KR20230109163A - 보호 층 소스들 - Google Patents

보호 층 소스들 Download PDF

Info

Publication number
KR20230109163A
KR20230109163A KR1020237020460A KR20237020460A KR20230109163A KR 20230109163 A KR20230109163 A KR 20230109163A KR 1020237020460 A KR1020237020460 A KR 1020237020460A KR 20237020460 A KR20237020460 A KR 20237020460A KR 20230109163 A KR20230109163 A KR 20230109163A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
anode layer
layer
sub
lithium
permanent
Prior art date
Application number
KR1020237020460A
Other languages
English (en)
Inventor
데이비드 마사유키 이시카와
에지일무루간 랑가사미
키란 바차니
수브라마냐 피. 헐리
기리쉬 쿠마르 고팔라크리슈난나이르
Original Assignee
어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 filed Critical 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
Publication of KR20230109163A publication Critical patent/KR20230109163A/ko

Links

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
    • C23C14/22—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
    • 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
    • H01M4/0426—Sputtering
    • 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
    • C23C14/0605—Carbon
    • 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
    • C23C14/0641—Nitrides
    • 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
    • C23C14/0641—Nitrides
    • C23C14/0647—Boron nitride
    • 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
    • C23C14/0694—Halides
    • 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
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/10—Glass or silica
    • 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
    • C23C14/12—Organic material
    • 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
    • C23C14/14—Metallic material, boron or silicon
    • 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
    • C23C14/243—Crucibles for source material
    • 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
    • C23C14/28—Vacuum evaporation by wave energy or particle radiation
    • C23C14/30—Vacuum evaporation by wave energy or particle radiation by electron bombardment
    • 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
    • C23C14/34—Sputtering
    • 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
    • C23C14/58—After-treatment
    • C23C14/5826—Treatment with charged particles
    • C23C14/5833—Ion beam bombardment
    • 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
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/54—Apparatus specially adapted for continuous coating
    • C23C16/545—Apparatus specially adapted for continuous coating for coating elongated substrates
    • 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
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/56—After-treatment
    • 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
    • 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
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0402—Methods of deposition of the material
    • H01M4/0421—Methods of deposition of the material involving vapour deposition
    • H01M4/0428—Chemical 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
    • H01M4/1393—Processes of manufacture of electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • 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
    • H01M4/1395—Processes of manufacture of electrodes based on metals, Si or alloys
    • 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
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362—Composites
    • H01M4/366—Composites as layered products
    • 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
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/381—Alkaline or alkaline earth metals elements
    • H01M4/382—Lithium
    • 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
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/386—Silicon or alloys based on silicon
    • 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
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H01M4/587—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx for inserting or intercalating light metals
    • 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
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • 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
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/628—Inhibitors, e.g. gassing inhibitors, corrosion inhibitors
    • 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
    • H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/027—Negative 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

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)

Abstract

가요성 기판들을 코팅하기 위한 방법들, 시스템들, 및 장치들이 제공된다. 코팅 시스템은, 가요성 재료의 연속 시트를 제공할 수 있는 피드 릴을 하우징하는 언와인딩 모듈, 가요성 재료의 연속 시트를 저장할 수 있는 테이크-업 릴을 하우징하는 와인딩 모듈, 및 언와인딩 모듈로부터 다운스트림에 배열된 프로세싱 모듈을 포함한다. 프로세싱 모듈은, 순차적으로 배열된 복수의 서브-챔버들을 포함하며, 복수의 서브-챔버들 각각은 가요성 재료의 연속 시트에 대해 하나 이상의 프로세싱 동작들을 수행하도록 구성된다. 프로세싱 모듈은 이동 방향을 따라 복수의 서브-챔버들을 지나게 가요성 재료의 연속 시트를 가이딩할 수 있는 코팅 드럼을 포함한다. 서브-챔버들은 코팅 드럼 주위에 반경방향으로 배치되며, 서브-챔버들 중 적어도 하나는 증착 모듈을 포함한다. 증착 모듈은, 이동 방향에 대해 수직인 횡 방향을 따라 나란히 포지셔닝된 한 쌍의 전자 빔 소스들을 포함한다.

