锂金属阳极组件及制造设备和方法与流程

锂金属阳极组件及制造设备和方法
相关申请的交叉引用
1.本技术要求于2020年10月16日提交的美国临时申请号63/092,849，于2021年5月19日提交的美国临时申请号63/190,738，于2021年7月16日提交的美国临时申请号63/222,857的权益和优先权。这些申请的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
2.在其一方面，本公开涉及多层阳极组件的生产和使用，所述多层阳极组件适用于包括例如锂离子的电池和锂金属固态电池,但不使用锂箔，以及生产多层阳极组件的方法和设备。


背景技术：

3.日本专利公开号jp2797390b2公开了一种负极和碳质材料以及作为阳极活性材料的集电器，具有作为正极活性材料的锂化合物的正极，二次电池和非水电解质，正极活性材料，第二具有由第一锂化合物组成的主活性材料，所述第一锂化合物具有比所述集电器的氧化电势更高的电势，比所述集电器的氧化电势更低的电势。通过包含由锂化合物组成的辅助活性物质，可以获得具有优异的防过放电性能的辅助活性材料。
4.美国专利号10,177,366公开了一种高纯度锂和相关产品。在普遍的实施例中，本公开提供了一种锂金属产品，其中锂金属是使用选择性锂离子传导层获得的。选择性锂离子传导层包括仅传导锂离子的反应金属离子导电玻璃或玻璃陶瓷。与商业锂金属相比，使用选择性锂离子传导层生产的本锂金属产品有利地提供了改进的锂纯度。根据本公开，可以获得具有至少99.96重量百分比的纯度的基于金属的锂金属。
5.美国专利号7,390,591公开了用于保护活性金属阳极的离子导电膜及其制造方法。膜可以并入活性金属负极(阳极)结构和电池单元中。根据本发明，膜具有想要的特性：整体高离子电导率和对阳极、阴极和电池制造中遇到的环境条件的化学稳定性。该膜能够保护活性金属阳极免于与其他电池部件或环境条件发生有害反应，同时提供高水平的离子电导率以促进制造和/或增强其中并入该膜的电池单元的性能。
6.美国专利公开号2020/0194786公开了一种用于从分隔电池单元中的化学试剂产生电能的系统，包括：至少两个电极(包括至少一个阳极和至少一个阴极)；将阳极和阴极分开的至少一个隔膜(separator)；和离子液体电解质系统。该系统可以是电池或电池系统的一个或多个电池单元。离子液体电解质系统包括离子液体溶剂；醚共溶剂(按重量计占电解质的少数部分)；和锂盐。在优选的变型中，阳极是锂金属阳极，阴极是金属氧化物阴极，隔膜是聚烯烃隔膜。


技术实现要素：

7.之前已经尝试提供适用于液体电解质金属锂离子(lmb)、混合锂金属(hlb)和固态电池(ssb)的锂阳极。这些阳极通常是通过箔材轧制(foil rolling)和挤压工艺制成的。锂
是活性的、物理上很薄弱并且具有自粘性，轧制锂的困难是众所周知的，并且将可以轧制和搬运的箔的实际厚度限制在大于20微米。
8.消除处理锂阳极的一些困难的一种方法是在更坚固的基板的合适位置形成阳极。这允许负载通过更坚固的材料，在某些情况下，这种材料也可以用作阳极集电器。
9.例如，美国专利号10,177,366教导了一种沉积在基板上的锂阳极，该锂阳极通过锂化学物质的水溶液通过锂离子选择性膜进行电解制成。这种方法将锂涂层施加于多种基板之一。该工艺需要带状涂布机，使用面积相对较小的膜来实现涂覆。该工艺在电池制造方面有几个缺点，这使得它不能对生产ssb锂阳极产生吸引力：
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电沉积速率低，因此大批量生产需要大量资金投资，导致生产总成本高。
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该工艺使用易燃的有机电解质，再加上电解系统容易产生火花，会造成火灾隐患。
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不能制造大型、耐用的固体电解质或离子选择性膜，这意味着这种机器的生产率不高，因此不能实现具有经济吸引力的成本。
10.美国专利号7,390,591公开了一种通过各种工艺(包括物理气相沉积)在锂离子导电玻璃基板上形成的受保护锂阳极。离子导电玻璃旨在用作隔膜和层状固体电解质的一部分。该工艺适用于制造带有玻璃隔膜的锂ssb，并通过保护锂免受大气侵蚀来克服与锂活性相关的问题。然而，所公开的阳极有几个缺点：
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它需要一个由铜制成的集电器，这在本质上是昂贵的并且会产生相当高的最低成本(基板材料成本的比较见表7)。
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它适用于使用玻璃隔膜的电池，但不适用于其他电池设计。
11.美国专利号5,522,955公开了一种基于物理气相沉积工艺的锂阳极和生产设备。提出的设备在铜、镍、不锈钢或导电聚合物上沉积8-25微米厚的锂层。气相沉积是一种用于大规模生产包装材料的廉价工艺，因此能够以极具吸引力的成本制造阳极。然而，本公开进一步考虑将离子导电聚合物施加到阳极表面以在暴露于空气时保护其表面免于氧化和氮化，并产生部分电池单元组件。该第二步是在与进行气相沉积的不同腔室中完成的。这产生了一些缺点，包括：
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它需要一个由铜制成的集电器，这在本质上是昂贵的并且会产生相当高的最低成本(基板材料成本的比较见表7)。
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现有技术提出的其他材料具有相对较高的成本和较低的导电性，这降低了电池单元性能并加剧了电镀和剥离问题。
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施加保护涂层所需的设备复杂并且需要单独的处理室。
12.除了成本高之外，金属锂阳极一直受到运行中的问题(issues in operation)的困扰，这些问题破坏了其高能量密度所提供的好处。其中最普遍的是倾向于形成枝晶，尤其是在高电镀电流密度下(即快速充电)。枝晶是在发生优选的锂电镀的地方形成的结构，导致突出物可以穿透电池单元的隔膜，导致短路、性能损失和潜在的火灾。电镀的其他缺陷包括高孔隙率或长苔藓状的锂沉积物，它们容易与电解质发生不想要的化学反应，导致锂和电解质同时被消耗，并导致电池过早失效。在使用液态电解质的电池单元中，即使是成形良好的锂也会随着时间的推移与电解质发生反应，从而导致电池性能的循环寿命、储存寿命、能量密度和充电速率受到限制。
13.已经开发了几种方法来解决上述问题。例如，us20160233549a1和us20200194786a1公开了锂金属阳极电池单元，其使用专门的电解质，旨在最大限度地减少电解质与锂金属阳极之间的反应，并抑制枝晶的形成。这些方法至少部分有效，但是，外来电解质会给电池单元带来额外的成本负担，并可能在其他性能和可制造性方面做出妥协。
14.us20200194786a1还提出在阳极中使用包含3-60％镁(mg)的锂金属合金箔，以抑制枝晶和苔藓状锂的形成。这种方法增加了阳极材料的堆积密度，由于大量过量材料，降低了使用这种阳极的电池单元的能量密度。
15.其他现有技术提出在锂箔表面使用锂与金(au)、锌(zn)或氧化锌(zno)的溅射金属间化合物来改善其循环性能。然而，此类方法受到锂箔的最小厚度限制和高成本限制，并且通过引入昂贵的真空处理步骤使问题复杂化。
16.虽然现有技术解决了锂箔阳极的一些缺点，但迄今为止，还没有开发出一种有效的工艺来生产低成本的ssb锂阳极，该锂阳极的电镀和剥离特性优于轧制锂箔。仍需要改进的阳极组件，该组件可用于锂基电池，并且足够稳定，用于一次性和/或消费型电池具有成本效益，并且具有所需的和足够的性能。本公开旨在通过提供改进的、低成本的锂金属阳极组件、制造工艺和用于它们的生产的设备来解决这个障碍。
17.根据本文教导的一个广义方面，一种用于锂基电池的多层锂阳极组件可包括具有集电器的基板区域，该集电器包括厚度在4至10微米之间并且具有与锂相容的支撑表面的连续铜箔。锂承载区域可以覆盖在支撑表面上，并且可以包括通过热蒸发直接沉积在支撑表面上并且具有在1微米和10微米之间的厚度的锂材料膜。覆盖区域可位于锂承载区域的外侧，可包括至少一层由钝化材料形成并覆盖锂材料膜的覆盖膜。覆盖区域可以允许电解质和锂承载区域之间的锂离子流动并且抑制锂承载区域和电解质或周围环境之间的不可逆反应。
18.钝化材料可包括氮化物、氢化物、碳酸盐、碳酸锂、氮化锂、氧化锂、硫化锂、氧化物、铝酸锂、硫化物、金、铂、聚环氧乙烷、邻苯二酚锂和锂离子导电聚合物中的至少一种。
19.钝化材料可以包括氮化锂。
20.至少一层覆盖膜可以通过将锂材料膜的表面暴露于纯氮气并促进氮气与锂材料膜之间的化学反应在锂材料膜的表面上生成氮化锂而原位形成。
21.阳极组件的总组件厚度小于50微米。
22.根据本教导的另一个广义方面，用于锂基电池的多层锂阳极组件可包括具有集电器的基板区域，该集电器可包括厚度在4至10微米之间并具有与锂相容的支撑表面的连续铜箔。锂承载区域可以覆盖在支撑表面上，并且可以包括通过热蒸发直接沉积在支撑表面上并且具有在1微米和10微米之间的厚度的锂材料膜。覆盖区域可位于锂承载区域的外侧，可具有至少一层覆盖膜，该覆盖膜包括通过物理气相沉积直接沉积到锂材料膜的暴露表面上的亲锂材料。覆盖区域因此可以增强锂离子穿过覆盖区域以及在电解质和锂承载区域之间移动的迁移率，使得与提供电解质和锂材料膜之间的直接接触相比，当使用阳极组件时锂沉积在锂承载区域中时抑制枝晶的形成。
23.亲锂材料可包括锡(sn)、锌(zn)、镁(mg)、碳(c)、铟(in)、银(ag)、铋(bi)、铅(pb)中的至少一种。
24.亲锂材料可以包括通过物理气相沉积将锌直接沉积到锂材料膜的暴露表面上而
在阳极组件内原位形成的锂-锌合金。
25.阳极组件的总组件厚度小于50微米。
26.根据本文教导的另一个广义方面，用于锂基电池的多层锂阳极组件可包括具有集电器的基板区域，该集电器可包括在3和8微米厚之间并具有与锂相容的支撑表面的连续不锈钢箔。界面区域可以位于锂承载区域和支撑表面之间并且可以包括至少一层界面膜，该至少一层界面膜位于支撑表面和锂承载区域之间以物理分隔基板区域和锂承载区域。至少一层界面膜可以由直接沉积在支撑表面上的铜形成，并且具有在0.5和2微米之间的厚度并且允许锂承载区域和支撑表面之间的电子流动。锂承载区域可以覆盖界面区域并且可以包括锂材料膜，该锂材料膜通过热蒸发直接沉积在至少一层界面膜上并且具有在1微米和10微米之间的厚度。覆盖区域可以位于锂承载区域的外侧，可以具有由钝化材料形成并覆盖锂材料膜的至少一层覆盖膜。覆盖区域允许电解质和锂承载区域之间的锂离子流动并且抑制锂承载区域和电解质或周围环境之间的不可逆反应。
27.钝化材料可包括氮化物、氢化物、碳酸盐、碳酸锂、氮化锂、氧化锂、硫化锂、氧化物、铝酸锂、硫化物、金、铂、聚环氧乙烷、邻苯二酚锂和锂离子导电聚合物中的至少一种。
28.钝化材料可以包括碳酸锂(li2co3)。
29.至少一层覆盖膜是通过将锂材料膜的表面暴露于纯二氧化碳气体并促进二氧化碳与锂材料膜之间的化学反应以在锂材料膜的表面生成碳酸锂而原位形成的。
30.阳极组件的总组件厚度小于50微米。
31.根据本文教导的另一个广义方面，用于锂基电池的多层锂阳极组件可包括具有集电器的基板区域，该集电器可包括5至15微米厚且具有与锂相容的支撑表面的连续铝箔。界面区域可以位于锂承载区域和支撑表面之间并且可以包括至少一层界面膜，该至少一层界面膜位于支撑表面和锂承载区域之间以物理分隔基板区域和锂承载区域。至少一层界面膜由直接沉积在支撑表面上的镍形成，厚度在200nm和400nm之间并且允许电子流动并抑制锂承载区域和支撑表面之间的锂离子流动。锂承载区域可以覆盖界面区域并且可以包括锂材料膜，该锂材料膜通过热蒸发直接沉积在至少一层界面膜上并且具有在1微米和10微米之间的厚度。覆盖区域可以位于锂承载区域的外侧，可以具有由钝化材料形成并覆盖锂材料膜的至少一层覆盖膜。覆盖区域可以允许电解质和锂承载区域之间的锂离子流动并且抑制锂承载区域和电解质或周围环境之间的不可逆反应。
32.钝化材料可包括氮化物、氢化物、碳酸盐、碳酸锂、氮化锂、氧化锂、硫化锂、氧化物、铝酸锂、硫化物、金、铂、聚环氧乙烷、邻苯二酚锂和锂离子导电聚合物中的至少一种。
33.钝化材料可以包括碳酸锂(li2co3)。
34.至少一层覆盖膜可通过将锂材料膜的表面暴露于纯二氧化碳气体并促进二氧化碳与锂材料膜之间的化学反应以在锂材料膜的表面上产生碳酸锂而原位形成。
35.阳极组件的总组件厚度小于50微米。
36.根据本文教导的另一个广义方面，用于锂基电池的多层锂阳极组件可包括具有集电器的基板区域，该集电器具有5至15微米厚并且具有支撑表面的连续铝箔。界面区域可以位于锂承载区域和支撑表面之间并且可以包括至少一层界面膜以物理分隔基板区域和锂承载区域。至少一层界面膜可以由直接沉积在支撑表面上的镍形成，厚度在200nm和400nm之间并且允许电子流动并抑制锂承载区域和支撑表面之间的锂离子流动。锂承载区域可以
覆盖界面区域并且可以包括通过热蒸发直接沉积到至少一层界面膜上的锂材料膜。位于锂承载区域外侧的覆盖区域可以具有第一覆盖膜，该第一覆盖膜由亲锂材料形成，该亲锂材料通过物理气相沉积直接沉积到锂材料膜的暴露表面上。覆盖区域可以增强穿过覆盖区域以及在电解质和锂承载区域之间移动的锂离子的迁移率，使得与提供电解质和锂材料膜之间的直接接触相比，当使用阳极组件时锂沉积在锂承载区域中时抑制枝晶的形成。
37.亲锂材料可包括锡(sn)、锌(zn)、镁(mg)、碳(c)、铟(in)、银(ag)、铋(bi)、铅(pb)中的至少一种。
38.亲锂材料可以包括通过物理气相沉积将锌直接沉积到锂材料膜的暴露表面上而在阳极组件内原位形成的锂-锌合金。
39.阳极组件的总组件厚度小于50微米。
40.根据本文教导的另一个广义方面，用于锂基电池的多层锂阳极组件可包括具有与锂相容的支撑表面和非锂集电器的基板区域。锂承载区域可以覆盖在支撑表面上并且可以被配置成保持至少第一锂材料膜。界面区域可以位于锂承载区域和支撑表面之间并且可以包括至少一层界面膜，该至少一层界面膜位于支撑表面和锂承载区域之间以物理分隔基板区域和锂承载区域。至少一层界面膜可以通过将锂相容材料物理沉积到支撑表面上来形成并且导电以允许锂承载区域和支撑表面之间的电子流动。覆盖区域可位于锂承载区域的外侧，可具有覆盖锂承载区域外侧的至少一层覆盖膜。覆盖区域允许电解质和锂承载区域之间的锂离子流动。
41.界面区域可操作以在使用时当锂沉积在锂承载区域中时抑制枝晶的形成，以及在使用时改善锂承载区域和基板区域之间的锂离子流动或离子分布；
42.覆盖区域可操作以进行以下中的至少一项：抑制锂承载区域与电解质或周围环境之间的不可逆反应，在使用时当锂沉积在锂承载区域中时抑制枝晶的形成，以及提高使用时锂承载区域和电解质之间的锂离子流动或离子分布。
43.阳极组件可包括界面区域和覆盖区域。
44.第一锂材料膜可通过将锂相容材料物理沉积到锂承载区域中而形成。
45.集电器可包括铜、铝、镍、不锈钢、钢、导电聚合物、聚合物中的至少一种。
46.集电器可配置为连续网。
47.集电器的集电器厚度可在约1至约100微米之间，优选约4至约70微米之间或约5至15微米之间。
48.集电器可由锂相容材料形成并且可具有可包括支撑表面的前表面。
49.锂相容材料可以包括金属箔，该金属箔可以具有铜、钢和不锈钢中的至少一种。
50.集电器可以由与锂不相容的材料形成，并且可以包括第一保护膜，第一保护膜结合并覆盖集电器的前表面并提供支撑表面。第一保护膜可由导电且阻止锂离子流动的保护金属形成，由此电子可以从锂承载区域穿过第一保护膜到达集电器，并且锂承载区域与集电器间隔开并且至少基本上与集电器离子隔离，从而基本上防止锂离子通过第一保护膜从锂承载区域扩散到集电器。
51.保护金属可以包括铜(cu)、镍(ni)、银(ag)、不锈钢和钢、钛(ti)、锆(zr)、钼(mo)或其合金中的至少一种。
52.与锂不相容的材料可包括金属箔，该金属箔可具有铝、锌或镁或其合金。
53.第一保护膜的厚度可以在约1至约75000埃之间，并且优选地在约200至约7500埃之间。
54.第一保护膜可以具有隔离厚度并且被成形为使得集电器与锂承载区域完全离子隔离。
55.第一锂材料膜可以通过物理气相沉积的方式沉积在第一保护膜上并与第一保护膜结合。
56.至少一层界面膜可以包括锡(sn)、锌(zn)、镁(mg)、碳(c)、铜(cu)、铟(in)、银(ag)、铋(bi)、铅(pb)、镉(cd)、锑(sb)和硒(se)中的至少一种。
57.至少一层界面膜的厚度可在约1至约75000埃之间，且优选在约200至约7500埃之间。
58.至少一层界面膜可以包括至少第一沉积增强膜，该第一沉积增强膜可以具有锡(sn)、锌(zn)、镁(mg)、碳(c)、铟(in)、银(ag)、铋(bi)、铅(pb)的至少一种并定位成接触锂承载区域，由此当第一锂材料膜沉积在锂承载区域中时抑制枝晶的形成。
59.第一沉积增强膜可以是通过物理沉积锡(sn)、锌(zn)、镁(mg)、碳(c)、铟(in)、银(ag)、铋(bi)、铅(pb)中的至少一种到下面的表面而形成的沉积膜。
60.界面区域还可以包括与第一沉积增强膜相邻的至少第一结合膜并且可以具有锌(zn)、镉(cd)、镁(mg)、锑(sb)、铟(in)、铋(bi)、镍(ni)、铅(pb)和硒(se)中的至少一种，且可以位于支撑表面和锂承载区域之间，从而在支撑表面与锂承载区域之间提供更好的结合(相比在没有第一结合膜的情况下在支撑表面与锂承载区域之间实现的结合)。
61.至少一层界面膜可以包括至少第一结合膜，该至少第一结合膜可以具有锌(zn)、镉(cd)、镁(mg)、锑(sb)、铟(in)、铋(bi)、镍(ni)、铅(pb)和硒(se)中的至少一种，并且可以位于支撑表面和锂承载区域之间，从而在支撑表面和锂承载区域之间提供更好的结合(相比在没有第一结合膜的情况下在支撑表面与锂承载区域之间实现的结合)。
62.结合膜可以通过锌(zn)、镉(cd)、镁(mg)、锑(sb)、铟(in)、铋(bi)、镍(ni)、铅(pb)和硒(se)中的至少一种物理气相沉积到下面的表面而形成。
63.界面区域还可以包括与结合膜相邻的至少一层第一沉积增强膜并且可以具有锡(sn)、锌(zn)、镁(mg)、碳(c)、铟(in)、银(ag)、铋(bi)、铅(pb)中的至少一种，且可被定位成接触锂承载区域，由此当第一锂材料膜沉积在锂承载区域中时抑制枝晶的形成。
64.界面区域可以不含金属箔。
65.锂承载区域可以包含第一锂材料膜。
66.第一锂材料膜可以通过将锂金属物理沉积到支撑表面上而形成。
67.该组件可以包括覆盖区域中的至少一层覆盖膜，并且第一锂材料膜可以包括在至少一层覆盖膜就位之后沉积到锂承载区域中的锂金属。
68.锂承载区域可以不含锂箔。
69.锂承载区域可以不含金属箔。
70.至少一层覆盖膜可以包括至少第一钝化膜，其覆盖锂承载区域的外侧并抑制锂承载区域与周围环境之间的反应。第一钝化膜由抑制气体扩散并允许通过第一钝化膜的锂离子流动的钝化材料形成。
71.钝化材料可包括氮化物、氢化物、碳酸盐、碳酸锂、氮化锂、氧化锂、硫化锂、氧化
物、铝酸锂、硫化物、金、铂、聚环氧乙烷、邻苯二酚锂和锂离子导电聚合物中的至少一种。
72.钝化材料可以包括碳酸锂(li2co3)。
73.碳酸锂可以包括在第一锂材料膜的表面上原位形成的膜：通过将表面暴露于纯二氧化碳的气体处理并且使表面的锂材料与二氧化碳反应以形成碳酸锂。
74.覆盖区域可以包括至少第一沉积增强膜，该第一沉积增强膜由润湿材料(wetting material)形成并且覆盖锂承载区域的外侧，并且增强第一润湿膜和锂承载区域之间的润湿，从而当第一锂材料膜沉积在锂承载区域时通过覆盖区域中的第一沉积增强膜抑制枝晶的形成。
75.至少一层覆盖膜可以包括至少第一沉积增强膜，该第一沉积增强膜由润湿材料形成并且覆盖锂承载区域的外侧，并且增强第一沉积增强膜与电解质之间的润湿，从而当第一锂材料膜沉积在锂承载区域中时通过到达锂承载区域的第一沉积增强膜而抑制锂承载区域中的枝晶的形成。
76.润湿材料可以包括聚环氧乙烷(peo)。
