JP2020534651A - リチウムアノードデバイススタック製造 - Google Patents

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Abstract

金属電極、より具体的には、リチウム含有アノード、前述のリチウム含有電極を含む二次電池などの高性能電気化学デバイス、及びこれらを製造する方法が提供される。一実装では、アノード電極構造が提供される。アノード電極構造は、銅を含む電流コレクタと、電流コレクタの上に形成されたリチウム金属膜と、リチウム金属膜の上に形成された銅膜と、銅膜の上に形成された保護膜とを備える。保護膜は、リチウムイオン伝導性セラミック、リチウムイオン伝導性ガラス、又はイオン伝導性液晶を含む群から選択されるリチウムイオン伝導性膜である。【選択図】図２

Description

［０００１］ 本書に記載された実装は、概して、金属電極に関し、より具体的には、リチウム含有アノード、前述のリチウム含有電極を含む二次電池などの高性能電気化学デバイス、及びこれらを製造する方法に関する。
関連技術の説明
［０００２］ 再充電可能な電気化学貯蔵システムは、日常生活の多くの分野において益々貴重になってきている。リチウムイオン（Ｌｉイオン）電池などの高容量電気化学エネルギー貯蔵デバイスは、益々多くの用途において使用されており、それには、携帯用電子機器、医療、輸送、グリッド接続された大エネルギー貯蔵、再生可能エネルギー貯蔵、及び無停電電源（ＵＰＳ）が含まれる。従来の鉛／硫酸蓄電池は、しばしば容量が不足し、このような成長分野の用途では十分にリサイクルできないことが多い。一方、リチウムイオン電池は、絶好の機会を有することになると考えられている。
［０００３］ 一般的に、リチウムイオン電池は、安全上の理由から金属リチウムを含まず、代わりに、アノードとして黒鉛材料を使用する。しかしながら、充電状態で限界組成（ｌｉｍｉｔ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）ＬｉＣ６まで充電することができる黒鉛を使用すると、金属リチウムを使用する場合と比較すると、結果的に容量は大幅に低くなる。現在、業界は、エネルギーセル密度を高めるため、黒鉛ベースのアノードからシリコン混合黒鉛へと移行している。しかしながら、シリコン混合黒鉛アノード（ｓｉｌｉｃｏｎ ｂｌｅｎｄｅｄ ｇｒａｐｈｉｔｅ ａｎｏｄｅ）は、第１サイクル容量損失を被る。したがって、シリコン混合黒鉛アノードの第１サイクル容量損失を補充するためのリチウム金属堆積が必要とされている。しかしながら、リチウム金属は、いくつかのデバイス集積化の課題に直面している。
［０００４］ リチウムはアルカリ金属である。第１族の重元素同族体と同様に、リチウムは、様々な物質との強い反応性を特徴とする。リチウムは、水、アルコール及びプロトン性水素（ｐｒｏｔｉｃ ｈｙｄｒｏｇｅｎ）を含有する他の物質と激しく反応し、しばしば発火する結果となる。リチウムは空気中で不安定であり、酸素、窒素及び二酸化炭素と反応する。リチウムは、通常、不活性ガス雰囲気（アルゴンのような希ガス）下で取り扱われ、リチウムは反応性が強いため、他の処理操作も不活性ガス雰囲気中で行うことが必要となる。結果として、リチウムには、処理、貯蔵、及び輸送に関して、いくつかの課題がある。
［０００５］ リチウム金属のための保護用の表面処理が開発されている。リチウム金属の保護用の表面処理の１つの方法は、リチウム金属をワックス層、例えばポリエチレンワックスでコーティングすることである。しかしながら、一般的には、多量のコーティング剤が塗布されるため、リチウム金属膜のその後の処理を妨げる。
［０００６］ 保護用の表面処理の別の方法では、連続的な炭酸コーティング、高分子コーティング、例えばポリウレタン、ＰＴＦＥ、ＰＶＣ、ポリスチレン及びその他で安定化されたリチウム金属粉末（「ＳＬＭＰ」）を製造することが提案されている。しかしながら、これらの高分子コーティングは、電極材料をプレリチウム化（ｐｒｅｌｉｔｈｉａｔｉｎｇ）する際に問題を引き起こす可能性がある。
［０００７］ したがって、エネルギー貯蔵システムのリチウム金属を堆積させ、また処理するための方法及びシステムが必要となる。
［０００８］ 本書に記載の実装は、概して、金属電極に関し、より具体的には、リチウム含有アノード、前述のリチウム含有電極を含む二次電池などの高性能電気化学デバイス、及びこれらを製造する方法に関する。一実装では、アノード電極構造が提供される。アノード電極構造は、銅からなる電流コレクタと、電流コレクタの上に形成されたリチウム金属膜と、リチウム金属膜の上に形成された銅膜と、銅膜の上に形成された保護膜とを備える。保護膜は、リチウムイオン伝導性セラミック、リチウムイオン伝導性ガラス、又はイオン伝導性液晶を含む群から選択されるリチウムイオン伝導性膜である。
［０００９］ 別の実装では、アノード電極構造が提供される。アノード電極構造は、銅を含む電流コレクタと、電流コレクタの上に形成されたシリコン黒鉛アノードと、シリコン黒鉛アノードの上に形成されたリチウム金属の膜と、リチウム金属膜の上に形成された保護膜とを含む。保護膜は、リチウムイオン伝導性セラミック、リチウムイオン伝導性ガラス、イオン伝導性高分子、イオン伝導性液晶、これらの複合的な組み合わせ、又はこれらの単位層の組み合わせを含む群から選択されるリチウムイオン伝導性材料である。
［００１０］ さらに別の実装では、アノード電極構造が提供される。アノード電極構造は、銅を含む電流コレクタと、電流コレクタの上に形成されたリチウム金属膜と、リチウム金属膜の上に形成された保護膜スタックとを備える。保護膜スタックは、リチウム金属膜の上に形成された保護膜と、保護膜の上に形成された第１の高分子膜と、第１の高分子膜の上に形成されたセラミック膜と、セラミック膜の上に形成された第２の高分子膜とを含む。保護膜は、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、酸化アルミニウム、ビスマスカルコゲニド、銅カルコゲニド、炭酸リチウム（Ｌｉ２ＣＯ３）、及びこれらの組み合わせの群から選択される。
［００１１］ さらに別の実装では、アノード電極構造が提供される。アノード電極構造は、銅を含む電流コレクタと、電流コレクタの上に形成されたリチウム金属膜と、リチウム金属膜の上に形成された保護膜スタックとを備える。保護膜スタックは、リチウム金属膜の上に形成された第１の高分子膜と、第１の高分子膜の上に形成された誘電体膜と、セラミック膜の上に形成された第２の高分子膜とを含む。
［００１２］ さらに別の実装では、アノード電極構造が提供される。アノード電極構造は、銅を含む電流コレクタと、電流コレクタの上に形成されたリチウム金属膜と、リチウム金属膜の上に形成された保護膜スタックとを備える。保護膜スタックは、リチウム金属膜の上に形成された銅膜、銅膜の上に形成された誘電体膜、及び誘電体膜の上に形成されたポリマー膜を含む。
［００１３］ さらに別の実装では、方法が提供される。方法は、電流コレクタの上にリチウム金属膜を形成することを含む。電流コレクタは銅を含む。方法は、リチウム金属膜の上に銅膜を形成することと、銅膜の上に保護膜を形成することとをさらに含む。保護膜は、リチウムイオン伝導性セラミック、リチウムイオン伝導性ガラス、イオン伝導性高分子、イオン伝導性液晶、これらの複合的な組み合わせ、又はこれらの単位層の組み合わせを含む群から選択されるリチウムイオン伝導性膜である。
［００１４］ さらに別の実装では、方法が提供される。方法は、電流コレクタ上にシリコン黒鉛膜を形成することを含む。電流コレクタは銅を含む。方法は、シリコン黒鉛アノードの上にリチウム金属の膜を形成することと、リチウム金属膜の上に保護膜を形成することとをさらに含む。保護膜は、リチウムイオン伝導性セラミック、リチウムイオン伝導性ガラス、イオン伝導性高分子、イオン伝導性液晶、これらの複合的な組み合わせ、又はこれらの単位層の組み合わせを含む群から選択されるリチウムイオン伝導性材料である。
［００１５］ さらに別の実装では、方法が提供される。方法は、電流コレクタの上にリチウム金属膜を形成することを含む。電流コレクタは銅を含む。方法は、リチウム金属膜の上に保護膜スタックを形成することをさらに含む。保護膜スタックは、リチウム金属膜の上に保護膜を形成することと、保護膜の上に形成された第１の高分子膜を形成することと、第１の高分子膜の上に形成されたセラミック膜を形成することと、セラミック膜の上に第２の高分子膜を形成することとを含む。保護膜は、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、酸化アルミニウム、ビスマスカルコゲニド、銅カルコゲニド、炭酸リチウム（Ｌｉ２ＣＯ３）、及びこれらの組み合わせの群から選択される。
［００１６］ さらに別の実装では、方法が提供される。方法は、電流コレクタの上にリチウム金属膜を形成することを含む。電流コレクタは銅を含む。方法は、リチウム金属膜の上に保護の上に膜スタックを形成することをさらに含む。保護膜スタックは、リチウム金属膜の上に第１の高分子膜を形成することと、第１の高分子膜の上に誘電体膜を形成することと、誘電体膜の上に第２の高分子膜を形成することとを含む。
［００１７］ さらに別の実装では、方法が提供される。方法は、電流コレクタの上にリチウム金属膜を形成することを含む。電流コレクタは銅を含む。方法は、リチウム金属膜の上に保護膜スタックを形成することをさらに含む。保護膜スタックは、リチウム金属膜の上に金属膜を形成することと、第１の高分子膜の上に誘電体膜を形成することと、誘電体膜の上に高分子膜を形成することとを含む。
［００１８］ 上述の本開示の特徴を詳細に理解しうるように、上記で簡単に要約された実装のより具体的な説明が、実装を参照することによって得られ、一部の実装、添付の図面に例示されている。しかしながら、本開示は他の等しく有効な実装も許容しうるため、添付の図面は、本開示の典型的な実装のみを示しており、したがって、本発明の範囲を限定すると見なすべきではないことに留意されたい。
本書に記載の実装により形成された電極構造を包含するエネルギー貯蔵デバイスの一実装の概略的な断面図である。 本書に記載の実装により形成された両面アノード電極構造の一実装の断面図を示す。 本書に記載の実装により形成された両面アノード電極構造の別の実装の断面図を示す。 本書に記載の実装により形成された両面アノード電極構造の別の実装の断面図を示す。 本書に記載の実装により形成された両面アノード電極構造の別の実装の断面図を示す。 本書に記載の実装により形成された両面アノード電極構造の別の実装の断面図を示す。 本書に記載の実装によるアノード電極構造を形成する方法の一実装の概要を表わす処理のフロー図である。 本書に記載の実装によるアノード電極構造を形成する方法の一実装の概要を表わす処理のフロー図である。 本書に記載の実装によるアノード電極構造を形成する方法の一実装の概要を表わすプロセスのフロー図である。 本書に記載の実装によるアノード電極構造を形成する方法の一実装の概要を表わすプロセスのフロー図である。 本書に記載の実装によるアノード電極構造を形成する方法の一実装の概要を表わす処理のフロー図である。 本書に記載の実装によるアノード電極構造を形成するための一体型処理ツール概略図である。
［００３１］ 理解を容易にするために、可能な場合には、図に共通する同一の要素を指し示すのに同一の参照番号を使用した。一実装の要素及び特徴は、さらなる記述がなくとも、他の実装に有益に組み込まれうることがあると想定されている。
［００３２］ 以下の開示はアノード電極、高性能電気化学セル及び電池について記述したもので、前述のアノード電極及びその製造方法を含む。本開示の様々な実施形態を完全に理解させるため、特定の詳細が以下の記載及び図１〜図１２で提示される。多くの場合、電気化学セル及び電池に関連する周知の構造及びシステムを記述する他の詳細は、様々な実装の記述が無用に曖昧にならないように、以下の開示に記述されている。
［００３３］ 図に示した詳細、寸法、角度及び他の特徴の多くは、特定の実装の例示にすぎない。したがって、他の実装は、本開示の本質及び範囲から逸脱することなく、他の詳細、構成要素、寸法、角度を有しうる。加えて、さらに本開示の実装は、以下で説明されるいくつかの詳細なしでも実行されうる。
［００３４］ 本書に記載された実装は、ＴｏｐＭｅｔ（商標）、ＳＭＡＲＴＷＥＢ（商標）、ＴｏｐＢｅａｍ（商標）などのリールツーリールコーティングシステムを参照して以下で説明される。これらすべては、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能である。物理的気相堆積処理（例えば、高速蒸着処理及びマグネトロンスパッタリング処理）が実行可能な他のツールも、本書に記載の実装の利点に適合されうる。しかも、本書に記載の物理的気相堆積処理を可能にする任意のシステムを使用して、利益をもたらすこともできる。本書に記載の装置の説明は、例示的なものであって、本書に記載された実装の範囲を制限するものとして理解又は解釈するべきではない。ここではリールツーリールプロセスとして説明されているが、本書に記載された実装は、個々の基板上でも実行しうることも理解されたい。
［００３５］ エネルギー貯蔵デバイス、例えば電池は、典型的には、正極、多孔質セパレータによって分離されたアノード電極、及びイオン伝導性マトリックスとして使用される電解質からなる。黒鉛アノードは、現在の技術水準であるが、業界は、セルエネルギー密度を高めるために、黒鉛ベースのアノードからシリコン混合黒鉛アノードに移行している。しかしながら、シリコン混合黒鉛アノードは、しばしば、第１サイクル中に生じる不可逆的な容量損失を被る。したがって、この第１サイクル容量損失を補充するための方法が必要とされている。
［００３６］ リチウム金属の堆積は、シリコン混合黒鉛アノードのこの第１サイクル容量損失を補充するための方法の１つである。リチウム金属堆積のための多くの方法（例えば、熱蒸着、積層、印刷など）があるが、特に大量生産環境において、デバイス積層前にスプール上に蒸着されたリチウム金属の取り扱いに対処する必要がある。一実装では、リチウムアノードデバイスを形成するための方法及びシステムが提供される。
［００３７］ 本書に記載の実装を使用して、片面又は両面のいずれかの堆積されたリチウム金属は、下流のリールの巻き取り及び送り出し中に保護することができる。Ｌｉイオン伝導性高分子、イオン伝導性セラミック、又はイオン伝導性ガラスの薄膜の堆積は、いくつかの利点を有する。第１に、リチウム金属を含む電極のリールは、リチウム金属が隣接する電極に接触することなく巻き取られ、送り出されうる。第２に、安定な固体電解質界面（ＳＥＩ）が、より良好な電池性能及びリチウム金属の高い電気化学的利用のために確立される。保護層はまた、特に高電流密度動作において、リチウムデンドライトを抑制又は排除に役立ちうる。さらに、保護膜の使用は、製造システムの複雑さを低減し、現在の製造システムと互換性がある。
