具有剥落的和纹理化的阴极层的可充电电池堆的制作方法

背景技术：

本申请涉及可再充电电池及其形成方法。更具体地，本申请涉及一种高性能可再充电电池堆及其形成方法，该高性能可再充电电池堆包括具有至少一个纹理化的表面的剥落(spalled)的阴极材料层。

可再充电电池是一种可以被充电、放电到负载中并再充电多次的电池，而不可充电电池(或所谓的一次电池)被完全充电地供应，并且一旦放电就被丢弃。可再充电电池被生产成多种多样的形状和尺寸，从纽扣电池到连接到稳定配电网络的兆瓦级系统。

可再充电电池起初比一次性电池花费更多，但是拥有更低的总成本和较小的环境的影响，因为可再充电电池在需要更换之前可以廉价地多次充电。某些类型的可再充电电池具有与一次性类型相同的尺寸和电压，并且可以与它们互换使用。尽管存在许多可再充电电池，但是仍需要提供具有高容量(即，容量为50mah/gm或更大)并且表现出高性能的可再充电电池。

技术实现要素：

通过形成可再充电电池堆，提供了大容量(即，容量为50mah/gm或更大)和高性能可再充电电池，该可再充电电池堆包括剥落材料结构，该剥落材料结构包括具有至少一个纹理化的表面的剥落阴极材料层和具有至少一个纹理化的表面的应力源层。剥落的阴极材料层可以包括单晶或多晶阴极材料。该剥落的阴极材料层通常没有聚合物粘合剂。应力源层用作可再充电电池堆的阴极集电器。剥落的阴极材料层的至少一个纹理化的表面在阴极和剥落的阴极材料层上方的电解质之间的电解质之间形成较大的界面区域。阴极和电解质之间的较大界面面积会降低可充电电池堆内的界面电阻

在本申请的一方面，提供了形成这种可再充电电池堆的方法。在一个实施例中，该方法可以包括提供具有第一纹理化的表面的阴极材料衬底。接下来，在阴极材料衬底的第一纹理化的表面上形成应力源层。然后执行剥落工艺以从阴极材料衬底去除剥落的阴极材料层。所述剥落的阴极材料层附接到应力源层，并且包括第一纹理化的表面和与第一纹理化的表面相对的第二纹理化的表面。

在另一个实施例中，该方法可以包括在阴极材料衬底的表面上提供应力源层，该应力源层和阴极材料衬底具有非纹理化的表面。接下来，将应力源层的物理暴露表面纹理化。然后执行剥落工艺以从阴极材料衬底上去除剥落的阴极材料层，其中该剥落的阴极材料层附接到应力源层并包括纹理化的表面。

在本申请的另一方面，提供了一种用于可再充电电池中的可再充电电池堆。在一个实施例中，可再充电电池堆包括阴极集电器，该阴极集电器由金属应力材料制成并且具有至少一个纹理化的表面。剥落的阴极材料层具有至少一个纹理化的表面并且位于阴极集电器上。电解质位于剥落的阴极材料层的至少一个纹理化的表面上。阳极位于电解质上。以及阳极集电器位于阳极上。

附图说明

图1是根据本申请的实施例可以采用的阴极材料衬底的示例性结构的截面图；

图2是在对阴极材料衬底的物理暴露表面进行构图以向阴极材料衬底提供纹理化的表面之后的图1的示例性结构的截面图；

图3是在阴极材料衬底的纹理化的表面上形成应力源层之后的图2的示例性结构的截面图；

图4是在执行剥落工艺之后的图3的示例性结构的截面图；

图5a是可再充电电池堆的截面图，其包括图4所示示例性结构的剥落的阴极材料层和应力源层；

图5b是另一可再充电电池堆的截面图，其包括图4所示示例性结构的剥落的阴极材料层和应力源层；

图6a是示例性结构的截面图，该结构从下至上包括可以在本申请的另一实施例中采用的阴极材料衬底和应力源层；

图6b是示例性结构的截面图，该结构从下至上包括可以在本申请的另一实施例中采用的阴极材料衬底、缓蚀剂层、粘附层和应力源层；

图7是在对应力源层的物理暴露表面进行构图以向应力源层提供纹理化的表面之后的的图6a的示例性结构的截面图；

图8是在执行剥落工艺之后的图7的示例性结构的截面图；

图9a是包括图8所示示例结构的剥落的阴极材料层和应力源层的可再充电电池堆的截面图；

图9b是包括图8所示示例性结构的剥落的阴极材料层和应力源层的另一可再充电电池堆的截面图。

具体实施方式

现在将通过参考以下讨论和本申请所附的附图来更详细地描述本申请。注意，提供本申请的附图仅出于说明性目的，因此，附图未按比例绘制。还应注意，相同和相应的元件由相同的附图标记指代。