77.聚环氧乙烷可以通过物理气相沉积来沉积并结合到相邻的膜上。
78.聚环氧乙烷可以沉积到第一锂材料膜上。
79.聚环氧乙烷可以沉积并结合到中间转移膜上，该中间转移膜设置在第一沉积增强膜和第一锂材料膜之间，并且增强了到第一锂材料膜的电荷转移以及来自第一锂材料膜的电荷转移。
80.转移膜可以包括锡(sn)、锌(zn)、镁(mg)、碳(c)、铟(in)、银(ag)、铋(bi)、铅(pb)中的至少一种。
81.覆盖区域可以包括至少第一钝化膜，其覆盖锂承载区域的外侧并抑制锂承载区域与周围环境之间的反应。第一钝化膜可以由抑制气体扩散并允许通过第一钝化膜的锂离子流动的钝化材料形成。
82.覆盖区域可以至少包括覆盖锂承载区域外侧的亲锂覆盖膜并且可以包括锡(sn)、锌(zn)、镁(mg)、碳(c)、铟(in)、银(ag)、铋(bi)、铅(pb)中的至少一种，由此亲锂覆盖膜增强了锂离子穿过亲锂覆盖膜以及在电解质和锂承载区域之间移动的迁移率，从而当使用阳极组件时当锂沉积在锂承载区域中时抑制枝晶的形成。
83.覆盖区域可以不含金属箔。
84.阳极组件可以不含锂金属箔。
85.集电器可以包括非锂金属箔并且可以是阳极组件中的唯一的箔。
86.阳极组件可具有小于约60μm的组件厚度。
87.组件厚度可小于约50μm。
88.组件厚度可以在约10μm至约50μm之间。
89.组件厚度可以在约15μm至约30μm之间。
90.组件厚度可在约16至约25μm之间。
91.阳极组件可具有小于约80g/m2的面密度。
92.面密度可小于约70g/m2。
93.面密度可小于约60g/m2。
94.面密度可以在约30g/m2和70g/m2之间。
95.面密度可以在约40g/m2和65g/m2之间。
96.根据本文教导的另一个广义方面，一种制造用于锂基电池的多层阳极组件的单程方法，该方法可以包括以下步骤：a)从基板进料卷退绕连续基板网，并在单程物理气相沉积设备的处理室内沿沉积路径在工艺方向上传送基板网，基板网可包括连续集电器和设置在集电器的第一侧的与锂相容的支撑表面；b)在工艺方向上传送基板网通过沿沉积路径的锂沉积区，并且使用锂物理气相沉积施加器将至少第一锂膜沉积到组件支撑表面外侧上；以下步骤中的至少一个：c)在工艺方向上传送基板网通过界面沉积区，该界面沉积区沿沉积路径并且在锂沉积区的上游，并且使用界面物理气相沉积施加器将由界面材料形成的第一界面膜沉积到支撑表面上，由此第一界面膜位于支撑表面和第一锂膜之间，界面材料是导电的以允许第一锂膜和支撑表面之间的电子流动；以及d)在工艺方向上传送基板网通过覆盖沉积区，该覆盖沉积区沿沉积路径并且在锂沉积区的下游，其中第一覆盖膜由允许电解质和第一锂膜之间的锂离子流动的覆盖材料形成，并位于第一锂膜的外侧，由此第一锂膜位于第一覆盖膜和支撑表面之间，从而形成多层阳极组件；以及e)在执行步骤b)，以及步骤c)和d)中的至少一个之后，将多层阳极组件卷绕在沉积路径的出口处的输出卷上，并且其中至少步骤b)，以及步骤c)和d)中的至少一个在基板网单程通过沉积路径期间完成。
97.步骤b)，以及步骤c)和d)中的至少一个可以在单个pvd真空循环期间完成，其中至少步骤b)，以及步骤c)和d)中的至少一个期间，处理室保持在小于10-2
托的运行压力下。
98.集电器可以包括连续的金属箔。
99.集电器可具有约1至约100微米之间的厚度。
100.集电器可包括铜、铝、镁、镍、不锈钢、钢、导电聚合物和聚合物中的至少一种。
101.集电器可以包括锂相容金属箔，并且集电器的前表面可以提供支撑表面。第一锂膜可以通过锂物理气相沉积施加器直接沉积到集电器的前表面上。
102.集电器可以包括锂不相容金属箔，并且该方法还可以包括在工艺方向上传送基板网通过锂沉积区上游的保护层沉积区，并且通过保护膜气相沉积施加器将与锂相容的保护材料直接沉积到集电器的前侧上来形成第一保护膜，其中保护材料是导电的并且阻止锂离子流动，由此电子可以从第一锂膜穿过第一保护膜到达集电器，并且第一锂膜与集电器间隔开并且至少基本上与集电器离子隔离，从而基本上防止锂离子通过第一保护膜从锂承载区域扩散到集电器，并且其中第一保护膜可以包括支撑表面，第一锂膜直接沉积在第一保护膜上。
103.保护材料可以包括铜、镍、银、不锈钢和钢、钛、锆、钼或其合金中的至少一种。
104.第一覆盖膜可通过使用覆盖物理气相沉积施加器将第一覆盖材料沉积到第一锂膜上而形成。
105.第一覆盖膜可以是亲锂覆盖膜，可以包括锡(sn)、锌(zn)、镁(mg)、碳(c)、铟(in)、银(ag)、铋(bi)、铅(pb)中的至少一种，由此亲锂覆盖膜增强了锂离子穿过亲锂覆盖膜以及
在电解质和锂承载区域之间的扩散，使得当使用阳极组件时锂沉积在锂膜中时抑制枝晶的形成。
106.第一覆盖膜可以通过对第一锂膜的表面进行气体处理而原位形成，从而形成第一覆盖材料。
107.第一覆盖材料可包括氮化物、氢化物、碳酸盐、碳酸锂、氮化锂、氧化锂、硫化锂、氧化物、铝酸锂、硫化物、金、铂、聚环氧乙烷、邻苯二酚锂和锂离子导电聚合物中的至少一种，由此第一覆盖膜允许电解质和第一锂膜之间的锂离子流动并且抑制第一锂膜和电解质或周围环境之间的不可逆反应。
108.步骤b)以及步骤c)和d)中的至少一个可以在基板网以在约1m/min至约100m/min之间，优选在2m/min至50m/min之间的处理速度在输入卷和输出卷之间移动时进行。
109.在步骤b)以及步骤c)和d)中的至少一个期间，处理室可以基本上不含氧。
110.运行压力可以在约10-2
和10-6
托之间。
111.该方法可以包括，在步骤b)之前，将金属化室内部的压力从大致大气压力降低至运行压力。
112.该方法可以包括步骤c)和d)，并且步骤c)可以在步骤b)之前进行。
113.在完成步骤b)以及步骤c)和d)中的至少一个之后，但在完成步骤e)之前，该方法还可以包括：f)在工艺方向上传送基板网通过沿沉积路径的第二锂沉积区，并且使用锂物理气相沉积施加器将至少第二锂膜沉积到设置在集电器的相对第二侧上的第二支撑表面上；以及以下步骤中的至少一个：g)在工艺方向上传送基板网通过第二界面沉积区，第二界面沉积区沿沉积路径并且在第二锂沉积区的上游，并且使用界面物理气相沉积施加器将由界面材料形成的第二界面膜沉积到第二支撑表面上，由此第二界面膜位于第二支撑表面和第二锂膜之间，界面材料是导电的以允许第二锂膜和第二支撑表面之间的电子流动；以及h)在工艺方向上传送基板网通过第二覆盖沉积区，该第二覆盖沉积区沿沉积路径并且在第二锂沉积区的下游，其中第二覆盖膜由允许电解质和第二锂膜之间的锂离子流动的覆盖材料形成，并位于第二锂膜的外侧，由此第二锂膜位于第二覆盖膜和第二支撑表面之间；且其中步骤f)以及步骤g)和h)中的至少一个在基板网单程通过沉积路径期间执行完成，并且步骤e)在步骤h)之后执行。
114.根据本文教导的另一个广义方面，可以使用本文描述的任何方法或方法的一部分来形成多层阳极组件，并且可以使用物理气相沉积来沉积所有膜。
115.根据本文教导的另一个广义方面，一种制造用于锂基电池的多层阳极组件的单程方法可以包括以下步骤：a)从基板进料卷退绕连续基板网，并在单程物理气相沉积设备的处理室内沿沉积路径在工艺方向上传送基板网，基板网可包括连续集电器和设置在集电器的第一侧的与锂相容的支撑表面；b)在工艺方向上传送基板网通过沿沉积路径的界面沉积区，并使用界面物理气相
沉积施加器将由界面材料形成的第一界面膜沉积到支撑表面上，界面材料是导电的以允许第一锂膜和支撑表面之间的电子流动；c)在工艺方向上传送基板网通过沿沉积路径并在界面沉积区下游的锂沉积区，并且使用锂物理气相沉积施加器将至少第一锂膜沉积到第一界面膜上，由此第一界面膜位于支撑表面与第一锂膜之间；d)在工艺方向上传送基板网通过沿沉积路径并且在锂沉积区下游的覆盖沉积区，其中第一覆盖膜由允许电解质和第一锂膜之间的锂离子流动的覆盖材料形成并位于第一锂膜的外侧，由此第一锂膜位于第一覆盖膜和支撑表面之间；i)在工艺方向上传送基板网通过沿沉积路径并且在覆盖沉积区下游的第二界面沉积区，并且使用第二界面物理气相沉积施加器将由界面材料形成的第二界面膜沉积到设置在集电器的相对第二侧上的第二支撑表面上；j)在工艺方向上传送基板网通过沿沉积路径并且在第二界面沉积区下游的第二锂沉积区，并且使用锂物理气相沉积施加器将至少第二锂膜沉积到第二界面膜上；以及k)在工艺方向上传送基板网通过沿沉积路径并且在第二锂沉积区下游的第二覆盖沉积区，其中第二覆盖膜由允许电解质和第二锂膜之间的锂离子流动的覆盖材料形成并位于第二锂膜的外侧，由此第二锂膜在第二覆盖膜和第二支撑表面之间，从而提供双面多层阳极组件；l)在执行步骤a)至k)之后，将双面多层阳极组件卷绕在沉积路径的出口处的输出卷上；并且至少a)到k)在基板网单程通过沉积路径期间完成。
116.根据本文描述的教导的另一个广义方面，制造用于锂基电池的双面多层阳极组件的单程方法可包括以下步骤：a)从基板进料卷退绕连续基板网，并在单程物理气相沉积设备的处理室内沿沉积路径在工艺方向上传送基板网，基板网可包括连续集电器，其具有第一侧和相对的第二侧；b)在工艺方向上传送集电器，同时使用定位成面向集电器的第一侧的相应第一和第二物理气相沉积施加器施加至少第一和第二膜在集电器的第一侧上；c)在工艺方向上传送集电器，同时使用定位成面向集电器的第二侧的相应第三和第四物理气相沉积施加器施加至少第三和第四膜在集电器的第二侧上，其中步骤b)和c)在基板网单程通过沉积路径期间完成，从而提供双面多层阳极组件；以及d)在执行步骤b)和c)之后，将双面多层阳极组件卷绕在沉积路径的出口处的输出卷上。
117.第一膜可包括由锂材料形成的第一锂膜，并且其中第二膜可包括以下中的至少一个：a)位于锂膜内侧的界面膜，其被配置为当锂沉积在锂膜中时抑制枝晶的形成和/或改善第一锂膜和集电器之间的锂离子流动或离子分布，并且由锡(sn)、锌(zn)、镁(mg)、碳(c)、铜(cu)、铟(in)、银(ag)、铋(bi)、铅(pb)、镉(cd)、锑(sb)和硒(se)中的至少一种的界面材料形成；以及b)位于第一锂膜外侧的覆盖膜，其由以下材料形成：i)钝化材料，该钝化材料被配置为通过抑制气体扩散来抑制第一锂膜与周围环境之间的反应，同时允许通过覆盖膜的锂
离子流动，或ii)亲锂覆盖材料，其被配置为增强锂离子穿过覆盖膜以及在电解质和第一锂承载区域之间移动的迁移率，使得当使用阳极组件时当锂沉积在第一锂膜中时抑制枝晶的形成。
118.钝化材料可包括氮化物、氢化物、碳酸盐、碳酸锂、氮化锂、氧化锂、硫化锂、氧化物、铝酸锂、硫化物、金、铂、聚环氧乙烷、邻苯二酚锂和锂离子导电聚合物中的至少一种。
119.亲锂覆盖材料可以包括锡(sn)、锌(zn)、镁(mg)、碳(c)、铟(in)、银(ag)、铋(bi)、铅(pb)中的至少一种。
120.第三膜可包括由锂材料形成的第二锂膜，并且其中第四膜可包括以下至少之一：a)位于锂膜内侧的界面膜，其被配置为当锂沉积在锂膜中时抑制枝晶的形成和/或改善第一锂膜和集电器之间的锂离子流动或离子分布，并且由锡(sn)、锌(zn)、镁(mg)、碳(c)、铜(cu)、铟(in)、银(ag)、铋(bi)、铅(pb)、镉(cd)、锑(sb)和硒(se)中的至少一种的界面材料形成；以及b)位于第一锂膜外侧的覆盖膜，其由以下材料形成：i)钝化材料，该钝化材料被配置为通过抑制气体扩散来抑制第一锂膜与周围环境之间的反应，同时允许通过覆盖膜的锂离子流动，或ii)亲锂覆盖材料，其被配置为增强锂离子穿过覆盖膜以及在电解质和第一锂承载区域之间移动的迁移率，使得当使用阳极组件时当锂沉积在第一锂膜中时抑制枝晶的形成。
121.钝化材料可包括氮化物、氢化物、碳酸盐、碳酸锂、氮化锂、氧化锂、硫化锂、氧化物、铝酸锂、硫化物、金、铂、聚环氧乙烷、邻苯二酚锂和锂离子导电聚合物中的至少一种。
122.亲锂覆盖材料可以包括锡(sn)、锌(zn)、镁(mg)、碳(c)、铟(in)、银(ag)、铋(bi)、铅(pb)中的至少一种。
123.根据本文教导的另一个广义方面，一种制造用于电池的多层阳极组件的方法可以包括：a)从基板进料卷退绕连续基板网，并在单程物理气相沉积设备的处理室内沿沉积路径在工艺方向上传送基板网，基板网可包括连续集电器和与锂相容的支撑表面；以及以下步骤中的至少一个：b)在工艺方向上传送基板网通过沿沉积路径的界面沉积区，并使用界面物理气相沉积施加器将由界面材料形成的第一界面膜沉积到支撑表面上，界面材料是导电的以允许通过第一界面膜的电子流动；以及c)在工艺方向上传送基板网通过沿沉积路径并在界面沉积区下游的覆盖沉积区，并在支撑表面外侧形成第一覆盖膜，第一覆盖膜由对锂离子导电以允许通过第一覆盖膜的锂离子流动的覆盖材料形成；其中步骤b)和c)中的至少一个在基板网沿沉积路径的单程期间完成，从而提供中间网组件，并且还可以包括：d)将中间网组件的至少第一部分定位在电化学电池单元中，其可包括正极和锂源；和e)在正极和中间网的第一部分之间施加电势，由此从锂源驱动锂离子并将锂离子沉积为在中间网组件上的在支撑表面外侧的锂承载区域中的第一锂膜。
124.在执行步骤e)之前，组件可以不含锂。
125.步骤b)和c)中的至少一个可以在单个pvd真空循环期间完成，其中处理室内部保持在小于10-2
托的运行压力。
126.集电器可以包括连续的金属箔。
127.集电器可具有约1至约100微米之间的厚度。
128.集电器可包括铜、铝、镁、镍、不锈钢、钢、导电聚合物和聚合物中的至少一种。
129.集电器可以包括锂相容金属箔，集电器的前表面提供支撑表面，第一锂膜通过锂物理气相沉积施加器直接沉积到集电器的前表面上。
130.集电器可以包括锂不相容金属箔，并且该方法可以包括在工艺方向上传送基板网通过锂沉积区上游的保护层沉积区，并且通过保护膜气相沉积施加器将与锂相容的保护材料直接沉积到集电器的前侧上来形成第一保护膜。保护材料可以是导电的并且阻止锂离子流动，由此电子可以从第一锂膜穿过第一保护膜到达集电器，并且第一锂膜与集电器间隔开并且至少基本上与集电器离子隔离，使得基本上阻止锂离子通过第一保护膜从锂承载区域扩散到集电器，并且其中第一保护膜可以包括支撑表面。第一锂膜可以直接沉积到第一保护膜上。
131.保护材料可以包括铜、镍、银、不锈钢和钢、钛、锆、钼或其合金中的至少一种。
132.第一覆盖膜可以通过在添加第一锂膜之前使用覆盖物理气相沉积施加器沉积第一覆盖材料来形成。
133.第一覆盖膜可以是亲锂覆盖膜，可以包括锡(sn)、锌(zn)、镁(mg)、碳(c)、铟(in)、银(ag)、铋(bi)、铅(pb)中的至少一种，由此亲锂覆盖膜增强了锂离子穿过亲锂覆盖膜以及在电解质和锂承载区域之间移动的迁移率，从而当使用阳极组件时当锂沉积在锂膜中时抑制枝晶的形成。
134.第一覆盖膜可以通过对第一锂膜的表面进行气体处理而原位形成，从而形成第一覆盖材料。
135.第一覆盖材料可以包括锂锌合金、碳酸锂和氮化锂中的至少一种，由此第一覆盖膜允许电解质和第一锂膜之间的锂离子流动并抑制第一锂膜和电解质或周围环境之间的不可逆反应。
136.步骤c)和d)中的至少一个可以在基板网以在约1m/min至约100m/min之间，优选在2m/min至50m/min之间的处理速度在输入卷和输出卷之间移动时进行。
137.在步骤b)和c)中的至少一个期间，处理室可以基本上不含氧。
138.运行压力可以在约10-2
至10-6
托之间。
139.该方法可包括，在步骤c)之前，将金属化室内部的压力从大致大气压力降低至运行压力。
140.该方法还可以包括以下至少之一：f)在工艺方向上传送基板网通过沿沉积路径的第二界面沉积区，并且使用第二界面物理气相沉积施加器将由界面材料形成的第二界面膜沉积到基板网支撑表面的相对的第二侧上；以及g)在工艺方向上传送基板网通过沿沉积路径并且在第二界面沉积区下游的第二覆盖沉积区，并且在基板网的第二侧的外侧形成第二覆盖膜，第二覆盖膜由覆盖材料形成；其中步骤b)和c)中的至少一个和步骤f)和g)中的至少一个在基板网沿沉积路径
的单程期间完成，从而在步骤d)之前提供双面中间网组件。
141.该方法可以包括步骤b)和c)以及f)和g)。
附图说明
142.将参考附图描述本发明的实施例，其中相同的附图标记表示相同的部分，并且其中：
143.图1是多层阳极组件的部分分解示意图；
144.图2是与锂基电池一起使用的阳极组件的一个示例性示意图；
145.图3是图2的阳极组件的一部分放大图；
146.图4是图2的阳极组件的立体图；
147.图5是与锂基电池一起使用的阳极组件的另一个示例的示意图；
148.图6是示出阳极组件的制造方法的一示例的流程图；
149.图7是示出阳极组件的制造方法的另一示例的流程图；
150.图8是示出阳极组件的制造方法的另一示例的流程图；
151.图9是包含图2的阳极组件的电池的一个示例的示意图；
152.图10是用于制造阳极组件的设备的一个示例的示意图；
153.图11是图10的沿d线的剖视图；
154.图12是图10的沿c线的剖视图；
155.图13是双面阳极组件的一个示例的示意图；
156.图14是阳极组件的另一个示例的示意图；
157.图15是阳极组件的另一个示例的示意图；
158.图16是用于制造阳极组件的设备的另一示例的示意图；
159.图17是用于制造阳极组件的设备的另一示例的示意图；
160.图18是用于制造阳极组件的设备的另一示例的示意图；
161.图19是电池单元的一个示例的示意图；
162.图20是阳极组件的另一个示例的示意图；
163.图21是阳极组件的又一示例的示意图；
164.图22是包括没有锂反应层的阳极组件的电池单元的一个示例的示意图；
165.图23是图22的电池处于充电状态的示意图；
166.图24是用于制造阳极组件的设备的另一示例的示意图；
167.图25是用于制造阳极组件的设备的另一示例的示意图；
168.图26是用于制造阳极组件的设备的另一示例的示意图；
169.图27是示出传统箔和根据示例4的材料的循环数据的曲线图，其显示二者性能类似；
170.图28是使用硫化物电解质对称循环50次后的传统箔的照片(白色颗粒是电解质残留物)；以及
171.图29是使用硫化物电解质对称循环50次后的pvd沉积锂的示例的照片(白色颗粒是电解质残留物)。
具体实施方式
172.下面将描述各种设备或工艺以提供每个要求保护的发明的实施例的示例。下面描述的实施例不限制任何要求保护的本发明，并且任何要求保护的本发明可以涵盖不同于下面描述的工艺或设备。要求保护的本发明不限于具有下文描述的任何一个设备或工艺的所有特征或下文描述的多个或所有设备的共同特征的设备或工艺。下文描述的设备或工艺可能不是任一要求保护的本发明的实施例。本文件中未要求保护的下述设备或工艺中公开的任何发明可能是另一保护文件(例如，接续专利申请)的主题，并且申请人、发明人或所有者无意通过在本文件中公开任何此类发明而放弃、不进行保护、或将其献给公众。
173.本文描述的教导旨在提供一种合适的多层锂阳极组件，通过提供包含一个或多个功能膜层以帮助提供相对改善的/优异的电镀和剥离特性的阳极组件，该组件可减少和/或消除对使用锂箔的需要，且可以以相对较低的成本和相对较大的规模制造。即，本教导涉及可适用于液体电解质金属锂离子电池(lmb)、混合锂金属电池(hlb)和锂金属固态电池(ssb)的多层阳极组件，和可用于其制造的工艺和装置/设备。多层组件可以包括至少两个或更多个区域，这些区域可以具有不同的功能，并且在这些区域中可以将各种不同的层分组，以帮助提供具有期望范围的机械和电气运行能力的阳极组件。优选地，多层阳极被配置为仅包括一个金属箔层/基板(例如集电器箔)，并且使用材料沉积和/或表面反应技术(如电镀、物理气相沉积等)将其余层(在它们各自的功能区中)沉积到箔层上，而不是作为需要结合到基础箔层的单独箔或网提供。与应用金属箔或其他类型的预制层或平面结构不同，本文描述的功能层被描述为膜，因为它们是通过将多个较小的材料颗粒沉积到下面的表面或基板上(例如通过物理气相沉积)，通过将金属镀到下面的表面或基板上，或通过促进表面/基板上的气体表面反应等。本领域技术人员会认识到这些膜是作为制造工艺的一部分形成的，而不是具有连接在一起的预制的固体材料层。给定的膜可以由两个或多个不同的层形成或者可以在两个或多个步骤/材料施加中形成(特别是如果通过连续的物理沉积步骤形成的话)。在本说明书中使用术语膜是为了方便起见，膜包括使用本文描述的技术和工艺以及其他合适的替代技术和工艺形成的结构/层。
