TW202213840A - 進線接觸之預鋰化 - Google Patents

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Abstract

提供一種用於製造預鋰化電極結構之方法及系統。該方法包括自退繞輥向捲繞輥供應第一連續卷材基板。第一連續卷材基板包括鋰金屬層。該方法進一步包括將包括經圖案化的陽極材料層之第二連續卷材基板供應成與第一連續卷材基板相鄰。將第一連續卷材基板及第二連續卷材基板一起捲繞在退繞輥上，以使得陽極材料層之表面接觸鋰金屬層之表面。將壓力施加至第一連續卷材基板及第二連續卷材基板以預鋰化經圖案化的陽極材料，其中施加壓力包括張緊（tensioning）退繞輥與捲繞輥中之至少一者。

Description

進線接觸之預鋰化
本文所述實施大體係關於預鋰化電極、包括上述預鋰化電極之高效能電化學電池及電池組，及其製造方法以及用於其製造之連續卷材處理系統。
鋰(Li)離子電池組在當前一代行動設備、微電子及電動汽車的發展中發揮了作用。典型鋰離子電池組係由正電極（陰極）、負電極（陽極）、用以傳導離子之電解質、多孔隔膜（其大體為電絕緣體，位於兩個電極之間以使其在實體上分隔開）及周圍包裝製成。
通常，鋰電池組出於安全原因不含任何金屬鋰，反而使用石墨材料作為陽極。然而，與使用摻矽石墨相比較而言，使用石墨（其可充電直至極限成分LiC 6）導致容量低得多。目前，行業正自基於石墨之陽極轉向摻矽石墨，以提高能量電池密度。然而，摻矽石墨陽極會遭受第一循環不可逆之容量損失(IRC)。當來自陰極之大約5%至20%的鋰被陽極處之固體電解質中間相（「SEI」）形成消耗時，鋰離子電池組比能及能量密度由於第一循環充電期間的活性鋰損失而明顯下降。
在第一循環充電之前進行陽極鋰化或「預鋰化」為補償活性鋰損失的常用策略。另外，預鋰化為Li離子電池組效能提供了其他效能及可靠性的優勢。舉例而言，預鋰化可降低Li離子電池組阻抗，藉此提高比容量。另外，對於矽基陽極，預鋰化可藉由使矽預膨脹以增強陽極機械穩定性而減輕矽開裂及粉化。
存在各種陽極預鋰化方法，包括化學預鋰化、電化學預鋰化及穩定化鋰金屬粉末（「SLMP」）。然而，此些各種陽極預鋰化方法具有長的反應時間及固有的安全風險，此不適合於批量Li離子電池組製造。
因此，需要用於電極材料之預鋰化的方法及系統。
本文所述實施大體係關於預鋰化電極、包括前述預鋰化電極之高效能電化學電池及電池組，及用於製造該等電池及電池組之方法及連續卷材處理系統。
在一個態樣中，提供一種製造預鋰化電極之方法。該方法包括將包括鋰金屬層之載體基板安置成與包括陽極材料層之預製電極相鄰。該方法進一步包括使該陽極材料層之表面與該鋰金屬層之表面接觸。該方法進一步包括將該鋰金屬層及該預製電極壓延在一起。
該方法之實施可包括以下各者中之一或更多者。使載體基板與陽極材料層之該表面分離以形成預鋰化電極。壓延該鋰金屬層包括將均勻壓力施加至載體基板之背表面。該均勻壓力為範圍自約0.3 MPa至約10 Mpa之壓力。將鋰金屬層及預製電極壓延在一起包括經由一對壓延輥移送鋰金屬層及預製電極。該方法進一步包括將包括鋰金屬層之載體基板或預製電極中的至少一者加熱至一溫度。該溫度在自約攝氏50度至約攝氏180度之範圍內。該預製電極為包括碳質材料、矽、錫或其組合之負電極。該碳質材料係選自天然石墨、人造石墨或其組合。鋰金屬層具有自約1微米至約50微米之厚度，例如，自約20微米至約50微米、自約1微米至約20微米，或自約10微米至約30微米。將鋰金屬層及預製電極壓延在一起係在包括稀有氣體之氣氛中執行。將鋰金屬層及預製電極壓延在一起係在真空環境下執行。該方法進一步包括將預鋰化電極併入電化學電池中，該電化學電池包括正電極、隔板及電解質。一種包括根據本文所述方法形成之預鋰化電極的鋰離子電池組具有包括過渡金屬之氧化物的正電極，及電解質，其中該電解質選自固體電解質、液體電解質或聚合物電解質。該經預鋰化電極及該正電極處於充滿電位置。
在另一態樣中，提供一種包括根據本文所述方法形成之預鋰化電極的鋰離子電池。該鋰離子電池進一步包括正電極，該正電極包括過渡金屬之氧化物，及電解質，其中該電解質選自固體電解質、液體電解質或聚合物電解質。
實施可包括如下各者中之一或更多者。該經預鋰化電極及該正電極處於充滿電位置。預鋰化電極之該充滿電位置進一步被定義為該經預鋰化電極大體上或完全地鋰化，且該正電極之充滿電位置進一步被定義為正電極大體上或完全地脫鋰化。
在又一態樣中，提供一種製造預鋰化電極之方法。該方法包括自退繞輥向捲繞輥供應第一連續卷材基板。該方法進一步包括將包括經圖案化的陽極材料層之第二連續卷材基板供應成與第一連續卷材基板相鄰。該方法進一步包括將該第一連續卷材基板及該第二連續卷材基板一起捲繞在退繞輥上，以使得陽極材料層之表面接觸鋰金屬層之表面。該方法進一步包括將壓力施加至第一連續卷材基板及第二連續卷材基板以預鋰化該經圖案化的陽極材料，其中施加壓力包括張緊該退繞輥與該捲繞輥中之至少一者。
實施可包括以下潛在優勢中之一或更多者。使該第一連續卷材基板與該經圖案化的陽極材料層之該表面分離以形成預鋰化電極。張緊包括施加範圍自約0.3 MPa至約10 MPa之壓力。該方法進一步包括將包括鋰金屬層之第一連續基板或第二連續基板中的至少一者加熱至一溫度。該溫度在自約攝氏50度至約攝氏180度之範圍內。經圖案化的陽極材料層為碳質材料、矽、錫或其組合。該碳質材料係選自天然石墨、人造石墨或其組合。鋰金屬層具有自約1微米至約50微米之厚度，例如，自約20微米至約50微米、自約1微米至約20微米，或自約10微米至約30微米。將壓力施加至第一連續卷材基板及第二連續卷材基板係在包括稀有氣體之氣氛中執行。將壓力施加至第一連續卷材基板及第二連續卷材基板係在真空環境下執行。該方法進一步包括將預鋰化電極併入電化學電池中，該電化學電池包括正電極、隔板及電解質。
