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JP2023507160A - リチウム金属電極 - Google Patents

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Abstract

リチウム金属電極、モジュール式リチウム蒸着システム、および関連する物品と方法が概して説明されている。【選択図】図２０

Description

（関連出願）
本出願は、米国特許法第１１９（ｅ）条の下で、２０１９年１２月２０日に出願され、発明の名称「Lithium Metal Electrodes」の米国仮出願第６２／９５２，２０６号、２０１９年１２月２０日に出願され、発明の名称「Lithium Metal Electrodes and Methods」の米国仮出願第６２／９５２，１９７号、および２０１９年１２月２０日に出願され、発明の名称「Systems and Methods for Fabricating Lithium Metal Electrodes」の米国仮出願第６２／９５２，２０４号に基づく優先権を主張し、それぞれ参照によりその全体が本明細書中に援用される。
本開示は、一般に、リチウム金属電極、モジュール式リチウム蒸着システム、並びに関連する物品および方法に関するものである。
リチウム金属電極は、高いエネルギー密度を有するため、リチウム電池に使用することが望ましい。しかし、リチウム金属電極は、電気化学的なセルの製造およびサイクルの間に望ましくない反応を受けやすいことが多い。従って、改良されたリチウム金属電極、モジュール式リチウム蒸着システム、および関連する物品と方法が必要とされている。
本開示は、一般に、リチウム金属電極、モジュール式リチウム蒸着システム、並びに関連する物品および方法に関するものである。本明細書に開示される主題は、場合によっては、相互に関連する製品、特定の問題に対する代替的な解決策、並びに／もしくは１つ以上のシステムおよび／または物品の複数の異なる用途を含む。
いくつかの実施形態では、電気化学セルに組み込むための物品が提供される。電気化学セルに組み込むための物品は、リチウム金属を含む層およびリチウム金属を含む層に配置されたパッシベーション層を備える。パッシベーション層は、ホウ素、リン、アンチモン、セレン、テルル、水素、および／またはハロゲンを含む。
いくつかの実施形態では、電気化学セルに組み込むための物品は、リチウム金属を含む層およびリチウム金属を含む層に配置されたパッシベーション層を備える。パッシベーション層は、０．５以上５以下のアスペクト比を有する複数の柱状構造体を含む。
いくつかの実施形態では、電気化学セルに組み込むための物品は、リチウム金属を含む電気活性層を備える。上記層は多孔質である。上記層は、ホウ素、リン、アンチモン、セレン、テルル、水素、および／またはハロゲンを更に含む。
いくつかの実施形態では、方法が提供される。上記方法は、リチウム金属を含む層をガスに暴露して、その上に配置されたパッシベーション層を形成することを含む。上記ガスは、ホウ素、リン、アンチモン、セレン、テルル、水素、および／またはハロゲンを含有する化学種を含む。
いくつかの実施形態では、方法は、リチウム金属を含む層をガスに暴露して、その上に配置されたパッシベーション層を形成することを含む。パッシベーション層は、０．５以上１以下のアスペクト比を有する複数の柱状構造体を含む。
いくつかの実施形態では、方法は、複数のガスから電気活性層を蒸着させることを含む。電気活性層は多孔質であり、複数のガスはリチウムを含み、複数のガスは、ホウ素、リン、アンチモン、セレン、テルル、水素、および／またはハロゲンを含有する化学種を含む。
いくつかの実施形態では、方法は、リチウムおよび／またはその反応生成物を含む層を、モジュール式リチウム蒸着システムの第１のモジュールの基板の第１の部分に蒸着することを含む。リチウム金属および／またはその反応生成物を含む層を、ガスから蒸着し、第２のモジュールにおける基板の第２の部分は、ガスに暴露せず、モジュール式リチウム蒸着システムは、リチウム金属供給源と、第１のモジュールおよび第２のモジュールを通過するロール・ツー・ロール・ハンドリングシステムを更に備える。
いくつかの実施形態では、方法は、第１のリチウム金属供給源から基板上にリチウムを含む層を蒸着させることと、リチウム金属を含む第１の層上に、第２のリチウム金属供給源からリチウム金属を蒸着させて、リチウム金属を含む最終層を形成することとを含む。第１のリチウム金属供給源は第１の容器に収容され、リチウム金属を含む最終層は、リチウム金属を含む第１の層よりもクロスウェブ方向における厚さの変動が小さく、第２のリチウム金属供給源は第２の容器に収容され、方法は真空チャンバを通過するロール・ツー・ロール・ハンドリングシステムを更に備えるモジュール式リチウム蒸着システム内に配置された真空チャンバ内で実行される。
いくつかの実施形態は、モジュール式リチウム蒸着システムに関する。いくつかの実施形態では、モジュール式リチウム蒸着システムは、第１のモジュールと、第２のモジュールと、リチウム供給源と、第１のモジュールおよび第２のモジュールを通過するロール・ツー・ロール・ハンドリングシステムと、を備える。第１のモジュールおよび第２のモジュールは、互いに流体連通するように可逆的に配置されるように構成される。
いくつかの実施形態では、モジュール式リチウム蒸着システムは、複数のモジュールと、リチウム供給源と、複数のモジュールを通過するロール・ツー・ロール・ハンドリングシステムと、を備える。ロール・ツー・ロール・ハンドリングシステムは、複数のモジュールを通して基板を移動させるように構成された複数のドラムを備え、複数のドラムの各ドラムは冷却システムと熱的に連通しており、冷却システムは、複数のドラム内の各ドラムを－３５℃以上６０℃以下の温度に維持するように構成される。
いくつかの実施形態では、モジュール式リチウム蒸着システムは、真空チャンバと、リチウム金属供給源と、真空チャンバを通過するロール・ツー・ロール・ハンドリングシステムとを備えている。リチウム金属供給源は容器に収容され、容器は、容器の１つ以上の壁内に配置された複数の冷却チャネルを含む冷却システムを備え、冷却チャネルは、容器の外面を５０℃以下および１５℃以上の温度に冷却するように構成される。
いくつかの実施形態では、モジュール式リチウム蒸着システムは、真空チャンバと、リチウム金属供給源と、真空チャンバを通過するロール・ツー・ロール・ハンドリングシステムと、を備える。リチウム金属供給源は、シャッターを含む容器に収容され、シャッターは、真空チャンバとリチウムを含む容器の内部とを互いに流体連通させるように可逆的に配置するように構成される。
いくつかの実施形態では、モジュール式リチウム蒸着システムは、複数のモジュールと、複数のリチウム金属供給源と、複数のワイヤ送り出しシステムと、複数のモジュールを通過するロール・ツー・ロール・ハンドリングシステムとを備える。複数のリチウム金属供給源は、加熱システムと熱的に連通している複数のルツボ内に配置される。各ワイヤ送り出しシステムは、リチウムを含むワイヤを複数のルツボのうちの１つに送り出すように構成される。
本発明の他の利点および新規な特徴は、添付の図と合わせて考慮すると、本発明の様々な非限定的な実施形態の以下の詳細な説明から明らかになる。本明細書と、参照により援用される文献とが、矛盾するおよび／または整合しない開示を含む場合、本明細書が支配的であるものとする。参照により援用される２つ以上の文献が、互いに関して矛盾するおよび／または整合しない開示を含む場合、より遅い発効日を有する文献が支配的であるものとする。
本発明の非限定的な実施形態は、概略的であり、一定の縮尺で示すことを意図されていない添付の図面を参照して一例として説明する。図面において、図示の同一またはほぼ同一の各構成要素は、通常、単一の数字で表される。明瞭にするために、必ずしもすべての構成要素は、すべての図においてラベル付け、また図は、当業者が本発明を理解できるようにする必要がない場合に示された本発明の各実施形態の全ての構成要素である。図面において：
いくつかの実施形態に従った、モジュール式リチウム蒸着システムの概略図である。 いくつかの実施形態に従った、２つのモジュールの間に配置されたコネクタを含むモジュール式リチウム蒸着システムの概略図である。 いくつかの実施形態に従った、ロール・ツー・ロール・ハンドリングシステムを備えるモジュール式リチウム蒸着システムの概略図である。 いくつかの実施形態に従った、２つのドラムを含むロール・ツー・ロール・ハンドリングシステムの概略図である。 いくつかの実施形態に従った、２つのローラによって基板を通過させるドラムの概略図である。 いくつかの実施形態に従った、ドラム、基板、および基板に近接して配置されたシールドの配置を示す概略図である。 いくつかの実施形態に従った、ドラム、基板、基板に近接して配置されたシールド、およびガスを導入するように構成された２つのポートの配置を示す概略図である。 いくつかの実施形態に従った、容器内に配置された供給源の概略図である。 いくつかの実施形態に従った、チャネルが配置された壁を含む冷却システムの概略図である。 いくつかの実施形態に従った、シャッターを含む供給源用容器の概略図である。 いくつかの実施形態に従った、同じタイプの３つの供給源を含むモジュールの概略図である。 いくつかの実施形態に従った、第１のドラムおよび第２のドラムが配置される真空チャンバを備えるモジュールの概略図である。 いくつかの実施形態に従った、複数の供給源を含む容器の概略図である。 いくつかの実施形態に従った、複数の供給源および加熱されたルツボの写真である。 いくつかの実施形態に従った、リチウム金属を含む層を含む物品の概略図である。 いくつかの実施形態に従った、リチウム金属を含む層の概略図である。 いくつかの実施形態に従った、リチウム金属を含む層、およびリチウム金属を含む層上に配置された層の両方を含む物品の概略図である。 いくつかの実施形態に従った、多孔質層の概略図である。 いくつかの実施形態に従った、複数の柱状構造体を含む層を備える物品の概略図である。 いくつかの実施形態に従った、複数の柱状構造体を含む層を備える物品の概略図である。 いくつかの実施形態に従った、色空間の概略図である。 いくつかの実施形態に従った、色空間の概略図である。 いくつかの実施形態に従った、リチウムを含む層の顕微鏡写真である。 いくつかの実施形態に従った、ＣＯ２への暴露後のリチウム金属を含む層の顕微鏡写真である。 いくつかの実施形態に従った、ＣＯ２への暴露後のリチウム金属を含む層の顕微鏡写真である。 いくつかの実施形態に従った、ＣＯ２への暴露後のリチウム金属を含む層の顕微鏡写真である。 いくつかの実施形態に従った、ＣＯ２への暴露後のリチウム金属を含む層の顕微鏡写真である。 いくつかの実施形態に従った、ＣＯ２への暴露後のリチウム金属を含む層の顕微鏡写真である。 いくつかの実施形態に従った、ＣＯ２への暴露後のリチウム金属を含む層の顕微鏡写真である。 いくつかの実施形態に従った、パッシベーション層の化学組成を示すプロットである。 いくつかの実施形態に従った、パッシベーション層の化学組成を示すプロットである。 いくつかの実施形態に従った、パッシベーション層の化学組成を示すプロットである。 いくつかの実施形態に従った、パッシベーション層の化学組成を示すプロットである。 いくつかの実施形態に従った、パッシベーション層の化学組成を示すプロットである。 いくつかの実施形態に従った、パッシベーション層の化学組成を示すプロットである。 いくつかの実施形態に従った、電気化学セルのサイクル数の関数としての放電容量を示すプロットである。 いくつかの実施形態に従った、電気化学セルのサイクル数の関数としての放電容量を示すプロットである。 いくつかの実施形態に従った、電気化学セルのサイクル数の関数としての放電容量を示すプロットである。 いくつかの実施形態に従った、ＣＯ２への暴露後のリチウム金属を含む層の顕微鏡写真である。 いくつかの実施形態に従った、ＣＯ２への暴露後のリチウム金属を含む層の顕微鏡写真である。 いくつかの実施形態に従った、ＣＯ２への暴露後のリチウム金属を含む層の顕微鏡写真である。 いくつかの実施形態に従った、ＣＯ２への暴露後のリチウム金属を含む層の顕微鏡写真である。 いくつかの実施形態に従った、ＣＯ２への暴露後のリチウム金属を含む層の顕微鏡写真である。 いくつかの実施形態に従った、ＣＯ２への暴露後のリチウム金属を含む層の顕微鏡写真である。 いくつかの実施形態に従った、ＳＯ２に暴露されたリチウム金属を含む層の顕微鏡写真である。 いくつかの実施形態に従った、ＳＯ２に暴露されたリチウム金属を含む層の顕微鏡写真である。 いくつかの実施形態に従った、ＣＯＳに暴露されたリチウム金属を含む層の顕微鏡写真である。 いくつかの実施形態に従った、ＣＯＳに暴露されたリチウム金属を含む層の顕微鏡写真である。 いくつかの実施形態に従った、ＳＦ６に暴露されたリチウム金属を含む層の顕微鏡写真である。 いくつかの実施形態に従った、アセチレンに暴露されたリチウム金属を含む層の顕微鏡写真である。 いくつかの実施形態に従った、ガス状リチウム金属およびガス状ＣＯ２から形成される層の顕微鏡写真である。 いくつかの実施形態に従った、ガス状リチウム金属およびガス状ＣＯ２から形成される層の顕微鏡写真である。 いくつかの実施形態に従った、ガス状リチウム金属およびガス状ＣＯ２から形成される層の顕微鏡写真である。 いくつかの実施形態に従った、ガス状リチウム金属およびガス状ＣＯ２から形成される層の顕微鏡写真である。 いくつかの実施形態に従った、アルゴンの存在下でガス状リチウム金属およびガス状ＣＯ２から形成された層の顕微鏡写真である。 いくつかの実施形態に従った、アルゴンの存在下でガス状リチウム金属およびガス状ＣＯ２から形成された層の顕微鏡写真である。 いくつかの実施形態に従った、アルゴンの存在下でガス状リチウム金属およびガス状ＣＯ２から形成された層の顕微鏡写真である。 いくつかの実施形態に従った、モジュール式リチウム蒸着システムの概略図である。 いくつかの実施形態に従った、モジュール式リチウム蒸着システムの概略図である。 いくつかの実施形態に従った、モジュール式リチウム蒸着システムの概略
リチウム金属を含む電気化学セルに組み込むための物品、そのような物品を形成および／または変更する方法、並びにモジュール式リチウム蒸着システムが一般に記載される。いくつかの実施形態において、本明細書中に記載される物品は、リチウム金属アノードとしておよび／またはリチウム金属アノードにおける使用に適している場合がある。同様に、本明細書中に記載される方法および／またはモジュール式リチウム蒸着システムは、リチウム金属アノードおよび／またはその構成要素を形成するのに適している場合がある。
本明細書中に記載されるいくつかのシステムは、望ましい方法で電気化学セルに組み込むための物品を形成するのに適している。いくつかの実施形態では、システムは、２つ以上のモジュールを備え、それらの各モジュールは、１つ以上の製造プロセスを実行することが可能であり、および／または構成されている。例として、システムは、基板（例えば、リチウム金属、リチウム金属を不動態化する化学種）上に材料を蒸着させることができるおよび／または構成された１または複数のモジュールを含んでもよい。別の例として、システムは、その中の物品に対して反応（例えば、その中に配置された物品に存在するリチウム金属に対する不動態化反応）を行うことができるおよび／または構成された１つ以上のモジュールを含んでいてもよい。モジュールは、互いに流体連通するように可逆的に配置されることが可能であり、および／または、そうでないように構成されることが可能であってよい。有利には、これは、別々の工程が、その間の相互汚染なしに別々のモジュールで実行されることを可能にし、単一の物品（または単一の物品の一部）が、システムを通じて異なるモジュールに搬送されること（例えば、その中で、異なる工程、および／またはその後の同一の工程が実行され得る）を可能にする両方があり得る。いくつかの実施形態において、モジュールシステムの１つ以上の特徴は、リチウム金属を蒸着させるのに有利であってもよい。そのような特徴は、以下で更に詳細に説明される。
いくつかの実施形態において、電気化学セルに組み込むための物品は、リチウム金属を含み、１つ以上の不動態化種を更に含む。不動態化種は、リチウム金属を不動態化し、それによってその反応性を低下させることができる。リチウム金属が不動態化されることが望ましいいくつかの時点がある。例として、先の製造プロセス中に蒸着されたリチウム金属をリチウム金属と反応性を有する化学種に暴露する１つ以上の更なる製造プロセスを受ける際に、リチウム金属が不動態化されることが望ましい場合がある。別の例として、いくつかの実施形態では、サイクル中の電気化学セル内に存在するとき、リチウム金属が不動態化されることが望ましい場合がある。不動態化されたリチウム金属は、望ましくは、これらのプロセス中に不動態化されていないリチウム金属よりも反応性が低く、より安定であってもよい。このため、化学反応によって失われるリチウム金属の量が少なく、他のすべての要因が同じであっても、不動態化リチウムを使用しない電気化学セルと比較して、より少ない量のリチウム金属を使用することが可能になる可能性がある。加えてまたは代替的に、不動態化リチウムの使用は、より低いレベルの非機能性種を含む電気化学セルの形成をもたらす可能性がある。
いくつかの実施形態は、電気化学セルに組み込むための物品を形成する方法、および／または本明細書中に記載のモジュール式蒸着システムを使用する方法に関する。そのような方法は、望ましいタイプおよび／または量の不動態化、不動態化種の配置、形態、および／または関心のある他の化学的および／または物理的特徴を有するリチウム金属を含む層の形成を有利にもたらすことができる。
図１は、モジュール式リチウム蒸着システムの非限定的な一例を示す。図１において、モジュール式リチウム蒸着システム１００は、第１のモジュール２００および第２のモジュール２５０を備える。いくつかの実施形態において、第１のモジュールおよび第２のモジュールは、互いに可逆的に流体連通するように配置されることが可能であり、および／または構成されてもよい。図２は、コネクタ３０２（例えば、コンダクタンスシ－ル；ゲ－トバルブなどのバルブ）が第１のおよび第２のモジュール２０２および２５２の間に配置され、これらのモジュールを互いに流体連通状態に可逆的に置くことができる、この特性を有するモジュール式リチウム蒸着システム１０２の一つの非制限的な例を示している。バルブ（または２つのモジュールを互いに流体連通状態にすることができるモジュール式リチウム蒸着システムの他の部分）は、電気化学セルに組み込むための物品が形成されている基板がモジュール間を通過できるように開放されてもよく、モジュールを互いに流体的に分離するように閉鎖されてもよい。
図１に例示的に示す実施形態のように、いくつかの実施形態では、モジュール式リチウム蒸着システムは、２つのモジュールから構成される。モジュール式リチウム蒸着システムが、３つのモジュール、４つのモジュール、または更に多くのモジュールから構成されることも可能である。このようなモジュールは、互いに同一である２つ以上のモジュールから構成されてもよく、および／または、互いに異なる２つ以上のモジュールから構成されてもよい。
様々な好適なモジュールが、本明細書中に記載されるモジュール式リチウム蒸着システムに含まれ得る。いくつかの実施形態では、モジュール式リチウム蒸着システムは、真空チャンバを構成する１つ以上のモジュールを備える。真空チャンバは、１ｍＴｏｒｒ以下の真空に不定期に保持できる容器であってよい。それは、真空チャンバの内部と真空チャンバの外部との間の比較的大きな圧力差（例えば、大気圧と１ｍＴｏｒｒとの差の圧力差）に耐えることができる材料および／または材料の組合せで形成されてもよい。同様に、真空チャンバの内部をその外部の環境からかなりの程度まで密閉できる（例えば、大気圧と真空チャンバ内部の圧力との間の圧力差を、数秒、数分、数時間、またはそれ以上の期間、ポンピングせずに、および／または最小限のポンピングで維持できるような）材料および／または材料の組み合わせで形成しても良い。真空チャンバは、剛性材料および／または材料の組み合わせ（例えば、上記圧力差にさらされたときに実質的に同じ形状を維持する材料および／または材料の組み合わせ）および／または変形可能材料および／または材料の組み合わせ（例えば、上記圧力差にさらされたときに実質的に同じ形状を維持しない材料および／または材料の組み合わせ）から作られてもよい。
いくつかの実施形態では、真空チャンバは、１つ以上の更なるシステム構成要素（例えば、モジュール内、別のモジュール内）を更に含み、および／またはそれと流体連通して配置されることが可能である。そのような真空チャンバは、真空への暴露以上を必要とする１つ以上のプロセスを真空チャンバ内で実行することが望ましいシステムにとって有利であってもよい。例えば、いくつかの実施形態では、真空チャンバは、基板上に蒸着される材料の供給源および／または基板および／またはその上に蒸着される材料と反応性を有する材料の供給源を更に含み、および／または流体連通して配置することが可能であってよい。真空チャンバは、減圧に保持されたときに、更なるシステム構成要素と流体連通するように配置することが可能であり、および／または構成されてもよい。これは、例えば、減圧下で真空チャンバ内に配置された基板上に材料を蒸着させること、および／または減圧下で真空チャンバ内に配置された材料に反応を実行することが望ましいプロセスにとって有利となり得る。
本明細書中に記載されるいくつかのモジュール式リチウム蒸着システムは、ロール・ツー・ロール方式で動作することが可能であり、および／または動作するように構成される。有利には、このような動作の態様は、モジュール式リチウム蒸着システムをより効率的な態様で使用することを可能にし得る。例として、いくつかの実施形態では、モジュール式リチウム蒸着システムのロール・ツー・ロール動作は、２つの（またはそれ以上の）異なるモジュールが、基板の２つの（またはそれ以上の）異なる部分に対して同時に２つの（またはそれ以上の）異なるプロセスを実行することを可能にする。これにより、同時に動作するモジュールに順次通過させることができるため、異なる基板を効率的に作製することができる場合がある。別の例として、いくつかの実施形態では、モジュール式リチウム蒸着システムのロール・ツー・ロール動作は、モジュールの外部環境への露出を最小限に抑えながら、単一のモジュールが基板の異なる部分に対してプロセスを順次実行することを可能にし得る。モジュールは、基板がその中を移動しているときにのみ、その外部の環境にさらされる必要がある場合があり、ロール・ツー・ロール・ハンドリングシステム全体が真空チャンバまたは他の望ましい環境内に配置されている実施形態では、このプロセスの間にモジュールがさらされる環境は、それが実行するように構成されているプロセスの間のその中の環境と比較的類似していてよい（例えば、真空環境であってもよく、リチウム金属と反応する化学種などの望ましくない地球大気の１以上の構成要素を欠いていてもよく、および／または少量だけ含んでいてもよい）。
