TWI714639B - 用以製造一可彎曲層堆疊之方法及設備以及可作為負電極之可彎曲層堆疊 - Google Patents

用以製造一可彎曲層堆疊之方法及設備以及可作為負電極之可彎曲層堆疊 Download PDF

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Abstract

本揭露係提供一種用以製造一可彎曲層堆疊(100)之方法。此方法包括：提供(310)一軟質基材(101)；沈積(320)一第一層(110)於軟質基材(101)之上方，第一層包括一第一材料；沈積(330)一第二層(120)於第一層(110)之上方，第二層包括一第二材料；以及移除(340)軟質基材(101)。

Description

用以製造一可彎曲層堆疊之方法及設備以及可作為負電極 之可彎曲層堆疊
本揭露之數個例子係有關於一種用以製造一可彎曲層堆疊之方法及設備，及有關於一種可彎曲層堆疊。本揭露之數個例子特別是有關於一種用以製造一鋰電池之一負電極之方法及設備，且有關於一鋰電池之一負電極。
數個方法係已知而用以沈積材料於基板上。舉例來說，基板可藉由物理氣相沈積(physical vapor deposition，PVD)製程、化學氣相沈積(chemical vapor deposition，CVD)製程、電漿輔助化學氣相沈積(plasma enhanced chemical vapor deposition，PECVD)製程等來進行塗佈。一般來說，製程係於處理設備或處理腔室中執行，基板係於處理設備或處理腔室中進行塗佈。沈積材料係提供於設備中。數種材料可使用以沈積在基板上，包括此些材料之氧化物、氮化物或碳化物。再者，可使用非真空塗佈方法。舉例來說，捲對捲塗佈(roll-to-roll-coating)製程 可使用於製造鋰(Li)電池，捲對捲塗佈製程例如是狹縫式塗佈(slot die coating)。
已塗佈材料可使用於數種應用中及數種技術領域中。舉例來說，已塗佈材料可使用於微電子學之領域中，例如是用於製造鋰電池。其他應用包括一般薄膜電池、電致變色視窗、絕緣面板、有機發光二極體(organic light emitting diode，OLED)面板、具有薄膜電晶體(TFT)之基板、彩色濾光片或類似者。
在鋰電池之情況中，具有高能量密度(energy density)或能量存儲密度(energy storage density)係有需要的，能量密度或能量存儲密度可視為總能量儲存在給定之系統或區域中之每單位體積的空間(Wh/l)或每重量的質量(Wh/kg)。舉例來說，藉由兩個相鄰電池之間的共同正極相互連接之數個電池結合鋰電池，能量密度可增加。
有鑑於上述，克服此領域中至少一些問題之用以製造可彎曲層堆疊之方法、用以製造可彎曲層堆疊之設備及可彎曲層堆疊係具有優點的。本揭露的目標係提供能夠實現高能量密度之可彎曲層及/或特別薄之可彎曲層。
有鑑於上述，根據獨立申請專利範圍之一種用以製造一可彎曲層堆疊之方法及設備、一種用以製造一負電極之方法及一種用於一鋰電池之負電極係提供。本申請之其他方面、優點、及特徵係透過附屬申請專利範圍、說明、及所附圖式更加清 楚。
根據本揭露之一方面，一種用以製造一可彎曲層堆疊之方法係提供。此方法包括提供一軟質基材；沈積一第一層於軟質基材之上方，第一層包括一第一材料；沈積一第二層於第一層之上方，第二層包括一第二材料；以及移除軟質基材。
根據本揭露之另一方面，一種用以製造一鋰(Li)電池之一負電極的方法係提供。此方法包括使用一滾軸配置於一真空腔室中導引的一軟質基材；沈積一第一層於軟質基材之上方，第一層包括鋰；沈積一第二層於第一層之上方，第二層包括銅；沈積一第三層於第二層之上方，第三層包括鋰；以及移除軟質基材。
根據本揭露之另一方面，一種用以製造一可彎曲層堆疊之設備係提供。此設備包括一滾軸配置，用以導引一軟質基材；一第一沈積源配置，裝配以沈積一第一層於軟質基材之上方，第一層包括一第一材料；一第二沈積源配置，裝配以沈積一第二層於第一層之上方，第二層包括一第二材料；以及一第三沈積源配置，裝配以沈積一第三層於第二層之上方，第三層包括第一材料。
根據本揭露之另一方面，一種用於一鋰電池之負電極係提供。此負電極係可彎曲且包括一第一層，包括鋰且具有等同於或多於5μm及/或等同於或少於15μm之一厚度；一第二層(120)，包括銅且具有等同於或少於10μm，較佳地等同於或少 於8μm，典型地等同於或少於7μm，特別是等同於或少於5μm；以及一第三層(130)，包括鋰且具有等同於或多於5μm及/或等同於或少於15μm之一厚度。
數個例子係亦有關於用以執行所揭露之方法之設備，且包括用以執行所揭露之方法方塊之設備部件。此些方法方塊可藉由硬體元件、由合適軟體程式化之電腦、兩者之任何結合或任何其他方式執行。再者，根據本揭露之數個例子係亦有關於操作所述之設備的方法。此些方法包括數個方法方塊，用以執行設備之功能。為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
100:可彎曲層堆疊