在下面的描述中，阐述了许多具体细节，例如特定的结构、组件、材料、尺寸、处理步骤和技术，以便提供对本申请的各种实施例的理解。然而，本领域的普通技术人员将意识到，可以在没有这些具体细节的情况下实践本申请的各种实施例。在其他情况下，没有详细描述众所周知的结构或处理步骤，以避免使本申请难以理解。

将理解的是，当将作为层、区域或衬底的元件称为在另一元件“上”或“之上”时，其可以直接在另一元件上或也可以存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接在另一元件上”或“直接在另一元件之上”时，则不存在中间元件。还应当理解，当一个元件被称为在另一个元件“下”或“之下”时，它可以直接在另一个元件下或之下，或者可以存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接在另一个元件下”或“直接在另一个元件之下”时，则不存在中间元件。

首先参考图1，示出了根据本申请的实施例可以采用的阴极材料衬底10的示例性结构。在本申请的该实施例中，阴极材料衬底10在阴极材料衬底10的整个长度上具有均匀的厚度。此外，可以采用的阴极材料衬底10的最上表面和最下表面在整个阴极材料衬底10的长度上都是平面的。换言之，最初在本申请中使用的阴极材料衬底10具有无纹理的(即，平坦或平坦的)表面。术语“无纹理的表面”表示光滑、并且其表面粗糙度通过轮廓测量法测量的均方根小于100nm的表面。

可以在本申请的一个实施例中采用的阴极材料衬底10可以包括其断裂韧性小于随后描述的应力源材料的断裂韧性的可再充电电池的任何阴极材料。断裂韧性是描述包含裂纹的材料抵抗断裂的能力的性质。断裂韧性表示为kic。下标ic表示在垂直于裂纹的法向拉伸应力下的模式i裂纹开口，并且c表示它是临界值。模式i断裂韧性通常是最重要的值，因为剥落模式断裂通常发生在衬底中模式ii应力(剪切)为零、且加载条件下通常不存在模式iii应力(断裂)的位置。断裂韧性是定量的表达存在裂纹时材料对脆性断裂的抵抗力的方法。

在本申请的一个实施例中，提供阴极材料衬底10的阴极材料是锂化材料，例如锂基混合氧化物。可以用作阴极材料衬底10的基于锂的混合氧化物的实例包括但不限于锂钴氧化物(licoo2)、锂镍氧化物(linio2)、锂锰氧化物(limn2o4)、锂钴锰氧化物(licomno4)、锂镍锰钴氧化物(linixmnycozo2)、五氧化二钒锂(liv2o5)或磷酸铁锂(lifepo4)。在另一个实施例中，提供阴极材料衬底的阴极材料是未锂化的，并且可以是满足如上所述的脆性和韧性的剥落标准的任何固体阴极材料。

在一个实施例中，阴极材料衬底10是单晶阴极材料(即，其中整个样品的晶格是连续的并且不断裂到样品的边缘且没有晶界的阴极材料)。由单晶阴极材料构成的阴极材料衬底10可用于提供表现出快速阴极离子(例如，li离子)和电子传输的电池材料叠层的阴极材料层。在另一个实施例中，阴极材料衬底10是多晶阴极材料(即，由许多尺寸和取向变化的微晶组成的阴极材料)。通常，阴极材料衬底10没有任何聚合物粘合剂材料。不含聚合物粘合剂的阴极可以提供一种电池堆，该电池堆表现出稳定的运行而不会降低容量。

阴极材料衬底10的厚度可以大于100μm(微米)。其他厚度也可以用作阴极材料衬底10的厚度。

在本申请的一些实施例中，可以在进一步处理以从其去除表面氧化物和/或其他污染物之前清洁阴极材料衬底10的至少最上表面。在本申请的一个实施例中，通过施加溶剂例如丙酮和异丙醇来清洁阴极材料衬底10，该溶剂能够从阴极材料衬底10的最上表面去除污染物和/或表面氧化物。