［００３８］ 図１は、本書に記載された実装に従って形成されたアノード電極構造が組み込まれたエネルギー貯蔵デバイス１００の一実装の概略断面図を示す。エネルギー貯蔵デバイス１００は、平面構造体として示されているが、層のスタックを巻回することによって円筒形に形成されていてもよく、さらに、他のセル構成（例えば、角柱セル、ボタンセル、又は積層電極セル）も形成されてよい。エネルギー貯蔵デバイス１００は、アノード電極構造１１０とカソード電極構造１２０とを含み、それらの間にセパレータ膜１３０が配置される。カソード電極構造１２０は、カソード電流コレクタ１４０とカソード膜１５０とを含む。アノード電極構造１１０は、アノード電流コレクタ１６０と、アノード膜１７０と、さらに、保護膜１７５、リチウムイオン伝導性高分子膜１８０、セラミックコーティング１８５、結合多孔質高分子膜１９０のうちの少なくとも１つとを含む。
［００３９］ カソード電極構造１２０は、カソード電流コレクタ１４０と、カソード電流コレクタ１４０上に形成されたカソード膜１５０とを含む。カソード電極構造１２０は、他の要素又は膜を含んでもよいことを理解されたい。
［００４０］ カソード膜１５０及びアノード膜１７０それぞれの上の電流コレクタ１４０、１６０は、同一の電子伝導体であってもよく、又は異なった電子伝導体であってもよい。電流コレクタ１４０、１６０を構成しうる金属の例は、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、マンガン（Ｍｎ）、クロム（Ｃｒ）、ステンレス鋼、クラッド材、これらの合金、及びこれらの組み合わせを含む。一実装では、電流コレクタ１４０、１６０のうちの少なくとも１つが穿孔される。一実装では、電流コレクタ１４０、１６０のうちの少なくとも１つは、金属材料でコーティングされたポリエチレンテレフタレート（「ＰＥＴ」）高分子基板を含む。一実装では、アノード電流コレクタ１６０は、銅がコーティングされたＰＥＴ膜である。別の実装では、アノード電流コレクタ１６０は、ＰＥＴ上の多重金属層である。多重金属層は、銅、クロム、ニッケルなどの組み合わせであってもよい。一実装では、アノード電流コレクタ１６０は、銅−ニッケルクラッド材料を含む多層構造である。一実装では、多層構造は、ニッケル又はクロムの第１の層と、第１の層上に形成された銅の第２の層と、第２の層上に形成されたニッケル、クロム、又はその両方を含む第３の層とを含む。一実装では、アノード電流コレクタ１６０は、ニッケルがコーティングされた銅である。さらに、電流コレクタは、任意のフォームファクタ（例えば、金属の箔、シート、又はプレート）、形状、及びミクロ／マクロ構造のものであってよい。一般的に、角柱セルでは、タブは電流コレクタと同一の材料で形成されるが、スタックの製造中に形成されてもよく、或いは後で付加されてもよい。いくつかの実装では、電流コレクタはスタックを越えて延在し、スタックを越えて延在する電流コレクタの部分は、タブとして使用することができる。電流コレクタ１４０及び１６０を除くすべての構成要素が、リチウムイオン電解質を含有している。一実装では、カソード電流コレクタ１４０は、アルミニウムである。別の実施では、カソード電流コレクタ１４０は、ＰＥＴ膜上に堆積されたアルミニウムを含む。一実装では、カソード電流コレクタ１４０は、約０．５μｍから約２０μｍ（例えば、約１μｍから約１０μｍ、約２μｍから約８μｍ、約５μｍから約１０μｍ）の厚さを有する。一実装では、アノード電流コレクタ１６０は、銅である。一実装では、アノード電流コレクタ１６０は、約０．５μｍから約２０μｍ（例えば、約１μｍから約１０μｍ、約２μｍから約８μｍ、約６μｍから約１２μｍ、約５μｍから約１０μｍ）の厚さを有する。
［００４１］ カソード膜１５０又はカソードは、アノードと適合性のある任意の材料であってもよく、層間化合物、挿入化合物、又は電気化学的な活性のある高分子を含みうる。適切な層間材料には、例えば、リチウム含有金属酸化物、ＭｏＳ２、ＦｅＳ２、ＢｉＦ３、Ｆｅ２ＯＦ４、ＭｎＯ２、ＴｉＳ２、ＮｂＳｅ３、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＭｎＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、Ｖ６Ｏ１３、及びＶ２Ｏ５などが含まれる。適切な高分子には、例えば、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリアニリン、及びポリチオフェンが含まれる。カソード膜１５０又はカソードは、リチウムコバルト酸化物などの層状酸化物、リン酸鉄リチウムなどのカンラン石、又はリチウムマンガン酸化物などの尖晶石から作製されうる。例示的なリチウム含有酸化物は、リチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ２）などのように層状であってよく、或いは、ＬｉＮｉｘＣｏ１−２ｘＭｎＯ２、ＬｉＮｉＭｎＣｏＯ２（“ＮＭＣ”）、ＬｉＮｉ０．５Ｍｎ１．５Ｏ４、Ｌｉ（Ｎｉ０．８Ｃｏ０．１５Ａｌ０．０５）Ｏ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４などの混合金属酸化物、並びにドープされたリチウムが豊富な層状材料であってもよい。ここで、ｘはゼロ又は非ゼロの数値である。例示的なリン酸塩は、鉄カンラン石（ＬｉＦｅＰＯ４）のこともあり、これは変種（ＬｉＦｅ（１−ｘ）ＭｇｘＰＯ４）、ＬｉＭｏＰＯ４、ＬｉＣｏＰＯ４、ＬｉＮｉＰＯ４、Ｌｉ３Ｖ２（ＰＯ４）３、ＬｉＶＯＰＯ４、ＬｉＭＰ２Ｏ７、又はＬｉＦｅ１．５Ｐ２Ｏ７であってもよい。ここで、ｘはゼロ又はゼロ以外の数値である。例示的なフルオロリン酸塩は、ＬｉＶＰＯ４Ｆ、ＬｉＡｌＰＯ４Ｆ、Ｌｉ５Ｖ（ＰＯ４）２Ｆ２、Ｌｉ５Ｃｒ（ＰＯ４）２Ｆ２、Ｌｉ２ＣｏＰＯ４Ｆ、又はＬｉ２ＮｉＰＯ４Ｆであってもよい。例示的なケイ酸塩は、Ｌｉ２ＦｅＳｉＯ４、Ｌｉ２ＭｎＳｉＯ４、又はＬｉ２ＶＯＳｉＯ４であってもよい。例示的な非リチウム化合物は、Ｎａ５Ｖ２（ＰＯ４）２Ｆ３である。
［００４２］ アノード電極構造１１０は、アノード電流コレクタ１６０を含み、アノード膜１７０がアノード電流コレクタ１６０上に形成される。アノード電極構造１１０は、保護膜１７５、リチウムイオン伝導性高分子膜１８０、セラミックコーティング１８５、及び結合多孔質高分子膜１９０のうちの少なくとも１つを任意に含んでもよい。図１に示す実施例では、保護膜１７５はアノード膜１７０上に形成される。保護膜１７５上には、リチウムイオン伝導性高分子膜１８０の膜が形成されている。セラミックコーティング１８５は、リチウムイオン伝導性高分子膜１８０上に形成される。セパレータ膜１３０とアノード膜１７０との間には、結合多孔質高分子膜１９０が形成されている。
［００４３］ アノード膜１７０は、カソード膜１５０と適合性のある任意の材料であってもよい。アノード膜１７０は、３７２ｍＡｈ／ｇ以上、好ましくは、７００ｍＡｈ／ｇ以上、最も好ましくは１０００ｍＡｈ／ｇ以上のエネルギー容量を有しうる。アノード膜１７０は、黒鉛、シリコン含有黒鉛、リチウム金属、リチウム金属箔又はリチウム合金箔（例えば、リチウムアルミニウム合金）、或いは、リチウム金属及び／又はリチウム合金と、カーボン（例えば、コークス、黒鉛）、ニッケル、銅、スズ、インジウム、シリコン、これらの酸化物、又はこれらの組み合わせなどの材料との混合物から構成されうる。アノード膜１７０は、典型的に、リチウムを含む層間化合物又はリチウムを含む挿入化合物を含む。アノード膜１７０がリチウム金属を含むいくつかの実装では、リチウム金属は、本書に記載の方法を用いて堆積されうる。
［００４４］ 一実装では、アノード膜１７０は、約１０μｍから約２００μｍ（例えば、約１μｍから約１００μｍ、約１０μｍから約３０μｍ、約２０μｍから約３０μｍ、約１μｍから約２０μｍ、又は約５０μｍから約１００μｍ）の厚みを有する。一実装では、アノード膜１７０は、リチウム金属膜である。
［００４５］ いくつかの実装では、保護膜１７５はアノード膜１７０上に形成される。保護膜１７５は、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、金属膜（例えば、銅、ビスマス、スズ、又はこれらの組み合わせ）、銅カルコゲニド（例えば、ＣｕＳ、Ｃｕ２Ｓｅ、Ｃｕ２Ｓ）、ビスマスカルコゲニド（例えば、Ｂｉ２Ｔｅ３、Ｂｉ２Ｓｅ３）、及び炭酸リチウム（Ｌｉ２ＣＯ３）のうちの少なくとも１つを含む。いくつかの実装では、保護膜１７５は、リチウムイオン及びリチウム原子のうちの少なくとも１つに対して透過性である。保護膜１７５は、アノード膜１７０の表面保護を提供し、これは、乾燥室内でのアノード膜の取り扱いを可能にする。理論によって制約されるものではないが、保護膜１７５は、リチウム伝導性電解質を取り込んで、デバイス製造中にゲルを形成することができると考えられている。これは、良質な固体電解質界面（ＳＥＩ）の形成に有益であり、さらに抵抗の低下に役立つ。エネルギー貯蔵デバイス１００が固体エネルギー貯蔵デバイスであるいくつかの実装では、保護膜１７５は、より良好なＳＥＩを構築し、デバイス性能を改善するのに役立つ。保護膜１７５は、蒸着又はスパッタリングなどの物理的気相堆積（ＰＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、スロットダイプロセス、ディップコーティング、薄膜転写プロセス、グラビアコーティング、又は三次元リチウム印刷プロセスによって、アノード膜１７０の上に直接堆積されうる。ＰＶＤは、保護膜１７５の堆積のための好適な方法である。
［００４６］ いくつかの実装では、保護膜１７５は、金属膜である。金属膜は、極薄金属シード膜であってもよい。金属膜は、銅膜であってもよい。銅膜は、極薄銅膜であってもよい。
［００４７］ 保護膜１７５は、１ナノメートルから２，０００ナノメートルの範囲内（例えば、１０ナノメートルから６００ナノメートルの範囲内、５０ナノメートルから１００ナノメートルの範囲内、５０ナノメートルから２００ナノメートルの範囲内、１００ナノメートルから１５０ナノメートルの範囲内）の厚みを有する被覆層又は離散層となりうる。保護膜１７５は、１ミクロンから５０ミクロンの範囲内（例えば、１ミクロンから２５ミクロンの範囲内）の厚みを有する離散膜である。
［００４８］ 保護膜１７５は多孔質であってよい。いくつかの実装では、保護膜１７５はナノポアを有する。一実装では、保護膜１７５は、約１０ナノメートル未満（例えば、約１ナノメートルから約１０ナノメートル、約３ナノメートルから約５ナノメートル）の平均孔サイズ又は直径を有するようにサイズ決定された複数のナノポアを有する。別の実装では、保護膜１７５は、約５ナノメートル未満の平均孔サイズ又は直径を有するようサイズ決めされた複数のナノポアを有する。一実装では、保護膜１７５は、約１ナノメートルから約２０ナノメートル（例えば、約２ナノメートルから約１５ナノメートル、又は約５ナノメートルから約１０ナノメートル）の範囲の直径を有する複数のナノポアを有する。
［００４９］ いくつかの実装では、保護膜１７５の上には、リチウムイオン伝導性高分子膜１８０が形成されている。理論によって制約されるものではないが、リチウムイオン伝導性高分子膜１８０は、リチウムイオンを伝導し、また、アノード膜１７０から生じうる任意の樹枝状結晶をブロックすると考えられている。リチウムイオン伝導性高分子膜１８０を形成するために使用されうるイオン伝導性高分子の例には、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、エチレンオキシド（ＥＯ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、スクシノニトリル（Ｃ２Ｈ４（ＣＮ）２）、２，３−ジクロロ−５，６−ジシアノ−１，４−ベンゾキノン、ポリフェニレンスルフィド、ポリ（硫黄−ランダム）−トリアリルアミン、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）イオン液体、及びこれらの組み合わせが含まれるが、これらに限定されない。
［００５０］ いくつかの実装では、セラミックコーティング１８５は、リチウムイオン伝導性高分子膜１８０の上に形成される。セラミックコーティング１８５は一又は複数の誘電体材料を含む。誘電体材料はセラミック材料であってもよい。セラミック材料は酸化物であってもよい。セラミック材料は、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、ＡｌＯｘ、ＡｌＯｘＮｙ、オキシ水酸化アルミニウムＡｌＯ（ＯＨ）、ＡｌＮ（窒素環境下で堆積したアルミニウム）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、ＳｉＳ２、ＳｉＰＯ４、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、ＭｇＯ、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５、ＬｉＡｌＯ２、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３、Ｌｉ２ＮｂＯ３、ＢａＴｉＯ３、ＢＮ、イオン伝導性ガーネット、イオン伝導性ペロブスカイト、イオン伝導性逆ペロブスカイト、多孔質ガラスセラミックなど、又はこれらの組み合わせから選択されうる。一実装では、セラミック材料は、多孔質酸化アルミニウム、多孔質ＺｒＯ２、多孔質ＳｉＯ２、多孔質ＭｇＯ、多孔質ＴｉＯ２、多孔質Ｔａ２Ｏ５、多孔質Ｎｂ２Ｏ５、多孔質ＬｉＡｌＯ２、多孔質ＬｉＮｂＯ３、多孔質ＬｉＴａＯ３、多孔質Ｌｉ２ＮｂＯ３、多孔質ＢａＴｉＯ３、イオン伝導性ガーネット、抗イオン伝導性ペロブスカイト、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５ガラス、多孔質ガラス誘電体、又はこれらの組み合わせからなる群から選択される。セラミックコーティング１８５は結合剤なしの誘電体膜である。いくつかの実装では、セラミックコーティング１８５は多孔質酸化アルミニウム膜である。
［００５１］ セラミックコーティング１８５は、リチウムイオン伝導性セラミック又はリチウムイオン伝導性ガラスであってもよい。Ｌｉイオン伝導性材料は、例えば、ＬｉＰＯＮ、Ｌｉ７Ｌａ３Ｚｒ２Ｏ１２の結晶相又はアモルファス相のいずれかがドープされた変異体、ドープされた逆ペロブスカイト組成物、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５、Ｌｉ２Ｓ、ＬｉＫＳＯ４、Ｌｉ３Ｐ、Ｌｉ５Ｂ７Ｓ１３、Ｌｉ１０ＧｅＰ２Ｓ１２、Ｌｉ３ＰＳ４、ＬｉＮＨ２、ＬｉＮＯ３、水素化ホウ素リチウムアミドＬｉ（ＢＨ４）１−ｘ（ＮＨ２）ｘ、リン酸リチウムガラス、（１−ｘ）ＬｉＩ−（ｘ）Ｌｉ４ＳｎＳ４、ｘＬｉＩ−（１−ｘ）Ｌｉ４ＳｎＳ４、混合硫化物及び酸化物電解質（結晶性ＬＬＺＯ、アモルファス（１−ｘ）ＬｉＩ−（ｘ）Ｌｉ４ＳｎＳ４混合物、及びアモルファスｘＬｉＩ−（１−ｘ）Ｌｉ４ＳｎＳ４）から構成されうる。一実装では、ｘは０と１の間（例えば、０．１、０．２、０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８、及び０．９）である。リチウムイオン伝導性材料は、物理的気相堆積（ＰＶＤ）、化学的気相（ＣＶＤ）、スプレー、ドクターブレード、印刷、又は多数のコーティング方法のいずれかを用いて、リチウム金属膜上に直接堆積することができる。いくつかの実装に適切な方法はＰＶＤである。いくつかの実装では、セラミックコーティング１８５は、イオン伝導性である必要はないが、電解質（液体、ゲル、固体、これらの組合せなど）で充填されると、多孔質基板と電解質の組合せはイオン伝導性になる。