Description

보호 층 소스들
[0001] 본원에서 설명되는 구현예들은 일반적으로, 가요성 기판을 프로세싱하기 위한 진공 증착 시스템들 및 방법들에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 개시내용의 구현예들은 롤-투-롤(roll-to-roll) 진공 증착 시스템들, 및 가요성 기판 상에 적어도 2개의 층들을 형성하는 방법들에 관한 것이다.
[0002] 재충전 가능 전기화학 저장 시스템들은 일상 생활의 많은 분야들에서 중요성이 증가되고 있다. 고용량 에너지 저장 디바이스들, 이를테면 리튬-이온(Li-이온) 배터리들 및 커패시터들은, 휴대용 전자기기들, 의료, 운송, 그리드-연결 대형 에너지 저장부, 재생 가능 에너지 저장부, 및 무정전 전원 공급 장치(UPS)를 포함하는, 점점 더 많은 수의 애플리케이션들에서 사용되고 있다. 이들 애플리케이션들 각각에서, 에너지 저장 디바이스들의 충전/방전 시간 및 용량이 핵심 파라미터들이다. 추가하여, 그러한 에너지 저장 디바이스들의 크기, 중량, 및/또는 비용이 또한 핵심 파라미터들이다. 또한, 고성능을 위해서는 낮은 내부 저항이 필수적이다. 저항이 낮을수록, 에너지 저장 디바이스는 전기 에너지를 전달하는 데 있어서 더 적은 제한을 받는다. 예컨대, 배터리의 경우, 내부 저항은, 배터리에 의해 저장된 유용한 에너지의 총량 뿐만 아니라 고전류를 전달하는 배터리의 능력을 감소시킴으로써 성능에 영향을 미친다.
[0003] Li-이온 배터리들은 원하는 용량 및 사이클링을 달성하는 데 있어 최상의 기회를 갖는 것으로 생각된다. 그러나, 현재 구성된 바와 같은 Li-이온 배터리들은 종종, 이러한 성장하는 애플리케이션들에 대한 에너지 용량 및 충전/방전 사이클 횟수가 부족하다.
[0004] 따라서, 개선된 사이클링을 갖고 더 비용 효과적으로 제조될 수 있는 더 빠른 충전, 더 높은 용량의 에너지 저장 디바이스들이 본 기술분야에 필요하다. 또한, 저장 디바이스의 내부 저항을 감소시키는 에너지 저장 디바이스를 위한 컴포넌트들이 필요하다.
[0005] 본원에서 설명되는 구현예들은 일반적으로, 가요성 기판을 프로세싱하기 위한 진공 증착 시스템들 및 방법들에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 개시내용의 구현예들은 롤-투-롤 진공 증착 시스템들, 및 가요성 기판 상에 적어도 2개의 층들을 형성하는 방법들에 관한 것이다.
[0006] 일 양태에서, 가요성 기판 코팅 시스템이 제공된다. 코팅 시스템은 가요성 재료의 연속 시트를 제공할 수 있는 피드 릴(feed reel)을 하우징하는 언와인딩 모듈을 포함한다. 코팅 시스템은 가요성 재료의 연속 시트를 저장할 수 있는 테이크-업 릴(take-up reel)을 하우징하는 와인딩 모듈을 더 포함한다. 코팅 시스템은 언와인딩 모듈로부터 다운스트림에 배열된 프로세싱 모듈을 더 포함한다. 프로세싱 모듈은 순차적으로(in sequence) 배열된 복수의 서브-챔버들을 포함하며, 복수의 서브-챔버들 각각은 가요성 재료의 연속 시트에 대해 하나 이상의 프로세싱 동작들을 수행하도록 구성된다. 프로세싱 모듈은 이동 방향을 따라 복수의 서브-챔버들을 지나게 가요성 재료의 연속 시트를 가이딩할 수 있는 코팅 드럼을 더 포함하며, 서브-챔버들은 코팅 드럼 주위에 반경방향으로 배치되며, 서브-챔버들 중 적어도 하나의 서브-챔버는 증착 모듈을 포함한다. 증착 모듈은 횡 방향을 따라 나란히 포지셔닝된 한 쌍의 전자 빔 소스들을 포함하며, 횡 방향은 이동 방향에 대해 수직이다.
[0007] 구현예들은 다음 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 증착 모듈은 서브-챔버 바디 위에 포지셔닝된 에지 차폐부를 갖는 서브-챔버 바디에 의해 정의된다. 에지 차폐부는 가요성 재료의 연속 시트 상에 증착되는 증발된 재료의 패턴을 정의하는 하나 이상의 애퍼처들을 갖는다. 에지 차폐부는 적어도 2개의 애퍼처들을 가지며, 제1 애퍼처는 증착된 재료의 제1 스트립을 정의하고, 제2 애퍼처는 증착된 재료의 제2 스트립을 정의한다. 각각의 전자 빔 소스는 증발 가능한 재료를 홀딩할 수 있는 적어도 하나의 도가니 및 전자 건(electron gun)을 포함한다. 전자 건은 도가니에 포지셔닝된 증발 가능한 재료 쪽으로 전자 빔을 방출하도록 동작 가능하다. 각각의 전자 빔 소스는 가요성 재료의 연속 시트 상에 증착된 재료의 전자 조사(electron irradiation)를 위해, 증발 가능한 재료로부터 가요성 재료의 연속 시트 쪽으로 전자 건의 전자 빔을 지향시킬 수 있는 e-건 스티어링(e-gun steering)을 더 포함한다. 증착 모듈은 전자 빔 소스로부터 방출된 증발된 재료의 플룸(plume)을 모니터링하도록 포지셔닝된 광학 검출기를 더 포함한다. 광학 검출기는 증발된 재료의 플룸과 연관된 하나 이상의 파장들의 광의 세기를 측정하기 위해 광학 방출 분광법을 수행하도록 구성된다. 한 쌍의 전자 빔 소스들은 가요성 재료의 연속 시트 상에 리튬 불화물 막을 증착하도록 구성된다. 복수의 서브-챔버들은 스퍼터링 소스를 포함하는 제1 서브-챔버를 더 포함하며, 제1 서브-챔버는 증착 모듈을 포함하는 서브-챔버로부터 업스트림에 포지셔닝된다. 스퍼터링 소스는 알루미늄, 니켈, 구리, 알루미나(Al2O3), 보론 질화물(BN), 탄소, 실리콘 산화물, 또는 이들의 조합들 중 적어도 하나를 증착하도록 구성된다. 증착 모듈을 포함하는 서브-챔버는 열 증발 소스를 포함하는 제2 서브-챔버를 더 포함한다. 열 증발 소스는 리튬 금속을 증착하도록 구성된다. 복수의 서브-챔버들은, 증착 모듈과 유사하고 증착 모듈을 포함하는 서브-챔버로부터 다운스트림에 포지셔닝된, 제2 증착 모듈을 포함하는 제3 서브-챔버를 더 포함한다. 제2 증착 모듈은 리튬 불화물을 증착하도록 구성된다. 제3 서브-챔버는 유기 열 증발 소스를 포함하는 제4 서브-챔버를 더 포함한다. 코팅 시스템은 프로세싱 모듈과 와인딩 모듈 사이에 포지셔닝된 화학 기상 증착(CVD) 모듈을 더 포함한다. CVD 모듈은 다중-구역 가스 분배 어셈블리를 포함한다. 다중-구역 가스 분배 어셈블리는 제1 가스 소스와 유동적으로 커플링된다. 제1 가스 소스는 티탄 테트라클로라이드(TiCl4), 보론 포스페이트(BPO), 및 TiCl4(HSR)2 ― 여기서, R = C6H11 또는 C5H9 ―, 또는 이들의 조합들 중 적어도 하나를 공급하도록 구성된다. 다중-구역 가스 분배 어셈블리는 제2 가스 소스와 유동적으로 커플링된다. 제2 가스 소스는 황화수소(H2S), 이산화탄소(CO2), 퍼플루오로데실트리클로로실란(FDTS), 및 폴리에틸렌 글리콜(PEG) 중 적어도 하나를 공급하도록 구성된다.
[0008] 다른 양태에서, 사전-리튬화된 애노드 구조를 형성하는 방법이 제공된다. 방법은 사전제작된 전극 구조 상에 제1 희생 애노드 층을 증착하는 단계를 포함한다. 사전제작된 전극 구조는 애노드 재료로 코팅된 가요성 재료의 연속 시트를 포함한다. 방법은 제1 희생 애노드 층 상에 제2 희생 애노드 층을 증착하는 단계를 더 포함한다. 방법은 제2 희생 애노드 층 상에 제3 희생 애노드 층을 증착하는 단계를 더 포함한다. 방법은 한 쌍의 전자 빔 소스들로부터의 전자 빔들에 희생 애노드 층들을 노출시킴으로써, 제1 희생 애노드 층, 제2 희생 애노드 층 및 제3 희생 애노드 층 중 적어도 하나를 고밀화하는 단계를 더 포함한다.
[0009] 구현예들은 다음 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 애노드 재료는 그래파이트 애노드 재료, 실리콘 애노드 재료, 또는 실리콘-그래파이트 애노드 재료로부터 선택된다. 제1 희생 애노드 층은 애노드 재료 및/또는 기판과 제2 희생 애노드 층 사이의 전기화학 저항을 최소화하는 부식 장벽으로서 기능한다. 제1 희생 애노드 층은 이원 리튬 화합물, 삼원 리튬 화합물, 또는 이들의 조합을 포함한다. 제1 희생 애노드 층은 전자 빔 증발 소스를 사용하여 증착된다. 제1 희생 애노드 재료 층(420)은 리튬 불화물 층이다. 제2 희생 애노드 재료 층은 사전제작된 전극 구조를 사전-리튬화하기 위해 리튬을 제공하는 사전-리튬화 층으로서 기능한다. 제2 희생 애노드 층은 리튬 금속 층이다. 제3 희생 애노드 층은 리튬 금속 층과 후속하여 증착되는 전해질 사이의 전기화학 저항을 최소화하는 산화 장벽으로서 기능한다. 제3 희생 애노드 층은 이원 리튬 화합물, 삼원 리튬 화합물, 황화물 화합물, 산화물 조합 또는 이들의 조합을 포함한다. 제3 희생 애노드 층은 리튬 불화물 층이다. 제4 희생 층은 제3 희생 애노드 층 상에 증착되며, 제4 희생 층은 습윤화 층으로서 기능한다. 제4 희생 애노드 층은 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리(비닐리덴 플루오라이드)-코-헥사플루오로프로필렌, 폴리프로필렌, 나일론, 폴리아미드들, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리클로로트리플루오로에틸렌, 폴리테레프탈레이트, 실리콘, 실리콘 고무, 폴리우레탄, 셀룰로오스 아세테이트, 폴리스티렌, 폴리(디메틸실록산), 또는 이들의 임의의 조합으로부터 선택되는 폴리머 재료를 포함한다.
[0010] 또 다른 양태에서, 애노드 구조를 형성하는 방법이 제공된다. 방법은 가요성 재료의 연속 시트 상에 제1 영구 애노드 층을 증착하는 단계를 포함한다. 방법은 제1 영구 리튬 애노드 층 상에 제2 영구 애노드 층을 증착하는 단계를 더 포함한다. 방법은 제2 영구 애노드 층 상에 제3 영구 애노드 층을 증착하는 단계를 더 포함하며, 제3 영구 애노드 층은 리튬 금속 층이다. 방법은 한 쌍의 전자 빔 소스들로부터의 전자 빔들에 영구 애노드 층들을 노출시킴으로써, 제1 영구 리튬 애노드 층, 제2 영구 애노드 층 및 제3 영구 애노드 층 중 적어도 하나를 고밀화하는 단계를 더 포함한다.
[0011] 구현예들은 다음 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 제1 영구 애노드 층은 가요성 재료의 연속 시트와 제2 영구 애노드 층 사이의 전기화학 저항을 최소화하는 부식 장벽으로서 기능한다. 제1 영구 애노드 층은 알루미늄, 니켈, 구리, 알루미나(Al2O3), 보론 질화물(BN), 탄소, 실리콘 옥사이드, 또는 이들의 조합을 포함하는 제1 영구 애노드 재료 층을 포함한다. 제1 영구 애노드 층은 스퍼터링 소스를 사용하여 증착된다. 제2 영구 애노드 층은 가요성 재료의 연속 시트와 제3 영구 애노드 층 사이의 전기화학 저항을 최소화하는 부식 장벽으로서 기능한다. 제2 영구 애노드 층은 이원 리튬 화합물, 삼원 리튬 화합물, 또는 이들의 조합을 포함한다. 제2 영구 애노드 층은 전자 빔 증발 소스를 사용하여 증착된다. 제2 영구 애노드 층은 리튬 불화물 층이다.
[0012] 또 다른 양태에서, 비-일시적인 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로세서에 의해 실행될 때, 프로세스로 하여금 상기 장치 및/또는 방법의 동작들을 수행하게 하는 명령들을 저장한다.
[0013] 본 개시내용의 상기 열거된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로, 앞서 간략히 요약된, 구현예들의 보다 구체적인 설명이 구현예들을 참조로 하여 이루어질 수 있는데, 이러한 구현예들의 일부는 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 본 개시내용의 단지 통상적인 구현예들을 예시하는 것이므로 본 개시내용의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 주목되어야 하는데, 이는 본 개시내용이 다른 균등하게 유효한 구현예들을 허용할 수 있기 때문이다.
[0014] 도 1은 본 개시내용의 하나 이상의 구현예들에 따른 진공 프로세싱 시스템의 개략적인 측면도를 예시한다.
[0015] 도 2는 본 개시내용의 하나 이상의 구현예들에 따른, 전자 빔 증착 소스를 포함하는 증착 모듈의 개략도를 예시한다.
[0016] 도 3은 본 개시내용의 하나 이상의 구현예들에 따른, 애노드 구조를 형성하는 방법의 일 구현예를 요약하는 프로세스 흐름도를 예시한다.
[0017] 도 4는 본 개시내용의 하나 이상의 구현예들에 따라 형성된 애노드 전극 구조의 개략적인 단면도를 예시한다.
[0018] 도 5는 본 개시내용의 하나 이상의 구현예들에 따른, 애노드 구조를 형성하는 방법의 일 구현예를 요약하는 프로세스 흐름도를 예시한다.
[0019] 도 6은 본 개시내용의 하나 이상의 구현예들에 따라 형성된 또 다른 애노드 전극 구조의 개략적인 단면도를 예시한다.
[0020] 이해를 용이하게 하기 위해, 도면들에 대해 공통인 동일한 엘리먼트들을 지정하기 위해 가능한 경우 동일한 참조 번호들이 사용되었다. 일 구현예의 엘리먼트들 및 특징들이 추가적인 설명 없이 다른 구현예들에 유익하게 포함될 수 있다는 것이 고려된다.
[0021] 다음의 개시내용은 롤-투-롤 진공 증착 시스템들 및 가요성 기판 상에 적어도 2개의 층들을 형성하는 방법들을 설명한다. 본 개시내용의 다양한 구현예들의 철저한 이해를 제공하기 위해 다음의 설명 및 도 1 내지 도 6에서 특정 세부사항들이 제시된다. 웹(web) 코팅, 전기화학 셀들 및 이차 배터리들과 종종 연관되는 잘 알려진 구조들 및 시스템들을 설명하는 다른 세부사항들은 다양한 구현예들의 설명을 불필요하게 모호하게 하는 것을 피하기 위해 다음의 개시내용에서 제시되지 않는다.
[0022] 도면들에 도시된 세부사항들, 치수들, 각도들, 및 다른 특징들 중 다수는 단지 특정 구현예들의 예시일 뿐이다. 따라서, 다른 구현예들은 본 개시내용의 사상 또는 범위를 벗어나지 않으면서 다른 세부사항들, 컴포넌트들, 치수들, 각도들 및 특징들을 가질 수 있다. 또한, 본 개시내용의 추가적인 구현예들은 아래에서 설명되는 세부사항들 중 몇몇 없이도 실시될 수 있다.
[0023] 본원에서 설명되는 구현예들은 롤-투-롤 코팅 시스템을 참조하여 아래에서 설명될 것이다. 본원에 설명된 장치 설명은 예시적이고, 본원에 설명된 구현예들의 범위를 제한하는 것으로 이해 또는 해석되지 않아야 한다. 롤-투-롤 프로세스로서 설명되지만, 본원에서 설명되는 구현예들은 별개의 기판들 상에서 수행될 수 있다는 것이 또한 이해되어야 한다.
[0024] 에너지 저장 디바이스들, 예컨대 배터리들은 통상적으로, 양의(positive) 전극, 다공성 세퍼레이터에 의해 분리된 애노드 전극, 및 이온-전도성 매트릭스로서 사용되는 전해질로 구성된다. 그래파이트 애노드들이 현재의 최신 기술이지만, 업계는 셀 에너지 밀도를 증가시키기 위해 그래파이트 기반 애노드에서 실리콘 블렌딩된 그래파이트 애노드들로 이동하고 있다. 그러나, 실리콘 블렌딩된 그래파이트 애노드들은 종종, 제1 사이클 동안 발생하는 비가역적인 용량 손실을 겪는다. 따라서, 이러한 제1 사이클 용량 손실을 보충하기 위한 방법들이 필요하다.
[0025] 리튬 금속의 증착은 그래파이트 및 실리콘 블렌딩된 그래파이트 애노드들의 이러한 제1 사이클 용량 손실을 보충하기 위한 하나의 그러한 방법이다. 리튬 금속 증착을 위한 다수의 방법들(예컨대, 열 증발, 라미네이션, 프린팅 등)이 존재하지만, 특히 대량 제조 환경에서, 디바이스 적층 전에 스풀 상에 증착된 리튬 금속의 핸들링이 해결될 필요가 있다. 이러한 핸들링 문제들을 해결하기 위해, 애노드 웹 코팅은 종종 얇은 보호 층 코팅들을 수반한다. 보호 층 코팅의 부재 시에, 리튬 금속 표면은 불리한 부식 및 산화에 취약하다. 리튬에 대한 보호 층 코팅으로서 리튬 탄산염(Li2CO3) 막들이 현재 사용되고 있다. 그러나, 리튬 탄산염 보호 층들은 몇몇 난제들을 제시한다. 예컨대, 탄산염 코팅들은 리튬을 소비하며, 이는 "불활성 리튬(dead lithium)"의 양을 증가시키고, 그에 따라, 형성된 디바이스에서 쿨롱 효율을 감소시킨다. 리튬 탄산염에 대한 현재의 증착 프로세스들은 바람직하지 않은 SEI 성분인 리튬 탄산염 대신에 리튬 산화물의 형성을 초래할 수 있다. 또한, 탄산염의 느린 흡착 속도(adsorption rate)를 고려할 때, 탄산염 코팅들은 활성화시키기 어렵고, 이는 기계 및 횡 방향들 둘 모두에서 탄산염 코팅의 코팅 균일성의 상당한 변동을 야기할 수 있다. 또한, CO2 흡착은 가시선(line-of-sight) 확장성이 부족하고, 따라서, 희생 및 보호 애플리케이션들 둘 모두를 포함하는 대부분의 다량의 보호 층 코팅들에 대해 부적합한 프로세스이다.
[0026] 애노드 사전-리튬화 및 고체 금속 애노드 보호를 위한 진공 웹 코팅은, 양면-코팅 및 캘린더링된(calendared) 합금-타입 그래파이트 애노드들 및 집전기들, 예컨대 6 미크론 또는 더 두꺼운 구리 포일, 니켈 포일, 또는 금속화된 플라스틱 웹 상의 두꺼운(3 내지 20 미크론) 금속성 리튬 증착을 수반한다. 사전-리튬화 및 고체 금속 애노드 웹 코팅은 얇은, 예컨대 1-미크론 미만의 보호 층 코팅들을 추가로 수반한다. 보호 층 코팅들의 부재 시에, (열 증발 또는 롤링된 포일들을 통한) 금속성 리튬 표면은 불리한 부식 및 산화에 취약하다.
