CN121794792A - 用于锂转移和钝化的种晶层 - Google Patents

Abstract

本公开内容的实施例大体上涉及用于电子装置的膜叠层以及形成包含用于能量存储装置的锂阳极和预锂化阳极的膜叠层的方法。所述方法包括在柔性支撑层上方形成种晶层，并在种晶层上沉积锂金属层。所述方法还包括将锂金属层层压到柔性接收基板上，并将锂金属层与柔性支撑层分离。种晶层充当锂金属层的释放层。种晶层的至少一部分与锂金属层一起转移，以为锂金属层提供钝化。

Description

用于锂转移和钝化的种晶层

技术领域

本公开内容的实现方式大体上涉及用于电子装置的膜叠层和形成膜叠层的方法。

背景技术

高容量的电化学能源存储装置，诸如锂离子（Li离子）电池，用于越来越多的应用中，包括便携电子产品、医疗、运输、并网大型能源存储器、可再生能源存储器和不间断电源(UPS)。

锂金属层在Li离子电池的开发中起着至关重要的作用。锂是一种碱金属。与第一周期表族的重元素同系物类似，锂的特征在于与多种物质的强反应性。锂与水、醇和其他含有质子氢的物质剧烈反应，常常导致着火。锂在空气中不稳定，并且与氧气、氮气和二氧化碳发生反应。因此，由于其强反应性性质，锂通常在惰性气体气氛（稀有气体，诸如氩气）下处理。因此，在处理、存储和运输时，锂带来了几个挑战。

因此，本领域需要一种转移锂金属层以形成膜叠层的改进方法。

发明内容

在一个实施例中，提供了一种用于在柔性支撑层上方形成种晶层的方法。所述方法包括在种晶层上沉积锂金属层，将锂金属层层压到柔性接收基板，并将锂金属层与柔性支撑层分离，以将锂金属层转移到接收基板。在转移锂金属层时，种晶层的至少一部分与锂金属层一起转移到接收基板，以为锂金属层提供钝化。

在另一个实施例中，提供了一种用于形成能量存储装置的膜叠层的方法。所述方法包括在真空环境中设置柔性支撑层，并在柔性支撑层上方形成种晶层。种晶层包含LiF、Li₂CO₃、Ag、Bi、Sn、Ag+LiF、Bi+LiF、Sn+LiF、AgF、CxFy或其组合。所述方法还包括在种晶层上沉积锂金属层，将锂金属层层压到柔性接收基板，并将锂金属层从柔性支撑层转移到柔性接收基板以形成膜叠层。种晶层有助于将锂金属层从柔性支撑层中释放，并且种晶层的至少一部分与锂金属层一起转移到柔性接收基板。

在进一步的实施例中，提供了一种用于能量存储装置的膜叠层。所述膜叠层包括柔性接收基板、设置在柔性接收基板上的锂金属层，以及设置在锂金属层的至少一部分上方的种晶层。所述种晶层为设置在种晶层和柔性接收基板之间的锂金属层的部分提供钝化。锂金属层和种晶层也从柔性支撑层转移到柔性接收基板，其中种晶层充当释放层，用于将锂金属层与柔性支撑层分离。

附图说明

为了能够详细理解本公开内容的上述特征所用方式，可参考实现方式进行上文简要概述的本公开内容的更具体描述，其中一些实现方式在附图中示出。然而，应注意，附图仅示出示例性实现方式并且因此不应被视为限制本公开内容的范围，并且可承认其他等效的实现方式。

图1示出了图示根据本公开内容的一个或多个实现方式的形成能量存储装置的方法的选定操作的流程图。

图2A至图2G示出了根据本公开内容的一个或多个实现方式的根据图1的方法制造能量存储装置的各个阶段的视图。

图3示出了图示根据本公开内容的一个或多个实现方式的形成能量存储装置的方法的选定操作的流程图。

图4A至图4E示出了根据本公开内容的一个或多个实现方式的根据图3的方法制造能量存储装置的各个阶段的视图。

图5示出了根据本公开内容的一个或多个实现方式的在层压转移设备中根据图3的方法制造能量存储装置的示意图。

图6示出了根据本公开内容的一个或多个实现方式的柔性基板涂覆设备的示意图。

图7示出了根据本公开内容的一个或多个实现方式的层压转移设备的示意图。

为了方便理解，尽可能使用相同的附图标记来标示在图中共有的相同元素。可以设想，一个实现方式的元素和特征可能会有利地并入其他实现方式中，而无需进一步叙述。

具体实施方式

本公开内容大体上涉及用于使用释放层转移金属层的工艺。具体来说，实现方式涉及使用沉积的种晶层的方法，所述沉积的种晶层被配置成在形成阳极膜叠层时充当释放层和表面钝化层。

将锂金属层转移到基板上是微电子装置和能量存储装置的微制造中的重要工艺。基板独立直接转移(SIDT)是一种用于通过将包括碱金属层（例如锂金属层）的一个或多个层转移到基板叠层（例如，在锂金属用作阳极的实现方式中的集电器）来形成阳极膜叠层或用于预锂化已经形成在集电器上的阳极材料的方法。已经形成的阳极材料可以包括或是但不限于石墨、硅、硅石墨、氧化硅石墨、硅或其组合。集电器可以包括或是金属化塑料、铜或其组合。在SIDT工艺中，锂形成在由一种或多种材料组成的柔性支撑层叠层上方，所述材料诸如聚合物基板，例如，聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、纸或其组合。将形成在柔性支撑层叠层上的材料直接转移/层压到基板叠层。基板叠层可以包括或是集电器、具有在其上方形成的阳极材料的集电器、金属化塑料基板、隔板或具有在其上方形成的锂的金属化塑料基板。

转移形成在柔性支撑层叠层上的材料的常规方法通常涉及使用形成在碱金属层和柔性支撑层叠层之间的释放层。释放层使得能够将锂和其他材料从柔性支撑层叠层转移到集电器或阳极材料（如果已经存在）上。这样的常规释放层通常预先制造在柔性支撑层叠层上，并且在厚度、释放压力、颗粒和针孔方面变化。释放层的变化和不可控的性质可能在SIDT期间导致工艺变化。因此，在SIDT之后，诸如痕量的释放层的材料可能保留在所形成的膜叠层的锂的表面上。

然而，释放层材料通常与最终用途（诸如电化学装置）不相容。例如，释放层的化学性质可能与终端装置（例如电池）不相容，并且可能妨碍离子或电子的传输。也就是说，释放层的化学性质可能导致阳极和隔板界面之间的电池阻抗增加，这通常是不期望的，因为这可能影响电池的整体电池性能。此外，释放层在处理、运输和随后的集成期间与气体（例如H₂O、O₂、N₂等）的不希望的反应可能影响装置的集成。

下文描述了一种沉积种晶层的方法，所述种晶层既用作SIDT中转移锂金属层的释放层，又用作转移锂金属层之后的表面钝化层。在图1的实现方式中描述了本公开内容的SIDT工艺。在可以与其他实现方式结合的一个或多个实现方式中，种晶层在形成锂金属层之前于真空腔室中的柔性支撑层上沉积。种晶层使得释放层具有一致的质量、工程控制，并且被定制为在形成阳极膜叠层时充当表面钝化层。在真空中沉积种晶层也提供了在不破坏真空的情况下开发高质量原始界面层和形成阳极膜叠层的工程机会。

本公开内容的一个或多个实现方式还提供了在不破坏真空的情况下使用真空沉积的改善的界面控制。所述方法可以结合在辊对辊工具中，并用于如图3的实现方式中所述的辊对辊工艺中。界面层的辊对辊制造提供了大批量制造的解决方案，其包括锂阳极膜叠层的基板独立沉积和转移(SIDT)。高质量的锂金属可以刚好在层压转移之前在种晶层上沉积，以保留膜叠层中的最高质量的材料。

要注意的是，虽然可以在其上实践本文描述的一些实现方式的特定基板不受限制，但在柔性基板上实践所述实现方式是特别有益的，所述柔性基板包括例如基于卷材的基板、面板和离散片材。柔性基板还可以呈箔、膜或薄板的形式。