図３は、ロール・ツー・ロール・ハンドリングシステムを含むモジュール式リチウム蒸着システムの一例を示す図である。図３において、ロール・ツー・ロール・ハンドリングシステム５０４は、第１のロール６０４と、第２のロール６５４と、第１のモジュールと第２のモジュールとの間に配置されたチャンバ７０４と、を備える。ロール・ツー・ロール・ハンドリングシステムは、第１のロールから基材を巻き戻し、システムを通して（例えば、モジュールを通して、モジュール間に配置された任意のチャンバを通して）搬送し、第２のロールに巻き付けることができる、および／または構成されてもよい。基板は、第１のロール上に配置された部分、モジュール式リチウム蒸着システムの１つ以上のモジュールに配置された部分、および第２のロール上に配置された部分を同時に構成できるように、十分に長くてもよい。従って、前述したように、基板の異なる部分は、異なる環境に配置されてもよく、および／またはその上で同時に実行される異なるプロセスを有していてもよい。いくつかの実施形態では、ロール・ツー・ロール・ハンドリングシステムのロールは、リチウム蒸着システムのモジュールの外部に配置されてもよい（例えば、図３に例示的に示されるように）。他の実施形態では、ロール・ツー・ロール・ハンドリングシステムの１つ以上のロールは、モジュールの内部に配置される。１つの例として、ロールは、真空チャンバの内部に位置決めされてもよい。いくつかの実施形態では、第１のロールは、第１のモジュールの内部に位置付けられ、第２のロールは、第２の異なるモジュールの内部に位置付けられる。
本明細書で使用されるように、ある構成要素が別の構成要素の「上に」または「隣接して」いると言及されるとき、それは構成要素の上に直接または隣接することができ、または介在する構成要素も存在することができる。別の構成要素上に「直接」、「直接隣接」または「接触」している構成要素は、介在する構成要素が存在しないことを意味する。
いくつかの実施形態では、ロール・ツー・ロール・ハンドリングシステムは、複数のドラムを更に備える。ロール・ツー・ロール・ハンドリングシステムは、基板がモジュール式リチウム蒸着システムを通って搬送される際にドラム上を通過させるように構成されてもよい。例えば、ドラムは、基板をモジュール式リチウム蒸着システムおよび／またはその中の複数のモジュールを通して移動させるように構成されてもよい。また、ロール・ツー・ロール・ハンドリングシステムが、（例えば、ドラムと組み合わせて、および／またはドラムの代わりに）モジュール式リチウム蒸着システムを通して基板を移動させるように構成されたローラを含むことも可能である。図４は、各モジュールに１つずつある２つのドラムを含むロール・ツー・ロール・ハンドリングシステムの非限定的な一例を示している。図４において、第１のチャンバ２０６はドラム８０６を含み、第２のチャンバ２５６はドラム８５６を含む。また、いくつかのモジュールは、ドラムおよび／またはローラを欠いていてもよく、いくつかのモジュールは、２つ以上のドラムおよび／または２つ以上のローラから構成されていてもよいことを理解されたい。図５は、基板９０８が２つのローラ１００８および１０５８によって渡されるドラム８０８の更なる実施例を示す。ローラおよび／またはドラムは、基板を前方および／または後方に移動させるために回転するように構成されてもよい。
ドラムの中には、冷却および／または加熱が可能であり、および／または加熱するように構成されているものがある。冷却または加熱されたドラムは、その上に配置された基板の任意の部分を冷却または加熱してもよい。これは、そうでなければその周囲環境によって、その上に配置されたおよび／またはその上に配置されるように構成された基板の部分にとって望ましくない温度まで加熱または冷却される環境に配置されたドラムにとって有利である場合がある。例えば、ドラムが配置されているモジュールの周囲環境は、そこで実行されているプロセスによって加熱されることがある。１つの例として、ガスから層が蒸着されるモジュールは、ガスによって加熱されても、および／またはガスを形成する化学種の固体の供給源によって加熱されてもよい。様々な理由から、基板がこの同じ温度まで加熱されることは望ましくない場合がある。例えば、基板をこの同じ温度に加熱すると、望ましくないことに、低融点を有する基板が溶融し、および／または熱的に不安定な基板が劣化し始める可能性がある。別の例として、冷却された基板上に層を形成するためにガスを凝縮することがより容易である場合があり、および／または冷却された基板は、望ましい形態を有するガスを含む層の形成を支援する場合がある。
ドラムの冷却および／または加熱は、ドラムと熱的に連通している冷却および／または加熱システムを使用することによって達成され得る。冷却および／または加熱システムは、ドラムから熱を除去するおよび／またはドラムに熱を供給するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、冷却および／または加熱システムは、ドラムを設定温度、設定温度の１℃以内、または設定温度から冷却および／または加熱システムと共に採用される温度センサの分解能以下だけ異なる範囲内に維持するように構成されてもよい。ドラムの冷却および／または加熱は、ドラムの１つ以上の表面にわたっておよび／またはドラムの１つ以上の壁を通して冷却および／または加熱された流体を循環させるシステムを含む、様々な適切なタイプの冷却システムによって達成され得る。いくつかの実施形態では、ドラムは、抵抗加熱を採用する加熱システムによって加熱される。冷却および／または加熱システムは、（例えば、冷却および／または加熱システムを設定温度および／または設定温度範囲内に維持するように構成されたフィードバックループの一部として）温度センサを更に含んでもよい。適切な温度センサの非限定的な例としては、熱電対およびＲＴＤセンサが挙げられる。モジュール式リチウム蒸着システムの各ドラムは、異なる冷却および／または加熱システムによって独立して冷却および／または加熱されてもよく、またはモジュール式リチウム蒸着システムの２つ以上の（または全ての）ドラムが、共通の冷却および／または加熱システムによって冷却および／または加熱されてもよい。同様に、モジュール式リチウム蒸着システム内の各ドラムは、異なる温度に冷却および／または加熱されてもよく、またはモジュール式リチウム蒸着システム内の２つ以上の（または全ての）ドラムは、共通の温度に冷却および／または加熱されてもよい。
いくつかの実施形態では、ドラム以外の１つ以上の特徴が、基板を所望の温度に維持することを支援し得る。１つの例として、基板は、基板よりも低い温度または高い温度にあるガスに暴露されることによって冷却および／または加熱されてもよい。例えば、基板の温度は、不活性ガスへの暴露によって変更することができる。不活性ガスは、基板上に配置された層を形成するために基板上で凝縮し得るガスなど、基板の温度より高い温度で提供されるガスと同時に提供されてもよい。基板に暴露されると、それに暴露された基板表面の温度よりも低い温度を有していてもよいし、それに暴露された基板表面の温度と同様またはそれよりも高い温度を有してもよい。前者の場合、不活性ガスが直接基板を冷却してもよい。後者の場合、不活性ガスは、それが提供されるガスを冷却し、そのガスへの暴露によって基板に生じる熱損傷を低減または除去することができる。冷却された不活性ガスなどの不活性ガスと別のガスの両方に基板を同時に暴露することは、本明細書中の他の箇所でより詳細に説明するように、他の利点を有する場合がある。
所望の温度での基板の維持を支援し得るモジュールの特徴の別の例として、いくつかの実施形態では、シールドが基板（および／またはドラムなどの基板が配置されるように構成された場所）に近接して配置される。いくつかの実施形態では、シールドは、基板または基板が配置されるように構成された場所（例えば、ドラム）と熱源（例えば、リチウム金属の供給源および／またはガスの供給源などの供給源を含む容器）との間に位置決めされてもよい。図６は、ドラム８１０、基板９１０、および基板９１０に近接して配置されたシールド１１１０の配置の１つの非限定的な実施形態を示す。シールドは、シールドと基板との間に位置する任意のガスの移動性を制限してもよく、および／またはこの位置において比較的一定の雰囲気を維持する傾向があってもよい。従って、シールドと基板との間の空間に導入される冷却されたガスは、かなりの期間、基板を冷却する役割を果たし、および／またはそこにより暖かい化学種が導入されるのをブロックすることができる。図７に示すように、いくつかの実施形態では、冷却されたガス（例えば、冷却された不活性ガス）は、１つ以上のポートによってこの空間に導入されてもよい。図７において、ポート１２１２および１２６２は、基板９１２とシールド１１１２との間に配置された空間１３１２に冷却ガス種を導入するように構成される。ポートは、冷却されたガスの供給源と流体連通していてもよく、冷却されたガスの供給源を基板とシールドとの間に配置された空間と流体連通するように可逆的に配置することが可能である場合がある。
また、シールドは、基板との間の空間に１つ以上の更なる化学種が導入されるように構成することも可能である。１つの例として、シールドは、本明細書中の他の箇所で更に詳細に説明するように、供給源に近接して、および／または供給源を含む容器のシャッターに近接して配置された開口部を有することができる。
いくつかの実施形態では、モジュール式リチウム蒸着システムは、その中の１つ以上のモジュールに導入されるように構成された１つ以上の材料の供給源を含んでいる。そのような供給源は、モジュールの１つ以上（例えば、真空チャンバ内）、モジュールの外部（例えば、真空チャンバのようなモジュールおよび／またはその要素と流体連通して、場合によっては可逆的に配置され得る場所）に配置されてもよく、および／または独自のモジュール（例えば、真空チャンバのような別のモジュールおよび／またはその要素と流体連通して、場合によっては可逆的に配置され得るモジュールに）を形成してもよい。いくつかの実施形態において、供給源は、容器（例えば、上記の１つ以上の場所に配置された容器）内に配置される。図８は、容器１５１４内に配置された供給源１４１４の１つの非限定的な実施形態を示している。
いくつかの供給源は、そこに蒸着された層に組み込まれるように構成され、および／またはモジュール内で反応を受け、そこに蒸着された層に組み込まれる反応生成物を形成するように構成された化学種を含んでいてもよい。そのような供給源の非限定的な例には、リチウム金属の供給源と、リチウム金属と反応性を有する化学種の供給源とが含まれる。前者の供給源は、リチウム金属および／またはその反応生成物を含む層（例えば、パッシベーション層）を形成するのに適していてもよく、後者の供給源は、リチウム金属上に配置された層および／またはリチウム金属の反応生成物を含む層（例えば、パッシベーション層）を形成するように構成されていてもよい。
いくつかの供給源は、そこに蒸着された層に組み込まれるように構成されていない材料、またはモジュール内で反応を受け、そこに蒸着された層に組み込まれる反応生成物を形成しないように構成された材料から構成されてもよい。例として、いくつかの供給源は、リチウム金属に不活性なガスおよび／または一般に不活性ガスとみなされるガス（例えば、アルゴン、ヘリウム、他の希ガス）の供給源であってもよい。そのようなガスは、１つ以上の他のタイプのガス（例えば、リチウムを含むガス、リチウムと反応性を有するガス）の相互作用を、互いにおよび／またはモジュールの１つ以上の構成要素と調節するように構成されてもよい。例えば、前述したように、いくつかの実施形態では、不活性ガスは、モジュールの１つ以上の部分の冷却を支援することができる。別の例として、不活性ガスは、基板上に蒸着された１つ以上の層の形態に影響を与える可能性がある。特定の理論に拘束されることを望むことなく、不活性ガスは、リチウムを含むガスおよび／またはリチウムと反応性を有する化学種を含むガスと相互作用して、これらのガスが多孔質層を形成する傾向を低減し、これらのガスがより緻密で結晶性の層を形成する傾向を強化することができると信じられている。この効果は、不活性ガスが、層を形成するために蒸着する関連ガスを冷却するのに十分な温度、例えばこれらのガスよりも低い温度で提供されるガスを有する場合に高められると考えられている。また、不活性ガスが、関連する層が蒸着している場所での局所圧力が、そのような層の形成を促進する性格を有するようにするのに十分な方法で存在するとき、この効果が高められると考えられる。
いくつかの供給源および／またはその容器は、加熱および／または冷却されるように構成されてもよい。供給源を加熱することは、供給源が、提供されたままではガスではないが（例えば、室温および圧力では固体または液体であり、それが導入されるモジュールの温度および圧力では固体または液体である）、ガスの形態でモジュールに導入することおよび／またはガスから基板に蒸着することが望ましい材料である場合に有利になり得る。供給源は、それが熱的に連通している加熱システムによって加熱されてもよい。加熱システムは、供給源が配置される容器および／または基板が配置される場所を抵抗加熱してもよい。いくつかの実施形態では、加熱システムは、設定温度（または設定温度から１℃以内、または設定温度から冷却および／または加熱システムと共に採用される温度センサの分解能以下だけ異なる範囲）で熱源を維持する方法で提供することによって、容器および／または場所を加熱してよい。また、本明細書中の他の箇所に記載されているように、いくつかのモジュールは、ガスとして提供される材料（例えば、室温および圧力でガスである材料、それが導入されるモジュールの温度および圧力でガスである材料）の一つ以上の供給源を含んでよいことを理解されたい。このような供給源は、ガスとして提供されない材料の供給源に加えて、またはその代わりに提供されてもよい。
供給源を冷却することは、モジュール式リチウム蒸着システムを高速で動作させることが望ましい場合、および／またはその連続使用間にかなり短い時間を有することが望ましい場合に有利であってもよい。供給源が高温にあるとき、供給源が配置されるモジュールおよび／またはその構成要素（例えば、真空チャンバ）の外部の環境など、供給源が配置されるその外部の環境に導入することが望ましくないガスを形成するために蒸発および／または昇華することがある。例えば、溶融リチウムは好ましくない反応性および／または好ましくない揮発性を有する場合があるので、溶融リチウムをモジュール外部の環境と流体連通するように配置することは好ましくない場合がある。従って、リチウムを含む供給源などの供給源を、それが最小限の蒸発および昇華を受ける温度まで急速に冷却する能力は、チャンバの１つに配置された供給源が加熱されるプロセスを実行した後にモジュールを互いに急速に流体連通状態に配置すること、および／またはそのプロセスの後にモジュールを大気と流体連通状態に配置することを可能にする場合がある。供給源は、その容器によって冷却されてもよい（例えば、その容器が冷却システムを備え、および／または冷却システムと熱的に連通している場合）。１つ以上のドラムを冷却するために採用され得る冷却システムと同様に、供給源のための容器を冷却するように構成および／または可能な冷却システムは、容器の１つ以上の部分（例えば、その１つ以上の外面、その１つ以上の内面）を設定温度または設定温度から１℃以内および／または設定温度から冷却システムおよび／または加熱システムに採用される温度センサの分解能以下によって異なる範囲内に維持するように構成されることができる。
いくつかのモジュール式リチウム蒸着システムは、その中の供給源に関連する別々の冷却および加熱システム（例えば、供給源を加熱するように構成された加熱システムおよび供給源を冷却するように構成された別々の冷却システムの両方）を構成してもよく、いくつかのモジュール式リチウム蒸着システムは、設定温度に供給源を維持するために共に作動することが可能および／または構成された加熱および冷却システムから構成してもよいと指摘される。
いくつかの実施形態において、供給源のための容器のための冷却システムは、１つ以上の壁に、および／または容器の１つ以上の表面にわたって配置された複数のチャネルを備える。冷却された流体が、これらのチャネルを通して流されてもよく（例えば、ポンプの助けを借りて、および／または場合によっては冷却器によって冷却されて）、これにより、容器、その１つ以上の外部および／または内部表面、および／またはそこに含まれる供給源を（例えば、その冷却された内部表面との接触によって）冷却することができる。適切な冷却流体の非限定的な例としては、冷却ガス（例えば、冷却アルゴン、冷却ヘリウム、および／または別の冷却希ガスなどの冷却不活性ガス）および冷却液体（例えば、冷却水）が挙げられる。いくつかの実施形態では、冷却された流体は、それがチャネルに提供される温度と供給源の温度との間に沸点を有しない流体であってもよい（例えば、冷却された流体は、ガスとして提供されてチャネルを流れた後にガスのままであってもよく、冷却された流体は、液体として提供されてチャネルを流れた後に液体のままであってもよい）。
図９は、チャネル１７１６が配置された壁１６１６を含む冷却システム１５１６の非限定的な１つの実施形態を示している。図９に示される容器のように、いくつかの容器は、その壁の全てにチャネルを構成してもよい。他の容器は、その壁の全てではなく、いくつかの中にチャネルを構成してもよい。例えば、いくつかの容器は、供給源が直接隣接する壁または壁においてのみチャネルを構成してもよい。同様に、各壁におけるチャネルの数、壁内のチャネルの位置決め、および図９に示される壁に対するチャネルの大きさは例示的であり、いくつかの実施形態は、図９に例示的に示される実施形態からこれらの（および／または他の）様式において変化し得ることを理解されたい。
供給源を収容するのに適したいくつかの容器は、それらを本明細書中に記載される特徴を有するリチウム金属供給源および／または他の供給源と共に使用するのに適したものにする１つ以上の特徴を有する。例えば、いくつかの実施形態では、容器は、室温と容器が加熱される典型的な温度との間の熱膨張係数が比較的低く、比較的高い硬度を有し、および／または比較的高い靭性を有する材料から形成される。鋼（またはスチール；steel）は、これらの特性を有する適切な材料の一例である。
別の例として、いくつかの実施形態では、容器は、供給源を、それが配置されている別のモジュールおよび／またはモジュールの別の構成要素と（例えば、開閉によって）流体連通状態に可逆的に配置することが可能および／または構成されているシャッターを含んでいる。モジュールは、真空チャンバと、真空チャンバ内に配置された容器内に配置された供給源とを含んでよく、シャッターは、供給源を真空チャンバと流体連通するように可逆的に配置することが可能であってよい。図１０は、この特性を有するシャッターを含んでなる供給源用容器の１つの非限定的な実施形態を示す。図１０において、容器１５１８は、容器１５１８の内部をその外部の環境と流体連通するように配置するために可逆的に開閉され得るシャッター１８１８から構成される。
図１０に例示的に示す実施形態のように、いくつかの実施形態では、容器のシャッターの開閉は、容器の内部全体（供給源が配置されている）を他のモジュールおよび／またはモジュール構成要素と流体連通して配置し、そこから取り除くことが可能である。また、シャッターの開閉が、容器の内部の１つ以上の小部分（例えば、リチウム金属供給源が配置されている部分および／または流体連通している部分）を、他のモジュールおよび／またはモジュール構成要素と流体連通して配置および除去することが可能であるが、容器の内部における１つ以上の他の部分と他のモジュールおよび／またはモジュール構成要素の間の流体連通の存在または欠如には影響がないようにすることもできる。
シャッターの存在は、望ましい場合（例えば、供給源がモジュールおよび／またはモジュール構成要素に導入されるガスの形成に適した温度であるとき、基板が供給源によって生成されたガスを受容および／または反応するために適切に配置されるとき）および他の時点では他のモジュールおよび／またはモジュール要素と流体連通していない場合（例えば、供給源が適切な量の所望のガスの形成に対して低すぎる温度であるとき、および／または所望の組成を有するとき）、供給源が他のモジュールおよび／またはモジュール要素と流体連通しているように、制御する他のモジュールおよび／またはモジュール要素への供給源の露出を可能にする。
これは、有利には、不適切なタイミングでの供給源からのガスの導入を防止または低減し、それによって、電気化学セルへの導入に適さないおよび／または更なる製造工程に適さない基板を防止または低減し得る。
いくつかの実施形態では、シャッターは、加熱されるように構成される。例えば、それは、それが熱的に連通している加熱システムによって加熱されてもよい。加熱システムは、シャッターを抵抗加熱してもよく、および／または、シャッターを設定温度（または、設定温度から１℃以内および／または設定温度から加熱システムと共に採用される温度センサの分解能以下の差の範囲内）に維持する方法で、設定温度で熱源を提供してもよい。
いくつかのモジュール式リチウム蒸着システムおよび／またはその中のモジュールは、２つ以上の供給源を含んでいてもよい。各供給源は同じタイプであってもよく、各供給源は異なるタイプであってもよく、または、モジュール式リチウム蒸着システムおよび／またはモジュールは、少なくとも１つのタイプの供給源の２つ以上を含み、更に他の１つ以上の異なるタイプの供給源を含んでいてもよい。いくつかの実施形態では、単一のモジュールが同じタイプの複数の供給源から構成されることが有利であってもよい。同じタイプの異なる供給源は、互いに補完し合うことができる。例として、いくつかの実施形態では、モジュールは、モジュール内の異なる位置に配置された複数の供給源および／またはモジュールの周囲の異なる位置に配置された複数のポートを備え、各供給源がモジュールと流体連通して配置される。複数の供給源は、供給源からの層の形成、および／または供給源によって生成されたガスとの層の反応を、均一な方法（例えば、その最も厚い点と最も薄い点の間で０．５μｍ以下のウェブ横断方向の変動を有する）で共に支援してもよい。