101:軟質基材
105:釋放層
110:第一層
115:第一粘附層
120:第二層
125:第二粘附層
130:第三層
200:設備
205:真空腔室
205a:第一真空腔室
205b:第二真空腔室
210:第一沈積源配置
220:第二沈積源配置
230:第三沈積源配置
251:退捲輥
253:滾軸
256:處理鼓
256a:第一處理鼓
256b:第二處理鼓
257:再捲輥
260:移除配置
260a:第一移除配置
260b:第二移除配置
300:方法
310、320、330、340:方塊
為了使本揭露的上述特徵可詳細地瞭解，簡要摘錄於上之本揭露更特有之說明可參照數個例子。所附之圖式係有關於本揭露之數個例子且係說明於下文中：第l圖繪示根據此處所述例子之可彎曲層堆疊之示意圖；第2A-C圖繪示根據此處所述例子之在不同處理狀態之可彎曲層堆疊之示意圖；第3A-D圖繪示根據此處所述例子之在不同處理狀態之可彎曲層堆疊之示意圖；第4A-B圖繪示根據此處所述例子之從可彎曲層堆疊移除軟質基材之示意圖；第5圖繪示根據此處所述例子之可彎曲層堆疊之示意圖； 第6圖繪示根據此處所述例子之用以製造可彎曲層堆疊之設備的示意圖；第7圖繪示根據此處所述例子之用以製造可彎曲層堆疊之設備的示意圖；以及第8圖繪示根據此處所述例子之用以製造可彎曲層疊堆之方法的流程圖。
詳細的參照將以本揭露之數種例子來達成，本揭露之一或多個例子係繪示於圖式中。在下方圖式之說明中，相同參考編號係意指相同元件。一般來說，有關於個別例子之相異處係進行說明。各例子係藉由說明本揭露的方式提供且不意味為本揭露之一限制。再者，所說明或敘述而做為一例子之部份之特徵可用於其他例子或與其他例子結合，以取得再其他例子。此意指本說明包括此些調整及變化。
再者，在下文說明中，舉例為部份之滾軸配置的輥或滾軸裝置可理解為提供一表面之裝置，此表面在基板出現於沈積配置(例如是沈積設備或沈積腔體)中之期間可與基板(或部份之基板)接觸。滾軸裝置之至少一部份可包括類似圓之形狀，用以接觸基板。在一些例子中，滾軸裝置可具有實質上圓柱之形狀。實質上圓柱之形狀可形成於直線縱軸之周圍或可形成於彎曲縱軸之周圍。根據一些例子，如此處所述之滾軸裝置可適用於接觸軟質基材。此處所意指之滾軸裝置可為導引輥，適用於在基板進 行塗佈(或部份之基板進行塗佈)時導引基板或在基板出現在沈積設備中時導引基板；展平輥(spreader ro11er)，適用於提供定義之張力給將塗佈之基板；轉向輥(deflecting ro11er)，用以根據所定義之移動路徑或類似者轉向基板。
根據此處所述之一些例子，此處所述之可亦意指為膜之軟質基材可包括類似聚乙烯對苯二甲酸酯(PET)、硬鍍(HardCoated)PET(HC-PET)、聚乙烯(PE)、聚醯亞胺(PI)、聚氨酯(PU)、三醋酸纖維素(TAC)、一或多種金屬、紙、其之組合、及已經塗佈之基板，像是硬鍍PET(例如硬鍍PET、硬鍍TAC)及類似物。
根據此處所述可與其他例子結合之數個例子，用以製造可彎曲層堆疊之方法，特別是用以製造鋰(Li)電池之負電極的方法係提供。軟質基材係提供於其中。包括第一材料之第一層係沈積於軟質基材之上方。包括第二材料之第二層係沈積於第一層之上方。接著，軟質基材係移除。軟質基材可視為暫時的載體。根據此處所述之數個例子，預定厚度之一或多層可在軟質基材從沈積於軟質基材上之此些層移除之前沈積於軟質基材上。特別是，個別層之厚度可準確地控制。再者，可彎曲層堆疊之處理可改善，因為可彎曲層堆疊可在製造期間保護沈積於其上之層而避免環境的影響。
第l圖繪示根據此處所述例子之可彎曲層堆疊100之示意圖。第l圖中所示之可彎曲層堆疊100包括第一層110、第二層120、及第三層130。雖然可彎曲層堆疊100係繪示於第l 圖中而具有三層，此領域中具有通常知識者將理解可彎曲層堆疊100可包括較大或較小數量之層，而可設置於第l圖中之第一層110、第二層120、及/或第三層130之上方、下及/或之間。
根據此處所述之一些例子，第一層110可包括第一材料，及/或第二層120可包括第二材料。再者，第三層130可包括第三材料或第三層130可包括第一層110之第一材料。舉例來說，第一材料可為鹼金屬，例如是鋰。第二材料可為導電材料，導電材料典型地為金屬，金屬例如是銅(Cu)或鎳(Ni)。再者，第二層120可包括一或多個次層。根據此處所述之一些例子，第一材料係鋰且第二材料係銅。舉例來說，第二層120可為集電層。
根據此處所述之一些例子，第一層110可具有一厚度，此厚度等同於或少於約25μm，典型地等同於或少於20μm,特別是等同於或少於15μm，及/或典型地等同於或大於3μm，特別是等同於或大於5μm。第一層110可夠厚以提供所欲之功能，且可夠薄以可彎曲。特別是，第一層110可儘可能薄，使得第一層110可仍提供其所欲之功能。
根據此處所述之一些例子，第二層120可具有一厚度，此厚度等同於或少於10μm，典型地等同於或少於8μm，有利地等同於或少於7μm，特別是等同於或少於6μm，特別是等同於或少於5μm。根據一些例子，第二層120之厚度可為等同於或少於4μm，或等同於或少於3μm，或等同於或少於2μm。