在本申请的一些实施例中，可以在使用之前通过将阴极材料衬底10的最上表面浸入氢氟酸中，通过去除氧化物来使阴极材料衬底10的最上表面疏水化。疏水化或非氧化物性的表面在清洁后的表面和某些要沉积的应力源材料之间提供了改进的附着力。

现在参考图2，示出了在对阴极材料衬底10的物理暴露表面(例如，最上表面)构图(即，纹理化)以提供对阴极材料衬底的第一纹理化的表面ts1之后的图1的示例性结构；具有纹理化的表面的阴极材料衬底可以被称为纹理化的阴极材料衬底12。纹理化的阴极材料衬底12的表面粗糙度也可以通过轮廓仪测量在均方根从10nm均方根到50μm均方根的范围内。

在本申请的一些实施例中，可以通过在未纹理化的阴极材料衬底10的表面上形成多个蚀刻掩模(例如，金属、绝缘体或聚合物)来执行构图(即，纹理化)，使用多个掩模作为蚀刻掩模来蚀刻非纹理化的阴极材料衬底10，然后去除蚀刻掩模。在一些实施例中(并且如图所示)，纹理化的阴极材料衬底12的纹理化的表面ts1由多个金字塔构成。在又一个实施例(未示出)中，纹理化的阴极材料衬底12的纹理化的表面ts1由多个锥体组成。在一些实施例中，使用多个可以通过沉积金属材料层然后执行退火来形成的金属掩模。在退火期间，金属材料层熔化并成团，从而发生阴极材料衬底10的表面的去湿。可在2017年3月30日提交的共同待决和共同转让的美国专利申请序列号15/474,434中找到有关在金属表面纹理化中使用金属掩模的详细信息，其全部内容结合在此引用。

在本申请的另一个实施例中，可以利用磨削工艺来执行构图(即，纹理化)。

现在参考图3，示出了在纹理阴极材料衬底12的纹理表面ts1上形成应力源层14之后的图2的示例性结构。根据本申请的该实施例，应力源层14遵循纹理化的阴极材料衬底12的轮廓，因此应力源层14具有第一纹理化的表面ts3和与第一纹理化的表面ts3相对的第二纹理化的表面ts4。

可以在本申请中使用的应力源层14包括在剥落温度下在纹理化的阴极材料衬底12上处于拉伸应力下的任何阴极侧电极材料。这样，应力源层14在本文中也可以被称为应力诱导层。在剥落附着在阴极材料衬底的剥落部分上的应力源层14之后，将用作可再充电电池堆的阴极集电器(即，阴极侧电极)。根据本申请，应力源层14具有临界厚度和应力值，该临界厚度和应力值导致在纹理化的阴极材料衬底12内发生剥落模式断裂。“剥落模式断裂”是指在纹理化的阴极材料衬底12内形成裂纹，并且加载力的组合在低于应力源/衬底界面的深度处保持裂纹轨迹。临界条件是指对于给定的应力源材料和基础衬底材料组合，选择应力源层的厚度值和应力源值，以使剥落模式断裂成为可能(可以产生大于衬底的kic值的ki的值)。

选择应力源层14的厚度以在纹理化的阴极材料衬底12内提供所需的断裂深度。例如，如果应力源层14选择为镍(ni)，则断裂将发生在低于应力源层14大约是ni厚度的2至3倍。然后选择应力源层14的应力值以满足剥落模式断裂的临界条件。这可以通过将由t^*＝[(2.5x10⁶)(kic^3/2)]/σ²给出的经验公式求逆来估算，其中t^*是临界应力源层的厚度(以微米为单位)，kic是纹理化的阴极材料衬底12的断裂韧性(以mpa·m^1/2为单位)以及σ是应力源层的应力值(mpa或兆帕斯卡)。上面的表达式是一个指导，实际上，在应力或厚度值比上面的表达式所预测的值小20％时，可能会发生剥落。

当应用到纹理化的阴极材料衬底12时处于拉伸应力下并且因此可以用作应力源层14的阴极电极材料的说明性示例，包括但不限于钛(ti)、铂(pt)、镍(ni)、铝(al)或氮化钛(tin)。在一个示例中，应力源层14包括从底部到顶部的钛(ti)、铂(pt)和钛(ti)的堆。在一实施例中，应力源层14由ni构成。

