供給するプレリチウム化層として機能する、例２４～２９のいずれか一つに記載の方法。

［００１２８］３１．第２の犠牲アノード層がリチウム金属層である、例２４～３０のいずれか一つに記載の方法。

［００１２９］３２．第３の犠牲アノード層が、リチウム金属層とその後堆積される電解質との間の電気化学抵抗を最小限に抑える酸化バリアとして機能する、例２４～３１のいずれか一つに記載の方法。

［００１３０］３３．第３の犠牲アノード層が、二元リチウム化合物、三元リチウム化合物、硫化物化合物、酸化物の組み合わせ、又それらの組み合わせを含む、例２４～３２のいずれか一つに記載の方法。

［００１３１］３４．第３の犠牲アノード層がフッ化リチウム層である、例２４～３３のいずれか１つに記載の方法。

［００１３２］３５．第３犠牲アノード層上に第４犠牲層を堆積させることをさらに含み、第４犠牲層がウェッティング層として機能する、例２４～３４のいずれか一つに記載の方法。

［００１３３］３６．第４の犠牲アノード層が、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレンオキシド、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリ（フッ化ビニリデン）－ｃｏ－ヘキサフルオロプロピレン、ポリプロピレン、ナイロン、ポリアミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリテレフタレート、シリコーン、シリコーンゴム、ポリウレタン、酢酸セルロース、ポリスチレン、ポリ（ジメチルシロキサン）、又はそれらの任意の組み合わせから選択されるポリマー材料を含む、例２４～３５のいずれか一つに記載の方法。

［００１３４］３７．アノード構造を形成する方法であって、フレキシブル材料の連続シート上に第１の永続性アノード層を堆積させることと、第１の永続性リチウムアノード層上に第２の永続性アノード層を堆積させることと、第２の永続性アノード層上に、リチウム金属層である第３の永続性アノード層を堆積させることと、第１の永続性リチウムアノード層の少なくとも１つを高密度化することとを含み、第２の永続性アノード層と第３の永続性アノード層は、一対の電子ビーム源からの電子ビームに永続性アノード層を露光することによって形成される、上記の方法。

［００１３５］３８．第１の永続性アノード層が、フレキシブル材料の連続シートと第２の永続性アノード層との間の電気化学抵抗を最小限に抑える腐食バリアとして機能する、例３７に記載の方法。

［００１３６］３９．第１の永続性アノード層が、アルミニウム、ニッケル、銅、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化ホウ素（ＢＮ）、炭素、酸化ケイ素、又はそれらの組み合わせを含む第１の永続性アノード材料層を含む、例３７又は３８に記載の方法。

［００１３７］４０．第１の永続性アノード層がスパッタリング源を使用して堆積される、例３７～３９のいずれか一つに記載の方法。

［００１３８］４１．第２の永続性アノード層が、フレキシブル材料の連続シートと第３の永続性アノード層との間の電気化学抵抗を最小限に抑える腐食バリアとして機能する、例３７～４０のいずれか一つに記載の方法。

［００１３９］４２．第２の永続性アノード層が、二元リチウム化合物、三元リチウム化合物、又はそれらの組み合わせを含む、例３７～４１のいずれか一つに記載の方法。

［００１４０］４３．第２の永続性アノード層が電子ビーム蒸発源を使用して堆積される、例３７～４２のいずれか一つに記載の方法。

［００１４１］４４．第２の永続性アノード層が電子ビーム蒸発源を使用して堆積される、例３７～４２のいずれか一つに記載の方法。

［００１４２］上記は本開示の実施形態に関するものであるが、その基本的範囲から逸脱することなく他の及びさらなる実施形態を考案することができ、その範囲は特許請求の範囲によって決定される。ここに記載されているすべての文書は、このテキストと矛盾しない範囲で優先文書及び／又は試験手順を含め、参照により本書に援用される。前述の一般的な説明及び特定の実施形態から明らかなように、本開示の形態が例示及び説明されているが、本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、様々な変更を行うことができる。したがって、本開示がそれによって限定されることを意図するものではない。同様に、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、米国法の目的で「含む」という用語と同義であると見なされる。同様に、構成、要素、又は要素のグループの前に移行句「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（含んでいる）」がある場合は常に、同じ構成又は要素のグループで、構成、要素、又は要素の説明の前に「本質的にからなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ ｏｆ）」、「からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ）」、「からなる群から選択される（ｓｅｌｅｃｔｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｇｒｏｕｐ ｏｆ ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ）」、又は「である（ｉｓ）」という移行句を含む、又はその逆と見なすと理解される。本開示の要素又はその例示的な態様又は実施を紹介する場合、冠詞の「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」及び「前記」は、１つ又は複数の要素が存在することを意味することを意図している。