[0027] 기판 내의 불순물들은 리튬과 반응하여 바람직하지 않은 리튬 부식을 야기할 수 있다. 예컨대, 합금-타입 그래파이트 애노드들은, 물리 기상 증착(PVD) 동안 아웃개싱될 수 있는 미량의 레벨들(> 10 ppm)의 잔류 수분(O2 및 H2O)을 갖는다. 그래파이트 애노드와 금속성 리튬 코팅 사이에 트랩핑된 이러한 잔류 수분은 (리튬 산화물 형성을 통해) 계면의 전기화학 저항을 증가시킬 수 있다. 트랩핑된 잔류 수분은 확산되는 데 느리고, 따라서 진공 탈기하기에 동작상 번거롭다. 이론으로 제한하고자 하는 것은 아니지만, 합금-타입 그래파이트 애노드와 금속성 리튬 사이의 부식 장벽으로서 역할을 하기 위한, 본원에서 설명되는 바와 같은 나노스케일(< 100 나노미터 두께) 전기화학 활성 이원 또는 삼원 리튬 화합물의 튜닝된 증착이 화학 비용 추가로 인한 상당한 소유 비용 영향 없이 애노드 품질을 개선할 수 있는 것으로 여겨진다. 고체 금속 애노드들의 경우, 일부 구리 포일들은 미량의 산화방지제들 및 전착 또는 롤링으로부터의 다른 잔류 부산물들을 가지며, 이는 리튬과 반응하여 바람직하지 않은 리튬 부식을 야기할 수 있다. 이론으로 제한하고자 하는 것은 아니지만, 본원에서 설명되는 바와 같은 나노스케일(< 100 나노미터 두께) 전기화학 활성 이원 또는 삼원 리튬 화합물의 튜닝된 증착이 리튬 부식을 최소화할 수 있고, 구리 결정립계들을 따른 리튬 균열을 최소화할 수 있는 것으로 여겨진다. 또한, 적층 코팅 대, 예컨대 습식 세정이 대량 스케일링에 대한 바람직한 접근법인 것으로 여겨진다.
[0028] 산소, 질소, 및 수소(O-N-H)는, 새롭게 증착된 금속성 리튬 상에 리튬 산화물의 전기화학 절연 층을 형성하기 위해, 건조실 환경에서의 웹 언로딩 및 셀 어셈블리 동안 리튬과 반응할 수 있다. 이론으로 제한하고자 하는 것은 아니지만, 기판과 리튬 사이의 부식 장벽들로서 사용되는 전술된 이원 및 삼원 리튬 화합물들이 또한, 공기 반응성을 최소화하기 위해 리튬과 환경 사이의 산화 장벽들로서 역할을 할 수 있는 것으로 여겨진다. 리튬 화합물들에 부가하여, 본 개시내용은 단일 및 이중 전구체 화학적 경로들을 통해 티탄 이황화물 및 다른 반응성 막들을 적용하기 위한 CVD 하드웨어 및 방법들을 창안하였다. 전술된 CVD 하드웨어는 또한, 종래의 건조 이산화탄소를 증착할 수 있다.
[0029] 일부 양태들에서, 리튬 애노드 디바이스들을 형성하기 위한 방법들 및 시스템들이 제공된다. 일부 구현예들에서, 부식 및 산화 장벽들 사이에 샌드위칭된 금속성 리튬 금속을 포함하는 사전-금속화(pre-metalation) 막 스택이 본원에서 설명된 CVD 및 PVD 모듈들을 사용하여 생성된다. 막 스택은 특히, 연속 리튬-이온 배터리("LIB") 전기 차량("EV") 애노드 사전-리튬화, 소비자 전기("CE") 고체 금속 애노드 보호를 위해, 또는 소모성의 얇은 리튬 테이프를 제작하도록 구성될 수 있다.
[0030] 일부 구현예들에서, 사전-리튬화 막 스택 및 사전-리튬화 막 스택을 제조하기 위한 방법들이 제공된다. 사전-리튬화 막 스택은 그래파이트-함유 애노드 막/선택적인 이원 또는 삼원 리튬 부식 장벽 막/증발을 통해 형성된 리튬 막/및 이원 또는 삼원 리튬 산화 장벽 또는 황화물 또는 산화물 장벽 막을 포함한다.
[0031] 다른 구현예에서, 금속 애노드 막 스택, 및 금속 애노드 막 스택을 제조하기 위한 방법들이 제공된다. 금속 애노드 막 스택은 금속 집전기/이원 또는 삼원 리튬 부식 장벽/증발을 통한 리튬 금속 애노드 막/및 이원 또는 삼원 리튬 산화 장벽 막을 포함한다.
[0032] 또 다른 구현예에서, 리튬 전달 포일 및 리튬 전달 포일을 제조하기 위한 방법들이 제공된다. 리튬 전달 포일은 캐리어 기판/이원 또는 삼원 리튬 산화 장벽/증발을 통해 형성된 20 미크론 미만의 리튬 막/및 이원 또는 삼원 리튬 산화 장벽을 포함한다.
[0033] 일부 양태들에서, 본원에서 설명된 PVD 및 CVD 모듈들은 종래의 진공 웹 코팅기들에 통합될 수 있으며, 이는 통상적으로, 독성 및 발화성 전구체들, 예컨대, 리튬 불화물(고체), 이황화수소(가스), 및 다른 리튬-이온 배터리 화학물질에 적합하지 않다. 일부 구현예들에서, 본원에서 설명된 PVD 모듈들은 코팅 밀도를 증가시키거나 코팅 조성을 조절하기 위해, 도가니 증발을 위해 그리고 후-처리 전자 웹 조사를 위해 e-빔 건들의 횡방향 어레이를 사용한다. 본원에서 설명되는 PVD 모듈들은 추가로, 단독으로 또는 공동-증착 모드로 리튬 및 리튬 화합물 증착이 가능하다. 본원에서 설명되는 CVD 모듈들은 종래의 건식 이산화탄소 가스 처리 또는 저온(< 200℃) 유기티올-기반 티탄 이황화물 증착을 위한 이중 및 단일 소스 전구체들을 가능하게 한다.
[0034] 일부 양태들에서, 본원에서 설명된 PVD 및 CVD 모듈들은, (1) 제1 사이클 충전 후 애노드 코팅들이 완전히 소모된다는 점에서 희생적이거나; 또는 (2) 제1 사이클 충전 후 애노드 코팅들이 유지된다는 점에서 영구적인 셀 및 배터리 애플리케이션-특이적 금속성 리튬 저장소들을 증착하기 위해 사전-금속화 및 상응하는 보호 층 증착을 가능하게 한다. 전해질 충전 및 SEI 형성 동안에 안정한 전기화학적으로 활성인 리튬을 셀에 제어가능하게 그리고 정밀하게 전달하고, 추가로, 리튬 산화물 또는 다른 불리한 화합물들로의 불리한 금속성 리튬 전환을 방지하는 능력은, 고품질 및 고수율의 애노드 사전-리튬화 및 애노드 보호 층 증착을 가능하게 한다. 합금-타입 애노드 사전-리튬화 제어는 리튬-이온 배터리 쿨롱 효율을 개선한다. 핀홀이 없고 전기화학적으로 활성인 보호 층들을 갖는 애노드 코팅은 덴드라이트(dendrite) 형성에 저항한다.
[0035] 일부 양태들에서, CVD는 희생 보호 층들에 사용되며, PVD는 영구 보호 층들에 사용된다. 일부 구현예들에서, 하나의 표준 웹 구획에 2개의 재료들을 수용하는, 본원에 설명된 PVD 모듈은 공동-증착을 통한 반응성 합금화를 가능하게 한다. 비-표준 화학물질들과 비전통적인 CVD 및 PVD 소스들의 조합에 의해 제공되는 가요성은, 캡티브 애노드 제작(captive anode manufacturing) 및 툴 코팅 비즈니스 모델들을 서비스하기 위해 종래의 웹 코팅기들이 효과적으로 리툴링(retool)되는 것을 가능하게 할 수 있다.
[0036] 일부 양태들에서, 하이브리드 PVD 소스가 제공된다. 하이브리드 PVD 소스는 공유된 구획에 저항성 가열식 도가니 및 전자 빔 가열식 도가니를 포함한다. 공유된 구획에 2개의 PVD 소스들을 포지셔닝시키는 것은 리튬 막 증착과 위에 놓인 보호 층 사이의 레이턴시(latency)를 최소화한다. 리튬 막 및 위에 놓인 보호 층 둘 모두는 하나의 구획에서 2회 패스(pass)들에서 단독으로 증착되거나 또는 단일 패스로 공동-증착될 수 있다.
[0037] 본원에서 설명되는 구현예들을 사용하여, 단면 또는 양면의 증착된 리튬 금속은 다운스트림에서 릴들의 와인딩 및 언와인딩 동안 보호될 수 있다. 본원에서 설명되는 보호 막들의 증착은 몇몇 잠재적인 이점들을 갖는다. 첫째로, 리튬 금속을 함유하는 전극들의 릴들은 리튬 금속이 인접한 전극들에 접촉하지 않으면서 와인딩 및 언와인딩될 수 있다. 둘째로, 리튬 금속의 더 양호한 셀 성능 및 높은 전기화학적 활용을 위해, 안정한 고체 전해질 계면(SEI)이 설정될 수 있다. 보호 층은 또한, 특히 높은 전류 밀도 동작에서 리튬 덴드라이트를 억제 또는 제거하는 것을 도울 수 있다. 추가하여, 보호 막들의 사용은 제작 시스템들의 복잡성을 감소시키고, 현재의 제작 시스템들과 호환 가능하다.
[0038] 본원에서 설명되는 바와 같이, 이원 리튬 화합물들은 리튬 비스무트(Li3Bi), 리튬 탄산염(Li2CO3), 리튬 불화물(LiF), 리튬 인듐(Li13In3), 리튬 질화물(Li3N), 리튬 산화물(Li2O), 리튬 황화물(Li2S), 리튬 주석(Li4.4Sn), 리튬 인화물(Li3P), 리튬 주석 인 황화물(Li10SnP2S12), 또는 이들의 조합을 포함한다(그러나 이로 제한되지 않음).
[0039] 본원에서 설명되는 바와 같이, 삼원 리튬 화합물들은 리튬 포스페이트(Li3PO4), 리튬 티오포스페이트(LPS; β-Li3PS4), 리튬 티타네이트 스피넬 산화물(LTO; Li4Ti5O12), 삼원 리튬 산화물들, 삼원 리튬 질화물들, 또는 이들의 조합을 포함한다(그러나 이로 제한되지 않음).
[0040] 본원에서 사용되는 바와 같이, 희생 막은 애노드 구조를 포함하는 완성된 셀의 제1 충전 전에, 보호 목적 또는 기능을 충족시키는 데 있어서 소모되거나 또는 파괴되도록 설계된다.
[0041] 본원에서 사용되는 바와 같이, 영구 막은 애노드 구조를 포함하는 완성된 셀의 제1 충전 후에 하나 이상의 기능들을 제공하도록 설계된다.
[0042] 본원에서 설명되는 일부 구현예들이 그 위에서 실시될 수 있는 특정 기판은 제한되지 않지만, 예컨대 웹-기반 기판들, 패널들 및 별개의 시트들을 포함하는, 가요성 기판들 상에서 구현예들을 실시하는 것이 특히 유익하다는 것이 주목된다. 기판은 또한, 포일, 막, 또는 얇은 플레이트(thin plate)의 형태일 수 있다.
[0043] 본원에서 설명되는 구현예들 내에서 사용되는 바와 같은 가요성 기판 또는 웹은 통상적으로, 그것이 구부러질 수 있다는 것을 특징으로 할 수 있다는 것이 여기서 또한 주목된다. "웹"이라는 용어는 "스트립"이라는 용어 또는 "가요성 기판"이라는 용어와 동의어로 사용될 수 있다. 예컨대, 본원의 구현예들에서 설명된 바와 같은 웹은 포일일 수 있다.
[0044] 기판이 수직으로 배향된 기판인 일부 구현예들에서, 수직으로 배향된 기판이 수직 평면에 대해 각을 이룰 수 있다는 것이 추가로 주목된다. 예컨대, 일부 구현예들에서, 기판은 수직 평면으로부터 약 1도 내지 약 20도의 각을 이룰 수 있다. 기판이 수평으로 배향된 기판인 일부 구현예들에서, 수평으로 배향된 기판은 수평 평면에 대해 각을 이룰 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예들에서, 기판은 수평 평면으로부터 약 1도 내지 약 20도의 각을 이룰 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "수직"이라는 용어는, 수평선에 대해 수직인 가요성 전도성 기판의 주 표면 또는 증착 표면으로서 정의된다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "수평"이라는 용어는 수평선에 대해 평행한 가요성 전도성 기판의 주 표면 또는 증착 표면으로서 정의된다.
[0045] 본 개시내용에서, "롤" 또는 "롤러"는 프로세싱 시스템에서 기판의 존재 동안 기판(또는 기판의 일부)이 접촉할 수 있는, 표면을 제공하는 디바이스로서 이해될 수 있다는 것이 추가로 주목된다. 본원에서 지칭되는 바와 같은 "롤" 또는 "롤러"의 적어도 일부는 프로세싱되거나 이미 프로세싱된 기판과 접촉하기 위한 원형과 같은 형상을 포함할 수 있다. 일부 구현예들에서, "롤" 또는 "롤러"는 원통형 또는 실질적으로 원통형 형상을 가질 수 있다. 실질적인 원통형 형상은 직선 길이방향 축을 중심으로 형성될 수 있거나, 또는 구부러진 길이방향 축을 중심으로 형성될 수 있다. 일부 구현예들에 따르면, 본원에서 설명되는 바와 같은 "롤" 또는 "롤러"는 가요성 기판과 접촉하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 본원에서 지칭되는 바와 같은 "롤" 또는 "롤러"는, 기판이 프로세싱되는 동안(이를테면, 증착 프로세스 동안) 또는 기판이 프로세싱 시스템에 존재하는 동안에 기판을 가이딩하도록 구성된 가이딩 롤러; 코팅될 기판에 대해 정의된 장력을 제공하도록 구성된 스프레더 롤러(spreader roller); 정의된 이동 경로에 따라 기판을 편향시키기 위한 편향 롤러; 프로세싱 동안 기판을 지지하기 위한 프로세싱 롤러, 이를테면, 프로세스 드럼, 예컨대 코팅 롤러 또는 코팅 드럼; 조정 롤러, 공급 롤, 테이크-업 롤 등일 수 있다. 본원에서 설명되는 바와 같은 "롤" 또는 "롤러"는 금속을 포함할 수 있다. 일부 구현예들에서, 기판과 접촉할, 롤러 디바이스의 표면은 코팅될 개개의 기판에 대해 구성될 수 있다. 또한, 일부 구현예들에 따르면, 본원에서 설명되는 바와 같은 롤러들은, 특히 이중 베어링 롤러 아키텍처를 갖는 저 마찰 롤러 베어링들에 장착될 수 있다는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 본원에 설명되는 바와 같은 이송 어레인지먼트의 롤러 평행성이 달성될 수 있으며, 기판 이송 동안의 횡방향 기판 "원더링(wandering)"이 제거될 수 있다.
[0046] 도 1은 본 개시내용의 하나 이상의 구현예들에 따른 가요성 기판 코팅 시스템(100)의 개략적인 측면도를 예시한다. 가요성 기판 코팅 시스템(100)은, 본원에서 설명되는 구현예들에 따라 리튬-함유 애노드 막 스택들을 제작하도록 구성된, Applied Materials에 의해 제작된 SMARTWEB® 시스템일 수 있다. 가요성 기판 코팅 시스템(100)은 리튬-함유 애노드들을 제작하기 위해, 그리고 특히 리튬-함유 애노드들을 위한 막 스택들을 위해 사용될 수 있다. 가요성 기판 코팅 시스템(100)은 리튬-함유 애노드들을 제작하기 위한 프로세싱 동작들 중 일부 또는 전부가 수행될 수 있는 공통 프로세싱 환경(101)을 포함한다. 하나 이상의 예들에서, 공통 프로세싱 환경(101)은 진공 환경으로서 동작 가능하다. 다른 예들에서, 공통 프로세싱 환경(101)은 불활성 가스 환경으로서 동작 가능하다.
[0047] 가요성 기판 코팅 시스템(100)은 언와인딩 모듈(102), 프로세싱 모듈(104), 선택적인 CVD(chemical vapor deposition) 모듈(106), 및 와인딩 모듈(108)을 포함하는 롤-투-롤 시스템으로서 구성된다. 프로세싱 모듈(104)은 공통 프로세싱 환경(101)을 정의하는 챔버 바디(105)를 포함한다.
[0048] 일부 구현예들에서, 프로세싱 모듈(104)은 순차적으로 배열된 복수의 프로세싱 모듈들 또는 서브-챔버들(110, 120, 및 130)을 포함하며, 그 복수의 프로세싱 모듈들 또는 서브-챔버들 각각은 가요성 재료의 연속 시트(150) 또는 재료의 웹에 대해 하나의 프로세싱 동작을 수행하도록 구성된다. 하나 이상의 예들에서, 도 1에 도시된 바와 같이, 서브-챔버들(110 내지 130)은 코팅 드럼(155) 주위에 반경방향으로 배치된다. 서브-챔버들(110 내지 130)은 파티션 벽들(112a 내지 112d)(총괄적으로 112)에 의해 분리된다. 예컨대, 제1 서브-챔버(110)는 파티션 벽들(112a 및 112b)에 의해 규정되며, 제2 서브-챔버(120)는 파티션 벽들(112b 및 112c)에 의해 규정되며, 제3 서브-챔버(130)는 파티션 벽들(112c 및 112d)에 의해 규정된다. 하나 이상의 예들에서, 서브-챔버들(110 내지 130)은, 좁은 아치형 갭들을 제외하고는, 파티션 벽들(112)에 의해 폐쇄된다. 제1 서브-챔버(110)가 단일 증착 소스(113)를 갖는 것으로 도시되지만, 각각의 서브-챔버(110 내지 130)는 각각 별개의 증착 소스를 포함하는 2개 이상의 구획들로 분할될 수 있다.
[0049] 도 1에 도시된 일 구현예에서, 제2 서브-챔버(120)는 각각 증착 소스(126 및 128)를 개별적으로 포함하는 제1 구획(122) 및 제2 구획(124)으로 분할되며, 제3 서브-챔버(130)는 각각 증착 소스(136 및 138)를 개별적으로 포함하는 제3 구획(132) 및 제4 구획(134)으로 분할된다. 구획들은 코팅 드럼(155) 위의 증착을 가능하게 하는 좁은 개구를 제외하고 인접한 구획들에 대해 폐쇄되거나 격리될 수 있다. 증착 소스들(113, 126, 128, 136 및 138) 중 적어도 하나는 전자 빔 건을 포함한다. 또한, 방사상 이외의 어레인지먼트들이 고려된다. 예컨대, 다른 구현예에서, 서브-챔버들(110 내지 130)은 선형 구성으로 포지셔닝될 수 있다.
[0050] 일부 구현예들에서, 서브-챔버들(110 내지 130)은 독립형 모듈식 서브-챔버들이며, 여기서, 각각의 모듈식 프로세싱 챔버는 다른 모듈식 서브-챔버들로부터 구조적으로 분리된다. 따라서, 독립형 모듈식 서브-챔버들 각각은 서로 영향을 미치지 않으면서 독립적으로 배열, 재배열, 교체 또는 유지될 수 있다. 3개의 서브-챔버들(110 내지 130)이 도시되지만, 임의의 수의 서브-챔버들이 가요성 기판 코팅 시스템(100)에 포함될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
[0051] 서브-챔버들(110 내지 130)은, 본 개시내용의 구현예들에 따라, 가요성 기판 코팅 시스템(100)이 리튬-함유 애노드 막 스택을 증착할 수 있게 하는 임의의 적합한 구조, 구성, 어레인지먼트, 및/또는 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 예컨대, 서브-챔버들은, 코팅 소스들, 전력 소스들, 개별적인 압력 제어들, 증착 제어 시스템들, 및 온도 제어를 포함하는 적합한 증착 시스템들을 포함할 수 있다(그러나 이로 제한되지 않음). 일부 구현예들에서, 서브-챔버들에는 개별적인 가스 공급부들이 제공된다. 본원에서 설명되는 바와 같이, 서브-챔버들(110 내지 130)은 통상적으로, 양호한 가스 분리를 제공하기 위해 서로 분리된다. 본원에서 설명되는 가요성 기판 코팅 시스템(100)은 서브-챔버들의 수로 제한되지 않는다. 예컨대, 가요성 기판 코팅 시스템(100)은 3개, 6개, 또는 12개의 서브-챔버들을 포함할 수 있다(그러나 이로 제한되지 않음).