図１１は、同種の３つの供給源を含むモジュールの一例を示す図である。図１１において、モジュール２２０は、真空チャンバ１９２０、ドラム８２０、第１のリチウム金属供給源１４２０、第２のリチウム金属供給源１４５０、および第３リチウム金属供給源１４８０から構成される。３つのリチウム金属供給源１４２０、１４５０、および１４８０は、ドラム８２０を更に含む真空チャンバ１９２０の内部に配置される。図１１には示されていないが、図１１に示される３つのリチウム金属供給源と同じ位置に配置された真空チャンバの内部と流体連通する３つのリチウム金属供給源を可逆的に配置するように構成された３つのポートが、図１１に示される実施形態と同様の挙動をすると期待できることは理解できるはずである。
図１１において、ドラム上を通過する（例えば、それによってモジュール式リチウム蒸着を通して移動され、および／または複数のローラの助けを借りて）基板の一部は、第２のリチウム金属供給源からのガスに、第１のリチウム金属供給源からのガスに、次に第３のリチウム金属供給源からのガスに順次さらされることがある。供給源が基板上に層を蒸着させるために採用される場合、層の大部分は、３つの供給源のうちの１つ（例えば、第１の供給源）からのガスによって蒸着されてもよく、他の２つの供給源は、その均一性を高める（例えば、クロスウェブ方向における厚さ、化学組成、および／または多孔性のその変動を低減する）層の更なる部分を蒸着させるために採用されてもよい。例えば、基板の部分が暴露される最後の供給源からのガスは、それが暴露される基板の部分上に既に蒸着された材料の量に基づいて、それが蒸着する材料の量を調節することができる。より少ない量の材料が蒸着された基板の部分にはより多くの材料を蒸着し、より多くの量の材料が蒸着された基板の部分にはより少ない（または全くない）材料を蒸着することができる。基板が暴露される第１の供給源からのガスは、主供給源でない場合、主供給源が通常より少ない材料を蒸着させる基板の部分（例えば、主供給源の端に近い基板の部分）に多くの材料を蒸着させ、主供給源が通常より多くの材料を蒸着させる基板の部分（例えば、主供給源の中心に近い基板の部分）には少ない（または全くない）材料を蒸着させることができる。
図１１に示す実施形態のようないくつかの実施形態では、複数の供給源（例えば、同じタイプの複数の供給源）は、共通のドラムの周りに配置されてもよく、および／または、共通のドラム上に配置された基板の部分上に層を形成するために蒸着させるガスを生成するように構成されてもよい。また、単一のモジュール内の複数の供給源が、モジュール内の異なるドラムに近接して位置決めされ、および／または、モジュール内の異なるドラム上に配置された基板の部分上に層を形成するために蒸着させるガスを生成するように構成されることが可能である。図１２は、第１のドラム８２２および第２のドラム８７２が配置される真空チャンバ１９２２を含むモジュール２２２の一例を示す。モジュール２２２は、第１のドラム８２２に近接して配置された供給源１４２２と、第２のドラムに近接して配置された同じタイプの第２の供給源１４５２とを更に備える。第１のドラム８２２の上を最初に通過し、次に第２のドラム８７２の上を通過するようにモジュール２２２を通って並べられた基板９２２の一部は、最初に第１の供給源１４２２から発生するガスに暴露され、次に第２の供給源１４５２から発生するガスに暴露される。
図１１～図１２に示される実施形態のようないくつかの実施形態では、モジュール内に配置された各供給源は、独自のコンテナ内に収容されてもよい。モジュール内に配置された各供給源は、それ自身の容器に収容される。供給源からモジュールに導入されるガスの量は、容器によって（例えば、その上のシャッターを開閉することによって、容器の温度を調節することによって）、および／または容器と流体連通しているポートによって制御されてもよい。また、モジュールが、共通の容器内に配置された、および／または共通のポートと流体連通している２つ以上の供給源から構成されることも可能である。図１３は、この特性を有する複数の供給源の一例を示す。図１３において、単一の容器１５２４は、複数の供給源１４２４を構成する。いくつかのそのような実施形態では、共通の容器内に配置された異なる供給源からモジュールに導入されるガスの量は、独立して制御されてもよい。これは、例えば、異なる量の熱を異なる源に提供すること（それによって、源の温度、蒸発速度、および／または昇華速度を異なるように調整する）、および／または異なる量の源を加熱すること（それによって、蒸発および／または昇華できる源物質の量を制限する）により達成されてもよい。加熱される供給源の量は、熱源にさらされる供給源の量を変化させることによって、変化させることができる。図１１～図１２に関して前述した実施形態と同様に、任意の特定の供給源によって生成されるガスの量は、供給源の全てが共になって、比較的均一な層の形で基板上に蒸着するガスの生成をもたらすように選択されてもよい（例えば、その最も厚い点と最も薄い点の間で０．５μｍ以下のウェブ横断方向のばらつきを有する）。
１つの例示的な実施形態において、供給源は、加熱されたルツボの上に比較的容易に移され得る複数の部分を含む材料の形態で提供される。供給源の様々な部分が加熱されたルツボ上に移される速度は、熱源によって昇華および／または蒸発される供給源の量に影響を及ぼし得る。例えば、熱源の一部がより急速に加熱されたルツボに導入される場合、より大量のガスが熱源から生成され、熱源の一部がよりゆっくりと加熱されたルツボに導入される場合、より少量のガスが熱源から生成されてもよい。この設計に特に適した供給源の１つのタイプは、ワイヤの形をした供給源である。このワイヤは、最初にロールに巻かれ、その後、加熱されたルツボの上に広げられることができる。図１４は、この設計を有する複数の供給源および加熱ルツボの一例を示す。
いくつかの実施形態において、モジュール式リチウム蒸着システムは、層の望ましい組み合わせの形成を促進するために互いに対して配置された異なるタイプの供給源および／または異なるタイプの供給源と流体連通するポートの組み合わせから構成される。例として、いくつかの実施形態において、モジュール式リチウム蒸着システムは、リチウム金属の供給源に近接して配置されたリチウム金属以外の（例えば、リチウム金属と反応性を有する）材料の１つ以上の供給源を含む。同様に、モジュール式リチウム蒸着システムは、リチウム金属の供給源に近接して配置されたリチウム金属以外の（例えば、リチウム金属と反応性を有する）材料の１つ以上の供給源と流体連通するポートを含んでいてもよい。そのような供給源および／またはポートは、比較的近い時点で（例えば、同時または同時近くに）基板の共通部分に両方のタイプのガスを導入することができ、および／または構成されることができる。そのような源の両方がモジュールの内部と同時に流体連通して配置される場合、その間の反応生成物および／またはリチウムとリチウム以外の凝縮ガスの両方を含む層が基板のその部分に蒸着されてもよい。
別の例として、いくつかの実施形態では、モジュール式リチウム蒸着システムは、リチウム金属の供給源からかなりの距離を置いて配置されたリチウム金属以外の（例えば、リチウム金属と反応性を有する）材料の１つ以上の源を備える。同様に、モジュール式リチウム蒸着システムは、リチウム金属の供給源から評価可能な距離に配置されたリチウム金属以外の（例えば、リチウム金属と反応性を有する）材料の１つ以上の供給源と流体連通するポートを含んでいてもよい。そのような供給源および／またはポートは、異なる時点で両方のタイプのガスを共通の場所に導入することが可能であり、および／または構成される場合がある。これは、２つの異なる供給源から２つの異なる層が蒸着される実施形態に好適であってもよい。例えば、いくつかの実施形態では、リチウム金属を含む層が最初に蒸着されてもよく、その後、リチウム金属を含む層がリチウム金属以外の材料のガスに暴露されてもよい。このガスは、リチウム金属を含む層と反応し、および／またはリチウム金属を含む層上に蒸着して、パッシベーション層など、リチウム金属を含む層上に配置された層を形成してもよい。
いくつかの実施形態において、モジュール式リチウム蒸着システムは、前述したものに加えて、１つ以上の構成要素を備える。例として、いくつかの実施形態では、モジュール式リチウム蒸着システムは、１つ以上のセンサを備える。センサは、モジュールのうちの１つまたは複数に配置されてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、センサは、モジュールである真空チャンバおよび／またはモジュールに配置される真空チャンバに配置される。センサは、モジュール式リチウム蒸着システム、その中のモジュール、および／またはそこに蒸着されている層（例えば、リチウム金属を含む層、リチウム金属以外の化学種を含む層、パッシベーション層）の１または複数の特性を感知するように構成されてもよい。感知され得るリチウム蒸着システム内のモジュールの特性の非限定的な例としては、温度および存在する様々なガスの量が挙げられる。感知されるかもしれない層の特性の非限定的な例は、電気伝導度、静電容量、色、反射率、および厚さを含む。これらの（および／または他の）特性を感知するための適切なセンサの非限定的な例には、温度センサ、導電率センサ（例えば、ローリング４点プローブセンサ）、静電容量センサ、光学センサ、および厚さセンサ（例えば、渦電流センサ、飛行時間センサ）が含まれる。
有利には、いくつかの実施形態において、モジュール式リチウム蒸着システムは、モジュール式リチウム蒸着におけるモジュールの１つ以上の特性を、１つ以上のセンサによって感知された特性に基づいて（例えば、フィードバックシステムに基づいて）調整できるように構成されてもよい。例えば、センサは、任意の特定の化学種（例えば、リチウム金属、リチウム金属以外の化学種）を多くまたは少なすぎる層、速くまたは遅く蒸着されている層、および／または望ましくない形態を有する層を示す特性を感知してもよい。センサは、関連する欠陥を示す信号をモジュール式リチウム蒸着システムのオペレータに出力してもよく、オペレータが関連するモジュールの１つ以上の特性を調整してそれを補償することを可能にし、および／またはモジュール式リチウム蒸着システムにそのように自己調整させることができる。センサによって感知された特性に応答して、オペレータによっておよび／またはモジュール式リチウム蒸着システムによって調整され得るパラメータの非限定的な例は、関連層が蒸着されているモジュールへのガスの流量（例えば、供給源からの）、１または複数の場所における温度（例えば、供給源が入った容器の、供給源が配置された場所の、関連層が蒸着されている真空チャンバの、関連層が蒸着されている基板が配置されたドラムの）、シャッターの状態（例えば、開、閉）、関連モジュールを通る（例えば、そこの真空チャンバを通る）基板の速さである。
モジュール式リチウム蒸着システムが含み得る更なる構成要素の別の例は、酸素プラズマを生成するように構成されたモジュール（例えば、酸素プラズマ供給源）である。モジュールは、真空チャンバを含んでよく、真空チャンバは、酸素プラズマを生成するように構成されてよい（例えば、その中に酸素の制御された流れを可能にし、酸素に高周波電圧を印加することにより）。いくつかの実施形態において、酸素プラズマは、その上に層を蒸着させる前に基板を洗浄すること、および／またはその上に蒸着させた層に対する基板の接着性を高めることに特によく適している可能性がある。このため、モジュール式リチウム蒸着システムを通過する基板が、その上に１つ以上の層を蒸着するように構成されたモジュールに入る前にそこを通過するように、酸素プラズマを生成するように構成されたモジュールを配置することが有利であってもよい。
いくつかの実施形態は、電気化学セルに組み込むための物品、例えば、本明細書中に記載のモジュール式リチウム蒸着システムにおいて作製され得る電気化学セルに組み込むための物品に関するものである。いくつかの実施形態において、電気化学セルに組み込むための物品は、リチウム金属を含む層を備える。図１５は、この特性を有する物品の一例を示す。図１５において、物品２０２６は、リチウム金属を含む層２１２６を具備する。電気化学セルに含まれるのに適し、リチウム金属を含む物品は、１つ以上の更なる化学種を更に含んでもよい。更なる化学種は、リチウム金属を含む層内に配置されてもよく、および／またはリチウム金属を含む層以外の場所に配置されてもよい。図１６は、前者の特性を有する物品の一例を示し、図１７は、後者の特性を有する物品の一例を示す。
図１６において、層２２２８は、リチウム金属と、更なる、非リチウム金属種の両方を含む。非リチウム金属種は、リチウム金属を不動態化してもよい。このため、リチウム金属と更なる非リチウム金属種の両方を含む層は、「バルク不動態化」されている、または層のバルク全体に分散されたリチウムを不動態化する化学種を含むと理解されてもよい。
図１７において、物品２０３０は、リチウム金属を含む層２１３０と、リチウム金属を含む層上に配置され、リチウム金属以外の化学種を含む層２３３０の両方を含む。いくつかの実施形態では、リチウム金属を含む層上に配置された層は、リチウム金属を含む層を不動態化する層である。即ち、パッシベーション層であってもよい。このため、その下に配置されたリチウムを含む層は、「表面不動態化」されている、またはその表面で不動態化されていると理解することができる。
層がリチウム金属とリチウム金属以外の化学種の両方を含む場合、リチウム金属成分およびリチウム金属以外の化学種は、様々な適切な様式で層中に配置されてもよい。いくつかの実施形態では、リチウム金属およびリチウム金属以外の１つ以上の化学種は、共に単一相（例えば、合金）を形成する。また、リチウム金属以外の１つ以上の化学種が、リチウム金属を含む相から（例えば、純粋なリチウム金属を含む相から、リチウム金属合金を含む相から）相分離することが可能である。リチウム金属を含む相以外の相は、セラミックを含むものであってもよい。２つ以上の相は、それらが比較的均一な混合物を形成するように（例えば、各相の密度を数十ナノメートル、数百ナノメートル、および／またはμｍの長さスケールで評価したときに、各相が層を通して比較的均一に分布するように）層内に分散されてもよい。また、２つ以上の相が、比較的均一な混合物を形成しないように層内に分布することも可能である（例えば、各相の密度を数十ナノメートル、数百ナノメートル、またはマイクロメートルの長さスケールで評価したときに、層の１つ以上の部分が相の１つに富み、および／または相の１つに枯渇しているような場合）。
リチウム金属とリチウム金属以外の化学種との両方を含む層は、全体として、電気活性であってもよい。言い換えれば、層中のリチウム金属は、層全体として適切な刺激を受けた場合、酸化還元プロセスを受けることが可能であり、および／または受けるように構成されてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、リチウム金属とリチウム金属以外の化学種の両方を含む層は、電気化学セル内に置かれるように構成されてもよく、層中のリチウム金属は、放電中の酸化プロセスおよび／または充電中の還元プロセスを経るアノードとして、および／またはアノードの構成要素として機能するように構成されてもよい。そのような層は、電気活性である部分（例えば、リチウム金属を含む部分）と非電気活性である部分とから構成されてもよい。非電気活性である部分は、セラミック（例えば、前述したような）から構成されてもよい。
リチウム金属を含む層は、様々な好適な形態を有していてもよい。リチウム金属を含むいくつかの層（例えば、リチウム金属を含むおよび／または本質的にリチウム金属を含む層、１つ以上の非リチウム金属種を更に含む層）は、比較的緻密であってもよく、および／または非多孔性であってもよい。リチウム金属を含むいくつかの層（例えば、リチウム金属を含むおよび／または本質的にリチウム金属を含む層、１つ以上の非リチウム金属種を更に含む層）は、細孔を含んでいてもよい。図１８は、リチウム金属および非リチウム金属種を含む層２２３２を含む物品２０３２の非限定的な一例を示す。図１８から分かるように、リチウム金属および非リチウム金属種を含む層２２３２は、複数の細孔２４３２を含む。図１８に例示的に示されるこの化学種の層のように、リチウム金属を含み、複数の細孔を含むいくつかの層は、開放細孔（即ち、リチウム金属を含む層の外部の環境と流体的に連通している細孔）を含む。同様に、図１８に示されるこのタイプの層のように、リチウム金属を含み、複数の細孔を含むいくつかの層は、閉じた細孔（即ち、層のバルクにおけるいくつかの細孔のように、リチウム金属を含む層の外部の環境と流体的に連通していない細孔）である細孔から構成される。いくつかの開放気孔は、リチウム金属を含む層の厚さを通って延びていてもよく、いくつかの開放気孔は、そうでなくてもよい。リチウム金属を含む多孔質層が、前述した種類の孔の全てを含むこと、前述した種類の孔の一部を含むが他の孔を欠いていること、および／または前述した種類以外の種類の孔を含むことは可能である。
同様に、リチウム金属を含む層上に配置される層（例えば、リチウム金属以外の化学種を含む層、パッシベーション層）も、様々な適切な形態を有していてもよい。いくつかの実施形態では、リチウム金属を含む層上に配置された層は、複数の柱状構造体を構成する。図１９は、リチウム金属を含む層２１３４と、その上に配置され、複数の柱状構造体２５３４を含む層２３３４とを備える物品２０３４の一例を示す。存在する場合、複数の柱状構造体は、（例えば、図１９に示すように）層の全体を構成してもよく、または層は、非柱状である１つ以上の構成要素を更に含んでもよい。存在する場合、複数の柱状構造体は、リチウム金属を含む層上に配置された層を介して互いにトポロジー的に接触している柱状構造体から構成されてもよい。１つの例として、図１９を参照すると、柱状構造体２５３４Ａおよび２５３４Ｂは、リチウム金属を含む層上に配置された層の上部で互いにトポロジー的に接触（in topological contact with）している。このような実施形態は、リチウム金属を含む層上に配置された層を介して他のいかなる柱状構造体ともトポロジー的に接触していない柱状構造体（例えば、図１９の柱状構造体２５３４Ｃ）を更に含んでいてもよく、またはそのような柱状構造体を欠いていてもよい。いくつかの実施形態では、リチウム金属を含む層上に配置された層は、その中を通る他の柱状構造体とトポロジー的に接触する柱状構造体を欠いている。
リチウム金属を含む層上に配置された層（例えば、リチウム金属以外の化学種を含む層、パッシベーション層）に存在する柱状構造体は、Ｔｈｏｒｎｔｏｎダイアグラムに記載されたゾーンのうちの１つ以上によって特徴付けることができる形態を有していてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、リチウム金属を含む層上に配置された層は、ＴｈｏｒｎｔｏｎダイアグラムのゾーンＩ（例えば、空隙によって分離されたテーパー状の結晶子を含む）、ＴｈｏｒｎｔｏｎダイアグラムのゾーンＴ（例えば、密に詰まった繊維状の粒を含む）、ＴｈｏｒｎｔｏｎダイアグラムのゾーンII（例えば、柱状の粒を含む）、および／またはＴｈｏｒｎｔｏｎダイアグラムのゾーンIII（例えば、再結晶した粒を含む）に一致する形態を有する多孔質構造から構成されている。このような柱状構造体は、緻密な膜の形態であってもよく、および／または（例えば、好ましい配向を有する）微細な粒のナノ結晶から構成されてもよい。Ｔｈｏｒｎｔｏｎダイアグラムは、Andersの、A Structure Zone Diagram Including Plasma Based Deposition and Ion Etching， Thin Solid Films ２０１０；５１８(１５)；４０８７－９０に記載されており、全ての目的のために参照によりその全体が本明細書に援用される。
図１９から分かるように、複数の柱状構造体を含むリチウム金属を含む層（例えば、リチウム金属以外の化学種を含む層、パッシベーション層）上に配置された層は、多孔質であってもよい。例えば、柱状構造体間の空間が細孔の形態をとっていてもよく、および／または、柱状構造体自体が細孔を含んでいてもよい。これらの孔は、開放孔（例えば、層の全体を通過する孔、通過しない孔）および／または閉鎖孔を含んでもよい。
いくつかの実施形態では、リチウム金属を含む層（例えば、リチウム金属以外の化学種を含む層、パッシベーション層）上に配置された層は、複数の柱状構造体および／またはそれを通って一部ではなく全体に延びる複数の細孔から構成される。図２０は、このような特性を有する層の一例を示す。図２０において、物品２０３６は、リチウムを含む層２１３６と、その上に配置された層２３３６とを含む。層２３３６は、その上面から層を通って部分的に延びる複数の柱状構造体２５３６と、同じくその上面から層を通って部分的に延びる複数の孔２６３６とから構成される。層２３３６の下部は、柱状構造体および細孔を欠いている。
また、リチウム金属を含む層上に配置されるいくつかの層（例えば、リチウム金属以外の化学種を含む層、パッシベーション層）は、柱状構造体および／または細孔を欠いていてもよいことに留意されたい。
いくつかの実施形態において、電気化学セルに組み込むための物品は、前述した層のうちの２つ以上を含んでいる。１つの例として、いくつかの実施形態において、電気化学セルに組み込むための物品は、リチウム金属を含む層（例えば、パッシベーション層）上に配置されたリチウム金属以外の化学種を含む層を備える。別の例として、電気化学セルに組み込むための物品は、リチウム金属以外の化学種を含む層（例えば、パッシベーション層）上に配置されたリチウム金属を含む層を含んでもよい。第３の例として、いくつかの実施形態は、異なるタイプの２つの層の間（例えば、リチウム金属を含む２つの層の間、リチウム金属以外の化学種を含む２つの層の間、２つのパッシベーション層の間）に配置された１つの層（例えば、リチウム金属を含む層、リチウム金属以外の化学種を含む層、パッシベーション層）を含む物品に関する場合がある。他の配置（例えば、４つ以上の層を含み、同一の組成を有する２つの隣接する層を含む）もまた意図する。
また、電気化学セルに含めるためのいくつかの物品は、図１５～図２０に示されるものよりも多くの構成要素から構成され得ることを理解されたい。例として、いくつかの実施形態では、電気化学セルに組み込むための物品は、基板、集電体、剥離層、または任意の他の適切な構成要素を更に備える。