在又一態樣中，提供一種用以形成預鋰化電極之塗佈系統。該系統包括卷對卷系統，用以輸送連續的材料薄片經過一或更多個處理腔室。該一或更多個處理腔室包括預鋰化模組，其限定處理區域並經調適以處理連續的材料薄片。該預鋰化模組包括退繞器，用以供應連續載體基板；鋰沉積區域，用以在載體基板上沉積鋰膜；捲繞器，用以捲繞或重繞該經處理之載體基板；及預製電極供應輥筒，其供應將由載體基板上之鋰膜預鋰化的預製電極。將該預製電極供應輥筒定位成與捲繞器相鄰，以使得預製電極及載體基板上之鋰膜彼此接觸時，預製電極及鋰膜被壓縮在捲繞器與預製電極供應輥筒之間。
實施可包括以下潛在優勢中之一或更多者。該塗佈系統可包括用以壓縮載體基板上之鋰膜的第一組壓延輥。
在又一態樣中，一種非暫時性電腦可讀媒體具有儲存於其上之指令，當由處理器執行時，該等指令導致製程執行上述裝置及/或方法之操作。
以下揭示內容描述預鋰化電極、包括前述預鋰化電極之高效能電化學電池及電池組，及用於製造該等電池及電池組之方法及連續卷材處理系統。在以下描述中及在第1A圖至第12B圖中闡述某些細節以提供對本揭示案之各種實施的徹底理解。未在以下揭示內容中闡述描述時常與電化學電池及電池組相關聯之熟知結構及系統的其他細節，以避免不必要地模糊各種實施之描述。
諸圖中所示之細節、尺寸、角度及其他特徵中之許多者僅說明特定實施。因此，在不脫離本揭示案之精神或範疇的情況下，其他實施可具有其他細節、部件、尺寸、角度及特徵。另外，可在無以下所述細節中之若干者的情況下實踐本揭示案之另外實施。
以下將參考卷對卷塗佈系統描述本文所述實施。本文所述之裝置描述為說明性的，且不應被解釋或解讀為限制本文所述實施之範疇。亦應理解，儘管被描述為卷對卷製程，但本文所述實施可在離散基板上執行。
本文所述實施包括用於預鋰化用於Li離子電池組中之經塗佈電極（負極、正極）的預鋰化製程。本文所述之預鋰化製程適用於使用固態電解質之Li離子電池組（例如，固態電池組）以及使用液體或聚合物電解質之Li離子電池組。
在本揭示案之一個態樣中，提供一種藉助於直接接觸藉由鋰塗佈之卷材對陽極材料進行卷對卷預鋰化的方法及系統。發明人已發現，直接接觸係預鋰化陽極材料之有效方式，因為此會在鋰與陽極層之間形成極佳的表面接觸。對比而言，使用呈氣相之鋰預鋰化有極強的反應性，且可能會使基板層成分（諸如，黏合劑材料）經受化學還原，此會不利地影響陽極材料之完整性。如本文中所描述，藉由利用經預塗佈之鋰基板或載體基板，鋰之活性顯著降低，因為鋰係以固相而非氣相存在。不受理論束縛，但咸信本文所述之預鋰化製程的驅動力為陽極材料與鋰金屬之間的化學電位差。另外，本文所述之方法及系統可插入至當前的電池組生產線中。
在一個實施中，藉由控制溫度及壓力中之至少一者來控制並縮短本文所述的經塗佈電極之用於預鋰化的駐留時間。經塗佈電極之預鋰化允許（除了其他以外）增大Li離子電池組能量密度(kWh)，並減小用於陽極/陰極平衡之陰極塗層負載，尤其係昂貴的鈷及鎳元素。因此，本文所述之預鋰化製程對Li離子電池組製造中所使用之主要品質因數、每kWh的成本有直接影響。本文所述之預鋰化製程適合於任何經塗佈之負電極或正電極。本文所述之預鋰化製程為電池組製造商提供了更大的電池平衡靈活性，從而獨立地匹配可逆的陽極/陰極容量及不可逆的陽極/陰極容量。
應理解，儘管可在其上實踐本文描述之一些實施的特定基板不受限制，但在可撓性基板（包括（例如）基於卷材之基板、面板及離散薄片）上實踐該等實施尤其有益。該基板亦可呈箔、膜或薄板之形式。
此處亦應注意，如在本文所述實施內使用之可撓性基板或卷材可通常特徵為其可彎曲。術語「卷材」可與術語「條」或術語「可撓性基板」同義地使用。舉例而言，本文實施中所述之卷材可為箔。
進一步注意，在其中該基板為垂直定向基板之一些實施中，該垂直定向基板可相對於垂直平面成角度。舉例而言，在一些實施中，基板可與垂直平面成約1度至約20度之間的角度。在其中該基板為水平定向基板之一些實施中，該水平定向基板可相對於水平平面成角度。舉例而言，在一些實施中，基板可與水平平面成約1度至約20度之間的角度。如本文中所使用，將術語「垂直」定義為相對於水平線垂直之可撓性導電基板的主表面或沉積表面。如本文中所使用，將術語「水平」定義為相對於水平線平行之可撓性導電基板的主表面或沉積表面。
進一步注意，在本揭示案中，可將「卷」或「輥」理解為一種設備，其提供表面，可藉由該表面在基板存在於處理系統中期間接觸基板（或基板的一部分）。如本文中所引用，「卷」或「輥」的至少一部分可包括圓形形狀，用於接觸將處理或已處理之基板。在一些實施中，「卷」或「輥」可具有圓柱形或大體上圓柱形之形狀。該大體上圓柱形之形狀可繞直的縱向軸線形成或可繞彎曲的縱向軸線形成。根據一些實施，如本文所述之「卷」或「輥」可經調適用於與可撓性基板接觸。舉例而言，如本文中所引用，「輥筒」或「輥」可為當基板被處理時（諸如，在沉積製程期間）或當基板存在於處理系統中時經調適以導引基板之導引輥；經調適用於為將被塗佈之基板提供限定張力的開展輥；用於根據限定的行進路徑偏轉基板之偏轉輥；用於在處理期間支撐基板之處理輥，諸如，製程鼓，諸如，塗佈輥或塗佈鼓；調整輥、供應輥筒、捲取輥筒或其類似者。如本文所述，「輥筒」或「輥」可包括金屬。在一個實施中，將與基板接觸之輥設備的表面可經調適用於將塗佈之相應基板。另外，應理解，根據一些實施，如本文所述之輥可安裝至低摩擦輥軸承，尤其係具有雙軸承輥架構。因此，可實現如本文所述之輸送佈置的輥平行度，並可消除基板輸送期間之橫向基板「漂移」。
第1A圖繪示包括根據本揭示案之態樣形成的預鋰化電極結構之能量儲存設備100的一個實例之橫截面圖。能量儲存設備100可為使用固體電解質之Li離子能量儲存設備（例如，固態電池組）以及使用液體或聚合物電解質之Li離子能量儲存設備。能量儲存設備100包括正集電器110、正電極120、隔板130、負電極140及負集電器150。正電極120及負電極140中之至少一者根據本文所述態樣預鋰化。注意，在第1A圖中，集電器被示為延伸超過堆疊，儘管集電器不一定延伸超過堆疊，延伸超過堆疊之部分可用作凸耳。