［００１４３］特定の実施形態及び特徴を、一連の数値上限及び一連の数値下限を使用して説明してきた。別段の指示がない限り、任意の２つの値の組み合わせ、例えば、任意の下限値と任意の上限値の組み合わせ、任意の２つの下限値の組み合わせ、及び／又は任意の２つの上限値の組み合わせを含む範囲が企図されることを理解されたい。特定の下限、上限、及び範囲は、以下の１つ又は複数の請求項に記載されている。

Claims (20)

1. フレキシブル材料の連続シートを提供することができる供給リールを収容する送り出しモジュールと、
   前記フレキシブル材料の連続シートを保管することができる巻き取りリールを収容する巻き取りモジュールと、
   前記送り出しモジュールの下流に配列されている処理モジュールと
   を含むフレキシブル基板コーティングシステムであって、
   前記処理モジュールは、
   順に配列されている複数のサブチャンバであって、それぞれが前記フレキシブル材料の連続シートに対して１つ又は複数の処理操作を実施するように構成されている、前記複数のサブチャンバ、及び
   前記フレキシブル材料の連続シートを移動方向に沿って前記複数のサブチャンバを通過させて案内することができるコーティングドラム
   を含み、
   前記サブチャンバは、前記コーティングドラムの周りに放射状に配置されており、前記サブチャンバの少なくとも１つは、
   前記移動方向に対して垂直である横断方向に並んで位置決めされている一対の電子ビーム源を含む堆積モジュールを含む、
   フレキシブル基板コーティングシステム。
2. 前記堆積モジュールが、サブチャンバ本体の上に位置決めされているエッジシールドを有するサブチャンバ本体によって画定されており、前記エッジシールドは、前記フレキシブル材料の連続シート上に堆積される蒸発した材料のパターンを画定する１つ又は複数の開孔を有する、請求項１に記載のコーティングシステム。
3. 前記エッジシールドが少なくとも２つの開孔を有し、第１の開孔は堆積された材料の第１のストリップを画定し、第２の開孔は堆積された材料の第２のストリップを画定する、請求項２に記載のコーティングシステム。
4. 前記堆積モジュールが、前記一対の電子ビーム源の少なくとも一方から放射される蒸発した材料のプルームを監視するように位置決めされた光学検出器をさらに含み、前記光学検出器は、光学発光分光法を実施して、前記蒸発した材料のプルームに関連する光の１つ又は複数の波長の強度を測定するように構成されている、請求項１に記載のコーティングシステム。
5. 各電子ビーム源が、蒸発性材料を保持することができる少なくとも１つのるつぼと電子銃を含み、前記電子銃は、前記るつぼ内に位置決めされた前記蒸発性材料に向けて電子ビームを放射するように動作可能であり、各電子ビーム源は、前記フレキシブル材料の連続シート上の前記堆積された材料の電子照射のために、前記電子銃の前記電子ビームを前記蒸発性材料から前記フレキシブル材料の連続シートに向けることができる電子銃ステアリングをさらに含む、請求項１に記載のコーティングシステム。
6. 前記一対の電子ビーム源が、前記フレキシブル材料の連続シート上にフッ化リチウム膜を堆積させるように構成されている、請求項１に記載のコーティングシステム。
7. 前記複数のサブチャンバが、スパッタリング源を含む第１のサブチャンバをさらに含み、前記第１のサブチャンバは、前記堆積モジュールを含む前記サブチャンバの上流に位置決めされており、前記スパッタリング源は、アルミニウム、ニッケル、銅、アルミナ、窒化ホウ素、炭素、酸化ケイ素、又はそれらの組み合わせから選択される少なくとも１つの材料を堆積させるように構成されている、請求項１に記載のコーティングシステム。
8. 前記堆積モジュールを含む前記サブチャンバが、熱蒸発源を含む第２のサブチャンバをさらに含み、前記熱蒸発源は、リチウム金属を堆積させるように構成されている、請求項１に記載のコーティングシステム。
9. 前記複数のサブチャンバが、前記堆積モジュールと同様であり、前記堆積モジュールを含む前記サブチャンバの下流に位置決めされている第２の堆積モジュールを含む第３のサブチャンバをさらに含み、前記第２の堆積モジュールはフッ化リチウムを堆積させるように構成されている、請求項１に記載のコーティングシステム。
10. 前記処理モジュールと前記巻き取りモジュールとの間に位置決めされている化学気相堆積（ＣＶＤ）モジュールをさらに含み、前記ＣＶＤモジュールはマルチゾーンガス分配アセンブリを含む、請求項１に記載のコーティングシステム。