［００５２］ いくつかの実施形態では、セラミックコーティング１８５は、ジルコン酸リチウム（Ｌｉ２ＺｒＯ３）、ＬｉＰＯＮ、ガーネット型Ｌｉ７Ｌａ３Ｚｒ２Ｏ１２の結晶相又はアモルファス相、ＬＩＳＩＣＯＮ（例えば、Ｌｉ２＋２ｘＺｎ１−ｘＧｅＯ４、ここで０＜ｘ＜１）、ＮＡＳＩＣＯＮ（例えば、Ｎａ１＋ｘＺｒ２ＳｉｘＰ３−ｘＯ１２、ここで０＜ｘ＜３）、水素化ホウ素リチウム（ＬｉＢＨ４）、ドープされた逆ペロブスカイト組成、硫化物を含むリチウム（例えば、Ｌｉ２Ｓ、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５、Ｌｉ１０ＧｅＰ２Ｓ１２及びＬｉ３ＰＳ４）、並びにリチウムアルジロダイト（例えば、ＸがＣｌ、Ｂｒ又はＩであるＬｉＰＳ５Ｘ）からなる群から選択される。
［００５３］ セラミックコーティング１８５は、１ナノメートルから２，０００ナノメートルの範囲内（例えば、１０ナノメートルから６００ナノメートルの範囲内、５０ナノメートルから１００ナノメートルの範囲内、１００ナノメートルから２００ナノメートルの範囲内、１００ナノメートルから１５０ナノメートルの範囲内）の厚みを有する。
［００５４］ いくつかの実装では、結合多孔質高分子膜１９０が、セラミックコーティング１８５とセパレータ膜１３０との間に形成される。理論によって制約されるものではないが、結合多孔質高分子膜１９０は、一緒に接合されたときに、アノード電極構造１１０とセパレータ膜１３０との間の接着性を改善するのに役立つと考えられる。
［００５５］ 結合多孔質高分子膜１９０用の高分子は、Ｌｉイオン電池業界で現在使用されている高分子から選択することができる。ゲル高分子膜を形成するために使用しうる高分子の例には、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、エチレンオキシド（ＥＯ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、スクシノニトリル（Ｃ２Ｈ４（ＣＮ）２）、２，３−ジクロロ−５，６−ジシアノ−１，４−ベンゾキノン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）イオン液体、及びこれらの組み合わせが含まれるが、これらに限定されない。理論によって制約されるものではないが、結合多孔質高分子膜１９０は、リチウム伝導性電解質を取り込んで、デバイス製造中にゲルを形成することができると考えられている。これは、良質な固体電解質界面（ＳＥＩ）の形成に有益であり、さらに抵抗の低下に役立つ。いくつかの実装では、ゲル電解質又は液晶電解質は、温かい液体とリチウムイオン伝導性塩との混合物を使用することによって作製される。暖かい液体の混合物は、らせん状に巻かれた電極又は積層された電極に注入され、ネットワーク電極の細孔を満たし、電解質は、室温で固体又はゲルを形成する。結合多孔質高分子層１９０は、浸漬コーティング、スロットダイコーティング、グラビアコーティング、又は印刷によって形成されうる。硫黄イオンを有する有機高分子（例えば、Ｌｉ２Ｏ混合物を有するポリフェニレンスルフィド）は、リチウム金属ベースのアノードに対して良好な結果を示し、場合によっては液晶電解質を形成する。
［００５６］ 結合多孔質高分子膜１９０は、５ナノメートル〜２，０００マイクロメートルの範囲（例えば、１０ナノメートル〜６００ナノメートルの範囲、５０ナノメートル〜１００ナノメートルの範囲、１００ナノメートル〜２００ナノメートルの範囲、１００ナノメートル〜１５０ナノメートルの範囲）の厚みを有しうる。
［００５７］ セパレータ膜１３０は、アノード電極構造１１０とカソード電極構造１２０との間に形成される。セパレータ膜１３０は、細孔を有するイオン（例えば、セパレータ膜）を伝導することができる多孔質（例えば、微多孔質）高分子基板を含む。いくつかの実装では、多孔質高分子基板自体は、イオン伝導性である必要はないが、一旦、電解質（液、ゲル、固体、これらの組み合わせ等）で充填されると、多孔質基板と電解質との組み合わせが、イオン伝導性になる。一実装では、多孔質高分子基板は、多重膜高分子基板である。一実装では、細孔はマイクロポアである。いくつかの実装では、多孔質高分子基板は、任意の市販の高分子微多孔質膜（例えば、一重プライ又は多重プライ）からなる。例えば、これらの製品は、Ｐｏｌｙｐｏｒｅ（ノースカロライナ州シャーロットのＣｅｌｇａｒｄ社）、東レ東燃（バッテリセパレータ膜（ＢＳＦ））、ＳＫ Ｅｎｅｒｇｙ（リチウムイオンバッテリセパレータ（ＬｉＢＳ））、Ｅｖｏｎｉｋ ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ（ＳＥＰＡＲＩＯＮ（登録商標）セラミックセパレータ膜）、旭化成（Ｈｉｐｏｒｅ（商標）ポリオレフィン製平膜）、デュポン（Ｅｎｅｒｇａｉｎ（登録商標））などによって製造されている。いくつかの実装では、多孔質高分子基板は、２０〜８０％の範囲内（例えば、２８〜６０％の範囲内）の多孔率を有する。いくつかの実装では、多孔質高分子基板は、０．０２〜５ミクロン（例えば、０．０８〜２ミクロン）の範囲の平均孔サイズを有する。いくつかの実装では、多孔質高分子基板は、１５〜１５０秒の範囲のガーレー数を有する。いくつかの実装では、多孔質高分子基板は、ポリオレフィン製である。例示的なポリオレフィンは、ポリプロピレン、ポリエチレン、又はこれらの組み合わせを含む。
［００５８］ エネルギー貯蔵デバイス１００が固体電池であるいくつかの実装では、セパレータ膜１３０は、リチウムイオン伝導ガラスで置き換えられる。リチウムイオン伝導性材料は、リチウムイオン伝導性セラミック又はリチウムイオン伝導性ガラスであってもよい。Ｌｉイオン伝導性材料は、例えば、ＬｉＰＯＮ、Ｌｉ７Ｌａ３Ｚｒ２Ｏ１２の結晶相又はアモルファス相のいずれかがドープされた変異体、ドープされた逆ペロブスカイト組成物、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５、Ｌｉ１０ＧｅＰ２Ｓ１２、及びＬｉ３ＰＳ４、リン酸リチウムガラス、（１−ｘ）ＬｉＩ−（ｘ）Ｌｉ４ＳｎＳ４、ｘＬｉＩ−（１−ｘ）Ｌｉ４ＳｎＳ４、混合硫化物及び酸化物電解質（結晶性ＬＬＺＯ、アモルファス（１−ｘ）ＬｉＩ−（ｘ）Ｌｉ４ＳｎＳ４混合物、及びアモルファスｘＬｉＩ−（１−ｘ）Ｌｉ４ＳｎＳ４）から構成されうる。一実装では、ｘは０と１の間（例えば、０．１、０．２、０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８、及び０．９）である。
［００５９］ アノード電極構造１１０、カソード電極構造１２０及びセパレータ膜１３０に注入される電解質は、液体／ゲル又は固体高分子から構成することができ、それぞれが異なっていてもよい。いくつかの実装では、電解質は主として塩と媒質を含む（例えば、液体電解質では、媒質は溶媒と称されてもよく、ゲル電解質では、媒質は高分子マトリクスであってよい）。塩は、リチウム塩であってよい。リチウム塩には、例えば、ＬｉＰＦ６、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ３）３、ＬｉＢＦ６、及びＬｉＣｌＯ４、ＢＥＴＴＥ電解質（ミネソタ州ミネアポリスの３Ｍ Ｃｏｒｐから市販されている）及びこれらの組み合わせが含まれうる。溶媒には、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ＥＣ／ＰＣ、２−ＭｅＴＨＦ（２−メチルテトラヒドロフラン）／ＥＣ／ＰＣ、ＥＣ／ＤＭＣ（ジメチルカーボネート）、ＥＣ／ＤＭＥ（ジメチルエタン）、ＥＣ／ＤＥＣ（ジメチルカーボネート）、ＥＣ／ＥＭＣ（エチルメチルカーボネート）、ＥＣ／ＥＭＣ／ＤＭＣ／ＤＥＣ、ＥＣ／ＥＭＣ／ＤＭＣ／ＤＥＣ／ＰＥ、ＰＣ／ＤＭＥ、及びＤＭＥ／ＰＣが含まれうる。高分子マトリクスには、例えば、ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフルオライド）、ＰＶＤＦ：ＴＨＦ（ＰＶＤＦ：テトラヒドロフラン）、ＰＶＤＦ：ＣＴＦＥ（ＰＶＤＦ：クロロトリフルオロエチレン）、ＰＡＮ（ポリアクリロニトリル）、及びＰＥＯ（ポリエチレン酸化物）が含まれうる。一実装では、電解質は塩中の溶剤であり、溶剤の割合は、典型的な電解質における溶剤の割合よりもはるかに低い。
［００６０］ 図２は、本書に記載の実装により形成されたアノード電極構造２００の一実装の断面図を示す。図２では、アノード電流コレクタ１６０がスタックを越えて延在するように示されているが、アノード電流コレクタ１６０がスタックを越えて延在する必要はないが、スタックを越えて延在する部分をタブとして使用しうることに留意されたい。アノード電極構造２００は、両面電極構造として描かれているが、本書に記載の実装は、片面電極構造にも適用されうることを理解されたい。
［００６１］ アノード電極構造２００は、アノード電流コレクタ１６０、アノード電流コレクタ１６０の反対側に形成されたアノード膜１７０ａ、１７０ｂ（総称して１７０）を有する。一実装では、アノード膜１７０は、リチウム金属膜である。一実装では、アノード膜１７０は、２０マイクロメートル以下（例えば、約１マイクロメートル〜約２０マイクロメートル）の厚みを有する。金属膜２１０ａ、２１０ｂ（総称して２１０）は、各アノード膜１７０ａ、１７０ｂ上に形成される。一実装では、金属膜は、銅膜、ビスマス膜、又はスズ膜から選択される。一実装では、金属膜は、１００ナノメートル以下（例えば、約５ナノメートル〜約１００ナノメートル、約５ナノメートル〜約４０ナノメートル、約１０ナノメートル〜約２０ナノメートル、約５０ナノメートル〜約１００ナノメートル）の厚みを有する極薄金属膜である。いくつかの実装では、図２に描かれているように、金属膜２１０は、アノード電流コレクタ１６０と接触するように延在するアノード膜１７０の露出した表面（例えば、上面及び側壁）をコーティングする。金属膜２２０ａ、２２０ｂ（総称して２２０）は、各アノード膜２１０ａ、２１０ｂ上に形成される。いくつかの実装では、保護膜２２０は、リチウムイオン及びリチウム原子のうちの少なくとも１つに対して透過性である。一実装では、保護膜２２０は、リチウムイオン伝導性セラミック、リチウムイオン伝導性ガラス、又はイオン伝導性液晶を含む群から選択される。保護膜２２０は、５ナノメートル〜２，０００マイクロメートルの範囲（例えば、１０ナノメートル〜６００ナノメートルの範囲、５０ナノメートル〜１００ナノメートルの範囲、１００ナノメートル〜２００ナノメートルの範囲、１００ナノメートル〜１５０ナノメートルの範囲）の厚みを有しうる。
［００６２］ 図３は、本書に記載の実装により形成されたアノード電極構造３００の別の実装の断面図を示す。図３では、アノード電流コレクタ１６０がスタックを越えて延在するように示されているが、アノード電流コレクタ１６０がスタックを越えて延在する必要はないが、スタックを越えて延在する部分をタブとして使用しうることに留意されたい。アノード電極構造３００は、両面電極構造として描かれているが、本書に記載の実装は、片面電極構造にも適用されうることを理解されたい。
［００６３］ アノード電極構造３００は、アノード電流コレクタ１６０、アノード電流コレクタ１６０の反対側に形成されたアノード膜１７０ａ、１７０ｂ（総称して１７０）を有する。一実装では、アノード膜１７０は、シリコン黒鉛膜である。一実装では、アノード膜１７０は、約１００マイクロメートル以下（例えば、約１μｍ〜約１００μｍ、約１０μｍ〜約３０μｍ、約２０μｍ〜約３０μｍ、約３μｍ〜約２０μｍ、又は約５０μｍ〜約１００μｍ）の厚みを有する。リチウム金属膜３１０ａ、３１０ｂ（総称して３１０）が、アノード膜１７０ａ，１７０ｂのそれぞれの上面３２０ａ、３２０ｂ（総称して３２０）に形成されている。いくつかの実装では、リチウム金属膜３１０は、上面３２０及び側壁３３０ａ、３３０ｂ（総称して３３０）を含むアノード膜１７０の露出表面上に形成される。リチウム金属膜３１０は、シリコン混合黒鉛アノードの第１サイクル容量損失を補充する。リチウム金属膜３１０は、２０ナノメートル以下（例えば、約１ナノメートル〜約２０ナノメートル、約１ナノメートル〜約１０ナノメートル、又は約５ナノメートル〜約１０ナノメートル）の厚みを有する極薄リチウム膜である。
［００６４］ いくつかの実装では、図３に描かれるように、保護膜３４０ａ、３４０ｂ（総称して３４０）は、リチウム金属膜３１０の露出表面、及びアノード電流コレクタ１６０と接触するように延在するアノード膜１７０の露出表面（例えば、上面及び側壁）をコーティングする。いくつかの実装では、保護膜３４０は、リチウムイオン及びリチウム原子のうちの少なくとも１つに対して透過性である。一実装では、保護膜３４０は、リチウムイオン伝導性セラミック、リチウムイオン伝導性ガラス、又はイオン伝導性液晶を含む群から選択される。保護膜３４０は、５ナノメートル〜２，０００マイクロメートルの範囲（例えば、１０ナノメートル〜６００ナノメートルの範囲、５０ナノメートル〜１００ナノメートルの範囲、１００ナノメートル〜２００ナノメートルの範囲、１００ナノメートル〜１５０ナノメートルの範囲）の厚みを有しうる。
［００６５］ 図４は、本書に記載の実装により形成されたアノード電極構造４００の別の実装の断面図を示す。図４では、アノード電流コレクタ１６０がスタックを越えて延在するように示されているが、アノード電流コレクタ１６０がスタックを越えて延在する必要はないが、スタックを越えて延在する部分をタブとして使用しうることに留意されたい。アノード電極構造４００は、両面電極構造として描かれているが、本書に記載の実装は、片面電極構造にも適用されうることを理解されたい。
［００６６］ アノード電極構造４００は、アノード電流コレクタ１６０、アノード電流コレクタ１６０の反対側に形成されたアノード膜１７０ａ、１７０ｂ（総称して１７０）を有する。一実装では、アノード膜１７０は、シリコン黒鉛膜である。一実装では、アノード膜１７０は、リチウム金属膜である。一実装では、アノード膜１７０は、約１００マイクロメートル以下（例えば、約１μｍ〜約１００μｍ、約１０μｍ〜約３０μｍ、約２０μｍ〜約３０μｍ、約３μｍ〜約２０μｍ、又は約５０μｍ〜約１００μｍ）の厚みを有する。保護膜スタック４１０ａ、４１０ｂ（総称して４１０）は、アノード膜１７０の上に形成される。いくつかの実装では、保護膜スタック４１０は、アノード膜１７０の上面４２０ａ、４２０ｂ（総称して４２０）及び側壁４３０ａ、４３０ｂ（総称して４３０）を含むアノード膜１７０の露出面の上に形成される。保護膜スタック４１０は、保護膜４４０ａ、４４０ｂ（集合的に４４０）、保護膜スタック４１０上に形成された第１の高分子膜４５０ａ、４５０ｂ（集合的に４５０）、第１の高分子膜４５０上に形成されたセラミック膜４６０ａ、４６０ｂ（集合的に４６０）、及びセラミック膜４６０上に形成された第２の高分子膜４７０ａ、４７０ｂ（集合的に４７０）を含む。