在一个实施例中，可以在处于室温(15℃-40℃)的第一温度下形成在本公开中采用的应力源层14。可以利用本领域技术人员公知的沉积工艺来形成应力源层14，该沉积工艺包括例如物理气相沉积工艺(例如，溅射或蒸发)或电化学沉积工艺(例如，电镀或化学镀)。

在预设应用的一些实施例中，应力源层14的厚度为2μm至300μm。在本公开中也可以采用低于和/或高于上述厚度范围的应力源层14的其他厚度。

在本申请的一些实施例中，可以在形成应力源层14之前直接在阴极材料衬底上形成粘附层。在随后形成应力源层对提供阴极材料衬底的阴极材料的粘附性较差的实施例中采用粘附层。在一些实施例中(在该实施例中未示出)，可以在形成应力源层14之前，在阴极材料衬底(纹理化或非纹理化)上直接形成缓蚀剂层。在又一个实施例中(在该实施例中未示出，但是在图6b中示出)，在形成应力源层14之前，直接在阴极材料衬底12从底部到顶部形成缓蚀剂层和粘附层的材料堆。

粘附层和缓蚀剂层中的每个遵循下面的阴极材料的轮廓。例如，如果阴极材料衬底具有纹理，如图2所示，则粘附层和缓蚀剂层均具有纹理化的第一表面和第二表面。如果阴极材料衬底没有纹理化，如图6b所示，粘附层和缓蚀剂层均具有平坦的表面。

可以在本申请的一些实施例中使用的粘附层包括任何金属粘附材料，例如包括但不限于钛(ti)、钽(ta)、氮化钛(tin)、氮化钽(tan)或其任意组合。粘附层可以包括单层，或者可以包括多层结构，该多层结构包括至少两层不同的金属粘附材料。

可以在本申请中使用的粘合层可以在室温(15℃-40℃，即288k至313k)或更高的温度下形成。在一个实施例中，可以在20℃(293k)至180℃(353k)的温度下形成粘附层。在另一个实施例中，可以在20℃(293k)至60℃(333k)的温度下形成粘合层。可以任选地使用的粘附层可以利用例如溅射或镀覆的沉积技术来形成。当采用溅射沉积时，溅射沉积过程可以进一步包括在沉积之前的原位溅射清洁过程。

当使用时，粘合层通常具有5nm至200nm的厚度，更典型地具有100nm至150nm的厚度。在本申请中也可以采用小于和/或大于上述厚度范围的用于粘附层的其他厚度。

缓蚀剂层包括对阴极集电器(即，应力源层)电势电化学稳定的任何金属或金属合金。例如，当采用ni作为阴极集电器(即，应力源)材料时，缓蚀剂层可以由铝(al)构成。缓蚀剂层可以包括单层，或者它可以包括多层结构，该多层结构包含至少两层腐蚀抑制剂材料。

缓蚀剂层的厚度可以为2nm至400nm；尽管也可以采用小于或大于上述厚度范围的其他厚度。可以通过包括例如化学气相沉积(cvd)、等离子体增强化学气相沉积(pecvd)、原子层沉积(ald)或包括蒸发和/或溅射的物理气相沉积(pvd)技术的沉积工艺来形成缓蚀剂层。缓蚀剂层可以在粘合层的上述温度范围内形成。

根据本申请，粘附层和/或缓蚀剂层是在不引起在阴极材料衬底(纹理化或非纹理化)内发生自发剥落的温度下形成的。“自发”是指发生了从衬底上去除薄材料层而无需采用任何手动手段来引发裂纹形成和扩展以使薄材料层与基础衬底分离的情况。“手动”是指裂纹的形成和扩展对于将薄材料层从衬底上分离开是显著的。

在一些实施例中(在该实施例中未示出，但是在图7中示出)，可以在剥落之前将处理衬底附着到应力源层的物理暴露的表面。处理衬底可包括具有最小曲率半径的任何柔性材料，该最小曲率半径通常小于30cm。可用作处理衬底的柔性材料的说明性示例包括聚合物带、金属箔或聚酰亚胺箔。在处理阴极材料衬底的剥落部分时，处理衬底可用于提供更好的断裂控制和更多的用途。此外，处理衬底可用于引导剥落期间的裂纹扩展。处理衬底通常但非必须在室温(15℃至40℃)的第一温度下形成。