本明細書のいくつかの実施形態は、方法に関するものである。意図する方法の例には、モジュール式リチウム蒸着システムにおいて実施され得るもの、および／またはリチウム金属を含む層および／またはリチウム金属を含む層上に配置された層を形成するために採用され得るものが含まれる。
例えば、いくつかの実施形態は、モジュール式リチウム蒸着チャンバ内のモジュールに配置された基板上に層を蒸着することを含む方法に関する。モジュール式リチウム蒸着システムおよび／またはモジュールは、本明細書中の他の箇所で説明した特徴のうちの１つまたは複数を有していてもよい。例として、モジュールは、真空チャンバを含んでいてもよい（そして、いくつかの実施形態では、層は、真空チャンバ内に配置された基板の一部上に蒸着される）。別の例として、モジュールは、層が蒸着されないモジュール式リチウム蒸着システムの異なる部分とは異なる環境を有していてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、基板の第１の部分への層の蒸着の間、基板の第２の部分は、層が蒸着されるガスに暴露されない。これは、例えば、基板の第１の部分および第２の部分を、互いに流体的に隔離された真空チャンバなどの、互いに流体的に隔離されたモジュール内に位置付けることによって達成され得る。
好適な方法の別の例として、いくつかの実施形態では、方法は、２つ以上の容器に配置された２つ以上のリチウム金属供給源を含むモジュラー蒸着システムにおいて、リチウム金属を含む層を蒸着することを含んでいる。本方法は、２つ以上の供給源のうちの１つだけから蒸着されたリチウム金属を含む層が有するよりも均一性を有する（例えば、厚さ、化学組成、および／またはクロスウェブ方向の気孔率の変動が低減されている）リチウム金属を含む最終層を形成するために両方の供給源から（例えば、順次）リチウム金属を蒸着することを含んでいてもよい。例えば、第１のリチウム金属供給源からのリチウム金属の蒸着は、リチウム金属を含む第１の層を生成してもよく、その上に第２のリチウム金属供給源からのリチウム金属の蒸着は、第１のリチウム金属層と第２のリチウム金属供給源からその上に蒸着したリチウム金属を含む最終のより均一なリチウム金属層を形成させることができる。
好適な方法の第３の例として、いくつかの実施形態では、方法は、リチウムを含むガスと非リチウム種を含むガスから電気活性層を蒸着させることを含んでいる。これらのガスは、互いに反応して、リチウム金属とリチウム金属以外の化学種の両方を含む層を形成してもよい。
好適な方法の第４の例として、いくつかの実施形態では、方法は、リチウム金属を含む層上に配置されたパッシベーション層を形成することを含む。パッシベーション層は、リチウム金属を含む層を、それと反応性のあるガスに暴露することによって形成されてもよい。ガスは、リチウム金属を含む層の表面でリチウム金属と反応し、その上に配置されたパッシベーション層を形成してもよい。パッシベーション層は、リチウム金属を含む層中のリチウム金属とガスとの反応生成物を含んでいてもよい。
本明細書中の他の箇所に記載されているように、いくつかの実施形態では、モジュール式リチウム蒸着システムの１つ以上の構成要素は、温度範囲内の温度で加熱、冷却、および／または維持されるように構成される。好適なそのような温度範囲の例は、以下に提供される。
範囲内の温度に冷却されおよび／または維持されるように構成され得るモジュール式リチウム蒸着システムの１つの構成要素は、ドラムである。いくつかの実施形態では、ドラムは、（例えば、冷却システムによって）６０℃以下、５５℃以下、５０℃以下、４５℃以下、４０℃以下、３５℃以下、３０℃以下、２５℃以下、２０℃以下、１５℃以下、１０℃以下、５℃以下、０℃以下、－５℃以下、－１０℃以下、－１５℃以下、－２０℃以下、－２５℃以下、または－３０℃以下の温度まで冷却されるおよび／またはその温度に維持されるように構成される。いくつかの実施形態では、ドラムは、（例えば、冷却システムによって）－３５℃以上、－３０℃以上、－２５℃以上、－２０℃以上、－１５℃以上、－１０℃以上、－５℃以上、０℃以上、５℃以上、１０℃以上、１５℃以上、２０℃以上、２５℃以上、３０℃以上、３５℃以上、４０℃以上、４５℃以上、５０℃以上、または５５℃以上の温度に冷却されるおよび／または維持されるように構成される。また、上記範囲の組み合わせも可能である（例えば、６０℃以下および－３５℃以上）。また、他の範囲も可能である。ドラムの温度は、赤外線温度センサによって決定されてもよい。
モジュール式リチウム蒸着システムが２つ以上のドラムを含む場合、各ドラムは、独立して、上記範囲のうちの１つ以上の温度に冷却されおよび／またはその温度に維持されるように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、１つ以上のドラムの１つ以上の表面にわたって、および／または１つ以上のドラムの１つ以上の壁を通って循環する冷却された流体は、上記の範囲の１つ以上の温度を有する。
範囲内の温度に冷却されおよび／または維持されるように構成され得るモジュール式リチウム蒸着システムの別の構成要素は、リチウム金属供給源用の容器の外表面である。いくつかの実施形態では、この容器の外表面は、（例えば、複数の冷却チャネルによって）５０℃以下、４５℃以下、４０℃以下、３５℃以下、３０℃以下、２５℃以下、または２０℃以下の温度に冷却される、および／または維持されるように構成される。いくつかの実施形態では、この容器の外表面は、（例えば、複数の冷却チャネルによって）１５℃以上、２０℃以上、２５℃以上、３０℃以上、３５℃以上、４０℃以上、または４５℃以上の温度に冷却される、および／または維持されるように構成されている。また、上記範囲の組み合わせも可能である（例えば、５０℃以下および１５℃以上）。また、他の範囲も可能である。リチウム供給源用容器の外表面の温度は、そこに配置された熱電対によって決定されてもよい。
モジュール式リチウム蒸着システムが２つ以上のリチウム金属供給源用容器を含む場合、リチウム金属供給源用容器はそれぞれ独立して、上記の範囲のうちの１つ以上の温度に冷却されおよび／またはその温度に維持されるように構成されてもよい。
リチウム金属供給源用のいくつかの容器は、（例えば、冷却されることに加えて）加熱されるように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、この容器の内表面は、（例えば、抵抗加熱システムなどの加熱システムによって）５５０℃以上、５６０℃以上、５７０℃以上、５８０℃以上、５９０℃以上、６００℃以上、６１０℃以上、６２０℃以上、または６３０℃以上の温度まで加熱されるおよび／またはその温度に維持されるように構成される。いくつかの実施形態では、この容器の内表面は、（例えば、抵抗加熱装置などの加熱システムによって）６３５℃以下、６３０℃以下、６２０℃以下、６１０℃以下、６００℃以下、５９０℃以下、５８０℃以下、５７０℃以下、または５６０℃以下の温度に加熱される、および／または維持されるように構成されている。上記の範囲の組み合わせも可能である（例えば、５５０℃以上６３５℃以下）。また、他の範囲も可能である。リチウム供給源用容器の内表面の温度は、その上に配置された熱電対によって決定されてもよい。いくつかの実施形態において、上記範囲のうちの１つ以上の温度に加熱され、および／またはその温度に維持されるように構成された内表面は、リチウム金属供給源と直接接触しているものである。
モジュール式リチウム蒸着システムがリチウム金属供給源用の２つ以上の容器を含む場合、リチウム金属供給源用の各容器は、独立して、上記の範囲のうちの１つ以上の温度に加熱されおよび／または維持されるように構成されてもよい。
範囲内の温度に加熱および／または維持されるように構成されてもよいモジュール式リチウム蒸着システムの別の構成要素は、リチウム金属供給源を含む容器のシャッターである。いくつかの実施形態において、シャッターは、（例えば、抵抗加熱システムなどの加熱システムによって）５５０℃以上、５６０℃以上、５７０℃以上、５８０℃以上、５９０℃以上、６００℃以上、６１０℃以上、６２０℃以上、６３０℃以上または６４０℃以上の温度に加熱されるおよび／または維持されるように構成される。いくつかの実施形態では、シャッターは、（例えば、抵抗加熱システムなどの加熱システムによって）６４５℃以下、６４０℃以下、６３０℃以下、６２０℃以下、６１０℃以下、６００℃以下、５９０℃以下、５８０℃以下、５７０℃以下、または５６０℃以下の温度まで加熱されるおよび／または維持されるように構成される。上記の範囲の組み合わせも可能である（例えば、５５０℃以上６４５℃以下）。また、他の範囲も可能である。リチウム供給源用容器のシャッターの温度は、その上に配置された熱電対によって決定されてもよい。
モジュール式リチウム蒸着システムが２つ以上のリチウム金属供給源用容器を備える場合、リチウム金属供給源用容器はそれぞれ独立して、上記範囲のうちの１つ以上の温度に加熱されおよび／またはその温度に維持されるように構成されたシャッターを含んでいてもよい。
本明細書中の他の箇所に記載されているように、いくつかの実施形態において、モジュール式リチウム蒸着システムは、１つ以上の真空チャンバを備える。真空チャンバは、大気圧未満の圧力に維持されるように構成されてもよい。例として、いくつかの実施形態では、真空チャンバは、１０－４Ｔｏｒｒ以下、５×１０－５Ｔｏｒｒ以下、２×１０－５Ｔｏｒｒ以下、１０－５Ｔｏｒｒ以下、５×１０－６Ｔｏｒｒ以下、２×１０－６Ｔｏｒｒ以下、１０－６Ｔｏｒｒ以下、５×１０－７Ｔｏｒｒ以下、または２×１０－７Ｔｏｒｒ以下の圧力に維持されるように構成されている。いくつかの実施形態では、真空チャンバは、１０－７Ｔｏｒｒ以上、２×１０－７Ｔｏｒｒ以上、５×１０－７Ｔｏｒｒ以上、１０－６Ｔｏｒｒ以上、２×１０－６Ｔｏｒｒ以上、５×１０－６Ｔｏｒｒ以上、１０－５Ｔｏｒｒ以上、２×１０－５Ｔｏｒｒ以上、または５×１０－５Ｔｏｒｒ以上の圧力で維持されるように構成されている。上記の範囲の組み合わせも可能である（例えば、１０－６Ｔｏｒｒ以下および１０－７Ｔｏｒｒ以上、或いは１０－４Ｔｏｒｒ以下および１０－５Ｔｏｒｒ以上）。その他の範囲も可能である。真空チャンバの圧力は、そこに配置された圧力計によって決定されてもよい。
モジュール式リチウム蒸着システムが２つ以上の真空チャンバを含む場合、各真空チャンバは、独立して、前述の範囲のうちの１つ以上の圧力で維持されるように構成されてもよい。
本明細書中の他の箇所に記載されているように、いくつかの実施形態は、リチウム金属と反応するガスの供給源、および／またはリチウム金属を含む層上に配置された層を形成するために蒸着するように構成された供給源などを含むモジュール式リチウム蒸着システムに関するものである。本明細書中の他の箇所にも記載されているように、いくつかの実施形態は、リチウム金属を含む層上にパッシベーション層などの層を蒸着させる方法に関するものである。いくつかの実施形態では、層は、その上にガスを凝縮させることによって蒸着される。また、ガスの互いおよび／またはリチウム金属（例えば、リチウム金属層中）との反応生成物が凝縮して、関連する層を形成することも可能である。様々な適切なガスがそのような目的に適しており、これには、ＣＯ２、Ｏ２、Ｈ２Ｏ、ＣＯＳ、ＳＯ２、ＣＳ２、Ｈ２、Ｎ２、Ｎ２Ｏ、ＮＨ３、ＳＦ６、フレオン、フルオロベンゼン、ＳｉＦ４、Ｃ２Ｈ２、空気（例えば、清浄乾燥空気、人工空気）、ホウ素を含む化学種（例えば。ボロン酸のエステル）、リンを含む化学種（例えば、リン酸のエステル）、セレンを含む化学種、テルルを含む化学種、および／またはハロゲンを含む化学種（例えば、上記のものを含む、フッ素、臭素、および／またはヨウ素を含む化学種）である。いくつかの実施形態では、原子層蒸着における使用に適した１つ以上のガスが、リチウム金属を含む層および／またはその上の層を蒸着させるために採用される。リチウム金属を含む層および／またはその上の層を蒸着させるために採用され得るいくつかのガスは、その層の蒸着の前および／またはそれと同時に（例えば、プラズマによって）活性化され得る。
いくつかの実施形態では、２つ以上のガスが組み合わせて使用される。例えば、いくつかの実施形態では、Ｈ２Ｏおよび別の異なるガスの両方を含むガスの組み合わせから層を蒸着させることが望ましい場合がある。別の例として、いくつかの実施形態では、ＣＯ２とＮ２および／またはＯ２との組合せが特に有利である可能性がある。いくつかの実施形態では、本明細書中の他の箇所に記載されているように、リチウム金属を含む層上に配置された層は、アルゴンおよび／またはヘリウムなどの不活性ガスの更なる存在下で蒸着されてもよい。
Ｈ２Ｏと別の異なるガスの両方を含むガスの組み合わせから層が蒸着される場合、ガスの組み合わせの相対湿度は、様々な好適な値であってよい。言い換えれば、ガスの組み合わせ中のＨ２Ｏの量とガスの組み合わせに可溶なＨ２Ｏの量との比は、所望のように選択されてもよい。いくつかの実施形態において、ガスの組み合わせの相対湿度は、典型的な乾燥した部屋の相対湿度と同様である（例えば、１０％以下）。また、ガスの組み合わせの相対湿度が、別の値（例えば、典型的な乾燥した部屋における値を超える値）を有することも可能である。いくつかの実施形態では、０％以上、１％以上、２％以上、５％以上、７．５％以上、１０％以上、１２．５％以上、１５％以上、２０％以上、２５％以上、３０％以上、３５％以上、４０％以上、または４５％以上の相対湿度を有するガスの組み合わせから層が蒸着される。いくつかの実施形態では、層は、５０％以下、４５％以下、４０％以下、３５％以下、３０％以下、２５％以下、２０％以下、１５％以下、１２．５％以下、１０％以下、７．５％以下、５％以下、２％以下、または１％以下の相対湿度を有するガスの組み合わせから蒸着される。上記範囲の組み合わせも可能である（例えば、０％以上５０％以下、０％以上３０％以下、或いは０％以上１０％以下）。他の範囲も可能である。
本明細書中の他の箇所で説明したように、いくつかの実施形態は、リチウム金属を含む層（例えば、リチウム金属を含む電気活性層）に関する。例えば、いくつかの実施形態は、そのような層の蒸着に関し、いくつかの実施形態は、そのような層を含む電気化学セルに組み込むための物品に関し、いくつかの実施形態は、そのような層を蒸着するように構成されたモジュール式リチウム蒸着システムに関するものである。リチウム金属を含む層の更なる特性は、以下で更に詳細に説明される。
リチウム金属を含む層は、様々な適切な厚さを有することができる。いくつかの実施形態では、リチウム金属を含む層は、１μｍ以上、２μｍ以上、５μｍ以上、７．５μｍ以上、１０μｍ以上、１５μｍ以上、２０μｍ以上、２５μｍ以上、３０μｍ以上、３５μｍ以上、４０μｍ以上、または４５μｍ以上である。いくつかの実施形態では、リチウム金属を含む層は、５０μｍ以下、４５μｍ以下、４０μｍ以下、３５μｍ以下、３０μｍ以下、２５μｍ以下、２０μｍ以下、１５μｍ以下、１０μｍ以下、７．５μｍ以下、５μｍ以下、または２μｍ以下。上記の範囲の組み合わせも可能である（例えば、１μｍ以上、５０μｍ以下、または２μｍ以上、３０μｍ以下）。その他の範囲も可能である。リチウム金属を含む層の厚さは、渦電流センシングによって決定することができる。
電気化学セルに組み込むための物品がリチウム金属を含む２以上の層を含む場合、リチウム金属を含む各層は、独立して、上記範囲のうちの１以上の厚さを有していてもよい。
リチウム金属を含む層は、様々な適切な気孔率を有していてもよい。本明細書中の他の箇所に記載されているように、リチウム金属を含むいくつかの層は、比較的緻密であってもよく（例えば、それらは０％以上５％以下の気孔率を有していてもよい）、またはそのかなりの体積分率を占める複数の孔を含んでいてもよい（例えば、それらは５％以上２５％以下、または５％以上１５％以下という気孔率を有していてもよい）。いくつかの実施形態では、リチウム金属を含む層は、０％以上、０．５％以上、１％以上、１．５％以上、２％以上、３％以上、４％以上、５％以上、７．５％以上、１０％以上、１２．５％以上、１５％以上、１７．５％以上、２０％以上、または２２．５％以上である。いくつかの実施形態では、リチウム金属を含む層は、気孔率が、２５％以下、２２．５％以下、２０％以下、１７．５％以下、１５％以下、１２．５％以下、１０％以下、７．５％以下、５％以下、４％以下、３％以下、２％以下、１．５％以下、１％以下、または０．５％以下である。また、上記範囲の組み合わせも可能である（例えば、０％以上２５％以下、０％以上５％以下、５％以上２５％以下、５％以上２５％以下）。その他の範囲も可能である。
リチウム金属を含む層は、リチウム金属を含む層の測定密度を、リチウム金属を含む層の理論密度で除することにより求められる、上記範囲の１つ以上の気孔率を有していてもよい。リチウム金属を含む層の実測密度は、以下の式で求めることができる。リチウム金属を含む層の実測密度＝［リチウム金属を含む層の重量］／［（リチウム金属を含む層の面積）×（ドロップゲージで測定したリチウム金属を含む層の厚さ）］である。
また、リチウムを含む層が、走査型電子顕微鏡によって測定された上記範囲の１つ以上の気孔率を有することも可能である。簡単に説明すると、リチウムを含む層は、加速電圧５ｋＶ、作動距離５ｍｍ、スポットサイズ３．５、および倍率２５０００で、液浸モードで作動する走査電子顕微鏡を使用して画像化されてもよい。この画像は、８ビットタイプ、２５５階調、幅２７．４３インチ、高さ１９．６９インチ、画像サイズ１．６ＭＢ、解像度５６ピークセル／インチで構成される「Ｉｍａｇｅ Ｊ」で解析することができる。なお、「Ｉｍａｇｅ Ｊ」において、輝度／コントラスト最小値を０、輝度／コントラスト最大値を２５５、閾値下限値を０、閾値上限値を毛穴が黒く見える値に設定してもよい。そして、「Ｉｍａｇｅ Ｊ」を採用し、得られた画像を解析して、黒色である領域の割合を求めてもよい。この割合を、リチウムを含む層の気孔率に相当するとみなしてよい。
電気化学セルに組み込むための物品がリチウム金属を含む２つ以上の層を備える場合、リチウム金属を含む各層は、２つの上記測定技術のいずれかまたは両方によって測定された、上記範囲の１つ以上の気孔率を独立して有していてもよい。
いくつかの実施形態では、リチウム金属を含む層の形態に関する情報は、その色空間から得られてもよい。色空間は、物体の視覚的外観を特徴付ける明度、彩度、彩度、および色相の組合せである。図２１Ａおよび図２１Ｂは、これらのパラメータが共になってオブジェクトの視覚的外観をどのように記述するかを示している。また、リチウムを含む層は、赤、黄、緑、および／または青などの様々な色を有するように視覚的に見えることがあることを理解されたい。
いくつかの実施形態において、リチウムを含む層は、１０以上、１２．５以上、１５以上、１７．５以上、２０以上、２２．５以上、２５以上、２７以上、２７．５以上、３０以上、３５以上、４０以上、４５以上、５０以上、５５以上、６０以上、６５以上、７０以上、７５以上、または８０以上の明度を有する。いくつかの実施形態では、リチウムを含む層は、８５以下、８０以下、７５以下、７０以下、６５以下、６０以下、５５以下、５０以下、４５以下、４０以下、３５以下、３０以下、２７．５以下、２５以下、２２．５以下、２０以下、１７．５以下、１５以下、または１２．５以下の明度を有する。また、上記範囲の組み合わせも可能である（例えば、１０以上８５以下、或いは２０以上６０以下）。また、その他の範囲も可能である。
電気化学セルに組み込むための物品がリチウム金属を含む２以上の層を備える場合、リチウム金属を含む各層は、独立して、上記範囲のうちの１以上の明度を有していてもよい。
いくつかの実施形態では、リチウムを含む層は、赤／緑彩度（「ａ」彩度）が、－３以上、－２．５以上、－２以上、－１．５以上、－１以上、－０．５以上、０以上、０．５以上、１以上、１以上、１．５以上、２以上、２以上である。５以上、２以上、２．５以上、３以上、３．５以上、４以上、４．５以上、５以上、６以上、８以上、１０以上、１２．５以上、または１５以上であってもよい。いくつかの実施形態では、リチウムを含む層は、赤／緑の彩度が、２０以下、１５以下、１２．５以下、１０以下、８以下、６以下、５以下、４以下、３．５以下、４以下、３以下、４以下、６以下、５以下、４以下、４以下、４以下、３以下、５以下、５以下、６以下、６以下、８以下、１０以下、８以下、１０以下、１以下、１以下、１以下、２以下、４以下、３以下、３以下である。５以下、３以下、２．５以下、２以下、１．５以下、１以下、０．５以下、０以下、－０．５以下、－１以下、－１．５以下、－２以下、または－２．５以下となるようにする。上記範囲の組み合わせも可能である（例えば、－３以上２０以下、または－１以上４以下）。また、その他の範囲も可能である。
電気化学セルに組み込むための物品がリチウム金属を含む２つ以上の層を備える場合、リチウム金属を含む各層は、独立して、上記の範囲のうちの１つ以上の赤／緑彩度を有していてもよい。
いくつかの実施形態において、リチウムを含む層は、黄色／青色彩度（「ｂ」彩度）が、－３以上、－２．５以上、－２以上、－１．５以上、－１以上、－０．５以上、０以上、０．５以上、１以上、１以上、１．５以上、２以上、２．５以上、３以上、３．５以上、４以上、４．５以上、５以上、６以上、８以上、１０以上、１２．５以上、または１５以上であってもよい。いくつかの実施形態では、リチウムを含む層は、黄色／青色彩度が、２０以下、１５以下、１２．５以下、１０以下、８以下、６以下、５以下、４以下、３．５以下、４以下、３以下、５以下、５以下、５以下、６以下、４以下、４以下、４以下、４以下、３以下、３以下、６以下、６以下、７以下、８以下、８以下、１０以下、１以下、２以下、１以下、１以下、１以下、３以下、３以下、３以下であり、リチウムは、２０以下、２０以下、２０以下の彩度を持つことができる。５以下、３以下、２．５以下、２以下、１．５以下、１以下、０．５以下、０以下、－０．５以下、－１以下、－１．５以下、－２以下、または－２．５以下となるようにする。上記範囲の組み合わせも可能である（例えば、－３以上２０以下、または－１以上４以下）。また、その他の範囲も可能である。
電気化学セルに組み込むための物品がリチウム金属を含む２つ以上の層を備える場合、リチウム金属を含む各層は、独立して、上記範囲のうちの１つ以上の黄色／青色彩度を有していてもよい。
いくつかの実施形態では、リチウムを含む層は、彩度が－２以上、－１．５以上、－１以上、－０．５以上、０以上、０．５以上、１以上、１以上、１．５以上である。５以上、２以上、２．５以上、３以上、３．５以上、４以上、４．５以上、５以上、６以上、８以上、１０以上、１２．５以上、または１５以上であってもよい。いくつかの実施形態では、リチウムを含む層は、彩度が２０以下、１５以下、１２．５以下、１０以下、８以下、６以下、５以下、４以下、４．５以下、４以下、３．５以下、３以下、２．５以下、２以下、１．５以下、１以下、０．５以下、０以下、－０．５以下、－１以下、または－１．５以下とすることができる。また、上記範囲の組み合わせも可能である（例えば、－２以上２０以下、－１以上５以下など）。また、その他の範囲も可能である。
