电极表面的预处理及后处理的制作方法

本公开内容大体而言涉及能量储存设备及用于制造在能量储存设备中使用的电极的方法。

背景技术：

1、在能量储存设备工业中，通常通过若干制造工艺制造能量储存设备。一些制造工艺可能产生颗粒，颗粒经常污染所处理的基板的表面。举例而言，一些工艺包括在非洁净室的环境中执行的大气工艺，随后是在真空环境中执行的工艺。非洁净室的工艺通常产生诸如灰尘的污染物，这些污染物对后续的真空工艺有不利影响。另外，基板或卷材上存在的静电荷可吸引额外的灰尘及微粒。这些污染物可影响电极的表面活化，使后续材料的结合困难。然而，移除诸如灰尘颗粒、剩余碳、有机污染颗粒或其他污染物的污染颗粒具有挑战性。

2、因此，需要从电极表面移除污染物的系统及方法。

技术实现思路

1、本公开内容大体而言涉及能量储存设备及用于制造在能量储存设备中使用的电极的方法。

2、在一个方面中，提供了一种形成电极结构的方法。该方法包括将电极结构暴露于表面处理工艺以活化电极结构的表面。该方法进一步包括在电极结构上形成锂金属膜。该表面处理工艺是从下述供体中选择的：电晕处理工艺、大气等离子体处理工艺、低能量等离子体处理工艺、在真空环境中进行的等离子体处理工艺或、上述工艺的组合。

3、实施方式可包括以下实施方式中的一者或多者。该表面处理工艺是电晕处理工艺。该电晕处理工艺包括产生离子化电晕放电等离子体。所产生的电晕放电等离子体包括带正电荷或带负电荷的等离子体。该表面处理工艺是大气等离子体处理工艺。该大气等离子体处理工艺是在大气压或接近大气压下执行的。大气等离子体处理工艺包括含有化学反应性物种及化学非反应性物种的等离子体源气体。化学反应性物种是从氧、氮、氢或上述的组合选择的。化学非反应性物种是从氩、氦或上述的组合选择的。等离子体源气体包括浓度为至少95％的化学非反应性物种以及浓度小于5％的化学反应性物种。化学反应性物种为氧，且化学非反应性物种为氩。化学反应性物种为氢，化学非反应性物种为氩。大气等离子体处理工艺包括使用rf频率电源产生大气压等离子体。rf频率电源是从约13.56mhz至约27mhz。表面处理工艺是在真空环境中执行的等离子体处理工艺。等离子体处理工艺包括将电极结构暴露于还原等离子体。还原等离子体由还原气体混合物形成，该还原气体混合物包含氨(nh3)、肼(n2h4)、氢(h2)、卤化氢、硫属化氢、原子氢、上述的自由基、上述的衍生物或上述的组合。还原气体混合物进一步包括一种或多种惰性气体。还原等离子体是远程形成的等离子体、电容耦合等离子体或电感耦合等离子体。等离子体处理工艺包括将电极结构暴露于氧化等离子体。氧化等离子体由氧化气体混合物形成，该氧化气体混合物包括氧(o2)、臭氧(o3)、氧化亚氮(n2o)、氟(f2)、氯(cl2)、一氧化碳(co)、水(h2o)、二氧化碳(co2)、上述的自由基、上述的衍生物或上述的组合。氧化气体混合物进一步包括一种或多种惰性气体。氧化等离子体是远程形成的等离子体、电容耦合等离子体或电感耦合等离子体。电极结构是复合阳极，其包含以下至少一者：碳、石墨、硅、氧化硅、含硅石墨、锂、锂金属箔或锂合金箔(例如锂铝合金)、镍、铜、银、锡、铟、硅、上述的氧化物、上述的复合物、上述的组合及粘合剂材料。电极结构进一步包含连续柔性基板。表面处理工艺是在卷对卷工具中执行的。将锂金属膜暴露于co2气体以形成钝化层。

4、在另一方面中，提供了一种形成电极结构的方法。该方法包括在大气环境中形成阳极材料。该方法进一步包括将阳极结构暴露于表面处理工艺以活化电极结构的表面。该方法进一步包括在真空环境中在电极结构上形成锂金属膜。该表面处理工艺是从以下工艺中选择的：电晕处理工艺、大气等离子体处理工艺、低能量等离子体处理工艺、在真空环境中进行的等离子体处理工艺或上述工艺的组合。电极结构进一步包含连续柔性基板。