［００６７］ 保護膜４４０は、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、酸化アルミニウム、オキシ水酸化アルミニウム（ＡｌＯ（ＯＨ））、銅カルコゲニド（例えば、ＣｕＳ、Ｃｕ２Ｓｅ、Ｃｕ２Ｓ）、ビスマスカルコゲニド（例えば、Ｂｉ２Ｔｅ３、Ｂｉ２Ｓｅ３）、炭酸リチウム（Ｌｉ２ＣＯ３）、及びこれらの組み合わせの群から選択される。一実装では、保護膜４４０は、炭酸リチウム膜（Ｌｉ２ＣＯ３）である。一実装では、保護膜４４０は、２０ナノメートル以下（例えば、約１ナノメートル〜約２０ナノメートル、約１ナノメートル〜約１０ナノメートル、又は約５ナノメートル〜約１０ナノメートル）の厚みを有する極薄膜である。いくつかの実装では、保護膜４４０は、アノード膜１７０の上面４２０ａ、４２０ｂ（総称して４２０）及び側壁４３０ａ、４３０ｂ（総称して４３０）を含むアノード膜１７０の露出面の上に形成される。
［００６８］ 第１の高分子膜４５０は、保護膜４４０の上に形成される。第１の高分子膜４５０は、接合層として機能し、イオン伝導性を高める。一実装では、第１の高分子膜４５０は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、エチレンオキシド（ＥＯ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、スクシノニトリル（Ｃ２Ｈ４（ＣＮ）２）、２，３−ジクロロ−５，６−ジシアノ−１，４−ベンゾキノン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）イオン液体、及びこれらの組み合わせを含む群から選択される。一実装では、第１の高分子膜４５０は、２０ナノメートル以下（例えば、約１ナノメートル〜約２０ナノメートル、約１ナノメートル〜約１０ナノメートル、又は約５ナノメートル〜約１０ナノメートル）の厚みを有する。いくつかの実装では、第１の高分子膜４５０は、保護膜４４０の上面及び側壁を含む保護膜４４０の露出面の上に形成される。
［００６９］ セラミック膜４６０は、第１の高分子膜４５０の上に形成される。セラミック膜４６０は、リチウムイオン伝導促進剤（ｌｉｔｈｉｕｍ−ｉｏｎ ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ｅｎｈａｎｃｅｒ）として機能し、樹枝状結晶をブロックする。一実装では、セラミック膜４６０は、多孔質膜である。セラミック膜４６０は、セラミックコーティング１８５と同様になりうる。一実装では、セラミック膜４６０は、ＬｉＰＯＮ、ガーネット型Ｌｉ７Ｌａ３Ｚｒ２Ｏ１２の結晶相又はアモルファス相、ＬＩＳＩＣＯＮ（例えば、Ｌｉ２＋２ｘＺｎ１−ｘＧｅＯ４、ここで０＜ｘ＜１）、ＮＡＳＩＣＯＮ（例えば、Ｎａ１＋ｘＺｒ２ＳｉｘＰ３−ｘＯ１２、ここで０＜ｘ＜３）、水素化ホウ素リチウム（ＬｉＢＨ４）、ドープされた逆ペロブスカイト組成、硫化物を含むリチウム（例えば、Ｌｉ２Ｓ、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５、Ｌｉ１０ＧｅＰ２Ｓ１２及びＬｉ３ＰＳ４）、並びにリチウムアルジロダイト（例えば、ＸがＣｌ、Ｂｒ又はＩであるＬｉＰＳ５Ｘ）からなる群から選択される。一実装では、セラミック膜４６０は、２０ナノメートル以下（例えば、約１ナノメートル〜約２０ナノメートル、約１ナノメートル〜約１０ナノメートル、又は約５ナノメートル〜約１０ナノメートル）の厚みを有する。いくつかの実装では、セラミック膜４６０は、第１の高分子膜４５０の上面及び側壁を含む第１の高分子膜４５０の露出面の上に形成される。
［００７０］ 第２の高分子膜４７０は、セラミック膜４６０の上に形成される。第２の高分子膜４７０は、接合層として機能し、イオン伝導性を高める。一実装では、第２の高分子膜４７０は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、エチレンオキシド（ＥＯ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、スクシノニトリル（Ｃ２Ｈ４（ＣＮ）２）、２，３−ジクロロ−５，６−ジシアノ−１，４−ベンゾキノン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）イオン液体、及びこれらの組み合わせを含む群から選択される。一実装では、第２の高分子膜４７０は、２０ナノメートル以下（例えば、約１ナノメートル〜約２０ナノメートル、約１ナノメートル〜約１０ナノメートル、又は約５ナノメートル〜約１０ナノメートル）の厚みを有する。いくつかの実装では、第２の高分子膜４７０は第２の高分子膜４７０の上面及び側壁を含むセラミック膜４６０の露出面の上に形成される。
［００７１］ 図５は、本書に記載の実装により形成されたアノード電極構造５００の別の実装の断面図を示す。図５では、アノード電流コレクタ１６０がスタックを越えて延在するように示されているが、アノード電流コレクタ１６０がスタックを越えて延在する必要はないが、スタックを越えて延在する部分をタブとして使用しうることに留意されたい。アノード電極構造５００は、両面電極構造として描かれているが、本書に記載の実装は、片面電極構造にも適用されうることを理解されたい。
［００７２］ アノード電極構造５００は、アノード電流コレクタ１６０、アノード電流コレクタ１６０の反対側に形成されたアノード膜１７０ａ、１７０ｂ（総称して１７０）を有する。一実装では、アノード膜１７０は、シリコン黒鉛膜である。一実装では、アノード膜１７０は、約１００マイクロメートル以下（例えば、約１μｍ〜約１００μｍ、約１０μｍ〜約３０μｍ、約２０μｍ〜約３０μｍ、約３μｍ〜約２０μｍ、又は約５０μｍ〜約１００μｍ）の厚みを有する。一実装では、アノード膜１７０は、リチウム金属膜である。保護膜スタック５１０ａ、５１０ｂ（総称して５１０）は、アノード膜１７０の上に形成される。いくつかの実装では、保護膜スタック５１０は、アノード膜１７０の上面５２０ａ、５２０ｂ（総称して５２０）及び側壁５３０ａ、５３０ｂ（総称して５３０）を含むアノード膜１７０の露出面の上に形成される。保護膜スタック５１０は、アノード膜１７０の露出面の上に形成された第１の高分子膜５５０ａ、５５０ｂ（総称して５５０）、第１の高分子膜５５０の上に形成された誘電体膜５６０ａ、５６０ｂ（総称して５６０）、及び誘電体膜５６０の上に形成された第２の高分子膜５７０ａ、５７０ｂ（総称して５７０）を含む。
［００７３］ 第１の高分子膜５５０は、アノード膜１７０の上に形成される。第１の高分子膜５５０は、接合層として機能し、イオン伝導性を高める。一実装では、第１の高分子膜５５０は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、エチレンオキシド（ＥＯ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、スクシノニトリル（Ｃ２Ｈ４（ＣＮ）２）、２，３−ジクロロ−５，６−ジシアノ−１，４−ベンゾキノン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）イオン液体、及びこれらの組み合わせを含む群から選択される。一実装では、第１の高分子膜５５０は、２０ナノメートル以下（例えば、約１ナノメートル〜約２０ナノメートル、約１ナノメートル〜約１０ナノメートル、又は約５ナノメートル〜約１０ナノメートル）の厚みを有する。いくつかの実装では、第１の高分子膜５５０は、保護膜１７０の上面５２０及び側壁５３０を含むアノード膜１７０の露出面の上に形成される。
［００７４］ 誘電体膜５６０は、第１の高分子膜５５０の上に形成される。誘電体膜５６０は、リチウムイオン伝導促進剤として機能し、樹枝状結晶をブロックする。一実装では、誘電体膜５６０は、多孔質膜である。誘電体膜５６０は、セラミックコーティング１８５と同様になりうる。一実装では、誘電体膜５６０は、ＬｉＰＯＮ、ガーネット型Ｌｉ７Ｌａ３Ｚｒ２Ｏ１２の結晶相又はアモルファス相、ＬＩＳＩＣＯＮ（例えば、Ｌｉ２＋２ｘＺｎ１−ｘＧｅＯ４、ここで０＜ｘ＜１）、ＮＡＳＩＣＯＮ（例えば、Ｎａ１＋ｘＺｒ２ＳｉｘＰ３−ｘＯ１２、ここで０＜ｘ＜３）、水素化ホウ素リチウム（ＬｉＢＨ４）、ドープされた逆ペロブスカイト組成、硫化物を含むリチウム（例えば、Ｌｉ２Ｓ、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５、Ｌｉ１０ＧｅＰ２Ｓ１２及びＬｉ３ＰＳ４）、並びにリチウムアルジロダイト（例えば、ＸがＣｌ、Ｂｒ又はＩであるＬｉＰＳ５Ｘ）からなる群から選択される。一実装では、誘電体膜５６０は、２０ナノメートル以下（例えば、約１ナノメートル〜約２０ナノメートル、約１ナノメートル〜約１０ナノメートル、又は約５ナノメートル〜約１０ナノメートル）の厚みを有する。いくつかの実装では、誘電体膜５６０は、第１の高分子膜５５０の上面及び側壁を含む第１の高分子膜５５０の露出面の上に形成される。
［００７５］ 第２の高分子膜５７０は、誘電体膜５６０の上に形成される。第２の高分子膜５７０は、接合層として機能し、イオン伝導性を高める。一実装では、第２の高分子膜５７０は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、エチレンオキシド（ＥＯ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、スクシノニトリル（Ｃ２Ｈ４（ＣＮ）２）、２，３−ジクロロ−５，６−ジシアノ−１，４−ベンゾキノン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）イオン液体、及びこれらの組み合わせを含む群から選択される。一実装では、第２の高分子膜５７０は、２０ナノメートル以下（例えば、約１ナノメートル〜約２０ナノメートル、約１ナノメートル〜約１０ナノメートル、又は約５ナノメートル〜約１０ナノメートル）の厚みを有する。いくつかの実装では、第２の高分子膜５７０は、誘電体膜５６０の上面及び側壁を含む誘電体膜５６０の露出面の上に形成される。
［００７６］ 図６は、本書に記載の実装により形成されたアノード電極構造６００の別の実装の断面図を示す。図６では、アノード電流コレクタ１６０がスタックを越えて延在するように示されているが、アノード電流コレクタ１６０がスタックを越えて延在する必要はないが、スタックを越えて延在する部分をタブとして使用しうることに留意されたい。アノード電極構造６００は、両面電極構造として描かれているが、本書に記載の実装は、片面電極構造にも適用されうることを理解されたい。
［００７７］ アノード電極構造６００は、アノード電流コレクタ１６０、アノード電流コレクタ１６０の反対側に形成されたアノード膜１７０ａ、１７０ｂ（総称して１７０）を有する。一実装では、アノード膜１７０は、シリコン黒鉛膜である。一実装では、アノード膜１７０は、約１００マイクロメートル以下（例えば、約１μｍ〜約１００μｍ、約１０μｍ〜約３０μｍ、約２０μｍ〜約３０μｍ、約３μｍ〜約２０μｍ、又は約５０μｍ〜約１００μｍ）の厚みを有する。一実装では、アノード膜１７０は、リチウム金属膜である。保護膜スタック６１０ａ、６１０ｂ（総称して６１０）は、アノード膜１７０の上に形成される。いくつかの実装では、保護膜スタック６１０は、アノード膜１７０の上面６２０ａ、６２０ｂ（総称して６２０）及び側壁６３０ａ、６３０ｂ（総称して６３０）を含むアノード膜１７０の露出面の上に形成される。保護膜スタック６１０は、アノード膜１７０の露出面の上に形成された金属膜６５０ａ、６５０ｂ（総称して６５０）、金属膜６５０の上に形成された誘電体膜６６０ａ、６６０ｂ（総称して６６０）、及び誘電体膜６６０の上に形成された高分子膜６７０ａ、６７０ｂ（総称して６７０）を含む。
［００７８］ 金属膜６５０は、アノード膜１７０の上に形成される。金属膜６５０は保護膜として機能する。金属膜６５０は、保護膜１７５と同様になりうる。一実装では、金属膜６５０は、極薄金属シード膜である。金属膜６５０は、銅膜であってもよい。銅膜は、極薄銅膜であってもよい。一実装では、金属膜６５０は、２０ナノメートル以下（例えば、約１ナノメートル〜約２０ナノメートル、約１ナノメートル〜約１０ナノメートル、又は約５ナノメートル〜約１０ナノメートル）の厚みを有する。いくつかの実装では、金属膜６５０は、アノード膜１７０の上面６２０及び側壁６３０を含むアノード膜１７０の露出面の上に形成される。
［００７９］ 誘電体膜６６０は、金属膜６５０の上に形成される。誘電体膜６６０は、リチウムイオン伝導促進剤として機能し、樹枝状結晶をブロックする。一実装では、誘電体膜６６０は、多孔質膜である。誘電体膜６６０は、セラミックコーティング１８５と同様になりうる。一実装では、誘電体膜６６０は、ＬｉＰＯＮ、ガーネット型Ｌｉ７Ｌａ３Ｚｒ２Ｏ１２の結晶相又はアモルファス相、ＬＩＳＩＣＯＮ（例えば、Ｌｉ２＋２ｘＺｎ１−ｘＧｅＯ４、ここで０＜ｘ＜１）、ＮＡＳＩＣＯＮ（例えば、Ｎａ１＋ｘＺｒ２ＳｉｘＰ３−ｘＯ１２、ここで０＜ｘ＜３）、水素化ホウ素リチウム（ＬｉＢＨ４）、ドープされた逆ペロブスカイト組成、硫化物を含むリチウム（例えば、Ｌｉ２Ｓ、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５、Ｌｉ１０ＧｅＰ２Ｓ１２及びＬｉ３ＰＳ４）、並びにリチウムアルジロダイト（例えば、ＸがＣｌ、Ｂｒ又はＩであるＬｉＰＳ５Ｘ）からなる群から選択される。一実装では、誘電体膜６６０は、２０ナノメートル以下（例えば、約１ナノメートル〜約２０ナノメートル、約１ナノメートル〜約１０ナノメートル、又は約５ナノメートル〜約１０ナノメートル）の厚みを有する。いくつかの実装では、誘電体膜６６０は、金属膜６５０の上面及び側壁を含む金属膜６５０の露出面の上に形成される。
［００８０］ 高分子膜６７０は、誘電体膜６６０の上に形成される。高分子膜６７０は、接合層として機能し、イオン伝導性を高める。一実装では、高分子膜６７０は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、エチレンオキシド（ＥＯ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、スクシノニトリル（Ｃ２Ｈ４（ＣＮ）２）、２，３−ジクロロ−５，６−ジシアノ−１，４−ベンゾキノン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）イオン液体、及びこれらの組み合わせを含む群から選択される。一実装では、高分子膜６７０は、２０ナノメートル以下（例えば、約１ナノメートル〜約２０ナノメートル、約１ナノメートル〜約１０ナノメートル、又は約５ナノメートル〜約１０ナノメートル）の厚みを有する。いくつかの実装では、高分子膜６７０は、誘電体膜６６０の上面及び側壁を含む誘電体膜６６０の露出面の上に形成される。