電気化学セルに組み込むための物品がリチウム金属を含む２つ以上の層を備える場合、リチウム金属を含む各層は、独立して、上記の範囲のうちの１つ以上の彩度を有していてもよい。
いくつかの実施形態において、リチウムを含む層は、色相が、－２°以上、０°以上、２°以上、５°以上、７．５°以上、１０°以上、２０°以上、５０°以上、７５°以上、１００°以上、１２５°以上、１５０°以上、１７５°以上、２００°以上、２２５°以上、２５０°以上、２７５°以上、３００°以上、または３２５°以上であってもよい。いくつかの実施形態では、リチウムを含む層は、３６０°以下、３２５°以下、３００°以下、２７５°以下、２５０°以下、２２５°以下、２００°以下、１７５°以下、１５０°以下、１２５°以下、１００°以下、７５°以下、５０°以下、２０°以下、１０°以下、７．５°以下、５°以下、２°以下、または０°以下の色相を有する。上記の範囲の組み合わせも可能である（例えば、－２°以上３６０°以下、または、１０°以上３５０°以下など）。また、その他の範囲も可能である。
電気化学セルに組み込むための物品がリチウム金属を含む２つ以上の層を備える場合、リチウム金属を含む各層は、独立して、上記範囲のうちの１つ以上の色相を有していてもよい。
いくつかの実施形態では、リチウム金属を含む層は、比較的平滑である。リチウム金属を含む層の平滑性または粗さは、様々な方法で特徴付けることができる。リチウム金属を含む層の粗さを特徴付けるために採用され得る適切なパラメータ、およびそのようなパラメータの適切な値は、以下で更に詳細に説明される。以下の技術のいくつかは、リチウム金属を含む層の断面を参照して採用されてもよく、リチウム金属を含むいくつかの層は、以下に説明する特性の１つ以上を有する少なくとも１つの断面を含んでいてもよく、リチウム金属を含むいくつかの層は、以下に説明する特性の１つ以上を有する断面のみで構成されていてもよく、リチウム金属を含むいくつかの層は、断面の大部分が以下の特性の１つ以上を有するように形態を有する（例えば、断面の少なくとも５０％、断面の少なくとも７５％、断面の少なくとも９０％、断面の少なくとも９５％、または断面の少なくとも９９％）。
リチウム金属を含む層の粗さを特徴付けるために採用され得るパラメータの一例は、断面の平均線（即ち、表面に平行で、表面の地形とその下の線との間の面積が表面の地形とその上の線との間の面積に相当するように断面を分割する線）から層の高さの断面を横切る算術平均偏差である、Ｒａである。いくつかの実施形態では、リチウム金属を含む層は、Ｒａの値が、１．５μｍ以下、１．２５μｍ以下、１μｍ以下、０．７５μｍ以下、０．５μｍ、０．２５μｍ以下、０．２μｍ以下、０．１８μｍ以下、０．１５μｍ以下、０．１２５μｍ以下、０．１μｍ以下、または０．０７５μｍ以下である。いくつかの実施形態では、リチウム金属を含む層は、Ｒａの値が、０．０５μｍ以上、０．０７５μｍ以上、０．１μｍ以上、０．１２５μｍ以上、０．１５μｍ以上、０．１８μｍ以上、０．２μｍ以上、０．２５μｍ以上、０．５μｍ以上、０．７５μｍ以上、１μｍ以上、または１．２５μｍ以上である。上記の範囲の組み合わせも可能である（例えば、１．５μｍ以下、０．０５μｍ以上、または１．５μｍ以下、０．１８μｍ以上）。その他の範囲も可能である。
電気化学セルに組み込むための物品がリチウム金属を含む２つ以上の層を含む場合、リチウム金属を含む各層は、独立して、上記の範囲の１つ以上のＲａの値を有していてもよい。
リチウム金属を含む層の粗さを特徴付けるために採用され得るパラメータの第２の例は、断面の平均線から層の高さの断面を横切る二乗平均平方根偏差である、Ｒｑである。いくつかの実施形態では、リチウム金属を含む層は、Ｒｑの値が、２．５μｍ以下、２．２５μｍ以下、２μｍ以下、１．７５μｍ以下、１．５μｍ、１．２５μｍ以下、１μｍ以下、０．７５μｍ以下、０．５μｍ以下、０．４μｍ以下、０．３μｍ以下、または０．２μｍ以下である。いくつかの実施形態では、リチウム金属を含む層は、Ｒｑの値が、０．１μｍ以上、０．２μｍ以上、０．３μｍ以上、０．４μｍ以上、０．５μｍ以上、０．７５μｍ以上、１μｍ以上、１．２５μｍ以上、１．５μｍ以上、１．７５μｍ以上、２μｍ以上、または２．２５μｍ以上である。上記の範囲の組み合わせも可能である（例えば、２．５μｍ以下、０．１μｍ以上、または２μｍ以下、０．２μｍ以上）。その他の範囲も可能である。
電気化学セルに組み込むための物品がリチウム金属を含む２つ以上の層を含む場合、リチウム金属を含む各層は、独立して、上記範囲のうちの１つ以上のＲｑの値を有していてもよい。
リチウム金属を含む層の粗さを特徴付けるために採用され得るパラメータの第３の例は、断面における最大高さと平均線の高さとの間の差であるＲｐである。いくつかの実施形態において、リチウム金属を含む層は、１５μｍ以下、１２．５μｍ以下、１０μｍ以下、７．５μｍ以下、５μｍ以下、２．５μｍ以下、２μｍ以下、１μｍ以下、または１μｍ以下というＲｐの値を有している。いくつかの実施形態において、リチウム金属を含む層は、０．５μｍ以上、１μｍ以上、１．５μｍ以上、２μｍ以上、２．５μｍ以上、５μｍ以上、７．５μｍ以上、１０μｍ以上、または１２．５μｍ以上のＲｐの値を有している。上記の範囲の組み合わせも可能である（例えば、１５μｍ以下、０．５μｍ以上、または１５μｍ以下、１μｍ以上）。その他の範囲も可能である。
電気化学セルに組み込むための物品がリチウム金属を含む２以上の層を含む場合、リチウム金属を含む各層は、独立して、上記範囲のうちの１以上の範囲にＲｐの値を有していてもよい。
リチウム金属を含む層の粗さを特徴付けるために採用され得るパラメータの別の例は、断面における最小高さと平均線の高さとの間の差であるＲｖである。いくつかの実施形態において、リチウム金属を含む層は、－１５μｍ以下、－１２．５μｍ以上、－１０μｍ以上、－７．５μｍ以上、－５μｍ以上、－２．５μｍ以上、－２μｍ以上、－１μｍ以上、または－１μｍ以上のＲｖの値を有している。いくつかの実施形態では、リチウム金属を含む層は、－０．５μｍ以下、－１μｍ以下、－１．５μｍ以下、－２μｍ以下、－２．５μｍ以下、－５μｍ以下、－７．５μｍ以下、－１０μｍ以下、または－１２．５μｍ以下のＲｖの値を有する。上記の範囲の組み合わせも可能である（例えば、－１５μｍ以上、－０．５μｍ以下、または－１５μｍ以上、－１μｍ以下など）。その他の範囲も可能である。
電気化学セルに組み込むための物品がリチウム金属を含む２つ以上の層を含む場合、リチウム金属を含む各層は、独立して、上記範囲のうちの１つ以上のＲｖの値を有していてもよい。
リチウム金属を含む層の粗さを特徴付けるために採用され得るパラメータの別の例は、ＲｐおよびＲｖの絶対値の合計であるＲｔである。いくつかの実施形態では、リチウム金属を含む層は、Ｒｔの値が、３０μｍ以下、２５μｍ以下、２０μｍ以下、１５μｍ以下、１０μｍ以下、７．５μｍ以下、４μｍ以下、３μｍ以下、２．５μｍ以下、２μｍ以下、または１．５μｍ以下である。いくつかの実施形態では、リチウム金属を含む層は、Ｒｔの値が、１μｍ以上、１．５μｍ以上、２μｍ以上、２．５μｍ以上、３μｍ以上、４μｍ以上、５μｍ以上、７．５μｍ以上、１０μｍ以上、１５μｍ以上、２０μｍ以上、または２５μｍ以上である。上記の範囲の組み合わせも可能である（例えば、２５μｍ以下、１μｍ以上、または、３０μｍ以下、２μｍ以上）。その他の範囲も可能である。
電気化学セルに組み込むための物品がリチウム金属を含む２つ以上の層を含む場合、リチウム金属を含む各層は、独立して、上記範囲のうちの１つ以上のＲｔの値を有していてもよい。
リチウム金属を含む層の粗さを特徴付けるために採用され得るパラメータの別の例は、平均線に対する断面内のピークの平均高さであるＲｐｍである。いくつかの実施形態では、リチウム金属を含む層は、１５μｍ以下、１２．５μｍ以下、１０μｍ以下、７．５μｍ以下、５μｍ以下、３μｍ以下、２μｍ以下、１．５μｍ以下、１μｍ以下、または０．７５μｍ以下のＲｐｍの値を有する。いくつかの実施形態では、リチウム金属を含む層は、０．５μｍ以上、０．７５μｍ以上、１μｍ以上、１．５μｍ以上、２μｍ以上、３μｍ以上、５μｍ以上、７．５μｍ以上、１０μｍ以上、または１２．５μｍ以上のＲｐｍの値を有する。上記の範囲の組み合わせも可能である（例えば、１５μｍ以下、０．５μｍ以上、または１０μｍ以下、１μｍ以上）。また、他の範囲も可能である。
電気化学セルに組み込むための物品がリチウム金属を含む２つ以上の層を含む場合、リチウム金属を含む各層は独立して、上記の範囲のうちの１つ以上のＲｐｍの値を有していてもよい。
リチウム金属を含む層の粗さを特徴付けるために採用され得るパラメータの別の例は、平均線に対する断面内の谷の平均高さであるＲｖｍである。いくつかの実施形態では、リチウム金属を含む層は、Ｒｖｍの値が、－１５μｍ以上、－１２．５μｍ以上、－１０μｍ以上、－７．５μｍ以上、－５μｍ以上、－３μｍ以上、－２μｍ以上、－１．５μｍ以上、－１μｍ以上、または－０．７５μｍ以上である。いくつかの実施形態では、リチウム金属を含む層は、Ｒｖｍの値が、－０．５μｍ以下、－０．７５μｍ以下、－１μｍ以下、－１．５μｍ以下、－２μｍ以下、－３μｍ以下、－５μｍ以下、－７．５μｍ以下、－１０μｍ以下、または－１２．５μｍ以下である。上記の範囲の組み合わせも可能である（例えば、－１５μｍ以上、－１μｍ以下、または－１０μｍ以上、－０．５μｍ以下など）。その他の範囲も可能である。
電気化学セルに組み込むための物品がリチウム金属を含む２以上の層を含む場合、リチウム金属を含む各層は、独立して、上記範囲のうちの１以上の範囲にＲｖｍの値を有していてもよい。
リチウム金属を含む層の粗さを特徴付けるために採用され得るパラメータの別の例は、断面における５つの最も高いピークの平均高さと断面における５つの最も深い谷との間の高さの差である、Ｒｚである。いくつかの実施形態において、リチウム金属を含む層は、２０μｍ以下、１７．５μｍ以下、１５μｍ以下、１２．５μｍ以下、１０μｍ以下、７．５μｍ以下、５μｍ以下、または２．５μｍ以下のＲｚの値を有している。いくつかの実施形態では、リチウム金属を含む層は、１μｍ以上、２．５μｍ以上、５μｍ以上、７．５μｍ以上、１０μｍ以上、１２．５μｍ以上、１５μｍ以上、または１７．５μｍ以上のＲｚの値を有する。上記の範囲の組み合わせも可能である（例えば、２０μｍ以下、１μｍ以上）。また、他の範囲も可能である。
電気化学セルに組み込むための物品がリチウム金属を含む２以上の層を含む場合、リチウム金属を含む各層は、独立して、上記範囲のうちの１以上の範囲のＲｚの値を有していてもよい。
リチウム金属を含む層の粗さを特徴付けるために採用され得るパラメータの別の例は、断面の頂部と９０パーセンタイルの断面の高さの間に存在する断面における材料の面積（即ち、断面内の高さの９０％より大きい高さの値）であるＳｍである。いくつかの実施形態では、リチウム金属を含む層は、Ｓｍの値が、１平方μｍ以下、０．７５平方μｍ以下、０．５平方μｍ以下、０．３平方μｍ以下、０．２平方μｍ以下、０．１５平方μｍ以下、０．１平方μｍ以下、０．０７５平方μｍ、０．０５平方μｍ以下、０．０３平方μｍ以下、０．０２平方μｍ以下、０．０１５平方μｍ以下、０．０１平方μｍ以下、０．００７５平方μｍ以下、０．００５平方μｍ以下、０．００３平方μｍ以下、０．００２平方μｍ以下である。いくつかの実施形態では、リチウム金属を含む層は、Ｓｍの値が、０．００１平方μｍ以上、０．００２平方μｍ以上、０．００３平方μｍ以上、０．００５平方μｍ以上、０．００７５平方μｍ以上、０．０１平方μｍ以上、０．０２平方μｍ以上、０．０５平方μｍ以上、０．０７５平方μｍ以上、０．１平方μｍ以上、０．１５平方μｍ以上、０．２平方μｍ以上、０．３平方μｍ以上、０．５平方μｍ以上または０．７５平方μｍ以上である。上記の範囲の組み合わせも可能である（例えば、１平方μｍ以下０．００１平方μｍ以上、または、０．２平方μｍ以下０．０１平方μｍ以上など）。その他の範囲も可能である。
電気化学セルに組み込むための物品がリチウム金属を含む２つ以上層を含む場合、リチウム金属を含む各層は、独立して、上記範囲のうちの１つ以上のＳｍの値を有していてもよい。
リチウム金属を含む層の粗さを特徴付けるために採用され得るパラメータの別の例は、９５パーセンタイルの断面の高さ（即ち、断面内の高さの９５％より大きい高さの値）および平均線の高さの間の高さの差であるＳｂｉである。いくつかの実施形態では、リチウム金属を含む層は、Ｓｂｉの値が、２μｍ以下、１．７５μｍ以下、１．５μｍ以下、１．２５μｍ以下、１．１μｍ以下、１μｍ以下、０．９５μｍ以下、０．９μｍ、０．８５μｍ以下、０．８μｍ以下、０．６μｍ以下、０．４μｍ以下、０．３５μｍ以下、０．３μｍ以下、０．２５μｍ以下、０．２μｍ以下、０．１５μｍ以下または０．１２５μｍ以下である。いくつかの実施形態では、リチウム金属を含む層は、Ｓｂｉの値が、０．１μｍ以上、０．１２５μｍ以上、０．１５μｍ以上、０．２μｍ以上、０．２５μｍ以上、０．３μｍ以上、０．３５μｍ以上、０．４μｍ以上、０．６μｍ以上、０．８μｍ以上、０．８５μｍ以上、０．９μｍ以上、０．９５μｍ以上、１μｍ以上、１．１μｍ以上、１．２５μｍ以上、１．５μｍ以上または１．７５μｍ以上である。上記の範囲の組み合わせも可能である（例えば、２μｍ以下０．１μｍ以上、または０．９μｍ以下０．３μｍ以上）。その他の範囲も可能である。
電気化学セルに組み込むための物品がリチウム金属を含む２つ以上の層を含む場合、リチウム金属を含む各層は独立して、上記の範囲のうちの１つ以上のＳｂｉの値を有していてもよい。
リチウム金属を含む層の粗さを特徴付けるために採用され得るパラメータの別の例は、層の表面の傾きの二乗平均平方根であるＳｄｑである。いくつかの実施形態では、リチウム金属を含む層は、１００以下、９０以下、８０以下、７０以下、６０以下、５０以下、４０以下、３０以下、または２０以下のＳｄｑの値を有する。いくつかの実施形態では、リチウム金属を含む層は、Ｓｄｑの値が１０以上、２０以上、３０以上、４０以上、５０以上、６０以上、７０以上、８０以上、または９０以上である。また、上記範囲の組み合わせも可能である（例えば、１００以下かつ１０以上、または８０以下かつ２０以上など）。また、他の範囲も可能である。
電気化学セルに組み込むための物品がリチウム金属を含む２つ以上の層を含む場合、リチウム金属を含む各層は、独立して、Ｓｄｑの値が上記の範囲のうちの１つ以上であってよい。
リチウム金属を含む層の粗さを特徴付けるために採用され得るパラメータの別の例は、断面の高さ分布の尖度であるＳｋｕである。いくつかの実施形態では、リチウム金属を含む層は、Ｓｋｕの値が、７０以下、６０以下、５０以下、４０以下、３０以下、２５以下、２０以下、１５以下、１２．５以下、１０以下、８以下、６以下、５以下、４以下、３．５以下、３以下、または２．５以下である。いくつかの実施形態では、リチウム金属を含む層は、Ｓｋｕの値が、２以上、２．５以上、３以上、３．５以上、４以上、５以上、６以上、８以上、１０以上、１２．５以上、１５以上、２０以上、２５以上、３０以上、４０以上、５０以上、または６０以上である。また、上記範囲の組み合わせも可能である（例えば、７０以下かつ２以上、または１５以下かつ２以上）。また、その他の範囲も可能である。
電気化学セルに組み込むための物品がリチウム金属を含む２つ以上の層を含む場合、リチウム金属を含む各層は、独立して、上記の範囲のうちの１つ以上におけるＳｋｕの値であってもよい。
リチウム金属を含む層の粗さを特徴付けるために採用され得るパラメータの別の例は、断面の高さ分布の歪度であるＳｓｋである。いくつかの実施形態では、リチウム金属を含む層は、Ｓｓｋの値が、５以下、４．５以下、４以下、３．５以下、３以下、２．５以下、２以下、１．５以下、１以下、０．７５以下、０．５以下、０．３以下、０．２以下、０．１以下、０以下、－０．１以下、－０．２以下、－０．３以下、－０．５以下、－０．７５以下、－１以下、または－１．５以下である。いくつかの実施形態では、リチウム金属を含む層は、Ｓｓｋの値が、－２以上、－１．５以上、－１以上、－０．７５以上、－０．５以上、－０．３以上、－０．２以上、－０．１以上、０以上、０．１以上、０以上、０．１以上、０．２以上、０．３以上、０．５以上、０．７５以上、１以上、１．５以上、２以上、２．５以上、３以上、３．５以上、４以上、または４．５以上である。また、上記範囲の組み合わせも可能である（例えば、５以下－２以上、または３以下－０．２以上）。また、その他の範囲も可能である。
電気化学セルに組み込むための物品がリチウム金属を含む２つ以上の層を含む場合、リチウム金属を含む各層は独立して、上記の範囲のうちの１つ以上のＳｋｕの値を有していてもよい。
前述したように、いくつかの実施形態では、リチウム金属を含む層は、リチウム金属以外の１種以上を更に含む。例えば、リチウムを含む層は、金属、非金属、および／または半金属を含んでいてもよい。好適な金属としては、アルミニウム、マグネシウム、インジウム、および／またはスズ（例えば、１つ以上のそのような金属がリチウム金属と合金化されてもよい）が挙げられる。好適な非金属には、炭素、酸素、水素（例えば、炭素に共有結合した水素化物形態）、硫黄、窒素、セレン、および種々のハロゲン（例えば、フッ素、臭素、ヨウ素）などがある。好適な半金属は、ホウ素、ケイ素、アンチモン、およびテルルを含む。いくつかの実施形態では、リチウムを含む層は、リチウムを含み、２種以上の更なる化学種（例えば、２種以上の非金属）を更に含む。上記でも説明したように、そのような化学種は、リチウム金属と単一相（例えば、合金の形で）、またはリチウム金属を含む相に加えて層中に存在する相（例えば、非電気活性である相、セラミックを含む相）を形成してもよい。リチウム金属を含む相から分離した相は、本明細書中の他の箇所でパッシベーション層に関して記載された１つ以上の特徴（例えば、化学組成）を有していてもよい。
電気化学セルに組み込むための物品がリチウム金属を含む２つ以上の層を備える場合、リチウム金属を含む各層は、独立して、前述の化学種の１つまたは複数を含んでもよい。
いくつかの実施形態において、第１の電極は、少なくとも５０重量％のリチウムを含む電気活性材料を含む。いくつかの態様において、電気活性材料は、少なくとも７５重量％、少なくとも９０重量％、少なくとも９５重量％、または少なくとも９９重量％のリチウムを含む。
電気化学セルに組み込むための物品がリチウム金属を含む２つ以上の層を含む場合、リチウム金属を含む各層は、独立して、上記の範囲のうちの１つ以上のリチウムの量を含んでいてもよい。
いくつかの実施形態では、リチウム金属を含む層は、炭素と酸素の両方を更に含む。そのような層において、炭素／酸素の比は、一般に所望のように選択されてもよい。例えば、炭素と酸素の比は、０以上、０．０１以上、０．０２以上、０．０５以上、０．０７５以上、０．１以上、０．１５以上、０．２以上、０．２５以上、０．３以上、０．３５以上、０．４以上、０．４５以上であってよい。いくつかの実施形態では、リチウム金属を含む層における炭素／酸素の比は、０．５以下、０．４５以下、０．４以下、０．３５以下、０．３以下、０．２５以下、０．２以下、０．１５以下、０．１以下、０．０７５以下、０．０５以下、０．０２以下、または０．０１以下である。また、上記範囲の組み合わせも可能である（例えば、０以上０．１以下、０．０１以上０．５以下など）。その他の範囲も可能である。リチウム金属を含む層中の炭素／酸素の比は、エネルギー分散型分光法により測定することができる。
電気化学セルに組み込むための物品がリチウム金属を含む２つ以上の層を備える場合、リチウム金属を含む各層は、独立して、上記の範囲のうちの１つ以上の炭素／酸素の比を有していてもよい。
いくつかの実施形態では、リチウム金属を含む層は、炭素および硫黄の両方を更に含む。そのような層では、炭素／硫黄の比は、一般に所望のように選択され得る。例えば、炭素／硫黄の比は、０以上、０．０１以上、０．０２以上、０．０５以上、０．０７５以上、０．１以上、０．１５以上、０．２以上、０．２５以上、０．３以上、０．３５以上、０．４以上であってよい。いくつかの実施形態では、リチウム金属を含む層における炭素／硫黄の比は、０．４５以下、０．４以下、０．３５以下、０．３以下、０．２５以下、０．２以下、０．１５以下、０．１以下、０．０７５以下、０．０５以下、０．０２以下、または０．０１以下である。また、上記範囲の組み合わせも可能である（例えば、０以上０．１以下、０．０１以上０．４５以下など）。その他の範囲も可能である。リチウム金属を含む層中の炭素／硫黄の比は、エネルギー分散型分光法により測定することができる。
電気化学セルに組み込むための物品がリチウム金属を含む２つ以上の層を備える場合、リチウム金属を含む各層は、独立して、上記の範囲のうちの１つ以上の炭素／硫黄の比を有していてもよい。
いくつかの実施形態では、リチウム金属を含む層は、炭素およびフッ素の両方を更に含む。そのような層では、炭素／フッ素の比は、一般に所望のように選択され得る。例えば、炭素／フッ素の比は、０以上、０．０１以上、０．０２以上、０．０５以上、０．０７５以上、０．１以上、０．１５以上、０．２以上、０．２５以上、０．３以上、または０．３５以上であってもよい。いくつかの実施形態では、リチウム金属を含む層における炭素／フッ素の比は、０．４以下、０．３５以下、０．３以下、０．２５以下、０．２以下、０．１５以下、０．１以下、０．０７５以下、０．０５以下、０．０２以下、または０．０１以下である。また、上記範囲の組み合わせも可能である（例えば、０以上０．１以下、０．０１以上０．４以下など）。その他の範囲も可能である。リチウム金属を含む層における炭素／フッ素の比は、エネルギー分散型分光法により測定することができる。
電気化学セルに含有させるための物品がリチウム金属を含む２以上の層を含む場合、リチウム金属を含む各層は、独立して、フッ素に対する炭素の比率が上記範囲の１以上であってもよい。
有利には、リチウムを含むいくつかの層は、比較的低い弾性率を有していてもよい。低い弾性率は、比較的変形可能な（例えば、比較的低い量の力の適用時に変形する）リチウムを含む層を示すことがある。これにより、有利には、リチウムを含む層が比較的容易に圧縮されて、比較的低い表面積を有するリチウムを含む層が得られる可能性がある。リチウムを含む層の表面に存在するリチウムは、望ましくないことに電解質との枯渇反応を受けることがあるので、比較的低い表面積を有するリチウムを含む層は、そのような反応が起こる速度を有利に低減し、および／または電気化学セルの寿命にわたって起こるそのような反応の総量に低減すると考えられている。