分別在正電極120及負電極140上之集電器110、150可為相同的或不同的電子導體。集電器110、150可包括之金屬的實例包括鋁(Al)、銅(Cu)、鋅(Zn)、鎳(Ni)、鈷(Co)、錫(Sn)、矽(Si)、錳(Mn)、鎂(Mg)、其合金或其組合。在一個實例中，集電器110、150中之至少一者經穿孔。另外，集電器可有任何外形尺寸、形狀，及微觀/宏觀結構，包括（例如）金屬箔、薄片或板。大體上，在稜柱形電池中，凸耳由與集電器相同之材料形成，且可在堆疊的製造期間形成，或在稍後添加。在一個實例中，除了集電器110及150以外之所有部件含有Li離子電解質。
負電極140或陽極可為與正電極120相容之任何陽極材料。負電極140可根據本文所述實施經預鋰化。負電極140可經圖案化。負電極140可具有大於或等於372 mAh/g、大於或等於1,000 mAh/g、大於或等於3,000 mAh/g或大於或等於4,000 mAh/g之能量容量。在一個態樣中，負電極140包括含鋰之嵌入化合物或含鋰的插入化合物。在一個態樣中，負電極可由石墨、矽或其組合構成。負電極140可由碳質材料構成，例如，天然石墨或人造石墨、部分石墨化或非晶碳、石油、焦炭、針狀焦及各種中間相、含矽石墨、矽、鎳、銅、錫、銦、鋁、矽、其氧化物、其組合，或鋰金屬及/或鋰合金與諸如碳的材料（例如，焦炭及石墨、鎳、銅、錫、銦、鋁、矽、其氧化物或其組合）之混合物。在一個實例中，負電極140由矽-石墨構成。
形成負電極之材料可呈分散形式，諸如，粉末、纖維或片。在其中負電極呈分散形式之一些實施中，負電極140可由此項技術中所已知之任何方法來製造，諸如，藉由自碳質粉末及黏合劑製備漿料，將漿料塗覆至集電器上/塗覆至集電器中，並乾燥。若被採用，則黏合劑可選自包括但不限於聚偏氟乙烯(PVDF)、乙烯-丙烯二烯單體(EPDM)、乙烯醋酸乙烯酯共聚物(EVA)或其組合之此些化合物。
正電極120或陰極可包括與陽極相容之任何材料，且可包括嵌入化合物、插入化合物或電化學活性聚合物。適當的嵌入材料包括（例如）含鋰的金屬氧化物、MoS 2、FeS 2、MnO 2、TiS 2、NbSe 3、LiCoO 2、LiNiO 2、LiMnO 2、LiMn 2O 4、V 6O 13及V 2O 5。適當聚合物包括（例如）聚乙炔、聚吡咯、聚苯胺及聚噻吩。正電極120或陰極可由分層氧化物（諸如，鋰鈷氧化物）、橄欖石（諸如，磷酸鐵鋰）或尖晶石（諸如，鋰錳氧化物）製成。含鋰氧化物之實例可為分層的，諸如，鋰鈷氧化物(LiCoO 2)，或混合金屬氧化物，諸如，LiNi xCo 1-2xMnO 2、LiNiMnCoO 2（「NMC」），LiNi 0.5Mn 1.5O 4、Li(Ni 0.8Co 0.15Al 0.05)O 2、LiMn 2O 4及摻雜的富鋰分層材料，其中x為零或非零數。磷酸鹽之實例包括橄欖石鐵(LiFePO 4)及其變體（諸如，LiFe (1-x)Mg xPO 4）、LiMoPO 4、LiCoPO 4、LiNiPO 4、Li 3V 2(PO 4) 3、LiVOPO 4、LiMP 2O 7或LiFe 1.5P 2O 7，其中x為零或非零數。氟磷酸鹽之實例包括LiVPO 4F、LiAlPO 4F、Li 5V(PO 4) 2F 2、Li 5Cr(PO 4) 2F 2、Li 2CoPO 4F或Li 2NiPO 4F。矽酸鹽之實例包括Li 2FeSiO 4、Li 2MnSiO 4或Li 2VOSiO 4。非鋰化合物之一個實例為Na 5V 2(PO 4) 2F 3。
在根據本揭示案之Li離子電池的一個實例中，鋰係包含在負電極處之碳石墨(LiC 6)及正電極處之鋰錳氧化物(LiMnO 4)或鋰鈷氧化物(LiCoO 2)的晶體結構之原子層中。在另一實例中，負電極進一步包括鋰吸附材料，諸如，矽及/或錫。儘管被示為平面結構，但電池亦可藉由捲繞層堆疊形成為圓柱體；另外，可使用本文所述實施形成其他電池配置，例如，稜柱形電池、鈕扣電池。
在一個態樣中，隔板130為多孔聚合物離子導通聚合物基板。在一個實例中，多孔聚合物基板為多層聚合物基板。可與本文所述實施一起使用之隔板的實例包括任何可商購的聚合物微孔膜狀物（例如，單層或多層的），例如，由Polypore（北卡羅來納州夏洛特的Celgard有限公司）、Toray Tonen（電池組隔膜(BSF)）、SK Energy（鋰離子電池組隔板(LiBS)、贏創工業（SEPARION ®陶瓷隔板）、Asahi Kasei（Hipore ™聚烯烴平膜膜狀物）及杜邦（Energain ®）生產的隔板。
在其中能量儲存設備100為固態電池組之一些態樣中，隔板130被Li離子傳導玻璃所替代。Li離子傳導材料可為Li離子傳導陶瓷或Li離子傳導玻璃。舉例而言，Li離子傳導材料可包括如下各者中之一或更多者：LiPON、Li 7La 3Zr 2O 12之結晶或非晶相的摻雜變體，摻雜的反鈣鈦礦組成物、Li 2S-P 2S 5、Li 10GeP 2S 12及Li 3PS 4、磷酸鋰玻璃、(1-x)LiI-(x)Li 4SnS 4、xLiI-(1-x)Li 4SnS 4、混合硫化物及氧化物電解質（結晶LLZO、非晶(1-x)LiI-(x)Li 4SnS 4混合物，及非晶xLiI-(1-x)Li 4SnS 4)。在一個實例中，x為0與1之間（例如，0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8及0.9）。
在一些實施中，注入電池部件120、130及140中之電解質可包括液體/凝膠或固體聚合物，且可彼此不同。在一個態樣中，電解質主要包括鹽及介質。在液體電解質中，介質可稱作溶劑；在凝膠電解質中，介質可為聚合物基質。鹽可為鋰鹽。鋰鹽之實例包括LiPF 6、LiAsF 6、UCF 3SO 3、LiN(CF 3SO 3) 3、LiBF 6及LiClO 4、BETTE電解質（可商購自明尼蘇達州明尼阿波利斯的3M公司）及其組合。溶劑之實例包括碳酸伸乙酯(EC)、碳酸伸丙酯(PC)、EC/PC、2-MeTHF（2-甲基四氫呋喃）/EC/PC、EC/DMC（碳酸二甲酯）、EC/DME（二甲基乙烷）、EC/DEC（二乙基碳酸酯）、EC/EMC（碳酸甲乙酯）、EC/EMC/DMC/DEC、EC/EMC/DMC/DEC/PE、PC/DME及DME/PC。聚合物基質之實例包括PVDF（聚偏二氟乙烯）、PVDF:THF（PVDF:四氫呋喃）、PVDF:CTFE（PVDF：三氟氯乙烯）PAN（聚丙烯腈）及PEO（聚環氧乙烷）。