174.这种具有以本文描述方式沉积的不同功能区域和膜的阳极被理解为不同于现有阳极，现有阳极在技术上可以包括例如通过提供两层或更多层给定箔材料来产生所需部件厚度的区域、或将不同层的金属箔层压在一起以提供大致均匀的箔结构的区域。本发明的阳极组件也不同于仅包括与锂材料膜结合的集电器(受保护层保护或未受保护)的阳极组件，因为此类组件可包括基板区域(仅集电器、或集电器加一层或多层保护膜涂层)和锂承载区域(lithium hosting region)的形式，但不包括如本文描述的功能上可识别的界面区域或覆盖区域。
175.本公开的一些方面还可涉及用于一种或多种类型的锂基电池的锂阳极组件的成本相对较低的生产。本教导还可涉及可用于阳极组件的卷对卷(roll-to-roll)金属化基板的相对低成本生产。根据某些非限制性实施例，本公开可公开一种低成本的锂阳极和集电器组件、用于生产这种组件的工艺、以及可以进行这种工艺的物理气相沉积设备。本教导还可涉及包括本文描述的阳极组件的示例的电池。
176.根据本文描述的一个实施例，用于锂基电池的阳极组件可以包括集电器基板，该集电器基板包括铝并且具有用于接收/支撑该组件的其他部件的支撑表面。包括锂金属的
反应膜被配置为在使用阳极组件时接触电池内的电解质并且通常由集电器基板支撑。为了帮助减少锂反应膜(reactive lithium film)和集电器中的铝之间发生不想要的反应的机会，组件还可以包括合适的保护膜，该保护膜结合并覆盖支撑表面并且包括适当导电的保护金属。在这种构造中，保护膜设置在支撑表面和反应膜之间，使得电子可以从第一反应膜移动到集电器(例如，以允许支撑表面和反应膜之间的电子流动(electron flux))，且第一反应膜与支撑表面间隔开并且至少基本上离子隔离。因此，保护膜可以帮助至少基本上防止或抑制，并且可能完全防止反应膜扩散到集电器，这可以帮助至少基本上抑制，并且可选地完全防止锂金属和集电器之间的不想要的反应。集电器基板和反应膜之间的这种类型的隔离可以有助于促进锂在反应膜中的使用，同时有助于促进在集电器中使用通常可能希望用作集电器的材料，否则(例如，在没有合适的保护膜的情况下)会以降低阳极组件的有效性和/或可能损坏或降低阳极组件或其子层的有效性的方式与反应膜中的锂反应。
177.根据本文所描述的教导的另一个广义方面，使用不同反应材料的可用于各种不同阳极组件的受保护集电器子组件可包括集电器基板，集电器基板至少部分地覆盖有一个或多个合适的保护膜(可以可选地沉积在基板区域和/或界面区域中)，保护膜结合并覆盖集电器的前表面并且包括适当导电的保护金属或金属组合并且可以有其他期望的属性。在这种构造中，保护膜设置在集电器和反应膜之间，使得电子可以从第一反应膜移动到集电器，并且第一反应膜与集电器的前表面间隔开并且至少基本上离子隔离。因此，一个或多个保护膜可以帮助至少基本上防止或抑制，并且可能完全防止反应膜扩散到集电器，这可以帮助至少基本上抑制，并且可选地完全防止锂金属或反应膜中可能存在的其他此类反应材料(在阳极组件或材料的初始构造/组装时或在电池充电和/或使用时可能在反应膜内积聚的材料)与受保护的集电器材料之间的不想要的反应。
178.如本文所用，术语膜或层描述给定量的材料，例如保护材料、气体保护层材料、导电膜材料、性能增强膜材料等，其通常是连续的并且不被中间材料或结构打断。任何给定的膜或层可以通过单次施加该材料(例如，进行单程(single-pass)如本文描述的物理气相沉积工艺步骤)来形成，其在单个步骤或工艺中施加给定厚度的膜的所有材料。或者，如本文描述的单个膜也可作为两次或多次施加膜材料的结果/组合(例如，进行多程(multiple passes)如本文描述的物理气相沉积工艺)，每次施加一部分膜材料，并且总膜厚度是在通过积聚来自两次或更多次施加的材料形成的膜上测量得到的。
179.根据本文描述的教导的另一个广义方面，至少一些阳极组件被配置为多层阳极组件或其部件(例如受保护的集电器、基板等)，其中包括层和膜的特定组合，且它们在制造工艺中的施加顺序可能会因各种因素而有所不同，这些因素包括成本、机械和/或电气特性、组件的预期用途等。例如，一些阳极组件可能受益于保护外膜，以帮助减少制造期间或制造后组件的功能部分的氧化，一些阳极组件可能受益于锂反应膜和下面的集电器之间的中间膜，以帮助减少不想要的反应或有助于增强两种不同材料之间的导电性和/或性能匹配或结合，而其他阳极可能受益于包括通常与锂金属相容的亲锂膜(lithiophilic film)，并有助于提供本文描述的离子迁移率/沉积增强效果。
180.参考图1，一个给定阳极组件的各个功能区域的布置的示意图，为了清楚起见，元件彼此部分分解，包括基板区域190、锂承载区域192、界面区域194和覆盖区域196，这些区域使用虚线示意性地示出。每个区域190、192、194和196可包括如本文描述的合适的材料
膜。还参考图2和图3，在该示例中，基板区域包括集电器102及其保护涂层膜104，锂承载区域包括锂反应材料106，界面区域和覆盖区域194和196是空的(使用内部虚线框表示)。在其他示例中，例如图14的实施例，基板区域190包括集电器102，锂承载区域192包括锂反应膜106，界面区域包括两个不同的界面膜(性能膜150和导电膜152)，覆盖区域包括钝化或气体保护膜156。虽然该示意图在图1中显示为单面阳极，但可以理解，可以在基板区域的另一侧提供相同的区域布置，以提供如本文描述的双面阳极。
181.一般而言，阳极组件的基板区域可以理解为有助于提供阳极组件的机械强度的基底或材料网，并且是可以在其上沉积/构建其他区域和膜的基部。基板区域将至少包括集电器，其可以是如本文描述的合适的金属箔。金属箔网可提供在源或供应卷(source or supply roll)上，并可通过合适的处理设备进料，通过该设备可将一层或多层功能膜/层沉积到箔网的合适支撑表面上，并且所得层状材料可然后卷绕在中间或产品卷(intermediary or product roll)上进行储存或进一步处理。在本文描述的一些示例中，例如在集电器通常与阳极组件中的其他膜相容的情况下，基板区域可以仅包括集电器。或者，基板区域也可以包括一个或多个保护膜，保护膜可以施加到集电器的支撑表面以帮助形成受保护的集电器的结构的至少一部分，该受保护的集电器可以用于其中集电器的材料可能会以不想要的方式与组件的其他部件发生反应的组件中。
182.如本文所用，受保护的集电器被理解为指在其制造时不包括锂金属或锂承载材料并且包括由与锂不相容的材料形成的金属箔集电器的多层结构，这意味着金属箔将倾向于以不适合本文描述的预期用途的方式与锂反应，例如铝、锌、镁或其他亲锂材料及其合金。除了与锂不相容的箔网之外，受保护的集电器将包括至少一层保护膜(例如本文描述的膜104)，其有助于减轻与锂不相容的箔网与最终添加到阳极组件的任何锂材料之间的潜在反应。这两层膜也可以为给定的组件定义基板区域。除了基板区域中的保护膜之外，受保护的集电器还可以包括如本文描述的一层或多层其他合适的膜，并且可以具有至少一层存在于界面区域194和/或覆盖区域196中的膜。不倾向于以这些不利方式与锂反应的材料，例如铜、钢和不锈钢，可称为锂相容材料/箔。
183.无论组件包括受保护的集电器还是未受保护的/未涂覆的集电器，锂承载区域192都可以理解为阳极组件的在基板区域190的支撑表面(例如表面112)外侧并覆盖在其上的区域。锂承载区域192中的材料可以沉积到界面区域194(如果存在的话)中的一层或多层材料膜上，或者在界面区域194中没有任何材料层的情况下，锂承载区域192中的材料可以直接沉积到基板区域190上。这可以包括使锂材料与相容的集电器直接接触，或使锂材料与保护膜(例如膜104)接触。
184.界面区域194定义为锂承载区域和基板区域之间的区域，可包括一层或多层合适的界面材料，其可在阳极组件内提供多种功能。例如，界面膜可以具有性能增强特性，它们可以是阻挡锂离子和导电的(例如，允许通过界面膜和界面区域的电子流动)，它们可以是导电的但不是阻挡锂离子的，它们可以具有亲锂性或电镀增强性，并可有助于促进相邻层、膜或区域之间的结合或其他性能匹配，例如热膨胀匹配、改善层间结合等。
185.例如，如果如本文描述将一种材料沉积到另一种材料上，一些材料可能不会以可接受的方式直接结合到每一种材料上。为了帮助克服这一挑战，可以提供中间界面膜，并且中间界面膜可以由可以与两种原始材料令人满意地结合的材料形成。类似地，如果两种具
有显着不同热膨胀特性的材料直接相互结合，则在温度明显变化期间材料界面处的力/应变可能高出预期，并可能导致连接失败，损坏至少一个层等。然而，如果具有中间热膨胀特性的中间层结合在两个原来的层之间，则在每个界面处经历的力或应变的量可以减小到可接受的水平。
186.可以适合用作界面材料并且可以具有增强沉积和亲锂性质(并且用于在界面区域内形成膜)的材料的示例可以包括例如锡(sn)、锌(zn)、镁(mg)、碳(c)、铟(in)、银(ag)、铋(bi)、铅(pb)。适合用作锂离子流动抑制界面材料的材料示例(这些材料具有导电性(以促进电子转移)并有助于阻挡锂离子流动(并用于在界面区域内或可选地在基板区域内形成流动抑制或保护膜))可以包括例如铜(cu)、镍(ni)、铬(cr)、钨(w)、钽(ta)、铁(fe)、钛(ti)、锆(zr)、钼(mo)及其合金。可以适合用作界面材料并且可以帮助提供性能匹配和/或改进的材料结合性能(并且用于在界面区域内形成层)的材料的示例可以包括例如锌(zn)、镉(cd)、铜(cu)、镁(mg)、锑(sb)、铟(in)、铋(bi)、镍(ni)、铅(pb)和硒(se)。
187.覆盖区域196可包括位于锂承载区域外侧的任何膜、涂层或其他材料，并且其中至少一种最终将充当阳极组件的最外层或表面。覆盖区域中的膜可以包括，例如，钝化膜(配置成抑制锂承载区域和电解质或周围环境之间的不可逆反应，例如通过抑制气体扩散和允许通过第一钝化膜的锂离子流动)，沉积增强膜(配置为在使用时改善锂承载区域和电解质之间的锂离子流动或离子分布)，亲锂覆盖膜(配置为帮助增强锂离子的转移，以便在使用阳极组件时当锂沉积在锂承载区域中时抑制枝晶的形成)。可用于在覆盖区域中形成沉积增强和/或亲锂膜的材料的一些示例可包括例如锡(sn)、锌(zn)、镁(mg)、碳(c)、铟(in)、银(ag)、铋(bi)和铅(pb)。可用于在覆盖区域中形成钝化膜的一些示例材料可包括，氮化物(例如氮化锂)、氢化物(例如氢化锂)、碳酸盐(例如碳酸锂)、氧化物(例如氧化锂)、硫化物(如硫化锂)、锂离子导电聚合物(如peo、邻苯二酚锂(lithium catehcols))、金(au)、铂(pt)等。
188.如上所示，一些膜/材料可以包括在两个或更多个不同的层中，可选地在单个阳极组件内的不同区域190、192、194或196中。膜中使用的材料可以在每个区域提供基本相同的功能(例如通过减少枝晶的形成来增强电镀，或功能的组合，例如抑制不想要的反应和改善锂离子传输等)，或者可以根据其位置在组件中提供不同的功能。例如，锌(zn)或镁(mg)可用于界面区域内的至少一层界面膜中，以帮助提供集电器与锂承载区域中的材料之间的机械/化学性能匹配。
189.虽然不同的阳极组件可能具有本文描述的不同类型的膜的不同组合，以及来自所描述的阳极组件的其他实施例的不同数量和类型的层，但出于本教导的目的，阳极组件可被理解为定义四个主要的功能区域，包括基部或基板区域、反应或锂承载区域、定义为锂承载区域内侧并在基板区域与锂承载区域之间的内部界面区域、以及被定义为在锂承载区域外侧并且是给定阳极组件的最外层区域的覆盖区域。如本文描述，这些概念区域中的每一个都可以包括一个或多个层和/或膜，它们可以提供不同的功能并且可以由合适的/适当的和相容的材料形成。例如，锂承载区域可以包括锂金属膜，而覆盖区域可以包括一层亲锂材料膜和有助于减少氧化的保护涂层。还可以考虑在阳极组件的一些示例中，这些区域中的一个或多个可以是空的，并且可以不包含任何功能膜。例如，在一些阳极中，可能期望界面区域包括结合膜以帮助促进锂承载区域和基板区域中的材料之间的期望的结合/接合(例
如，界面区域包括一层膜)，但是在其他示例中，锂承载区域中的材料和基板区域中的材料可以彼此容易结合，从而不需要中间结合膜并且界面区域不需要包括任何材料膜。这样的示例可以被描述为省略了任何界面膜，或者界面区域包含零层材料。因此，如本文描述，应理解每个功能区可包括0、1、2、3或更多层单独的膜。
190.在一些示例中，每个区域的内容可以在制造工艺中确定，并且可以是固定的或者一旦阳极组件被构造则通常难以或不可能修改。特别是在使用诸如多级pvd工艺的顺序分层处理来施加各种膜的示例中，实际上不可能在组装完成后追溯添加中间层。然而，对于某些层，例如锂承载区域中的那些层，可以创建分层阳极组件的部分，然后可以在二次工艺(例如二次制造步骤)中将中间膜随后引入组件中或优选地作为在电池(battery)或其他电化学电池(electrochemical cell)内在阳极组件内原位(in situ)产生锂膜的结果，例如通过施加合适的电势并对电池充电。这些不同组装工艺的一些示例在本文中被描述。因此，在给定的阳极组件中，当首次制造组件时，锂承载区域可能是空的(或至少没有锂材料)，并且锂仅镀在组件上——从而在锂承载区域内提供锂材料膜——当阳极首次投入使用时。
191.本文描述的阳极组件可通过多种工艺制造，包括电镀、化学镀、层压、热浸金属化、波峰焊等，然而，出于将要阐明的原因，卷对卷真空金属化(roll-to-roll vacuum metallizing)(包括电子束或磁控蒸发)，或本文公开的物理气相沉积(pvd)工艺和设备可以提供制造本发明的阳极组件的有利方法。也就是说，优选地，本文描述的多层阳极组件可以完全或基本上完全使用物理气相沉积工艺来形成各层，并且更优选地，在基板单程通过pvd设备的过程中，所有物理气相沉积工艺都可以在给定基板上进行。这可以允许将通常未加工或裸露的集电器箔送到pvd设备中，并且完整的或至少基本完整的阳极组件(例如，允许在电池组或电池单元中原位添加锂材料因此在单程pvd工艺中不添加锂材料)——并且优选双面阳极组件可以在单程之后从pvd设备中取出。
192.pvd施加器的具体数量、施加器的类型和施加器沿着给定的pvd设备沉积路径的顺序可以由所需膜的数量和顺序来确定。虽然可以使用任何合适类型的物理沉积设备，但本发明人已经基本确定可以使用热蒸发源来施加锂材料，可以使用热蒸发源来施加聚合物，铬(cr)、钨(w)、钛(ti)、锆(zr)、钼(mo)等可通过磁控管或电子束施加器(优选磁控管)施加，本文描述的其他金属可通过热蒸发、磁控管或电子束施加器施加(但优选使用磁控管施加)，氧化物、氢化物和碳酸盐以及其他此类材料可以使用合适的气体源产生以在组件的表面上或通过磁控管产生原位反应。
193.现有的商用卷对卷金属化设备通常使用一个真空室，其中装有一卷所需的基板。然后将腔室抽真空至10-2
至10-6
托的压力。然后，当卷从装载它的卷筒(drum)转移到接收卷筒上时，电阻、电感、电子束或磁控源蒸发金属。当整个卷已被金属化时，腔室被重新加压并且卷被移除。溅射源也可用于提供物理蒸汽。在一个典型的循环中，装载15-30分钟，抽空30-60分钟，金属化60-120分钟，重新加压5-10分钟，卸载15-30分钟，这导致总体生产利用率(production availability)在30％和65％。这些数字仅为近似值，并非所有机器都相同。
194.待处理基板上的表面污染物，例如来自搬运物料(handling material)的污染物，可导致相对较差的表面质量和涂层的附着力，从而导致返工和相对较低的总体生产率和较高的生产成本。锂基阳极的氧化和氮化(例如通过大气气体)会损坏阳极组件，从而增加报
废率并降低生产率，或者更普遍地降低包含受污染阳极材料的电池的性能。此外，使用锂箔作为输入的工艺可能因这种材料的成本相对较高而处于劣势。
195.因此，本文教导的阳极和阳极生产工艺可以实现以下一项或多项：避免使用锂箔，增加设备利用率并减少返工，并且可以帮助提高阳极材料的表面质量或表面纯度。
196.本文教导的另一方面涉及一种生产多层阳极或阳极组件的方法，该方法通过pvd工艺将惰性和反应性金属和/或其他材料(包括固体电解质膜，包括聚合物、玻璃、或陶瓷膜)沉积到基板上，这样膜的沉积就可以在同一设备内进行而不破坏真空，从而大大减少循环时间。与一些已知系统相比，这可有助于提供以下一项或多项优势：可以避免使用锂箔；减少基板污染的机会；减少了搬运并暴露在大气中的概率；可以提高设备的利用率；可以降低与建立真空相关的能源成本。这有助于提供适用于锂基电池的低成本阳极组件。
197.实现这些优点中的一些的设备可以包括卷对卷真空金属化设备，其具有真空金属化室，真空建立系统，两个或更多个汽化金属源(至少一个锂金属源和一个惰性金属源)，卷盒(roll magazine)(用于容纳额外的待涂覆原料)，气闸(airlock)，卷交换机构，控制系统，以及可选的惰性气体容器化系统(containerizing system)。在共同的真空金属化室中提供多个汽化金属源可有助于允许在腔室中施加两种或更多种不同材料，而不必在金属施加器之间重新加压和抽空真空室。这既可以节省能量，又可以提高利用率。例如，设备可以包括两个、三个、四个或更多个位于共同的环境中的沉积源，该共同的环境可以被配置为真空环境或低氧和低氮环境(例如通过施加真空和/或提供惰性气体环境)。有利地，与第一金属化步骤的成本相比，附加的金属化或真空处理步骤的增量成本(incremental cost)相对较低，从而允许生产多层阳极组件而不会给产品带来明显的附加成本负担。这与轧制(rolled)箔阳极组件形成对比，轧制箔阳极组件在所有情况下都会产生轧制成本，并且附加工艺步骤的成本是附加的。
198.可选地，可通过气闸或其他此类结构进入真空金属化室，这些结构可允许材料、人员和/或设备进出真空金属化室，而无需使真空金属化室的内部与周边环境直接流体连通。使用合适的气闸和卷盒可有助于在卷的金属化过程中加载和撤离一组或多组附加的卷。一旦完成金属化，就可以在不破坏真空的情况下(例如在单个真空循环内)用新的、未处理的卷替换处理过的卷，从而增加设备利用率。惰性气体容器化系统可以允许在不离开设备的情况下将成品卷放置在惰性气氛下并密封在容器中，从而减少处理过的卷被污染或反应金属与大气中的气体(例如氧气)之间发生不必要反应的可能性。或者，系统中不必包括气闸机构，真空金属化室可以向周围环境开放以装载和卸载材料等，然后关闭并可以施加新的真空。
199.参考图2-4，阳极组件100的一个示例包括集电器102、反应膜106和位于集电器102和反应膜106之间的保护膜104，保护膜104至少基本上将反应膜106与集电器102离子隔离。在这种布置中，基板区域190包括集电器102和保护膜104，界面区域194是空的并且不包括任何界面膜，锂承载区域192包含反应膜106，且覆盖区域196是空的并且不包括任何覆盖材料膜。
200.集电器可由任何合适的材料形成，包括适用于如本文描述的电池的已知的金属箔。在图2-4所示的示例中，集电器102由大致连续的铝箔网形成。虽然铝通常被认为是与锂不相容的集电器材料，但本发明人发现，与之前设想的锂金属阳极不同，包含保护膜104可
以允许使用铝箔材料用作集电器102，这是一种相比铜或其他传统材料成本更低的导电基板。相对于现有技术中使用其他金属或聚合物作为集电器基板的组件，这可有助于降低阳极组件100的输入材料成本。如果在一些实施例中需要，其他材料可用于集电器金属箔，包括铜、铝、镍、不锈钢、钢、镁、导电聚合物、聚合物及其组合。在一些示例中，集电器可以不需要保护膜104，并且基板区域190可以只包括集电器102。
201.在一些情况下，铝可能是集电器102的优选材料，因为与一些替代物相比，它具有相对较低的密度和相对较高的导电率，并且成本相对较低。这有助于为给定应用提供具有所需尺寸和重量的集电器102。然而，铝在某些运行条件下可能具有一些缺点，这可能导致想要使用不同的集电器材料。例如，铝在高温下(例如在pvd工艺中可能经历)可能具有相对较低的强度，这可能导致材料失效。此外，铝易于与锂金属反应，本发明人已通过使用保护膜104克服了这一点。包括保护膜104的集电器可以被描述为受保护的集电器或受保护的基板，并且可选地与多种不同的导电膜、反应或性能膜以及本文描述的不同阳极组件配置的其他特征一起使用。