这里还要注意的是，如在本文描述的实现方式中使用的柔性基板或卷材的特征通常可以在于其是可弯曲的。术语“卷材”可以与术语“条带”、术语“柔性基板”或术语“柔性导电基板”同义使用。例如，如本文的实现方式中描述的卷材可以是聚合物材料。

图1示出了根据本公开内容的一个或多个实现方式的制造能量存储装置的方法100的流程图。图2A至图2G是根据图1的方法100制造能量存储器的各个阶段的视图。方法100描述了在柔性支撑层210上形成SIDT叠层255，且然后将SIDT叠层255转移到接收基板260以形成阳极膜叠层265。尽管图2A至图2G是关于方法100描述的，但应了解，图2A至图2G中公开的结构并不仅限于方法100，而是可以独立地作为独立于方法100的结构而存在。类似地，尽管方法100是关于图2A至图2G描述的，但应了解，方法100并不仅限于图2A至图2G中公开的结构，而是可以独立于图2A至图2G中公开的结构而存在。

应理解图2A至图2G仅示出能量存储装置的部分示意图，并且能量存储装置可能含有任何数量的能量存储装置共有的附加层和/或附加材料，为了简洁起见，这些附加层和/或附加材料未图示。还应注意，尽管图1中示出的方法100是按顺序描述的，但包括已经省略和/或添加的和/或已经以另一期望顺序重新布置的一个或多个操作的其他工艺序列落入本文提供的本公开内容的实现方式的范围内。

参考图2A，在操作101处，提供了柔性支撑层叠层200的柔性支撑层210。柔性支撑层210具有前侧210f（也称为前表面）和与前侧210f相对的背侧210b（也称为背表面）。柔性支撑层210可以包含任何与目标处理条件相容的合适材料。

在一些实现方式中，柔性支撑层包含多个子层。在可以与其他实现方式结合的一个或多个实现方式中，柔性支撑层210可以是或包括从塑料、聚合物材料、金属化塑料、金属、纸、其多层或其组合中选择的一个或多个子层。合适的聚合物材料的示例包括聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)、聚酰亚胺(PI)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、三乙酸纤维素(TAC)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚碳酸酯(PC)、其多层或其组合。

在可以与其他实现方式结合的一个或多个实现方式中，柔性支撑层210具有在从约1微米至约100微米的范围中、或从约1微米至约100微米的范围中、或从约10微米至约50微米的范围中、或从约25微米至约50微米的范围中的厚度。

参考图2B，在操作102处，种晶层220形成于柔性支撑层210上方。种晶层220形成于柔性支撑层210的前侧210f上。种晶层220具有前侧220f（也成为前表面）和与前侧220f相对的背侧220b（也称为背表面）。在一个或多个实现方式中，种晶层220形成于柔性支撑层210的前侧210f上，使得种晶层220的背侧220b与柔性支撑层210的前侧210f接触。在其他实现方式中，柔性支撑层210可以预先制造有设置在前侧210f上的释放层。在这样的实现方式中，种晶层220形成于柔性支撑层210上设置的释放层上方。

种晶层220可以是或包括适合于在SIDT工艺期间从柔性支撑层210释放SIDT叠层255并且在此后为SIDT叠层255提供钝化层的任何材料。此后将种晶层220沉积在柔性支撑层210和碱金属层（例如，锂金属层250）上以形成SIDT叠层255有利地提供了对所使用的种晶层220的定制控制，这可以实现所形成的SIDT叠层255的改善的制造效率和改善的电化学性能。例如，在一些实现方式中，碱金属层可以直接与种晶层220接触地沉积。因此，可以控制种晶层220与随后沉积的碱金属层之间的化学性质和反应而使得种晶层220或种晶层220与SIDT叠层255的各层之间的反应不会导致增加阳极与隔板界面之间的电池阻抗的欧姆层。

在一个或多个实现方式中，被实现为向碱金属层（例如，SIDT叠层255中的锂金属层250）提供钝化的种晶层220可以被配置成使得种晶层220与沉积在其上的锂金属层250之间的电化学性质改善SIDT叠层在能量存储装置中的电化学性能。例如，种晶层220可以被配置为不妨碍电池单元架构中的离子或电子传输，从而将所形成的阳极膜叠层的阻抗保持在小于约200欧姆/cm²。在一些实现方式中，种晶层220将所形成的阳极膜叠层的阻抗保持在约5欧姆/cm²与约200欧姆/cm²之间。

在可以与本文的其他实现方式结合的一个或多个实现方式中，种晶层220可以从LiF、Li₂CO₃、Ag、Bi、Sn、Ag+LiF、Bi+LiF、Sn+LiF、AgF、CxFy或其组合中选择。种晶层220的组成也可以基于要形成的阳极膜叠层旨在与其一起使用的特定电池化学性质和其应用来选择。在可以与其他实现方式结合的一个或多个实现方式中，种晶层220的材料可以基于要沉积在种晶层220上的碱金属层的化学性质和反应，以及要形成的阳极膜叠层旨在与其一起使用的特定电池化学性质和其应用来选择和定制。

任何适合的工艺可以用来在柔性支撑层210的前侧上形成种晶层220。在一些实现方式中，种晶层220可以使用气相沉积技术沉积，例如，溅射、反应溅射、蒸发、物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、等离子体辅助化学气相沉积(PECVD)或其他类似的气相沉积工艺。在可以与其他实现方式结合的一个或多个实现方式中，种晶层220使用Ar和CO₂的混合工艺气体沉积。经由气相沉积技术形成种晶层220有利地实现并提供控制以设计种晶层220中的厚度、释放压力、颗粒和针孔，从而确保一致的、可预测的和高质量的锂转移。例如，在一个或多个实现方式中，经由真空中的气相沉积来沉积种晶层220提供了对所提供的柔性支撑层210和其上方形成种晶层220的控制。这种控制使得能够减轻和减少颗粒及针孔缺陷，否则当沉积种晶层220时，所述颗粒和针孔缺陷可能由柔性支撑层210引起。

在一个或多个实现方式中，选择柔性支撑层210和/或种晶层220的聚合物材料，使得SIDT叠层255可以通过压力引发的剥离而从柔性支撑层210脱粘。在其他实现方式中，种晶层220可以被配置成通过激光引发的剥离来脱粘。不受理论束缚，据信被配置有弱层间键合的种晶层220使得易于随后将种晶层220与柔性支撑层210分离。在一个或多个实现方式中，种晶层220可被配置具有在约0.3克力/cm²与约16克力/cm²之间的释放压力。

种晶层220也可以在大气条件、接近大气条件或真空条件下沉积。在一个或多个实现方式中，种晶层220可以使用真空工艺在真空环境（诸如真空腔室）中沉积。在一个实现方式中，种晶层220可以在约1x10^-3 mbar与约1x10^-6 mbar之间的真空环境中沉积，诸如低于约1x10^-2 mbar或低于约1x10^-4 mbar。在一些实现方式中，在操作102之前，柔性支撑层210可以被转移到真空涂覆系统中，例如，图6所示的柔性基板涂覆设备600。然后可以使用柔性基板涂覆设备600在真空下在辊对辊沉积系统中沉积种晶层220。

在一些实现方式中，种晶层220可以包含沉积在柔性支撑层210上的单层材料，其中种晶层220能够在SIDT期间与柔性支撑层210分离，并在此后充当钝化层。在其他实现方式中，种晶层220可以包含沉积在柔性支撑层210上的不同材料的多个子层。在这样的实现方式中，种晶层220的某些子层可以被配置成在SIDT期间彼此分离，以促进SIDT叠层255从柔性支撑层210中释放。在这样的实现方式中，与SIDT叠层255一起转移的种晶层220的子层可以接着在此后充当SIDT叠层255的表面钝化层。

在可以与本文的其他实现方式结合的一个或多个实现方式中，种晶层220具有在从约1 nm至约5,000 nm的范围中的厚度，诸如约10 nm至约1000 nm，以及约100 nm至约500nm。在一些实现方式中，种晶层220包含多个子层，每层具有约50 nm或更小的厚度。在一个或多个实现方式中，种晶层220的厚度可基于将SIDT叠层255与柔性支撑层210分离所需的释放压力来调整。