第1B圖繪示根據本文所述實施預鋰化之雙側電極結構170的一個實例之橫截面圖。雙側電極結構170包括集電器150，其具有形成在集電器150之相對側上的負電極結構140a、140b。負電極結構140a、140b係根據本文所述實施來預鋰化。
第2圖繪示概述用於根據本文所述實施預鋰化電極結構的處理序列200之一個實施的製程流程圖。處理序列200可用以預鋰化單側電極結構（例如，第1A圖中所描繪之電極結構）或雙側電極結構（例如，第1B圖中所描繪之電極結構）。可使用（例如）塗佈系統（諸如，第4圖中所描繪之塗佈系統400）來執行處理序列200。
處理序列200以操作210開始，製備及/或提供塗佈有鋰金屬之載體基板。在一個實例中，鋰金屬為具有自約1微米至約50微米之厚度的鋰金屬層，例如，自約20微米至約50微米、自約1微米至約20微米，或自約10微米至約30微米。載體基板充當用於攜載鋰金屬並將鋰金屬移送至電極結構之載體基板。載體基板可包括適合於攜載鋰金屬並將鋰金屬移送至電極結構之任何材料。載體基板可為可撓性基板或卷材，其可用於卷對卷塗佈系統中。在一個態樣中，載體基板為可撓性基板。在一個實例中，載體基板為銅箔基板。在另一實例中，載體基板包括聚合物材料。可用作載體基板之聚合物材料的實例包括但不限於聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚環氧乙烷(PEO)、聚丙烯腈(PAN)、羧甲基纖維素(CMC)、丁苯橡膠(SBR)、離子液體及其組合。
在一個態樣中，鋰金屬膜為預製的。在一個實例中，預製鋰金屬膜為鋰箔。在另一態樣中，鋰金屬膜沉積在載體基板上。可使用任何適當沉積製程將鋰金屬沉積在載體基板上。適當沉積製程之實例包括但不限於舟式蒸發、電子束蒸發、PVD濺射、CVD塗佈、槽模塗佈、吻輥塗佈、Meyer棒式塗佈、凹版輥塗佈，或其任何組合。
儘管被示為併入載體基板，但亦預期在一些態樣中，載體基板不需要存在。在一個實例中，在不存在載體基板的情況下，提供鋰金屬膜。
在操作220處，視情況，將塗佈有鋰金屬之載體基板暴露於表面活化製程。在一個態樣中，表面活化製程包括將壓力施加至塗佈有鋰金屬膜之載體基板。可使用用於施加壓力及活化鋰金屬膜之任何適當方法。在一個實例中，表面活化製程包括施加壓延壓力。
在操作230處，提供預製電極結構，其包括塗佈有陽極材料之基板。該基板可為如本文所述之集電器。該基板可為可撓性基板或卷材，其可用於卷對卷塗佈系統中。在一個態樣中，基板為正集電器，諸如，正集電器110。在另一態樣中，基板為負集電器，諸如，負集電器150。在一個態樣中，塗佈有陽極材料之第二基板為單側陽極結構。在一個實例中，單側陽極結構包括塗佈有石墨陽極材料、矽陽極材料或矽石墨材料之銅集電器。在另一態樣中，塗佈有陽極材料之第二基板為雙側陽極結構，諸如，雙側電極結構170。在一個實例中，雙側陽極結構包括在相對側上之塗佈有石墨陽極材料、矽陽極材料或矽石墨材料之銅集電器。
在操作240處，塗佈有鋰金屬之載體基板與預製電極結構接觸，以使得塗佈在載體基板上之鋰金屬接觸塗佈在第二基板上之陽極材料。
在操作250處，將塗佈有鋰金屬之載體基板及預製電極結構壓縮在一起以鋰化預製電極。所施加之壓力促使鋰移送至預製電極結構，其中鋰併入預製電極結構之活性材料中。在一個態樣中，使用壓延製程將塗佈有鋰金屬之載體基板及預製電極結構壓縮在一起。在一個態樣中，在真空環境下將塗佈有鋰金屬之載體基板及預製電極結構壓縮在一起。在另一態樣中，在包括惰性氣體之氣氛中將塗佈有鋰金屬之載體基板及預製電極結構壓縮在一起。惰性氣體選自氮氣(N 2)、氦氣(He)、氖氣(Ne)、氬氣(Ar)、氪氣(Kr)、氙氣(Xe)、氡氣(Rn)或其組合。在一個實例中，惰性氣體為氬氣。在另一實例中，該氣氛包括氬氣及氮氣。
在一個態樣中，經施加用於將鋰金屬膜壓縮至預製電極之壓力在自約0.3 MPa至約10 MPa之範圍內，更窄地在自約0.3 MPa至約6 MPa之範圍內，更窄地係在自約1 MPa至約4 MPa之範圍內，更窄地係在自約2 MPa至約3 MPa之範圍內。在一些實施中，鋰金屬膜部分地或完全地嵌入電極結構中。舉例而言，在一些實施中，鋰金屬膜部分地或完全地嵌入石墨電極中以形成鋰碳(LiC x)。大體藉由用不足以損壞預製電極之壓力量值將鋰金屬膜按壓至預製電極來預鋰化陽極電極。換言之，該壓力使得預製電極不會在機械上受損壞或降級，諸如，開裂或壓碎。壓力取決於（例如）預製電極之活性材料及鋰金屬膜之厚度。可使用多種設備來施加均勻壓力。設備包括但不限於壓延輥及/或在張力之下捲繞基板。壓力之量值大體較高；然而，如上所述，壓力應具有不會損壞預製電極之量值。通常，較佳的係壓力分佈在施加期間儘可能均勻。
在一個態樣中，在室溫或大約室溫下執行操作250。在另一態樣中，加熱塗佈有鋰金屬膜之載體基板及/或預製電極中的至少一者。可將塗佈有鋰金屬膜之載體基板及/或預製電極加熱至低於鋰的熔點（攝氏180.5度）之溫度。在一個實例中，將鋰金屬靶材加熱至低於或等於攝氏180度之溫度。在另一實例中，將鋰金屬靶材加熱至低於或等於攝氏150度之溫度。在另一實例中，將鋰金屬靶材加熱至自約攝氏50度至約攝氏180度之範圍內的溫度，更窄地係在自約攝氏100度至約攝氏170度之範圍內，且更窄地係在自約攝氏100度至約攝氏150度之範圍內。
根據本揭示案之原理，可藉由調整時間（鋰金屬膜與預製電極的表面之間的接觸持續時間）、所施加之壓力及/或溫度來控制移送至電極之鋰的量。在氣氛中將塗佈有鋰金屬膜之載體基板與預製電極一起接觸（例如，壓延）之後，預製電極及塗佈有鋰金屬膜之載體基板可在該氣氛中儲存達一定的時間週期。在一個態樣中，該時間週期足以大體上或完全地鋰化預製電極。在一個實例中，該時間週期在自約1分鐘至約72小時之範圍內，更窄地係在自約60分鐘至約72小時之範圍內，且更窄地係在自約6小時至約48小時之範圍內。可藉由反饋製程來確定足以實現預製電極之目標鋰化的時間週期。