202.在该示例中，当阳极组件100在电池内使用时，集电器102具有面向电解质和阴极组件的内侧或前侧108以及相对的外侧或后侧110。前侧108可以包括涂层部分或表面111，涂层部分或表面111是集电器102的被保护膜104粘合并覆盖的部分。涂层表面111可以覆盖前侧108的全部或至少基本上全部(如本实施例所示)，或者可以覆盖前侧108的小于100％的部分。在这种布置中，涂层表面111被保护膜104覆盖，基板区域190的支撑表面112由保护膜104的前侧或表面限定。在其他布置中，例如在没有保护膜104的情况下，基板区域的支撑表面112可以由集电器102的涂层表面111提供。
203.集电器102可以由任何合适的金属形成，并且优选地可以由铝形成。在本示例中，集电器102由连续的铝箔网形成，但在其他示例中可以具有不同的配置。正是保护膜104的存在可以促进使用铝箔作为集电器102和最终支撑反应膜106中的锂金属的物理基板。优选地，阳极组件100仅需要将铝箔包括在集电器102中作为连续的物理基板以帮助支撑组件100的其他部分，并且可以在不需要使用锂箔或铜箔的情况下(例如可以不含锂箔)形成。
204.使用铝形成集电器102可具有使其成为极好的集电器的若干有益特性。例如，从用于形成集电器的可用且合适的金属来看，铝在体积上可能是成本最低的金属之一。铝作为薄箔也可以足够坚固以在阳极组件100的制造工艺中防止撕裂，并且在制造工艺中与其他箔例如锂箔相比可以相对更容易卷绕、退绕以及搬运。铝也是一种足够地、相对有效的电导体，可以帮助确保阳极组件100按需运作。
205.事实上，这些特性可能是导致铝箔在锂离子电池中频繁用于阴极集电器的一些因素。然而，铝通常被认为不适合作为本文预期的阳极集电器(通常是因为它在直接暴露时与锂金属不相容)。例如，铝被认为不适用于阳极集电器，因为它在相对较小的电势下很容易与锂形成合金。通过取代晶体结构中的铝，锂导致集电器显着膨胀，导致其降解并最终分解，从而限制电池的寿命。因此，据本发明人所知，铝为此尚未用于锂离子电池中或用于固态电池的阳极集电器。
206.该示例中的集电器102可形成为具有适合用于给定电池设计或类似应用的任何合适的尺寸、形状和厚度。例如，根据给定的应用，集电器102具有可以在约1和约100微米之间或更大、在约4和约70微米之间或在约10和20微米之间或在约5和15微米之间的集电器厚度
114。然而，在一些制造条件下，包括那些利用相对高温(例如高于150℃的温度)的条件，铝的相对较低的强度可能将铝集电器102的最小实际厚度114限制在约10和约20微米之间，同时仍然提供所需程度的机械强度。在想要集电器102具有其他特性(例如相对较高的强度、较小的集电器厚度114(例如小于10-20微米)等)的实施例中，可以使用如本文描述的其他集电器材料(例如参考图14和图15中所示的实施例)。
207.优选地，在该实施例中用于形成集电器102的铝箔可以提供为连续箔网，其从铝箔的第一卷或源头卷退绕并且可以在制造工艺中通过处理或制造区，其中用于形成保护膜104和反应膜106中的至少一者(且优选地两者)的材料可被施加到连续箔网。在此布置中，铝集电器102及其上的支撑表面112可物理地支撑保护膜104和/或反应膜106。这可有助于减少和/或消除保护膜104和反应膜106由连续的箔或网形成的需要，相反，可以允许用于形成保护膜104和反应膜106的材料直接沉积或以其他方式施加到集电器102的支撑表面112。本文描述了具有这种性质的合适的制造工艺的一些示例。
208.保护膜104由任何合适的保护材料形成，该保护材料可以在反应膜106和集电器102之间提供预期程度的电子导电性并且还可以(当以合适的厚度施加时)将反应膜106与集电器102离子隔离。用于形成反应膜104的金属也优选地相对于集电器102的材料和反应膜106的材料是完全惰性的，或者至少基本上是惰性的，以帮助防止电偶腐蚀或其他膜102和104或104和106之间的不想要的反应。在给定组件100中使用的具体材料受用于形成该实施例中的集电器和反应膜的具体材料的影响。
209.用于形成保护膜104的合适材料的一些示例通常是金属，并且可以包括铜、镍、银、钢、不锈钢、铬和反应膜106中的锂不容易嵌入其中的其他金属或合金(例如与锂金属完全不反应)。
210.保护膜104具有保护或隔离厚度116，该厚度可以选择为能够将反应膜106与集电极102充分隔离的任何厚度，并且优选选择为提供所需隔离度的最小厚度。例如，厚度116可以在1-75000埃之间，并且更优选地可以在约1-15000埃之间，在一些实施例中厚度最优选在约200-7500埃之间。
211.可以修改集电器102和保护膜104的厚度114和116以获得不同的电池特性和基板区域190的不同性能特性。这可以帮助为电池制造商提供一些灵活性以权衡与涓流充电(trickle charging)相关的资金和存货成本vs较厚的锂涂层相关的相对较高的阳极成本。这种灵活性可以让制造商调整他们的生产工艺，以适应产品需求和他们的业务限制。
212.可选地，可以在保护膜104和集电器102之间引入另一金属层，例如银、金、镍或不锈钢，或任何其他合适的金属，例如以帮助改善保护膜104与集电器102中的铝箔的结合，并且可以包含在基板区域190内。
213.可以使用任何合适的技术将形成保护膜104的材料施加到集电器102。一种优选的施加技术是物理气相沉积，其中保护材料可以作为合适的金属蒸气提供，其作为薄的、高度粘附的、且基本上纯的金属(或合金)涂层沉积在支撑表面112上。保护膜104可以优选地在一次沉积过程(pass)/步骤(step)中形成，或者可替代地可以使用两次或更多次过程来构建，以构建具有预期厚度116的保护层104。这种沉积技术可以允许保护金属材料被结合到集电器102，而不需要使用单独的结合材料、粘合剂等。
214.反应膜106和位于锂承载区域192内的任何其他一种或多种膜可以由任何想要的
活性材料(包括锂、钾、铷、铯、钙、镁和铝)形成，并且在本文描述的示例中由锂金属形成。反应膜106的尺寸和形状被设计成提供用于接触电池中的电解质材料的预期接触表面120，并且可以具有外表面119，该外表面119被配置成面向和接触覆盖区域196(如果存在的话)中的层，或者面向电池或电化学电池内的隔膜并接触电解质材料。
215.反应膜106可具有任何合适的厚度118(图3)，并且优选可具有在约0.001和约100微米之间、或在约0.1微米和约20微米之间的厚度。
216.可以使用任何合适的技术提供这种性质的反应膜106，并且优选地可以使用沉积技术施加并且不使用锂箔(例如不含锂箔，而包含锂金属)。在本示例中，在已经沉积保护膜104之后进行的第二沉积工艺中，进一步通过物理气相沉积施加反应膜106。优选地，两次沉积工艺都可以使用共同的机器进行，并且更优选地在相同的处理室(processing chamber)中通过单次生产过程并在相同的真空循环下进行，如本文描述。这可有助于简化阳极组件的生产和/或降低组件的各部分在生产步骤之间被损坏或污染的可能性。还可以帮助减少组件的生产时间，因为处理室不需要在处理过程中在真空和非真空状态之间循环。
217.阳极组件100可以被进一步处理或与任何合适的电解质材料结合，包括可选的固体电解质、阴极和其他元件，以生产电池单元，例如图19中示意性说明的电化学电池单元300，用于电动汽车或其他电子设备。给定的电池单元虽然可能与示意性示出的有所不同，但仍利用本文教导的一个或多个方面。给定的电池可包括两个或更多个这样的电池单元并且可具有多种合适的物理和电气配置。
218.在图2和图3的实施例中，保护膜104设置在集电器102的前表面108上。这对于阳极组件100的一些预期用途可能是足够的，例如当用于固态电池时和/或与固体电解质材料(其仅与反应膜106物理接触或至少基本上仅与反应膜106物理接触)结合时。也就是说，通过在锂反应膜和铝集电器102之间插入保护金属膜，可以使铝集电器102对形成阳极组件100的外部接触表面的反应膜106中的锂基本上是惰性的。因为固体电解质电池限制了暴露于电解质的导电表面，所以铝集电器102通常不会与铜保护层104共享离子连接，因此组件100不易受到电偶腐蚀。
219.或者，集电器102可在两侧涂有保护金属材料，使得阳极组件1100的另一示例包括在集电器102的前侧108上的第一前保护膜104a(例如，在集电器102和反应膜106之间)和结合到集电器102的相对后表面110的第二后保护膜104b。这可以帮助防止不想要的化学反应(例如电化腐蚀)影响集电器102的至少基本上所有的，可选的所有的前侧和后侧。
220.可选地，前保护膜104a和后保护膜104b的周边可以彼此接合，从而有效地将集电器102密封在保护材料内并且基本上将集电器102与周围环境离子隔离。保护膜104a和104b可以使用任何合适的技术彼此接合，包括例如pvd、施加聚合物膜或树脂、压接等。保护集电器102的至少后表面108，并且可选地还通过密封前膜和后膜104a和104b来保护集电器102的侧边缘，可以有助于促进阳极组件1100在使用非固体电解质(例如液体和/或凝胶，其可能增加集电器102的后表面108与电解质材料接触的可能性)的电池(例如传统的锂电池)中的使用。
221.后保护膜104b可以使用与前保护膜104a相同的工艺(例如物理气相沉积)或通过不同的工艺形成，并且更优选地可以在通过处理室的单次生产过程中形成。
222.可选地，阳极组件的一些实施例可以被配置为双面阳极，其中集电器的前侧和后
侧(或更一般地，相对的第一侧和第二侧)都涂有相应的保护膜和反应膜。双面阳极组件2100的一个示例在图13中示意性地示出。在该示例中，集电器102在一侧具有第一保护膜104a，第一反应膜106a施加到第一保护膜104a。第二保护膜104b设置在集电器102的相对的后侧并且覆盖有第二反应膜106b。可选地，如上所述，保护膜104a和104b可以接合在一起，并且在一些示例中，反应膜106a和106b可以类似的方式彼此接合。在此布置中，基板区域190可包括集电器102以及保护膜104a和104b，并且可在基板区域190的每一侧上提供单独的锂承载区域192。虽然在该示例中未示出，但单独的界面区域194和覆盖区域196也可以在组件2100的每一侧提供。
223.参考图14，示出了阳极组件3100的另一个示例。在该示例中，集电器102由不锈钢(而不是铝)形成。因此，不需要保护膜(例如膜104)来保护集电器102免受锂承载区域192中的锂的影响，并且该示例中的基板区域190仅包括集电器102。与铝相比，不锈钢可以具有相对较高的密度(约为铝的3倍)和高温下相对较高的机械/拉伸强度，但具有相对较低的导电率(约为铝的1/25倍)，这通常被认为使其成为相对不太想用来作为集电器102的材料。然而，本发明人已经发现，不锈钢的相对较高强度可以帮助促进不锈钢集电器的产生，其厚度小于类似的铝集电器的厚度，并且可具有小于约15微米、小于约10微米并且可选地小于或等于约5微米的厚度。这种相对较薄的不锈钢集电器可有助于为集电器提供与类似的铝集电器相比类似的重量能量密度(gravimetric energy density)和相对更高的体积能量密度。
224.如上所述，使用不锈钢的一个潜在缺点是其相对较低的电导率，这会降低阳极组件的性能，例如，增加电阻并在连续充电循环期间使锂在阳极上的沉积不均匀。如果阳极组件将用于固态电池(ssb)，这可能是不想要的，因为它可能导致阳极组件和固体电解质材料之间的接触问题。然而，本发明人已经发现，在不锈钢上施加合适的导电增强膜(例如铜、铝、银、金或其他导电材料)可以增加组件的导电性并使其几乎等同于铝，这可以帮助克服明显的劣势。
225.本发明人还发现，当使用相对较薄的不锈钢集电器102时，可以通过使用替代阳极组件配置来克服不锈钢材料的其他明显限制，该替代阳极组件配置可利用一个或多个附加功能膜(例如导电膜、可以在界面区域194中提供的性能膜、以及可以在覆盖区域196中提供的气体保护膜)，以帮助提供具有期望的物理和电气参数的整体阳极组件。
226.例如，参见图14，在该实施例中，阳极组件3100的基板区域190包括由相对薄的(例如小于约15微米)不锈钢箔形成的集电器102，并且锂承载区域192包括由锂形成的反应膜106(优选如本文描述的沉积而成)。由于不锈钢不像铝一样会与锂反应，因此该实施例不需要包括保护膜(例如上面的膜104)以帮助将反应膜106与集电器102隔离。然而，可以提供替代膜以帮助为不锈钢集电器102和锂反应膜106提供预期水平的电导率、性能和氧气/气体保护。
227.可选地，阳极组件3100的界面区域104可以包括位于反应膜106和集电器102之间的一个或多个性能膜，例如性能膜150。性能膜150优选地被配置为帮助增强或积极地影响锂金属(形成反应膜106)在集电器102或任何中间膜(如本文描述)上的沉积(以及在使用时阳极组件的连续充电和放电循环期间)，例如通过有助于降低锂材料在沉积时形成枝晶的趋势的材料形成。在该示例中，性能膜150由银形成，但也可使用其他类似的材料或材料的
组合并且可帮助提供期望的沉积增强，同时仍提供期望的电导率和其他机械性能。例如，一个或多个性能膜150可以包括通常与锂金属相容的亲锂材料，并且可以帮助在亲锂膜层内提供增强的离子迁移率，这可以有助于本文描述的沉积增强效果。在一些配置中，两个亲锂材料膜，例如亲锂界面膜150和亲锂覆盖膜150b，可以包含在阳极组件中，但可以位于不同的区域，例如如图所示的界面区域194和覆盖区域196。优选地，位于覆盖区域196中的亲锂覆盖膜150b可以允许反应膜材料(例如锂)穿过覆盖区域196并沉积在锂承载区域102中(而不是积聚在覆盖区域196中，在亲锂覆盖膜150b或覆盖区域196中的任何其他中间膜的外表面上)，并且实际上通过亲锂覆盖膜150b迁移反应材料可以帮助反应材料扩散进入锂承载区域192和/或相对于基板区域190的支撑表面112(无论是由集电器102还是保护膜104提供)扩散反应材料，这可以帮助成形/形成反应膜106并且可以帮助减少反应材料沉积工艺期间的枝晶的形成。虽然图14中显示了两个可选的亲锂材料膜(150和150b)，但如果仅包括单个亲锂材料膜，则它可能优选位于覆盖区域196内(如图14中的标号150b所示)，而不是在界面区域194中。
228.可选地，性能膜150或150b可由铝、铟、镁、锌、锡、碳(优选气相沉积为黑碳)、银及其组合的合适合金形成。此外，给定阳极中的给定性能膜150可包括由单一材料形成的单层膜、由不同材料形成的两层膜、或由两种或更多种材料的合金或混合物形成的多层膜，所有这些都可被理解为如本文描述的性能膜。
229.虽然在该示例中性能膜150显示在一个位置中，但是性能膜也可以和/或可选地引入在反应膜106和带涂层的集电器102之间、反应膜106内连续的锂材料膜之间(或连续的反应膜106之间)、与锂共沉积在反应膜106中(即基本上作为合金反应膜)、和/或在锂反应膜106的外表面上(如可选的膜150b所示)，这些都通过物理气相沉积而成。可以在集电器102的给定侧上提供一个以上的性能膜(即，在一些示例中可以包括膜150和150b)。
230.这种性质的膜150可以充当保护膜，其可以帮助减少锂膜(如果有的话)与给定电池单元内的电解质(其可以是固体或液体电解质)之间的不想要的反应。这些膜还可以帮助保护锂反应膜在制造和/或组装工艺中不暴露于空气或周围大气中。
231.可选地，组件3100还可以在界面区域194中包括一个或多个导电膜(除了亲锂性能膜150之外)，例如导电膜152，其可以位于反应膜106和集电器102之间，并且优选地在性能膜150(如果有的话)和集电器102之间。导电膜152优选地由具有比形成集电器102的材料(例如本示例中的不锈钢)更高的电导率的材料形成，以帮助提高阳极组件3100的性能。导电膜的合适材料可以包括铜、铝、银、金或其他此类材料，以及它们的组合或合金。添加导电膜152可以帮助将不锈钢集电器102的电导率提高到与本文其他实施例中描述的铝集电器大致在相同数量级内的水平。导电膜152可以具有任何合适的厚度，并且可以在0.1和5微米之间。
232.在一些环境中，反应膜106中的锂可能与周围环境反应，这可能影响组件3100的性能和/或寿命。例如，如果暴露在空气或周围环境中，则反应膜106可能倾向于与空气中存在的氧、氮和/或水蒸汽反应。这样的暴露可以使反应膜106退化。为了帮助限制这样的反应和/或退化(degradation)，组件3100的覆盖区域196可以包括可以沉积在反应膜和锂承载区域内的任何其他膜(例如通过pvd)上的一个或多个合适的气体保护膜，例如钝化膜156。优选地，用于钝化膜156的一种或多种材料与环境的反应性相比反应膜106较低，但仍具有
预期的导电性和机械性能，并且重要的是当使用阳极组件时，可以允许足够的锂离子流动以允许锂离子在电解质和锂承载区域之间移动。可用于钝化或气体保护膜156的合适材料的一些示例可包括金属材料，例如金、铂或其他贵金属/惰性金属，和/或可包括氧化物材料，例如氧化铝、氧化锂、铝酸锂、混合金属氧化物(优选至少含有一些锂)，或任何可以通过pvd沉积的阻气材料(gas-blocking material)。沉积一层合适的金属或氧化物材料可以帮助减少气体扩散到阳极组件3100的涂层表面的量，同时仍然允许/促进预期的锂传输。优选地，可以选择气体保护膜的厚度，使得对于给定的实施例，它足够厚以抑制气体扩散到锂承载区域192中但又足够薄而不会实质上阻碍锂金属氧化的速率。在一些示例中，气体保护膜的厚度可以在0.01至5微米厚。如果阳极组件包括该可选的气体保护膜156，则它优选是覆盖区域192中的最外层膜。
233.虽然组件3100被示为单面组件(例如，功能层仅设置在集电器102的一侧)，但它可以可选地通过在集电器102的相对侧上(即在图14中所示的中心线158的相对侧上)提供相同或类似但不等同的功能层组而配置为双面组件。
234.参考图15，阳极组件4100的另一个示例被配置为利用铝集电器102并且包括位于集电器102和反应膜106之间的保护膜104(如本文所述)。该示例省略了图14的导电膜152(当使用铝集电器102时不需要)但是包括在它们相应的区域194和196中的性能膜150和气体保护膜156(如参考图14所描述的)。
235.除了有助于保护完成的阳极组件之外，气体保护膜156可用于在组装工艺中帮助保护反应膜106和/或其他部件，特别是如果组装要在包含氧气、氮气、水分等的环境中进行。例如，可以在施加反应膜106之后不久便施加气体保护膜156以便在搬运或生产期间防止反应膜106暴露于周围环境。这可以允许在更广泛的周围环境中生产阳极组件。包括受保护的集电器的阳极组件仍可受益于使用相对较轻和/或成本较低的基板材料，同时限制它们与其他电池部件的反应性，即使阳极本身不包含锂金属。
236.根据本文描述的一个实施例，用于电池(包括锂基电池或可选的碱性电池或其他电池类型)的阳极组件的另一个示例可包括受保护的集电器，该集电器具有由合适的集电器材料形成的基板，并且基板具有用于接收/支撑组件的其他部件的支撑表面。集电器材料可以是本文描述的任何合适的材料，例如铝、铜、铝、镍、不锈钢、钢、镁、锌、银、导电聚合物、聚合物及其组合或合金，以及锂与这些材料的合金包括例如锂-银合金、锂-镁合金、锂-锌合金等。为了讨论的目的，该示例中的集电器材料将被称为铝，但在其他示例中可以是其他合适的材料。
237.为了帮助减少阳极组件或电池单元其他部分内的潜在反应材料之间发生不想要的反应的机会，受保护的集电器中的铝覆盖有合适的保护膜，该保护膜至少结合并覆盖支撑表面，并且包括如本文描述的适当导电的保护金属。在这种布置中，保护膜优选地布置在集电器基板与电池单元内的潜在反应材料之间，使得电子可以根据需要在电池单元内移动，并且集电器基板与反应材料至少基本上离子隔离。因此，保护膜可以帮助至少基本上防止或抑制、并且可以完全防止电池单元内的活性材料扩散到集电器，这可以帮助至少基本上抑制、并且可选地完全防止锂金属和集电器之间不想要的反应。集电器基板和反应膜之间的这种类型的隔离可以有助于促进锂在反应膜中的使用，同时有助于促进在集电器中使用通常想用作集电器但(例如，在没有合适的保护膜的情况下)会与电池单元内的锂或其他
此类材料发生反应从而降低集电器、阳极组件的有效性和/或可能损坏或降低阳极组件或其子层的有效性的材料。
238.例如，再次参考图15中的阳极组件4100的示意图，阳极组件的另一个示例可以包括受保护的集电器的示例，其包括铝集电器102和覆盖集电极基板102的表面的至少一部分的保护膜104。在其他示例中，其他材料可以用于反应膜106。