繪示於第l圖中之可彎曲層堆疊100可舉例為蓄電 池(secondary cell)之負電極或用於蓄電池之負電極，例如是鋰電池之負電極或正極或用於鋰電池之負電極或正極。根據此處所述之一些例子，用於鋰電池之可彎曲負電極包括第一層110、第二層120、及第三層130，第一層110包括鋰且具有等同於或多於5μm及/或等同於或少於15μm之厚度，第二層120包括銅且具有等同於或少於10μm，典型地等同於或少於8μm，有利地等同於或少於7μm，特別是等同於或少於6μm，特別是等同於或少於5μm之厚度，第三層130包括鋰且具有等同於或多於5μm及/或等同於或少於15μm之厚度。在鋰電池之情況中，第二層120可為集電層。
舉例來說，鋰電池之負電極或用於鋰電池之負電極係由沈積鋰層於銅箔之兩側上來製造。為了減少電池之重量以增加每重量(Wh/kg)或每體積(Wh/l)之儲能密度，最小化使用於鋰電池之元件的材料總量可為需要的。一般係使用具有典型地多於10μm之厚度的銅箔。然而，如果層堆疊沒有妥當地壓抵塗佈輪，在沈積鋰層於銅箔上的期間，正在製造的銅箔及/或層堆疊可能過熱。然而，既然張力可拉伸銅膜，正在製造之層堆疊可壓抵塗佈輪的張力之總量係受到限制，特別是針對薄的銅膜。
再者，因為鋰係立即地與濕氣作用，鋰在一般環境中可視為不穩定的。在塗佈系統係排氣時，(此些)層一般係封裝及/或受到保護。此系統一般係以乾燥氮或氬進行排氣，及滾軸交換可以在沒有濕氣之乾燥室中完成。一般來說，乾燥室或手套箱 (glove boxes)係使用來操作或處理鋰。
再者，銅箔可利用鋰塗佈於兩側上。沈積於銅箔之一側上的已塗佈之鋰可於銅箔捲於滾軸配置之上方來沈積鋰於銅箔之另一側上時受到保護。舉例來說，在鋰層接觸滾軸或滾軸配置之鼓之前，保護層或間隔件(interleaf)可放置於已沈積或已塗佈之鋰層上，以避免受到滾軸配置損害。
為了取得具有每公斤重之鋰電池有高能量密度之鋰電池，在最大化元件之功能的情況下，最小化使用於鋰電池之元件的材料總量可能有需要的。在負電極之情況中，可能需要在考量最大化功能時最大化負電極之接觸表面面積，且考量最小化負電極的重量時最小化負電極的厚度。如上所述，傳統方式仍然使用具有典型多於10μm之厚度的銅箔。較小厚度之銅箔仍然提供所欲之功能。然而，目前銅箔在商業規模上不能製造薄於大約8μm。
第2A至2C圖繪示根據此處所述例子之在對應之製造方法的不同處理點的可彎曲層堆疊100之示意圖。
第2A圖繪示出軟質基材101。包括第一材料之第一層110沈積於軟質基材101之上方。特別是，濺射製程、蒸發製程、或化學氣相沈積製程可使用以沈積例如是第一層110之層或薄層於軟質基材101上，蒸發製程例如是熱蒸發製程，化學氣相沈積製程例如是電漿輔助化學氣相沈積製程。再者，捲對捲沈積系統可亦使用於舉例是顯示器工業及光電(photovoltaic，PV)工業 中。舉例來說，可使用滾軸塗佈、狹縫式塗佈或印刷。
從第2B圖可見，包括第二材料之第二層120可沈積於第一層110之上方。第二層120可具有小於第一層110之厚度。第二層可額外或選擇性具有一厚度，此厚度等同於或大於第一層110之厚度。
接著，軟質基材101可從具有第二層120沈積於其上之第一層110移除。所取得之可彎曲層堆疊100係繪示於第2C圖中。也就是說，軟質基材101可從可彎曲層堆疊100移除。特別是，可彎曲層堆疊100可視為不包括軟質基材101。軟質基材101可視為暫時之載體。「暫時之載體」可視為提供支座來用以製造例如是可彎曲層堆疊100之層堆疊的基板或載體，此基板或載體可在此層堆疊之處理之後或期間從此層堆疊移除。再者，在本申請之情況中，可彎曲層堆疊100可亦視為是包括軟質基材101。
第3A至3D圖繪示根據此處所述其他例子之在對應之製造方法的不同處理點的可彎曲層堆疊100之示意圖。
第3A圖繪示出軟質基材101。包括第一材料之第一層110係沈積於軟質基材101之上方。特別是，濺射製程、蒸發製程、或化學氣相沈積製程可使用以沈積例如是第一層110之層或薄層於軟質基材101上，蒸發製程例如是熱蒸發製程，化學氣相沈積製程例如是電漿輔助化學氣相沈積製程。再者，捲對捲沈積系統可亦使用於舉例是顯示器工業及光電工業中。舉例來說，可使用滾軸塗佈、狹縫式塗佈或印刷。
如從第3B圖可見，包括第二材料之第二層120可沈積於第一層110之上方。第二層120可具有小於第一層110之厚度。第二層120可額外或選擇性具有一厚度，此厚度等同於或大於第一層110之厚度。
根據第3C圖，第三層140可沈積於第二層120之上方。第三層130可包括不同於第一材料和第二材料之第三材料。或者，第三層130可包括第一材料。
特別是，第三層130可藉由相同材料或材料成份以類似或相同於第一層110之結構與厚度形成。也就是說，第二層120可視為夾置在兩個實質上相同層之間，兩個實質上相同層舉例為包括相同材料及/或結構之兩層。
軟質基材101可從具有第二層120及第三層130沈積於其上之第一層110移除。所取得之可彎曲層堆疊100係繪示於第3D圖中。