典型地，处理衬底的厚度为1μm至几毫米，更典型地，厚度为70μm至120μm。在本公开中也可以采用小于和/或大于上述厚度范围的用于处理衬底的其他厚度。在一些实施例中，可以使用粘合材料将处理衬底用于附着到应力源层的物理暴露表面上。

现在参考图4，示出了在执行自发性剥落过程(以下仅称为“剥落：”)之后的图3的示例性结构。剥落是一种可控且可缩放的表面层去除工艺，其中无需利用蚀刻工艺或机械手段即可从基础衬底上去除材料薄层。剥落过程将原始的纹理化的表面转移到从基础衬底上移除的材料的剥落表面中。所谓薄，是指去除的层的厚度通常小于200μm。在一些实施例中，本申请的剥落的阴极材料层可具有大于5μm且小于50μm的厚度。在其他实施例中，本申请的剥落的阴极材料层可以具有大于5μm且小于100μm的厚度。在一些实施例中，剥落的阴极材料层的厚度可以小于5μm。在一些实施例中，可以通过将处理衬底从包括阴极材料衬底和应力源层的结构上拉开来辅助本申请的受控剥落过程。

在本申请中，剥落工艺从阴极材料衬底去除了一部分阴极材料。仍附着在应力源层上的阴极材料的去除部分在本文中称为剥落的阴极材料层。剥落的阴极材料层包含至少一个纹理化的表面。不再附着到应力源层的纹理化的阴极材料衬底12的其余部分在本文中称为阴极材料衬底部分。阴极材料衬底部分可以在其他应用中重复使用。剥落的阴极材料层和附接的应力源层(可选地，粘附层和/或可选的缓蚀剂层)在本文中可以被称为剥落的材料层结构。

在图4所示的实施例中，剥落的阴极材料层被指定为元件12l，而其余的阴极材料衬底部分被指定为元件12p。在图4所示的实施例中，剥落的阴极材料层12l具有第一纹理化的表面ts1和与第一纹理化的表面ts1相对的第二纹理化的表面ts2，阴极材料衬底部分12p也具有带纹理的最上表面。在该实施例中，剥落材料层结构包括：包含纹理化的表面ts1和ts2的剥落的阴极材料层12l；以及包含纹理化的表面ts3和ts4的应力源层14。在本申请的该实施例中，剥落的阴极材料层12l和应力源层14之间的界面是有纹理的。

剥落可在室温或小于室温的温度下引发。在一个实施例中，在室温(即20℃至40℃)下进行剥落。在另一个实施例中，剥落在小于20℃的温度下进行。在另一个实施例中，剥落在77k或更低的温度下发生。在又一个实施例中，剥落在小于206k的温度下发生。在又一个实施例中，剥落在175k至130k的温度下发生。当使用小于室温的温度时，小于室温剥落过程可以通过使用任何冷却手段将结构冷却到室温以下来实现。例如，可以通过将结构放置在液氮浴、液氦浴、冰浴、干冰浴、超临界流体浴或任何低温环境的液体或气体中来实现冷却。

当在低于室温的温度下执行剥落操作时，通过允许该剥落的结构在室温下静置以使其缓慢升温至室温，从而使其恢复到室温。或者，可以使用任何加热手段将剥落的结构加热到室温。在剥落之后，可以从剥落的材料层结构中去除处理衬底。可以使用本领域技术人员众所周知的常规技术从剥落的材料层结构中去除处理衬底。例如，可以使用紫外线或热处理来去除处理衬底。

现在参照图5a和5b，示出了包括图4所示的剥落材料结构(12l/14)的各种可再充电电池堆。值得注意的是，图5a所示的可再充电电池堆包括具有纹理化的第一表面和第二表面(ts3和ts4)作为阴极集电器(即阴极侧电极)的应力源层14，具有纹理化的第一和第二表面(ts1和ts2)的剥落阴极材料层12l，电解质的第一区域16a，隔板18，电解质的第二区域16b，阳极20和阳极集电器22(即，阳极侧电极)。图5b中所示的可再充电电池堆与图5a中所示的类似，不同之处在于在图5b中所示的可充电电池中存在单个电解质区域16以及未使用分隔器。如图5a和5b所示，与剥落的阴极材料层12l形成界面的电解质的最底表面遵循剥落的阴极材料层12l的纹理化的表面的轮廓。