239.阳极组件4100的这个变型/示例可以使用本文描述的技术组装，并且保护膜104可以经由pvd沉积在集电器基板102上以提供受保护的集电器子组件。
240.在一些示例中，反应膜106在首次沉积时可能不包含锂，然而当阳极组件4100在电池单元内使用时，锂离子可能在反应膜106的材料内积聚或直接镀到保护膜10上(例如在充电过程中)，并且如果不存在中间保护膜104则倾向于与集电器102中的铝材料反应。
241.在阳极组件4100的进一步示例中，受保护的集电器可包括直接沉积在保护膜104表面上的性能膜156。当适当选择时，性能膜156中的材料可允许锂通过性能膜156直接沉积在本文的保护膜上，从而允许在电池组装后活性膜原位形成在性能膜156和保护膜104之间。可以选择性能膜156中的材料或材料组合以改善最终的阳极组件的电镀/剥离行为并通过例如降低形成枝晶的趋势、防止与电解质材料的不想要的反应、改善活性膜的机械性能、增加阳极结构中不同层之间或阳极界面与电解质之间的化学和机械相容性来增加循环寿命。用于性能膜156的合适材料包括金属铝、砷、铋、铟、铅、镁、锡、锌及其组合，以及锂离子导电氧化物如锂离子导电氧化物，氮化物、硫化物和氟化物，例如氮化锂、lipon、锂硫银锗矿(lithium argyrodites)，以及锂离子导电聚合物，例如聚环氧乙烷，或上述任何一种的组合。
242.参考图19，可利用本文描述的阳极的一种示例性电化学/电池单元300还可包括外壳302(其包含任何合适的电解质材料304)、合适的阴极306和设置在阳极和阴极之间的合适的隔膜308。
243.在这个实施例中，阳极6100的另一个示例可以可选地配置为利用铝集电器102并且包括位于集电器102和反应膜106之间的保护膜104(如本文描述)，保护膜104可以帮助将集电器102与反应膜106中的锂隔离。阳极6100还包括性能膜150，其覆盖反应膜106并将其与电池单元300内的电解质材料304分开。膜104、106和150中的一些或全部可以通过如本文描述的pvd施加。在这种布置中，阳极6100可以可选地提供其锂反应膜。
244.或者，电池单元(如电池单元300)内使用的阳极可以在最初形成时不包括锂反应膜，或者可以包括部分锂反应膜(其含有比电池单元300充电时存在的锂更少的锂)。即，当首次生产时，阳极可包括基本完整的锂反应膜、部分锂反应膜或在制造时不需要包括锂金属反应膜。
245.例如，一种形成用于锂基电池单元的阳极的方法可包括以下步骤：提供合适的集电器102，将保护膜104沉积到集电器102的至少一部分上(优选通过pvd)，以及将性能膜150沉积在保护膜104的至少一部分上(优选地通过pvd)。这可以提供不含锂的多膜阳极，如图20中示意性示出的阳极7100。可选地，这种不含锂的多膜阳极7100可以布置在合适的电池单元中，例如电池单元300，并且可以将锂添加到阳极7100，以提供想要的反应膜106，而通过对电池单元充电(例如在阳极和阴极之间施加电势)阳极7100原位位于电池单元300内。
246.例如，参考图22，阳极7100可以设置在电池单元300内并且电池单元300可以被充
电。还参见图23，在该充电作业期间，锂离子可以向阳极7100迁移(并且通常可以从阴极306转移到阳极7100)并且可以收集/积聚在阳极7100上以形成合适的反应膜106。在性能膜150由合适的亲锂材料形成的示例中，以这种方式驱动的锂离子可以迁移通过性能膜150和/或与性能膜150形成合金，并且可以在保护膜104的表面上形成锂反应膜106(例如镀在性能膜150下方)。使锂离子迁移通过性能膜150的至少一部分可有助于将锂金属分布在保护膜104的侧面上并且可有助于在锂金属沉积时减少枝晶的形成。
247.或者，可以在组装工艺中制造阳极以包括部分反应膜(例如，具有一些锂但小于预期运行量的锂的层)，然后可以在电池单元内将一些额外的锂金属原位添加到部分反应层中。例如，如图21所示的与锂基电池单元300一起使用的阳极8100可以使用包括以下步骤的工艺形成：提供合适的集电器102，将保护膜104沉积到集电器102的至少一部分上(优选地通过pvd)，将性能膜150沉积在保护膜104的至少一部分上(优选地通过pvd)，并且沉积锂金属以形成部分反应膜106c，该部分反应膜106c包含一些锂金属但具有比当在电池单元内使用时当阳极被充电时存在于阳极中的锂金属更少的锂金属。然后可以将阳极8100定位在电池单元300内(以类似于图22中所示的阳极7100的方式)并且可以对电池单元300充电。在充电作业期间，额外的锂金属可以从阴极迁移，可以穿过性能膜150并且可以添加到部分反应膜106c，从而提供具有期望尺寸/厚度的完整的反应层106。在此布置中，反应膜106在阳极组装工艺期间部分地形成(例如以提供部分膜106c)并且然后在原位充电工艺期间完成。
248.在这个示例中，锂金属在反应膜106c中的沉积可以在形成性能膜150之前进行，或者可选地可以在沉积性能膜150之后进行(因为锂金属可以与性能膜150形成合金或迁移通过性能膜150以形成所需的部分反应膜106c)。也就是说，反应膜106或部分反应膜106c可以在性能膜150之前沉积，也可以在性能膜150之后沉积。以这种方式形成的部分反应膜106c可以包括小于当电池单元300被充电时存在于反应膜106中的金属锂的量的90％、80％、70％、60％、50％、40％、30％、20％或小于10％。即，给定的阳极可包括约0％至100％的锂金属，其在首次形成时包含在被充电的反应膜106中。
249.形成包括较少锂金属并且可选地基本上不含锂金属(例如没有反应膜106或只有部分反应膜106c)的阳极(例如7100和8100)可以有助于简化制造和/或组装工艺，因为阳极可含有较少的反应锂金属。这可有助于降低阳极的反应性，可有助于减少使用改性气氛(modified atmosphere)和/或低氧制造环境的需要和/或可有助于使阳极相比于包含全充电反应膜106而制造的类似阳极相对更稳定地储存和运输。
250.仅出于示例性目的，一些比较成本估算包含在下面的表1-7中，其中包含一些用于制造一些传统阳极组件的输入材料成本的估算以及用于本文描述的阳极组件的输入材料成本的估算。表1-传统锂箔阳极评估成本(2019)
表2-传统铜箔和锂箔阳极组件评估成本(2019)表3-锂金属阳极组件评估成本(2019)表4
–
根据本公开的低成本锂金属阳极组件评估成本(2019)表5-薄型锂金属阳极组件(用于涓流充电)评估成本(2019)表6-根据本公开(用于涓流充电)的薄型低成本锂金属阳极组件评估成本(2019)
表7-集电器基板材料的近似成本(2019年评估)
251.阳极组件100和1100可与其他部件结合使用以提供锂基电池，该电池包括任何合适的阴极组件(该阴极组件包括阴极集电器和阴极反应表面)以及如本文描述的锂阳极组件。电解质可以布置在阴极反应表面和阳极反应膜之间并且可以接触阴极反应表面和阳极反应膜，并且第一保护膜可以布置在支撑表面和反应膜之间，使得电子可以通过第一反应膜和第一保护膜从电解质到阳极集电器。第一反应膜可以与支撑表面间隔开并且至少基本上离子隔离，由此第一保护膜基本上防止反应膜扩散到集电器，从而抑制锂金属和集电器之间的反应。也就是说，第一保护膜可以至少基本上将支撑表面与电解质离子隔离。电池130的一个示意性示例示于图9中，并且包括阳极组件100以及电解质132和合适的阴极组件134的示意性表示。
252.根据电池设计，电解质可以包括直接接触第一反应膜而不直接接触阳极集电器的固体电解质材料，或者可以包括不同类型的电解质材料。优选地，阳极集电器(例如集电器102)被一层或多层保护膜104中的保护金属包裹并且与电解质物理和离子隔离。
253.本文描述的阳极组件可使用任何合适的制造工艺制造，包括本文描述的那些制造工艺。优选地，制造工艺可以利用至少两个物理气相沉积工艺来将保护膜和反应膜104和106施加到集电器102上，并且更优选地可以在至少半连续工艺(semi-continuous process)中进行，其中层104和106以卷对卷工艺沉积在移动的铝箔网上。由于物理气相沉积将在低压/真空条件下进行，因此可以优选地配置制造工艺，使得保护膜和反应膜104和106都在共同的处理/金属化室中沉积到集电器102上，同时在相同的真空循环和条件下。这可有助于减少或消除在沉积保护膜104和反应膜106之间破坏真空条件的需要，这有助于缩短制造时间和/或减少当沉积反应膜106时重新创建第二真空条件所需的能量。可选地，完成的材料(例如，具有保护膜和反应膜104和106的集电器102)可以在卷对卷工艺结束时卷绕到输出卷上，并且优选地输出卷然后可以包装和/或以其他方式处理(同时仍在同一真空室内)，以便包装和/或处理可以在输出卷暴露于周围环境中的氧气之前完成。
254.参考图6，制造阳极组件600的方法的一个示例包括，在步骤602，在金属化或处理
室的内部提供金属集电器基板(例如集电器102)，所述金属化或处理室可以配置在大气压力下，并且可以选择性地配置(例如通过使用合适的真空泵设备等)以具有小于大气压力的内部运行压力。金属化室中的运行压力可以是促进预期的物理气相沉积工艺的任何合适的压力，并且在一些示例中可以在约10-2
和10-6
托之间。优选地，这可以帮助提供在形成膜104和106时基本上无氧的处理室内部。
255.在步骤604，集电器102上的支撑表面112通过第一物理金属沉积工艺、使用一次或两次或更多次步骤至少部分地涂覆有保护金属材料，以构建和提供保护膜104。
256.在步骤606，保护膜104通过第二物理金属沉积工艺、使用一次或两次或更多次步骤至少部分地涂覆有反应性金属材料，以构建和提供反应膜104，由此第一保护膜104布置在支撑表面112和反应膜106之间，使得电子可以从第一反应膜106移动到集电器102，并且第一反应膜106与支撑表面112间隔开并且至少基本上离子隔离，由此第一保护膜阻止了反应膜106向支撑表面112的扩散，从而抑制了反应性金属与集电器102之间的反应。
257.优选地，集电器102材料是连续的金属箔，其在步骤602之前通过可选步骤608从第一输入或进料卷上退绕，然后在步骤606之后通过可选步骤610卷绕到第一输出卷上。在这种布置中，步骤604和606可以优选地在连续的金属箔网沿沉积路径在第一进料卷和第一输出卷之间移动时执行。
258.第一个和随后的进料卷可以由任何合适的退绕设备(unwinding apparatus)支撑，该退绕设备优选也位于低压处理室内，使得可以在保持腔室中的真空的同时退绕卷并且获取网(web)。类似地，输出卷可以保持在合适的卷绕设备(winding apparatus)上，该卷绕设备优选也位于低压处理室内，使得可以在保持腔室中的真空的同时卷绕输出卷。网可以任何合适的处理速度在输入和输出卷之间移动，该速度允许成功完成预期的沉积工艺，并且可以在约1或2m/min和约1500m/min之间，并且可选地可以在约1m/min和约20m/min之间，或在一些优选示例中在约2m/min和约10m/min之间。
259.可选地，步骤604可以包括从至少一个保护金属蒸气源设备(例如保护金属蒸气源，其被配置为在网以处理速度移动的同时在单程中在支撑表面112上沉积在约0.001微米至约10微米之间的保护金属)提供保护金属。如果需要，然后可以重复该沉积工艺，例如通过反转网的移动方向然后使支撑表面112的先前涂覆的部分经过保护金属蒸气源以进行第二程和/或后续程并将保护金属沉积到支撑表面112上，直到第一保护膜具有在约1埃与约75000埃之间的厚度。或者，如本文描述，这些步骤可使用具有适当数量和布置的沉积区的合适沉积设备在单程中完成。
260.可选地，步骤606可以包括从至少一个反应性金属蒸气源设备(例如反应性金属蒸气源，其被配置为在网以处理速度移动的同时在单程中在保护膜104上沉积在约0.001至约20微米之间的反应性金属)提供反应性金属。如果需要，然后可以重复该沉积工艺，例如通过反转网的移动方向然后使保护膜104的先前涂覆的部分经过反应性金属蒸气源以进行第二程和/或后续程并将反应性金属沉积到保护膜104上，直到第一反应膜具有在约1和约40微米之间的厚度。优选地，反应性金属蒸气源可以在网移动方向上与保护金属蒸气源间隔开，并且可选地可以位于保护金属蒸气源的下游。这可以允许保护膜104和反应膜106两者在集电器网的单程中形成，只要反应性金属蒸气源和保护金属蒸气源被操作以在单程中沉积足够量的相应金属。
261.可选地，在开始退绕集电器网并开始沉积工艺之前，方法600可以包括步骤612：将处理室内部的压力从约大气压力降低到运行压力，然后引入第一进料卷经由气闸进入处理室的内部，由此第一进料卷可以从处理室的外部传送到处理室的内部，而不会将处理室的内部的压力增加到1kpa以上。
262.优选地，气闸中的压力可以降低到小于约10-2
托的合适的传送压力并且优选地在打开腔室门以连接腔室之前基本上匹配运行压力，但是在一些示例中气闸的传送压力可能低于大气压力，但仍可能高于运行压力。这可有助于使金属化室保持在或至少基本接近运行压力，同时新的集电器箔卷被带入腔室中而不破坏真空——例如在相同的真空循环期间。真空循环可以理解为包括金属化室的显着减压(例如从约大气压力降到接近运行压力或降到运行压力)、腔室基本保持在运行压力且金属沉积可以发生的工作期、然后随后将金属化室再次加压至显着大于运行压力的压力并且在该压力下沉积工艺无法按预期进行(例如从运行压力返回到约大气压力，或其他约50kpa或更多的增压)。在传送箔卷期间气闸压力或传送和金属化室压力的微小差异需要在传送完成时对金属化室压力进行小的修正，但是这种压力差将优选地小于约10-2
托，优选地小于约10-6
托或更小，并且可以认为是在同一真空循环内用于本文教导的目的。因为对金属化室加压和减压可能需要时间并且需要额外的能量输入来驱动合适的真空设备，结合本文描述的气闸可以减少将新的箔卷引入处理室所花费的时间，因为不必破坏真空然后恢复处理室内的真空条件(例如，它可以允许两卷或多卷箔在金属化室的单个真空循环内由物理气相沉积设备处理)。
263.类似地，方法600可以包括可选的步骤614，在该步骤中，第一输出卷(搬运完成的组件材料)可以通过气闸(可选地与用于引入进料卷相同或不同的气闸)，由此第一输出卷可以从处理室内传送到金属化室外部，而不会将处理室内部的压力增加到约10-2
托以上。
264.该方法还可以包括可选的包装步骤616，在该步骤期间，第一输出卷可以被包装、处理和/或密封，同时仍然包含在处理室或气闸的气密低压内部，或者在从气闸移除第一输出卷之前在独立接收室(具有基本上无氧的内部)的气密内部内。这有助于减少成品阳极组件暴露于氧气的机会。
265.本领域技术人员应理解，本文描述的工艺并未描述在处理/涂覆卷时可能执行或使用的每一项可选操作或设备，例如某些表面制备步骤，如等离子体清洁、火焰处理、电晕放电或粘性卷接触(tacky roller contact)，或仪器，如压力传感器、张力传感器和气体分析仪，或通常用于真空金属化系统的各种设备，例如冷却的沉积卷筒(cooled deposition drums)、惰卷(idler rollers)和复卷卷(rewinding rolls)。为了清楚起见，省略了这样的工艺和设备，并视为根据需要并入本文。
266.可选地，还可以补充本文描述的方法以包括额外的气相沉积源，或适合于将膜施加到卷的其他沉积源。这样的工艺可以，例如，将额外的结合层或固体电解质层、阴极层和阴极集电器层施加到涂覆的铝箔网上，同时仍然在相同的金属化室中操作，而不必在连续操作/涂覆之间对腔室重新加压。
267.本文描述的方法可以被修改并应用于基板的其他合适的反应性金属的金属化工艺，诸如铜、镍、不锈钢、镁、导电聚合物或非导电聚合物。
268.本文描述的方法可以应用于其他合适的反应性金属的金属化工艺，其中层状结构被生产用于各种应用，而不必仅限于阳极组件的生产。
269.本文描述的阳极组件和方法可以使用任何合适的设备来生产，该设备可以适当地包括各种不同的部件和子系统。
270.可用于生产本文描述的阳极组件的设备的一个示例在下文描述并且在图10-12中示意性地示出。这些示意图显示了设备的各个方面如何可以一起工作，不过为了清楚起见，没有将包含在设备的生产形式中的每个硬件等示出。
271.在此示例中，卷对卷金属化设备400包括金属化或处理室41，其具有可在第一真空循环期间在小于约0.001kpa的运行压力下配置的内部。卷对卷卷绕组件位于金属化室内，在该示例中包括第一和第二可逆从动卷轴42。真空泵送系统44优选地能够实现想要的运行压力在10-2-10-6
托的真空，连接到金属化室并且可以由任何合适的控制器445控制，在该示例中控制器445包括计算机控制系统445(但可以包括其他控制器，例如plc等，并且还可以包括任何想要的传感器、换能器和用户输入/输出设备)。控制器445可以配置为控制典型参数，例如滚动速度、源强度、真空度、滚动方向等。与传统控制系统不同，控制器还可以通过位置编码器、真空计等控制气闸循环和换卷循环过程。
272.腔室41以腔室壁为界并且包括至少一个可打开的腔室门，如门46所示，箔/基板的进料卷410可以通过该门被引入金属化室41中。用于在制造工艺中保持进料和/或输出卷的真空金属化室41、真空泵送系统44以及可逆的卷轴42被示意性地示出以供参考，并且可以是用于该设备400的给定示例的任何合适的设计。
273.设备400还可以根据需要可选地配备张紧器、惰卷(idling rollers)、典型的传感器和/或合适的预处理设备(卷清洁、等离子清洁、电晕处理等)，这些设备可以适当地结合，但是为了清楚起见，当前图中未显示。
274.在这个示例中，经过处理的箔卷也通过相同的门46被移除，例如通过搬运设备411被保持在存储区域49中，但是在其他示例中，腔室41可以具有两个或更多个单独定位且可打开的腔室门。
275.物理气相沉积设备也至少部分地定位在金属化室41内并且被配置成在第一真空循环期间在金属化室41内采用以下方式处理箔卷：通过独立地沉积i)保护金属层到在第一和第二轴42之间移动的第一箔网上；以及ii)一层反应材料层在保护材料层上。在所示示例中，物理气相沉积设备包括金属蒸气源43，金属蒸气源43包括可以施加保护材料的保护施加器43a(图12)和可以施加反应材料的反应性施加器43b。这些施加器43a和43b沿沉积路径58在一个或多个处理方向上彼此间隔开，当箔网60在保持在轴42(如本文所述)上的材料卷之间移动时，箔网60将在处理室41内移动，从而也限定沉积路径上的相应沉积区45a和45b。
276.在该示例中，沉积路径58被理解为由基板网60在将发生沉积步骤的处理室41内所移动的路径限定。该路径不必是线性的，而可以是蜿蜒的，并且可以包括基板网60的各种取向变化，不过基板网60仍然可以理解为在位于沉积路径的第一端和第二端的材料卷之间沿第一方向或相反的第二方向(例如前向和后向)移动。在该示例中，轴42是可逆的并且网60可以沿沉积路径在两个方向上移动，并且可以移动通过处理室，并且不止一次地经过给定的沉积区45a和45b。在其他布置中，沉积设备和沉积路径可以被配置成单向或单程布置，其中基板网60沿着基板路径仅在一个方向上(例如向前)移动并且仅移动经过每个沉积区一次。
277.在该示例中，沉积区45a和45b也彼此间隔开并且在它们各自的施加器43a和43b上
方对准。在其他示例中，各沉积区可以至少部分地彼此重叠。施加器43的源可以是任何合适的类型，包括例如电阻或感应加热源、射流源、磁控源、电子束溅射源等。取决于所需的沉积速率、所需的涂层附着力等，根据已知原理选择施加器源和确定施加器源的尺寸。
278.可选地，参考图16-18，物理气相沉积设备可配置为包括三个或多个施加器43a、43b和43c，这些施加器与腔室41内的三个相应沉积区45a、45b和45c相关联。每个施加器43a-c可以将不同的材料施加于基板材料，这可以有助于促进三层阳极组件的制造，例如包括反应膜、导电膜和性能膜，或者反应膜、保护膜和气体保护，或者本文描述的膜的任何其他合适的组合。这也可以促进四层组件的生产，例如，如果组件包括在连续程(但可以使用共同的施加器)中沉积的两种不同性能的膜(或其他膜)。虽然这些实施例显示了三个施加器43a-c，但其他示例可以包含4、5、6或更多个施加器。