［００８１］ 図７は、本書に記載の実装による、アノード電極構造を形成するための方法７００の一実装の概要を表わすプロセスのフロー図を示す。アノード電極構造は、図２に示すアノード電極構造２００であってよい。工程７１０では、基板が提供される。一実装では、基板は図１２に示したように材料の連続シート１２５０である。一実装では、基板は、アノード電流コレクタ１６０である。基板が構成されうる金属の例には、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、マンガン（Ｍｎ）、クロム（Ｃｒ）、ステンレス鋼、クラッド材、これらの合金、及びこれらの組み合わせが含まれうる。一実装では、基板は銅材料である。一実装では、基板は穿孔されている。さらに、基板は、任意のフォームファクタ（例えば、金属の箔、シート、又はプレート）、形状、及びミクロ／マクロ構造のものであってよい。
［００８２］ いくつかの実装では、基板は、電流コレクタの露出表面から有機材料を除去するためのプラズマ処理又はコロナ放電処理のうちの少なくとも１つを含む前処理プロセスに曝される。前処理プロセスは、基板上への膜堆積の前に実行される。
［００８３］ 工程７２０では、リチウム金属膜が基板の上に形成される。一実装では、リチウム金属膜はアノード膜１７０であり、基板はアノード電流コレクタ１６０である。一実装では、リチウム金属膜は銅電流コレクタの上に形成される。いくつかの実装では、アノード膜が基板上に既に存在している場合には、リチウム金属膜はアノード膜の上に形成される。アノード膜１７０が存在しない場合には、リチウム金属膜が基板の上に直接形成されうる。リチウム金属の薄膜を堆積する任意の適切なリチウム堆積処理は、リチウム金属の薄膜の堆積に用いられうる。リチウム金属の薄膜の堆積は、蒸着などのＰＶＤプロセス、スロットダイプロセス、転写プロセス、又は三次元リチウム印刷プロセスによってなされうる。リチウム金属の薄膜を堆積するためのチャンバは、電子ビーム蒸着器、熱蒸着器、又はスパッタリングシステムなどのＰＶＤシステム、薄膜転写システム（グラビア印刷システムなどの大面積パターン印刷システムを含む）、又はスロットダイ堆積システムを含みうる。
［００８４］ 工程７３０では、金属膜はリチウム金属膜の上に形成される。一実装では、金属膜は、銅膜、ビスマス膜、又はスズ膜である。図２を参照すると、金属膜は金属膜２１０であってもよく、リチウム金属膜はアノード膜１７０であってもよい。一実装では、金属膜は、銅膜、ビスマス膜、スズ膜、又はこれらの組み合わせから選択される。一実装では、金属膜は、１００ナノメートル以下（例えば、約５ナノメートル〜１００ナノメートル、約１０ナノメートル〜約２０ナノメートル、又は約５０ナノメートル〜約１００ナノメートル）の厚みを有する極薄銅膜である。銅の薄膜を堆積するための任意の適切な銅膜堆積プロセスは、銅の薄膜を堆積するために使用されてもよい。銅の薄膜の堆積は、蒸着などのＰＶＤプロセス、スロットダイプロセス、転写プロセス、又は三次元リチウム印刷プロセスによってなされうる。リチウム金属の薄膜を堆積するためのチャンバは、電子ビーム蒸着器、熱蒸着器、又はスパッタリングシステムなどのＰＶＤシステム、薄膜転写システム（グラビア印刷システムなどの大面積パターン印刷システムを含む）、又はスロットダイ堆積システムを含みうる。
［００８５］ 工程７４０では、保護膜は金属膜の上に形成されうる。図２を参照すると、保護膜は保護膜２２０であってもよく、銅膜は金属膜２１０であってもよい。いくつかの実装では、保護膜２２０は、リチウムイオン及びリチウム原子のうちの少なくとも１つに対して透過性である。一実装では、保護膜２２０は、リチウムイオン伝導性セラミック、リチウムイオン伝導性ガラス、イオン伝導性高分子、イオン伝導性液晶、これらの複合的な組み合わせ、又はこれらの単位層の組み合わせを含む群から選択される。保護膜２２０は、５ナノメートル〜２，０００マイクロメートルの範囲（例えば、１０ナノメートル〜６００ナノメートルの範囲、５０ナノメートル〜１００ナノメートルの範囲、１００ナノメートル〜２００ナノメートルの範囲、１００ナノメートル〜１５０ナノメートルの範囲）の厚みを有しうる。保護膜２２０は、物理的気相堆積（ＰＶＤ）、化学的気相堆積（ＣＶＤ）、スプレー、ドクターブレード、印刷、又は多数のコーティング方法のいずれかを用いて、銅膜の上に直接堆積することができる。いくつかの実装に適切な方法はＰＶＤである。いくつかの実装では、保護膜２２０は、イオン伝導性である必要はないが、電解質（液、ゲル、固体、これらの組み合わせなど）で充填されると、多孔質基板と電解質との組み合わせが、イオン伝導性になる。
［００８６］ 図８は、本書に記載の実装による、アノード電極構造を形成するための方法８００の一実装の概要を表わすプロセスのフロー図を示す。アノード電極構造は、図３に示すアノード電極構造３００であってよい。工程８１０では、基板が提供される。一実装では、基板は、材料の連続シート１２５０である。一実装では、基板は、アノード電流コレクタ１６０である。基板が構成されうる金属の例には、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、マンガン（Ｍｎ）、クロム（Ｃｒ）、ステンレス鋼、クラッド材、これらの合金、及びこれらの組み合わせが含まれうる。一実装では、基板は銅材料である。一実装では、基板は穿孔されている。さらに、基板は、任意のフォームファクタ（例えば、金属の箔、シート、又はプレート）、形状、及びミクロ／マクロ構造のものであってよい。
［００８７］ いくつかの実装では、基板は、電流コレクタの露出表面から有機材料を除去するためのプラズマ処理又はコロナ放電処理のうちの少なくとも１つを含む前処理プロセスに曝される。前処理プロセスは、基板上への膜堆積の前に実行される。
［００８８］ 工程８２０では、シリコン黒鉛膜が基板の上に形成される。一実装では、シリコン黒鉛膜はアノード膜１７０であり、基板はアノード電流コレクタ１６０である。一実装では、シリコン黒鉛膜は銅電流コレクタの上に形成される。シリコン黒鉛膜は、第１の処理チャンバ１２１０内に形成されうる（図１２を参照）。シリコン黒鉛の薄膜を堆積するための任意の適切なシリコン黒鉛膜堆積プロセスは、シリコン黒鉛の薄膜を堆積するために使用されうる。シリコン黒鉛の薄膜の堆積は、蒸着などのＰＶＤプロセス、スロットダイプロセス、転写プロセス、電気メッキ、又は三次元リチウム印刷プロセスによってなされうる。シリコン黒鉛の薄膜を堆積するためのチャンバは、電子ビーム蒸着器、熱蒸着器、又はスパッタリングシステムなどのＰＶＤシステム、薄膜転写システム（グラビア印刷システムなどの大面積パターン印刷システムを含む）、又はスロットダイ堆積システムを含みうる。
［００８９］ 工程８３０では、リチウム金属膜はシリコン黒鉛膜の上に形成される。図３を参照すると、一実装では、リチウム金属膜はリチウム金属膜３１０で、シリコン黒鉛膜はアノード膜１７０である。リチウム金属の薄膜を堆積する任意の適切なリチウム金属膜堆積処理は、リチウム金属の薄膜の堆積に用いられうる。リチウム金属の薄膜の堆積は、蒸着などのＰＶＤプロセス、スロットダイプロセス、転写プロセス、又は三次元リチウム印刷プロセスによってなされうる。リチウム金属の薄膜を堆積するためのチャンバは、電子ビーム蒸着器、熱蒸着器、又はスパッタリングシステムなどのＰＶＤシステム、薄膜転写システム（グラビア印刷システムなどの大面積パターン印刷システムを含む）、又はスロットダイ堆積システムを含みうる。
［００９０］ 工程８４０では、保護膜はリチウム金属膜の上に形成されうる。図３を参照すると、保護膜は保護膜３４０であってもよく、リチウム金属膜はリチウム金属膜３１０であってもよい。いくつかの実装では、保護膜３４０は、リチウムイオン及びリチウム原子のうちの少なくとも１つに対して透過性である。一実装では、保護膜３４０は、リチウムイオン伝導性セラミック、リチウムイオン伝導性ガラス、イオン伝導性高分子、イオン伝導性液晶、これらの複合的な組み合わせ、又はこれらの単位層の組み合わせを含む群から選択される。保護膜３４０は、５ナノメートル〜２，０００マイクロメートルの範囲（例えば、１０ナノメートル〜６００ナノメートルの範囲、５０ナノメートル〜１００ナノメートルの範囲、１００ナノメートル〜２００ナノメートルの範囲、１００ナノメートル〜１５０ナノメートルの範囲）の厚みを有しうる。保護膜３４０は、物理的気相堆積（ＰＶＤ）、化学的気相堆積（ＣＶＤ）、スプレー、ドクターブレード、印刷、又は多数のコーティング方法のいずれかを用いて、リチウム金属膜の上に直接堆積することができる。いくつかの実装に適切な方法はＰＶＤである。いくつかの実装では、保護膜３４０は、イオン伝導性である必要はないが、電解質（液、ゲル、固体、これらの組み合わせなど）で充填されると、多孔質基板と電解質との組み合わせが、イオン伝導性になる。
［００９１］ 図９は、本書に記載の実装による、アノード電極構造を形成するための方法９００の一実装の概要を表わすプロセスのフロー図を示す。アノード電極構造は、図４に示すアノード電極構造４００であってよい。工程９１０では、基板が提供される。一実装では、基板は図１２に示したように材料の連続シート１２５０である。一実装では、基板は、アノード電流コレクタ１６０である。基板が構成されうる金属の例には、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、マンガン（Ｍｎ）、クロム（Ｃｒ）、ステンレス鋼、クラッド材、これらの合金、及びこれらの組み合わせが含まれうる。一実装では、基板は銅材料である。一実装では、基板は穿孔されている。さらに、基板は、任意のフォームファクタ（例えば、金属の箔、シート、又はプレート）、形状、及びミクロ／マクロ構造のものであってよい。
［００９２］ いくつかの実装では、基板は、電流コレクタの露出表面から有機材料を除去するためのプラズマ処理又はコロナ放電処理のうちの少なくとも１つを含む前処理プロセスに曝される。前処理プロセスは、基板上への膜堆積の前に実行される。
［００９３］ 工程９２０では、リチウム金属膜が基板の上に形成される。一実装では、リチウム金属膜はアノード膜１７０であり、基板はアノード電流コレクタ１６０である。一実装では、リチウム金属膜は銅電流コレクタの上に形成される。いくつかの実装では、アノード膜が基板上に既に存在している場合には、リチウム金属膜はアノード膜の上に形成される。アノード膜１７０が存在しない場合には、リチウム金属膜が基板の上に直接形成されうる。リチウム金属の薄膜を堆積する任意の適切なリチウム金属膜堆積処理は、リチウム金属の薄膜の堆積に用いられうる。リチウム金属の薄膜の堆積は、蒸着などのＰＶＤプロセス、スロットダイプロセス、転写プロセス、又は三次元リチウム印刷プロセスによってなされうる。リチウム金属の薄膜を堆積するためのチャンバは、電子ビーム蒸着器、熱蒸着器、又はスパッタリングシステムなどのＰＶＤシステム、薄膜転写システム（グラビア印刷システムなどの大面積パターン印刷システムを含む）、又はスロットダイ堆積システムを含みうる。
［００９４］ 工程９３０では、保護膜はリチウム金属膜の上に形成される。図４を参照すると、保護膜は保護膜４４０であってもよく、リチウム金属膜はアノード膜１７０であってもよい。一実装では、保護膜は、図１に関連して説明されている保護膜１７５に類似している。保護膜は、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、金属膜（例えば、銅、ビスマス、スズ、又はこれらの組み合わせ）、銅カルコゲニド（例えば、ＣｕＳ、Ｃｕ２Ｓｅ、Ｃｕ２Ｓ）、ビスマスカルコゲニド（例えば、Ｂｉ２Ｔｅ３、Ｂｉ２Ｓｅ３）、及び炭酸リチウム（Ｌｉ２ＣＯ３）のうちの少なくとも１つを含む。保護膜１７５は、アノード膜１７０の表面保護を提供する。保護膜は、蒸着又はスパッタリングなどの物理的気相堆積（ＰＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、スロットダイプロセス、ディップコーティング、薄膜転写プロセス、グラビアコーティング、コンマバーコーティング、キスロールコーティング、又は三次元リチウム印刷プロセスによって、アノード膜１７０の上に直接堆積されうる。ＰＶＤは、保護膜の堆積のための好適な方法である。保護膜は、１ナノメートル〜２，０００ナノメートルの範囲（例えば、１０ナノメートル〜６００ナノメートルの範囲、５０ナノメートル〜１００ナノメートルの範囲、５０ナノメートル〜２００ナノメートルの範囲、１００ナノメートル〜１５０ナノメートルの範囲）の厚みを有するコーティング又は離散層のいずれかになりうる。保護膜は、５ミクロン〜５０ミクロンの範囲内（例えば、６ミクロン〜２５ミクロンの範囲内）の厚みを有する離散膜になりうる。
［００９５］ 工程９４０では、第１の高分子膜は保護膜の上に形成される。図４を参照すると、第１の高分子膜は第１の高分子膜４５０であってもよく、保護膜は保護膜４４０であってもよい。第１の高分子膜は、接合層として機能し、イオン伝導性を高める。一実装では、第１の高分子膜は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、エチレンオキシド（ＥＯ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、スクシノニトリル（Ｃ２Ｈ４（ＣＮ）２）、２，３−ジクロロ−５，６−ジシアノ−１，４−ベンゾキノン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）イオン液体、及びこれらの組み合わせを含む群から選択される。一実装では、第１の高分子膜は、２０ナノメートル以下（例えば、約１ナノメートル〜約２０ナノメートル、約１ナノメートル〜約１０ナノメートル、又は約５ナノメートル〜約１０ナノメートル）の厚みを有する。いくつかの実装では、第１の高分子膜は、保護膜の上面及び側壁を含む保護膜の露出面の上に形成される。第１の高分子膜は、蒸着又はスパッタリングなどの物理的気相堆積（ＰＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、スロットダイプロセス、ディップコーティング、薄膜転写プロセス、グラビアコーティング又は三次元リチウム印刷プロセスによって保護膜の上に直接堆積されうる。
［００９６］ 工程９５０では、セラミック膜は第１の高分子膜の上に形成される。図４を参照すると、セラミック膜はセラミック膜４６０であってもよく、第１の高分子膜は第１の高分子膜４５０であってもよい。セラミック膜は、リチウムイオン伝導促進剤として機能し、樹枝状結晶をブロックする。一実装では、セラミック膜は多孔質膜である。セラミック膜は、図１に関連して説明したセラミックコーティング１８５と同様になりうる。一実装では、セラミック膜は、ＬｉＰＯＮ、ガーネット型Ｌｉ７Ｌａ３Ｚｒ２Ｏ１２の結晶相又はアモルファス相、ＬＩＳＩＣＯＮ（例えば、Ｌｉ２＋２ｘＺｎ１−ｘＧｅＯ４、ここで０＜ｘ＜１）、ＮＡＳＩＣＯＮ（例えば、Ｎａ１＋ｘＺｒ２ＳｉｘＰ３−ｘＯ１２、ここで０＜ｘ＜３）、水素化ホウ素リチウム（ＬｉＢＨ４）、ドープされた逆ペロブスカイト組成、硫化物を含むリチウム（例えば、Ｌｉ２Ｓ、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５、Ｌｉ１０ＧｅＰ２Ｓ１２及びＬｉ３ＰＳ４）、並びにリチウムアルジロダイト（例えば、ＸがＣｌ、Ｂｒ又はＩであるＬｉＰＳ５Ｘ）からなる群から選択される。一実装では、セラミック膜は、２０ナノメートル以下（例えば、約１ナノメートル〜約２０ナノメートル、約１ナノメートル〜約１０ナノメートル、又は約５ナノメートル〜約１０ナノメートル）の厚みを有する。いくつかの実装では、セラミック膜は、第１の高分子膜の上面及び側壁を含む第１の高分子膜の露出面の上に形成される。セラミック膜は、蒸着又はスパッタリングなどの物理的気相堆積（ＰＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、スロットダイプロセス、ディップコーティング、薄膜転写プロセス、グラビアコーティング又は三次元リチウム印刷プロセスによって保護膜の上に直接堆積されうる。