應理解，操作250之加熱製程及操作250之壓縮製程可同時執行，以任何次序按順序執行，及/或可彼此部分地重疊。
在操作260處，移除載體基板以形成經預鋰化之陽極結構。將載體基板分離並移除准許良好地控制被移送之鋰的量，而且避免了可能由於存在殘餘層而出現之任何物理問題，諸如，小塊破碎並形成對預製電極之孔的實體阻障。另外，由於鋰金屬靶材之固體中較高的內聚力，載體基板之厚度允許容易地分離載體基板與預鋰化電極。在分離之後，預鋰化電極可暴露於額外處理，例如，保護性膜之塗覆及/或冷卻製程。
在一些實施中，在分離之後，鈍化層存在於經預鋰化之電極的鋰化陽極部分上。該鈍化層可為氧化鋰、氫氧化鋰及/或碳酸鋰鈍化層。鈍化層可自預鋰化電極被移除或可作為保護性膜保留在預鋰化電極上。
第3圖繪示用於根據第2圖之製程序列200的一個實例形成預鋰化電極結構（例如，預鋰化陽極結構360）的卷對卷製程之示意圖。塗佈有鋰金屬膜310之載體基板行進穿過第一對壓延輥320a、320b以活化鋰金屬。在一個實例中，載體基板為銅箔且鋰金屬膜為單層鋰箔。在一個實例中，鋰箔表面首先在室溫下藉由1,000 psi之壓延製程活化，其中鋰箔夾在兩個聚丙烯插層之間。隨後，塗佈有鋰金屬膜310之載體基板與陽極結構330接觸。儘管將陽極結構330描繪為雙側陽極結構，但陽極結構330可為單側陽極結構。在一個實例中，陽極結構330為雙側石墨/銅/石墨陽極。接下來，經由壓延輥340a、340b以各種壓力將已活化之鋰金屬膜310按壓至雙側陽極上。在一定的時間週期之後，接著自已壓縮結構移除載體基板350以形成預鋰化陽極結構360。
第4A圖繪示根據本揭示案之態樣的塗佈系統400之一個實例的示意性方塊圖。塗佈系統400亦可稱作卷對卷塗佈系統。塗佈系統400經調適用於根據本揭示案之態樣預鋰化電極膜。如第4A圖中所示，塗佈系統400包括共同處理環境402，可在該共同處理環境402中執行用於預鋰化電極膜之一些或全部處理動作。在一個實例中，該共同處理環境可操作為真空環境。在另一實例中，該共同處理環境可操作為惰性氣體環境。在一個態樣中，載體基板406可設置在退繞輥408上，當輸送載體基板406時，該退繞輥408在箭頭410之方向上旋轉。根據一個態樣，可藉由退繞輥之自有馬達408a驅動並旋轉退繞輥408。載體基板406具有第一側405及與第一側405相對之第二側407。另外，載體基板406可在至少一個導輥409之上被導引朝向鋰沉積區域420，該鋰沉積區域420包括經調適以在載體基板406之上沉積鋰膜424的一或更多個鋰沉積源422a、422b（統稱為422）。處理可由鋰沉積源422a、422b（統稱為422）中之至少一者執行，其中（例如）鋰膜424沉積至載體基板406之第一側405上。若存在，則鋰沉積源422b可用於處理載體基板406之第二側407或背側。載體基板406之第二側407的處理可包括將鋰膜沉積至載體基板406之第二側407上。在另一態樣中，載體基板及鋰膜被預製並自退繞輥408一起供應。在又一態樣中，載體基板406係由退繞輥408供應，且鋰膜係自第二退繞輥（未示出）供應。
根據可與本文所述之其他實施組合的一個實施，可將用以供應載體基板406之退繞輥408及用於捲繞或重繞經處理的載體基板406之捲繞輥430佈置在共用處理環境402中。因此，可避免連續動作之間的任何真空中斷。
根據可與本文所述之其他實施組合的實施，一或更多個鋰沉積源422可選自舟式蒸發器、電子束蒸發器、濺射陰極、PVD塗佈源、CVD塗佈源、槽模塗佈源、吻輥、Meyer棒、凹版輥或其任何組合。
具有形成於至少一個側上之鋰膜424的載體基板406可由另外的輥409在輸送方向434上被導引朝向捲繞輥430，當捲繞載體基板406時，捲繞輥430在箭頭432的方向上旋轉。根據一個態樣，可藉由捲繞輥之自有馬達430a驅動並旋轉捲繞輥430。與捲繞輥430之馬達430a配合使用退繞輥408之馬達408a可有助於載體基板406的必要張緊。在一個實例中，馬達430a以比馬達408a更高之轉數連續地或至少在決定時間間隔內運行，以便使捲繞輥430比退繞輥408旋轉得更快並在載體基板406上產生張緊效應。或者，馬達408a可充當相對於馬達430a之制動器，例如，在反向旋轉中，總是獲得期望的張緊，或可提供與馬達408a相關聯之適當制動器。張緊可用以控制在鋰膜424與預製電極442之間施加壓力以預鋰化預製電極442。
捲繞輥430被定位成與預製電極供應輥筒440相鄰，該預製電極供應輥筒440供應將要由載體基板406上之鋰膜424預鋰化的預製電極442。根據一個態樣，可藉由預製電極供應輥筒440之自有馬達440a驅動並旋轉預製電極供應輥筒440。作為實例，將載體基板406自塗佈系統400之一個部分（退繞輥408位於其中）輸送至塗佈系統400之另一部分（捲繞輥430及預製電極供應輥筒440位於其中）。當具有鋰膜424之載體基板406圍繞捲繞輥430捲繞時，鋰膜424接觸預製電極442之表面以預鋰化預製電極442。包括載體基板406及與預製電極442接觸之鋰膜424的預鋰化預製電極被收集在捲繞輥430上。捲繞輥430的張緊可用以控制經施加用於將鋰膜424壓縮至預製電極442之壓力，其可用以控制預製電極的預鋰化水平。在預鋰化之後，載體基板406可自預鋰化電極被移除或保留在預鋰化電極上，以為預鋰化電極結構提供保護性塗層。
塗佈系統400進一步包括系統控制器460，其用以控制塗佈系統400之各種態樣。系統控制器160促進對整個塗佈系統400的控制及其自動化，且可包括中央處理單元(CPU)、記憶體及支持電路（或I/O）。軟體指令及資料可被編碼並儲存在記憶體內，用於指示CPU。系統控制器460可經由（例如）系統匯流排與塗佈系統400之部件中的一或更多者通訊。可由系統控制器460讀取之程式（或電腦指令）確定哪些任務可在基板上執行。在一些態樣中，程式為可由系統控制器460讀取之軟體，其可包括程式碼以控制多段環的移除及替換。儘管被示為單個系統控制器460，但應瞭解，可與本文所述態樣一起使用多個系統控制器。