279.可选地，该设备可以包括冷却设备，其可以用于在进行沉积时帮助降低和/或控制集电器箔基板的温度。这可有助于将箔基板保持在想要的工作温度——例如，铝箔低于约100℃。这可有助于降低箔基板或涂层在沉积工艺中被损坏的可能性。由于每个沉积操作都在高温下进行并使用材料，因此在一些布置中，增加所执行的沉积操作的次数可能导致箔基板中更大的升温。为了帮助控制基板的温度，冷却设备可配置为包括一个冷却构件，例如图17中的冷却卷50，其可与移动的基板接触。多个沉积施加器43a-43c可以布置成使得基板上的相关沉积区与共同的冷却卷50连通。
280.或者，作为使用共同的卷50来冷却两个或更多个沉积区的替代方案，冷却设备可包括多个冷却器，例如图18中所示的多个卷50a、50b和50c，每个卷与各自的施加器43a-c对准并被配置为冷却相应的沉积区。
281.在相同的轧制操作期间(即在网沿沉积路径的单程中)顺序地施加想要的涂层和材料(包括反应性和惰性金属涂层)是可能的，并且在一些示例中可能是优选的，只要每种金属的总质量流动足以在基板网的单程中沉积每种相应金属的所需厚度。这可以帮助简化沉积设备的操作并且可以帮助在一些情况下减少制造时间和复杂性。例如，这可以减少使用可逆轴的需要。
282.例如，用于制造多层阳极组件的方法是单程方法，其中至少包括集电器网和可选地如本文描述的保护膜的基板网沿沉积路径在处理方向上传送，沉积路径包括按顺序排列的多个沉积区(具有相应的沉积施加器或其他设备)。当基板网通过连续的沉积区时，可以施加不同的材料并且可以形成各种膜并相互层叠。优选地，该设备可以被配置为使得基板网仅需要沿沉积路径通过一次——从入口(接收进入的基板网的地方，优选地从进料卷)开始。
283.该方法可包括以下步骤：从合适的基板进料卷退绕连续的基板网，并沿沉积路径在第一/前向工艺方向(process direction)上传送基板网，该沉积路径设置在单程物理气相沉积设备的合适的处理室内。进入的基板网将优选地包括想要的集电器箔，该集电器箔可以从箔供应或进料卷或其他合适的来源退绕。
284.该工艺然后可以包括沿着工艺方向传送基板网通过沿沉积路径定位的一个或多个沉积区。每个沉积区的数量和配置可以在不同的设备或工艺操作之间变化，并且可以基于例如旨在沉积在给定组件上的不同膜的数量和类型。这可能包括一个或多个可选的基板沉积区(这些沉积区可以将材料(例如保护膜)施加于集电器箔)，以及可选的一个或多个锂
沉积区、一个或多个界面沉积区和一个或多个覆盖沉积区。在一些布置中，设备可以包括用于施加到组件的每个层/膜的唯一沉积区，而在其他布置中，给定的沉积区可以包括两个或更多个合适的施加器或者可以以其他方式配置以允许在一个共同的沉积区内沉积两个或更多个层/膜。在一些示例中，也可能的是，如果在给定的组件生产中不需要相应的膜，则设备可以不包括所有可能类型的沉积区，或者在给定的生产周期期间使一个或多个施加器和沉积区被激活。例如，在一些示例中，如果要将锂原位添加到组件中，则该设备不必在处理室内包括锂沉积区(或者它可以存在并停止工作)。在其他示例中，如果给定组件不包括任何界面膜层，则界面沉积区可不存在(或停止工作)。
285.继上面提到的示例，进入的基板网可以沿沉积路径传送通过锂沉积区，并且设备可以使用合适的锂物理气相沉积施加器将至少第一锂膜沉积到组件支撑表面外侧上。在集电器与锂相容并且没有界面膜的示例中，锂可以直接沉积到集电器箔上。在其他示例中，锂可以沉积到保护膜(如果存在)上或沉积到存在的最外层界面膜(如果有)的暴露表面上。这些布置中的每一个都被理解为在基板网的支撑表面的外侧。
286.除了锂材料的沉积之外，制造工艺还可以包括至少一个额外的沉积步骤，或者可以包括两个、三个、四个或更多个额外的沉积步骤，这些步骤将以规定的操作顺序或次序沿沉积路径使用合适的沉积区进行。例如，该工艺可以包括沿着工艺方向传送基板网通过界面沉积区，该界面沉积区沿沉积路径并且在锂沉积区的上游。然后该工艺可以包括使用界面物理气相沉积施加器将由界面材料形成的第一界面膜沉积到支撑表面上。如果要同时提供界面膜和锂膜，则首先沉积一层或多层界面膜，以便一层或多层界面膜可以位于它们预期的位置，例如在支撑表面和第一锂膜之间，这样它们就可以发挥其预期功能。
287.可选地，该工艺还可以包括沿着工艺方向传送基板网通过覆盖沉积区，该覆盖沉积区沿沉积路径并且在界面沉积区(如果存在)和锂沉积区(如果存在)两者的下游。在覆盖沉积区中，一个或多个覆盖膜可以由覆盖材料形成，该覆盖材料允许在电解质和第一锂膜之间的锂离子流动并且优选地在任何先前沉积的界面或锂膜的外侧。将一个或多个覆盖沉积区定位在其他沉积区(如果存在)的下游可以帮助将覆盖区域中的一个或多个膜定位在它们预期的通常在外侧的位置，使得它们可以覆盖下面的锂膜和界面膜。
288.在单程通过预期的沉积区后，将包括想要的膜的基板可以是已完成的或至少基本上完成的多层阳极组件，其然后可以到达沉积路径的末端/出口并且可被储存以供进一步处理或使用，例如通过将多层阳极组件卷绕在沉积路径出口处提供的输出卷上。
289.参考图7，制造阳极组件的方法700的一个示例包括步骤702：在金属化或处理室(可以配置在大气压力下并且可以选择性地配置(例如通过使用合适的真空泵设备等)以具有小于大气压力的内部运行压力)的内部提供金属集电器基板(例如集电器102)。金属化室中的运行压力可以是促进预期的物理气相沉积工艺的任何合适的压力，并且在一些示例中可以在约10-2
和10-6
托之间。优选地，这可以帮助提供在形成膜104和106时基本上无氧的处理室内部。
290.可选的步骤704：基板被传送到界面沉积区(如果给定设计需要)并且可以使用合适的施加器来沉积界面膜。
291.步骤706：网被传送到锂沉积区并且沉积锂膜。然后，在可选的步骤708中，网可以继续并且可选地可以通过一个或多个覆盖层沉积区，然后可以在步骤710离开沉积路径并
且卷绕在输出卷上。可选地，如果基于所使用的特定膜的特性需要保护层，则在步骤714中，可以将保护层施加到集电器箔。这可以在界面沉积步骤704之前完成，并且如果要包括保护层，则在该示例中，保护层将在步骤706锂膜沉积之前沉积。在该布置中，如图所示的步骤714-708可以沿沉积路径在单程中进行，并且优选地在共同的沉积处理室(示意性地以716示出)内并且在处理室716的单个真空循环期间进行。
292.然后可以在步骤712存储和/或发送卷以进行进一步处理，例如使用产生的阳极组件在电池等中。优选地，集电器102材料是连续的金属箔，其在步骤602之前通过可选的步骤608从第一输入或进料卷退卷，然后在步骤606之后通过可选的步骤610卷绕到第一输出卷上。在这种布置中，在连续的金属箔网沿沉积路径在第一进料卷和第一输出卷之间移动时，可以优选地执行步骤604和606。
293.或者，在本文描述的一些示例中，锂材料在组件离开沉积路径时可以不包括在组件中，并且可以在后续步骤中添加。在那样的情况下，沉积设备可以省略锂沉积区或者它可以变得停止工作。当基板沿沉积路径移动时，它可以被一层或多层合适的膜覆盖，例如保护膜、界面膜和覆盖膜，这些膜由合适的、顺序排列的施加器施加。在这些情况下，从沉积路径末端出现的多层基板可称为阳极组件(不含锂)或称为中间网，其包括阳极组件的基本上所有部件但正等着添加锂。中间网可以卷绕在输出卷上用于临时存储，或者可以使用任何合适的技术进行运输和处理。为了添加锂材料，可以将中间网的部分(或可选地整个网)放置在合适的电化学电池单元中，该电化学电池单元包括正极和锂源(如参考图19-23所示和描述的)。电化学电池单元可以在电池或其他此类最终产品中，或者可以是一独立设备，该独立设备用于将锂电镀到中间网上以提供锂化阳极组件然后可以将其从电镀槽(plating cell)中取出并插入其他电池或设备中。
294.例如，参见图8，制造阳极组件的方法800的另一个示例包括在步骤802中在金属化或处理室818的内部提供金属集电器基板，金属化或处理室818可以配置在大气压力下并且可以选择性地配置(例如通过使用合适的真空泵设备等)以具有小于大气压力的内部运行压力。在可选的步骤704中，基板被传送到界面沉积区(如果给定设计需要)并且可以使用合适的施加器来沉积界面膜。
295.在此示例中，锂膜在处理室818外施加，且锂施加步骤绕过处理室818，使得基板可从一个或多个界面沉积步骤804传送到一个或多个可选的覆盖沉积步骤808。也就是说，在可选的步骤808，网然后可以继续并且可选地可以通过一个或多个覆盖层沉积区，并且然后可以在步骤810离开沉积路径作为中间网组件被卷绕在输出或传送卷上。可选地，如果基于所使用的特定膜的特性需要保护层，则在步骤814，可以将保护层施加到集电器箔。这可以在界面沉积步骤804之前完成，并且如果要包括保护层，那么在该示例中保护层将在基板离开沉积室818之前被沉积。
296.当通过在锂施加步骤806中将锂电镀到中间网组件的锂承载区域中来产生锂膜时，中间网组件或其部分然后可以定位在合适的电化学电池单元820中。锂化组件可以然后保留在电化学电池单元820中(例如，如果电池单元820是成品电池)，或者可以在可选步骤812中取出并进一步处理或使用。
297.在步骤706，网被传送到锂沉积区并且沉积锂膜。在该布置中，如图所示的步骤714-708可以沿沉积路径在单程中进行，并且优选地在共同的沉积处理室(示意性地以716
示出)内并且在处理室716的单个真空循环期间进行。
298.然后可以在步骤712存储和/或发送卷以进行进一步处理，例如使用产生的阳极组件在电池等中。优选地，集电器102材料是连续的金属箔，其在步骤602之前通过可选的步骤608从第一输入或进料卷退卷，然后在步骤606之后通过可选的步骤610卷绕到第一输出卷上。在这种布置中，在连续的金属箔网沿沉积路径在第一进料卷和第一输出卷之间移动时，可以优选地执行步骤604和606。
299.参考图24，示意性地说明单程沉积设备1000的一个示例。优选地，如本文描述，设备1000和本文描述的其他设备被配置为包括第一组物理气相沉积施加器(例如施加器1020和1024)，其定位成沉积材料(或提供用于反应等的气体)在基板网的第一侧上，以及第二组物理气相沉积施加器(例如施加器1020a和1024a)，其被定位成沉积材料(或提供用于反应等的气体)在基板网的第二侧上。可选地，如图所示，第二组施加器可以在第一组施加器的下游，使得基板网的第一侧在第二侧之前被涂覆。或者，第二组施加器中的一些可以与第一组施加器中的一些混合，使得第一侧和第二侧的一些部分沿沉积路径交替处理。例如，可以在提供任一覆盖层膜之前沉积两个锂膜等。具有两组施加器(不管它们的布置如何)可以允许通常裸露的基板网进入处理室并且基本上完整的、两侧的、多层阳极组件在沉积路径的末端被提取。这是优于传统技术的优点，在传统技术中，网需要至少两次或更多次通过合适的设备以充分涂覆基板网的第一面或充分涂覆基板网的第一面和第二面。
300.虽然为清楚起见仅示意性地示出了设备100的一部分，但设备1000可包括本文描述的沉积设备400的任何合适的特征、机构、进料系统、控制器和其他特征，并且下面对设备1000的描述将集中于单程处理室1002(在合适的情况下可以用来代替室41)。
301.设备1000被配置为接收进入的基板网1004(其可以类似于本文描述的网60)，其从基板供应或进料卷1006进给并且沿工艺方向1010沿腔室1102内的沉积路径1108从路径入口1012移动到路径出口1014。产品或输出卷1016位于出口1014以接收和卷绕离开沉积路径1008的多层阳极组件网。
302.在该示例中，设备1000被配置为在单程中生产具有集电器基板、锂承载区域中的膜和覆盖区域中的膜的组件，并且包括沿沉积路径1008顺序布置的合适的沉积区和施加器。具体地，在该示例中，设备1000被配置为利用锂相容金属箔集电器作为基板网，因此不需要保护层沉积区。相反，网1004可以前进到具有包括锂热源的施加器1020(如施加器43a-c)的锂沉积区1018(如区域45a-c)。锂材料可以直接沉积在网1004上以提供锂膜。
303.在锂沉积区1018的下游，设备1000包括覆盖沉积区1022，其包含被配置成形成覆盖膜的覆盖施加器1024。在该示例中，覆盖施加器1024包括气体供应喷嘴/设备，其可用于在锂膜(在区域1018中沉积)的暴露表面上提供气体处理。例如，施加器1024可连接至合适的气体源并提供基本纯的，例如至少99％，优选99.9％，或99.99％，或99.999％，或99.999％纯的覆盖气体，覆盖气体可与锂膜的暴露面反应并可原位形成反应覆盖层。合适的气体可以包括氮气和二氧化碳，它们可以与暴露的锂反应，分别形成氮化锂或碳酸锂的膜/表皮，这可以帮助保护下面的锂膜，并可以帮助抑制氧化等。如果这些层是组件唯一需要的那些层，则覆盖沉积区1022下游的任何设备或沉积区可被停止工作并且网1004可移动至输出卷1016而无需在网的前侧上进行任何进一步的处理。如果所得阳极组件是双面的，则可以在上述前侧/第一侧沉积区的下游提供一对匹配的后侧/第二侧沉积区，其使用具有
后缀“a”的相似附图标记标识。在这种布置中，可以在单程中沿沉积路径1004如所预期地涂覆基板网的两侧。如果不需要双面涂覆，则不必提供第二沉积区和施加器1018a、1020a、1022a和1024a并且沉积路径1104可以更靠近覆盖沉积区1022。
304.参考图25，示出了单程沉积设备2000的另一个示意性示例。设备2000类似于设备1000，并且使用与1000相似的附图标记来说明相似的特征。在该示例中，设备2000被配置为在单程中生产具有集电器基板、界面区域中的膜、锂承载区域中的膜和覆盖区域中的膜的组件，并且包括沿沉积路径2008顺序布置的合适的沉积区和施加器。
305.具体地，在该示例中，设备2000被配置为利用锂相容金属箔集电器作为基板网，因此不需要保护层沉积区。相反，网2004可以前进到具有包括锂热源的施加器2020(如施加器43a-c)的锂沉积区2018(如区域45a-c)。
306.然而，与设备1000不同，设备2000还包括界面沉积区2026，其包括沉积施加器2028，其位于锂沉积区2018的上游并且可操作以沉积界面材料，例如在到达锂沉积区2018之前通过热蒸发源沉积铜膜或从磁控溅射源(或类似物)沉积一层镍到基板网上。在这种布置中，沉积在锂沉积区2108中的锂层被沉积到界面铜膜上，而不是直接沉积在网2004上。
307.在锂沉积区2018的下游，设备2000包括覆盖沉积区2022，其包含被配置成形成覆盖膜的覆盖施加器2024。在该示例中，覆盖施加器2024包括气体供应喷嘴/设备，其可用于在锂膜(在区域2018中沉积)的暴露表面上提供气体处理。在其他示例中，施加器2024可以沉积金属覆盖物膜，包括本文描述的任何覆盖材料。
308.参考图26，示出了单程沉积设备3000的另一个示意性示例。设备3000类似于设备1000并且相似的特征使用与1000相似的附图标记示出。在该示例中，设备3000被配置为在单程中生产具有集电器基板、在界面区域中的膜、在锂承载区域中的膜和在覆盖区域中的两个膜的组件，并且包括沿沉积路径2008顺序布置的合适的沉积区和施加器。
309.具体地，在该示例中，设备3000被配置为利用铝金属箔集电器，因此沿沉积路径3008提供的第一沉积区可以用于在铝箔上施加保护膜。该第一沉积区可被称为保护沉积区或诸如镍层的保护膜材料可包括保护沉积区3030，保护层沉积区不是必需的。如图26所示，设备3000包括沉积区3026，其包括沉积施加器3028，其位于锂沉积区3018的上游，且可操作以沉积可用作界面膜或保护膜或两者的材料，例如从磁控溅射源沉积一层镍。
310.在包括沉积施加器3028的沉积区3026的下游是锂沉积区3018和施加器3020，其可操作以将锂膜沉积到镍膜上。
311.在锂沉积区3018的下游，设备3000包括第一覆盖沉积区3022，其包含覆盖施加器3024，该覆盖施加器被配置成形成第一覆盖膜，例如从第二磁控溅射源沉积的锡层。除了第一覆盖沉积区3022之外，第二覆盖沉积区3030被包括在沉积路径上并且包括第二施加器3032以在锡层(作为示例，或任何其他中间层)上施加第二覆盖膜，其可以帮助赋予组件不同的特性。在该示例中，750nm厚的聚环氧乙烷(peo)层可来自第二热蒸发源(例如施加器3032)以提供组件上的最外层表皮/膜。可以使用以“a”后缀表示的第二组沉积区和施加器在基板的第二侧上重复该步骤序列。
312.如本文描述，之前尝试提供适用于液体电解质金属锂离子(lmb)、混合锂金属(hlb)和固态电池(ssb)的锂阳极并未提供本文描述的所有优点，并且如上所述通常是通过箔材轧制和挤压工艺制成的。锂是活性的、物理上很薄弱并且具有自粘性，轧制锂的困难是
众所周知的，并且将可以轧制和搬运的箔的实际厚度限制在大于20微米。这些困难导致过度使用材料、高单位成本并对阳极的经济可行性产生负面影响。此外，如图28和29的sem显微照片所示，在轧制过程中引入的润滑剂、铸锭中的夹杂物和轧制气氛都会导致轧制箔表面出现物理和化学缺陷。图28显示使用硫化物电解质对称循环50次后使用传统箔材料和组装技术形成的阳极样品，显微照片中可以看到各种脊和其他表面缺陷(请注意，图像中的白色颗粒是电解质残留物)。相比之下，图29显示了在使用硫化物电解质对称循环50次循环之后使用根据本教导的pvd沉积锂膜(而不是箔)的组件的示例，表面看起来相对更光滑(同样，白色颗粒是电解质残留物)。传统组件(图28)中的表面缺陷会对箔作为电池阳极的性能产生负面影响，因为它会在阳极的电镀和剥离特性中产生不均匀性，增加阻抗，干扰阳极和电解质之间的接触，并引入可能与电池的其他部件发生反应的化学杂质。
313.基于本文的教导，本发明人创建并检验了具有不同特征以及本文描述的各种层和区域的组合的阳极组件的几个示例。下面描述了这些示例性示例中的一些。
314.示例1：阳极组件的一个示例包括集电器基板、锂承载区域和覆盖区域。集电器基板是150mm宽、6微米厚(或约4至约10微米)的电沉积铜箔。通过物理气相沉积的热蒸发类型，以约15微米-米/分钟的速率在基板的两侧施加5微米(或约1至10微米)厚的锂金属层。在不破坏真空的情况下，在沉积区之外，施加基本上纯的、优选高达99.9999％纯的氮气处理以在阳极的覆盖区域中形成氮化锂层。氮化锂具有10-3s/cm左右的高离子电导率，与部分电解质形成稳定的固体电解质界面，提高了示例阳极的耐久性。
315.示例2：阳极组件的另一个示例包括集电器基板、锂承载区域和覆盖区域。集电器基板是150mm宽和6微米厚(可选地在约4微米和约10微米之间)的电沉积铜箔。通过热蒸发以约15微米-米/分钟的速率在基板的两侧施加5微米(或约1至10微米)厚的锂金属层。模拟连续工艺，将材料移至氩气手套箱中，并将100nm和200nm的锌(zn)施加于两个样品的覆盖区域，在样品表面原位形成合金。lizn合金具有改善阳极表面电荷转移的有益特性，从而使锂金属的电镀和剥离更加均匀。
316.示例3：阳极组件的另一个示例包括集电器基板、界面区域、锂承载区域和覆盖区域。集电器基板可以是5微米厚(或约1至10微米)的轧制不锈钢箔。通过界面区域中的热蒸发源施加1微米厚(可选地在约0.5微米和约2微米之间)的铜层，然后通过锂承载区域中的热蒸发施加锂金属在基板的两侧。在不破坏真空的情况下，在沉积区之外，可以施加基本纯的、优选高达99.9999％纯的二氧化碳气体处理，以在阳极的覆盖区域中形成碳酸锂(li2co3)气体保护层。
317.不锈钢是一种相对便宜的基板，因为它主要包含铁和铬等低成本材料。它不是理想的集电器材料，因为它的导电率低，比铜低约40倍。通过在界面区域引入一层薄铜，克服了这一缺点，使用丰富的低成本基板材料提供了一种有效的阳极材料。此外，在覆盖区域包含碳酸锂层可以钝化锂的表面，使其更耐久地与大气接触，允许在干燥室环境中进行更长时间的搬运和储存，而不会使阳极表面退化。
318.示例4：参考另一个阳极组件的实施例，包括集电器基板、界面区域、锂承载区域和覆盖区域。集电器基板可以是150mm宽和12微米(或5至15微米之间)厚的轧制铝箔。可以在界面区域从磁控溅射源施加300纳米(或100到500纳米，优选200纳米到400纳米)厚的镍层，然后通过热蒸发在锂承载区域施加锂金属，而不会破裂真空，并且在沉积区之外，可以施加
基本上纯的、优选高达99.9999％纯的二氧化碳气体处理以在阳极的覆盖区域中形成碳酸锂层，在基板的两侧重复该顺序。图27是显示传统箔和根据本示例4的材料的循环数据的图表，其显示传统锂箔基组件和根据本教导形成的组件之间的材料相似性能。这有助于证明至少具有本文描述的一些处理和成本优势的组件可以提供与传统设计相当的可接受的性能。