いくつかの実施形態において、リチウム金属を含む層は、４．９ＧＰａ以下、４．５ＧＰａ以下、４．２５ＧＰａ以下、４ＧＰａ以下、３．７５ＧＰａ以下、３．５ＧＰａ以下、３．２５ＧＰａ以下の弾性率を有する。２５ＧＰａ以下、３ＧＰａ以下、２．７５ＧＰａ以下、２．５ＧＰａ以下、２．２５ＧＰａ以下、２ＧＰａ以下、１．７５ＧＰａ以下、１．５ＧＰａ以下、１．２５ＧＰａ以下、または１ＧＰａ以下である。いくつかの実施形態では、リチウム金属を含む層は、０．７５ＧＰａ以上、１ＧＰａ以上、１．２５ＧＰａ以上、１．５ＧＰａ以上、１．７５ＧＰａ以上、２ＧＰａ以上、２．２５ＧＰａ以上の弾性率を有する。２５ＧＰａ以上、２．５ＧＰａ以上、２．７５ＧＰａ以上、３ＧＰａ以上、３．２５ＧＰａ以上、３．５ＧＰａ以上、３．７５ＧＰａ以上、４ＧＰａ以上、４．２５ＧＰａ以上、または４．５ＧＰａ以上となるようにする。上記の範囲の組み合わせも可能である（例えば、４．９ＧＰａ未満かつ０．７５ＧＰａ以上、または、４ＧＰａ未満かつ０．７５ＧＰａ以上）。その他の範囲も可能である。
リチウム金属を含む層の弾性率は、ＡＳＴＭ Ｅ２５４６に記載の手順を以下のパラメータで実行することにより決定することができる。（１）接近速度１μｍ／分、（２）接触荷重０．０３ｍＮ、（３）荷重１～２．５ｍＮ、（４）荷重２倍、（５）圧痕深さ１μｍ。
電気化学セルに組み込むための物品がリチウム金属を含む２つ以上の層を含む場合、リチウム金属を含む各層は、独立して、上記の範囲のうちの１つ以上の弾性率を有していてもよい。
いくつかの実施形態では、リチウム金属を含む層は、ＡＳＴＭ ３３５９に記載されるテープ試験中に望ましい挙動を示す。例えば、いくつかの実施形態において、リチウム金属を含む層は、テープ試験中に、それが配置される基板からドラック、剥離、および／またはフレ－クを生じない。
電気化学セルに組み込むための物品がリチウム金属を含む２つ以上の層を備える場合、リチウム金属を含む各層は、テープ試験中に前述した特性の１つ以上を独立して示すことができる。
本明細書中の他の箇所で説明したように、いくつかの実施形態は、リチウム金属を含む層とその上に配置された第２の層とを備える電気化学セルに組み込むための物品に関するものである。そのような第２の層は、パッシベーション層であってもよい。パッシベーション層に関する更なる詳細が以下に提供される。
パッシベーション層は、電気化学セルに組み込むための物品が暴露される化学種との反応性を低下させることにより、それらが配置されたリチウム金属を含む層を不動態化させることができる。例えば、パッシベーション層は、周囲環境とリチウム金属を含む層との間に配置される物理的バリアとして機能してもよい。リチウム金属と反応する化学種は、比較的少量（またはゼロ）および／または比較的遅い（またはゼロ）速度でそこを通って輸送され、リチウムが上記化学種と反応する速度を減少させることができる。パッシベーション層は、リチウムと反応するいくつかの化学種に対して比較的不透過性であってもよいが、そのような層は、他の化学種に対して比較的透過性であってもよいと解されるべきである。例えば、パッシベーション層は、典型的には、リチウムイオンに対して透過性である。
パッシベーション層は、様々な適切な厚さを有することができる。いくつかの実施形態では、パッシベーション層は、０．０１μｍ以上、０．０２μｍ以上、０．０５μｍ以上、０．０７５μｍ以上、０．１μｍ以上、０．２μｍ以上、０．５μｍ、０．７５μｍ以上、１μｍ以上、１．５μｍ以上、２μｍ以上、２．５μｍ以上、３μｍ以上、または４μｍ以上であってもよい。いくつかの実施形態では、パッシベーション層は、５μｍ以下、４μｍ以下、３μｍ以下、２．５μｍ以下、２μｍ以下、１．５μｍ以下の厚さを有する。５μｍ以下、１μｍ以下、０．７５μｍ以下、０．５μｍ以下、０．２μｍ以下、０．１μｍ以下、０．０７５μｍ以下、０．０５μｍ以下、０．０２μｍ以下が挙げられる。上記の範囲の組み合わせも可能である（例えば、０．０１μｍ以上、５μｍ以下など）。また、他の範囲も可能である。パッシベーション層の厚さは、断面走査型電子顕微鏡により決定することができる。
電気化学セルに組み込むための物品が２つ以上のパッシベーション層を備える場合、各パッシベーション層は独立して、上記範囲のうちの１つ以上の厚さを有していてもよい。
前述したように、いくつかの実施形態では、パッシベーション層は、複数の柱状構造体を備える。存在する場合、そのような構造体は、様々な好適なアスペクト比を有していてもよい。本明細書中で使用する場合、アスペクト比は、「第１の」線分／「第２の」線分の比を指し、両者は、柱状構造体の主軸に平行に配向され、そこに投影される柱状構造体の長さと同等の長さを有している。「第１の」線分は、柱状構造体が直接配置された基板または層と平行でない方向に配向し、その投影長さが最も長い線分である。「第２の」線分は、２番目に長いそのような投影長さを有する線分である。いくつかの実施形態において、第１の線分は柱状構造体の長さに対応してもよく、第２の線分は柱状構造体の幅に対応してもよい。
いくつかの実施形態では、柱状構造体は、０．５以上、０．７５以上、１以上、１．２５以上、１．５以上、１．７５以上、２以上、２．２５以上、２．５以上、２．７５以上、３以上、３．５以上、４以上、または４．５以上のアスペクト比を有する。いくつかの実施形態では、柱状構造体は、アスペクト比が、５以下、４．５以下、４以下、３．５以下、３以下、２．７５以下、２．５以下、２．２５以下、２以下、１．７５以下、１．５以下、１．２５以下、１以下、または０．７５以下である。また、上記範囲の組み合わせも可能である（例えば、０．５以上５以下、１以上３以下など）。また、他の範囲も可能である。柱状構造体のアスペクト比は、断面走査型電子顕微鏡によって決定されてもよい。
いくつかの実施形態において、パッシベーション層は、上記の範囲の１つ以上のアスペクト比を有する１つ以上の柱状構造体を含んでいてもよい。パッシベーション層が複数の柱状構造体を含み、その各々が（またはそのうちの最後の５０％、そのうちの少なくとも７５％、そのうちの少なくとも９０％、またはそのうちの少なくとも９５％が）上記の範囲の１つまたはそれ以上にアスペクト比を有することも可能である。いくつかの実施形態では、複数の柱状構造体は、上記範囲のうちの１つまたは複数における平均アスペクト比を有する。電気化学セルに組み込むための物品が２つ以上のパッシベーション層を備える場合、上記の特徴のうちの１つ以上は、各層について独立して当てはまる場合がある。
いくつかの実施形態では、パッシベーション層は多孔質である。例えば、パッシベーション層は、５％以上、７．５％以上、１０％以上、１２．５％以上、１５％以上、または１７．５％以上の気孔率を有してもよい。いくつかの実施形態では、パッシベーション層は、２０％以下、１７．５％以下、１５％以下、１２．５％以下、１０％以下、または７．５％以下の気孔率を有する。また、上記範囲の組み合わせも可能である（例えば、５％以上、２０％以下など）。また、他の範囲も可能である。
パッシベーション層の気孔率は、複合パッシベーション層の外側の境界によって囲まれた体積を測定し（例えば、電子顕微鏡の使用によって）、以下に述べるＡＳＴＭ規格Ｄ４２８４－０７を採用してパッシベーション層の孔容積を測定し、測定された孔容積をパッシベーション層によって囲まれた体積で割り、１００％を乗じることによって決定することができる。ＡＳＴＭ規格Ｄ４２８４－０７は、参照によりその全体が本明細書中に援用されており、孔径の関数としての累積侵入孔容積としてプロットされた孔径の分布を作成するために使用することができる。気孔率を計算するためには、ｘ軸上の所与の範囲にまたがる曲線の下の面積を計算することになる。任意に、物品がＡＳＴＭ規格Ｄ４２８４－０７を用いて正確に測定できる孔径の範囲外にある孔径を含む場合、ポロシメトリ測定は、例えば、S．Brunauer, P．H．Eｍｍett， and E．Teller， J．Am．Chem．Soc．，１９３８，６０，３０９．に記載されているように、BET表面分析を使って補完することができ、この文献は参照によりその全体が本明細書中に援用される。
電気化学セルに組み込むための物品が２つ以上のパッシベーション層を含む場合、各パッシベーション層は独立して、上記言及された範囲の１つ以上の気孔率を有していてもよい。
本明細書中に記載のパッシベーション層は、多種多様な色空間、および色空間を構成する多種多様な１つ以上のパラメータを有していてもよい。本明細書中に記載されるパッシベーション層はまた、赤、黄、緑、および／または青などの様々な色を有するように視覚的に見えてもよい。
いくつかの実施形態では、パッシベーション層は、明度が１０以上、１２．５以上、１５以上、１７．５以上、２０以上、２２．５以上、２５以上、２７以上、３０以上である。５以上、３０以上、３５以上、４０以上、４５以上、５０以上、５５以上、６０以上、６５以上、７０以上、７５以上、または８０以上である。いくつかの実施形態では、パッシベーション層は、８５以下、８０以下、７５以下、７０以下、６５以下、６０以下、５５以下、５０以下、４５以下、４０以下、３５以下、３０以下、２７．５以下、２５以下、２２．５以下、２０以下、１７．５以下、１５以下、または１２．５以下であること。また、上記範囲の組み合わせも可能である（例えば、１０以上８５以下、２０以上６０以下など）。また、その他の範囲も可能である。
電気化学セルに組み込むための物品が２つ以上のパッシベーション層を備える場合、各パッシベーション層は、独立して、上記範囲のうちの１つ以上の明度を有していてもよい。
いくつかの実施形態において、パッシベーション層は、赤／緑彩度（「ａ」彩度）が、－３以上、－２．５以上、－２以上、－１．５以上、－１以上、－０．５以上、０以上、０．５以上、１以上、１．５以上、２以上、３以上、４以上、５以上、５以上、６以上である。５以上、２以上、２．５以上、３以上、３．５以上、４以上、４．５以上、５以上、６以上、８以上、１０以上、１２．５以上、または１５以上であってもよい。いくつかの実施形態では、パッシベーション層は、赤／緑彩度が、２０以下、１５以下、１２．５以下、１０以下、８以下、６以下、５以下、４以下、３．５以下、４以下、３以下、４以下、３以下、５以下、５以下、６以下、５以下、１０以下、８以下、１０以下、１０以下、６以下、５以下、４以下、４以下、４以下、４以下、４以下、４以下、６以下、５以下、６以下、６以下、４以下のいずれかとなる。５以下、３以下、２．５以下、２以下、１．５以下、１以下、０．５以下、０以下、－０．５以下、－１以下、－１．５以下、－２以下、または－２．５以下となるようにする。また、上記範囲の組み合わせも可能である（例えば、－３以上２０以下、－１以上４以下など）。また、その他の範囲も可能である。
電気化学セルに組み込むための物品が２つ以上のパッシベーション層を備える場合、各パッシベーション層は独立して、上記範囲のうちの１つ以上の赤／緑彩度を有していてもよい。
いくつかの実施形態では、パッシベーション層は、黄／青彩度（「ｂ」彩度）が、－３以上、－２．５以上、－２以上、－１．５以上、－１以上、－０．５以上、０以上、０．５以上、１以上、１以上、１．５以上、２以上、２以上、３以上、３以上、４以上、５以上、６以上、８以上、９以上、９以上またはそれ以上であってもよい。５以上、２以上、２．５以上、３以上、３．５以上、４以上、４．５以上、５以上、６以上、８以上、１０以上、１２．５以上、または１５以上であってもよい。いくつかの実施形態において、パッシベーション層は、黄色／青色彩度が、２０以下、１５以下、１２．５以下、１０以下、８以下、６以下、５以下、４以下、３．５以下、４以下、４以下、３以下、３以下、５以下、５以下、６以下、５以下、４以下、６以下、５以下、８以下、１０以下、１０以下、１０以下、６以下、６以下、５以下、４以下、４以下、４以下、４以下、４以下、６以下、６以下、４以下のいずれであるかを有する。５以下、３以下、２．５以下、２以下、１．５以下、１以下、０．５以下、０以下、－０．５以下、－１以下、－１．５以下、－２以下、または－２．５以下となるようにする。また、上記範囲の組み合わせも可能である（例えば、－３以上２０以下、－１以上４以下など）。また、その他の範囲も可能である。
電気化学セルに組み込むための物品が２つ以上のパッシベーション層を備える場合、各パッシベーション層は独立して、上記範囲のうちの１つ以上の黄色／青色彩度を有していてもよい。
いくつかの実施形態において、パッシベーション層は、彩度が、－２以上、－１．５以上、－１以上、－０．５以上、０以上、０．５以上、１以上、１．５以上、２以上、２以上、２．５以上である。５以上、３以上、３．５以上、４以上、４．５以上、５以上、６以上、８以上、１０以上、１２．５以上、または１５以上であることが好ましい。いくつかの実施形態において、パッシベーション層は、彩度が２０以下、１５以下、１２．５以下、１０以下、８以下、６以下、５以下、４以下、３．５以下、４以下、３以下、５以下、５以下、３以下、６以下、８以下、８以下、８以下、６以下、５以下、４以下、４以下、４以下、４以下、３以下、６以下、６以下、６以下、５以下、４以下、４以下、４以下、４以下のいずれかとなるように、彩度を有する。５以下、３以下、２．５以下、２以下、１．５以下、１以下、０．５以下、０以下、－０．５以下、－１以下、または－１．５以下である。また、上記範囲の組み合わせも可能である（例えば、－２以上２０以下、－１以上５以下など）。また、その他の範囲も可能である。
電気化学セルに組み込むための物品が２つ以上のパッシベーション層を備える場合、各パッシベーション層は独立して、上記範囲のうちの１つ以上の彩度を有していてもよい。
いくつかの実施形態では、パッシベーション層は、－２°以上、０°以上、２°以上、５°以上、７．５°以上、１０°以上、２０°以上、５０°以上、７５°以上、１００°以上、１２５°以上、１５０°以上、１７５°以上、２００°以上、２２５°以上、２５０°以上、２７５°以上、３００°以上、または３２５°以上の色相を有する。いくつかの実施形態において、パッシベーション層は、３６０°以下、３２５°以下、３００°以下、２７５°以下、２５０°以下、２２５°以下、２００°以下、１７５°以下、１５０°以下、１２５°以下、１００°以下、７５°以下、５０°以下、２０°以下、１０°以下、７．５°以下、５°以下、２°以下、または０°以下の色相を有する。上記の範囲の組み合わせも可能である（例えば、－２°以上３６０°以下、または、１０°以上３５０°以下など）。また、その他の範囲も可能である。
電気化学セルに組み込むための物品が２つ以上のパッシベーション層を備える場合、各パッシベーション層は、独立して、上記範囲のうちの１つ以上の色相を有していてもよい。
いくつかの実施形態では、パッシベーション層は、比較的平滑である。パッシベーション層の平滑性または粗さは、リチウム金属を含む層に関して本明細書中の他の箇所で説明されるものと同様の様々な方法で特徴付けることができる。以下の技術は、パッシベーション層の断面を参照して採用されてもよく、いくつかのパッシベーション層は、以下に記載される特性の１つ以上を有する少なくとも１つの断面を含んでいてもよく、いくつかのパッシベーション層は、以下に記載される特性の１つ以上を有する断面のみで構成されてもよく、いくつかのパッシベーション層は、断面の大部分が以下の特性の１つ以上を有するように形態を有することが理解されるべきである（例えば、断面の少なくとも５０％、断面の少なくとも７５％、断面の少なくとも９０％、断面の少なくとも９５％、または断面の少なくとも９９％）。
いくつかの実施形態では、パッシベーション層は、Ｒａの値が、１．５μｍ以下、１．２５μｍ以下、１μｍ以下、０．７５μｍ以下、０．５μｍ以下、０．２５μｍ、０．２μｍ以下、０．１８μｍ以下、０．１５μｍ以下、０．１２５μｍ以下、０．１μｍ以下、または０．０７５μｍ以下である。いくつかの実施形態では、パッシベーション層は、Ｒａの値が、０．０５μｍ以上、０．０７５μｍ以上、０．１μｍ以上、０．１２５μｍ以上、０．１５μｍ以上、０．１８μｍ以上、０．２μｍ以上、０．２５μｍ以上、０．５μｍ以上、０．７５μｍ以上、１μｍ以上、または１．２５μｍ以上である。上記の範囲の組み合わせも可能である（例えば、１．５μｍ以下、０．０５μｍ以上、または１．５μｍ以下、０．１８μｍ以上）。その他の範囲も可能である。
電気化学セルに組み込むための物品が２つ以上のパッシベーション層を含む場合、各パッシベーション層は独立して、上記範囲のうちの１つ以上のＲａの値を有していてもよい。
いくつかの実施形態では、パッシベーション層は、Ｒｑの値が、２．５μｍ以下、２．２５μｍ以下、２μｍ以下、１．７５μｍ以下、１．５μｍ、１．２５μｍ以下、１μｍ以下、０．７５μｍ以下、０．５μｍ以下、０．４μｍ以下、０．３μｍ以下、または０．２μｍ以下である。いくつかの実施形態では、パッシベーション層は、Ｒｑの値が、０．１μｍ以上、０．２μｍ以上、０．３μｍ以上、０．４μｍ以上、０．５μｍ以上、０．７５μｍ以上、１μｍ以上、１．２５μｍ以上、１．５μｍ以上、１．７５μｍ以上、２μｍ以上、または２．２５μｍ以上である。上記の範囲の組み合わせも可能である（例えば、２．５μｍ以下、０．１μｍ以上、または２μｍ以下、０．２μｍ以上）。その他の範囲も可能である。
電気化学セルに組み込むための物品が２つ以上のパッシベーション層を含む場合、各パッシベーション層は独立して、上記範囲のうちの１つ以上のＲｑの値を有していてもよい。
いくつかの実施形態において、パッシベーション層は、１５μｍ以下、１２．５μｍ以下、１０μｍ以下、７．５μｍ以下、５μｍ以下、２．５μｍ以下、２μｍ以下、１μｍ以下、または１μｍ以下というＲｐの値を有している。いくつかの実施形態において、パッシベーション層は、０．５μｍ以上、１μｍ以上、１．５μｍ以上、２μｍ以上、２．５μｍ以上、５μｍ以上、７．５μｍ以上、１０μｍ以上、または１２．５μｍ以上のＲｐの値を有する。上記の範囲の組み合わせも可能である（例えば、１５μｍ以下、０．５μｍ以上、または１５μｍ以下、１μｍ以上）。その他の範囲も可能である。
電気化学セルに組み込むための物品が２つ以上のパッシベーション層を含む場合、各パッシベーション層は独立して、上記範囲のうちの１つ以上のＲｐの値を有していてもよい。
いくつかの実施形態では、パッシベーション層は、－１５μｍ以上、－１２．５μｍ以上、－１０μｍ以上、－７．５μｍ以上、－５μｍ以上、－２．５μｍ以上、－２μｍ以上、－１．５μｍ以上、または－１μｍ以上のＲｖの値を有する。いくつかの実施形態では、パッシベーション層は、－０．５μｍ以下、－１μｍ以下、－１．５μｍ以下、－２μｍ以下、－２．５μｍ以下、－５μｍ以下、－７．５μｍ以下、－１０μｍ以下、または－１２．５μｍ以下のＲｖの値を有する。上記の範囲の組み合わせも可能である（例えば、－１５μｍ以上－０．５μｍ以下、または－１５μｍ以上－１μｍ以下）。他の範囲も可能である。
電気化学セルに組み込むための物品が２つ以上のパッシベーション層を含む場合、各パッシベーション層は、独立して、上記の１つ以上の範囲のＲｖの値を有し得る。
いくつかの実施形態では、パッシベーション層は、３０μｍ以下、２５μｍ以下、２０μｍ以下、１５μｍ以下、１０μｍ以下、７．５μｍ以下、５μｍ以下、４μｍ以下、３μｍ以下、２．５μｍ以下、２μｍ以下、または１．５μｍ以下のＲｔの値を有する。いくつかの実施形態では、パッシベーション層は、１μｍ以上、１μｍ以上、２μｍ以上、２μｍ以上、２．５μｍ以上、３μｍ以上、４μｍ以上、５μｍ以上、７．５μｍ以上、１０μｍ以上、１５μｍ以上、２０μｍ以上、または２５μｍ以上のＲｔの値を有する。上記の範囲の組み合わせも可能である（例えば、２５μｍ以下で１μｍ以上、または３０μｍ以下で２μｍ以上）。他の範囲も可能である。
電気化学セルに組み込むための物品が２つ以上のパッシベーション層を含む場合、各パッシベーション層は、独立して、上記の１つ以上の範囲のＲｔの値を有し得る。
いくつかの実施形態では、パッシベーション層は、１５μｍ以下、１２．５μｍ以下、１０μｍ以下、１０μｍ以下、７．５μｍ以下、以下のＲｐｍの値を有する。５μｍ、３μｍ以下、２μｍ以下、１．５μｍ以下、１μｍ以下、または０．７５μｍ以下。いくつかの実施形態では、パッシベーション層は、０．５μｍ以上、０．７５μｍ以上、１μｍ以上、１μｍ以上、１．５μｍ以上のＲｐｍの値を有する。２μｍ、３μｍ以上、５μｍ以上、７．５μｍ以上、１０μｍ以上、または１２．５μｍ以上。上記の範囲の組み合わせも可能である（例えば、１５μｍ以下で０．５μｍ以上、または１０μｍ以下で１μｍ以上）。他の範囲も可能である。
電気化学セルに組み込むための物品が２つ以上のパッシベーション層を含む場合、各パッシベーション層は、独立して、上記の１つ以上の範囲のＲｐｍの値を有し得る。
いくつかの実施形態では、パッシベーション層は、－１５μｍ以上、－１２．５μｍ以上、－１０μｍ以上、－７．５μｍ以上、より大きいＲｖｍの値を有する。－５μｍ以上、－３μｍ以上、－２μｍ以上、－１．５μｍ以上、１μｍ以上、または－以上０．７５μｍ。いくつかの実施形態では、パッシベーション層は、－０．５μｍ以下、－０．７５μｍ以下、－１μｍ以下、－１．５μｍ以下、以下のＲｖｍの値を有する。－２μｍ以下、－３μｍ以下、－５μｍ以下、－７．５μｍ以下、－１０μｍ以下、または以下－１２．５μｍ。上記の範囲の組み合わせも可能である（例えば、－１５μｍ以上－１μｍ以下、または－１０μｍ以上－０．５μｍ以下）。他の範囲も可能である。
電気化学セルに組み込むための物品が２つ以上のパッシベーション層を含む場合、各パッシベーション層は、独立して、上記の１つ以上の範囲のＲｖｍの値を有し得る。
いくつかの実施形態では、パッシベーション層は、２０μｍ以下、１７．５μｍ以下、１５μｍ以下、１２．５μｍ以下、以下のＲｚの値を有する。１０μｍ、７．５μｍ以下、５μｍ以下、または２．５μｍ以下。いくつかの実施形態では、パッシベーション層は、１μｍ以上、２．５μｍ以上、５μｍ以上、５．７μｍ以上、以下のＲｚの値を有する。１０μｍ、１２．５μｍ以上、１５μｍ以上、または１７．５μｍ以上。上記の範囲の組み合わせも可能である（例えば、２０μｍ以下および１μｍ以上）。他の範囲も可能である。
電気化学セルに組み込むための物品が２つ以上のパッシベーション層を含む場合、各パッシベーション層は、独立して、上記の１つ以上の範囲のＲｚの値を有し得る。