在可以与本文的其他实现方式结合的一个或多个实现方式中，种晶层220可以被图案化或选择性沉积，以创建用于定制电池设计的局部锂沉积区域。由于种晶层220用作用于在SIDT期间将SIDT叠层255与柔性支撑层210分离的释放层，因此种晶层220可以被图案化或选择性沉积以用于局部界面脱粘，以将对应的SIDT叠层255转移到接收基板260。在可以与本文讨论的其他实现方式结合的一个或多个实现方式中，种晶层220可以因此在柔性支撑层210上图案化或选择性沉积，以将锂金属层250转移到接收基板260。

参考图2C，任选地在操作103处，在种晶层220上方形成固体电解质层230。固体电解质层230具有前侧230f（也称为前表面）和与前侧230f相对的背侧230b（也称为背表面）。在一个或多个实现方式中，固体电解质层230沉积在种晶层220的前侧220f上，使得固体电解质层230的背侧230b与种晶层220的前侧220f接触。可以使用任何合适的工艺在种晶层220的前侧220f上形成固体电解质层230。固体电解质层230可以使用非真空涂覆技术进行沉积。

固体电解质层230可以包含与目标离子导通相容的任何合适材料。在一些实现方式中，固体电解质层230可以包括或是金属盐，诸如锂盐。锂盐可以是LiPF₆、LiAsF₆、LiCF₃SO₃、LiN(CF₃SO₃)₃、LiBF₆、LiClO₄BETTE电解质或其组合中的一种或多种。电解质可以在凝胶或聚合物基质介质中。

在一个或多个实现方式中，固体电解质层230可以是或包括从以下中选择的材料：氟碳化合物（PTFE、PVDF）、LiF、Li₂CO₃、MgO、AlOx、AlHO₂、RENiO₃（RE=稀土）、BN、BaTiO3、Li4Ti5O12、ZrO2、TiO2、硅掺杂的锂钽磷酸盐，例如Li(1+x)Ta2P(1-x)SixO8、Li1.5Ta2P0.5Si0.5O8、锂钽磷酸盐，例如LiTa₂PO₈(LTPO)、Li2Ta2SiO8(LTSO)、Li0.34La0.56TiO3、锂铝钛磷酸盐，例如Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3(LATP)、锂铝锗磷酸盐，例如Li1.3Al0.3Ge1.7(PO4)3(LAGP)、石榴石Li7La3Zr2O12(LLZO)或其组合。

在一个或多个实现方式中，固体电解质层230可以使用非真空涂覆技术来形成。合适的涂覆技术包括但不限于狭缝模涂覆工艺、刮刀涂覆工艺、三维(3D)打印工艺或其组合。在一个或多个替代实现方式中，固体电解质层230可以使用真空涂覆技术来形成。在一些实现方式中，固体电解质层230可以使用如图6所示的柔性基板涂覆设备600进行沉积。

参考图2D，任选地在操作104处，一个或多个界面层240形成于固体电解质层230上方。界面层240设置在种晶层220和锂金属层250之间。界面层240可以包括或是界面介电材料、电镀和剥离增强层以及亲锂层中的至少一种。界面层240可以在真空下沉积。界面层240可以在辊对辊沉积系统中在真空下沉积，例如，固体电解质层230可以使用图6所示的柔性基板涂覆设备600来沉积。界面层240可以通过气相沉积技术来沉积，例如化学气相沉积(CVD)、原子层沉积(ALD)、物理气相沉积(PVD)，诸如热蒸发或溅射。

界面介电层可以从AlOx、AlOOH、LiF、BaTiO3、ZrO2、TiO2、Li4Ti5O12、LiAlO2、AlF3、BiF3、AgFx、稀土(RE)镍酸盐(RENiO3)或其组合中选择。RE可以是三价稀土。RE可以是镧系元素。RE可以从La、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Y、Lu或其组合中选择。RE可以从Sm、Nd和Eu中选择。RE镍酸盐可以掺杂有离子。用于掺杂的合适离子包括锂离子、钠离子、镁离子、钾离子、氢离子和铝离子。在一个示例中，RE镍酸盐是掺杂有锂离子的SmNiO3。电镀和剥离增强层可以是或包括金属或硫族化物的合金。电镀和剥离增强层可以是或包括Ag、Bi、Sn、Si、Cu，Ag、Bi、Sn、Si、Cu的金属合金或硫族化合物，或其组合。亲锂层可以是或包括以下中的至少一种：包括Al、Au、Ag、Bi、Pt、Zn、Si、Sn、Mg、In、Ga或Cu的金属、其合金，或包括Li4Ti5O12、RENiO3、AlOx、CuO、ZnO、CoO或MnO的金属氧化物。

在可以与其他实现方式结合的一个或多个实现方式中，一个或多个界面层240包括介电层。介电层可以是氟化锂、氧化铝、氢氧化铝、氮化硼、氮化碳、氧化钛、锂钛氧化物、氧化锆、氧化钽、钡钛酸盐、锂锆氧化物、氧化钼、氧化硅、锂硅氧化物或其组合。

在可以与其他实现方式结合的一个或多个实现方式中，一个或多个界面层240包括电镀和剥离增强层。电镀和剥离增强层可以包含金属层。金属层可以是或包括银、铋、锡、铜、铝、硅或其组合。电镀和剥离增强层可以包括金属层。金属层可以是或包括银、铋、锡、铜、铝、硅、铟、镓或其组合。电镀和剥离增强层可以从Ag、Bi、Sn、Si、Cu、Al，Ag、Bi、Sn、Si的金属合金或硫族化合物，或其组合中选择。

在可以与其他实现方式结合的一个或多个实现方式中，一个或多个界面层240包括亲锂层。一个亲锂层可以实现随后沉积的锂金属层250的横向生长。亲锂层可以是或包括金属或金属氧化物。亲锂层可以是或包括以下中的至少一种：包括Al、Au、Ag、Bi、Pt、Zn、Si、Sn、Mg、In、Ga或Cu的金属、其合金，或包括Li4Ti5O12、RENiO3、AlOx、CuO、ZnO、CoO或MnO的金属氧化物。亲锂层可以通过选自由浸渍、旋涂、浸涂、喷涂、刮刀涂覆、溶液铸造、滴涂、PVD和CVD所组成的群组的至少一种工艺沉积。

在可以与其他实现方式结合的一个或多个实现方式中，钝化层可以任选地包括在SIDT叠层255中，诸如通过在沉积锂金属层250之前形成。在沉积锂金属层250之前在SIDT叠层255中形成表面钝化，在将SIDT叠层255层压转移到接收基板260之后为锂金属层250提供即时保护（例如，通过表面钝化层）。如上所讨论，种晶层220可以被配置成充当释放层，用于在锂金属层250的层压转移中将SIDT叠层255与柔性支撑层210分离。种晶层220的至少一部分被配置成与SIDT叠层255一起转移到接收基板260上，以为此后形成的阳极膜叠层265提供钝化。因此，本文描述的种晶层220可通过避免对在沉积锂金属层250之前形成钝化层的附加步骤的需要来改善制造效率，同时仍然通过为要形成的阳极膜叠层265提供钝化来提供相同的益处和优势。

参考图2E，在操作105中，锂金属层（例如锂金属层250）形成于种晶层220的前侧220f上方。锂金属层250包括前侧230f（也称为前表面）和与前侧230f相对的背侧230b（也称为背表面）。在一些实现方式中，在固体电解质层230和一个或多个界面层240中的任一个存在的情况下，锂金属层250可以直接形成于下层上，例如，固体电解质层230和一个或多个界面层240中的任一个。在一些实现方式中，在固体电解质层230和一个或多个界面层240不存在的情况下，锂金属层250可以直接形成于种晶层220的前侧220f上。