319.示例4的阳极组件提供了几个优点。首先，铝基板材料的密度比铜低得多，因此特定厚度的铝基板与4微米厚的铜集电器具有大致相同的面积质量，因此与用后一种材料制成的类似的阳极组件相比具有比能量优势。其次，由于铝通常占质量成本的三分之一到四分之一，因此集电器的材料成本显着降低。这是通过使用镍层作为界面区域(或基板区域)中的保护材料层来减少或消除锂离子从锂承载区域到铝集电器的转移(在铝集电器中锂离子可能与基板形成合金并对其进行机械降解)。碳酸锂钝化层或气体保护层起到与示例3中描述的相似的作用。
320.图27显示了根据示例4制成的材料和传统轧制箔的比较临界电流测试。在类似的条件下，阳极具有几乎相同的循环行为，同时与传统的轧制箔相比，成本显着降低的电池组件可以以更大的形式制造，并且总体材料使用更少。
321.示例5：参见阳极组件的又一示例，包括施加有保护膜的集电器基板、锂承载区域和覆盖区域。集电器基板可以是600mm宽和12微米厚的轧制铝箔。可以在界面区域中从第一磁控溅射源施加300纳米厚的镍层，然后在锂承载区域中通过第一热蒸发源的热蒸发来施加锂金属，然后在覆盖区域中从第二个磁控溅射源施加200纳米厚的锡层，以及在覆盖区域外部从第二热蒸发源施加750nm厚的聚环氧乙烷(peo)层，在基板的两侧重复该顺序。
322.示例5的阳极组件提供与示例4相同的优点，但具有额外的两个附加优点。沉积在覆盖区域的peo是一种固体电解质，其可以很容易地与混合电池单元中的阴极材料、固体电解质隔膜或一些潜在的液体电解质形成界面。peo是一种已知的固体电解质，具有一些缺点，即室温下的离子电导率低。应用本发明的方法可以形成用传统组装方法实际上无法实现的超薄peo膜。这极大地缓解了材料的低室温离子电导率，并促进其在各种电池单元中的使用。有利的是，peo的沉积允许在该层和下面的层之间实现极好的润湿，提高离子转移的均匀性并进一步降低形成枝晶的倾向。其次，转移层或转移膜，例如锡层(或例如锌(zn)、镁(mg)、碳(c)、铟(in)、银(ag)、铋(bi)、铅(pb))在覆盖区域与锂部分合金化,产生具有良好电荷转移性能的li-sn合金。这促进了电镀和剥离过程中界面的快速重组，从而抑制了枝晶和其他缺陷的形成。
323.表8总结了本文描述的示例的一些特性，并提供了相对的面密度、厚度和显性(indicative)原材料成本以说明本发明的一些益处。在这些示例的每一个中，即使不考虑功能层赋予的一些性能优势，根据本教导的阳极组件提供显着更低的面密度(更高的电池单元比能量)、更小的厚度(增加的电池单元能量密度)和降低的输入材料成本(降低的每千瓦时能量存储的成本)，从而赋予使用这种阳极组件的电池单元巨大的性能优势。表8
324.当根据本文的教导构建时，阳极组件的总厚度或组件厚度(在单面阳极中从基板区域的后侧到覆盖区域的外表面测量得到)优选地小于约60μm或约50μm，并且可以在约10μm和约50μm之间、在约15μm和约30μm之间、在约16和约25μm之间或其他合适的范围。
325.当根据本文的教导构建时，阳极组件可具有小于约80g/m2或小于约70g/m2或小于约60g/m2，并且可选地可以在约30g/m2和70g/m2之间，或在约40g/m2和65g/m2之间的面密度。
326.虽然已经参考示例性实施例和示例说明了本文的教导，但是该说明书不是用于限制的目的。因此，本领域技术人员在参考本说明书后将清楚示例性实施例的各种修改以及本发明的其他实施例。因此预期所附权利要求将涵盖任何此类修改或实施例。
327.如本文所用，术语“约”被理解为是指给定组件的特征与所述值或范围相差相对较小，例如所述值的10％或15％，只要此类变化不会对组件的功能或能力产生实质性影响。例如，面密度小于约70g/m2的组件将被本领域技术人员理解为包括面密度为70.1g/m2或可能为71-74或75g/m2的组件，如果这样的组件在使用时以与描述的示例以实质上相似的方式起作用，但是本领域技术人员不会理解为包括面密度超过80g/m2的组件。所述范围的这种微小变化可能是由于制造公差、测量误差或挑战，并且指的是与所描述的那些没有实质性变化并且可以用作本文所描述的示例的替代的所描述的组件的实施例。
328.本文中提及的所有出版物、专利和专利申请均通过引用整体并入，其程度如同每个单独的出版物、专利或专利申请都被具体且单独地指示通过引用整体并入。

技术特征：
1.一种用于锂基电池的多层锂阳极组件，所述阳极组件包括：a)具有集电器的基板区域，所述集电器包括厚度在4至10微米之间并且具有与锂相容的支撑表面的连续铜箔；b)覆盖在所述支撑表面上的锂承载区域，且所述锂承载区域包括通过热蒸发直接沉积在所述支撑表面上并且具有在1微米和10微米之间的厚度的锂材料膜；以及c)位于所述锂承载区域的外侧的覆盖区域，包括由钝化材料形成的至少一层覆盖膜，并覆盖所述锂材料膜，所述覆盖区域允许电解质和所述锂承载区域之间的锂离子流动并抑制所述锂承载区域与所述电解质或周围环境之间的不可逆反应。2.根据权利要求1所述的阳极组件，其中所述钝化材料包括氮化物、氢化物、碳酸盐、碳酸锂、氮化锂、氧化锂、硫化锂、氧化物、铝酸锂、硫化物、金、铂、聚环氧乙烷、邻苯二酚锂和锂离子导电聚合物中的至少一种。3.根据权利要求2所述的阳极组件，其中所述钝化材料包括氮化锂。4.根据权利要求3所述的阳极组件，其中通过将所述锂材料膜的表面暴露于纯氮气并促进所述氮气和所述锂材料膜之间的化学反应以产生在所述锂材料膜的表面的氮化锂而原位形成所述至少一层覆盖膜。5.根据权利要求1至4中任一项所述的阳极组件，其中所述阳极组件的总组件厚度小于50微米。6.一种用于锂基电池的多层锂阳极组件，所述阳极组件包括：a)具有集电器的基板区域，所述集电器包括厚度在4至10微米之间并且具有与锂相容的支撑表面的连续铜箔；b)覆盖在所述支撑表面上的锂承载区域，且所述锂承载区域包括通过热蒸发直接沉积在所述支撑表面上并且具有在1微米和10微米之间的厚度的锂材料膜；以及c)位于所述锂承载区域外侧的覆盖区域，包括至少一层覆盖膜，所述至少一层覆盖膜包括通过物理气相沉积直接沉积在所述锂材料膜的暴露表面上的亲锂材料，由此所述覆盖区域增强锂离子穿过所述覆盖区域以及在电解质和所述锂承载区域之间移动的迁移率，使得与提供所述电解质和所述锂材料膜之间的直接接触相比，当使用所述阳极组件时锂沉积在所述锂承载区域中时抑制枝晶的形成。7.根据权利要求5所述的阳极组件，其中所述亲锂材料包括锡(sn)、锌(zn)、镁(mg)、碳(c)、铟(in)、银(ag)、铋(bi)、铅(pb)中的至少一种。8.根据权利要求7所述的阳极组件，其中所述亲锂材料包括通过物理气相沉积将锌直接沉积到所述锂材料膜的暴露表面上而在所述阳极组件内原位形成的锂-锌合金。9.根据权利要求6至8中任一项所述的阳极组件，其中所述阳极组件的总组件厚度小于50微米。10.一种用于锂基电池的多层锂阳极组件，所述阳极组件包括：a)具有集电器的基板区域，所述集电器包括厚度在3至8微米之间并且具有与锂相容的支撑表面的连续不锈钢箔；b)界面区域，其位于锂承载区域和所述支撑表面之间并且包括位于所述支撑表面和所述锂承载区域之间以物理分隔所述基板区域和所述锂承载区域的至少一层界面膜，所述至少一层界面膜由直接沉积在所述支撑表面上的铜形成，厚度在0.5和2微米之间，并允许所
述锂承载区域和所述支撑表面之间的电子流动；c)锂承载区域，其覆盖在所述界面区域上，并且包括通过热蒸发直接沉积在所述至少一层界面膜上并且具有在1微米和10微米之间的厚度的锂材料膜；以及d)位于所述锂承载区域外侧的覆盖区域，包括由钝化材料形成并覆盖所述锂材料膜的至少一层覆盖膜，所述覆盖区域允许电解质和所述锂承载区域之间的锂离子流动并抑制所述锂承载区域和所述电解质或周围环境之间的不可逆反应。11.根据权利要求10所述的阳极组件，其中所述钝化材料包括氮化物、氢化物、碳酸盐、碳酸锂、氮化锂、氧化锂、硫化锂、氧化物、铝酸锂、硫化物、金、铂、聚环氧乙烷、邻苯二酚锂和锂离子导电聚合物中的至少一种。12.根据权利要求11所述的阳极组件，其中所述钝化材料包括碳酸锂(li2co3)。13.根据权利要求12所述的阳极组件，其中所述至少一层覆盖膜通过将所述锂材料膜的表面暴露于纯二氧化碳气体并促进所述二氧化碳与所述锂材料膜之间的化学反应以在所述锂材料膜的表面产生碳酸锂而原位形成。14.根据权利要求10至13中任一项所述的阳极组件，其中所述阳极组件的总组件厚度小于50微米。15.一种用于锂基电池的多层锂阳极组件，所述阳极组件包括：a)具有集电器的基板区域，所述集电器包括厚度在5至15微米之间并且具有与锂相容的支撑表面的连续铝箔；b)界面区域，其位于锂承载区域和所述支撑表面之间并且包括位于所述支撑表面和所述锂承载区域之间以物理分隔所述基板区域和所述锂承载区域的至少一层界面膜，所述至少一层界面膜由直接沉积在所述支撑表面上的镍形成，厚度在200nm和400nm之间并且允许电子流动并抑制所述锂承载区域和所述支撑表面之间的锂离子流动；c)锂承载区域，其覆盖在所述界面区域上，并且包括通过热蒸发直接沉积在所述至少一层界面膜上并且具有在1微米和10微米之间的厚度的锂材料膜；以及d)位于所述锂承载区域外侧的覆盖区域，包括由钝化材料形成并覆盖所述锂材料膜的至少一层覆盖膜，所述覆盖区域允许电解质和所述锂承载区域之间的锂离子流动并抑制所述锂承载区域和所述电解质或周围环境之间的不可逆反应。16.根据权利要求15所述的阳极组件，其中所述钝化材料包括氮化物、氢化物、碳酸盐、碳酸锂、氮化锂、氧化锂、硫化锂、氧化物、铝酸锂、硫化物、金、铂、聚环氧乙烷、邻苯二酚锂和锂离子导电聚合物中的至少一种。17.根据权利要求16所述的阳极组件，其中所述钝化材料包括碳酸锂(li2co3)。18.根据权利要求17所述的阳极组件，其中所述至少一层覆盖膜通过将所述锂材料膜的表面暴露于纯二氧化碳气体并促进所述二氧化碳与所述锂材料膜之间的化学反应以在所述锂材料膜的表面产生碳酸锂而原位形成。19.根据权利要求15至18中任一项所述的阳极组件，其中所述阳极组件的总组件厚度小于50微米。20.一种用于锂基电池的多层锂阳极组件，所述阳极组件包括：a)具有集电器的基板区域，所述集电器包括厚度在5至15微米之间并且具有支撑表面的连续铝箔；
b)界面区域，其位于锂承载区域和所述支撑表面之间并且包括至少一层界面膜以物理分隔所述基板区域和所述锂承载区域，所述至少一层界面膜由直接沉积在所述支撑表面上的镍形成，厚度在200nm和400nm之间并且允许电子流动并抑制所述锂承载区域和所述支撑表面之间的锂离子流动；c)锂承载区域，其覆盖在所述界面区域上，并且包括通过热蒸发直接沉积在所述至少一层界面膜上的锂材料膜；以及d)位于所述锂承载区域外侧的覆盖区域，包括第一覆盖膜，所述第一覆盖膜由通过物理气相沉积直接沉积在所述锂材料膜的暴露表面上的亲锂材料形成，由此所述覆盖区域增强锂离子穿过所述覆盖区域以及在电解质和所述锂承载区域之间移动的迁移率，使得与提供所述电解质和所述锂材料膜之间的直接接触相比，当使用所述阳极组件时锂沉积在所述锂承载区域中时抑制枝晶的形成。21.根据权利要求20所述的阳极组件，其中所述亲锂材料包括锡(sn)、锌(zn)、镁(mg)、碳(c)、铟(in)、银(ag)、铋(bi)、铅(pb)中的至少一种。22.根据权利要求21所述的阳极组件，其中所述亲锂材料包括通过物理气相沉积将锌直接沉积到所述锂材料膜的暴露表面上而在所述阳极组件内原位形成的锂-锌合金。23.根据权利要求20至22中任一项所述的阳极组件，其中所述阳极组件的总组件厚度小于50微米。24.一种用于锂基电池的多层锂阳极组件，所述阳极组件包括：a)具有与锂相容的支撑表面并包括非锂集电器的基板区域；b)锂承载区域，其覆盖在所述支撑表面上并被配置为保持至少第一锂材料膜；c)至少以下之一：i.界面区域，其位于所述锂承载区域和所述支撑表面之间，包括位于所述支撑表面和所述锂承载区域之间以物理分隔所述基板区域和所述锂承载区域的至少一层界面膜，所述至少一层界面膜通过将锂相容材料物理沉积到所述支撑表面上来形成并且导电以允许所述锂承载区域和所述支撑表面之间的电子流动；以及ii.位于所述锂承载区域外侧的覆盖区域，包括覆盖所述锂承载区域的外侧的至少一层覆盖膜，所述覆盖区域允许电解质和所述锂承载区域之间的锂离子流动。25.根据权利要求24所述的阳极组件，其中所述界面区域可操作以进行以下中的至少一项：在使用时当锂沉积在所述锂承载区域中时抑制枝晶的形成，以及在使用时改善所述锂承载区域和所述基板区域之间的锂离子流动或离子分布。26.根据权利要求24或25所述的阳极组件，其中所述界面区域可操作以进行以下中的至少一项：抑制所述锂承载区域与所述电解质或周围环境之间的不可逆反应，在使用时当锂沉积在所述锂承载区域中时抑制枝晶的形成，以及提高使用时所述锂承载区域和所述电解质之间的锂离子流动或离子分布。27.根据权利要求24至26中任一项所述的阳极组件，包括所述界面区域和所述覆盖区域。28.根据权利要求24至27中任一项所述的阳极组件，其中所述第一锂材料膜通过将锂相容材料物理沉积到所述锂承载区域中而形成。29.根据权利要求24至28中任一项所述的阳极组件，其中所述集电器包括铜、铝、镍、不
锈钢、钢、导电聚合物、聚合物中的至少一种。30.根据权利要求24至29中任一项所述的阳极组件，其中所述集电器被配置为连续网。31.根据权利要求24至30中任一项所述的阳极组件，其中所述集电器的集电器厚度在约1至约100微米，优选在约4至约70微米之间或在约5至15微米之间。32.根据权利要求24至31中任一项所述的阳极组件，其中所述集电器由锂相容材料形成并且具有包括所述支撑表面的前表面。33.根据权利要求32所述的阳极组件，其中所述锂相容材料包括金属箔，所述金属箔包括铜、钢和不锈钢中的至少一种。34.根据权利要求24至33中任一项所述的阳极组件，其中所述集电器由与锂不相容的材料形成并且还包括第一保护膜，所述第一保护膜结合并覆盖所述集电器的前表面并提供所述支撑表面，所述第一保护膜由导电且阻止锂离子流动的保护金属形成，由此电子能够从所述锂承载区域穿过所述第一保护膜到达所述集电器，并且所述锂承载区域与所述集电器间隔开并且至少基本上与所述集电器离子隔离，从而基本上防止锂离子通过所述第一保护膜从所述锂承载区域扩散到所述集电器。35.根据权利要求34所述的阳极组件，其中所述保护金属包括铜(cu)、镍(ni)、银(ag)、不锈钢和钢、钛(ti)、锆(zr)、钼(mo)或其合金中的至少一种。36.根据权利要求35所述的阳极组件，其中所述与锂不相容的材料包括含有铝、锌或镁或其合金的金属箔。37.根据权利要求24至36中任一项所述的阳极组件，其中所述第一保护膜的厚度在约1至约75000埃之间，优选在约200至约7500埃之间。38.根据权利要求37所述的阳极组件，其中所述第一保护膜具有隔离厚度并且被成形为使得所述集电器与所述锂承载区域完全离子隔离。39.根据权利要求24至38中任一项所述的阳极组件，其中所述第一锂材料膜通过物理气相沉积沉积在所述第一保护膜上并与所述第一保护膜结合。40.根据权利要求24至39中任一项所述的阳极组件，其中所述至少一层界面膜包括锡(sn)、锌(zn)、镁(mg)、碳(c)、铜(cu)、铟(in)、银(ag)、铋(bi)、铅(pb)、镉(cd)、锑(sb)和硒(se)中的至少一种。41.根据权利要求24至40中任一项所述的阳极组件，其中所述至少一层界面膜的厚度在约1与约75000埃之间，且优选在约200与约7500埃之间。42.根据权利要求24至41中任一项所述的阳极组件，其中所述至少一层界面膜包括至少第一沉积增强膜，所述至少第一沉积增强膜包括锡(sn)、锌(zn)、镁(mg)、碳(c)、铟(in)、银(ag)、铋(bi)、铅(pb)中的至少一种并定位成接触所述锂承载区域，由此当所述第一锂材料膜沉积在所述锂承载区域中时抑制枝晶的形成。43.根据权利要求42所述的阳极组件，其中所述第一沉积增强膜是由锡(sn)、锌(zn)、镁(mg)、碳(c)、铟(in)、银(ag)、铋(bi)、铅(pb)中的至少一种物理沉积到下面的表面形成的沉积膜。44.根据权利要求42至43所述的阳极组件，其中所述界面区域还包括至少第一结合膜，所述至少第一结合膜与所述第一沉积增强膜相邻并且包括锌(zn)、镉(cd)、镁(mg)、锑(sb)、铟(in)、铋(bi)、镍(ni)、铅(pb)和硒(se)中的至少一种，并位于所述支撑表面和所述
锂承载区域之间，从而在所述支撑表面与所述锂承载区域之间提供相比在没有所述第一结合膜的情况下在所述支撑表面与所述锂承载区域之间实现的结合更好的结合。45.根据权利要求24至44中任一项所述的阳极组件，其中所述至少一层界面膜包括至少第一结合膜，所述至少第一结合膜包括锌(zn)、镉(cd)、镁(mg)、锑(sb)、铟(in)、铋(bi)、镍(ni)、铅(pb)和硒(se)中的至少一种，并位于所述支撑表面和所述锂承载区域之间，从而在所述支撑表面与所述锂承载区域之间提供相比在没有所述第一结合膜的情况下在所述支撑表面与所述锂承载区域之间实现的结合更好的结合。46.根据权利要求45所述的阳极组件，其中所述结合膜通过锌(zn)、镉(cd)、镁(mg)、锑(sb)、铟(in)、铋(bi)、镍(ni)、铅(pb)和硒(se)中的至少一种物理气相沉积到下面的表面而形成。47.根据权利要求45或46所述的阳极组件，其中所述界面区域还包括至少第一沉积增强膜，所述至少第一沉积增强膜邻近所述结合膜并且包括锡(sn)、锌(zn)、镁(mg)、碳(c)、铟(in)、银(ag)、铋(bi)、铅(pb)中的至少一种，并定位成接触所述锂承载区域，由此当所述第一锂材料膜沉积在所述锂承载区域中时抑制枝晶的形成。48.根据权利要求24至47中任一项所述的阳极组件，其中所述界面区域不含金属箔。49.根据权利要求24至48中任一项所述的阳极组件，其中所述锂承载区域包含所述第一锂材料膜。50.根据权利要求49所述的阳极组件，其中所述第一锂材料膜通过将锂金属物理沉积到所述支撑表面上而形成。51.根据权利要求48所述的阳极组件，还包括在所述覆盖区域中的至少一层覆盖膜，并且所述第一锂材料膜包括在所述至少一层覆盖膜就位之后沉积到所述锂承载区域中的锂金属。52.根据权利要求24至51中任一项所述的阳极组件，其中所述锂承载区域不含锂箔。53.根据权利要求24至52中任一项所述的阳极组件，其中所述锂承载区域不含金属箔。54.根据权利要求24至53中任一项所述的阳极组件，其中所述至少一层覆盖膜包括至少第一钝化膜，所述至少第一钝化膜覆盖所述锂承载区域的外侧并抑制所述锂承载区域与周围环境之间的反应，所述第一钝化膜由抑制气体扩散并允许通过所述第一钝化膜的锂离子流动的钝化材料形成。55.根据权利要求54所述的阳极组件，其中所述钝化材料包括氮化物、氢化物、碳酸盐、碳酸锂、氮化锂、氧化锂、硫化锂、氧化物、铝酸锂、硫化物、金、铂、聚环氧乙烷、邻苯二酚锂和锂离子导电聚合物中的至少一种。56.根据权利要求54或55所述的阳极组件，其中所述钝化材料包括碳酸锂(li2co3)。57.根据权利要求56所述的阳极组件，其中所述碳酸锂包括在所述第一锂材料膜的表面上原位形成的、通过将所述表面暴露于纯二氧化碳的气体处理并使所述表面处的锂材料与所述二氧化碳反应生成所述碳酸锂的膜。58.根据权利要求24至57中任一项所述的阳极组件，其中所述覆盖区域进一步包括至少第一沉积增强膜，所述第一沉积增强膜由润湿材料形成并且覆盖所述锂承载区域的外侧并且增强所述第一润湿材料与所述锂承载区域之间的润湿，由此当所述第一锂材料膜沉积在所述锂承载区域中时，通过所述覆盖区域中的所述第一沉积增强膜抑制枝晶的形成。