[0052] 서브-챔버들(110 내지 130)은 통상적으로, 하나 이상의 증착 소스들(113, 126, 128, 136 및 138)을 포함한다. 일반적으로, 본원에서 설명되는 바와 같은 하나 이상의 증착 소스들은 CVD 소스들, PECVD 소스들, 및 다양한 PVD 소스들의 군으로부터 선택될 수 있는, 전자 빔 소스 및 추가적인 소스들을 포함한다. 전자 빔 소스는 도 2에서 상세히 설명될 것이다. 하나 이상의 증착 소스들(113, 126, 128, 136, 및 138)은 하나 이상의 증발 소스들을 포함할 수 있다. 증발 소스들의 예들은 열 증발 소스들 및 전자 빔 증발 소스들을 포함한다. 하나 이상의 예들에서, 증발 소스는 열 증발 소스 및/또는 전자 빔 증발 소스이다. 일부 구현예들에서, 증발 소스는 리튬(Li) 소스이다. 추가로, 증발 소스는 또한, 2개 이상의 금속들의 합금일 수 있다. 증착될 재료(예컨대, 리튬)는 도가니에 제공될 수 있다. 리튬은, 예컨대, 열 증발 기법들 또는 전자 빔 증발 기법들에 의해 증발될 수 있다.
[0053] 하나 이상의 증착 소스들(113, 126, 128, 136, 및 138)은 하나 이상의 스퍼터링 소스들을 더 포함할 수 있다. 스퍼터링 소스들의 예들은 마그네트론 스퍼터 소스들, DC 스퍼터 소스들, AC 스퍼터 소스들, 펄스형 스퍼터 소스들, 무선 주파수(RF) 스퍼터링 소스들, 또는 중간 주파수(MF) 스퍼터링 소스들을 포함한다. 예컨대, 5 kHz 내지 100 kHz, 예컨대 30 kHz 내지 50 kHz의 범위의 주파수들을 이용한 MF 스퍼터링이 제공될 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "마그네트론 스퍼터링"은 자석 어셈블리, 즉 자기장을 발생시킬 수 있는 유닛을 사용하여 수행되는 스퍼터링을 지칭한다. 통상적으로, 그러한 자석 어셈블리는 영구 자석을 포함한다. 이러한 영구 자석은 통상적으로, 회전 가능 타겟 표면 아래에 발생되는 발생된 자기장 내에 자유 전자들이 포획되도록 하는 방식으로, 회전 가능 타겟 내에 배열되거나 또는 평면형 타겟에 커플링된다. 그러한 자석 어셈블리는 또한, 평면형 캐소드에 커플링되게 배열될 수 있다.
[0054] 하나 이상의 예들에서, 증착 소스(113)는 스퍼터링 소스이며, 증착 소스(126)는 전자 빔 증발 소스이며, 증착 소스(128)는 열 증발 소스이며, 증착 소스(136)는 전자 빔 증발 소스이며, 증착 소스(138)는 유기 열 증발 소스이다.
[0055] 일부 구현예들에서, CVD 모듈(106)은 프로세싱 모듈(104)과 와인딩 모듈(108) 사이에, 예컨대, 와인딩 모듈(108)로부터 업스트림에 그리고 프로세싱 모듈(104)로부터 다운스트림에 포지셔닝된다. 일부 구현예들에서, CVD 모듈(106)은 프로세싱 구역(170)을 포함한다. 프로세싱 구역(170)은 CVD 모듈(106) 내로 프로세스 가스들을 도입하기 위한 하나 이상의 증착 소스들(172)을 포함한다. 양면 코팅이 수행되는 일부 구현예들에서, CVD 모듈(106)은 가요성 재료의 연속 시트(150)의 대향 측 상에 재료를 증착하도록 포지셔닝된 부가적인 증착 소스를 포함한다. 하나 이상의 예들에서, 증착 소스(172)는 다중-구역 가스 분배 어셈블리 또는 샤워헤드이다. 프로세싱 구역(170)은 CVD 모듈(106) 내에 인-시튜 플라즈마를 형성하기 위한 하나 이상의 전극들을 포함할 수 있다. 프로세싱 구역(170)은 프로세싱 구역(170)에 원격 플라즈마를 공급하기 위한 원격 플라즈마 소스와 커플링될 수 있다.
[0056] 일부 구현예들에서, 서브-챔버들(110 내지 130)은 가요성 재료의 연속 시트(150)의 양 면들을 프로세싱하도록 구성된다. 가요성 기판 코팅 시스템(100)이, 수평으로 배향된, 가요성 재료의 연속 시트(150)를 프로세싱하도록 구성되지만, 가요성 기판 코팅 시스템(100)은 상이한 배향들로 포지셔닝된 기판들을 프로세싱하도록 구성될 수 있으며, 예컨대, 가요성 재료의 연속 시트(150)는 수직으로 배향될 수 있다. 일부 구현예들에서, 가요성 재료의 연속 시트(150)는 가요성 전도성 기판이다. 일부 구현예들에서, 가요성 재료의 연속 시트(150)는 하나 이상의 층들이 상부에 형성된 전도성 기판을 포함한다. 일부 구현예들에서, 전도성 기판은 구리 기판이다.
[0057] 일부 구현예들에서, 가요성 기판 코팅 시스템(100)은 기판 이송 어레인지먼트(152)를 포함한다. 기판 이송 어레인지먼트(152)는 서브-챔버들(110 내지 130)의 프로세싱 구역을 통해 가요성 재료의 연속 시트(150)를 이동시킬 수 있는 임의의 전달 메커니즘을 포함할 수 있다. 기판 이송 어레인지먼트(152)는, 와인딩 모듈(108)에 포지셔닝된 공통 테이크-업 릴(154), 프로세싱 모듈(104)에 포지셔닝된 코팅 드럼(155), 및 언와인딩 모듈(102)에 포지셔닝된 피드 릴(156)을 갖는 릴-투-릴 시스템을 포함할 수 있다. 테이크-업 릴(154), 코팅 드럼(155), 및 피드 릴(156)은 개별적으로 가열될 수 있다. 테이크-업 릴(154), 코팅 드럼(155), 및 피드 릴(156)은 각각의 릴 내에 포지셔닝된 내부 열 소스 또는 외부 열 소스를 사용하여 개별적으로 가열될 수 있다. 기판 이송 어레인지먼트(152)는 테이크-업 릴(154), 코팅 드럼(155), 및 피드 릴(156) 사이에 포지셔닝된 하나 이상의 보조 전달 릴들(153a, 153b)을 더 포함할 수 있다. 일 양태에 따르면, 하나 이상의 보조 전달 릴들(153a, 153b), 테이크-업 릴(154), 코팅 드럼(155), 및 피드 릴(156) 중 적어도 하나는 모터에 의해 구동 및 회전될 수 있다.
[0058] 가요성 기판 코팅 시스템(100)은 상이한 서브-챔버들(110 내지 130)을 지나게 가요성 재료의 연속 시트(150)를 이동시키기 위한 피드 릴(156) 및 테이크-업 릴(154)을 포함한다. 일부 구현예들에서, 제1 서브-챔버(110)의 증착 소스(113)는 가요성 재료의 연속 금속 시트(150) 상에 제1 층을 증착하도록 구성된 스퍼터링 소스를 포함한다. 하나 이상의 예들에서, 증착 소스(113)는 알루미늄, 니켈, 구리, 알루미나(Al2O3), 보론 질화물(BN), 탄소, 실리콘 산화물, 또는 이들의 조합들 중 적어도 하나를 증착하도록 구성된 스퍼터링 소스이다. 이론으로 제한하고자 하는 것은 아니지만, 제1 층은 부식을 최소화하고, 가요성 재료의 하부 연속 금속 시트(150)의 헐렁거림(bagginess)을 감소시키는 것으로 여겨진다.
[0059] 제2 서브-챔버(120)는 본원에서 설명된 이원 막들, 삼원 막들, 또는 폴리머 막들 중 임의의 것을 증착하도록 구성될 수 있다. 일부 구현예들에서, 제2 서브-챔버(120)의 제1 구획(122)에 포지셔닝된 증착 소스(126)는 제1 층 위에 제2 층을 증착하도록 구성된 증발 소스이다. 하나 이상의 예들에서, 증착 소스(126)는 제1 리튬 불화물 층을 증착하도록 구성된, 전자 빔 증발 소스, 예컨대 전자 빔 증발 소스(210)이다. 다른 예들에서, 증착 소스(126)는 본원에서 설명된 폴리머 재료들 중 임의의 폴리머 재료를 증착하도록 구성된 유기 열 증발 소스이다. 제2 서브-챔버(120)의 제2 구획(124)은 제2 층 위에 제3 층을 증착하도록 구성된 증착 소스(128)를 포함한다. 하나 이상의 예들에서, 증착 소스(128)는 리튬 금속 층을 증착하도록 구성된 열 증발 소스이다. 다른 예들에서, 증착 소스(128)는 본원에서 설명된 폴리머 재료들 중 임의의 폴리머 재료를 증착하도록 구성된 유기 열 증발 소스이다.
[0060] 제3 서브-챔버(130)는 본원에서 설명된 이원 막들, 삼원 막들, 또는 폴리머 막들 중 임의의 것을 증착하도록 구성될 수 있다. 일부 구현예들에서, 제3 서브-챔버(130)의 제3 구획(132)은 제3 층 위에 제4 층을 증착하도록 구성된 제3 증발 소스인 증착 소스(136)를 포함한다. 하나 이상의 예들에서, 증착 소스(136)는 제2 리튬 불화물 층을 증착하도록 구성된, 전자 빔 증발 소스, 예컨대 전자 빔 증발 소스(210)이다. 다른 예들에서, 증착 소스(136)는 본원에서 설명된 폴리머 재료들 중 임의의 폴리머 재료를 증착하도록 구성된 유기 열 증발 소스이다. 제3 서브-챔버(130)의 제4 구획(134)은 증착 소스(138)를 포함하며, 증착 소스(138)는 제4 층 위에 제5 층을 증착하도록 구성된 제4 증발 소스일 수 있다. 하나 이상의 예들에서, 증착 소스(138)는 제2 리튬 불화물 층을 증착하도록 구성된 전자 빔 증발 소스이다. 다른 예들에서, 증착 소스(138)는 본원에서 설명된 폴리머 재료들 중 임의의 폴리머 재료를 증착하도록 구성된 유기 열 증발 소스이다.
[0061] CVD 모듈(106)은 본원에서 설명된 이원 막들, 삼원 막들, 또는 폴리머 막들 중 임의의 것을 증착하도록 구성될 수 있다. 추가하여, CVD 모듈은 금속 황화물, 예컨대 티탄 이황화물(TiS2)을 증착하도록 구성될 수 있다. 일부 구현예들에서, CVD 모듈(106)은, 티탄 테트라클로라이드(TiCl4), 보론 포스페이트(BPO), 및 TiCl4(HSR)2 ― 여기서, R = C6H11 또는 C5H9 ―, 또는 이들의 조합들 중 적어도 하나를 공급하도록 구성된 제1 가스 소스(174)를 포함한다. CVD 모듈(106)은 황화수소(H2S), 이산화탄소(CO2), 퍼플루오로데실트리클로로실란(FDTS), 및 폴리에틸렌 글리콜(PEG) 중 적어도 하나를 공급하도록 구성된 제2 가스 소스(176)를 더 포함할 수 있다. 티탄 이황화물 막들은 전도성이고, 통상적으로 주변 온도에서 높은 리튬 확산 계수를 가지고, 다수의 방전 사이클들 후에도 가역적인 리튬 인터칼레이션을 나타낸다. 일부 구현예들에서, 티탄 이황화물 막은 티탄 테트라클로라이드 및 유기티올들을 사용하여 CVD 프로세스를 통해 제조된다. 하나 이상의 예들에서, 주변 온도에서 헥산 내의 알칸-티올들로 티탄 테트라클로라이드를 처리함으로써 티탄 이황화물이 제조된다. 다른 예들에서, 티탄 이황화물 막들은 섭씨 200도 내지 섭씨 600도의 온도 범위 내의 가열된 반응 구역에서 저압(0.1 mmHg)으로 제조된다.
[0062] 동작 시에, 가요성 재료의 연속 시트(150)는 화살표(109)로 도시된 기판 이동 방향으로 표시된 바와 같이 피드 릴(156)로부터 언와인딩된다. 가요성 재료의 연속 시트(150)는 하나 이상의 보조 전달 릴들(153a, 153b)을 통해 가이딩될 수 있다. 또한, 가요성 재료의 연속 시트(150)는, 예컨대 가요성 재료의 연속 시트(150)의 배향을 미세 조정함으로써, 가요성 재료의 연속 시트(150)의 적절한 런(run)을 제어할 하나 이상의 기판 가이드 제어 유닛들(도시되지 않음)에 의해 가이딩되는 것이 가능하다.
[0063] 피드 릴(156)로부터 언코일링되고 보조 전달 릴(153a) 위에서 진행한 후에, 가요성 재료의 연속 시트(150)는, 이후 코팅 드럼(155)에 제공되고 하나 이상의 증착 소스들(113, 126, 128, 136, 138, 및 172)의 포지션들에 상응하는 증착 영역들을 통해 이동된다. 동작 동안, 코팅 드럼(155)은, 가요성 기판이 화살표(109)로 표시된 이동 방향으로 이동하도록 축(151)을 중심으로 회전한다.
[0064] 가요성 기판 코팅 시스템(100)은 가요성 기판 코팅 시스템(100)의 다양한 양태들을 제어하도록 동작 가능한 시스템 제어기(160)를 더 포함한다. 시스템 제어기(160)는 가요성 기판 코팅 시스템(100)의 제어 및 자동화를 가능하게 하고, 중앙 프로세싱 유닛(CPU), 메모리, 및 지원 회로들(또는 I/O)을 포함할 수 있다. 소프트웨어 명령들 및 데이터는 CPU에 명령하기 위해 메모리 내에 코딩되어 저장될 수 있다. 시스템 제어기(160)는, 예컨대 시스템 버스를 통해, 가요성 기판 코팅 시스템(100)의 컴포넌트들 중 하나 이상의 컴포넌트들과 통신할 수 있다. 시스템 제어기(160)에 의해 판독 가능한 프로그램(또는 컴퓨터 명령들)은 어느 태스크들이 기판에 대해 수행 가능한 지를 결정한다. 일부 양태들에서, 프로그램은, 다중-세그먼트 링의 제거 및 교체를 제어하기 위한 코드를 포함할 수 있는, 시스템 제어기(160)에 의해 판독 가능한 소프트웨어이다. 단일 시스템 제어기(160)로서 도시되지만, 다수의 시스템 제어기들이 본원에서 설명되는 양태들에 사용될 수 있는 것으로 인지되어야 한다.
[0065] 도 2는 본 개시내용의 하나 이상의 구현예들에 따른, 한 쌍의 전자 빔 증발 소스들(210a, 210b, 총괄적으로 210)을 포함하는 증착 모듈(200)의 개략도를 예시한다. 증착 모듈(200)은 가요성 기판 코팅 시스템(100)에서 사용될 수 있다. 일부 구현예들에서, 증착 모듈(200)은 가요성 기판 코팅 시스템(100)에 포지셔닝된 구획들(122, 124, 132 및 134) 중 하나를 대체한다. 하나 이상의 예들에서, 증착 모듈(200)은 제1 구획(122) 및 제3 구획(132)을 대체한다. 증착 모듈(200)은 가요성 재료의 연속 시트(150)가 상부에 배치된 가요성 기판 코팅 시스템(100)의 코팅 드럼(155)에 인접한 것으로 도시된다. 가요성 기판 코팅 시스템(100)의 일부로서 도시되지만, 증착 모듈은 다른 코팅 시스템들과 함께 사용될 수 있다.
[0066] 증착 모듈(200)은, 서브-챔버 바디(220) 위에 포지셔닝된 에지 차폐부(230) 또는 마스크를 갖는 서브-챔버 바디(220)에 의해 정의된다. 에지 차폐부(230)는 가요성 재료의 연속 시트(150) 상에 증착되는 증발된 재료의 패턴을 정의하는 하나 이상의 애퍼처들(232a, 232b)(총괄적으로 232)을 포함한다. 하나 이상의 예들에서, 에지 차폐부(230)는 2개의 애퍼처들을 포함한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 에지 차폐부(230)는 가요성 재료의 연속 시트(150) 상에 증착된 재료(240)의 패턴을 정의한다. 증착된 재료(240)의 패터닝된 막은 증착된 재료의 제1 스트립(242a) 및 증착된 재료의 제2 스트립(242b)을 포함하며, 이들 둘 모두는 가요성 재료의 연속 시트(150)의 화살표(109)에 의해 도시된 기판 이동 방향으로 연장된다. 에지 차폐부(230)는 가요성 재료의 연속 시트(150)의 가까운 에지(243)를 따라 코팅되지 않은 스트립, 가요성 재료의 연속 시트(150)의 먼 에지(245)를 따라 코팅되지 않은 스트립, 및 증착된 재료의 제1 스트립(242a)과 증착된 재료의 제2 스트립(242b) 사이에 정의된 코팅되지 않은 스트립(247)을 남긴다. 하나 이상의 예들에서, 에지 차폐부(230)는 2개의 애퍼처들(232a, 232b)을 포함하며, 제1 애퍼처(232a)는 증착 재료의 제1 스트립(242a)을 정의하며, 제2 애퍼처(232b)는 증착 재료의 제2 스트립(242b)을 정의한다.
[0067] 각각의 전자 빔 증발 소스(210a, 210b)(총괄적으로 210)는 적어도 하나의 도가니(212a, 212b)(총괄적으로 212) 및 전자 건(214a, 214b)(총괄적으로 214))을 포함한다. 도가니(212)는 증발 가능한 재료를 홀딩한다. 전자 건(214)은 도가니(212)에 포지셔닝된 증발 가능한 재료 쪽으로 전자 빔을 방출하도록 동작 가능하다. 동작 시, 전자 건(214)으로부터의 전자 빔(216a, 216b)(총괄적으로 216)이 증발 가능한 재료로 지향된다. 재료는 가열되고 증발된다. 증발된 재료(218a, 218b)(총괄적으로 218)의 플룸이 가요성 재료의 연속 시트(150)로 인출되며, 여기서, 증착된 재료(240)의 패터닝된 막이 가요성 재료의 연속 시트(150) 상에 형성된다.
[0068] 전자 건(214a, 214b)은 또한, 가요성 재료의 연속 시트(150) 상의 증착된 막들 쪽으로 전자 빔을 방출하도록 동작 가능하다. 예를 들어, e-총 스티어링은 가요성 재료의 연속 시트(150) 상에 증착된 재료의 전자 조사를 위해 증발 가능한 재료로부터 가요성 재료의 연속 시트(150) 쪽으로 전자 건(214a, 214b)의 전자 빔을 지향시킬 수 있다. 이러한 전자 조사는 직접 가열을 통해 증착된 막들을 고밀화할 수 있다.
[0069] 전자 건(214a, 214b)은 레이턴시 없이 즉시 턴 온/오프될 수 있으며, 이는 막 증착 및 패터닝에 대한 더 큰 제어를 제공한다. 전자 건(214a, 214b)은 재료들을 증착할 수 있으며, 그 재료들은 통상적으로 이들의 저항성 가열된 대응부들보다 더 높은 품질을 갖는다. 또한, 전자 건(214a, 214b)은 고체들, 액체들 및/또는 분말들을 증발시킬 수 있으며, 이는 다양한 막들의 증착을 가능하게 한다.