舉例來說，如第3D圖中所示之可彎曲層堆疊100可為如第1圖中所示之可彎曲層堆疊100。也就是說，藉由上述之製造方法，可取得可彎曲層堆疊100。
舉例來說，如第1及3D圖中所示之可彎曲層堆疊100可為蓄電池之負電極或用於蓄電池之負電極，例如是鋰電池之正極或用於鋰電池之正極。在此情況中，第一材料可為鋰，及第二材料可為銅。第一層110及第三層130可形成以具有一厚度，此厚度等同於或多於5μm及/或等同於或少於15μm，及/或第二 層120可形成以具有一厚度，此厚度等同於或少於10μm，典型地等同於或少於8μm，有利地等同於或少於7μm，特別是等同於或少於6，特別是等同於或少於5μm。
根據此處所述之一些例子，軟質基材101可裝配以作為用於第一層之保護層，特別是在製造可彎曲層堆疊100之期間。也就是說，軟質基材101可保護沈積於其上之層，例如是第一層110，而避免環境應力之影響。舉例來說，鋰係高活性且易燃的，且鋰係於接觸濕氣時腐蝕。設置於第一層110之表面上或上方之軟質基材101可保護第一層110而避免接觸環境及/或避免與環境作用。再者，軟質基材101可保持於可彎曲層堆疊100上或上方，舉例為在儲存可彎曲層堆疊100之期間，直到可彎曲層堆疊100係實際地使用。再者，對於包括沈積源而不接觸前表面之塗佈工具的情況來說，既然軟質基材101可做為保護層及/或間隔件，間隔件之處理可避免。
根據此處所述之一些例子，其他保護層可提供及/或沈積於第三層130之上方，特別是保護第三層130而避免環境應力之影響。此其他保護層可包括相同於軟質基板101之材料或適合用於保護第三層130之另一材料。
根據此處所述之一些例子，軟質基材101及/或此其他保護層可為屏障膜或金屬膜，具有低水含量及/或低水蒸氣率及/或氧穿透率(oxygen transmission rate)，特別是分別保護第一層110及/第三層130而避免與環境反應。
雖然蓄電池的負電極或用於蓄電池之負電極以及其之製造係已經說明，本揭露不以此為限。本揭露可應用於任何可彎曲層堆疊，特別是應用於一般進行一層之雙側塗佈的情況，例如是上述之銅層。也就是說，藉由沈積一連串層於軟質基材上且在此些層沈積之後從此些層移除軟質基材，本揭露提供用以製造可彎曲層堆疊之方法。
舉例來說，所揭露之方法可使用來製造可彎曲層堆疊100，具有金屬網格做為第一層110及最終做為第三層130。於此情況中，絕緣層可沈積做為第二層120。再者，可製造具有氧化銦錫(indium tin oxide，ITO)層或ITO塗佈做為第一層110及最終做為第三層130，且絕緣層做為第二層120之可彎曲層堆疊100。本揭露對於可實現具有設置於兩個類似或實質上一致或相同層之間的中間層之可彎曲層堆疊係特別具有優點。
第4A-B圖繪示根據此處所述例子之從可彎曲層堆疊移除軟質基材101之示意圖。
根據此處所述之一些例子，釋放層105可提供於軟質基材101之上方，特別是軟質基材101上。也就是說，釋放層105可提供於軟質基材101與第一層110之間。特別是，釋放層105可沈積於軟質基材101之上方，典型於軟質基材101上，特別是在第一層110沈積之前。根據此處所述之數個例子，移除軟質基材101可有助益。
舉例來說，如第4A圖中所示，釋放層105可為蝕 刻終止層105。根據此處所述之一些例子，移除軟質基材101包括蝕刻軟質基材101。軟質基材101可蝕刻至第一層110。在蝕刻終止層105係提供於軟質基材101及第一層110之間的情況中，蝕刻可執行至達到蝕刻終止層105為止。
在蝕刻終止層105係提供之情況中，第一材料可受到保護而避免接觸例如是用以蝕刻軟質基材之蝕刻液。如上所概述，保護第一層110而避免環境應力之影響可能有需要。藉由提供蝕刻終止層105，第一層110可受到保護而避免接觸例如是蝕刻液。再者，蝕刻終止層105或蝕刻終止層105之剩餘部份在蝕刻軟質基材101後可做為保護層，用以保護第一層110而避免環境應力之影響。
蝕刻軟質基材101可包括濕蝕刻製程或乾蝕刻製程。蝕刻終止層105可包括一材料，此材料在考量提供之蝕刻製程係具有較軟質基材101之材料低的蝕刻率。
再者，如第4B圖中所示，釋放層105可為剝除層105。根據此處所述之一些例子，移除軟質基材101包括剝除軟質基材101離開第一層110。軟質基材101可剝除而離開第一層110。在剝除層105提供於軟質基材101及第一層110之間的情況中，軟質基材101及剝除層105可剝除而離開第一層110。
相較於對第一層110，剝除層105可對軟質基材101提供較高之粘附或粘附力。特別是，相較於軟質基材101針對第一層110之粘附及粘附力，剝除層105可針對第一層110具有較 低之粘附或粘附力。剝除層可視為相對於第一層110或第一層110之材料係低粘附層，且相對於軟質基材101或軟質基材101之材料係高粘附層。
剝除層105可為單一層或包括數層，此些層舉例為彼此接合。舉例來說，剝除層105可包括粘附次層及非粘附次層，粘附次層面對軟質基材101，非粘附次層面對第一層110。在此情況中，「非粘附」或「非粘附次層」可理解為一層，此層具有一些粘附特性但其粘附至其相鄰或鄰接層之能力可能係低的或低於「粘附」次層粘附至其對應之相鄰或鄰接層之能力。