锂金属层250可以是或包括锂。锂金属层250可以在真空下沉积。锂金属层250可以在真空下在辊对辊沉积系统（例如，图6所示的柔性基板涂覆设备600）中沉积。在些实现方式中，操作102至105都可以使用图6所示的相同柔性基板涂覆设备600来执行，从而使得种晶层220和其上形成的SIDT叠层255都能够在不破坏真空的情况下沉积在柔性支撑层210上。锂金属层250可以经由物理气相沉积工艺来沉积，例如，蒸发工艺或溅射工艺。蒸发工艺可以是电子束蒸发工艺或热蒸发工艺。

参考图2E，锂金属层250完成了柔性支撑层叠层200。种晶层220、固体电解质层230（如果存在）、一个或多个界面层240（如果存在）和锂金属层250形成SIDT叠层255。在一些实现方式中，SIDT叠层255可能仅包括种晶层220的一部分。

形成本文描述的SIDT叠层255使得将锂金属层250最后沉积在柔性支撑层叠层200上。将锂层最后沉积使得能够在不损坏锂层的情况下形成SIDT叠层255，锂层通常具有相对于能量存储装置中形成的其他材料较低的熔点。形成能量存储装置的常规方法包括在锂金属阳极形成中将熔融锂直接沉积到集电器上或在预锂化实现方式中将熔融锂直接沉积到阳极材料上。这些方法进一步包括在锂金属层250形成时维持下面的基板，以防止对锂造成损坏。相比之下，本文描述的柔性支撑层叠层200和方法使得能够在操作106期间在将SIDT叠层255转移到接收基板260之前最后形成锂金属层250。

在可以与其他实现方式结合的一些实现方式中，钝化层可以任选地包括在SIDT叠层255中。在一些实现方式中，钝化层包括含碱金属层（例如，锂金属层250）中的碱金属的碳酸盐。在可以与其他实现方式结合的一些实现方式中，含碱金属层是锂金属层，如在锂金属层250中，并且钝化层包含碳酸锂。钝化层可以通过将锂金属层250暴露于二氧化碳来形成。在一些实现方式中，锂金属层250在存在热的情况下暴露于二氧化碳中。不希望受理论束缚，据信二氧化碳与锂金属反应，以在锂金属层250的暴露表面上形成碳酸锂薄层。在一些实现方式中，碳酸化锂金属钝化层（例如，碳酸锂钝化层）可以具有范围从约50 nm至约100nm的厚度。碳酸锂钝化层可以用作锂金属层250的保护层。例如，碳酸化锂金属钝化层可以在存储和运输期间保护锂金属层250免受氧化和损坏。

在操作105之后和在操作105之前，包含SIDT叠层255的柔性支撑层叠层200可以从真空涂覆系统（例如，图6所示的柔性基板涂覆设备600）转移到层压转移设备（例如，图7所示的层压转移系统700）。层压转移工艺可以包括将接收基板260施加到锂金属层250的前侧250f，并将SIDT叠层255从柔性支撑层210移除，以形成阳极膜叠层265。如上所讨论，将SIDT叠层255从柔性支撑层210移除可以包括将种晶层220与柔性支撑层210分离，或分离种晶层220的某些子层。

参考图2G，在操作106处，将SIDT叠层255从柔性支撑层210转移到接收基板260以形成阳极膜叠层265。如所示，操作106可以包括层压转移到集电器上以形成阳极膜叠层265。在一些实现方式中，在涉及预锂化的情况下，阳极材料可能已经在接收基板260上方形成，并且锂金属层250转移到形成在接收基板260上方的阳极材料。接收基板260可以是或包括柔性膜，诸如CPP膜（即，流延聚丙烯膜）、OPP膜（即，取向聚丙烯膜）或PET膜（即，聚对苯二甲酸乙二酯膜）。或者，接收基板260可以是预涂覆的纸、聚丙烯(PP)膜、PEN膜、聚乳酸(PLA)膜或PVC膜。接收基板260可以是或包括一个或多个集电器，所述集电器可以包括铝(Al)、铜(Cu)、锌(Zn)、镍(Ni)、钴(Co)、锰(Mn)、铬(Cr)、不锈钢、包覆材料、其合金和其组合。在各种实现方式中，接收基板260可以是或包括铜或铜箔。

在可以与其他实现方式结合的一个或多个实现方式中，在操作106期间，如图2F所示，种晶层220与SIDT叠层255一起转移或部分转移。如上所讨论，一旦转移，种晶层220也充当阳极膜叠层265的表面钝化层。种晶层220可以用作锂金属层250的保护层。例如，种晶层220可以在存储和运输期间保护锂金属层250免于氧化和损坏。

参考图2G，在操作107处，阳极膜叠层265可以任选地与隔板290、阴极叠层285，或隔板290和阴极叠层285两者结合，以形成能量存储装置295。在一些实施例中，尽管在图2G中图示为平面结构，能量存储装置295还可以通过卷绕层叠层形成为圆柱体；此外，还可以形成其他电池配置（例如，棱柱电池、纽扣电池或叠层电极电池）。

作为非限制性示例，隔板290可以包括微孔聚合隔板，所述微孔聚合隔板包括聚烯烃。聚烯烃可以是均聚物（衍生自单一单体成分）或杂聚物（衍生自多于一种单体成分），其可以是直链或支链的。如果杂聚物衍生自两个单体成分，则聚烯烃可以呈现任何共聚物链排列，包括嵌段共聚物或无规共聚物的那些。类似地，如果聚烯烃是衍生自多于两种单体成分的杂聚物，则它同样可以是嵌段共聚物或无规共聚物。在某些实现方式中，聚烯烃可以是聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)，或PE和PP的混合物，或PE和/或PP的多层结构化多孔膜。市售的聚烯烃多孔膜包括CELGARD®2500（单层聚丙烯隔板）和CELGARD®2320（三层聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯隔板），都由Celgard LLC提供。

在可以与其他实现方式结合的一个或多个实现方式中，阴极叠层285包括阴极集电器280和阴极材料270。阴极集电器280可以是或包括任何所述的柔性薄膜以及铝(Al)、铜(Cu)、锌(Zn)、镍(Ni)、钴(Co)、锡(Sn)、硅(Si)、锰(Mn)、镁(Mg)、其合金和其组合。在一些实现方式中，阴极集电器280可以是或包含铝。

阴极材料270可以是或包括任何合适的阴极材料。阴极材料270或阴极可以是或包含与阳极相容的任何材料，并且可以包括嵌入化合物、插入化合物或电化学活性聚合物。合适的嵌入材料包括例如，硫、含锂金属氧化物、MoS₂、FeS₂、MnO₂、TiS₂、NbSe₃、LiCoO₂、LiNiO₂、LiMnO₂、LiMn₂O₄、V₆O₁₃和V₂O₅。合适的聚合物包括例如，聚乙炔、聚吡咯、聚苯胺和聚噻吩。在一些实现方式中，阴极材料270包括如本文所述的聚合物黏合材料。阴极材料270或阴极可以是或包含层状氧化物，例如锂钴氧化物、橄榄石，例如磷酸铁锂，或尖晶石，例如锂锰氧化物。含锂氧化物的示例可以是层状的，例如锂钴氧化物(LiCoO₂），或混合金属氧化物，例如LiNi_xCo_1-2xMnO₂、LiNiMnCoO₂(“NMC”)、LiNi_0.5Mn_1.5O₄、Li(Ni_0.8Co_0.15Al_0.05）O₂、LiMn₂O₄和掺杂的富锂层状材料，其中x是零或非零数字。磷酸盐的示例可以是或包括铁橄榄石(LiFePO₄)和其变种（例如LiFe_(1-x)Mg_xPO₄)、LiMoPO₄、LiCoPO₄、LiNiPO₄、Li₃V₂(PO₄)₃、LiVOPO₄、LiMP₂O₇或LiFe_1.5P₂O₇，其中x是零或非零数字。氟磷酸盐的示例可以是或包括LiVPO₄F、LiAlPO₄F、Li₅V(PO₄)_2G2、Li₅Cr(PO₄)_2G2、Li₂CoPO₄F或Li₂NiPO₄F。硅酸盐的示例可以是或包括Li_2GeSiO₄、Li₂MnSiO₄或Li₂VOSiO₄。非锂化合物的示例可以是或包括Na₅V₂(PO₄)_2G3。