5、实施方式可包括以下实施方式中的一者或多者。表面处理工艺是电晕处理工艺。电晕处理工艺包括产生离子化电晕放电等离子体。所产生的电晕放电等离子体包括带正荷或带负电荷的等离子体。表面处理工艺是大气等离子体处理工艺。大气等离子体处理工艺是在大气压或接近大气压下执行的。大气等离子体处理工艺包括包含化学反应性物种及化学非反应性物种的等离子体源气体。化学反应性物种是从氧、氮、氢或上述的组合选择的。化学非反应性物种是从氩、氦或上述的组合选择的。等离子体源气体包括浓度为至少95％的化学非反应性物种以及浓度小于5％的化学反应性物种。化学反应性物种为氧，且化学非反应性物种为氩。化学反应性物种为氢，且化学非反应性物种为氩。大气等离子体处理工艺包括使用rf频率电源产生大气压等离子体。rf频率电源是从约13.56mhz至约27mhz。表面处理工艺是在真空环境中执行的等离子体处理工艺。等离子体处理工艺包括将电极结构暴露于还原等离子体。还原等离子体由还原气体混合物形成，该还原气体混合物包含氨(nh3)、肼(n2h4)、氢(h2)、卤化氢、硫属化氢、原子氢、上述的自由基、上述的衍生物或上述的组合。还原气体混合物进一步包括一种或多种惰性气体。还原等离子体是远程形成的等离子体、电容耦合等离子体或电感耦合等离子体。等离子体处理工艺包括将电极结构暴露于氧化等离子体。氧化等离子体由氧化气体混合物形成，该氧化气体混合物包括氧(o2)、臭氧(o3)、氧化亚氮(n2o)、氟(f2)、氯(cl2)、一氧化碳(co)、水(h2o)、二氧化碳(co2)、上述的自由基、上述的衍生物或上述的组合。氧化气体混合物进一步包括一种或多种惰性气体。氧化等离子体是远程形成的等离子体、电容耦合等离子体或电感耦合等离子体。电极结构是复合阳极，其包含以下至少一者：碳、石墨、硅、氧化硅、含硅石墨、锂、锂金属箔或锂合金箔(例如锂铝合金)、镍、铜、银、锡、铟、硅、上述的氧化物、上述的复合物、上述的组合及粘合剂材料。电极结构进一步包含连续柔性基板。表面处理工艺是在卷对卷工具中执行的。将锂金属膜暴露于co2气体以形成钝化层。

6、在另一方面中，一种非暂时性计算机可读介质上储存有指令，当这些指令当由处理器执行时使工艺执行上述装置和/或方法的操作。

技术特征：

1.一种形成电极结构的方法，包含以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述表面处理工艺是所述电晕处理工艺，其中所述电晕处理工艺包含产生离子化电晕放电等离子体。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所产生的所述离子化电晕放电等离子体包含带正电荷或带负电荷的等离子体。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述表面处理工艺是所述大气等离子体处理工艺，其中所述大气等离子体处理工艺是在大气压或接近大气压下执行的。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述大气等离子体处理工艺包括等离子体源气体，所述等离子体源气体包含化学反应性物种及化学非反应性物种，其中：

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述等离子体源气体包含浓度为至少95％的所述化学非反应性物种以及浓度小于5％的所述化学反应性物种。

7.根据权利要求5所述的方法，其中所述化学反应性物种是氧、氮或氢，且所述化学非反应性物种是氩。

8.根据权利要求5所述的方法，其中所述大气等离子体处理工艺包含使用rf频率电源产生大气压等离子体，其中所述rf频率电源是从约13.56mhz至约27mhz。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述表面处理工艺是在真空环境中执行的所述等离子体处理工艺。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述等离子体处理工艺包括将所述电极结构暴露于还原等离子体。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述还原等离子体由还原气体混合物形成，所述还原气体混合物包含氨(nh3)、肼(n2h4)、氢(h2)、原子氢、卤化氢、硫属化氢、上述的自由基、上述的衍生物或上述的组合。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述还原气体混合物进一步包含一种或多种惰性气体，并且所述还原等离子体是远程形成的等离子体、电容耦合等离子体或电感耦合等离子体。

13.根据权利要求9所述的方法，其中所述等离子体处理工艺包括将所述电极结构暴露于氧化等离子体。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述氧化等离子体由氧化气体混合物形成，所述氧化气体混合物包含氧(o2)、臭氧(o3)、氧化亚氮(n2o)、氟(f2)、氯(cl2)、一氧化碳(co)、二氧化碳(co2)、水(h2o)、上述的自由基、上述的衍生物或上述的组合。

15.根据权利要求13所述的方法，其中所述氧化等离子体是远程形成的等离子体、电容耦合等离子体或电感耦合等离子体。

16.一种形成一电极结构的方法，包含以下步骤：

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述表面处理工艺是所述电晕处理工艺，其中所述电晕处理工艺包含产生离子化电晕放电等离子体。

18.根据权利要求16所述的方法，其中所述表面处理工艺是所述大气等离子体处理工艺，其中所述大气等离子体处理工艺是在大气压或接近大气压下执行的。

19.根据权利要求16所述的方法，其中所述表面处理工艺是在真空环境中执行的所述等离子体处理工艺。

20.一种非暂时性计算机可读介质，所述非暂时性计算机可读介质储存指令，当所述指令当由控制器执行时使计算机系统执行以下步骤：

技术总结
提供了制造用于能量储存设备中的电极的方法及装置。在一些实施方式中，活化电极的表面以用于(a)预处理工艺以从电极表面移除松散保持的颗粒；(b)预处理工艺以活化电极材料的表面来用于改善后续沉积的材料的键合或润湿；(c)预锂化层的后处理来用于改善与另外沉积的层(例如钝化层)的后续键合；和/或(d)预锂化层的后处理来用于改善/加速锂吸附到下层电极材料中。

技术研发人员：苏布拉曼亚·P·赫尔勒,G·K·戈帕拉克里希南·奈尔,丹尼尔·斯托克,山布·昆杜,叶芝莫兰·朗萨米
受保护的技术使用者：应用材料公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15