いくつかの実施形態では、パッシベーション層は、１平方μｍ以下、０．７５平方μｍ以下、０．５平方μｍ以下、０．３平方μｍ以下、以下のＳｍの値を有する。０．２平方μｍ以下、０．１５平方μｍ以下、０．１平方μｍ以下、０．０７５平方μｍ以下、０．０５平方μｍ以下、０．０３以下平方μｍ、０．０２平方μｍ以下、０．０１５平方μｍ以下、０．０１平方μｍ以下、０．００７５平方μｍ以下、０．００５平方μｍ以下、以下または０．００３平方μｍ以下、または０．００２平方μｍ以下。いくつかの実施形態では、パッシベーション層は、０．００１平方μｍ以上、０．００２平方μｍ以上、０．００３平方μｍ以上、０．００５平方μｍ以上、より大きいＳｍの値を有する。０．００７５平方μｍ以上、０．０１平方μｍ以上、０．０２平方μｍ以上、０．０５平方μｍ以上、０．０７５平方μｍ以上、０．１以上平方μｍ、０．１５平方μｍ以上、０．２平方μｍ以上、０．３平方μｍ以上、０．５平方μｍ以上、または０．７５平方μｍ以上。上記の範囲の組み合わせも可能である（例えば、１平方μｍ以下で０．００１平方μｍ以上、または０．２平方μｍ以下で０．０１平方μｍ以上）。他の範囲も可能である。
電気化学セルに組み込むための物品が２つ以上のパッシベーション層を含む場合、各パッシベーション層は、独立して、上記の１つ以上の範囲のＳｍの値を有し得る。
いくつかの実施形態では、パッシベーション層は、２μｍ以下、１．７５μｍ以下、１．５μｍ以下、１．２５μｍ以下、以下のＳｂｉの値を有する。１．１μｍ、１μｍ以下、０．９５μｍ以下、０．９μｍ以下、０．８５μｍ以下、０．８μｍ以下、０．６μｍ以下、０．４μｍ以下、０．３５μｍ以下、０．３μｍ以下、０．２５μｍ以下、０．２μｍ以下、０．１５μｍ以下、または０．１２５μｍ以下。いくつかの実施形態では、パッシベーション層は、０．１μｍ以上、０．１２５μｍ以上、０．１５μｍ以上、０．２μｍ以上、以上のＳｂｉの値を有する。０．２５μｍ、０．３μｍ以上、０．３５μｍ以上、０．４μｍ以上、０．６μｍ以上、０．８μｍ以上、０．８５μｍ以上、０．９μｍ以上、０．９５μｍ以上、１μｍ以上、１．１μｍ以上、１．２５μｍ以上、１．５μｍ以上、または１．７５μｍ以上。上記の範囲の組み合わせも可能である（例えば、２μｍ以下で０．１μｍ以上、または０．９μｍ以下で０．３μｍ以上）。他の範囲も可能である。
電気化学セルに組み込むための物品が２つ以上のパッシベーション層を含む場合、各パッシベーション層は、独立して、上記の１つ以上の範囲のＳｂｉの値を有してもよい。
いくつかの実施形態では、パッシベーション層は、１００以下、９０以下、８０以下、７０以下、６０以下、５０以下、４０以下、３０以下、または２０以下のＳｄｑの値を有する。いくつかの実施形態では、パッシベーション層は、１０以上、２０以上、３０以上、４０以上、５０以上、６０以上、７０以上、８０以上、または９０以上のＳｄｑの値を有する。上記の範囲の組み合わせも可能である（例えば、１００以下および１０以上、または８０以下および２０以上）。他の範囲も可能である。
電気化学セルに組み込むための物品が２つ以上のパッシベーション層を含む場合、各パッシベーション層は、独立して、上記の１つ以上の範囲のＳｄｑの値を有してもよい。
いくつかの実施形態では、パッシベーション層は、７０以下、６０以下、５０以下、４０以下、３０以下、２５以下、２０以下、１５以下、１２．５以下、１０以下、８以下、６以下、５以下、４以下、３．５以下、３以下、または２．５以下のＳｋｕの値を有する。いくつかの実施形態では、パッシベーション層は、２以上、２．５以上、２．３以上、３以上、３．５以上、３以上、４以上、５以上、６以上、８以上、１０以上、１２．５以上、１５以上、２０以上、または２５以上、３０以上、４０以上、５０以上、または６０以上のＳｋｕの値を有する。上記の範囲の組み合わせも可能である（例えば、７０以下および２以上、または１５以下および２以上）。他の範囲も可能である。
電気化学セルに組み込むための物品が２つ以上のパッシベーション層を含む場合、各パッシベーション層は、独立して、上記の１つ以上の範囲のＳｋｕの値を有し得る。
いくつかの実施形態では、パッシベーション層は、Ｓｓｋの値が５以下、４．５以下、４以下、３．５以下、３以下、２．５以下、２以下、１．５以下、１以下、０．７５以下、０．５以下、０．３以下、以下０．２以下、０．１以下、０以下、－０．１以下、－０．２以下、－０．３以下、－０．５以下、－０．７５以下、－１以下、または－１．５以下である。いくつかの実施形態では、パッシベーション層は、－２以上、－１．５以上、－１以上、－０．７５以上、－０．５、－０．３以上、－０．２以上、－０．１以上、０以上、０．１以上、０．２以上、０．３以上、０．５以上、０．７５以上、１以上、１．５以上、２以上、２．５以上、３以上、３．５以上、４以上、または４．５以上のＳｓｋの値を有する。上記の範囲の組み合わせも可能である（例えば、５以下および－２以上、または３以下で－０．２以上）。他の範囲も可能である。
電気化学セルに組み込むための物品が２つ以上のパッシベーション層を含む場合、各パッシベーション層は、独立して、上記の１つ以上の範囲のＳｋｕの値を有し得る。
存在する場合、パッシベーション層は様々な適切な組成を有し得る。いくつかの実施形態では、パッシベーション層は、リチウム金属とそれと反応するガスとの反応生成物を含む。従って、いくつかの実施形態では、パッシベーション層は、１つ以上の形態のリチウム（例えば、リチウムイオン、リチウムを含むセラミック）を含む。リチウム金属との反応を受けていない、および／または比較的低い程度でそのような反応を受けたガスからパッシベーション層を蒸着させることも可能である。そのようなパッシベーション層は、リチウムを欠く可能性があり、および／または比較的少量のリチウムを含み得る。例えば、それらは、リチウムを欠く、および／または比較的少量のリチウムを含むセラミックを含み得る。いくつかのパッシベーション層は、例えば、非金属および／または半金属を含み得る。適切な非金属には、炭素、酸素、水素、硫黄、窒素、セレン、および様々なハロゲン（例えば、フッ素、臭素、ヨウ素）が含まれる。適切な半金属には、ホウ素、シリコン、アンチモン、およびテルルが含まれる。いくつかの実施形態では、パッシベーション層は、２つ以上の化学種（例えば、２つ以上の非金属）を含む。そのような化学種の組み合わせの非限定的な例には、酸素と水素；硫黄と酸素；硫黄と炭素；硫黄、酸素、および炭素；窒素と酸素；窒素と水素；フッ素と硫黄；フッ素、炭素、水素；フッ素とケイ素；そして炭素と水素が含まれる。
電気化学セルに組み込むための物品が２つ以上のパッシベーション層を含む場合、各パッシベーション層は、独立して、前述の化学種のうちの１つ以上を含んでもよい。
パッシベーション層が炭素と酸素の両方を含む場合、酸素に対する炭素の比は、一般に、所望に応じて選択することができる。例えば、炭素／酸素の比は、０．０１以上、０．０２以上、０．０５以上、０．０７５以上、０．１以上、０．１以上であってもよい。０．１５まで、０．２以上、０．２５以上、０．３以上、０．３５以上、０．４以上、または０．４５以上であってもよい。いくつかの実施形態では、パッシベーション層中の炭素／酸素の比は、０．５以下、０．４５以下、０．４以下、０．３５以下、０．３以下、０．２５以下、０．２以下、０．１５以下、０．１以下、０．０７５以下、０．０５以下、または０．０２以下である。上記の範囲の組み合わせも可能である（例えば、０．０１以上０．５以下）。他の範囲も可能である。パッシベーション層中の炭素／酸素の比は、エネルギー分散型分光法によって決定することができる。
電気化学セルに組み込むための物品が２つ以上のパッシベーション層を含む場合、各パッシベーション層は、独立して、上記の１つ以上の範囲における酸素に対する炭素の比を有し得る。
いくつかの実施形態では、パッシベーション層は、炭素と硫黄の両方を含む。そのような層において、硫黄に対する炭素（炭素／硫黄）の比は、一般に、所望に応じて選択され得る。例えば、炭素／硫黄の比は、０．０１以上、０．０２以上、０．０５以上、０．０７５以上、０．１以上、０．１５以上、０．２以上、０．２５以上、０．３以上、０．３５以上、または０．４以上であってもよい。いくつかの実施形態では、パッシベーション層中の炭素／硫黄の比は、０．４５以下、０．４以下、０．３５以下、０．３以下、０．２５以下、０．２以下、０．１５以下、０．１以下、０．０７５以下、０．０５以下、または０．０２以下である。上記の範囲の組み合わせも可能である（例えば、０．０１以上０．４５以下）。他の範囲も可能である。パッシベーション層中の炭素／硫黄の比は、エネルギー分散型分光法によって決定することができる。
電気化学セルに組み込むための物品が２つ以上のパッシベーション層を含む場合、各パッシベーション層は、独立して、上記の１つ以上の範囲の硫黄に対する炭素の比を有し得る。
いくつかの実施形態では、パッシベーション層は、炭素とフッ素の両方を含む。そのような層において、フッ素に対する炭素の比は、一般に、所望に応じて選択され得る。例えば、炭素／フッ素の比は、０．０１以上、０．０２以上、０．０５以上、０．０７５以上、０．１以上、０．１５以上、０．２以上、０．２５以上、０．３以上、または０．３５以上であってもよい。いくつかの実施形態では、パッシベーション層中の炭素／フッ素の比は、０．４以下、０．３５以下、０．３以下、０．２５以下、０．２以下、０．１５以下、０．１以下、０．０７５以下、０．０５以下、または０．０２以下である。上記の範囲の組み合わせも可能である（例えば、０．０１以上０．４以下）。他の範囲も可能である。パッシベーション層中の炭素／フッ素の比は、エネルギー分散型分光法によって決定することができる。
電気化学セルに組み込むための物品が２つ以上のパッシベーション層を含む場合、各パッシベーション層は、独立して、上記の１つ以上の範囲における炭素／フッ素の比を有し得る。
本明細書中の他の箇所に記載されるように、いくつかの実施形態では、リチウム金属を含む層および／またはその上に配置された層（例えば、パッシベーション層）が、基板上に蒸着および／または配置される。このような基板の詳細を以下に示す。
モジュール式リチウム蒸着システム、電気化学セルに組み込むための物品、および本明細書中に記載の方法と組み合わせて使用するのに適した基板は、様々な適切な厚さを有し得る。いくつかの実施形態では、基板は、３ミル以上、３ミル以上、４ミル以上、または４．５ミル以上の厚さを有する。いくつかの実施形態では、基板は、５ミル以下、 ４．５ミル以下、４ミル以下、または３．５ミル以下の厚さを有する。上記の範囲の組み合わせも可能である（例えば、３ミル以上５ミル以下）。他の範囲も可能である。基板の厚さは、ドロップゲージで決定できる。
基板は、様々な適切な組成を有することができる。いくつかの実施形態では、基板は、ポリ（エステル）などのポリマー（例えば、光学グレ－ドのポリ（エチレンテレフタレート）などのポリ（エチレンテレフタレート））を含む。適切なポリマーの更なる例には、ポリオレフィン、ポリプロピレン、ナイロン、ポリ塩化ビニル、およびポリエチレン（任意選択で金属化することができる）が含まれる。場合によっては、基板は、金属（例えば、ニッケル箔および／またはアルミ箔などの箔）、ガラス、またはセラミック材料を含む。いくつかの実施形態では、基板は、より厚い基板材料上に任意選択で配置され得るフィルムを含む。例えば、特定の実施形態では、基板は、ポリマーフィルム（例えば、ポリ（エチレンテレフタレート）フィルム）および／または金属化ポリマーフィルム（アルミニウムおよび銅などの様々な金属を使用する）などの１つ以上のフィルムを含む。基材はまた、充填剤、結合剤、および／または界面活性剤などの追加の成分を含み得る。
典型的には、本明細書中に記載の基板は、電気化学セルに組み込む前に、物品から除去して電気化学セルに組み込むように構成されている。特定の実施形態では、基板は、その製造後にそのような物品をそのままにしておくことができるが、物品が電気化学セルに組み込まれる前に層間剥離することができる。例えば、電気化学セルに組み込むための物品は、包装されて製造業者に出荷され、製造業者はそれを電気化学セルに組み込むことができる。そのような実施形態では、電気化学セルに組み込むための物品は、その１つ以上の構成要素の劣化および／または汚染を防止または抑制するために、気密および／または防湿パッケージに挿入され得る。基板を取り付けたままにしておくと、電気化学セルに組み込むための物品の取り扱いと輸送が容易になります。例えば、基板は、比較的厚く、および／または電気化学セルに組み込まれる物品が取り扱い中に歪むのを防止または阻害するのに十分な比較的剛性および／または剛性を有し得る。そのような実施形態では、基板は、電気化学セルの組み立て前、組み立て中、または組み立て後に、製造業者によって除去することができる。
いくつかの実施形態では、電気化学セルに組み込むための物品は、剥離層上に配置または蒸着され得る。例えば、剥離層は、リチウム金属を含む層が蒸着される基板上に配置され得る（例えば、モジュール式リチウム蒸着システムにおいて）。適切な剥離層、およびそれらの特性は、以下で更に詳細に説明される。
本明細書中に記載のシステム、物品、および方法での使用が意図する剥離層は、様々な適切な厚さを有し得る。いくつかの実施形態では、剥離層は、２μｍ以上、２．２５μｍ以上、２．５μｍ以上、２．７５μｍ以上、３μｍ以上、３．２５μｍ以上、３．５μｍ以上、または３．７５μｍ以上の厚さを有する。いくつかの実施形態では、剥離層は、４μｍ以下、３．７５μｍ以下、３．５μｍ以下、３．２５μｍ以下、３μｍ以下、２．７５μｍ以下、２．５μｍ以下、または２．２５μｍ以下の厚さを有する。上記の範囲の組み合わせも可能である（例えば、２μｍ以上４μｍ以下）。他の範囲も可能である。剥離層の厚さは、ドロップゲージによって決定することができる。
上記のように、いくつかの実施形態では、リチウム金属を含む層を基板上に蒸着することが有益であるが、基板が、結果として生じる層を含む電気化学セルに組み込まれることは望ましくない。そのような実施形態では、剥離層が、基板（および結果として生じる電気化学セルに含まれるように構成されていないその上に配置された任意の層）と、結果として生じる電気化学セルに含まれるように構成された任意の層との間に配置されることが有利である可能性がある。剥離層が基板に隣接している場合、剥離層は、電気化学セル形成の後続のステップ（例えば、最終的な電気化学セルに保持されるように構成されていない場合）および／またはそれの間に、リチウム金属を含む層から部分的または完全に剥離され得る。電気化学セル形成の後続のステップ中に、キャリア基板から部分的または完全に剥離する可能性がある（例えば、最終的な電気化学セルに保持されるように構成されている場合）。
いくつかの実施形態では、剥離層は、米国特許出願公開第２０１４／２７２，５６５号、米国特許出願公開第２０１４／２７２，５９７号、および米国特許出願公開第２０１１／０６８，００１号に記載されている剥離層の１つ以上の特徴を有してもよく、これらの文献のそれぞれは、参照によりその全体が本明細書中に援用される。いくつかの実施形態において、剥離層は、ヒドロキシル官能基（例えば、ポリ（ビニルアルコール）（ＰＶＯＨ）および／またはＥＶＡＬを含む）を含み、前述の構造体の１つを有する剥離層であることが好ましい場合がある。
一組の実施形態において、剥離層は、ポリマー材料から形成される。適切なポリマーの具体例には、これらに限定されないが、ポリオキシド、ポリ（アルキルオキシド）／ポリアルキレンオキシド（例えば、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリブチレンオキシド）、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリビニルホルマール、ビニルアセテートビニルアルコールコポリマー、エチレン－ビニルアルコールコポリマー、ビニルアルコール‐メチルメタクリレートコポリマー、ポリシロキサン、およびフッ素化ポリマーが挙げられる。高分子材料の更なる例には、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニルスルホン（例えば、ＢＡＳＦから市販されている「Ｕｌｔｒａｓｏｎ（登録商標）」Ｓ６０１０、Ｓ３０１０およびＳ２０１０）、ポリエーテルスルホン－ポリアルキレンオキシドコポリマー、ポリフェニルスルホン－ポリアルキレンオキシドコポリマー、ポリスルホン－ポリアルキレンオキシドコポリマー、ポリイソブチレン（例えば、ＢＡＳＦから市販されている「Ｏｐｐａｎｏｌ（登録商標）」Ｂ１０、Ｂ１５、Ｂ３０、Ｂ８０、Ｂ１５０、およびＢ２００）、ポリイソブチレンコハク酸無水物（ＰＩＢＳＡ）、ポリイソブチレン－ポリアルキレンオキシドコポリマー、ポリアミド６（例えば、ＢＡＳＦから市販されている「Ｕｌｔｒａｍｉｄ（登録商標）Ｂ３３」（例えば：２μｍポリアミド層のポリオレフィン担体上への押出し、またはポリオール担体基板上のＰＡ層の溶液キャスティング）、ポリビニルピロリドン、ポリビニルピロリドン－ポリビニルイミダゾールコポリマー（例えば、ＢＡＳＦから市販されている「Ｓｏｋａｌａｎ（登録商標）ＨＰ５６」）、ポリビニルピロリドン－ポリビニルアクテテートコポリマー（例えば、ＢＡＳＦから市販されている「Ｌｕｖｉｓｋｏｌ（登録商標）」）、マレインイミド－ビニルエーテルコポリマー、ポリアクリルアミド、フッ素化ポリアクリレート（オプションで表面反応性コモノマーを含む））、ポリエチレン－ポリビニルアルコールコポリマー（例えば、ＢＡＳＦから市販されている「Ｋｕｒａｒａｙ（登録商標）」）、ポリエチレン－ポリビニルアセテートコポリマー、ポリビニルアルコールおよびポリビニルアセテートコポリマー、ポリオキシメチレン（例えば、押し出し）、ポリビニルブチラール（例えば、ＢＡＳＦから市販されている「Ｋｕｒａｒａｙ（登録商標）」）、ポリ尿素（例えば、 、分岐）、アクロレイン誘導体の光重合に基づくポリマー（ＣＨ２＝ＣＲ－Ｃ(Ｏ)Ｒ）、ポリスルホン－ポリアルキレンオキシドコポリマー、ポリビニリデンジフルオリド（例えば、ＢＡＳＦから市販されている「Ｋｙｎａｒ（登録商標）Ｄ１５５」）、およびそれらの組み合わせ。
１つの実施形態では、剥離層は、ポリエーテルスルホン－ポリアルキレンオキシドコポリマーを含む。１つの特定の実施形態において、ポリエーテルスルホン－ポリアルキレンオキシドコポリマーは、成分を含む反応混合物（ＲＧ）の重縮合によって得られるポリアリールエーテルスルホン－ポリアルキレンオキシドコポリマー（ＰＰＣ）である：（Ａ１）少なくとも１つの芳香族ジハロゲン化合物、（Ｂ１）少なくとも１つ芳香族ジヒドロキシル化合物、および（Ｂ２）少なくとも２つのヒドロキシル基を有する少なくとも１つのポリアルキレンオキシド。反応混合物はまた、（Ｃ）少なくとも１つの非極性極性溶媒および（Ｄ）少なくとも１つの金属カーボネートを含み得、ここで、反応混合物（ＲＧ）は、水と共沸混合物を形成するいかなる物質も含まない。得られるコポリマーは、ランダムコポリマーまたはブロックコポリマーであってもよい。例えば、得られるコポリマーは、Ａ１－Ｂ１のブロック、およびＡ１－Ｂ２のブロックを含んでもよい。得られるコポリマーは、場合によっては、Ａ１－Ｂ１－Ａ１－Ｂ２のブロックを含んでもよい。
高分子材料の更なる例には、ヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）コーティング（例えば、Ｄｕｐｏｎｔから市販）を備えたポリイミド（例えば、「Ｋａｐｔｏｎ（登録商標）」）が含まれる。シリコン化ポリエステルフィルム（例えば、三菱ポリエステル）、金属化ポリエステルフィルム（例えば、三菱またはシオンパワーから市販）、ポリベンズイミダゾール（ＰＢＩ；例えば、Ｃｅｌａｎｅｓｅから市販されている低分子量ＰＢＩ）、ポリベンゾオキサゾール（例えば、Ｆｏｓｔｅｒ－Ｍｉｌｌｅｒ、Ｔｏｙｏｂｏから市販）、エチレン－アクリール酸コポリマー（例えば、ＢＡＳＦから市販されている「Ｐｏｌｉｇｅｎ（登録商標）」）、アクリレートベースのポリマー（例えば、ＢＡＳＦから市販されている「Ａｃｒｏｎａｌ（登録商標）」）、（荷電）ポリビニルピロリドン－ポリビニルイミダゾールコポリマー（例えば、ＢＡＳＦから市販されている「Ｓｏｋａｌａｎｅ（登録商標）ＨＰ５６」、「Ｌｕｖｉｑｕａｔ（登録商標）」）、ポリアクリロニトリール（ＰＡＮ）、スチレン－アクリロニトリール（ＳＡＮ）、熱可塑性ポリウレタン（ＢＡＳＦから市販されている「Ｅｌａｓｔｏｌｌａｎ（登録商標）１１９５Ａ １０」など）、ポリスルホン－ポリ（酸化アキレン）コポリマー、ベンゾフェノン変性ポリスルホン（ＰＳＵ）ポリマー、ポリビニルピロリドン－ポリビニルアクテテートコポリマー（例えば、ＢＡＳＦから市販されている「Ｌｕｖｉｓｋｏｌ（登録商標）」）、およびそれらの組み合わせ。
いくつかの実施形態では、剥離層は、実質的に導電性であるポリマーを含む。このような材料の例には、リチウム塩（例えば、ＬｉＳＣＮ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＳＯ３ＣＦ３、ＬｉＳＯ３ＣＨ３、ＬｉＢＦ４、ＬｉＢ(Ｐｈ)４、ＬｉＰＦ６）がドープされた導電性ポリマー（電子ポリマーまたは導電性ポリマーとしても知られる）が含まれる、ＬｉＣ(ＳＯ２ＣＦ３)３、およびＬｉＮ(ＳＯ２ＣＦ３)２）。導電性ポリマーの例には、これらに限定されないが、ポリ（アセチレン）、ポリ（ピロール）、ポリ（チオフェン）、ポリ（アニリン）、ポリ（フルオレン）、ポリナフタレン、ポリ（ｐ－フェニレンスルフィド）およびポリ（ｐ－フェニレンビニレン）が挙げられる。導電性添加剤をポリマーに添加して、導電性ポリマーを形成することもできる。
いくつかの実施形態では、剥離層は、架橋可能なポリマーを含む。架橋性ポリマーの非限定的な例には、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリビニルピリジル、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアセテート、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、エチレン－プロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ＥＰＲ、塩素化ポリエチレン（ＣＰＥ）、エチレンビスアクリルアミド（ＥＢＡ）、アクリレート（例えば、アルキルアクリレート、グリコールアクリレート、ポリグリコールアクリレート、エチレンエチルアクリレート（ＥＥＡ））、水素化ニトリルブタジエンゴム（ＨＮＢＲ）、天然ゴム、ニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、特定のフルオロポリマー、シリコーンゴム、ポリイソプレン、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）、クロロスルホニルゴム、フッ素化ポリ（アリーレンエーテル）（ＦＰＡＥ）、ポリエーテルケトン、ポリスルホン、ポリエーテルイミド、ジエポキシド、ジイソシアネート、ジイソチオシアネ－ト、ホルムアルデヒド樹脂、アミノ樹脂、ポリウレタン、不飽和ポリエーテル、ポリグリコールビニルエーテル、ポリグリコールジビニルエーテル、それらのコポリマー、およびＹｉｎｇらの米国特許第６，１８３，９０１号に記載されているもの。セパレータ層の保護コーティング層の共通の譲受人の。