图3示出了根据本公开内容的一个或多个实现方式的用于制造能量存储装置的方法300的流程图。图4A至图4F示出了根据图3的方法300制造能量存储装置的各个阶段的视图。尽管图4A至图4E是关于方法300描述的，但应了解，图4A至图4E中公开的结构并不仅限于方法300，而是可以独立地作为独立于方法300的结构而存在。类似地，尽管方法300是关于图4A至图4E描述的，但应了解，方法300并不仅限于图4A至图4E中公开的结构，而是可以独立于图4A至图4E中公开的结构而存在。

应理解，图4A至图4E仅示出了能量存储装置的部分示意图，并且能量存储装置可能含有任何数量的能量存储装置共有的附加层和/或附加材料，为了简洁起见，这些附加层和/或附加材料未图示。还应注意，尽管图3中示出的方法300是按顺序描述，但包括已经省略和/或添加的和/或已经以另一期望顺序重新布置的一个或多个操作的其他工艺序列落入本文提供的本公开内容的实现方式的范围内。

参考图4A，在操作301处，提供了柔性支撑层叠层400。柔性支撑层叠层400至少包括柔性支撑层410、种晶层420和锂金属层430。柔性支撑层410、种晶层420和锂金属层430对应于如本文关于方法100描述的柔性支撑层210、种晶层220和锂金属层250。种晶层420可以如操作102中所述，设置在柔性支撑层410上方。锂金属层430可以如操作105中所述，设置在种晶层420上方。

在操作301之后，具有其上形成的锂金属层430或SIDT叠层435的柔性支撑层叠层400可以从真空涂覆系统（例如，图6所示的柔性基板涂覆设备600）转移到层压转移设备（例如，图7所示的层压转移系统700）。层压转移工艺可以包括将接收基板施加到锂金属层430的前侧430f，并从SIDT叠层435移除柔性支撑层410，以形成阳极膜叠层465。

在可以与其他实现方式结合的一个或多个实现方式中，任选地，在操作302处，具有其上形成的锂金属层430的柔性支撑层叠层400在操作303处的层压工艺之前暴露于预热工艺。如图4B所示，预热工艺可以包括将锂金属层430暴露于热能，例如，由IR灯源提供的热能438。在一些实现方式中，在锂金属层430是较厚层的情况下，预热锂金属层430可以促进或加速层压工艺。在一些实现方式中，预热温度可以在约30摄氏度与约200摄氏度之间的范围中。在一些实现方式中，预热时间可以在约1秒与约90秒之间。然而，预热时间可能基于接收基板440和柔性支撑层410传送通过层压转移系统700的速度而变化。例如，在一些实现方式中，接收基板440和柔性支撑层410可以约0.2米/min至约25米/min（诸如在约0.5米/min与约10米/min之间）的速度传送通过层压转移系统700。

参考图4C，在操作303处，锂金属层430被层压到接收基板440。接收基板440可以包括一个或多个层。在一些实现方式中，例如，对于锂金属阳极装置，接收基板440可以包括集电器。在一些实现方式中，例如，对于预锂化工艺，接收基板440可以包括形成于集电器上方的阳极材料。在又其他实现方式中，接收基板440可以是或包括隔板和/或阴极叠层，例如，如图2G所示的隔板290和阴极叠层285。

在可以与其他实现方式结合的一个或多个实现方式中，接收基板440包括基于卷材的基板，例如，集电器可以是基于卷材的基板。可以使用任何合适的集电器。集电器可以包括或是，但不限于，铝(Al)、铜(Cu)、锌(Zn)、镍(Ni)、钴(Co)、锰(Mn)、铬(Cr)、不锈钢、包覆材料、金属化塑料、纸、不锈钢、金属网、金属箔或其组合。可以使用任何合适的阳极材料。阳极材料可以包括或是，但不限于，石墨、硅、硅石墨、氧化硅石墨、硅或其组合。

在操作303的层压工艺期间，锂金属层430与接收基板440接触。例如，锂金属层430的前侧430f与接收基板440的表面接触，如图4C所示。在一些实现方式中，在接收基板440仅包括集电器的情况下，锂金属层430的前侧430f与集电器的表面接触。在一些实现方式中，在接收基板440包括阳极材料的情况下，锂金属层430的前侧430f将与阳极材料的表面接触，以预锂化阳极材料。

在一些实现方式中，操作302和303可以同时、顺序地或部分重叠地发生。

参考图4D，任选地，在操作304处，向接收基板440和具有其上形成的锂金属层430的柔性支撑层叠层200中的一个或多个施加压力，以将接收基板440层压到锂金属层430。在一些实现方式中，在方法300在辊对辊工具中执行的情况下，卷材张力足以将锂金属层430层压到接收基板440，且不需要附加压力。在一些实现方式中，在使用附加压力将锂金属层430层压到接收基板440的情况下，层压工艺包括以足以将锂金属层430附接到接收基板440而不损坏锂金属层430的压力大小将锂金属层430压到接收基板440。换句话说，压力使得锂金属层430不会被机械破坏或降解，诸如通过破裂或压碎。

可使用任何合适的技术施加压力。在一个或多个实现方式中，经由压延工艺施加压力。压延工艺可包括使用一对压延辊442a、442b，如图4D所示。例如，可以向柔性支撑层410的背侧410b和接收基板440的背侧440b施加压力。在一个或多个其他实现方式中，压力是由真空源施加的。在一个或多个其他实现方式中，压力是外部压力。在一个或多个实现方式中，所述对压延辊442a、442b也可以被加热。

在一些实现方式中，操作303和304可以同时、顺序地或部分重叠地发生。

参考图4E，在操作305处，柔性支撑层410与SIDT叠层435分离，以在接收基板440上形成阳极膜叠层465。在移除柔性支撑层410后，锂金属层430设置在阳极膜叠层465的一端上的种晶层420的至少一部分与阳极膜叠层465的相对端上的接收基板440之间。设置在阳极膜叠层465的端部处的种晶层420或种晶层420的部分接着还可用作设置在种晶层420与接收基板440之间的锂金属层430的表面钝化层。表面钝化层可包括种晶层420或种晶层420的某些子层。

在操作306处，阳极膜叠层465可以与隔板、阴极叠层或隔板和阴极叠层两者集成，如上文在操作107中描述和图2G中所示，并且形成能量存储装置。

图5示出了转移系统500的示意图，所述转移系统用于在辊对辊工具中根据图3的方法制造能量存储装置，并且用于使用例如图7所示的层压转移系统700的卷对卷工艺中。在可以与其他实现方式结合的一个或多个实现方式中，操作303和305的层压转移工艺可以包含将锂金属层530、532从单独的SIDT叠层转移到柔性接收基板540的相对侧。包括分别设置在柔性支撑层510、512上的锂金属层530、532和种晶层520、522的SIDT叠层可以各自如操作301中所讨论的那样提供。

转移系统500包括第一柔性载体供应毂515和第二柔性载体供应毂525。柔性支撑层510的供应辊511定位在第一柔性载体供应毂515上。供应辊511可以包括形成在柔性支撑层510上的锂金属层530和种晶层520。柔性支撑层512的供应辊521定位在第二柔性载体供应毂525上。供应辊511可以包括形成在柔性支撑层512上的锂金属层532和种晶层522。

转移系统500还包括柔性接收基板供应毂535。柔性接收基板540的供应辊531定位在柔性接收基板供应毂535上。供应辊511和供应辊521通过压延单元550进行传送，使得柔性支撑层510上的锂金属层530面向柔性接收基板540的上表面540U，并且柔性支撑层512上的锂金属层532面向柔性接收基板540的下表面540L。