[0070] 전자 빔 증발 소스들(210a, 210b)은 화살표(109)로 표현된 이동 방향에 대해 수직인, 화살표(250)로 표현된 횡 방향을 따라 나란히 포지셔닝된다. 횡 방향을 따라 전자 빔 증발 소스들(210a, 210b)을 포지셔닝하는 것은 도 2에 도시된 스트립 코팅 패턴을 가능하게 한다.
[0071] 일부 구현예들에서, 증착 모듈(200)은 광학 검출기(260a, 260b)(총괄적으로 260)를 더 포함한다. 광학 검출기(260)는 서브-챔버 바디(220)의 벽에 부착될 수 있다. 광학 검출기(260)는, 증착된 막들의 품질을 튜닝하는 것을 돕기 위해, 증발된 재료(218a, 218b)의 플룸을 모니터링하도록 포지셔닝될 수 있다. 하나 이상의 예들에서, 광 검출기(260)는 증발된 재료(218)의 플룸과 연관된 하나 이상의 파장들의 광의 세기를 측정하기 위해 OES(optical emission spectroscopy)를 사용한다. OES는 시스템 제어기(160) 또는 별개의 제어기와 통신할 수 있다.
[0072] 도 3은 본 개시내용의 하나 이상의 구현예들에 따른, 사전-리튬화된 애노드 구조를 형성하는 프로세싱 시퀀스(300)의 일 구현예를 요약하는 프로세스 흐름도를 예시한다. 도 4는 도 3의 프로세싱 시퀀스(300)에 따라 형성된 사전-리튬화된 애노드 구조(400)의 개략적인 단면도를 예시한다. 프로세싱 시퀀스(300)는 단면 전극 구조 또는 양면 전극 구조를 사전-리튬화하는 데 사용될 수 있다. 프로세싱 시퀀스(300)는, 예컨대, 도 2의 증착 모듈(200)을 포함하는, 도 1에 도시된 가요성 기판 코팅 시스템(100)과 같은 코팅 시스템을 사용하여 수행될 수 있다.
[0073] 선택적으로, 동작(305)에서, 증착될 사전-리튬화 층의 두께가 결정된다. 사전-리튬화 층의 두께는 인자들, 이를테면, 셀 어셈블리, 예컨대 Li2O 형성; 에이징, 예컨대, 실리콘 산화물 형성; 및 사이클링, 예컨대, SEI 형성 동안의 리튬 손실을 기초로 할 수 있다.
[0074] 동작(310)에서, 애노드 재료로 코팅된 기판을 포함하는 사전제작된 전극 구조(410)가 제공된다. 가요성 재료의 연속 시트(150)는 사전제작된 전극 구조(410)를 포함할 수 있다. 기판은 본원에서 설명되는 바와 같은 집전기일 수 있다. 집전기들을 구성할 수 있는 금속들의 예들은, 알루미늄(Al), 구리(Cu), 아연(Zn), 니켈(Ni), 코발트(Co), 주석(Sn), 실리콘(Si), 망간(Mn), 마그네슘(Mg), 이들의 합금들, 또는 이들의 조합들을 포함한다. 가요성 재료의 웹 또는 연속 시트(150)는 폴리머 재료를 포함할 수 있으며, 그 위에 후속하여, 폴리머 재료 상에 집전기가 형성된다. 폴리머 재료는 폴리프로필렌 막, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 막, 폴리페닐렌 설파이드(PPS) 막, 및 폴리이미드(PI) 막으로부터 선택되는 수지 막일 수 있다. 기판은 롤-투-롤 코팅 시스템에서 사용될 수 있는, 가요성 기판 또는 웹, 이를테면 가요성 재료의 연속 시트(150)일 수 있다. 일 양태에서, 기판은 네거티브 집전기, 이를테면 구리 집전기이다. 일 양태에서, 사전제작된 전극 구조(410)는 애노드 재료로 코팅된 기판을 포함하는 단면 애노드 구조이다. 하나 이상의 예들에서, 사전제작된 전극 구조(410)는 그 위에 형성된 그래파이트 애노드 재료, 실리콘 애노드 재료, 또는 실리콘-그래파이트 애노드 재료로 코팅된 구리 집전기를 포함한다. 다른 양태에서, 사전제작된 전극 구조(410)는 양면 애노드 구조이다. 하나 이상의 예들에서, 양면 애노드 구조는 대향 측들 상에 그래파이트 애노드 재료, 실리콘 애노드 재료 또는 실리콘-그래파이트 애노드 재료로 코팅된 구리 집전기를 포함한다.
[0075] 동작(320)에서, 제1 희생 애노드 재료, 예컨대 제1 희생 애노드 재료 층(420)이 사전제작된 전극 구조(410) 상에 증착된다. 제1 희생 애노드 재료 층(420)은 부식 장벽으로서 기능하며, 이는 애노드 및/또는 집전기와 후속하여 증착되는 리튬 금속 막 사이의 전기화학 저항을 최소화한다. 제1 희생 애노드 재료 층(420)은 이원 리튬 화합물, 삼원 리튬 화합물, 또는 이들의 조합을 포함하거나, 이를 필수적 요소로 하여 구성되거나, 또는 이들로 구성된다. 제1 희생 애노드 재료 층(420)은 전자 빔 증발 소스, 예컨대 전자 빔 증발 소스(210)를 사용하여 증착될 수 있다. 하나 이상의 예들에서, 제1 희생 애노드 재료 층(420)은 제1 희생 애노드 재료 층(420)을 증착하도록 구성된 제1 증발 소스, 예를 들어 전자 빔 증발 소스(210)를 사용하여 제2 서브-챔버(120)의 제1 구획(122)에 형성된다. 하나 이상의 예들에서, 제1 희생 애노드 재료 층(420)은 리튬 불화물 층이다.
[0076] 동작(330)에서, 제2 희생 애노드 재료, 예컨대 제2 희생 애노드 재료 층(430)이 제1 희생 애노드 재료 층(420) 상에 증착된다. 제2 희생 애노드 재료 층(430)은 사전-리튬화 층으로서 기능하며, 사전-리튬화 층은 사전제작된 전극 구조(410)를 사전-리튬화하기 위해 리튬을 제공한다. 제2 희생 애노드 재료 층(430)은 리튬 금속을 포함하거나, 이를 필수적 요소로 하여 구성되거나, 또는 이로 구성된다. 제2 희생 애노드 재료 층(430)은 열 증발 소스를 사용하여 증착될 수 있다. 하나 이상의 예들에서, 제2 희생 애노드 재료 층(430)은 제2 희생 애노드 재료 층(430)을 증착하도록 구성된 열 증발 소스인, 증착 소스(128)를 사용하여 제2 서브-챔버(120)의 제2 구획(124)에 형성된다. 하나 이상의 예들에서, 제2 희생 애노드 재료 층(430)은 리튬 금속 층이다.
[0077] 동작(340)에서, 제3 희생 애노드 재료, 예컨대 제3 희생 애노드 재료 층(440)이 제2 희생 애노드 재료 층(430) 상에 증착된다. 제3 희생 애노드 재료 층(440)은, 형성된 셀에서 리튬 금속 층과 전해질 사이의 전기화학 저항을 최소화하는 산화 장벽으로서 기능한다. 제3 희생 애노드 재료 층(440)은 이원 리튬 화합물, 삼원 리튬 화합물, 황화물 화합물, 산화물 조합 또는 이들의 조합을 포함하거나, 이를 필수적 요소로 하여 구성되거나, 또는 이들로 구성된다. 제3 희생 애노드 재료 층(440)은 전자 빔 증발 소스, 예컨대 전자 빔 증발 소스(210)를 사용하여 증착될 수 있다. 하나 이상의 예들에서, 제3 희생 애노드 재료 층(440)은 제3 희생 애노드 재료 층(440)을 증착하도록 구성된 전자 빔 증발 소스일 수 있는 증착 소스(136)를 사용하여 제3 서브-챔버(130)의 제3 구획(132)에 형성된다. 하나 이상의 예들에서, 제3 희생 애노드 재료 층(440)은 리튬 불화물 층이다.
[0078] 동작(350)에서, 제4 희생 애노드 재료, 예컨대 제4 희생 애노드 재료 층(450)이 제3 희생 애노드 재료 층(440) 상에 증착된다. 제4 희생 애노드 재료 층(450)은, 전해질 습윤화를 향상시키는 습윤화 층으로서 기능한다. 제4 희생 애노드 재료 층(450)은 폴리머 재료를 포함하거나, 이를 필수적 요소로 하여 구성되거나, 또는 이로 구성된다. 예시적인 폴리머 재료들은 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리(비닐리덴 플루오라이드)-코-헥사플루오로프로필렌, 폴리프로필렌, 나일론, 폴리아미드들, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리클로로트리플루오로에틸렌, 폴리테레프탈레이트, 실리콘, 실리콘 고무, 폴리우레탄, 셀룰로오스 아세테이트, 폴리스티렌, 폴리(디메틸실록산), 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다(그러나 이로 제한되지는 않음). 제4 희생 애노드 재료 층(450)은 유기 열 증발기를 사용하여 증착될 수 있다. 하나 이상의 예들에서, 제4 희생 애노드 재료 층(450)은 제4 희생 애노드 재료 층(450)을 증착하도록 구성된 유기 열 증발 소스(138)를 사용하여 제3 서브-챔버(130)의 제4 구획(134)에 형성된다. 하나 이상의 예들에서, 제4 희생 애노드 재료 층(450)은 폴리(디메틸실록산) 층이다. 다른 예들에서, 제4 희생 애노드 재료 층(450)은 40도 미만의 물 접촉각을 갖는 폴리에틸렌 글리콜(PEG)을 함유하는 코팅과 같은 친수성 폴리머 층이다.
[0079] 동작(360)에서, 이전에 증착된 희생 애노드 재료 층들 중 적어도 하나가 물리적 고밀화 프로세스에 노출된다. 희생 애노드 재료 층들은 물리적 고밀화 프로세스 동안 전자 조사 또는 유도 가열에 노출될 수 있다. 전자 조사 또는 유도 가열은 이전에 증착된 희생 애노드 재료 층들을 물리적으로 고밀화한다. 고밀화 프로세스는 전자 건을 사용하여 수행될 수 있다. 하나 이상의 예들에서, 고밀화 프로세스는 전자 건(214)을 사용하여 수행된다. 다른 예들에서, 가요성 재료의 웹 또는 연속 시트(150)는 빠르게 변하는 와전류(eddy current)들을 생성하는 헬름홀츠형 코일(Helmholtz-like coil)들에 의해 유도되는 무선 주파수(RF) 자기장들에 의해 가열된다.
[0080] 선택적으로, 동작(370)에서, 동작(305) 동안 수행되는 두께 결정을 검증하고, 증착된 재료의 품질을 결정하기 위해, 사전-리튬화된 애노드 구조(400)가 조사될 수 있다. 사전-리튬화된 애노드 구조(400)는 베타 선 기기 또는 다른 계측을 사용하여 조사될 수 있다. 결과들은 피드백 프로세스에서 향후 레시피들을 업데이트하는 데 사용될 수 있다.
[0081] 동작(380)에서, 사전-리튬화된 애노드 구조(400)는 가요성 기판 코팅 시스템(100)으로부터 제거된다. 사전-리튬화된 애노드 구조(400)는 감소된 제1 사이클 손실을 갖는 사전-리튬화된 타입 리튬-이온 배터리를 어셈블링하는 데 사용될 수 있다.
[0082] 도 5는 본 개시내용의 하나 이상의 구현예들에 따른, 금속 애노드 구조를 형성하는 프로세싱 시퀀스(500)의 일 구현예를 요약하는 프로세스 흐름도를 예시한다. 도 6은 도 5의 프로세싱 시퀀스(500)에 따라 형성된 애노드 구조(600)의 개략적인 단면도를 예시한다. 프로세싱 시퀀스(500)는 단면 금속 애노드 구조 또는 양면 금속 애노드 구조를 형성하는 데 사용될 수 있다. 프로세싱 시퀀스(500)는, 예컨대 코팅 시스템, 이를테면, 도 2의 증착 모듈(200)을 포함하는, 도 1에 도시된 가요성 기판 코팅 시스템(100)을 사용하여 수행될 수 있다.
[0083] 선택적으로, 동작(505)에서, 증착될 금속 애노드 층의 두께가 결정된다. 금속 애노드 층의 두께는 인자들, 이를테면 셀 어셈블리, 예컨대 Li2O 형성; 에이징, 예컨대, 실리콘 산화물 형성; 및 사이클링, 예컨대, SEI 형성 동안의 리튬 손실을 기초로 할 수 있다.
[0084] 동작(510)에서, 가요성 재료의 웹 또는 연속 시트(150)가 제공된다. 일부 구현예들에서, 가요성 재료의 연속 시트(150)는 집전기를 포함한다. 다른 구현예에서, 가요성 재료의 웹 또는 연속 시트(150)는 폴리머 재료를 포함하며, 그 위에 집전기가 후속하여 형성된다. 폴리머 재료는 폴리프로필렌 막, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 막, 폴리페닐렌 설파이트(PPS) 막, 및 폴리이미드(PI) 막으로부터 선택되는 수지 막일 수 있다. 가요성 재료의 연속 시트(150)는 베이스 재료 층(610)을 포함할 수 있다. 베이스 재료 층(610)은 기판을 포함할 수 있다. 기판은 본원에서 설명되는 바와 같은 집전기일 수 있다. 집전기들이 구성될 수 있는 금속들의 예들은 알루미늄(Al), 구리(Cu), 아연(Zn), 니켈(Ni), 코발트(Co), 주석(Sn), 실리콘(Si), 망간(Mn), 마그네슘(Mg), 이들의 합금들, 또는 이들의 조합들을 포함한다. 기판은 롤-투-롤 코팅 시스템에서 사용될 수 있는, 가요성 기판 또는 웹, 이를테면 가요성 재료의 연속 시트(150)일 수 있다. 일 양태에서, 기판은 네거티브 집전기, 이를테면 구리 집전기이다.
[0085] 동작(520)에서, 제1 영구 애노드 재료, 예컨대 제1 영구 애노드 재료 층(620)이 베이스 재료 층(610) 상에 증착된다. 일부 구현예들에서, 제1 영구 애노드 재료 층(620)은 집전기와 후속하여 증착되는 리튬 금속 애노드 막 사이의 전기화학 저항을 최소화하는 부식 장벽으로서 기능한다. 제1 영구 애노드 재료 층(620)은 알루미늄, 니켈, 구리, 알루미나(Al2O3), 보론 질화물(BN), 탄소, 실리콘 산화물, 또는 이들의 조합을 포함하거나, 이를 필수적 요소로 하여 구성되거나, 또는 이들로 구성된다. 이론에 의해 제한하고자 하는 것은 아니지만, 제1 영구 애노드 재료 층(620)은 부식을 최소화하고, 가요성 재료의 하부 연속 금속 시트(150)의 헐렁거림을 감소시키는 것으로 여겨진다. 제1 영구 애노드 재료 층(620)은 스퍼터링 소스를 사용하여 증착될 수 있다. 하나 이상의 예들에서, 제1 영구 애노드 재료 층(620)은 제1 영구 애노드 재료 층(620)을 증착하도록 구성된 스퍼터링 소스인, 증착 소스(113)를 사용하여 제1 서브-챔버(110)에서 형성된다.
[0086] 동작(530)에서, 제2 영구 애노드 재료, 예컨대 제2 영구 애노드 재료 층(630)이 제1 영구 애노드 재료 층(620) 상에 증착된다. 제2 영구 애노드 재료 층(630)은, 집전기와 후속하여 증착되는 금속 애노드 막 사이의 전기화학 저항을 최소화하는 부식 장벽으로서 기능한다. 제2 영구 애노드 재료 층(630)은 이원 리튬 화합물, 삼원 리튬 화합물, 또는 이들의 조합을 포함하거나, 이를 필수적 요소로 하여 구성되거나, 또는 이들로 구성된다. 제2 영구 애노드 재료 층(630)은 전자 빔 증발 소스를 사용하여 증착될 수 있다. 하나 이상의 예들에서, 제2 영구 애노드 재료 층(630)은, 제2 영구 애노드 재료 층(630)을 증착하도록 구성된, 제1 증발 소스, 예컨대 전자 빔 증발 소스(210)를 사용하여 제2 서브-챔버(120)의 제1 구획(122)에 형성된다. 하나 이상의 예들에서, 제2 영구 애노드 재료 층(630)은 리튬 불화물 층이다.
[0087] 동작(540)에서, 제3 영구 애노드 재료, 예컨대 제3 영구 애노드 재료 층(640)이 제2 영구 애노드 재료 층(630) 상에 증착된다. 제3 영구 애노드 재료 층(640)은 리튬 금속 애노드 층으로서 기능한다. 제3 영구 애노드 재료 층(640)은 리튬 금속을 포함하거나, 이를 필수적 요소로 하여 구성되거나, 또는 이로 구성된다. 제3 영구 애노드 재료 층(640)은 열 증발 소스를 사용하여 증착될 수 있다. 하나 이상의 예들에서, 제3 영구 애노드 재료 층(640)은 제3 영구 애노드 재료 층(640)을 증착하도록 구성된 열 증발 소스인, 증착 소스(128)를 사용하여 제2 서브-챔버(120)의 제2 구획(124)에 형성된다. 하나 이상의 예들에서, 제3 영구 애노드 재료 층(640)은 리튬 금속 층이다.
[0088] 동작(550)에서, 제4 영구 애노드 재료, 예컨대 제4 영구 애노드 재료 층(650)이 제3 영구 애노드 재료 층(640) 상에 증착된다. 제4 영구 애노드 재료 층(650)은 형성된 셀에서 리튬 금속 층과 전해질 사이의 전기화학 저항을 최소화하는 산화 장벽으로서 기능한다. 제4 영구 애노드 재료 층(650)은 이원 리튬 화합물, 삼원 리튬 화합물, 황화물 화합물, 산화물 조합, 폴리머, 또는 이들의 조합을 포함하거나, 이를 필수적 요소로 하여 구성되거나, 또는 이들로 구성된다. 제4 영구 애노드 재료 층(650)은 전자 빔 증발 소스를 사용하여 증착될 수 있다. 하나 이상의 예들에서, 제4 영구 애노드 재료 층(650)은 제3 희생 애노드 재료 층(440)을 증착하도록 구성된 전자 빔 증발 소스 또는 열 유기 증발 소스일 수 있는, 증착 소스(136)를 사용하여 제3 서브-챔버(130)의 제3 구획(132)에 형성된다. 하나 이상의 예들에서, 제4 영구 애노드 재료 층(650)은 리튬 불화물 층이다.
[0089] 동작(560)에서, 이전에 증착된 영구 애노드 재료 층들 중 적어도 하나가 물리적 고밀화 프로세스에 노출된다. 영구 애노드 재료 층들은 물리적 고밀화 프로세스 동안 전자 조사 또는 유도 가열에 노출될 수 있다. 전자 조사 또는 유도 가열은 이전에 증착된 희생 애노드 재료 층들을 물리적으로 고밀화한다. 고밀화 프로세스는 전자 건을 사용하여 수행될 수 있다. 하나 이상의 예들에서, 고밀화 프로세스는 전자 건(214)을 사용하여 수행된다. 다른 예들에서, 가요성 재료(150)의 웹 또는 연속 시트는 빠르게 변하는 와전류들을 생성하는 헬름홀츠형 코일들에 의해 유도되는 무선 주파수(RF) 자기장들에 의해 가열된다.
[0090] 선택적으로, 동작(570)에서, 애노드 구조(600)는, 동작(505) 동안 수행되는 두께 결정을 검증하고, 증착된 재료의 품질을 결정하기 위해 조사될 수 있다. 애노드 구조(600)는 베타 선 기기 또는 다른 계측을 사용하여 조사될 수 있다. 결과들은 피드백 프로세스에서 향후 레시피들을 업데이트하는 데 사용될 수 있다.
[0091] 동작(580)에서, 애노드 구조(600)는 가요성 기판 코팅 시스템(100)으로부터 제거된다. 애노드 구조(600)는 감소된 제1 사이클 손실을 갖는 리튬 애노드 타입 리튬-이온 배터리를 어셈블링하는 데 사용될 수 있다.