實例：
提供以下非限制性實例以進一步繪示本文所述實施。然而，該等實例並非旨在包括所有實例，且並非旨在限制本文所述實施之範疇。
使用銅箔上所需厚度之單層鋰箔作為鋰源。鋰箔具有大約25 μm至35 μm之厚度，且銅箔具有大約10 μm至12 μm之厚度。鋰箔表面首先在室溫下藉由1,000 psi之壓延製程活化，其中鋰箔夾在兩個聚丙烯插層之間。隨後，將已活化之鋰箔按壓至雙側石墨/銅/石墨(GR/CU/GR)陽極上，並在各種壓力下進行處理。
在銅箔上使用約25 μm至35 μm之鋰箔導致鋰完全被移送至石墨陽極層上。石墨之淨鋰吸收量大致等於鋰壤之厚度。在高溫下亦觀察到類似的鋰源完全吸收，如以下表1中所示。表1展示預鋰化樣本之厚度量測值，其表明在各種壓延溫度下的完全鋰吸收。在預鋰化之後觀察到的厚度為大約10 μm至12 μm厚中裸Cu基板的厚度，此表明所有的鋰皆已自銅基板被移送至GR/CU/GR陽極。「LI/CU」表示在壓延之前及壓延之後銅基板上的鋰箔之厚度。「GR/CU/GR」表示在藉由LI/CU箔壓延GR/CU/GR陽極之前及之後雙側GR/CU/GR陽極的厚度。
箔類型   LI/CU GR/CU/GR
室溫 之前 34-40 130-140
之後 10-12 156-167
75℃ 之前 21-25 135-145
之後 10-12 152-162
120℃ 之前 21-25 135-145
之後 10-12 152-162
第5A圖至第5F圖描繪根據本揭示案之態樣之藉由第2圖的製程所形成並在室溫下壓延之預鋰化樣本的切口影像。對於第5A圖中所描繪之室溫樣本的影像而言，石墨在處理後被立即剝離且未顯示出顏色變化。大部分Li保留在Li/Cu側上。如第5B圖中所表明，對於在處理後72小時剝離之樣本而言，石墨陽極幾乎吸收了Li/Cu側之所有的鋰，且石墨顏色變為深黃色，此為鋰化石墨之鮮明特性。石墨在完全鋰化後呈現出各種深淺之金黃色的顏色變化。如第5C圖至第5F圖中所示，自144小時開始，被剝離之樣本呈金黃色，此對應於石墨嵌入化合物(GIC)LiC 6之特徵化顏色。
第6A圖至第6D圖描繪根據本揭示案之態樣之藉由第2圖的製程所形成並在75℃下壓延之預鋰化樣本的切口影像。對於在75℃下壓延之樣本而言，在剝離鋰源之後會發現石墨的更明顯顏色變化。自第三天開始，如第6B圖中所示，經剝離之樣本具有金黃色。在第6D圖中的插圖中所示之石墨樣本的不均勻顏色暗指存在其他Li嵌入化合物，諸如，LC 12或LiC 18。在120℃下壓延之樣本中亦識別出類似之共存化合物。
第7A圖至第7D圖描繪根據本揭示案之態樣之藉由第2圖的製程所形成並在120℃下壓延之預鋰化樣本的切口影像。自第三天開始，如第7B圖中所示，經剝離之樣本具有金黃色。另外，在第6D圖中呈現之石墨樣本的不均勻顏色暗指存在其他Li嵌入化合物，諸如，LC 12或LiC 18。
第8圖繪示描繪包括根據本揭示案之態樣所形成的預鋰化石墨之半電池的開路電壓（「OCV」）之曲線圖800。第9圖繪示描繪包括根據本揭示案之態樣所形成的預鋰化石墨之半電池的脫嵌充電容量之曲線圖900。分別在第8圖中所示之曲線圖800及第9圖中所示之曲線圖900中描繪預鋰化電極之電化學效能。將原始石墨陽極用作具有相同電池配置之對照。對於對照樣本，OCV為約2.7 V至2.9 V，其中鋰嵌入容量為0 mAh/cm 2。與對照相比較而言，壓延之後立即剝離的樣本呈現出電壓降低(＞1 V)，此暗指恰好在壓延後實現了顯著的鋰吸收。在三者當中，經室溫處理之樣本具有最高的OCV。在75℃及120℃之較高溫度下壓延的樣本表明瞬時OCV為約1 V。此觀察結果與針對在120℃下壓延之第一天樣本所觀察到的顏色變化一致，其表現出最顯著的顏色變化。隨著長期老化，預鋰化樣本在已量測OCV中表現出類似之下降趨勢，此對應於隨著鋰源與石墨宿主接觸時間增加，鋰嵌入得以增強之事實。
當在壓延之後的第六天被剝離時，室溫樣本具有大約0.11 V之最低OCV。此電壓非常接近階段1之石墨嵌入化合物(GIC)LiC 6平台值，通常在大約0.085 V處觀察到該平台值。在第三天後，在較高溫度下壓延提高了OCV。
第9圖之分析表明，預鋰化容量與OCV大致成反比。在處理之後的第一天，所有樣本具有零容量，因為OCV遠高於0.75 V。對於經室溫處理之樣本，在第三天後，展示出明顯的容量增強。第六天之樣本在½"OD石墨電極上具有為3.57 mAh之容量。所計算出之比容為2.81 mAh/cm 2，假設所有GIC為LiC 6，則此對應於13.8 μm的鋰吸收。所計算出之Li嵌入厚度僅為石墨陽極之總體積鋰吸收的一半，此暗指第六天之活性鋰轉化率為約50%。用較長接觸時間老化室溫樣本並未進一步提高容量。
對於在高溫下處理之樣本，容量遠低於在室溫下處理之樣本。此觀察結果與先前數位照片結果一致，即藉由高溫處理獲得較少的淺黃色區域(LiC 6)。同時，在電池充電製程之前的較高OCV亦暗指在較高處理溫度下較少Li嵌入之石墨。
第10A圖繪示描繪根據本揭示案之態樣形成的預鋰化石墨|鋰半電池之充電曲線的曲線圖1000。第10B圖繪示描繪根據本揭示案之態樣形成的預鋰化石墨|鋰半電池之相對於陽極電位曲線的差分電容之曲線圖1010。第10A圖及第10B圖概述如早先所述以鋰作為反電極之經室溫處理的樣本之電化學行為。在處理後第六天之後剝離的樣本具有相似的充電曲線且容量在3 mAh至3.5 mAh之間。如第10B圖中所示，該等樣本亦表明不同的充電平台值。針對第六天樣本觀察到大約0.16 V之最低平台值，其對應於階段2(LiC 18)向階段3之過渡。不受理論束縛，但咸信，大於0.22 V之較高電壓平台值可能表示自階段4向稀釋階段1中過渡。在預鋰化樣本中未觀察到階段2 GIC至階段1 GIC的平台值(＜0.9 V)。