转移系统500还包括压延单元550。压延单元550包括一个或多个压延辊，例如，第一压延辊551和第二压延辊582。柔性支撑层510、柔性支撑层512和柔性接收基板540被布置成沿着在其间延伸通过压延单元550的路径传送。当柔性支撑层510、柔性支撑层512和柔性基板叠层1540在第一压延辊551和第二压延辊582之间传送时，柔性接收基板540定位于柔性支撑层510和柔性支撑层512之间。第一压延辊551和第二压延辊582对柔性支撑层510、512和柔性接收基板540施加大量压力，这使得每个柔性支撑层510、512上的SIDT叠层转移到柔性接收基板540。在一些实现方式中，第一压延辊551和第二压延辊582也可以被加热，以促进锂金属层530、532的层压和转移。此后，通过第一压延辊582和第二压延辊584向柔性支撑层510、512施加张力，以将每个柔性支撑层510、512从柔性接收基板540剥离并形成膜叠层560。

转移系统500包括第一柔性载体拾取毂516和第二柔性载体拾取毂526。柔性支撑层510的拾取辊512定位于第一柔性载体拾取毂516上。第二柔性载体412的拾取辊522定位于第二柔性载体拾取毂526上。当柔性支撑层510卷绕到第一柔性载体拾取毂516上时，锂金属层530和种晶层520不再在柔性支撑层510上，因为先前在第一柔性载体110上的锂金属层530和种晶层520已通过压延辊551、582转移到柔性接收基板540上。同样地，当柔性支撑层512卷绕到第二柔性载体拾取毂526上时，锂金属层532和种晶层522不再在柔性支撑层512上，因为先前在柔性支撑层512上的锂金属层532和种晶层522也通过压延辊551、582转移到柔性接收基板540上。在一些实现方式中，辊582、584可以替代地被配置成具有对应的拾取辊的拾取毂，以重新捕获或回收柔性支撑层510、512。

转移系统500包括柔性基板叠层拾取毂570。柔性接收基板540的拾取辊562定位于柔性基板叠层拾取毂570上。柔性接收基板540包括膜叠层560，其中锂金属层530设置于种晶层520和柔性接收基板540的上表面540U之间，并且锂金属层532设置于种晶层522和柔性接收基板540的下表面540L之间。膜叠层560中的种晶层520、522可以充当锂金属层530、532的表面钝化层。然后，膜叠层560可以被传送到柔性基板拾取辊570。

转移系统500还包括多个辊581-584。在一些实现方式中，每个辊581-584可以是被动辊。在柔性支撑层510、512和柔性接收基板540中的每一个移动通过转移系统500的不同部分期间，辊581-584可以有助于向柔性支撑层510、512和柔性接收基板540施加适当的张力并有助于改变柔性支撑层510、512和柔性接收基板540的方向。辊581-584中的一些辊也可以有助于将柔性支撑层510、512移动得更靠近或更远离柔性接收基板540。例如，第一辊581可以有助于在柔性支撑层510、512和柔性接收基板540被传送通过压延单元550之前使柔性支撑层510、512与柔性接收基板540接触。此外，第二压延辊582和第三压延辊583提供可以向柔性支撑层510、512施加张力以将柔性支撑层510、512从柔性接收基板540剥离的位置。在一些实现方式中，辊581-584中的一个或多个可以替代地是杆，诸如金属杆，所述杆可以在载体或柔性基板移动期间向载体或柔性基板施加张力。

转移系统500还可以包括围绕内部空间508设置的外壳517。外壳517可以用于相对于转移系统500周围的环境维持内部空间508中的单独环境。例如，内部空间508可以具有不同浓度的气体以及相对于转移系统500周围的环境的不同温度和/或压力。

图6示出了根据本公开内容的一个或多个实现方式描述的用于形成阳极膜叠层的至少一部分的柔性基板涂覆设备600的示意图。柔性基板涂覆设备600可以是辊对辊涂覆系统。柔性基板涂覆设备600可用于执行本文所述的方法100和300的可使用真空沉积执行的部分。

柔性基板涂覆设备600可以是由Applied Materials制造的适于制造根据本文所述的实现方式的锂阳极装置的SMARTWEB®。根据一些实现方式，柔性基板涂覆设备600可以用于制造锂阳极或预锂化阳极，并且特别是用于含有锂膜的SIDT叠层255的部分。柔性基板涂覆设备600被构造成包括展开模块602、处理模块604和卷绕模块606的辊对辊系统。在一个或多个实现方式中，处理模块604包括按顺序布置的多个处理模块或腔室610、620、630和640，每个处理模块或腔室被配置成对连续材料片材650或材料卷材（例如，柔性支撑层210或柔性支撑层叠层200）执行一个处理操作。在一个或多个实现方式中，如图6所描绘，处理腔室610-640围绕涂覆鼓655径向设置。设想除径向以外的布置。例如，在另一个实现方式中，处理腔室可以线性配置定位。

在一个实现方式中，处理腔室610-640是独立的模块化处理腔室，其中每个模块化处理腔室在结构上与其他模块化处理腔室分离。因此，每个独立的模块化处理腔室可以独立地布置、重新布置、替换或维护，而不会相互影响。虽然图示了四个处理腔室610-640，但应理解，柔性基板涂覆设备600中可以包括任何数量的处理腔室。

处理腔室610-640可以包括使得柔性基板涂覆设备600能够沉积根据本公开内容的实现方式的SIDT叠层的部分的任何合适的结构、配置、布置和/或部件。例如，但不限于，处理腔室可以包括合适的沉积系统，包括涂覆源、电源、单独的压力控制、沉积控制系统和温度控制。根据典型的实现方式，腔室具备单独的气体供应。腔室通常彼此分开，以提供良好的气体分离。根据本文描述的实现方式的柔性基板涂覆设备600在沉积腔室的数量方面并不受限。例如，但不限于，柔性基板涂覆设备600可以包括3、6或12个处理腔室。

处理腔室610-640通常包括一个或多个沉积单元612、622、632和642。一般来说，如本文描述的一个或多个沉积单元可以从CVD源、ALD源、PECVD源和PVD源的群组中选择。一个或多个沉积单元可以包括蒸发源、溅射源，诸如，磁控管溅射源、DC溅射源、AC溅射源、脉冲溅射源、射频(RF)溅射源或中频(MF)溅射源。一个或多个沉积单元可以包括蒸发源。在一个实现方式中，蒸发源是热蒸发源或电子束蒸发源。在一个实现方式中，蒸发源是锂(Li)源。此外，蒸发源也可以是二或更多种金属的合金。待沉积的材料（例如，锂）可以在坩锅中提供。锂可以例如通过热蒸发技术或电子束蒸发技术进行蒸发。

在一些实现方式中，腔室中的一个或一些可被配置成通过其他方法执行沉积，诸如但不限于化学气相沉积、原子层沉积或脉冲激光沉积。在一些实现方式中，腔室中的一个或一些可被配置成用于执行等离子体处理工艺，诸如等离子体氧化或等离子体氮化工艺。

在一个或多个实现方式中，处理腔室610-640被配置成处理连续材料片材650的两侧。尽管柔性基板涂覆设备600被配置成处理水平定向的连续材料片材650，但柔性基板涂覆设备600可以被配置成处理以不同定向定位的基板，例如，连续材料片材650可以是垂直定向的。在一个或多个实现方式中，连续材料片材650是柔性支撑层，例如，如本文描述的柔性支撑层叠层200。在一个或多个实现方式中，连续材料片材650包括PET基板和任选的释放层。

在一个或多个实现方式中，柔性基板涂覆设备600包括转移机构652。转移机构652可以包含能够将连续材料片材650移动通过处理腔室610-640的处理区域的任何转移机构。转移机构652可以包括公共运输架构。公共运输架构可以包括卷轴对卷轴系统，所述卷轴对卷轴系统具有定位于卷绕模块606中的公共卷取卷轴654、定位于处理模块604中的涂覆鼓655，以及定位于展开模块602中的进给卷轴656。卷取卷轴654、涂覆鼓655和进给卷轴656可以被单独加热。卷取卷轴654、涂覆鼓655和进给卷轴656可以使用定位于在每个卷轴内的内部热源或外部热源来单独加热。公共运输架构还可以包括一个或多个辅助转移卷轴653a、653b，所述辅助转移卷轴定位在卷取卷轴654、涂覆鼓655和进给卷轴656之间。虽然柔性基板涂覆设备600被描绘为具有单个处理区域，但在一个或多个实现方式中，对于每个单独的处理腔室610-640具有分离或离散的处理区域可能是有利的。对于具有离散处理区域、模块或腔室的实现方式，公共运输架构可以是卷轴对卷轴系统，其中每个腔室或处理区域都具有单独的卷取卷轴和进给卷轴，以及定位于卷取卷轴和进给卷轴之间的一个或多个任选的中间转移卷轴。