[0092] 구현예들은 하기 잠재적인 이점들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 최신 기술의 EV 및 CE 애노드 보호는 사전-금속화 두께를 튜닝하는 능력을 수반한다. 카보네이트 코팅들은 리튬을 소비하며, 이는 쿨롱 효율을 감소시키고, 느린 흡착 속도가 기계 및 횡 방향들에서 카보네이트 코팅 균일성의 상당한 변화를 야기할 수 있는 경우에, 활성화시키기가 어렵다. 본 개시내용의 하나 이상의 구현예들은, 고체 전해질들과 혼화 가능한 보호 층 재료 시스템들을 신속하게 스케일링할 수 있는 일반적인 코팅 아키텍처를 포함한다. 사전-리튬화의 경우, 전기화학적 활성 보호 층들의 하나의 이점은 다운스트림 작업흐름들을 단순화하는 능력이다. 부가하여, 금속성 리튬이 2개의 장벽들 사이에 샌드위칭되는 경우, 연장된 핸들링 시간이 이용 가능하다. 또한, 보호 층들은 개선된 전해질 습윤화와 같은 기능성을 부가하기 위해 전자 빔 조사를 통해 튜닝될 수 있다. 리튬 금속 애노드들의 경우, 전기화학적 활성 보호 층들의 하나의 이점은 덴드라이트들을 처리하는 능력이다. 사전-리튬 및 리튬 금속 애노드들 둘 모두의 경우, 전기화학적 활성 코팅들은 컬러풀하(colorful)고, 따라서, 진보된 계측-기반 프로세스 제어로부터 이익을 얻을 수 있다.
[0093] 본 명세서에 설명되는 구현예들 및 모든 기능 동작들은 본 명세서에 개시된 구조적 수단 및 이의 구조적 등가물들을 포함하는, 디지털 전자 회로, 또는 컴퓨터 소프트웨어, 펌웨어 또는 하드웨어로, 또는 이들의 조합들로 구현될 수 있다. 본원에서 설명된 구현예들은 데이터 프로세싱 장치, 예컨대 프로그램 가능 프로세서, 컴퓨터, 또는 다수의 프로세서들 또는 컴퓨터들에 의한 실행을 위해 또는 이의 동작을 제어하기 위해, 기계 판독 가능 저장 디바이스에 유형적으로 구현되는 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터 프로그램 제품들, 즉, 하나 이상의 컴퓨터 프로그램들로서 구현될 수 있다.
[0094] 본 명세서에서 설명되는 프로세스들 및 로직 흐름들은, 입력 데이터에 대해 동작하고 출력을 생성함으로써 기능들을 수행하도록 하나 이상의 컴퓨터 프로그램들을 실행하는 하나 이상의 프로그램 가능 프로세서들에 의해 수행될 수 있다. 프로세스들 및 로직 흐름들은 또한 특수 목적 로직 회로, 예컨대 FPGA(field programmable gate array) 또는 ASIC(application specific integrated circuit)에 의해 수행될 수 있으며, 장치는 또한 이들로서 구현될 수 있다.
[0095] "데이터 프로세싱 장치"라는 용어는, 일 예로서 프로그램 가능 프로세서, 컴퓨터, 또는 다수의 프로세서들 또는 컴퓨터들을 포함하는, 데이터를 프로세싱하기 위한 모든 장치, 디바이스들, 및 머신들을 포함한다. 장치는, 하드웨어에 부가하여, 해당 컴퓨터 프로그램에 대한 실행 환경을 생성하는 코드, 예컨대, 프로세서 펌웨어, 프로토콜 스택, 데이터베이스 관리 시스템, 운영 시스템, 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 구성하는 코드를 포함할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 실행에 적합한 프로세서들은, 일 예로서, 범용 및 특수 목적 마이크로프로세서들 둘 모두, 및 임의의 종류의 디지털 컴퓨터의 임의의 하나 이상의 프로세서들을 포함한다.
[0096] 컴퓨터 프로그램 명령들 및 데이터를 저장하기에 적합한 컴퓨터 판독 가능 매체들은, 일 예로서 반도체 메모리 디바이스들, 예컨대, EPROM, EEPROM, 및 플래시 메모리 디바이스들을 포함하는, 모든 형태들의 비휘발성 메모리, 매체들 및 메모리 디바이스들; 자기 디스크들, 예컨대, 내부 하드 디스크들 또는 탈착 가능 디스크들; 자기 광 디스크들; 및 CD ROM 및 DVD-ROM 디스크들을 포함한다. 프로세서 및 메모리는 특수 목적 로직 회로에 의해 보충되거나 그에 통합될 수 있다.
[0097] 본 개시내용의 실시예들은 추가로, 하기 예들 1 내지 44 중 임의의 하나 이상에 관한 것이다:
[0098] 1. 가요성 기판 코팅 시스템으로서, 가요성 재료의 연속 시트를 제공할 수 있는 피드 릴을 하우징하는 언와인딩 모듈; 가요성 재료의 연속 시트를 저장할 수 있는 테이크-업 릴을 하우징하는 와인딩 모듈; 언와인딩 모듈로부터 다운스트림에 배열되고, 순차적으로 배열되고 각각이 가요성 재료의 연속 시트에 대해 하나 이상의 처리 동작들을 수행하도록 구성된 복수의 서브-챔버들; 및 이동 방향을 따라 복수의 서브-챔버들을 지나게 가요성 재료의 연속 시트를 가이딩할 수 있는 코팅 드럼을 포함하며, 서브-챔버들은 코팅 드럼 주위에 반경방향으로 배치되며, 서브-챔버들 중 적어도 하나의 서브-챔버는 횡 방향을 따라 나란히 포지셔닝된 한 쌍의 전자 빔 소스들을 포함하는, 증착 모듈을 포함하며, 횡 방향은 이동 방향에 대해 수직인, 가요성 기판 코팅 시스템.
[0099] 2. 예 1에 있어서, 증착 모듈이 서브-챔버 바디 위에 포지셔닝된 에지 차폐부를 갖는, 서브-챔버 바디에 의해 정의되는, 코팅 시스템.
[00100] 3. 예 1 또는 예 2에 있어서, 에지 차폐부가 가요성 재료의 연속 시트 상에 증착되는 증발된 재료의 패턴을 정의하는 하나 이상의 애퍼처들을 갖는, 코팅 시스템.
[00101] 4. 예 1 내지 예 3 중 어느 하나에 있어서, 에지 차폐부가 적어도 2개의 애퍼처들을 가지며, 제1 애퍼처는 증착된 재료의 제1 스트립을 정의하며, 제2 애퍼처는 증착된 재료의 제2 스트립을 정의하는, 코팅 시스템.
[00102] 5. 예 1 내지 예 4 중 어느 하나에 있어서, 각각의 전자 빔 소스가 증발 가능한 재료를 홀딩할 수 있는 적어도 하나의 도가니 및 전자 건을 포함하는, 코팅 시스템.
[00103] 6. 예 1 내지 예 5 중 어느 하나에 있어서, 전자 건이 도가니에 포지셔닝된 증발 가능한 재료 쪽으로 전자 빔을 방출하도록 동작 가능한, 코팅 시스템.
[00104] 7. 예 1 내지 예 6 중 어느 하나에 있어서, 각각의 전자 빔 소스가 가요성 재료의 연속 시트 상에 증착된 재료의 전자 조사를 위해 가요성 재료의 연속 시트 쪽으로 증발 가능 재료로부터 전자 건의 전자 빔을 지향시킬 수 있는 e-건 스티어링을 더 포함하는, 코팅 시스템.
[00105] 8. 예 1 내지 예 7 중 어느 하나에 있어서, 증착 모듈이 전자 빔 소스로부터 방출된 증발된 재료의 플룸을 모니터링하도록 포지셔닝된 광학 검출기를 더 포함하는, 코팅 시스템.
[00106] 9. 예 1 내지 예 8 중 어느 하나에 있어서, 광학 검출기가 증발된 재료의 플룸과 연관된 하나 이상의 파장들의 광의 세기를 측정하기 위해 광학 방출 분광법을 수행하도록 구성되는, 코팅 시스템.
[00107] 10. 예 1 내지 예 9 중 어느 하나에 있어서, 한 쌍의 전자 빔 소스들이 가요성 재료의 연속 시트 상에 리튬 불화물 막을 증착하도록 구성되는, 코팅 시스템.
[00108] 11. 예 1 내지 예 10 중 어느 하나에 있어서, 복수의 서브-챔버들이 스퍼터링 소스를 포함하는 제1 서브-챔버를 더 포함하며, 제1 서브-챔버는 증착 모듈을 포함하는 서브-챔버로부터 업스트림에 포지셔닝되는, 코팅 시스템.
[00109] 12. 예 1 내지 예 11 중 어느 하나에 있어서, 스퍼터링 소스가 알루미늄, 니켈, 구리, 알루미나, 보론 질화물, 탄소, 실리콘 산화물, 또는 이들의 조합들 중 적어도 하나를 증착하도록 구성되는, 코팅 시스템.
[00110] 13. 예 1 내지 예 12 중 어느 하나에 있어서, 증착 모듈을 포함하는 서브-챔버가 열 증발 소스를 포함하는 제2 서브-챔버를 더 포함하는, 코팅 시스템.
[00111] 14. 예 1 내지 예 13 중 어느 하나에 있어서, 열 증발 소스가 리튬 금속을 증착하도록 구성되는, 코팅 시스템.
[00112] 15. 예 1 내지 예 14 중 어느 하나에 있어서, 복수의 서브-챔버가 증착 모듈과 유사하고 증착 모듈을 포함하는 서브-챔버로부터 다운스트림에 포지셔닝된 제2 증착 모듈을 포함하는 제3 서브-챔버를 더 포함하는, 코팅 시스템.
[00113] 16. 예 1 내지 예 15 중 어느 하나에 있어서, 제2 증착 모듈은 리튬 불화물을 증착하도록 구성되는, 코팅 시스템.
[00114] 17. 예 1 내지 예 16 중 어느 하나에 있어서, 제3 서브-챔버가 유기 열 증발 소스를 포함하는 제4 서브-챔버를 더 포함하는, 코팅 시스템.
[00115] 18. 예 1 내지 예 17 중 어느 하나에 있어서, 프로세싱 모듈과 와인딩 모듈 사이에 포지셔닝된 화학 기상 증착(CVD) 모듈을 더 포함하는, 코팅 시스템.
[00116] 19. 예 1 내지 예 18 중 어느 하나에 있어서, CVD 모듈이 다중-구역 가스 분배 어셈블리를 포함하는, 코팅 시스템.
[00117] 20. 예 1 내지 예 19 중 어느 하나에 있어서, 다중-구역 가스 분배 어셈블리가 제1 가스 소스와 유동적으로 커플링되는, 코팅 시스템.
[00118] 21. 예 1 내지 예 20 중 어느 하나에 있어서, 제1 가스 소스가 티탄 테트라클로라이드, 보론 포스페이트, TiCl4(HSR)2 ― 여기서 R = C6H11 또는 C5H9 ― 또는 이들의 조합들 중 적어도 하나를 공급하도록 구성되는, 코팅 시스템.
[00119] 22. 예 1 내지 예 21 중 어느 하나에 있어서, 다중-구역 가스 분배 어셈블리가 제2 가스 소스와 유동적으로 커플링되는, 코팅 시스템.
[00120] 23. 예 1 내지 예 22 중 어느 하나에 있어서, 제2 가스 소스가 황화수소, 이산화탄소, 퍼플루오로데실트리클로로실란(FDTS), 및 폴리에틸렌 글리콜(PEG) 중 적어도 하나를 공급하도록 구성되는, 코팅 시스템.
[00121] 24. 사전-리튬화된 애노드 구조를 형성하는 방법으로서, 사전제작된 전극 구조 상에 제1 희생 애노드 층을 증착하는 단계 ― 사전제작된 전극 구조는 애노드 재료로 코팅된 가요성 재료의 연속 시트를 포함함 ―; 제1 희생 애노드 층 상에 제2 희생 애노드 층을 증착하는 단계; 제2 희생 애노드 층 상에 제3 희생 애노드 층을 증착하는 단계; 및 한 쌍의 전자 빔 소스들로부터의 전자 빔들에 희생 애노드 층들을 노출시킴으로써, 제1 희생 애노드 층, 제2 희생 애노드 층 및 제3 희생 애노드 층 중 적어도 하나를 고밀화하는 단계를 포함하는, 방법.
[00122] 25. 예 24에 있어서, 애노드 재료가 그래파이트 애노드 재료, 실리콘 애노드 재료, 또는 실리콘-그래파이트 애노드 재료로부터 선택되는, 방법.
[00123] 26. 예 24 또는 예 25에 있어서, 제1 희생 애노드 층이 애노드 재료 및/또는 기판과 제2 희생 애노드 층 사이의 전기화학 저항을 최소화하는 부식 장벽으로서 기능하는, 방법.
[00124] 27. 예 24 내지 예 26 중 어느 하나에 있어서, 제1 희생 애노드 층이 이원 리튬 화합물, 삼원 리튬 화합물, 또는 이들의 조합을 포함하는, 방법.
[00125] 28. 예 24 내지 예 27 중 어느 하나에 있어서, 제1 희생 애노드 층이 전자 빔 증발 소스를 사용하여 증착되는, 방법.
[00126] 29. 예 24 내지 예 28 중 어느 하나에 있어서, 제1 희생 애노드 층이 리튬 불화물 층인, 방법.
[00127] 30. 예 24 내지 예 29 중 어느 하나에 있어서, 제2 희생 애노드 재료 층이 사전-리튬화 층으로서 기능하며, 사전-리튬화 층은 사전제작된 전극 구조를 사전-리튬화하기 위해 리튬을 제공하는, 방법.
[00128] 31. 예 24 내지 예 30 중 어느 하나에 있어서, 제2 희생 애노드 층이 리튬 금속 층인, 방법.
[00129] 32. 예 24 내지 예 31 중 어느 하나에 있어서, 제3 희생 애노드 층이 리튬 금속 층과 후속하여 증착되는 전해질 사이의 전기화학 저항을 최소화하는 산화 장벽로서 기능하는, 방법.
[00130] 33. 예 24 내지 예 32 중 어느 하나에 있어서, 제3 희생 애노드 층이 이원 리튬 화합물, 삼원 리튬 화합물, 황화물 화합물, 산화물 조합 또는 이들의 조합을 포함하는, 방법.
[00131] 34. 예 24 내지 예 33 중 어느 하나에 있어서, 제3 희생 애노드 층이 리튬 불화물 층인, 방법.
[00132] 35. 예 24 내지 예 34 중 어느 하나에 있어서, 제3 희생 애노드 층 상에 제4 희생 층을 증착하는 단계를 더 포함하며, 제4 희생 층은 습윤화 층으로서 기능하는, 방법.
[00133] 36. 예 24 내지 예 35 중 어느 하나에 있어서, 제4 희생 애노드 층이 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리(비닐리덴 플루오라이드)-코-헥사플루오로프로필렌, 폴리프로필렌, 나일론, 폴리아미드들, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리클로로트리플루오로에틸렌, 폴리테레프탈레이트, 실리콘, 실리콘 고무, 폴리우레탄, 셀룰로오스 아세테이트, 폴리스티렌, 폴리(디메틸실록산), 또는 이들의 조합들로부터 선택되는 폴리머 재료를 포함하는, 방법.
[00134] 37. 애노드 구조를 형성하는 방법으로서, 가요성 재료의 연속 시트 상에 제1 영구 애노드 층을 증착하는 단계; 제1 영구 리튬 애노드 층 상에 제2 영구 애노드 층을 증착하는 단계; 제2 영구 애노드 층 상에 제3 영구 애노드 층을 증착하는 단계 ― 제3 영구 애노드 층은 리튬 금속 층임 ―; 및 한 쌍의 전자 빔 소스들로부터의 전자 빔들에 영구 애노드 층들을 노출시킴으로써 제1 영구 리튬 애노드 층, 제2 영구 애노드 층 및 제3 영구 애노드 층 중 적어도 하나를 고밀화하는 단계를 포함하는, 방법.
[00135] 38. 예 37에 있어서, 제1 영구 애노드 층이 가요성 재료의 연속 시트와 제2 영구 애노드 층 사이의 전기화학 저항을 최소화하는 부식 장벽으로서 기능하는, 방법.
[00136] 39. 예 37 또는 예 38에 있어서, 제1 영구 애노드 층이 알루미늄, 니켈, 구리, 알루미나(Al2O3), 보론 질화물(BN), 탄소, 실리콘 산화물, 또는 이들의 조합을 포함하는 제1 영구 애노드 재료 층을 포함하는, 방법.
[00137] 40. 예 37 내지 예 39 중 어느 하나에 있어서, 제1 영구 애노드 층이 스퍼터링 소스를 사용하여 증착되는, 방법.
[00138] 41. 예 37 내지 예 40 중 어느 하나에 있어서, 제2 영구 애노드 층이 가요성 재료의 연속 시트와 제3 영구 애노드 층 사이의 전기화학 저항을 최소화하는 부식 장벽으로서 기능하는, 방법.
[00139] 42. 예 37 내지 예 41 중 어느 하나에 있어서, 제2 영구 애노드 층이 이원 리튬 화합물, 삼원 리튬 화합물, 또는 이들의 조합을 포함하는, 방법.
[00140] 43. 예 37 내지 예 42 중 어느 하나에 있어서, 제2 영구 애노드 층이 전자 빔 증발 소스를 사용하여 증착되는, 방법.
[00141] 44. 예 37 내지 예 43 중 어느 하나에 있어서, 제2 영구 애노드 층이 리튬 불화물 층인, 방법.
[00142] 전술한 바가 본 개시내용의 실시예들에 관한 것이지만, 다른 그리고 추가적인 실시예들이 본 개시내용의 기본적인 범위로부터 벗어나지 않으면서 안출될 수 있고, 본 개시내용의 범위는 다음의 청구항들에 의해 결정된다. 본 명세서와 불일치하지 않는 한, 임의의 우선권 문헌들 및/또는 시험 절차들을 포함하여, 본 명세서에 설명된 모든 문헌들은 인용에 의해 본 명세서에 포함된다. 전술한 일반적인 설명 및 특정 실시예들로부터 명백한 바와 같이, 본 개시내용의 형태들이 예시되고 설명되었지만, 본 개시내용의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 변형들이 이루어질 수 있다. 따라서, 본 개시내용이 그에 의해 제한되는 것으로 의도되지 않는다. 마찬가지로, "포함하는(comprising)"이라는 용어는 미국 법의 목적들을 위해 "포함하는(including)" 또는 "갖는(having)"이라는 용어와 동의어로 간주된다. 마찬가지로, 조성, 엘리먼트, 또는 엘리먼트들의 그룹이 "포함하는(comprising)"이라는 전환 어구에 선행될 때마다, 조성, 엘리먼트, 또는 엘리먼트들의 열거에 후행하는 전환어구 "~를 필수적 요소로 하여 구성되는", "~로 구성되는", "~로 구성되는 군으로부터 선택되는", 또는 "이다"를 갖는 동일한 조성 또는 엘리먼트들의 그룹이 고려되고, 그 반대의 경우도 고려된다. 본 개시내용 또는 이들의 예시적인 양태들 또는 구현예(들)의 엘리먼트들을 도입할 때, 단수 표현들은 엘리먼트들 중 하나 이상이 존재함을 의미하는 것으로 의도된다.
[00143] 특정 실시예들 및 특징들은 한 세트의 수치 상한들 및 한 세트의 수치 하한들을 사용하여 설명되었다. 임의의 2개의 값들의 조합, 예컨대, 임의의 하한 값과 임의의 상한 값의 조합, 임의의 2개의 하한 값들의 조합, 및/또는 임의의 2개의 상한 값들의 조합을 포함하는 범위들이, 달리 명시되지 않는 한 고려된다는 것이 인지되어야 한다. 특정 하한들, 상한들 및 범위들은 하기 하나 이상의 청구항들에서 나타난다.