再者，釋放層105可為雷射釋放層。根據此處所述之一些例子，移除軟質基材101包括雷射照射雷射釋放層。也就是說，雷射釋放層可為藉由雷射光之照射損失其粘附特性之粘附層及/或藉由雷射之照射損壞之粘附層。舉例來說，雷射釋放層可經由軟質基材101進行雷射照射。在此情況中，軟質基材101可包括透明以用於雷射光之材料，雷射光使用來照射雷射釋放層。
第5圖繪示根據此處所述例子之可彎曲層堆疊100之示意圖。
根據此處所述之一些例子，第一粘附層115可提供於第一層110及第二層120之間。特別是，第一粘附層115可沈積在第一層110上或上方，典型於第二層120沈積之前。根據一些例子，第一粘附層115可具有兩個相對之表面，其中一個相對之表面接觸第一層110，且另一個相對之表面接觸第二層120。在 第一層110及第二層120之間的粘附可有助益。可彎曲層堆疊100之穩定度可改善。
根據此處所述之第三層130係提供於其中之一些例子，第二粘附層125可提供於第二層120及第三層130之間。特別是，第二粘附層125可沈積於第二層120上或上方，典型地在第三層130沈積之前。根據一些例子，第二粘附層125可具有兩個相對之表面，其中一個相對之表面係接觸第二層120，及另一個相對之表面係接觸第三層130。在第二層120及第三層130之間的粘附可有助益。可彎曲層堆疊100之穩定度可改善。
第6圖繪示根據此處所述例子之用以製造可彎曲層堆疊100之設備200之示意圖。
設備200包括滾軸配置250，用以導引軟質基材101，設備200可亦意指為處理設備200。一或多個處理站可提供來處理軟質基材101。舉例來說，可提供第一沈積源配置210，第一沈積源配置210裝配，以沈積包括第一材料之第一層110於軟質基材101之上方。再者，可提供第二沈積源配置220，第二沈積源配置220裝配，以沈積包括第二材料之第二層120於第一層110之上方。再者，可提供第三沈積源配置230，第三沈積源配置230裝配，以沈積包括第三材料或第一材料之第三層130於第二層120之上方。
舉例來說，第一沈積源配置210可裝配，以沈積例如是鋰之鹼金屬於軟質基材101之上方，用以形成第一層110。 第二沈積源配置220可裝配，以沈積導電材料於第一層110之上方，用以形成第二層120，導電材料典型為例如是銅之金屬。第三沈積源配置230可裝配，以沈積例如是鋰之鹼金屬於第二層之上方，用以形成第三層130。
根據此處所述之例子，各第一沈積源配置210、第二沈積源配置220及第三沈積源配置230可包括一或多個沈積源。特別是，每個沈積源配置之沈積源的數量可根據由個別之沈積源配置形成之所欲之層厚度調整，沈積源配置例如是第一沈積源配置210、第二沈積源配置220及第三沈積源配置230。舉例來說，在鋰電池之負電極或用於鋰電池之負電極的情況中，具有較厚於夾置於其間之銅層的鋰層係需要的。第一沈積源配置210及第三沈積源配置230可裝配以沈積鋰，且包括多於裝配以沈積銅之第二沈積源配置220之沈積源。如第6圖中所範例性繪示，第一沈積源配置210及第三沈積源配置230各包括兩個沈積源，而第二沈積源配置220包括一個沈積源。
再者，沈積源配置可提供而用以沈積剝除層105、第一粘附層115及/或第二粘附層125。特別是，用以沈積剝除層105之沈積源配置可於用以沈積第一層110之第一沈積源配置210之前提供。用以沈積第一粘附層115之沈積源配置可提供於第一沈積源配置210及第二沈積源配置220之間，第一沈積源配置210用以沈積第一層110，第二沈積源配置220用以沈積第二層120。用以沈積第二粘附層125之沈積源配置可提供於第二沈積源配置 220及第三沈積源配置230之間，第二沈積源配置220用以沈積第二層120，第三沈積源配置230用以沈積第三層130。
設備200可包括真空腔室205。根據此處所述之數個例子，軟質基材101係於真空腔室205中使用滾軸配置250引導。滾軸配置250可包括處理鼓256或塗佈鼓256，處理鼓256或塗佈鼓256可設置於真空腔室205中。此一或多個處理站可設置於真空腔室205中，以於基板於處理鼓256上導引時處理基板。第6圖範例性繪示五個沈積站之形式的三個處理站而形成第一沈積源配置210、第二沈積源配置220及第三沈積源配置230之示意圖。各處理站或沈積源配置可範例性為可旋轉濺射靶或一對之可旋轉濺射靶或任何所需數量之可旋轉濺射靶。根據此處所述之例子，沈積源配置可包括舉例為應用於鋰之線性蒸發器。
雖然真空腔室205已經說明成真空腔室，在例如是滾軸塗佈、狹縫式塗佈及印刷之非真空沈積技術的情況中，可使用舉例為乾燥室或手套箱之腔室205。
更如第6圖中所示，塗佈鼓256或處理鼓256具有旋轉軸，旋轉軸提供於設備200中。處理鼓256具有彎曲外表面，用以沿著彎曲外表面導引軟質基材101。軟質基材101係導引通過第一真空處理區域且舉例通過至少一第二真空處理區域。雖然沈積源配置於此處時常意指為處理站，像是蝕刻站、加熱站等其他處理站可亦沿著處理鼓256之彎曲表面提供。因此，此處所述之可具有用於數種沈積源之隔室的設備係提供數種濺射、蒸發、 化學氣相沈積、電漿輔助化學氣相沈積及/或物理氣相沈積製程於單一沈積設備中之模組化組合，單一沈積設備舉例為捲對捲塗佈機(R2R coater)。