第11A圖繪示根據本揭示案之態樣之在經塗佈卷材1100上的電極沖壓之示意性俯視圖。第11B圖繪示根據本揭示案之態樣之經圖案化的鋰膜1110之示意性俯視圖。對於所有電極而言，在沖壓製程期間，未塗佈基板之切口區域（時常稱作凸耳區域）通常用於電池堆疊之目的。第11圖中所示之實例為沖壓製程，其中電極長度及塗層寬度具有密切相關性。然而，隨著塗層寬度增大且基於所製造電池組之外形尺寸，系統將必須在正常蒸發區域之間有切口區域，以獲得最大的面積利用。在此些情形下，經圖案化之沉積（諸如，在第11圖中所示）將為有益的。在此特定情形下，使用簡單的間歇縫隙模式。基於最終用途，可採用複雜圖案。在連續卷材設置中形成此些圖案對於預鋰化而言尤為複雜。藉由利用直接接觸方法，吾人可與經圖案化之陽極結合利用連續塗佈之鋰基板。在此種情境下，兩個層可在適當輥之間被壓延或可（諸如）在習知卷對卷設置中捲繞在一起，其中可利用插入材料來防止基板層之間的接觸。
在本揭示案之一個態樣中，可與基於熱蒸發之製程結合使用直接接觸預鋰化，其中鋰層連續地塗佈至載體基板上，且接著與模仿插層之陽極層捲繞在一起。接著在捲繞狀態下發生預鋰化。因此，吾人可利用熱蒸發製程之優勢（諸如，均勻性），將純鋰層與易於直接接觸之預鋰化相結合，而不會使陽極及其部件經受反應性鋰蒸汽。陽極之邊緣清晰度在直接接觸預鋰化之後維持原樣。
第12A圖描繪根據本揭示案之態樣之經锂塗佈的基板之光學影像1200。第12B圖描繪根據本揭示案之態樣之在預鋰化之後的陽極之光學影像1210。光學影像1200描繪在銅上之鋰基板，其示出在與陽極材料直接接觸72小時後對Li的完全吸收，且光學影像1210描繪在預鋰化之後的陽極，其示出在銅區域上無鋰吸收。在雷射顯微鏡分析下之邊緣清晰度被顯示為346 μm。所觀察到之邊緣為Li|Cu交叉界面，其中鋰完全自鋰基板被陽極吸收。亦觀察到，在此直接接觸製程期間，僅接觸陽極材料之鋰被陽極材料吸收。接觸陽極材料之銅基板的其餘鋰不會被移送至陽極上。此對於維持陽極上之圖案至關重要。因而，使用如本揭示案中所述之直接接觸預鋰化使得能夠在蒸發系統上使用插入材料（任何適當的聚合物），該蒸發系統隨後將在張力下與陽極捲繞在一起。在將輥筒移送至組裝線上之後，當插入材料被移除時，接著將具有所需預鋰化之陽極製造成電池組。
實施可包括以下優勢中之一或更多者。藉由塗佈在基板上之鋰金屬與電極材料（其係塗佈在基板上）之間的直接接觸來實現本文所述之預鋰化製程，而同時控制鋰靶材與經塗佈電極之間的溫度及壓力中之至少一者。藉由控制溫度及/或壓力來控制並縮短用於本文所述之經塗佈電極的預鋰化之駐留時間。經塗佈電極之預鋰化允許（除了其他以外）增大Li離子電池組能量密度(kWh)，並減小用於陽極/陰極平衡之陰極塗層負載，尤其係昂貴的鈷及鎳元素。因此，本文所述之預鋰化製程對Li離子電池組製造中所使用之主要品質因數、每kWh的成本有直接影響。本文所述之預鋰化製程適合於任何經塗佈之負電極或正電極。本文所述之預鋰化製程為電池組製造商提供了更大的電池平衡靈活性，從而獨立地匹配可逆的陽極/陰極容量及不可逆的陽極/陰極容量。另外，本文所述之預鋰化技術能夠無縫插入當前電池組生產線中。
實施以及在本說明書中所描述之所有功能操作可在數位電子電路系統中實施，或在電腦軟體、韌體或硬體中（包括本說明書中所揭示之結構構件及其結構等效物）實施，或在其組合中實施。可將本文所述之實施實施為一或更多個非暫時性電腦程式產品，亦即，有形地體現在機器可讀儲存設備中用於由資料處理裝置（例如，可程式化處理器、電腦，或多個處理器或電腦）執行或用以控制該資料處理裝置之操作的一或更多個電腦程式。
本說明書中所述之製程及邏輯流可由一或更多個可程式化處理器執行，該一或更多個可程式化處理器藉由對輸入資料進行操作並產生輸出來執行一或更多個電腦程式以便執行功能。製程及邏輯流亦可由專用邏輯電路系統執行，且亦可將裝置實施為專用邏輯電路系統，例如，FPGA（場可程式化閘極陣列）或ASIC（專用積體電路）。
術語「資料處理裝置」涵蓋用於處理資料之所有裝置、設備及機器，例如包括可程式化處理器、電腦或多個處理器或電腦。除了硬體以外，裝置可視情況包括為所考慮之電腦程式創建執行環境之程式碼，例如，構成處理器韌體、協定堆疊、資料庫管理系統、作業系統或其中一或更多者的組合之程式碼。適合於執行電腦程式之處理器包括（例如）通用及專用微處理器，及任何類型之數位電腦的任何一或更多個處理器。
適合於儲存電腦程式指令及資料之電腦可讀媒體包括所有形式之非揮發性記憶體、媒體及記憶體元件，例如，包括半導體記憶體元件（例如，EPROM、EEPROM及快閃記憶體元件）；磁碟（例如，內部硬碟或可移除磁碟）；磁光碟；及CD ROM及DVD-ROM磁碟。處理器及記憶體可由專用邏輯電路系統補充或併入專用邏輯電路系統中。
當介紹本揭示案之元件或其例示性態樣或（若干）實施時，冠詞「一(a)」、「一(an)」、「該」及「所述」旨在意謂存在元件中之一或更多者。
術語「包括(comprising)」、「包括(including)」及「具有」旨在為包括性的，且意謂可存在除了所列元件以外的額外元件。
雖然前文針對本揭示案之實施，但可在不脫離本揭示案之基本範疇的情況下設計本揭示案之其他及另外實施，且本揭示案之範疇由以下申請專利範圍確定。
100:能量儲存設備 110:正集電器 120:正電極 130:隔板 140:負電極 140a:負電極結構 140b:負電極結構 150:負集電器 170:雙側電極結構 200:處理序列 210:操作 220:操作 230:操作 240:操作 250:操作 260:操作 310:鋰金屬膜 320a:壓延輥 320b:壓延輥 330:陽極結構 340a:壓延輥 340b:壓延輥 350:載體基板 360:經預鋰化之陽極結構 400:塗佈系統 402:共同處理環境 405:第一側 406:載體基板 407:第二側 408:退繞輥 408a:馬達 409:導輥 410:箭頭 420:鋰沉積區域 422a:鋰沉積源 422b:鋰沉積源 424:鋰膜 430:捲繞輥 430a:馬達 432:箭頭 434:輸送方向 440:預製電極供應輥筒 440a:馬達 442:預製電極 460:系統控制器 800:曲線圖 900:曲線圖 1000:曲線圖 1010:曲線圖 1100:經塗佈卷材 1110:經圖案化的鋰膜 1200:光學影像 1210:光學影像