11. 前記マルチゾーンガス分配アセンブリが第１のガス源と流体的に連結されており、前記第１のガス源は、四塩化チタン、リン酸ホウ素、ＴｉＣｌ_４（ＨＳＲ）_２（式中、Ｒは、Ｃ_６Ｈ_１１若しくはＣ_５Ｈ_９、又はそれらの組み合わせである）のうちの少なくとも１つを供給するように構成されている、請求項１０に記載のコーティングシステム。
12. 前記マルチゾーンガス分配アセンブリが第２のガス源と流体的に連結されており、前記第２のガス源は、硫化水素、二酸化炭素、ペルフルオロデシルトリクロロシラン（ＦＤＴＳ）、及びポリエチレングリコール（ＰＥＧ）のうちの少なくとも１つを供給するように構成されている、請求項１０に記載のコーティングシステム。
13. アノード材料でコーティングされたフレキシブル材料の連続シートを含むプレハブ電極構造上に第１の犠牲アノード層を堆積させることと、
    前記第１の犠牲アノード層上に第２の犠牲アノード層を堆積させることと、
    前記第２の犠牲アノード層上に第３の犠牲アノード層を堆積させることと、
    前記犠牲アノード層を一対の電子ビーム源からの電子ビームに曝すことによって、前記第１の犠牲アノード層、前記第２の犠牲アノード層、及び前記第３の犠牲アノード層のうちの少なくとも１つを高密度化することと
    を含む、プレリチウム化アノード構造を形成する方法。
14. 前記第１の犠牲アノード層が、前記アノード材料及び／又は基板と前記第２の犠牲アノード層との間の電気化学抵抗を最小限に抑える腐食バリアとして機能し、前記第１の犠牲アノード層は、二元リチウム化合物、三元リチウム化合物、又はそれらの組み合わせを含む、請求項１３に記載の方法。
15. 前記第２の犠牲アノード材料層が、前記プレハブ電極構造をプレリチウム化するためのリチウムを提供するプレリチウム化層として機能し、前記第２の犠牲アノード層はリチウム金属層であり、前記第３の犠牲アノード層は、前記リチウム金属層とその後に堆積される電解質との間の電気化学抵抗を最小限に抑える酸化バリアとして機能する、請求項１３に記載の方法。
16. 前記第３の犠牲アノード層が、二元リチウム化合物、三元リチウム化合物、硫化物化合物、酸化物の組み合わせ、又はそれらの組み合わせを含む、請求項１３に記載の方法。
17. 前記第３の犠牲アノード層上に第４の犠牲層を堆積させることをさらに含み、前記第４の犠牲層はウェッティング層として機能し、前記第４の犠牲アノード層は、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレンオキシド、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリ（フッ化ビニリデン）－ｃｏ－ヘキサフルオロプロピレン、ポリプロピレン、ナイロン、ポリアミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリテレフタレート、シリコーン、シリコーンゴム、ポリウレタン、酢酸セルロース、ポリスチレン、ポリ（ジメチルシロキサン）、又はそれらの組み合わせから選択されるポリマー材料を含む、請求項１３に記載の方法。
18. フレキシブル材料の連続シート上に第１の永続性アノード層を堆積させることと、
    前記第１の永続性リチウムアノード層上に第２の永続性アノード層を堆積させることと、
    前記第２の永続性アノード層上に、リチウム金属層である第３の永続性アノード層を堆積させることと、
    前記永続性アノード層を一対の電子ビーム源からの電子ビームに曝すことによって、前記第１の永続性リチウムアノード層、前記第２の永続性アノード層、及び前記第３の永続性アノード層のうちの少なくとも１つを高密度化することと
    を含む、アノード構造を形成する方法。
19. 前記第１の永続性アノード層が、前記フレキシブル材料の連続シートと前記第２の永続性アノード層との間の電気化学抵抗を最小限に抑える腐食バリアとして機能し、前記第１の永続性アノード層は、アルミニウム、ニッケル、銅、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化ホウ素（ＢＮ）、炭素、酸化ケイ素、又はそれらの組み合わせを含む第１の永続性アノード材料層を含み、前記第１の永続性アノード層は、スパッタリング源を使用して堆積される、請求項１８に記載の方法。
20. 前記第２の永続性アノード層が、前記フレキシブル材料の連続シートと前記第３の永続性アノード層との間の電気化学抵抗を最小限に抑える腐食バリアとして機能し、前記第２の永続性アノード層は、二元リチウム化合物、三元リチウム化合物、又はそれらの組み合わせを含み、前記第２の永続性アノード層は、電子ビーム蒸発源を使用して堆積される、請求項１８に記載の方法。

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