根據此處所述之一些例子，處理站可模組化裝設有不同之處理工具。於模組概念中，所有種類之沈積源可使用於根據此處所述之數個例子的處理設備中或沈積設備中，例如是用以製造可彎曲層堆疊之設備。模組概念有助於降低用於沈積複雜之層堆疊的成本，複雜之層堆疊係必須提供不同沈積技術或製程參數之複雜組合來進行沈積。
一般來說，根據此處所述之一些例子，電漿沈積源可適用於沈積薄膜於軟質基材、玻璃基板或矽基板上，軟質基材舉例為網格(web)或箔。一般來說，電漿沈積源可適用於且可使用於沈積薄膜於軟質基材101上，例如是第一層110及/或第二層120及/或第三層130以舉例形成可彎曲層堆疊100。可彎曲層堆疊可用以提供蓄電池或TFT之負電極或用於蓄電池或TFT之負電極、觸控螢幕裝置元件、或可彎曲PV模組。
根據此處所述之數個例子，電漿沈積源可提供做為電漿輔助化學氣相沈積源，具有多區域電極裝置，多區域電極裝置包括兩個、三個或甚至多個射頻(radio frequency，RF)電極，相對於移動之網格配置。根據此處所述之數個例子，多區域電漿沈積源可亦提供給中頻(middle frequency，MF)沈積。根據此處所述之再其他例子，提供於此處所述之沈積設備中的一或多個沈積源 可為微波源及/或可為濺射源，舉例為濺射靶。舉例來說，對於微波源而言，電漿係由微波輻射激化，且源係裝配以利用微波輻射激化及/或維持電漿。
如第6圖中所示，軟質基材101可從退捲輥251導引至處理鼓256，且於軟質基材101處理之後可收捲至再捲輥257上。為了導引軟質基材101通過設備200，可提供數個滾軸253。滾軸253可提供選自群組之至少一功能，此群組由導引軟質基材101、拉伸(tensioning)軟質基材101、展開(spreading)軟質基材101、充電軟質基材101、放電軟質基材101、及加熱或冷卻軟質基材101所組成。
根據此處所述之一些例子，處理鼓256可加熱或冷卻至所需的處理溫度。控制器可藉由連接件連接於在處理鼓256中的加熱或冷卻裝置。根據此處所述之典型例子，處理鼓256可針對沈積目的而進行加熱，且可舉例為在蝕刻製程期間進行冷卻。再者，處理鼓256可在舉例為具有低熔點之材料的沈積期間進行冷卻，此材料例如是鋰。
根據此處所述數個之例子，可提供移除配置260，用以從第一層110及/或可彎曲層堆疊100移除軟質基材101。特別是，移除配置260可在處理鼓256之後，典型地在再捲輥257之前提供於設備200中。雖然移除配置260已經說明成於再捲輥257前提供於設備200中，可彎曲層堆疊100可收捲於包括軟質基材101或具有軟質基材101設置於其上之再捲輥257上。舉例 來說，針對如上述之保護理由，可彎曲層堆疊100可儲存而具有軟質基材101。在此情況中，分開之移除配置可設置，用以於可彎曲層堆疊使用於其所欲之操作及/或功能之前移除軟質基材101。根據此處所述的一些例子，可彎曲層堆疊100可儲存，特別是在軟質基材101移除之前。舉例來說，在鋰電池之例子中，軟質基材101可在電池單元組設前移除。
第7圖繪示根據此處所述例子之用以製造可彎曲層堆疊100及/或處理軟質基材101之其他設備200的示意圖。
如第7圖中所示之設備200係類似於如第6圖中所示之設備。然而，如第7圖中所示之設備包括多於一個的處理鼓。此設備的產量可有利地增加。
根據此處所述之數個例子，第一處理鼓256a可裝配以沈積第一材料，且第二處理鼓256b可裝配以沈積第二材料。也就是說，第一處理鼓256a可裝配有第一沈積源配置210，第一沈積源配置210裝配以沈積第一材料，且第二處理鼓256b可裝配有第二沈積源配置220，第二沈積源配置220裝配以沈積第二材料。舉例來說，第一處理鼓256a可裝配，以沈積例如是鋰之鹼金屬於軟質基材101上，用以形成第一層110，且沈積例如是鋰之鹼金屬於仍舊形成之第二層120上，用以形成第三層130。第二處理鼓256b可裝配以沈積導電材料於第一層110上，用以形成第二層120，導電材料典型地為金屬，金屬例如是銅。
也就是說，軟質基材101可從退捲輥251退捲、藉 由滾軸253導引至第一處理鼓256a及第二處理鼓、在第一層110及至少部份之第二層120處理之後收捲於再捲輥257上。接著，軟質基材101可從再捲輥257導引回到退捲輥251、通過第二處理鼓256b及第一處理鼓256a，其中第二層120及第三層130之剩餘部份最終可分別地沈積。因此，軟質基材101可向前及向後收捲通過用以製造可彎曲層堆疊100之設備。
如第7圖中範例性繪示，第一移除配置260a可配置而相鄰於退捲輥251及/或第二移除配置260b可提供而相鄰於再捲輥257。特別是，移除配置可有利地提供而相鄰於退捲輥251及再捲輥257之其中一者，可彎曲層堆疊100係在可彎曲層堆疊100處理之後收捲於退捲輥251及再捲輥257之其中一者。