［００９７］ 工程９６０では、第２の高分子膜はセラミック膜の上に形成される。図４を参照すると、第２の高分子膜は第２の高分子膜４７０であってもよく、セラミック膜はセラミック膜４６０であってもよい。第２の高分子膜４７０は、接合層として機能し、イオン伝導性を高める。一実装では、第２の高分子膜は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、エチレンオキシド（ＥＯ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、スクシノニトリル（Ｃ２Ｈ４（ＣＮ）２）、２，３−ジクロロ−５，６−ジシアノ−１，４−ベンゾキノン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）イオン液体、及びこれらの組み合わせを含む群から選択される。一実装では、第２の高分子膜は、２０ナノメートル以下（例えば、約１ナノメートル〜約２０ナノメートル、約１ナノメートル〜約１０ナノメートル、又は約５ナノメートル〜約１０ナノメートル）の厚みを有する。いくつかの実装では、第２の高分子膜は第２の高分子膜の上面及び側壁を含むセラミック膜の露出面の上に形成される。第２の高分子膜は、蒸着又はスパッタリングなどの物理的気相堆積（ＰＶＤ）、原子層の堆積（ＡＬＤ）、スロットダイプロセス、ディップコーティング、薄膜転写プロセス、グラビア印刷、又は三次元リチウム印刷プロセスによって、保護膜の上に直接堆積されうる。
［００９８］ 図１０は、本書に記載の実装による、アノード電極構造を形成するための方法１０００の一実装の概要を表わすプロセスのフロー図を示す。アノード電極構造は、図５に示すアノード電極構造５００になりうる。工程１０１０では、基板が提供される。一実装では、基板は図１２に示したように材料の連続シート１２５０である。一実装では、基板はアノード電流コレクタ１６０である。基板が構成されうる金属の例には、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、マンガン（Ｍｎ）、クロム（Ｃｒ）、ステンレス鋼、クラッド材、これらの合金、及びこれらの組み合わせが含まれうる。一実装では、基板は銅材料である。一実装では、基板は穿孔されている。さらに、基板は、任意のフォームファクタ（例えば、金属の箔、シート、又はプレート）、形状、及びミクロ／マクロ構造のものであってよい。
［００９９］ いくつかの実装では、基板は、電流コレクタの露出表面から有機材料を除去するためのプラズマ処理又はコロナ放電処理のうちの少なくとも１つを含む前処理プロセスに曝される。前処理プロセスは、基板上への膜堆積の前に実行される。
［０１００］ 工程１０２０では、リチウム金属膜が基板の上に形成される。一実装では、リチウム金属膜はアノード膜１７０であり、基板はアノード電流コレクタ１６０である。一実装では、リチウム金属膜は銅電流コレクタの上に形成される。いくつかの実装では、アノード膜が基板上に既に存在している場合には、リチウム金属膜はアノード膜の上に形成される。アノード膜１７０が存在しない場合には、リチウム金属膜が基板の上に直接形成されうる。リチウム金属の薄膜を堆積する任意の適切なリチウム金属膜堆積処理は、リチウム金属の薄膜の堆積に用いられうる。リチウム金属の薄膜の堆積は、蒸着などのＰＶＤプロセス、スロットダイプロセス、転写プロセス、又は三次元リチウム印刷プロセスによってなされうる。リチウム金属の薄膜を堆積するためのチャンバは、電子ビーム蒸着器、熱蒸着器、又はスパッタリングシステムなどのＰＶＤシステム、薄膜転写システム（グラビア印刷システムなどの大面積パターン印刷システムを含む）、又はスロットダイ堆積システムを含みうる。
［０１０１］ 工程１０３０では、第１の高分子膜はリチウム金属膜の上に形成される。図５を参照すると、第１の高分子膜は第１の高分子膜５５０であってもよく、リチウム金属膜はアノード膜１７０であってもよい。第１の高分子膜は、接合層として機能し、イオン伝導性を高める。一実装では、第１の高分子膜は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、エチレンオキシド（ＥＯ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、スクシノニトリル（Ｃ２Ｈ４（ＣＮ）２）、２，３−ジクロロ−５，６−ジシアノ−１，４−ベンゾキノン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）イオン液体、及びこれらの組み合わせを含む群から選択される。一実装では、第１の高分子膜は、２０ナノメートル以下（例えば、約１ナノメートル〜約２０ナノメートル、約１ナノメートル〜約１０ナノメートル、又は約５ナノメートル〜約１０ナノメートル）の厚みを有する。いくつかの実装では、第１の高分子膜は、保護膜の上面及び側壁を含むリチウム金属膜の露出面の上に形成される。第１の高分子膜は、蒸着又はスパッタリングなどの物理的気相堆積（ＰＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、スロットダイプロセス、ディップコーティング、薄膜転写プロセス、グラビアコーティング又は三次元リチウム印刷プロセスによって保護膜の上に直接堆積されうる。
［０１０２］ 工程１０４０では、誘電体膜は第１の高分子膜の上に形成される。図５を参照すると、誘電体膜は誘電体膜５６０であってもよく、第１の高分子膜は第１の高分子膜５５０であってもよい。誘電体膜は、リチウムイオン伝導促進剤として機能し、樹枝状結晶をブロックする。一実装では、誘電体膜は多孔質膜である。誘電体膜は、図１に関連して説明したセラミックコーティング１８５と同様になりうる。一実装では、誘電体膜は、ＬｉＰＯＮ、ガーネット型Ｌｉ７Ｌａ３Ｚｒ２Ｏ１２の結晶相又はアモルファス相、ＬＩＳＩＣＯＮ（例えば、Ｌｉ２＋２ｘＺｎ１−ｘＧｅＯ４、ここで０＜ｘ＜１）、ＮＡＳＩＣＯＮ（例えば、Ｎａ１＋ｘＺｒ２ＳｉｘＰ３−ｘＯ１２、ここで０＜ｘ＜３）、水素化ホウ素リチウム（ＬｉＢＨ４）、ドープされた逆ペロブスカイト組成、硫化物を含むリチウム（例えば、Ｌｉ２Ｓ、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５、Ｌｉ１０ＧｅＰ２Ｓ１２及びＬｉ３ＰＳ４）、並びにリチウムアルジロダイト（例えば、ＸがＣｌ、Ｂｒ又はＩであるＬｉＰＳ５Ｘ）からなる群から選択される。一実装では、誘電体膜は、２０ナノメートル以下（例えば、約１ナノメートル〜約２０ナノメートル、約１ナノメートル〜約１０ナノメートル、又は約５ナノメートル〜約１０ナノメートル）の厚みを有する。いくつかの実装では、誘電体膜は、第１の高分子膜の上面及び側壁を含む第１の高分子膜の露出面の上に形成される。誘電体膜は、化学的気相堆積（ＣＶＤ）、蒸着又はスパッタリングなどの物理的気相堆積（ＰＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、スロットダイプロセス、ディップコーティング、薄膜転写プロセス、グラビアコーティング又は三次元リチウム印刷プロセスによって保護膜の上に直接堆積されうる。
［０１０３］ 工程１０５０では、第２の高分子膜は誘電体膜の上に形成される。図５を参照すると、第２の高分子膜は第２の高分子膜５７０であってもよく、誘電体膜は誘電体膜５６０であってもよい。第２の高分子膜５７０は、接合層として機能し、イオン伝導性を高める。一実装では、第２の高分子膜は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、エチレンオキシド（ＥＯ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、スクシノニトリル（Ｃ２Ｈ４（ＣＮ）２）、２，３−ジクロロ−５，６−ジシアノ−１，４−ベンゾキノン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）イオン液体、及びこれらの組み合わせを含む群から選択される。一実装では、第２の高分子膜は、２０ナノメートル以下（例えば、約１ナノメートル〜約２０ナノメートル、約１ナノメートル〜約１０ナノメートル、又は約５ナノメートル〜約１０ナノメートル）の厚みを有する。いくつかの実装では、第２の高分子膜は第２の高分子膜の上面及び側壁を含むセラミック膜の露出面の上に形成される。第２の高分子膜は、蒸着又はスパッタリングなどの物理的気相堆積（ＰＶＤ）、原子層の堆積（ＡＬＤ）、スロットダイプロセス、ディップコーティング、薄膜転写プロセス、グラビア印刷、又は三次元リチウム印刷プロセスによって、保護膜の上に直接堆積されうる。
［０１０４］ 図１１は、本書に記載の実装による、アノード電極構造を形成するための方法１１００の一実装の概要を表わすプロセスのフロー図を示す。アノード電極構造は、図６に示すアノード電極構造６００であってよい。工程１１１０では、基板が提供される。一実装では、基板は図１２に示したように材料の連続シート１２５０である。一実装では、基板は、アノード電流コレクタ１６０である。基板が構成されうる金属の例には、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、マンガン（Ｍｎ）、クロム（Ｃｒ）、ステンレス鋼、クラッド材、これらの合金、及びこれらの組み合わせが含まれうる。一実装では、基板は銅材料である。一実装では、基板は穿孔されている。さらに、基板は、任意のフォームファクタ（例えば、金属の箔、シート、又はプレート）、形状、及びミクロ／マクロ構造のものであってよい。
［０１０５］ いくつかの実装では、基板は、電流コレクタの露出表面から有機材料を除去するためのプラズマ処理又はコロナ放電処理のうちの少なくとも１つを含む前処理プロセスに曝される。前処理プロセスは、基板上への膜堆積の前に実行される。
［０１０６］ 工程１１２０では、リチウム金属膜が基板の上に形成される。一実装では、リチウム金属膜はアノード膜１７０であり、基板はアノード電流コレクタ１６０である。一実装では、リチウム金属膜は銅電流コレクタの上に形成される。いくつかの実装では、アノード膜が基板上に既に存在している場合には、リチウム金属膜はアノード膜の上に形成される。アノード膜１７０が存在しない場合には、リチウム金属膜が基板の上に直接形成されうる。リチウム金属膜は、第１の処理チャンバ１２１０及び／又は第２の処理チャンバ１２２０に形成されうる。リチウム金属の薄膜を堆積する任意の適切なリチウム金属膜堆積処理は、リチウム金属の薄膜の堆積に用いられうる。リチウム金属の薄膜の堆積は、蒸着などのＰＶＤプロセス、スロットダイプロセス、転写プロセス、又は三次元リチウム印刷プロセスによってなされうる。リチウム金属の薄膜を堆積するためのチャンバは、電子ビーム蒸着器、熱蒸着器、又はスパッタリングシステムなどのＰＶＤシステム、薄膜転写システム（グラビア印刷システムなどの大面積パターン印刷システムを含む）、又はスロットダイ堆積システムを含みうる。
［０１０７］ 工程１１３０では、金属膜はリチウム金属膜の上に形成される。図６を参照すると、金属膜は金属膜６５０であってもよく、リチウム金属膜はアノード膜１７０であってもよい。一実装では、金属膜は、１００ナノメートル以下（例えば、約５ナノメートル〜１００ナノメートル、約１０ナノメートル〜約２０ナノメートル、又は約５０ナノメートル〜約１００ナノメートル）の厚みを有する極薄金属膜である。一実装では、金属膜は銅膜である。金属の薄膜を堆積するための任意の適切な金属膜堆積プロセスは、金属の薄膜を堆積するために使用されうる。金属膜の堆積は、蒸着などのＰＶＤプロセス、スロットダイプロセス、転写プロセス、又は三次元リチウム印刷プロセスによってなされうる。金属膜を堆積するためのチャンバは、電子ビーム蒸着器、熱蒸着器、又はスパッタリングシステムなどのＰＶＤシステム、薄膜転写システム（グラビア印刷システムなどの大面積パターン印刷システムを含む）、又はスロットダイ堆積システムを含みうる。
［０１０８］ 工程１１４０では、誘電体膜は金属膜の上に形成される。図６を参照すると、誘電体膜は誘電体膜６６０であってもよく、金属膜は金属膜６５０であってもよい。誘電体膜は、リチウムイオン伝導促進剤として機能し、樹枝状結晶をブロックする。一実装では、誘電体膜は多孔質膜である。誘電体膜は、図１に関連して説明したセラミックコーティング１８５と同様になりうる。一実装では、誘電体膜は、ＬｉＰＯＮ、ガーネット型Ｌｉ７Ｌａ３Ｚｒ２Ｏ１２の結晶相又はアモルファス相、ＬＩＳＩＣＯＮ（例えば、Ｌｉ２＋２ｘＺｎ１−ｘＧｅＯ４、ここで０＜ｘ＜１）、ＮＡＳＩＣＯＮ（例えば、Ｎａ１＋ｘＺｒ２ＳｉｘＰ３−ｘＯ１２、ここで０＜ｘ＜３）、水素化ホウ素リチウム（ＬｉＢＨ４）、ドープされた逆ペロブスカイト組成、硫化物を含むリチウム（例えば、Ｌｉ２Ｓ、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５、Ｌｉ１０ＧｅＰ２Ｓ１２及びＬｉ３ＰＳ４）、並びにリチウムアルジロダイト（例えば、ＸがＣｌ、Ｂｒ又はＩであるＬｉＰＳ５Ｘ）からなる群から選択される。一実装では、誘電体膜は、２０ナノメートル以下（例えば、約１ナノメートル〜約２０ナノメートル、約１ナノメートル〜約１０ナノメートル、又は約５ナノメートル〜約１０ナノメートル）の厚みを有する。いくつかの実装では、誘電体膜は、第１の高分子膜の上面及び側壁を含む第１の高分子膜の露出面の上に形成される。誘電体膜は、化学的気相堆積（ＣＶＤ）、蒸着又はスパッタリングなどの物理的気相堆積（ＰＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、スロットダイプロセス、ディップコーティング、薄膜転写プロセス、グラビアコーティング又は三次元リチウム印刷プロセスによって保護膜の上に直接堆積されうる。
［０１０９］ 工程１１５０では、高分子膜は誘電体膜の上に形成される。図６を参照すると、高分子膜は高分子膜６７０であってもよく、誘電体膜は誘電体膜６６０であってもよい。高分子膜６７０は、接合層として機能し、イオン伝導性を高める。一実装では、高分子膜は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、エチレンオキシド（ＥＯ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、スクシノニトリル（Ｃ２Ｈ４（ＣＮ）２）、２，３−ジクロロ−５，６−ジシアノ−１，４−ベンゾキノン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）イオン液体、及びこれらの組み合わせを含む群から選択される。一実装では、高分子膜は、２０ナノメートル以下（例えば、約１ナノメートル〜約２０ナノメートル、約１ナノメートル〜約１０ナノメートル、又は約５ナノメートル〜約１０ナノメートル）の厚みを有する。いくつかの実装では、高分子膜は、高分子膜の上面及び側壁を含む金属膜の露出面の上に形成される。高分子膜は、蒸着又はスパッタリングなどの物理的気相堆積（ＰＶＤ）、原子層の堆積（ＡＬＤ）、スロットダイプロセス、ディップコーティング、薄膜転写プロセス、グラビア印刷、又は三次元リチウム印刷プロセスによって、保護膜の上に直接堆積されうる。