因此，可詳細地理解本揭示案之上述特徵的方式，可藉由參考實施來獲得以上簡要概述的實施之更特定描述，在附加圖式中繪示出該等實施中的一些。然而，應注意，附加圖式僅繪示本揭示案之典型實施，且因此不應將其視為對本揭示案之範疇的限制，因為本揭示案可允許其他同等有效的實施。
第1A圖繪示包括根據本揭示案之態樣形成的預鋰化電極結構之能量儲存設備的一個實例之橫截面圖。
第1B圖繪示根據本揭示案之態樣預鋰化之雙側電極結構的一個實例之橫截面圖。
第2圖繪示概述用於根據本揭示案之態樣的預鋰化電極結構的處理序列之製程流程圖。
第3圖繪示用於根據第2圖之製程流程圖的一個實例的形成預鋰化電極結構的卷對卷製程之示意圖。
第4圖繪示根據本揭示案之態樣的卷對卷塗佈系統之一個實例的示意性橫截面圖。
第5A圖至第5F圖描繪根據本揭示案之態樣之藉由第2圖的製程所形成之預鋰化樣本的切口影像。
第6A圖至第6D圖描繪根據本揭示案之態樣之藉由第2圖的製程所形成之預鋰化樣本的切口影像。
第7A圖至第7D圖描繪根據本揭示案之態樣之藉由第2圖的製程所形成之預鋰化樣本的切口影像。
第8圖繪示描繪包括根據本揭示案之態樣所形成的預鋰化石墨之半電池的開路電壓之曲線圖。
第9圖繪示描繪包括根據本揭示案之態樣所形成的預鋰化石墨之半電池的脫嵌充電容量之曲線圖。
第10A圖繪示描繪根據本揭示案之態樣形成的預鋰化石墨|鋰半電池之充電曲線的曲線圖。
第10B圖繪示描繪根據本揭示案之態樣形成的預鋰化石墨|鋰半電池之相對於陽極電位曲線的差分容量之曲線圖。
第11A圖繪示根據本揭示案之態樣之在經塗佈卷材上的電極沖壓之示意性俯視圖。
第11B圖繪示根據本揭示案之態樣之經圖案化的鋰膜之示意性俯視圖。
第12A圖描繪根據本揭示案之態樣之經鋰塗佈的基板之光學影像。
第12B圖描繪根據本揭示案之態樣之在預鋰化之後的陽極之光學影像。
為了便於理解，在可能的情況下，已使用相同元件符號來表示諸圖中共同之相同元件。預期一個實施之元件及特徵可有益地併入其他實施中而無需進一步敘述。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
200:處理序列
210:操作
220:操作
230:操作
240:操作
250:操作
260:操作

Claims (20)

  1. 一種製造一預鋰化電極之方法，包括： 將包括一鋰金屬層之一載體基板安置成與包括一陽極材料層之一預製電極相鄰； 使該陽極材料層之一表面與該鋰金屬層之一表面接觸；以及 將該鋰金屬層及該預製電極壓延在一起。
  2. 如請求項1所述之方法，進一步包括： 使該載體基板與該陽極材料層之該表面分離以形成該預鋰化電極。
  3. 如請求項1所述之方法，其中壓延該鋰金屬層包括：將均勻壓力施加至該載體基板之一背表面。
  4. 如請求項3所述之方法，其中該均勻壓力為範圍自約0.3 MPa至約10 Mpa之一壓力。
  5. 如請求項1所述之方法，其中將該鋰金屬層及該預製電極壓延在一起包括：經由一對壓延輥移送該鋰金屬層及該預製電極。
  6. 如請求項1所述之方法，進一步包括：將包括該鋰金屬層之該載體基板或該預製電極中的至少一者加熱至一溫度。
  7. 如請求項6所述之方法，其中該溫度在自約攝氏50度至約攝氏180度之一範圍內。
  8. 如請求項1所述之方法，其中該預製電極為包括一碳質材料、矽、錫或其組合之一負電極。
  9. 如請求項8所述之方法，其中該碳質材料係選自天然石墨、人造石墨或其組合。
  10. 如請求項1所述之方法，其中該鋰金屬層具有自約1微米至約50微米之一厚度。
  11. 如請求項1所述之方法，其中將該鋰金屬層及該預製電極壓延在一起係在包括一稀有氣體之一氣氛中執行。
  12. 如請求項1所述之方法，其中將該鋰金屬層及該預製電極壓延在一起係在一真空環境下執行。
  13. 如請求項1所述之方法，進一步包括：將該預鋰化電極併入一電化學電池中，該電化學電池進一步包括一正電極、一隔板及一電解質。
  14. 一種鋰離子電池組，包括： 根據如請求項1所述之方法形成的一預鋰化電極； 包括一過渡金屬之氧化物的一正電極；以及 一電解質，其中該電解質選自一固體電解質、一液體電解質或一聚合物電解質。
  15. 如請求項14所述之鋰離子電池組，其中該預鋰化電極及該正電極中之每一者處於一充滿電位置。
  16. 如請求項15所述之鋰離子電池組，其中該預鋰化電極在該充滿電位置處完全鋰化，且該正電極在該充滿電位置處完全脫鋰化。
  17. 一種製造一預鋰化電極之方法，包括： 將一第一連續卷材基板自一退繞輥供應至一捲繞輥，其中該第一連續卷材基板包括一鋰金屬層； 將包括一經圖案化的陽極材料層之一第二連續卷材基板供應成與該第一連續卷材基板相鄰； 將該第一連續卷材基板及該第二連續卷材基板一起捲繞在一退繞輥上，以使得該經圖案化的陽極材料層之一表面接觸該鋰金屬層之一表面；以及 將壓力施加至該第一連續卷材基板及該第二連續卷材基板以預鋰化該經圖案化的陽極材料層，其中施加壓力包括張緊該退繞輥與該捲繞輥中之至少一者。
  18. 如請求項17所述之方法，進一步包括： 使該第一連續卷材基板與該經圖案化的陽極材料層之該表面分離以形成該預鋰化電極。
  19. 一種用以形成一預鋰化電極之塗佈系統，包括： 一卷對卷系統，用以輸送一連續的材料薄片經過一或更多個處理腔室；以及 一預鋰化模組，限定一處理區域並經調適以處理該連續的材料薄片，包括： 一退繞器，用以供應一連續載體基板； 一鋰沉積區域，用以在該連續載體基板上沉積一鋰膜； 一捲繞器，用以捲繞或重繞該經處理之連續載體基板；以及 一預製電極供應輥筒，其供應將由該載體基板上之該鋰膜預鋰化的一預製電極，其中將該預製電極供應輥筒定位成與該捲繞器相鄰，以使得該預製電極及該鋰膜彼此接觸時，該預製電極及該載體基板上之該鋰膜被壓縮在該捲繞器與預製電極供應輥筒之間。
  20. 如請求項19所述之塗佈系統，進一步包括用以壓縮該連續載體基板上之該鋰膜的一第一組壓延輥。
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