在提供图5a-5b中所示的可再充电电池堆时，翻转图4中所示的剥落材料结构(12l，14)，使得应力源层14位于剥落的阴极材料层12l的下方，然后可再充电电池堆的其他部件在剥落的阴极材料层12l上方一个接一个地形成。

可以在本申请中使用的电解质可以包括可以在可再充电电池中使用的任何常规电解质。电解质可以是液体电解质、固态电解质或凝胶型电解质。在一些实施例中，固态电解质可以是基于聚合物的材料或无机材料。在其他实施例中，电解质是包括能够传导锂离子的材料的固态电解质。这样的材料可以是电绝缘的或离子导电的。可以用作固态电解质的材料的示例包括但不限于氮氧化锂磷(lipon)或磷硅酸氮氧化锂(lisipon)。

在其中采用固态电解质层的实施例中，可以利用诸如溅射、溶液沉积或镀覆的沉积工艺来形成固态电解质。在一实施例中，固态电解质是利用任何常规的前驱体源材料通过溅射形成的。可以在至少含氮的环境中进行溅射。可以使用的含氮环境的例子包括但不限于n2、nh3、nh4、no或nhx，其中x在0和1之间。也可以使用上述含氮环境的混合物。在一些实施例中，纯净的，即未稀释的含氮环境被使用。在其他实施例中，可用惰性气体如氦气(he)、氖气(ne)、氩气(ar)及其混合物稀释含氮环境。在所用的含氮环境中，氮(n2)的含量典型地为10％至100％，在环境中，氮含量更典型地为50％至100％。

在使用液体电解质的情况下使用的隔板18可以包括柔性多孔材料、凝胶或由纤维素、玻璃纸、聚乙酸乙烯酯(pva)、pva/纤维素共混物、聚乙烯(pe)、聚丙烯(pp)或pe和pp的混合物组成的片中的一种或多种。隔板18也可以由无机绝缘纳米/微粒构成。

阳极20可以包括可再充电电池中发现的任何常规阳极材料。在一些实施例中，阳极20由锂金属、锂基合金(例如，lixsi)或锂基混合氧化物(例如，锂钛氧化物(li2tio3))构成。阳极20也可以由si、石墨或非晶碳构成。

在一些实施例中，在执行充电/再充电过程之前形成阳极20。在这样的实施例中，可以利用诸如化学气相沉积(cvd)、等离子体增强化学气相沉积(pecvd)、蒸发、溅射或镀覆之类的沉积工艺来形成阳极20。在一些实施例中，阳极20是在充电/再充电过程中形成的锂累积区域。阳极20可具有20nm至200μm的厚度。

阳极集电器22(即，阳极侧电极)可以包括任何金属电极材料，例如，钛(ti)、铂(pt)、镍(ni)、铜(cu)或氮化钛(锡)。在一个示例中，阳极集电器22从底部到顶部包括镍(ni)和铜(cu)的堆。在一个实施例中，提供阳极集电器22的金属电极材料可以与提供阴极集电器(即，应力源层14)的金属电极材料相同。在另一个实施例中，提供阳极集电器22的金属电极材料可以与提供阴极集电器的金属电极材料不同。可以利用诸如化学气相沉积、溅射或镀覆之类的沉积工艺来形成阳极集电器22。阳极集电器22的厚度可以为100nm至200μm。

现在参照图6a-6b，示出了可用于提供可用于提供可再充电电池堆的剥落材料结构的其他示例性结构。值得注意的是，图6a示出了从底部到顶部包括阴极材料衬底10和应力源层14的示例性结构，而图6b示出了从底部到顶部包括阴极材料衬底10、粘附力层30、缓蚀剂层32和应力源层14的示例性结构。

在图6a-6b所示的示例性结构中，在形成应力源层14之前不对阴极材料衬底10进行纹理化。相反，阴极材料衬底10是非纹理化的，并且具有平坦的表面。图6a至图6b所示的应力源层14以及图6b的粘附层30和缓蚀剂层32也具有平坦的表面。