Claims (20)

  1. 가요성 기판 코팅 시스템으로서, 상기 가요성 기판 코팅 시스템은,
    가요성 재료의 연속 시트를 제공할 수 있는 피드 릴(feed reel)을 하우징하는 언와인딩 모듈(unwinding module);
    상기 가요성 재료의 연속 시트를 저장할 수 있는 테이크-업 릴(take-up reel)을 하우징하는 와인딩 모듈; 및
    상기 언와인딩 모듈로부터 다운스트림에 배열된 프로세싱 모듈을 포함하며,
    상기 프로세싱 모듈은,
    순차적으로 배열되고, 각각이 상기 가요성 재료의 연속 시트에 대해 하나 이상의 프로세싱 동작들을 수행하도록 구성되는 복수의 서브-챔버들; 및
    이동 방향을 따라 상기 복수의 서브-챔버들을 지나게 상기 가요성 재료의 연속 시트를 가이딩할 수 있는 코팅 드럼(coating drum)을 포함하며,
    상기 서브-챔버들은 상기 코팅 드럼 주위에 반경방향으로 배치되며,
    상기 서브-챔버들 중 적어도 하나는 횡 방향을 따라 나란히 포지셔닝된 한 쌍의 전자 빔 소스들을 포함하는 증착 모듈을 포함하며,
    상기 횡 방향은 상기 이동 방향에 대해 수직인, 코팅 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 증착 모듈이 서브-챔버 바디에 의해 정의되며, 상기 서브-챔버 바디 위에 에지 차폐부(edge shield)가 포지셔닝되고, 상기 에지 차폐부는 상기 가요성 재료의 연속 시트 상에 증착되는 증발된 재료의 패턴을 정의하는 하나 이상의 애퍼처(aperture)들을 갖는, 코팅 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 에지 차폐부가 적어도 2개의 애퍼처들을 가지며, 제1 애퍼처는 증착된 재료의 제1 스트립을 정의하고, 제2 애퍼처는 증착된 재료의 제2 스트립을 정의하는, 코팅 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 증착 모듈이 상기 한 쌍의 전자 빔 소스들 중 적어도 하나로부터 방출된 증발된 재료의 플룸(plume)을 모니터링하도록 포지셔닝된 광학 검출기를 더 포함하며, 상기 광학 검출기는 상기 증발된 재료의 플룸과 연관된 하나 이상의 파장들의 광의 세기를 측정하기 위해 광학 방출 분광법을 수행하도록 구성되는, 코팅 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 각각의 전자 빔 소스가 증발 가능한 재료를 홀딩할 수 있는 적어도 하나의 도가니(crucible) 및 전자 건(electron gun)을 포함하며, 상기 전자 건은 상기 도가니에 포지셔닝된 상기 증발 가능한 재료 쪽으로 전자 빔을 방출하도록 동작 가능하며, 각각의 전자 빔 소스는 상기 가요성 재료의 연속 시트 상에 증착된 재료의 전자 조사(electron irradiation)를 위해 상기 증발 가능한 재료로부터 상기 가요성 재료의 연속 시트 쪽으로 상기 전자 건의 전자 빔을 지향시킬 수 있는 e-건 스티어링(e-gun steering)을 더 포함하는, 코팅 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 한 쌍의 전자 빔 소스들이 상기 가요성 재료의 연속 시트 상에 리튬 불화물 막을 증착하도록 구성되는, 코팅 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 복수의 서브-챔버들이 스퍼터링 소스를 포함하는 제1 서브-챔버를 더 포함하며, 상기 제1 서브-챔버는 상기 증착 모듈을 포함하는 상기 서브-챔버로부터 업스트림에 포지셔닝되며, 상기 스퍼터링 소스는 알루미늄, 니켈, 구리, 알루미나, 보론 질화물, 탄소, 실리콘 산화물, 또는 이들의 조합들로부터 선택되는 적어도 하나의 재료를 증착하도록 구성되는, 코팅 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 증착 모듈을 포함하는 서브-챔버가 열 증발 소스를 포함하는 제2 서브-챔버를 더 포함하며, 상기 열 증발 소스는 리튬 금속을 증착하도록 구성되는, 코팅 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 복수의 서브-챔버들이, 상기 증착 모듈과 유사하고 상기 증착 모듈을 포함하는 상기 서브-챔버로부터 다운스트림에 포지셔닝된 제2 증착 모듈을 포함하는 제3 서브-챔버를 더 포함하며, 상기 제2 증착 모듈은 리튬 불화물을 증착하도록 구성되는, 코팅 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 상기 프로세싱 모듈과 상기 와인딩 모듈 사이에 포지셔닝된 화학 기상 증착(CVD) 모듈을 더 포함하며, 상기 CVD 모듈은 다중-구역 가스 분배 어셈블리를 포함하는, 코팅 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 다중-구역 가스 분배 어셈블리가 제1 가스 소스와 유동적으로 커플링되며, 상기 제1 가스 소스는 티탄 테트라클로라이드, 보론 포스페이트, TiCl4(HSR)2 ― 여기서, R은 C6H11 또는 C5H9임 ―, 또는 이들의 조합들 중 적어도 하나를 공급하도록 구성되는, 코팅 시스템.
  12. 제10항에 있어서, 상기 다중-구역 가스 분배 어셈블리가 제2 가스 소스와 유동적으로 커플링되며, 상기 제2 가스 소스는 황화수소, 이산화탄소, 퍼플루오로데실트리클로로실란(FDTS), 및 폴리에틸렌 글리콜(PEG) 중 적어도 하나를 공급하도록 구성되는, 코팅 시스템.
  13. 사전-리튬화된 애노드 구조를 형성하는 방법으로서,
    사전제작된 전극 구조 상에 제1 희생 애노드 층을 증착하는 단계 ― 상기 사전제작된 전극 구조는 애노드 재료로 코팅된 가요성 재료의 연속 시트를 포함함 ―;
    상기 제1 희생 애노드 층 상에 제2 희생 애노드 층을 증착하는 단계;
    상기 제2 희생 애노드 층 상에 제3 희생 애노드 층을 증착하는 단계; 및
    한 쌍의 전자 빔 소스들로부터의 전자 빔들에 상기 희생 애노드 층들을 노출시킴으로써 상기 제1 희생 애노드 층, 상기 제2 희생 애노드 층 및 상기 제3 희생 애노드 층 중 적어도 하나를 고밀화하는 단계를 포함하는, 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제1 희생 애노드 층이 상기 애노드 재료 및/또는 상기 기판과 상기 제2 희생 애노드 층 사이의 전기화학 저항을 최소화하는 부식 장벽(corrosion barrier)으로서 기능하며, 상기 제1 희생 애노드 층은 이원(binary) 리튬 화합물, 삼원(ternary) 리튬 화합물 또는 이들의 조합을 포함하는, 방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 제2 희생 애노드 재료 층이 상기 사전제작된 전극 구조를 사전-리튬화하기 위해 리튬을 제공하는 사전-리튬화 층으로서 기능하며, 상기 제2 희생 애노드 층은 리튬 금속 층이며, 상기 제3 희생 애노드 층은 상기 리튬 금속 층과 후속하여 증착되는 전해질 사이의 전기화학 저항을 최소화하는 산화 장벽으로서 기능하는, 방법.
  16. 제13항에 있어서, 상기 제3 희생 애노드 층이 이원 리튬 화합물, 삼원 리튬 화합물, 황화물 화합물, 산화물 조합 또는 이들의 조합을 포함하는, 방법.
  17. 제13항에 있어서, 상기 제3 희생 애노드 층 상에 제4 희생 층을 증착하는 단계를 더 포함하며, 상기 제4 희생 층은 습윤화 층으로서 기능하며, 상기 제4 희생 애노드 층은 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리(비닐리덴 플루오라이드)-코-헥사플루오로프로필렌, 폴리프로필렌, 나일론, 폴리아미드들, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리클로로트리플루오로에틸렌, 폴리테레프탈레이트, 실리콘, 실리콘 고무, 폴리우레탄, 셀룰로오스 아세테이트, 폴리스티렌, 폴리(디메틸실록산), 또는 이들의 조합들로부터 선택되는 폴리머 재료를 포함하는, 방법.
  18. 애노드 구조를 형성하는 방법으로서,
    가요성 재료의 연속 시트 상에 제1 영구 애노드 층을 증착하는 단계;
    상기 제1 영구 리튬 애노드 층 상에 제2 영구 애노드 층을 증착하는 단계;
    상기 제2 영구 애노드 층 상에 제3 영구 애노드 층을 증착하는 단계 ― 상기 제3 영구 애노드 층은 리튬 금속 층임 ―; 및
    한 쌍의 전자 빔 소스들로부터의 전자 빔들에 상기 영구 애노드 층들을 노출시킴으로써 상기 제1 영구 리튬 애노드 층, 상기 제2 영구 애노드 층 및 상기 제3 영구 애노드 층 중 적어도 하나를 고밀화하는 단계를 포함하는, 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 제1 영구 애노드 층이 상기 가요성 재료의 연속 시트와 상기 제2 영구 애노드 층 사이의 전기화학 저항을 최소화하는 부식 장벽으로서 기능하며, 상기 제1 영구 애노드 층은 알루미늄, 니켈, 구리, 알루미나(Al2O3), 보론 질화물(BN), 탄소, 실리콘 산화물, 또는 이들의 조합을 포함하는 제1 영구 애노드 재료 층을 포함하며, 상기 제1 영구 애노드 층은 스퍼터링 소스를 사용하여 증착되는, 방법.
  20. 제18항에 있어서, 상기 제2 영구 애노드 층이 상기 가요성 재료의 연속 시트와 상기 제3 영구 애노드 층 사이의 전기화학 저항을 최소화하는 부식 장벽으로서 기능하며, 상기 제2 영구 애노드 층은 이원 리튬 화합물, 삼원 리륨 화합물, 또는 이들의 조합을 포함하며, 상기 제2 영구 애노드 층은 전자 빔 증발 소스를 사용하여 증착되는, 방법.
KR1020237020460A 2020-11-19 2021-11-16 보호 층 소스들 KR20230109163A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US202063115986P 2020-11-19 2020-11-19
US63/115,986 2020-11-19
PCT/US2021/059554 WO2022108940A1 (en) 2020-11-19 2021-11-16 Protection layer sources