柔性基板涂覆设备600可以包括进给卷轴656和卷取卷轴654，用于将连续材料片材650移动通过不同的处理腔室610-640。在可以与其他实现方式结合的一个或多个实现方式中，每个处理腔室均可被配置成沉积SIDT叠层255的部分。在一个实现方式中，第一处理腔室610和第二处理腔室620各自被配置成沉积种晶层220、保护层和/或SEI层中的一个或多个。第三处理腔室630和第四处理腔室640被配置成沉积含碱金属的膜的一部分，例如，锂金属层250。

在一个实现方式中，处理腔室630和640被配置成在连续材料片材650上沉积锂金属薄膜。用于沉积锂金属薄膜的任何合适的锂沉积工艺可以用于沉积锂金属薄膜。锂金属薄膜的沉积可以通过PVD工艺，诸如蒸发。用于沉积锂金属薄膜的腔室可以包括PVD系统，诸如电子束蒸发器、热蒸发器或层压系统。

在操作中，连续材料片材650从进给卷轴656展开，如箭头608所示的基板移动方向所指示。连续材料片材650可以经由一个或多个辅助转移卷轴653a、653b进行引导。还可能的是，连续材料片材650由一个或多个基板引导控制单元（未图示）引导，所述基板引导控制单元例如通过微调柔性基板的定向来控制柔性基板的适当运行。

在从进给卷轴656开卷并在辅助转移卷轴653a上运行之后，连续材料片材650随后移动通过设置在涂覆鼓655处并对应于沉积单元612、622、632和642的位置的沉积区域。在操作期间，涂覆鼓655围绕轴651旋转，使得柔性基板在箭头608的方向上移动。

图7示出了根据本公开内容的一个或多个实现方式的层压转移系统700的示意性侧视图。层压转移系统700包括用于将包括柔性支撑层710（例如柔性支撑层叠层200）和第二柔性支撑层720（例如柔性支撑层叠层200）上的锂金属层的SIDT叠层（例如SIDT叠层255）转移到柔性接收基板730（例如接收基板260）的每一侧的设备，使得可以将具有锂金属层250的接收基板260用作锂离子电池中的电极（例如阳极）或预锂化电极。层压转移系统700可以包括预热单元（未图示），用于在转移到柔性接收基板730之前，对柔性支撑层710、720上的SIDT叠层255进行预热。层压转移系统700还可以包括压延单元740，以将柔性支撑层710、720上的SIDT叠层255转移到柔性接收基板730。

层压转移系统700包括第一柔性支撑层供应毂715。第一柔性支撑层710的供应辊711定位在第一柔性支撑层供应毂715上。在一些实现方式中，第一柔性支撑层710可以由聚合物材料形成，诸如聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)、聚酰亚胺(PI)、金属化塑料或其组合。包含锂金属层（图7中未图示）的SIDT叠层定位在第一柔性支撑层710的下侧710L上，使得当第一柔性支撑层710和柔性接收基板730通过压延单元740进行传送时，所述锂金属层面向柔性接收基板730的上表面730U。柔性接收基板730的上表面730U相对于柔性接收基板730的下表面730L在相对侧上。上表面730U也被称为柔性接收基板730的第一表面或第一侧，而下表面也被称为柔性接收基板730的第二表面或第二侧。

层压转移系统700包括第二柔性支撑层供应毂725。第二柔性支撑层720的供应辊721定位在第二柔性支撑层供应毂725上。在一些实现方式中，第二柔性支撑层720可以由与第一柔性支撑层710相同的材料（例如PET）形成。包含锂金属层（图7中未图示）的SIDT叠层（例如，任何SIDT叠层255）定位在第二柔性支撑层720的上侧720U上，使得当第二柔性支撑层720和柔性接收基板730通过压延单元740进行传送时，所述锂金属层面向柔性接收基板730的下表面730L。

层压转移系统700包括柔性基板供应毂735。柔性接收基板730的供应辊731定位在柔性基板供应毂735上。在一些实现方式中，柔性接收基板730可以由铜、石墨、硅、硅石墨、氧化硅石墨、硅、金属化塑料或其他材料中的一种或多种形成。

层压转移系统700还包括压延单元740。压延单元740包括第一压延辊741和第二压延辊742。第一柔性支撑层710、第二柔性支撑层720和柔性接收基板730被布置成沿着在第一压延辊741与第二压延辊742之间延伸的路径传送。当第一柔性支撑层710、第二柔性支撑层720和柔性接收基板730在第一压延辊741与第二压延辊742之间传送时，柔性接收基板730定位于第一柔性支撑层710和第二柔性支撑层720之间。压延辊741、742对柔性支撑层710、720和柔性接收基板730施加大量压力，这使得包括锂金属层250和形成在每个柔性支撑层710、720上的种晶层220的至少一部分的SIDT叠层255被转移到柔性接收基板730。

层压转移系统700包括第一柔性支撑层拾取毂716。第一柔性支撑层710的拾取辊712定位在第一柔性支撑层拾取毂716上。当第一柔性支撑层710被卷绕到第一柔性支撑层拾取毂716上时，SIDT叠层255不再在第一柔性支撑层710上，因为先前在第一柔性支撑层710上的SIDT叠层255由压延单元740转移到柔性接收基板730上。

层压转移系统700包括第二柔性支撑层拾取毂726。第二柔性支撑层720的拾取辊722定位于第二柔性支撑层拾取毂726上。当第二柔性支撑层720被卷绕到第二柔性支撑层拾取毂726上时，SIDT叠层255不再在第二柔性支撑层720上，因为先前在第二柔性支撑层720上的SIDT叠层255由压延单元740转移到柔性接收基板730上。

层压转移系统700包括柔性基板拾取毂736。柔性接收基板730的拾取辊732定位于柔性基板拾取毂736上。柔性接收基板730包括在柔性接收基板730的上表面730U和下表面730L中的每一个上的SIDT叠层。SIDT叠层由压延单元740从相应的柔性支撑层710、720转移到柔性接收基板730上。

层压转移系统700进一步包括多个辊781-788。在一些实现方式中，每个辊781-788可以是被动辊。在柔性支撑层710、720和柔性接收基板730中的每一个移动通过层压转移系统700的不同部分期间，辊781-788可以有助于向柔性支撑层710、720和柔性接收基板730施加适当的张力并有助于改变柔性支撑层710、720和柔性接收基板730的方向。辊781-788中的一些辊还可以有助于将柔性支撑层710、720移动得更靠近或更远离柔性接收基板730。例如，第二辊782和第三辊783有助于在柔性支撑层710、720和柔性接收基板730被传送通过压延单元740之前使柔性支撑层710、720与柔性接收基板730接触。此外，第四辊784和第五辊785提供可以向柔性支撑层710、720施加张力以将柔性支撑层710、720从柔性接收基板730剥离的位置。在将柔性支撑层710、720与柔性接收基板730分离后，第六辊786和第七辊787依次将柔性支撑层710、720朝向对应的柔性支撑层拾取毂716、726引导，所述柔性支撑层拾取毂可以用于重新捕获或回收柔性支撑层710、720。在一些实现方式中，辊781-788中的一个或多个可以替代地是杆，诸如金属杆，所述杆可以在柔性支撑层或柔性基板移动期间施加张力。

层压转移系统700可以进一步包括被配置成旋转毂715、716、725、726、735、736中的每一个的致动器（未图示），使得柔性支撑层710、720和柔性接收基板730可以从对应的供应毂715、725、735通过压延单元740，并传送到对应的拾取毂716、726、736。层压转移系统700可以进一步包括旋转压延单元740的压延辊741、742的一个或多个致动器（未图示）。可以调整致动器的旋转速度，以控制柔性接收基板730和柔性支撑层710、720被传送通过层压转移系统700的速度。