本申请的图6a至图6b的实施例的阴极材料衬底10、应力源层14、粘附层30和缓蚀剂层32在上面关于本申请的图1-4所示的实施例已经描述。

现在参考图7，其示出了在构图(即，纹理化)应力源层14的物理暴露(即，最顶部)表面以向应力源层14提供纹理化的表面ts1之后的图6a的示例性结构。纹理化的应力源层14的表面粗糙度通过轮廓测定法进行测量也可以在100nm均方根至100μm均方根的范围内。尽管针对图6a所示的示例性结构示出了应力源层14的构图，但是也可以执行针对图6b所示的示例性结构示出的应力源层14的构图。

在本申请的一些实施例中，可以通过在非纹理化的应力源层14的表面上形成多个蚀刻掩模(例如，金属、绝缘体或聚合物)来执行构图(即，纹理化)。利用多个掩模作为蚀刻掩模蚀刻非纹理化的应力源层14，然后去除蚀刻掩模。在一些实施例中(并且如图中所示)，纹理化的应力源层14的纹理化的表面ts1由多个金字塔构成。在又一个实施例(未示出)中，纹理化的应力源层14的纹理化的表面ts1由多个锥体组成。在一些实施例中，使用多个可以通过沉积金属材料层然后执行退火来形成的金属掩模。在退火期间，金属材料层熔化并且成团，使得应力源层14的表面发生去湿。可在2017年3月30日提交的共同待决和共同转让的美国专利申请序列号15/474,434中找到有关在金属表面纹理化中使用金属掩模的详细信息，其全部内容结合在此引用。

在本申请的另一实施例中，可以利用磨削工艺来执行构图(即，纹理化)。

在一些实施例中，并且如图7所示，可以在剥落之前将如上所述的处理衬底34连接到应力源层14。

现在参考图8，示出了在执行自发剥落过程之后的图7的示例性结构。如上定义执行剥落。

在图8所示的实施例中，剥落的阴极材料层被指定为元件12l，而其余的阴极材料衬底部分被指定为元件12p。在图8所示的实施例中，剥落的阴极材料层12l具有带纹理的表面ts2；阴极材料衬底部分还具有纹理化的表面t3。在该实施例中，剥落材料层结构包括：包含纹理化的表面ts2的剥落的阴极材料层12l，以及包含纹理化的表面ts1的应力源层14。在本申请的该实施例中，剥落的阴极材料层12l和应力源层14之间的界面是平坦的(即，无纹理的)。

在剥落之后，并且如上所述，可以从剥落的材料结构中去除处理衬底34。

现在参考图9a和9b，示出了包括图8所示的剥落材料结构(12l/14)的各种可再充电电池堆。值得注意的是，图9a所示的可再充电电池堆包括具有纹理化的最底表面ts1的应力源层14，作为阴极集电器(即，阴极侧电极)，具有纹理化的最上表面ts2、电解质的第一区域16a、隔板18、电解质的第二区域16b，阳极20以及阳极集电器22(即，阳极侧电极)的剥落的阴极材料层12l。图9b中所示的可再充电电池堆与图9a中所示的类似，除了在图9b所示的可充电电池中存在单个的电解质区域16以及未使用分隔器之外。在提供图9a和9b所示的可再充电电池组中使用的所示电解质，隔板18，阳极20和阳极集电器22(即阳极侧电极)与在提供所示的可再充电电池组中所定义的相同。在图6a和6b中。如本申请的先前实施例那样，形成剥落的阴极材料层12l并与剥落的阴极材料层12l交界的电解质的最底表面遵循剥落的阴极材料层12l的纹理化的表面的轮廓。

在提供图9a-9b中所示的可再充电电池堆时，翻转图8中所示的剥落材料结构(12l/14)，使得应力源层14位于剥落阴极材料层12l下方，然后可再充电电池堆的其他部件利用上面提到的技术和材料在剥落的阴极材料层12l上方一个在另一个之上地形成从而提供了图5a-5b所示的可再充电电池组。

注意，本申请的可再充电电池堆，例如，如图所示。图5a，5b，9a和9b显示出如上所述的高容量和高性能。而且，由于存在于剥落的阴极材料层中的纹理，本申请的可再充电电池堆具有减小的界面电阻。值得注意的是，在剥落的阴极材料层和电极之间提供大的面积。

尽管已经相对于其优选实施例具体示出并描述了本申请，但是本领域技术人员将理解，可以在形式和细节上进行前述和其他改变，而不脱离本申请的的精神和范围。因此，意图是本申请不限于所描述和示出的确切形式和细节，而是落入所附权利要求的范围内。