［０１１０］ 図１２は、本書に記載の実装によるアノード電極構造を形成するための一体型処理ツール１２００の概略図を示す。一体型処理ツール１２００は、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社製のＳＭＡＲＴＷＥＢ（登録商標）であってよく、本書に記載の実装による、リチウムアノードデバイスの製造に適用されうる。一体型処理ツール１２００は、送り出しモジュール１２０２、処理モジュール１２０４、及び巻取りモジュール１２０６を含む、ロールツーロールシステムとして構成されている。特定の実装では、処理モジュール１２０４は、一列に配置された複数の処理モジュール又はチャンバ１２１０、１２２０、１２３０及び１２４０を備えており、それぞれ、材料の連続シート１２５０に対して１つの処理操作を実行するように構成されている。一実装では、図１２に描かれているように、処理チャンバ１２１０〜１２４０は処理ドラム１２５５の周囲に放射状に配置されている。放射状以外の他の配置も考えられる。一実装では、処理チャンバ１２１０〜１２４０は、独立型のモジュール式処理チャンバであり、各モジュール式処理チャンバは、他のモジュール式処理チャンバから構造的に分離されている。したがって、独立型のモジュール式処理チャンバは、それぞれ互いに影響を及ぼすことなく、個別に配置、再配置、交換、又は維持することができる。４つの処理チャンバ１２１０〜１２４０が示されているが、任意の数の処理チャンバが、一体型処理ツール１２００に含まれうることを理解されたい。
［０１１１］ 処理チャンバ１２１０〜１２４０は、一体型処理ツール１２００が本開示の実施形態に従ってリチウムアノードデバイスを堆積することを可能にする任意の適切な構造、構成、配置、及び／又は構成要素を含みうる。例えば、限定するものではないが、処理チャンバは、コーティング源、電源、個々の圧力制御装置、堆積制御システム、及び温度制御を含む適切な堆積システムを含みうる。典型的な実装によれば、チャンバは、個々のガス供給器を備える。チャンバは、典型的には、良好なガス分離を提供するために互いから分離される。本書に記載の実装による一体型処理ツール１２００は、堆積チャンバの数に限定されない。例えば、限定するものではないが、一体型処理ツール１２００は、３個、６個、又は１２個の処理チャンバを含みうる。
［０１１２］ いくつかの実装では、一体型処理ツール１２００の処理チャンバ１２１０〜１２４０のいずれかは、マグネトロンスパッタリングなどのスパッタリングによって堆積を行うように構成されてもよい。本書で使用する「マグネトロンスパッタリング」とは、磁石アセンブリ、すなわち、磁場を発生させることができるユニットを使用して行われるスパッタリングを指す。典型的に、このような磁石アセンブリは永久磁石を含む。この永久磁石は、回転可能なターゲット表面の下方に発生する発生磁場の内部に自由電子が捕捉されるように、典型的に、回転可能なターゲットの内部に配置されるか又は平面ターゲットに連結される。このような磁石アセンブリは、平面カソードに配置連結されてもよい。
［０１１３］ マグネトロンスパッタリングは、限定するものではないが、ＴｗｉｎＭａｇ（商標）カソードアセンブリなどの、ダブルマグネトロンカソードによって実現されうる。いくつかの実装では、処理チャンバ内のカソードは、交換可能であってもよい。したがって、装置のモジュラー設計が提供され、これは、特定の製造要件のために装置を最適化することを容易にする。いくつかの実装では、スパッタリング堆積のためのチャンバ内のカソードの数は、一体型処理ツール１２００の最適な生産性を最適化するために選択される。
［０１１４］ いくつかの実装では、処理チャンバ１２１０〜１２４０のうちの一又は複数は、マグネトロンアセンブリなしでスパッタリングを実行するように構成されてもよい。特に、チャンバの一又は複数は、化学気相堆積、原子レーザ堆積又はパルスレーザ堆積などの他の方法によって堆積を実行するように構成されうる。
［０１１５］ 特定の実装では、処理チャンバ１２１０〜１２４０は、材料の連続シート１２５０の両側を処理するように構成されている。一体型処理ツール１２００は、水平に配向された材料の連続シート１２５０を処理するように構成されているが、一体型処理ツール１２００は、種々の配向に位置付けされた基板、例えば、垂直に配向された材料の連続シート１２５０を処理するように構成されうる。特定の実装では、材料の連続シート１２５０は、可撓性のある導電性基板である。特定の実装では、材料の連続シート１２５０は、一又は複数の層がその上に形成された導電性基板を含む。特定の実装では、導電性基板は、その上に一又は複数のシリコン黒鉛層が形成された銅基板である。
［０１１６］ 特定の実装では、一体型処理ツール１２００は、移送機構１２５２を備えている。移送機構１２５２は、処理チャンバ１２１０〜１２４０の処理領域を通して、材料の連続シート１２５０を移動させることが可能な任意の移送機構を備えうる。移送機構１２５２は、共通搬送アーキテクチャを備えうる。共通搬送アーキテクチャは、巻取りモジュール１２０６内に配置された共通の巻取りリール１２５４と、処理モジュール１２０４内に配置された処理ドラム１２５５と、送り出しモジュール１２０２内に配置された供給リール１２５６とを有するリールツーリールシステムを含みうる。巻取りリール１２５４、処理ドラム１２５５、及び供給リール１２５６は、個別に加熱されてもよい。巻取りリール１２５４、処理ドラム１２５５、及び供給リール１２５６は、各リール又は外部熱源の中に配置された内部熱源を用いて、個別に加熱されてもよい。共通搬送アーキテクチャは、巻取りリール１２５４、処理ドラム１２５５と供給リール１２５６との間に配置された一又は複数の補助移送リール１２５３ａ、１２５３ｂをさらに備えうる。一体型処理ツール１２００は、単一の処理領域を有するものとして示されるが、特定の実装では、個々の処理チャンバ１２１０〜１２４０ごとに分離された又は別々の処理領域を有することが有利になりうる。別々の処理領域、モジュール、又はチャンバを有する実装では、共通搬送アーキテクチャは、各チャンバ又は処理領域が、個別の、巻取りリール及び供給リール、並びに巻取りリールと供給リールとの間に配置された一又は複数の任意選択的な中間移送リールを有するリールツーリールシステムであってもよい。共通搬送アーキテクチャは、軌道システムを備えうる。軌道システムは、複数の処理領域又は別々の複数の処理領域を通って延びる。軌道システムは、ウェブ基板又は別々の基板のいずれかを搬送するように構成されている。
［０１１７］ 一体型処理ツール１２００は、異なる処理チャンバ１２１０〜１２４０を通して材料の連続シート１２５０を移動させるための供給リール１２５６及び巻取りリール１２５４を含んでもよい。一実装では、第１の処理チャンバ１２１０及び第２の処理チャンバ１２２０は、それぞれ、リチウム金属膜の一部を堆積するように構成されている。第３の処理チャンバ１２３０は、銅膜を堆積するように構成されている。第４の処理チャンバ１２４０は、周囲の酸化剤からリチウム金属膜を保護するために、銅膜及びリチウム金属膜の上に保護コーティングを堆積するように構成されている。いくつかの実装では、完成した負電極は、図に示したように巻取りリール１２５４上に集められることはないが、バッテリセルを形成するために、セパレータ及び正電極と直接一体化されうる。
［０１１８］ 一実装では、処理チャンバ１２１０〜１２３０は、リチウム金属の薄膜を材料の連続シート１２５０の上に堆積するように構成されている。リチウム金属の薄膜を堆積する任意の適切なリチウム堆積処理は、リチウム金属の薄膜の堆積に用いられうる。リチウム金属の薄膜の堆積は、蒸着などのＰＶＤプロセス、スロットダイプロセス、転写プロセス、積層プロセス又は三次元リチウム印刷プロセスによってなされうる。リチウム金属の薄膜を堆積するためのチャンバは、電子ビーム蒸着器などのＰＶＤシステム、薄膜転写システム（グラビア印刷システムなどの大面積パターン印刷システムを含む）、積層システム、又はスロットダイ堆積システムを含みうる。
［０１１９］ 一実装では、第４の処理チャンバ１２４０は、リチウム金属膜の上に保護膜を形成するように構成されている。第４の処理チャンバ１２４０は、リチウム金属膜の上に保護膜を形成するように構成されている。保護膜は、本書に記載のイオン伝導性材料であってもよい。保護膜は、浸漬コーティング、スロットダイコーティング、グラビアコーティング、又は印刷によって形成されうる。一実装では、第４の処理チャンバ１２４０は、材料の連続シート１２５０の上にセラミック又は誘電体の層を堆積するように構成された蒸着チャンバ又はＰＶＤチャンバである。一実装では、蒸着チャンバは、るつぼ内に配置されうる蒸着源を備えるように示されている処理領域を有する。これは、例えば、真空環境内の熱蒸着器又は（低温の）電子ビーム蒸着器であってもよい。
［０１２０］ 要約すると、本開示の利点のうちのいくつかは、現在利用可能な処理システムにリチウム金属堆積を効率良く一体化することを含む。現在、リチウム金属堆積は、乾燥室又はアルゴンガス雰囲気中で行われる。リチウム金属の揮発性のために、その後の処理操作はアルゴンガス雰囲気中で行われる。アルゴンガス雰囲気中でのその後の処理操作の性能は、現在の製造ツールの改造を含むであろう。本発明者らは、その後の処理の前にリチウム金属を保護膜でコーティングすることにより、真空下又は大気中のいずれかでその後の処理を行えることを見出した。保護膜によって、不活性ガス雰囲気中で追加の処理操作を行うことが不要になり、工具の複雑さが低減される。保護膜はまた、リチウム金属膜が形成された負極の移送、貯蔵、又はその両方を可能にする。さらに、保護膜がイオン伝導性膜である実装においては、イオン伝導膜を最終的な電池構造に組み込むことができ、電池形成プロセスの複雑さを低減する。これは、ツールの複雑さを減少させ、その後、所有コストを低減する。
［０１２１］ 本開示の要素、或いは、その例示的態様又は実装を紹介する場合、冠詞「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」、及び「ｓａｉｄ」は、一又は複数の要素が存在することを意味すると意図されている。
［０１２２］ 「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、及び「有する（ｈａｖｉｎｇ）」という表現は、包括的であるように意図されており、列挙された要素以外にも追加の要素があってもよいことを意味する。
［０１２３］ 以上の記述は本開示の実装を対象としているが、本開示の基本的な範囲から逸脱することなく本開示の他の実装及び更なる実装が考案されてよく、本開示の範囲は、下記の特許請求の範囲によって決定される。

Claims (15)

  1. 銅を含む電流コレクタと、
    前記電流コレクタの上に形成されたリチウム金属膜と、
    前記リチウム金属膜の上に形成された金属膜と、
    前記金属膜の上に形成された保護膜と
    を備えるアノード電極構造であって、
    前記保護膜は、リチウムイオン伝導性セラミック、リチウムイオン伝導性ガラス、イオン伝導性高分子、リチウムイオン伝導性液晶、又はこれらの組み合わせを含む群から選択されるリチウムイオン伝導性膜で、
    前記金属膜は銅膜、ビスマス膜、スズ膜、又はこれらの組み合わせから選択される、アノード電極構造。
  2. 前記銅膜が、約５ナノメートルから約４０ナノメートルの間の厚みを有する、請求項１に記載のアノード電極構造。
  3. 前記銅膜が、約１０ナノメートルから約２０ナノメートルの間の厚みを有する、請求項２に記載のアノード電極構造。
  4. 前記リチウムイオン伝導性膜は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、ＬｉＰＯＮ、Ｌｉ７Ｌａ３Ｚｒ２Ｏ１２（ＬＬＺＯ）、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５、Ｌｉ１０ＧｅＰ２Ｓ１２、Ｌｉ３ＰＳ４、（１−ｘ）ＬｉＩ−（ｘ）Ｌｉ４ＳｎＳ４、ｘＬｉＩ−（１−ｘ）Ｌｉ４ＳｎＳ４、（１−ｘ）ＬｉＩ−（ｘ）Ｌｉ４ＳｎＳ４、（ｘ）ＬｉＩ−（１−ｘ）Ｌｉ４ＳｎＳ４（ここで、０＜ｘ＜１）のうちの一又は複数を含む、請求項２に記載のアノード電極構造。
  5. 前記リチウム金属膜が、約１マイクロメートルから約２０マイクロメートルの間の厚みを有する、請求項２に記載のアノード電極構造。
  6. 前記電流コレクタが、約２マイクロメートルから約８マイクロメートルの間の厚みを有する、請求項５に記載のアノード電極構造。
  7. 前記電流コレクタは、
    第１のニッケル又はクロム含有膜と、
    前記第１のニッケル又はクロム含有膜の上に形成され、約５０ナノメートルから約５００ナノメートルの間の厚みを有する銅膜と、
    前記銅膜の上に形成され、約２０ナノメートルから約５０ナノメートルの間の厚みを有する第２のニッケル又はクロム含有膜と、
    を備える、請求項１に記載のアノード電極構造。
  8. 前記電流コレクタは、
    ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）高分子基板と、
    前記ＰＥＴ高分子基板の上に形成された銅膜と、
    を備える、請求項１に記載のアノード電極構造。
  9. 銅を含む電流コレクタと、
    前記電流コレクタの上に形成されたシリコン黒鉛アノードと、
    前記シリコン黒鉛アノードの上に形成されたリチウム金属の膜と、
    前記リチウム金属の膜の上に形成された保護膜と、
    を備えるアノード電極構造であって、
    前記保護膜は、リチウムイオン伝導性セラミック、リチウムイオン伝導性ガラス、リチウムイオン伝導性高分子、リチウムイオン伝導性液晶、又はこれらの組み合わせを含む群から選択されるリチウムイオン伝導性膜である、アノード電極構造。
  10. 銅を含む電流コレクタの上にリチウム金属膜を形成することと、
    銅膜、ビスマス膜、スズ膜、又はこれらの組み合わせから選択される金属膜を前記リチウム金属膜の上に形成することと、
    リチウムイオン伝導性セラミック、リチウムイオン伝導性ガラス、又はイオン伝導性液晶を含む群から選択されるリチウムイオン伝導性膜である保護膜を、前記金属膜の上に形成することと、
    を含む方法。
  11. 前記銅膜は、約５ナノメートルから約４０ナノメートルの間の厚みを有する、請求項１０に記載の方法。
  12. 前記銅膜は、約１０ナノメートルから約２０ナノメートルの間の厚みを有する、請求項１１に記載の方法。
  13. 前記電流コレクタは、約２マイクロメートルから約８マイクロメートルの間の厚みを有する、請求項１０に記載の方法。