59.根据权利要求24至58中任一项所述的阳极组件，其中所述至少一层覆盖膜包括至少第一沉积增强膜，所述第一沉积增强膜由润湿材料形成并且覆盖所述锂承载区域的外侧并增强所述第一沉积增强膜和所述电解质之间的润湿，由此当所述第一锂材料膜沉积在所述锂承载区域时，通过到达所述锂承载区域的所述第一沉积增强膜抑制所述锂承载区域中的枝晶的形成。60.根据权利要求59所述的阳极组件，其中所述润湿材料包括聚环氧乙烷(peo)。61.根据权利要求60所述的阳极组件，其中所述聚环氧乙烷通过物理气相沉积沉积并结合到相邻的膜上。62.根据权利要求60或61所述的阳极组件，其中所述聚环氧乙烷沉积在所述第一锂材料膜上。63.根据权利要求60或61所述的阳极组件，其中所述聚环氧乙烷沉积并结合到中间转移膜，所述中间转移膜设置在所述第一沉积增强膜和所述第一锂材料膜之间并且增强到所述第一锂材料膜的电荷转移以及来自所述第一锂材料膜的电荷转移。64.根据权利要求63所述的阳极组件，其中所述转移膜包含锡(sn)、锌(zn)、镁(mg)、碳(c)、铟(in)、银(ag)、铋(bi)、铅(pb)中的至少一种。65.根据权利要求59至64中任一项所述的阳极组件，其中所述覆盖区域还包括至少第一钝化膜，所述第一钝化膜覆盖所述锂承载区域的外侧并抑制所述锂承载区域与周围环境之间的反应，所述第一钝化膜由抑制气体扩散并允许通过所述第一钝化膜的锂离子流动的钝化材料形成。66.根据权利要求24至65中任一项所述的阳极组件，其中所述覆盖区域包括至少亲锂覆盖膜，所述亲锂覆盖膜覆盖所述锂承载区域的外侧并且包括锡(sn)、锌(zn)、镁(mg)、碳(c)、铟(in)、银(ag)、铋(bi)、铅(pb)中的至少一种，由此亲锂覆盖膜增强了锂离子穿过所述亲锂覆盖膜并在电解质以及所述锂承载区域之间移动的迁移率，使得当使用所述阳极组件时当锂沉积在所述锂承载区域中时抑制枝晶的形成。67.根据权利要求24至66中任一项所述的阳极组件，其中所述覆盖区域不含金属箔。68.根据权利要求24至67中任一项所述的阳极组件，其中所述阳极组件不含锂金属箔。69.根据权利要求24至68中任一项所述的阳极组件，其中所述集电器包含非锂金属箔并且是所述阳极组件中的唯一的箔。70.根据权利要求24至69中任一项所述的阳极组件，其中所述阳极组件具有小于约60μm的组件厚度。71.根据权利要求70所述的阳极组件，其中所述组件厚度小于约50μm。72.根据权利要求71所述的阳极组件，其中所述组件厚度在约10μm和约50μm之间。73.根据权利要求72所述的阳极组件，其中所述组件厚度在约15μm和约30μm之间。74.根据权利要求73所述的阳极组件，其中所述组件厚度在约16和约25μm之间。75.根据权利要求24至74中任一项所述的阳极组件，其中所述阳极组件具有小于约80g/m2的面密度。76.根据权利要求75所述的阳极组件，其中所述面密度小于约70g/m2并且优选地其中所述面密度小于约60g/m2。77.根据权利要求76所述的阳极组件，其中所述面密度在约30g/m2和70g/m2之间。
78.根据权利要求77所述的阳极组件，其中所述面密度在约40g/m2和65g/m2之间。79.一种制造用于锂基电池的多层阳极组件的单程方法，所述方法包括：a)从基板进料卷退绕连续基板网，并在单程物理气相沉积设备的处理室内沿沉积路径在工艺方向上传送所述基板网，所述基板网包括连续集电器和设置在所述集电器的第一侧的与锂相容的支撑表面；b)在所述工艺方向上传送所述基板网通过沿所述沉积路径的锂沉积区，并且使用锂物理气相沉积施加器将至少第一锂膜沉积到所述组件的所述支撑表面的外侧上；以下步骤中的至少一个：c)在所述工艺方向上传送所述基板网通过界面沉积区，所述界面沉积区沿所述沉积路径并且在所述锂沉积区的上游，并且使用界面物理气相沉积施加器将由界面材料形成的第一界面膜沉积到所述支撑表面上，由此所述第一界面膜位于所述支撑表面和所述第一锂膜之间，所述界面材料是导电的以允许所述第一锂膜和所述支撑表面之间的电子流动；以及d)在所述工艺方向上传送所述基板网通过覆盖沉积区，所述覆盖沉积区沿所述沉积路径并且在所述锂沉积区的下游，其中第一覆盖膜由允许电解质和所述第一锂膜之间的锂离子流动的覆盖材料形成，并位于所述第一锂膜的外侧，由此所述第一锂膜位于所述第一覆盖膜和所述支撑表面之间；从而形成多层阳极组件；且e)在执行步骤b)以及步骤c)和d)中的至少一个之后，将所述多层阳极组件卷绕在所述沉积路径的出口处的输出卷上；其中至少步骤b)以及步骤c)和d)中的至少一个在所述基板网单程通过所述沉积路径期间完成。80.根据权利要求79所述的方法，其中步骤b)以及步骤c)和d)中的至少一个在单个pvd真空循环期间完成，其中在步骤b)以及步骤c)和d)中的至少一个期间，所述处理室保持在小于10-2
托的运行压力下。81.根据权利要求79或80所述的方法，其中所述集电器包括连续的金属箔。82.根据权利要求79至81中任一项所述的方法，其中所述集电器具有在约1至约100微米之间的厚度。83.根据权利要求79至82中任一项所述的方法，其中所述集电器包括铜、铝、镁、镍、不锈钢、钢、导电聚合物和聚合物中的至少一种。84.根据权利要求79至83中任一项所述的方法，其中所述集电器包括锂相容金属箔，并且所述集电器的前表面提供支撑表面，并且所述第一锂膜通过所述锂物理气相沉积施加器直接沉积到所述集电器的所述前表面上。85.根据权利要求79至83中任一项所述的方法，其中所述集电器包括锂不相容金属箔，并且所述方法进一步包括在所述工艺方向上传送所述基板网通过在所述锂沉积区上游的保护层沉积区，并通过保护膜气相沉积施加器将与锂相容的保护材料直接沉积到所述集电器的前侧形成第一保护膜，其中所述保护材料是导电的并且阻止锂离子流动，由此电子能够从所述第一锂膜穿过所述第一保护膜到所述集电器，并且所述第一锂膜与所述集电器间隔开并且至少基本上与所述集电器离子隔离，使得基本上阻止锂离子从所述锂承载区域通过所述第一保护膜扩散到所述集电器，并且其中所述第一保护膜包括所述支撑表面，并且
所述第一锂膜直接沉积在所述第一保护膜上。86.根据权利要求85所述的方法，其中所述保护材料包括铜、镍、银、不锈钢和钢、钛、锆、钼或其合金中的至少一种。87.根据权利要求79至86中任一项所述的方法，其中通过使用覆盖物理气相沉积施加器将第一覆盖材料沉积到所述第一锂膜上来形成所述第一覆盖膜。88.根据权利要求87所述的方法，其中所述第一覆盖膜是亲锂覆盖膜，包括锡(sn)、锌(zn)、镁(mg)、碳(c)、铟(in)、银(ag)、铋(bi)、铅(pb)中的至少一种，由此所述亲锂覆盖膜增强了锂离子穿过所述亲锂覆盖膜以及在电解质和所述锂承载区域之间的扩散，使得当使用所述阳极组件时当锂沉积在所述锂膜中时抑制枝晶的形成。89.根据权利要求79至86中任一项所述的方法，其中通过对所述第一锂膜的表面进行气体处理而原位形成所述第一覆盖膜，从而形成第一覆盖材料。90.根据权利要求89所述的方法，其中所述第一覆盖材料包括氮化物、氢化物、碳酸盐、碳酸锂、氮化锂、氧化锂、硫化锂、氧化物、铝酸锂、硫化物、金、铂、聚环氧乙烷、邻苯二酚锂和锂离子导电聚合物中的至少一种，由此所述第一覆盖膜允许电解质和所述第一锂膜之间的锂离子流动并抑制所述第一锂膜和所述电解质或周围环境之间的不可逆反应。91.根据权利要求79至86中任一项所述的方法，其中步骤b)和步骤c)和d)中的至少一个是在所述基板网以在约1m/min和约100m/min之间，并且优选地在2m/min和50m/min之间的处理速度在所述输入卷和所述输出卷之间移动的同时进行的。92.根据权利要求79至91中任一项所述的方法，其中在步骤b)以及步骤c)和d)中的至少一个期间中，所述处理室基本上不含氧。93.根据权利要求79至92中任一项所述的方法，其中所述运行压力在约10-2
和10-6
托之间。94.根据权利要求79至93中任一项所述的方法，进一步包括，在步骤b)之前，将所述金属化室的内部的压力从大致大气压力降低至所述运行压力。95.根据权利要求79至94中任一项所述的方法，其中该方法包括步骤c)和d)，并且其中步骤c)在步骤b)之前进行。96.根据权利要求79至94中任一项所述的方法，其中在完成步骤b)以及步骤c)和d)中的至少一个之后但在完成步骤e)之前，所述方法还包括：f)在所述工艺方向上传送所述基板网通过沿所述沉积路径的第二锂沉积区，并且使用锂物理气相沉积施加器将至少第二锂膜沉积到设置在所述集电器的相对第二侧上的第二支撑表面上；以及以下步骤中的至少一个：g)在所述工艺方向上传送所述基板网通过第二界面沉积区，所述第二界面沉积区沿沉积路径并且在所述第二锂沉积区的上游，并且使用界面物理气相沉积施加器将由所述界面材料形成的第二界面膜沉积到所述第二支撑表面上，由此所述第二界面膜位于所述第二支撑表面和所述第二锂膜之间，所述界面材料是导电的以允许所述第二锂膜和所述第二支撑表面之间的电子流动；以及h)在所述工艺方向上传送所述基板网通过第二覆盖沉积区，所述第二覆盖沉积区沿所述沉积路径并且在所述第二锂沉积区的下游，其中第二覆盖膜由允许电解质和所述第二锂
膜之间的锂离子流动的所述覆盖材料形成，并位于所述第二锂膜的外侧，由此所述第二锂膜位于所述第二覆盖膜和所述第二支撑表面之间；且其中步骤f)以及步骤g)和h)中的至少一个在所述基板网单程通过所述沉积路径期间执行完成，并且步骤e)在步骤h)之后执行。97.一种使用权利要求79至96中任一项的方法形成的多层阳极组件，其中使用物理气相沉积沉积所有的膜。98.一种制造用于锂基电池的多层阳极组件的单程方法，所述方法包括：a)从基板进料卷退绕连续基板网，并在单程物理气相沉积设备的处理室内沿沉积路径在工艺方向上传送所述基板网，所述基板网包括连续集电器和设置在所述集电器的第一侧的与锂相容的支撑表面；b)在所述工艺方向上传送所述基板网通过沿所述沉积路径的界面沉积区，并使用界面物理气相沉积施加器将由界面材料形成的第一界面膜沉积到所述支撑表面上，所述界面材料是导电的以允许所述第一锂膜和所述支撑表面之间的电子流动；c)在所述工艺方向上传送所述基板网通过沿所述沉积路径并在所述界面沉积区下游的锂沉积区，并且使用锂物理气相沉积施加器将至少第一锂膜沉积到所述第一界面膜上，由此所述第一界面膜位于所述支撑表面与所述第一锂膜之间；d)在所述工艺方向上传送所述基板网通过沿所述沉积路径并且在所述锂沉积区下游的覆盖沉积区，其中第一覆盖膜由允许电解质和所述第一锂膜之间的锂离子流动的覆盖材料形成并位于所述第一锂膜的外侧，由此所述第一锂膜位于所述第一覆盖膜和所述支撑表面之间；i)在所述工艺方向上传送所述基板网通过沿所述沉积路径并且在所述覆盖沉积区下游的第二界面沉积区，并且使用第二界面物理气相沉积施加器将由所述界面材料形成的第二界面膜沉积到设置在所述集电器的相对第二侧上的第二支撑表面上；j)在所述工艺方向上传送所述基板网通过沿所述沉积路径并且在所述第二界面沉积区下游的第二锂沉积区，并且使用锂物理气相沉积施加器将至少第二锂膜沉积到所述第二界面膜上；以及k)在所述工艺方向上传送所述基板网通过沿所述沉积路径并且在所述第二锂沉积区下游的第二覆盖沉积区，其中第二覆盖膜由允许电解质和所述第二锂膜之间的锂离子流动的所述覆盖材料形成并位于所述第二锂膜的外侧，由此所述第二锂膜在所述第二覆盖膜和所述第二支撑表面之间，从而提供双面多层阳极组件；l)在执行步骤a)至k)之后，将所述双面多层阳极组件卷绕在所述沉积路径的出口处的输出卷上；其中至少a)到k)在所述基板网单程通过所述沉积路径期间完成。99.一种制造用于锂基电池的双面多层阳极组件的单程方法，所述方法包括：a)从基板进料卷退绕连续基板网，并在单程物理气相沉积设备的处理室内沿沉积路径在工艺方向上传送所述基板网，所述基板网包括连续集电器，所述续集电器具有第一侧和相对的第二侧；b)在所述工艺方向上传送所述集电器，同时使用定位成面向所述集电器的所述第一侧的相应第一和第二物理气相沉积施加器施加至少第一和第二膜在所述集电器的所述第一
侧上；c)在所述工艺方向上传送所述集电器，同时使用定位成面向所述集电器的所述第二侧的相应第三和第四物理气相沉积施加器施加至少第三和第四膜在所述集电器的所述第二侧上，其中步骤b)和c)在所述基板网单程通过所述沉积路径期间完成，从而提供双面多层阳极组件；以及d)在执行步骤b)和c)之后，将所述双面多层阳极组件卷绕在所述沉积路径的出口处的输出卷上。100.根据权利要求99所述的方法，其中所述第一膜包含由锂材料形成的第一锂膜，且其中所述第二膜包含以下中的至少一者：a)位于所述锂膜的内侧的界面膜，其被配置为当锂沉积在所述锂膜中时抑制枝晶的形成和/或改善所述第一锂膜和所述集电器之间的锂离子流动或离子分布，并且由锡(sn)、锌(zn)、镁(mg)、碳(c)、铜(cu)、铟(in)、银(ag)、铋(bi)、铅(pb)、镉(cd)、锑(sb)和硒(se)中的至少一种的界面材料形成；以及b)位于所述第一锂膜外侧的覆盖膜，其由以下材料形成：i)钝化材料，所述钝化材料被配置为通过抑制气体扩散来抑制所述第一锂膜与所述周围环境之间的反应，同时允许通过所述覆盖膜的锂离子流动，或ii)亲锂覆盖材料，所述亲锂覆盖材料被配置为增强锂离子穿过所述覆盖膜以及在电解质和所述第一锂承载区域之间移动的迁移率，使得当使用所述阳极组件时当锂沉积在所述第一锂膜中时抑制枝晶的形成。101.根据权利要求100所述的方法，其中所述钝化材料包括氮化物、氢化物、碳酸盐、碳酸锂、氮化锂、氧化锂、硫化锂、氧化物、铝酸锂、硫化物、金、铂、聚环氧乙烷、邻苯二酚锂和锂离子导电聚合物中的至少一种。102.根据权利要求100或101所述的方法，其中所述亲锂覆盖材料包括锡(sn)、锌(zn)、镁(mg)、碳(c)、铟(in)、银(ag)、铋(bi)、铅(pb)中的至少一种。103.根据权利要求99至103中任一项所述的方法，其中所述第三膜包括由所述锂材料形成的第二锂膜，并且其中所述第四膜包括以下中的至少一者：a)位于所述锂膜内侧的界面膜，其被配置为当锂沉积在所述锂膜中时抑制枝晶的形成和/或改善所述第一锂膜和集电器之间的锂离子流动或离子分布，并且由锡(sn)、锌(zn)、镁(mg)、碳(c)、铜(cu)、铟(in)、银(ag)、铋(bi)、铅(pb)、镉(cd)、锑(sb)和硒(se)中的至少一种的界面材料形成；以及b)位于所述第一锂膜外侧的覆盖膜，其由以下材料形成：i)钝化材料，所述钝化材料被配置为通过抑制气体扩散来抑制所述第一锂膜与所述周围环境之间的反应，同时允许通过所述覆盖膜的锂离子流动，或ii)亲锂覆盖材料，其被配置为增强锂离子穿过所述覆盖膜以及在电解质和所述第一锂承载区域之间移动的迁移率，使得当使用所述阳极组件时当锂沉积在所述第一锂膜中时抑制枝晶的形成。104.根据权利要求103所述的方法，其中所述钝化材料包括氮化物、氢化物、碳酸盐、碳酸锂、氮化锂、氧化锂、硫化锂、氧化物、铝酸锂、硫化物、金、铂、聚环氧乙烷、邻苯二酚锂和锂离子导电聚合物中的至少一种。105.根据权利要求103或104所述的方法，其中所述亲锂覆盖材料包括锡(sn)、锌(zn)、镁(mg)、碳(c)、铟(in)、银(ag)、铋(bi)、铅(pb)中的至少一种。
106.一种制造用于电池的多层阳极组件的方法，所述方法包括：a)从基板进料卷退绕连续基板网，并在单程物理气相沉积设备的处理室内沿沉积路径在工艺方向上传送所述基板网，所述基板网可包括连续集电器和与锂相容的支撑表面；以下步骤中的至少一个：b)在所述工艺方向上传送所述基板网通过沿所述沉积路径的界面沉积区，并使用界面物理气相沉积施加器将由界面材料形成的第一界面膜沉积到所述支撑表面上，所述界面材料是导电的以允许通过所述第一界面膜的电子流动；以及c)在所述工艺方向上传送所述基板网通过沿所述沉积路径并在所述界面沉积区下游的覆盖沉积区，并在所述支撑表面的外侧形成第一覆盖膜，所述第一覆盖膜由对锂离子导电以允许通过所述第一覆盖膜的锂离子流动的覆盖材料形成；其中步骤b)和c)中的至少一个在所述基板网沿所述沉积路径的单程期间完成，从而提供中间网组件，并且还包括：d)将所述中间网组件的至少第一部分定位在包括正极和锂源的电化学电池单元中；以及e)在所述正极和所述中间网的所述第一部分之间施加电势，由此从所述锂源驱动锂离子并将锂离子沉积为在所述中间网组件上的在所述支撑表面的外侧的锂承载区域中的第一锂膜。107.根据权利要求106所述的方法，其中所述组件在执行步骤e)之前不含锂。108.根据权利要求106或107所述的方法，其中步骤b)和c)中的至少一个在单个pvd真空循环期间完成，其中所述处理室的内部保持在小于10-2
托的运行压力。109.根据权利要求106至108中任一项所述的方法，其中所述集电器包括连续的金属箔。110.根据权利要求106至109中任一项所述的方法，其中所述集电器具有在约1与约100微米之间的厚度。111.根据权利要求106至110中任一项所述的方法，其中所述集电器包括铜、铝、镁、镍、不锈钢、钢、导电聚合物和聚合物中的至少一种。112.根据权利要求106至111中任一项所述的方法，其中所述集电器包括锂相容金属箔，并且所述集电器的前表面提供支撑表面，并且所述第一锂膜通过所述锂物理气相沉积施加器直接沉积到所述集电器的所述前表面上。113.根据权利要求106至112中任一项所述的方法，其中所述集电器包括锂不相容金属箔，并且所述方法进一步包括在所述工艺方向上传送所述基板网通过在所述锂沉积区上游的保护层沉积区，并通过保护膜气相沉积施加器将与锂相容的保护材料直接沉积到所述集电器的前侧形成第一保护膜，其中所述保护材料是导电的并且阻止锂离子流动，由此电子能够从所述第一锂膜穿过所述第一保护膜到所述集电器，并且所述第一锂膜与所述集电器间隔开并且至少基本上与所述集电器离子隔离，使得基本上阻止锂离子从所述锂承载区域通过所述第一保护膜扩散到所述集电器，并且其中所述第一保护膜包括所述支撑表面，并且所述第一锂膜直接沉积在所述第一保护膜上。114.根据权利要求113所述的方法，其中所述保护材料包括铜、镍、银、不锈钢和钢、钛、锆、钼或其合金中的至少一种。
115.根据权利要求106至114中任一项所述的方法，其中通过在添加所述第一锂膜之前使用覆盖物理气相沉积施加器沉积第一覆盖材料来形成所述第一覆盖膜。116.根据权利要求115所述的方法，其中所述第一覆盖膜是亲锂覆盖膜，包括锡(sn)、锌(zn)、镁(mg)、碳(c)、铟(in)、银(ag)、铋(bi)、铅(pb)中的至少一种，由此所述亲锂覆盖膜增强了锂离子穿过所述亲锂覆盖膜以及电解质和所述锂承载区域之间移动的迁移率，使当使用所述阳极组件时当锂沉积在所述锂膜中时抑制枝晶的形成。117.根据权利要求106至116中任一项所述的方法，其中通过对所述第一锂膜的表面进行气体处理而原位形成所述第一覆盖膜，从而形成第一覆盖材料。118.根据权利要求117所述的方法，其中所述第一覆盖材料包括锂锌合金、碳酸锂和氮化锂中的至少一种，由此所述第一覆盖膜允许电解质和所述第一锂膜之间的锂离子流动并抑制所述第一锂膜和所述电解质或周围环境之间的不可逆反应。119.根据权利要求106至118中任一项所述的方法，其中步骤c)和d)中的至少一个是在所述基板网以在约1m/min至约100m/min之间，优选在2m/min至50m/min之间的处理速度在所述输入卷和所述输出卷之间移动的同时进行的。120.根据权利要求106至119中任一项所述的方法，其中在步骤b)和c)中的至少一个期间，所述处理室基本上不含氧气。121.根据权利要求106至120中任一项所述的方法，其中所述运行压力在约10-2
至10-6
托之间。122.根据权利要求106至121中任一项所述的方法，进一步包括，在步骤c)之前，将所述金属化室内部的压力从大致大气压力降低至所述运行压力。123.根据权利要求106至122中任一项所述的方法，还包括以下中的至少一项：f)在所述工艺方向上传送所述基板网通过沿所述沉积路径的第二界面沉积区，并且使用第二界面物理气相沉积施加器将由所述界面材料形成的第二界面膜沉积到所述基板网支撑表面的相对的第二侧上；以及g)在所述工艺方向上传送所述基板网通过沿所述沉积路径并且在所述第二界面沉积区下游的第二覆盖沉积区，并且在所述基板网的第二侧的外侧形成第二覆盖膜，所述第二覆盖膜由所述覆盖材料形成；其中步骤b)和c)中的至少一个和步骤f)和g)中的至少一个在所述基板网沿所述沉积路径的单程期间完成，从而在步骤d)之前提供双面中间网组件。124.根据权利要求106至122中任一项所述的方法，包括步骤b)和c)以及f)和g)。

技术总结
用于锂基电池的多层锂阳极组件可包括具有集电器的基板区域，该集电器包括厚度在4至10微米之间并具有与锂相容的支撑表面的连续铜箔。锂承载区域可以覆盖在支撑表面上并且可以包括通过热蒸发直接沉积在支撑表面上并且具有在1微米和10微米之间的厚度的锂材料膜。覆盖区域可以位于锂承载区域的外侧并且可以具有由钝化材料形成并覆盖锂材料膜的覆盖膜。覆盖区域可以允许电解质和锂承载区域之间的锂离子流动并且抑制锂承载区域和电解质或周围环境之间的不可逆反应。围环境之间的不可逆反应。围环境之间的不可逆反应。


技术研发人员：蒂莫西
受保护的技术使用者：力迈特集团公司
技术研发日：2021.10.16
技术公布日：2023/8/24