在层压转移系统700中，柔性接收基板730沿着一条路径从由供应毂735支撑的供应辊731传送，经过第一辊781，在第二辊782和第三辊783之间，在压延辊741、742之间，在第四辊784和第五辊785之间，经过第八辊788，并到达围绕拾取毂736的拾取辊732。拾取毂736被配置成在柔性接收基板730经过第一压延辊741和第二压延辊742之间之后旋转并且有助于沿着所述路径传送柔性基板。类似地，拾取毂716、726被配置成旋转并且有助于沿着在第一供应毂715和第二供应毂725与第一支撑层拾取毂716和第二支撑层拾取毂726之间的路径传送柔性支撑层。

层压转移系统700还可以包括控制器705，用于控制层压转移系统700所执行的工艺。控制器705可以是在工业设置中使用的任何类型的控制器，诸如可编程逻辑控制器(PLC)。控制器705包括处理器707、存储器706和输入/输出(I/O)电路708。控制器705还可以包括一个或多个以下部件（未图示），诸如一个或多个电源、时钟、通信部件（例如网络界面卡）和通常在半导体设备的控制器中发现的用户界面。

存储器706可以包括非暂时性存储器。非暂时性存储器可以用来存储下文描述的程序和设置。存储器706可以包括一个或多个容易获得类型的存储器，诸如只读存储器(ROM)（例如，电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、闪存、软盘、硬盘或随机存取存储器(RAM)（例如非易失性随机存取存储器(NVRAM)）。

处理器707被配置成执行存储在存储器706中的各种程序，诸如被配置成执行本文描述的方法100和300的程序。在执行这些程序期间，控制器705可以通过I/O电路708与I/O装置进行通信。例如，在执行这些程序和通过I/O电路708通信期间，控制器705可以控制输出（例如，连接到不同毂和压延单元740的致动器）。存储器706还可以包括用于控制层压转移系统700的各种操作设置。例如，设置可以包括连接到毂的致动器的速度设置。

总结来说，本公开内容提供了一种使用在柔性支撑层上形成的种晶层作为用于转移到接收基板的释放层的转移锂金属层的方法。使用种晶层提供了对将锂金属层与柔性支撑层分离所需的释放层的厚度、化学性质、质量和释放压力的控制。在将锂金属层与柔性支撑层分离后，种晶层的至少一部分也被转移到接收基板，以充当用于转移到接收基板的锂金属层的表面钝化层。因此，使用种晶层可以提供一种简单、有效且可控的方法，用于实现用于形成阳极膜叠层或预锂化的高性能锂转移工艺。所形成的阳极膜叠层可以充当能量存储装置的阳极结构。除了还充当转移的锂金属层的表面钝化层之外，本文描述的种晶层可以被配置和设计成使所形成的阳极结构与隔板界面之间的阻抗保持为低，诸如小于约200欧姆/cm²。也可以针对成本效益和柔性支撑层的化学性质和/或锂金属层旨在与其一起使用的特定电池化学性质和其应用来定制和选择种晶层的材料。

尽管以上内容是针对本公开内容的实现方式，但可在不偏离本公开内容的基本范围的情况下设计本公开内容的其他和进一步的实现方式，并且本公开内容的范围由所附权利要求书确定。

Claims (20)

1.一种用于转移锂金属层的方法，所述方法包括：

在柔性支撑层上形成种晶层；

在所述种晶层上沉积锂金属层；

将所述锂金属层层压到柔性接收基板上；和

将所述锂金属层与所述柔性支撑层分离，以将所述锂金属层转移到所述接收基板上，其中所述种晶层的至少一部分与所述锂金属层一起转移到所述接收基板，以为所述锂金属层提供钝化。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述种晶层通过溅射、反应溅射、蒸发、PVD、CVD、PECVD或其他气相沉积工艺形成于所述柔性支撑层上。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述种晶层和所述锂金属层都在不破坏真空的情况下形成于真空环境中。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述柔性支撑层包括聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)、聚酰亚胺(PI)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、三乙酸纤维素(TAC)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚碳酸酯(PC)、其多层或其组合。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述种晶层包括LiF、Li₂CO₃、Ag、Bi、Sn、Ag+LiF、Bi+LiF、Sn+LiF、AgF、CxFy或其组合。

6.如权利要求1所述的方法，其中所述种晶层的厚度在约1 nm与约5,000 nm之间。

7.如权利要求1所述的方法，其中转移到所述接收基板的所述种晶层所述部分充当所述锂金属层的表面钝化层。

8.如权利要求1所述的方法，其中转移所述锂金属层包括施加约0.3克力/cm2与约16克力/cm2之间的释放压力，以将所述柔性支撑层与所述锂金属层分离。

9.如权利要求1所述的方法，其中所述种晶层包括多个子层，且从所述柔性支撑层转移所述锂金属层包括分离所述种晶层的所述子层。

10.如权利要求1所述的方法，其中所述接收基板包括由铝(Al)、铜(Cu)、锌(Zn)、镍(Ni)、钴(Co)、锰(Mn)、铬(Cr)、不锈钢、包覆材料、其合金或其组合制成的一个或多个集电器。

11.一种用于形成能量存储装置的膜叠层的方法，所述方法包括：

在真空环境中设置柔性支撑层；

在所述柔性支撑层上方形成种晶层，所述种晶层包括LiF、Li₂CO₃、Ag、Bi、Sn、Ag+LiF、Bi+LiF、Sn+LiF、AgF、CxFy或其组合；

在所述种晶层上沉积锂金属层，所述种晶层用于将所述锂金属层从所述柔性支撑层中释放；

将所述锂金属层层压到柔性接收基板，所述柔性接收基板包括由铝(Al)、铜(Cu)、锌(Zn)、镍(Ni)、钴(Co)、锰(Mn)、铬(Cr)、不锈钢、包覆材料、其合金或其组合制成的一个或多个集电器；和

将所述锂金属层从所述柔性支撑层转移到所述柔性接收基板以形成所述膜叠层，其中所述种晶层的至少一部分与所述锂金属层一起转移到所述柔性接收基板。

12.如权利要求11所述的方法，其中所述柔性支撑层包括聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)、聚酰亚胺(PI)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、三乙酸纤维素(TAC)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚碳酸酯(PC)、其多层或其组合。

13.如权利要求11所述的方法，其中所述种晶层的厚度在约1 nm与约5,000 nm之间。

14.如权利要求11所述的方法，所述方法进一步包括在将所述锂金属层层压到所述柔性接收基板之前，将所述锂层和所述种晶层预热至约30摄氏度与约200摄氏度之间的温度。

15.一种用于能量存储装置的膜叠层，所述膜叠层包括：

柔性接收基板；

锂金属层，设置在所述柔性接收基板上；和

种晶层，设置在所述锂金属层的至少一部分上方，所述种晶层用于为设置在所述种晶层与所述柔性接收基板之间的所述锂金属层的所述部分提供钝化，其中所述锂金属层和所述种晶层从柔性支撑层转移到所述柔性接收基板，所述种晶层充当释放层，用于将所述锂金属层与所述柔性支撑层分离。

16.如权利要求20所述的膜叠层，其中所述种晶层包括LiF、Li₂CO₃、Ag、Bi、Sn、Ag+LiF、Bi+LiF、Sn+LiF、AgF、CxFy或其组合。

17.如权利要求15所述的膜叠层，其中所述种晶层的厚度在约1 nm与约5,000 nm之间。

18.如权利要求15所述的膜叠层，其中所述种晶层充当所述锂金属层的表面钝化层。

19.如权利要求15所述的膜叠层，其中所述膜叠层的阻抗小于约200欧姆/cm2。

20.如权利要求15所述的膜叠层，其中所述柔性接收基板包括由铝(Al)、铜(Cu)、锌(Zn)、镍(Ni)、钴(Co)、锰(Mn)、铬(Cr)、不锈钢、包覆材料、其合金或其组合制成的一个或多个集电器。