  14. 前記電流コレクタは、
    第１のニッケル又はクロム含有膜と、
    前記第１のニッケル又はクロム含有膜の上に形成され、約５０ナノメートルから約５００ナノメートルの間の厚みを有する銅膜と、
    前記銅膜の上に形成され、約２０ナノメートルから約５０ナノメートルの間の厚みを有する第２のニッケル又はクロム含有膜と、
    を備える、請求項１０に記載の方法。
  15. 前記電流コレクタは、
    ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）高分子基板と、
    前記ＰＥＴ高分子基板の上に形成された銅膜とを備え、前記銅膜は物理的気相堆積処理によって堆積される、請求項１５に記載の方法。
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Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6865853B2 (ja) * 2017-04-17 2021-04-28 ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツングＲｏｂｅｒｔ Ｂｏｓｃｈ Ｇｍｂｈ プレリチウム化されたシリコンベースのアノード及びその製造方法
KR102512001B1 (ko) 2017-11-09 2023-03-21 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 리튬 금속 애노드에 대해 칼코게나이드들을 사용하는 엑스-시튜 고체 전해질 계면 개질
CN110048116A (zh) * 2019-04-25 2019-07-23 电子科技大学 一种在空气中具备良好稳定性的锂带/箔及其制备方法
US11631840B2 (en) 2019-04-26 2023-04-18 Applied Materials, Inc. Surface protection of lithium metal anode
JP2020187932A (ja) * 2019-05-15 2020-11-19 株式会社アルバック リチウムイオン二次電池用負極の集電体の製造方法
JP2020187929A (ja) * 2019-05-15 2020-11-19 株式会社アルバック リチウムイオン二次電池用負極の集電体
CN113488613A (zh) * 2019-05-31 2021-10-08 宁德时代新能源科技股份有限公司 负极极片、电芯及锂离子电池
CN110190287B (zh) * 2019-06-25 2021-06-08 珠海冠宇电池股份有限公司 一种多孔亲锂铜箔集流体材料及其制备方法
US11384419B2 (en) 2019-08-30 2022-07-12 Micromaierials Llc Apparatus and methods for depositing molten metal onto a foil substrate
CN114556637A (zh) * 2020-05-08 2022-05-27 株式会社Lg新能源 无锂电池用负极集电器、包含该无锂电池用负极集电器的电极组件、以及无锂电池
FI20207087A1 (fi) * 2020-05-17 2021-11-18 Pulsedeon Oy Menetelmä epäorgaanista kiinteää elektrolyyttiä sisältävää nauhaa ja litiumia hyödyntävän energian varastointilaitteen valmistukseen
CN111653727B (zh) * 2020-06-30 2022-05-17 陕西煤业化工技术研究院有限责任公司 一种预锂化硅基薄膜负极材料及其制备方法
US11552283B2 (en) * 2020-08-04 2023-01-10 Applied Materials, Inc. Method of coating a flexible substrate in a R2R deposition system, and vapor deposition system
TW202218218A (zh) * 2020-08-21 2022-05-01 美商應用材料股份有限公司 陽極電極結構、鋰離子電池、製造陽極電極結構之方法、製造鋰離子電池之方法、以及用於製造陽極電極結構之基板處理系統
CN112397685B (zh) * 2020-11-16 2022-02-15 珠海冠宇电池股份有限公司 一种负极片及其应用
JP2023551406A (ja) * 2020-11-19 2023-12-08 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド 保護層源
US20220181599A1 (en) * 2020-12-03 2022-06-09 Applied Materials, Inc. Lithium metal surface modification using carbonate passivation
US11830977B2 (en) * 2021-02-25 2023-11-28 International Business Machines Corporation Method to reduce interfacial resistance of hybrid solid-state electrolytes for secondary energy storage devices
CN117157774A (zh) * 2021-03-24 2023-12-01 欧瑞康表面处理解决方案股份公司普费菲孔 具有覆盖层的三维锂阳极
CA3219752A1 (en) * 2021-05-19 2022-11-24 Maciej Urban JASTRZEBSKI Lithium metal anode assemblies and an apparatus and method of making same
WO2023089200A2 (en) * 2021-11-22 2023-05-25 Oerlikon Surface Solutions Ag, Pfäffikon In-line coating apparatus for the manufacture of parts of a solid-state cell

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003151561A (ja) * 2001-11-15 2003-05-23 Nippon Denkai Kk 負極とその製造方法及び該負極を用いた二次電池
JP2004527888A (ja) * 2001-05-23 2004-09-09 モルテック・コーポレーション 電気化学電池のためのリチウム負極
US20050095506A1 (en) * 2003-10-16 2005-05-05 Klaassen Jody J. Lithium/air batteries with LiPON as separator and protective barrier and method
JP2005129535A (ja) * 2003-10-23 2005-05-19 Samsung Sdi Co Ltd リチウムポリマー二次電池
JP2008171788A (ja) * 2006-12-15 2008-07-24 Hitachi Cable Ltd リチウムイオン電池用集電体及びその製造方法
JP2013143314A (ja) * 2012-01-12 2013-07-22 Nisshin Steel Co Ltd リチウムイオン二次電池の負極用防錆金属シート、負極及びその製法並びに電池
WO2017131997A1 (en) * 2016-01-28 2017-08-03 Applied Materials, Inc. Integrated lithium deposition with protective layer tool
CN107154499A (zh) * 2017-04-14 2017-09-12 深圳鑫智美科技有限公司 一种含有新型集流体的锂电池及其制备方法

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2068290C (fr) 1992-05-08 1999-07-13 Michel Gauthier Prise de contact electrique sur des anodes de lithium
US20110165471A9 (en) * 1999-11-23 2011-07-07 Sion Power Corporation Protection of anodes for electrochemical cells
US6797428B1 (en) 1999-11-23 2004-09-28 Moltech Corporation Lithium anodes for electrochemical cells
AU1796701A (en) * 1999-11-23 2001-06-04 Moltech Corporation Lithium anodes for electrochemical cells
US6733924B1 (en) 1999-11-23 2004-05-11 Moltech Corporation Lithium anodes for electrochemical cells
KR100449765B1 (ko) 2002-10-12 2004-09-22 삼성에스디아이 주식회사 리튬전지용 리튬메탈 애노드
US20080057386A1 (en) 2002-10-15 2008-03-06 Polyplus Battery Company Ionically conductive membranes for protection of active metal anodes and battery cells
KR20080105853A (ko) * 2007-06-01 2008-12-04 삼성에스디아이 주식회사 세라믹층이 코팅된 양극 또는 음극을 포함하는리튬이차전지
JP4778034B2 (ja) * 2008-01-30 2011-09-21 パナソニック株式会社 非水系二次電池の製造方法
EP2402481A1 (en) 2010-06-29 2012-01-04 Applied Materials, Inc. Method and system for manufacturing a transparent body for use in a touch panel
US20140127569A1 (en) * 2011-04-12 2014-05-08 Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd. Copper foil provided with chromate film for negative electrode current collector, and negative electrode material using the copper foil provided with chromate film for negative electrode current collector
EP2892097B1 (en) * 2012-08-30 2018-06-06 Kaneka Corporation Current collector for battery and battery using same
EP3017491B1 (en) 2013-07-03 2018-11-28 Sion Power Corporation Ceramic/polymer matrix for electrode protection in electrochemical cells, including rechargeable lithium batteries
US10381690B2 (en) 2013-08-14 2019-08-13 Samsung Sdi Co., Ltd. Negative electrode for rechargeable lithium battery and rechargeable lithium battery including the same
TWI681581B (zh) 2015-01-09 2020-01-01 美商應用材料股份有限公司 具有鋰金屬塗覆電池隔離件之鋰離子電池及其製造方法與裝置
JP6380306B2 (ja) * 2015-09-07 2018-08-29 トヨタ自動車株式会社 非水電解質二次電池
DE102015224345A1 (de) * 2015-12-04 2017-06-08 Robert Bosch Gmbh SIC-Separator und SIC-Zelle
CN108780876A (zh) * 2016-03-11 2018-11-09 Nec能源元器件株式会社 电化学器件用电极、电化学器件、以及制造电化学器件用电极和电化学器件的方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004527888A (ja) * 2001-05-23 2004-09-09 モルテック・コーポレーション 電気化学電池のためのリチウム負極
JP2003151561A (ja) * 2001-11-15 2003-05-23 Nippon Denkai Kk 負極とその製造方法及び該負極を用いた二次電池
US20050095506A1 (en) * 2003-10-16 2005-05-05 Klaassen Jody J. Lithium/air batteries with LiPON as separator and protective barrier and method
JP2005129535A (ja) * 2003-10-23 2005-05-19 Samsung Sdi Co Ltd リチウムポリマー二次電池
JP2008171788A (ja) * 2006-12-15 2008-07-24 Hitachi Cable Ltd リチウムイオン電池用集電体及びその製造方法
JP2013143314A (ja) * 2012-01-12 2013-07-22 Nisshin Steel Co Ltd リチウムイオン二次電池の負極用防錆金属シート、負極及びその製法並びに電池
WO2017131997A1 (en) * 2016-01-28 2017-08-03 Applied Materials, Inc. Integrated lithium deposition with protective layer tool
CN107154499A (zh) * 2017-04-14 2017-09-12 深圳鑫智美科技有限公司 一种含有新型集流体的锂电池及其制备方法

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