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230109163A true KR20230109163A (ko) 2023-07-19

Family

ID=81586850

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020237020460A KR20230109163A (ko) 2020-11-19 2021-11-16 보호 층 소스들

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20220158159A1 (ko)
EP (1) EP4247994A1 (ko)
JP (1) JP2023551406A (ko)
KR (1) KR20230109163A (ko)
CN (1) CN116568855A (ko)
TW (1) TWI800103B (ko)
WO (1) WO2022108940A1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024022578A1 (en) * 2022-07-26 2024-02-01 Applied Materials, Inc. Processing apparatus for processing a flexible substrate and methods therefor

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB8408023D0 (en) * 1984-03-28 1984-05-10 Gen Eng Radcliffe Ltd Vacuum coating apparatus
DE69027004T2 (de) * 1989-11-13 1996-11-14 Optical Coating Laboratory Inc Geometrie und Gestaltungen eines Geräts zum Magnetronzerstäuben
KR940000259A (ko) * 1992-06-12 1994-01-03 게리 리 그리스월드 테이프 지지체상에서의 다층 필름 제조 시스템 및 방법
JPH09143695A (ja) * 1995-11-17 1997-06-03 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 移動式蒸発源を有する連続真空蒸着装置
US8124170B1 (en) * 2004-01-23 2012-02-28 Metal Oxide Technologies, Inc Method for forming superconductor material on a tape substrate
US20050092253A1 (en) * 2003-11-04 2005-05-05 Venkat Selvamanickam Tape-manufacturing system having extended operational capabilites
GB2459081A (en) * 2008-01-31 2009-10-14 Tecvac Ltd Coated biomedical components
US9758858B2 (en) * 2012-10-05 2017-09-12 Tyco Electronics Corporation Methods of manufacturing a coated structure on a substrate
CN108604668B (zh) * 2016-01-28 2022-07-08 应用材料公司 具有保护层工具的整合的锂沉积
CN109328413A (zh) * 2016-06-21 2019-02-12 应用材料公司 用于改良的锂金属循环的界面层
CN117673277A (zh) * 2017-09-21 2024-03-08 应用材料公司 锂阳极装置堆叠制造
KR102601605B1 (ko) * 2017-12-27 2023-11-14 삼성전자주식회사 음극, 이를 포함하는 리튬전지 및 음극 제조방법
WO2019246095A1 (en) * 2018-06-21 2019-12-26 Applied Materials, Inc. Diffusion barrier films enabling the stability of lithium

Also Published As

Publication number Publication date
CN116568855A (zh) 2023-08-08
EP4247994A1 (en) 2023-09-27
TW202233866A (zh) 2022-09-01
WO2022108940A1 (en) 2022-05-27
JP2023551406A (ja) 2023-12-08
TW202334465A (zh) 2023-09-01
US20220158159A1 (en) 2022-05-19
TWI800103B (zh) 2023-04-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111247671B (zh) 锂阳极装置堆叠制造
TWI795264B (zh) 無烯烴隔板之鋰離子電池
US11631840B2 (en) Surface protection of lithium metal anode
US20230056566A1 (en) Dielectric coated lithium metal anode
US11876231B2 (en) Diffusion barrier films enabling the stability of lithium
US20220352520A1 (en) Protection interfaces for li-ion battery anodes
US20220158159A1 (en) Protection layer sources
TWI702301B (zh) 用以形成一電化學能儲存裝置之一元件的一陶瓷層的方法、蒸發源以及處理腔室
TWI840175B (zh) 撓性基板塗覆系統以及使用彼形成陽極結構的方法
TWI752266B (zh) 用以形成一電化學能儲存裝置之一元件的一陶瓷層的方法、蒸發源以及處理腔室
WO2019057271A1 (en) METHOD AND TREATMENT SYSTEM FOR FORMING COMPONENT OF ELECTROCHEMICAL ENERGY ACCUMULATOR DEVICE AND OXIDATION CHAMBER
WO2024073001A1 (en) Alkali metal oxide and hydroxide reduction in the film by ex¬ situ surface passivated layer