再者，當可彎曲層堆疊100通過個別之處理鼓時，例如是第一處理鼓256a及第二處理鼓256b之處理鼓可特別是裝配而用於將沈積之材料。舉例來說，在沈積鋰於導引在第一處理鼓256a上之軟質基材101之上方的期間，第一處理鼓256a可進行冷卻。
根據此處所述之數個例子，此一或多個處理鼓可配置於分開之真空腔室中。於第7圖中所示之例子中，第一處理鼓256a配置於第一真空腔室205a中，且第二處理鼓256b配置於第二真空腔室205b中。也就是說，在例如是第一真空腔室205a及第二真空腔室205b之各真空腔室中的處理環境可適用於在個別之真空腔室中將執行之個別的沈積製程。在可視為高度汙染之鋰 沈積之情況中，僅有實際用於鋰沈積之真空腔室係受到汙染。
在第7圖之例子中係繪示兩個處理鼓(也就是說，第一處理鼓256a及第二處理鼓256b)及兩個真空腔室(也就是說，第一真空腔室205a及第二真空腔室205b)。然而，可提供任何數量之處理鼓及/或真空腔室。舉例來說，可提供三個處理鼓，也就是第一處理鼓、第二處理鼓及第三處理鼓。第一處理鼓可裝配有第一沈積源配置210，第二處理鼓可配置有第二沈積源配置220，且第三處理鼓可裝配有第三沈積源配置230。各第一沈積源配置210、第二沈積源配置220及第三沈積源配置230可包括預定數量之沈積源，例如是藉由各自之沈積源配置所將形成之層的所欲厚度決定。
再者，各第一處理鼓、第二處理鼓及第三處理鼓可配置於分開之真空腔室中，也就是分別在第一真空腔室、第二真空腔室、及第三真空腔室中。再者，一或多個處理鼓可配置於共同真空腔室中，而其他處理鼓係配置於不同真空腔室中。舉例來說，皆裝設有數個沈積源配置之第一處理鼓及第三處理鼓可設置於共同真空腔室中，沈積源配置裝配以沈積第一材料，舉例為第一沈積源配置210及第三沈積源配置230，而裝設有一或多個沈積源配置之第二處理鼓可配置於另一真空腔室中，沈積源配置裝配以沈積第二材料，例如是第二沈積源配置220。也就是說，用以沈積相同材料之處理鼓可有利地配置於相同之真空腔室中。再者，根據使用之沈積製程，舉例為乾燥室或手套箱之腔室可使用 以取代真空腔室。舉例來說，鋰沈積製程可於舉例為在乾燥室之腔室中執行，及/或銅沈積製程可於真空腔室中執行。
根據一些例子，可作為部份之滾軸配置250的此一或多個處理鼓256可加熱或冷卻至所需的處理溫度。特別是，在軟質基材101接觸此一或多個處理鼓256之前，軟質基材101之溫度可藉由滾軸配置250調整。在冷卻之處理鼓的情況中，具有降調量(under-regulation)之調整控制可調整溫度成略微地高於處理鼓的溫度，且具有超調量(over-regulation)之調整控制可調整溫度成略微地低於處理鼓之溫度。
第8圖繪示根據此處所述例子之用以製造可彎曲層堆疊100之方法300的流程圖。
根據方塊310，用以製造可彎曲層堆疊100之方法300包括提供軟質基材101。根據方塊320，包括第一材料之第一層110係沈積於軟質基材101之上方。根據方塊330，包括第二材料之第二層120沈積於第一層110之上方。根據方塊340，軟質基材101係移除。特別是，可彎曲層堆疊100一般可於軟質基材101移除之前儲存及/或傳送。
根據此處所述之數個例子，包括第三材料或第一材料之第三層130可沈積於第二層120之上方。特別是，根據上方或其他方塊，方法300可包括沈積其他層及/或其他處理操作，例如是拉伸軟質基材101、展開軟質基材101、充電軟質基材101、放電軟質基材101、及加熱或冷卻軟質基材101。
根據此處所述之特定例子，方法300可提供而用以製造鋰電池的負電極或用於鋰電池之負電極。其中，軟質基材101可於真空腔室205中使用滾軸配置250導引。包括鋰之第一層110可沈積於軟質基材101之上方。特別是，第一層110可為鋰層。包括銅之第二層120可沈積第一層110之上方。特別是，第二層120可為銅層。包括鋰之第三層130可沈積於第二層120之上方。特別是，第三層130可為鋰層。軟質基材101可移除。
第一層110及第三層130可形成一厚度，此厚度等同或少於約25μm，較佳地等同於或少於20μm，典型地等同於或少於15μm，及/或較佳地等同於或大於3μm，典型地等同於或大於5μm。第二層120可形成一厚度，此厚度等同於或少於10μm，典型地等同於或少於8μm，有利地等同於或少於7μm，特別是等同於或少於6μm，特別是等同於或少於5μm。
此處所述之數個例子可提供下述之優點。鋰可沈積於暫時之載體上。在製造或處理期間，溫度控制及處理可因而有所幫助。再者，已沈積層之厚度可調整，已沈積層例如是銅層。因此，層厚係沒有限制，例如是商業可行之銅箔。在例如是鋰電池之蓄電池的情況中，薄的銅層可進行處理。鋰電池之能量密度可增加，也就是更少重量及體積用於相同能量儲存能力。再者，可省去用以在特定層之雙側塗佈的付出，a例如是舉例為利用鋰塗佈第一側、利用保護膜保護已塗佈層、反轉層堆疊以舉例為利用鋰塗佈第二側。塗佈製程或沈積製程可有利地於載體膜上執 行，例如是軟質基材之載體膜本身可做為例如是用於已沈積之鋰的保護或保護層。
綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100:可彎曲層堆疊
110:第一層
120:第二層
130:第三層

Claims (18)

  1. 一種用以製造一可彎曲層堆疊(100)之方法，該方法包括：提供一軟質基材(101)；沈積一第一層(110)於該軟質基材(101)之上方，該第一層包括一第一材料，該第一材料係一鹼金屬；沈積一第二層(120)於該第一層(110)之上方，該第二層包括一第二材料，該第二材料係一導電材料；以及移除該軟質基材(101)，其中該可彎曲層堆疊(100)係為用於一蓄電池之一負電極，且該第二層係為一集電層。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，更包括：沈積一第三層(130)於該第二層(120)之上方，其中該第三層(130)包括該第一材料。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第一材料係鋰。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第一層(110)係形成等同於或少於約25μm。
  5. 如申請專利範圍第1或4項所述之方法，其中該第一層(110)係形成等同於或大於3μm。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第二材料係銅。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之方法，更包括： 使用一滾軸配置(250)於一真空腔室(205)中導引該軟質基材(101)。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該軟質基材(101)係裝配以作為用於該第一層(110)之一保護層。
  9. 如申請專利範圍第1或8項所述之方法，其中在該可彎曲層堆疊(100)之製造期間，該軟質基材(101)係裝配以作為用於該第一層(110)之保護層。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中移除該軟質基材(101)包括剝除該軟質基材(101)離開該第一層(110)。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中移除該軟質基材(101)包括蝕刻該軟質基材(101)。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之方法，更包括：提供一釋放層(105)於該軟質基材(101)之上方。
  13. 一種用以製造一鋰電池之一負電極(100)的方法(300)，該方法包括：使用一滾軸配置(250)於一真空腔室(205)中導引的一軟質基材(101)；沈積一第一層(110)於該軟質基材(101)之上方，該第一層包括鋰；沈積一第二層(120)於該第一層(110)之上方，該第二層包括銅，該第二層係為一集電層； 沈積一第三層(130)於該第二層(120)之上方，該第三層包括鋰；以及移除該軟質基材(101)。
  14. 一種用以製造一可彎曲層堆疊(100)之設備，該設備(200)包括：一滾軸配置(250)，用以導引一軟質基材(101)；一第一沈積源配置(210)，裝配以沈積一第一層(110)於該軟質基材(101)之上方，該第一層包括一第一材料，該第一材料係一鹼金屬；一第二沈積源配置(220)，裝配以沈積一第二層(120)於該第一層(110)之上方，該第二層包括一第二材料，該第二材料係一導電材料；以及一第三沈積源配置(230)，裝配以沈積一第三層(130)於該第二層(120)之上方，該第三層包括該第一材料，其中該可彎曲層堆疊(100)係為用於一蓄電池之一負電極，且該第二層係為一集電層。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之設備，更包括：一移除配置(260)，用以從該第一層(110)移除該軟質基材(101)。
  16. 如申請專利範圍第14或15項所述之設備，其中該第一材料係鋰，及該第二材料係銅。
  17. 一種用於一鋰電池之負電極，該負電極係可彎曲且包括：一第一層(110)，包括鋰且具有等同於或多於5μm及/或等同於或少於15μm之一厚度；一第二層(120)，包括銅且具有等同於或少於10μm，該第二層係為一集電層；以及一第三層(130)，包括鋰且具有等同於或多於5μm及/或等同於或少於15μm之一厚度。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之負電極，更包括一第一粘附層(115)及一第二粘附(125)層之至少一者，該第一粘附層位於該第一層(110)與該第二層(120)之間，該第二粘附層位於該第二層(120)與該第三層(130)之間。
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