架橋可能または架橋ポリマーの追加の例には、ＵＶ／Ｅビーム架橋ウルトラソン（登録商標）または類似のポリマー（即ち、ポリ（スルホン）、ポリ（エーテルスルホン）、およびポリ（フェニルスルホン）の１つ以上のアモルファスブレンドを含むポリマー）、ＵＶが含まれる。架橋「Ｕｌｔｒａｓｏｎ（登録商標）」－ポリアルキレンオキシドコポリマー、ＵＶ／Ｅビーム架橋「Ｕｌｔｒａｓｏｎ（登録商標）」－アクリルアミドブレンド、架橋ポリイソブチレン－ポリアルキレンオキシドコポリマー、架橋分岐ポリイミド（ＢＰＩ）、架橋マレインイミド－ジェファミンポリマー（ＭＳＩゲル）、架橋アクリルアミド、およびそれらの組み合わせ。
当業者は、本明細書の説明と組み合わせた当業者の一般的な知識に基づいて、架橋することができる適切なポリマー、ならびに適切な架橋方法を選択することができる。架橋ポリマー材料は、リチウムイオン伝導性を高めるために、塩、例えば、リチウム塩を更に含み得る。
架橋可能なポリマーが使用される場合、ポリマー（またはポリマー前駆体）は、１つ以上の架橋剤を含み得る。架橋剤は、１つ以上のポリマー鎖の間に架橋結合を形成する方法でポリマー鎖上の官能基と相互作用するように設計された反応性部分を有する分子である。本明細書中に記載の支持層に使用される高分子材料を架橋することができる架橋剤の例には、これらに限定されないが：ポリアミド－エピークロロヒドリン（ポリカップ１７２）。アルデヒド（例えば、ホルムアルデヒドおよび尿素－ホルムアルデヒド）；ジアルデヒド（例えば、グリオキサールグルタールアルデヒド、およびヒドロキシアジプアルデヒド）；アクリレート（例えば、エチレングリコールジアクリレート、ジ（エチレングリコール）ジアクリレート、テトラ（エチレングリコール）ジアクリレート、メタクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、ジ（エチレングリコール）ジメタクリレート、トリ（エチレングリコール）ジメタクリレート）；アミド（例：Ｎ、Ｎ'‐メチレンビスアクリルアミド、Ｎ、Ｎ'‐エチレンビスアクリルアミド、Ｎ、Ｎ'‐（１，２－ジヒドロキシエチレン）ビスアクリルアミド、Ｎ－（１－ヒドロキシ－２，２－ジメトキシエチル）アクリルアミド）；シラン（例：メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、テトラメトキシシラン（ＴＭＯＳ）、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）、テトラプロポキシシラン、メチルトリス（メチルエチルデトキシム）シラン、メチルトリス（アセトキシム）シラン、メチルトリス（メチルイソブチルケトキシム）シラン、ジメチルジ（メチルエチルデトキシム）シラン、トリメチル（メチルエチルケトキシ）ビニルトリス（メチルエチルケトキシム）シラン、メチルビニルジ（メチルエチルケトキシム）シラン、メチルビニルジ（シクロヘキサンオンオキシム）シラン、ビニルトリス（メチルイソブチルケトキシム）シラン、メチルトリアセトキシシラン、テトラセトキシシラン、およびフェニルトリス（メチルエチルケトキシム）シラン）；ジビニルベンゼン；メラミン；炭酸ジルコニウムアンモニウム；ジシクロヘキシルカルボジイミド／ジメチルアミノピリジン（ＤＣＣ／ＤＭＡＰ）；２－クロロピリジニウムイオン；１－ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン；アセトフェノンジメチルケタール；ベンゾイルメチルエーテル；アリールトリフルオロビニルエーテル；ベンゾシクロブテン；フェノール樹脂（例えば、フェノールとホルムアルデヒドおよび低級アルコール（メタノール、エタノール、ブタノール、イソブタノールなど）との縮合物）、エポキシド；メラミン樹脂（例えば、メラミンとホルムアルデヒドおよびメタノール、エタノール、ブタノール、イソブタノールなどの低級アルコールとの縮合物）；ポリイソシアネート；およびジアルデヒドが挙げられる。
剥離層での使用に適し得る他のクラスのポリマーには、ポリアミン（例えば、ポリ（エチレンイミン）およびポリプロピレンイミン（ＰＰＩ））が含まれ得るが、これらに限定されない。ポリアミド（例えば、ポリ（ε－カプロラクタム）（ナイロン６）、ポリ（ヘキサメチレンアジパミド）（ナイロン６６））、ポリイミド（例えば、ポリイミド、ポリニトリール、およびポリ（ピロメリットイミド－１，４－ジフェニルエーテル）（カプトン））；ビニルポリマー（例えば、ポリアクリルアミド、ポリ（２－ビニルピリジン）、ポリ（Ｎ－ビニルピロリドン）、ポリ（メチルシアノアクリレート）、ポリ（エチルシアノアクリレート）、ポリ（ブチルシアノアクリレート）、ポリ（イソブチルシアノアクリレート）、ポリ（酢酸ビニル）、ポリ（ビニルアルコール）、ポリ（塩化ビニル）、ポリ（フッ化ビニル）、ポリ（２－ビニルピリジン）、ポリクロロトリフルオロエチレン、およびポリ（イソヘキシルシアノアクリレート））；ポリアセタール；ポリオレフィン（例えば、ポリ（ブテン－１）、ポリ（ｎ－ペンテン－２）、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン）；ポリエステル（例えば、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート、ポリヒドロキシブチレート）；ポリエーテル（ポリ（エチレンオキシド）（ＰＥＯ）、ポリ（プロピレンオキシド）（ＰＰＯ）、ポリ（テトラメチレンオキシド）（ＰＴＭＯ））；ビニリデンポリマー（例えば、ポリイソブチレン、ポリ（メチルスチレン）、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）、ポリ（ビニリデンクロリド）、ポリ（ビニリデンフルオリド）、ポリ（ビニリデンジフルオリド、ポリ（ビニリデンジフルオリド）ブロックコポリマー）；ポリアラミド（例えば、ポリ（イミノ－１，３－フェニレンイミノイソフタロイル）およびポリ（イミノ－１，４－フェニレンイミノテレフタロイル））；ポリヘテロ芳香族化合物（例えば、ポリベンズイミダゾール（ＰＢＩ）、ポリベンゾビスオキサゾール（ＰＢＯ）およびポリベンゾビスチアゾール（ＰＢＴ））；ポリ複素環式化合物（例えば、ポリピロール）；ポリウレタン；フェノールポリマー（例えば、フェノールホルムアルデヒド）；ポリアルキン（例えば、ポリアセチレン）；ポリジエン（例えば、１，２－ポリブタジエン、シスまたはトランス－１，４－ポリブタジエン）；ポリシロキサン（例えば、ポリ（ジメチルシロキサン）（ＰＤＭＳ）、ポリ（ジエチルシロキサン）（ＰＤＥＳ）、ポリジフェニルシロキサン（ＰＤＰＳ）、およびポリメチルフェニルシロキサン（ＰＭＰＳ））；および無機ポリマー（例えば、ポリホスファゼン、ポリホスホネート、ポリシラン、ポリシラザン）。
いくつかの実施形態において、ポリマーの分子量は、特定の接着親和性を達成するように選択され得、そして剥離層において変化し得る。いくつかの実施形態において、剥離層で使用されるポリマーの分子量は、１，０００ｇ／モル以上、５，０００ｇ／モル以上、１０，０００ｇ／モル以上、１５，０００ｇ／モル以上、２０，０００ｇ／モル以上、２５，０００ｇ／モル以上、３０，０００ｇ／モル以上、５０，０００ｇ／モル以上、１００，０００ｇ／モル以上、１５０，０００ｇ／モル以上であってもよい。特定の実施形態において、剥離層で使用されるポリマーの分子量は、１５０，０００ｇ／モル以下、１００，０００ｇ／モル以下、１００，０００ｇ／モル以下、３０，０００ｇ／モル以下、２５，０００ｇ／モル以下、２０，０００ｇ／モル以下、１０，０００ｇ／モル以下、５，０００ｇ／モル以下、または１，０００ｇ／モル以下であってもよい。他の範囲も可能である。上記の範囲の組み合わせも可能である（例えば、５，０００ｇ／モル以上５０，０００ｇ／モル以下）。
ポリマーが使用される場合、現在の開示はこのように限定されないので、ポリマーは、実質的に架橋され、実質的に非架橋され、または部分的に架橋され得る。更に、ポリマーは、実質的に結晶性、部分的に結晶性、または実質的にアモルファスであってもよい。理論に拘束されることを望まないが、ポリマーの結晶化が表面粗さの増加をもたらす可能性があるため、ポリマーがアモルファスである実施形態は、より滑らかな表面を示し得る。特定の実施形態において、剥離層は、ワックスから形成されるか、またはワックスを含む。
本明細書中の他の箇所で説明するように、いくつかの実施形態では、リチウム金属を含む層および／またはその上に配置された層（例えば、パッシベーション層）が、集電体上に蒸着および／または配置される。このような集電体の更なる詳細を以下に示す。
存在する場合、集電体は、基板上に（例えば、その上に配置された剥離層上に）配置された層の形態をとることができる。このような層の厚さは、一般に、必要に応じて選択することができる。いくつかの実施形態では、集電体は、０．１μｍ以上、０．１５μｍ以上、０．２μｍ以上、０．２５μｍ以上、０．３μｍ以上、０．３５μｍ以上、０．４μｍ以上、または０．４５μｍ以上の厚さを有する。いくつかの実施形態では、集電体は、０．５μｍ以下、０．４５μｍ以下、０．４μｍ以下、０．３５μｍ以下、０．３μｍ以下、０．２５μｍ以下、０．２μｍ以下、または０．１５μｍ以下の厚さを有する。上記の範囲の組み合わせも可能である（例えば、０．１μｍ以上０．５μｍ以下）。他の範囲も可能である。集電体の厚さは、光学的形状測定によって決定することができる。
集電体は通常、導電性材料で構成される。例えば、集電体は、金属（例えば、銅、ニッケル、アルミニウム、不動態化金属）、金属化ポリマー（例えば、金属化ポリ（エチレンテレフタレート））、導電性ポリマー、および／またはその中に分散した導電性粒子を含むポリマーを含んでもよい。
集電体は、様々な方法で形成することができる。例えば、集電体は、物理蒸着、化学蒸着、電気化学的蒸着、スパッタリング、ドクターブレード、フラッシュ蒸発、または選択された材料のための他の適切な蒸着技術によって電極上に蒸着され得る。いくつかのそのようなプロセス（例えば、物理蒸着、化学蒸着、スパッタリング）は、本明細書中に記載のモジュール式リチウム蒸着システムで実行され得、および／またはモジュール式リチウム蒸着システムに導入される前に基板上で実行され得る。いくつかの実施形態では、集電体は、それが組み込まれる物品（例えば、電気化学セルに組み込むための物品）とは別に形成され、次いで、それに（および／または層などの構成要素に）結合される。その）。しかしながら、いくつかの実施形態では、電気化学セルに組み込むための物品は、集電体を欠いている可能性があることを理解されたい。これは、物品自体（および／またはその中の電気活性材料）が導電性である場合に当てはまる可能性がある。
本明細書中の他の箇所で記載されているように、いくつかの実施形態は、電気化学セルに組み込むための物品に関する。いくつかの実施形態では、電気化学セルに組み込むための物品は、アノードおよび／またはアノードの一部を含む（例えば、リチウム金属電気化学セル用の）。そのような物品が組み込まれ得る電気化学セルの更なる詳細は、以下に記載されている。
いくつかの電気化学セルは、電解質を更に含み得る。いくつかの実施形態では、電解質は非水性電解質である。適切な非水性電解質には、液体電解質、ゲルポリマー電解質、および固体ポリマー電解質などの有機電解質が含まれ得る。これらの電解質は、任意選択で、１つ以上のイオン性電解質塩を含み得る（例えば、イオン伝導性を提供または増強するために）。有用な非水性液体電解質溶媒の例には、例えば、Ｎ－メチルアセトアミド、アセトニトリール、アセタール、ケタール、エステル（例えば、炭酸エステル）などの非水性有機溶媒が含まれるが、これらに限定されない。炭酸塩（例えば、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、エチルメチルカーボネート、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート、ジフルオロエチレンカーボネート）、スルホン、サルファイト、スルホラン、スフロニミド（例えば、ビス（トリフルオロメタン）スルホンイミドリチウム塩）、脂肪族エーテル、非環式エーテル、環状エーテル、グライム、ポリエーテル、リン酸エステル（例えば、ヘキサフルオロホスフェート）、シロキサン、ジオキソラン、Ｎ－アルキルピロリドン、硝酸塩含有化合物、前述の置換形態、およびそれらのブレンド。使用できる非環式エーテルの例には、ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジブチルエーテル、ジメトキシメタン、トリメトキシメタン、１，２－ジメトキシエタン、ジエトキシエタン、１，２－ジメトキシプロパン、および１，３－ジメトキシプロパンが含まれるが、これらに限定されない。使用できる環状エーテルの例には、テトラヒドロフラン、テトラヒドロフラン、２－メチルテトラヒドロフラン、１，４－ジオキサン、１，３－ジオキソラン、およびトリオキサンが含まれるが、これらに限定されない。使用できるポリエーテルの例には、ジエチレングリコールジメチルエーテル（ジグリム）、トリエチレングリコールジメチルエーテル（トリグリム）、テトラエチレングリコールジメチルエーテル（テトラグライム）、高級グライム、エチレングリコールジビニルエーテル、ジエチレングリコールジビニルが含まれるが、これらに限定されない。エーテル、トリエチレングリコールジビニルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、およびブチレングリコールエーテル。使用できるスルホンの例には、スルホラン、３－メチルスルホラン、および３－スルホレンが含まれるが、これらに限定されない。前述のフッ素化誘導体は、液体電解質溶媒としても有用である。
場合によっては、本明細書中に記載の溶媒の混合物を使用することもできる。例えば、いくつかの実施形態において、溶媒の混合物は、１，３－ジオキソランおよびジメトキシエタン、１，３－ジオキソランおよびジエチレングリコールジメチルエーテル、１，３－ジオキソランおよびトリエチレングリコールジメチルエーテル、ならびに１，３－を含む群から選択される。ジオキソランとスルホラン。いくつかの実施形態において、溶媒の混合物は、炭酸ジメチルおよびエチレンカーボネートを含む。いくつかの実施形態において、溶媒の混合物は、エチレンカーボネートおよびエチルメチルカーボネートを含む。混合物中の２つの溶媒の重量比は、場合によっては、約５重量％：９５重量％から９５重量％：５重量％の範囲であってもよい。例えば、いくつかの実施形態では、電解質は、炭酸ジメチル：エチレンカーボネートの５０重量％：５０重量％の混合物を含む。いくつかの他の実施形態では、電解質は、エチレンカーボネート：エチルメチルカーボネートの３０重量％：７０重量％の混合物を含む。電解質は、炭酸ジメチル：エチレンカーボネートの比が５０重量％：５０重量％以下であり、３０重量％：７０重量％以上である混合物を含み得る。
いくつかの実施形態では、電解質は、フルオロエチレンカーボネートとジメチルカーボネートの混合物を含んでもよい。フルオロエチレンカーボネートとジメチルカーボネートの重量比は、２０重量％：８０重量％または２５重量％：７５重量％であってもよい。フルオロエチレンカーボネートとジメチルカーボネートの重量比は、２０重量％：８０重量％以上、２５重量％：７５重量％以下であってもよい。
適切なゲルポリマー電解質の非限定的な例には、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリアクリロニトリール、ポリシロキサン、ポリイミド、ポリホスファゼン、ポリエーテル、スルホン化ポリイミド、過フッ素化膜（ＮＡＦＩＯＮ樹脂）、ポリジビニルポリエチレングリコール、ポリエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、それらの誘導体、それらのコポリマー、それらの架橋構造体およびネットワーク構造体、並びにそれらの混合物が挙げられる。
適切な固体ポリマー電解質の非限定的な例には、ポリエーテル、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリイミド、ポリホスファゼン、ポリアクリロニトリール、ポリシロキサン、それらの誘導体、それらのコポリマー、それらの架橋構造体およびそれらのネットワーク構造体、並びにそれらの混合物が挙げられる。
いくつかの実施形態では、電解質は、特定の厚さを有する層の形態である。電解質層は、例えば、少なくとも１μｍ、少なくとも５μｍ、少なくとも１０μｍ、少なくとも１５μｍ、少なくとも２０μｍ、少なくとも２５μｍ、少なくとも３０μｍ、少なくとも４０μｍ、少なくとも５０μｍ、少なくとも７０μｍ、少なくとも１００μｍ、少なくとも２００μｍ、少なくとも５００μｍ、または少なくとも１ｍｍの厚さを有してもよい。いくつかの実施形態では、電解質層の厚さは、１ｍｍ以下、５００μｍ以下、２００μｍ以下、１００μｍ以下、７０μｍ以下、５０μｍ以下、４０μｍ以下、３０μｍ以下、２０μｍ以下、１０μｍ以下、または５μｍ以下である。他の値も可能である。上記の範囲の組み合わせも可能である。電解質層の厚さは、ドロップゲージによって決定することができる。
いくつかの実施形態では、電解質は、少なくとも１つのリチウム塩を含む。例えば、場合によっては、少なくとも１つのリチウム塩は、ＬｉＳＣＮ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、ＬｉＳＯ３ＣＨ３、ＬｉＮＯ３、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＢ(Ｐｈ)４、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、Ｌｉ２ＳｉＦ６、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＡｌＣｌ４、ビス（オキサラト）ホウ酸リチウム、ジフルオロ（オキサラト）ホウ酸リチウム、トリス（オキサラト）ホスフェートアニオン（例えば、リチウムトリス（オキサラト）ホスフェート）、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＮ(ＳＯ２Ｆ)２、ＬｉＮ(ＳＯ２ＣＦ３)２、ＬｉＣ(ＣｎＦ２ｎ＋１ＳＯ２)３（ここで、ｎは１～２０の範囲の整数である）、および（ＣｎＦ２ｎ＋１ＳＯ２)ｍＸＬｉ（ここで、ｎは１～２０の範囲の整数であり、Ｘが酸素または硫黄から選択される場合は、ｍは１であり、Ｘが窒素またはリンから選択された場合はｍが２、Ｘが炭素またはケイ素から選択された場合はｍが３である。）から成る群から選択される。
存在する場合、リチウム塩は、様々な好適な濃度で電解質中に存在してもよい。いくつかの実施形態において、リチウム塩は、０．０１Ｍ以上、０．０２Ｍ以上、０．０５Ｍ以上、０．１Ｍ以上、０．２Ｍ以上、０．５Ｍ以上、１Ｍ以上、２Ｍ以上、または５Ｍ以上の濃度で電解質中に存在する。リチウム塩は、１０Ｍ以下、５Ｍ以下、２Ｍ以下、１Ｍ以下、０．５Ｍ以下、０．２Ｍ以下、０．１Ｍ以下、０．０５Ｍ以下、または０．０２Ｍ以下の濃度で電解質中に存在する。上記の範囲の組み合わせも可能である（例えば、０．０１Ｍ以上１０Ｍ以下、または０．０１Ｍ以上５Ｍ以下）。他の範囲も可能である。
いくつかの実施形態において、電解質は、有利な量でＬｉＰＦ６を含んでもよい。いくつかの実施形態では、電解質は、０．０１Ｍ以上、０．０２Ｍ以上、０．０５Ｍ以上、０．１Ｍ以上、０．２Ｍ以上、０．５Ｍ以上、１Ｍ以上、または２Ｍ以上の濃度のＬｉＰＦ６を含む。電解質は、５Ｍ以下、２Ｍ以下、１Ｍ以下、０．５Ｍ以下、０．２Ｍ以下、０．１Ｍ以下、０．０５Ｍ以下、または０．０２Ｍ以下の濃度のＬｉＰＦ６を含んでもよい。上記の範囲の組み合わせも可能である（例えば、０．０１Ｍ以上５Ｍ以下）。他の範囲も可能である。
いくつかの実施形態では、電解質は、オキサラト（ボレート）基を有する化学種（例えば、ＬｉＢＯＢ、ジフルオロ（オキサラト）ホウ酸リチウム）を含み、電気化学セル内の（オキサラト）ボレート基を有する化学種の総重量は、電解質の総重量に対して、３０重量％以下、２８重量％以下、２５重量％以下、２２重量％以下、２０重量％以下、１８以下重量％、１５重量％以下、１２重量％以下、１０重量％以下、８重量％以下、６重量％以下、５重量％以下、４重量％以下、３重量％以下、２重量％以下、または１重量％以下であってもよい。いくつかの実施形態では、電気化学セル内の（オキサラト）ボレート基を有する化学種の総重量は、電解質の総重量に対して、０．２重量％より多く、０．５重量％より多く、１重量％より多く、２重量％より多く、３重量％より多く、４重量％より多く、６重量％より多く、８重量％より多く、１０重量％より多く、１５重量％より多く、１８重量％より多く、２０重量％より多く、２２重量％より多く、２５重量％より多く、または２８重量％より多い。上記範囲の組み合わせも可能である（例えば、０．２重量％より多く、かつ３０重量％以下、０．２重量％より多く、かつ２０重量％以下、０．５重量％より多く、かつ２０重量％以上、１重量％より多く、かつ８重量％以下、１重量％より多く、かつ６重量％以下、４重量％より多く、かつ１０以下重量％、６重量％より多く、かつ１５重量％以下、または８重量％より多く、かつ２０重量％以下）。他の範囲も可能である。
いくつかの実施形態では、電解質はフルオロエチレンカーボネートを含み、電気化学セル内のフルオロエチレンカーボネートの総重量は、電解質の総重量に対して、３０重量％以下、２８重量％以下、２５重量％以下、２２重量％以下、２０重量％以下、１８重量％以下、１５重量％以下、１２重量％以下、１０重量％以下、８重量％以下、６重量％以下、５重量％以下、４重量％以下、３重量％以下、２重量％以下、または１重量％以下であってもよい。いくつかの実施形態では、電解質中のフルオロエチレンカーボネートの総重量は、電解質の総重量に対して、０．２重量より多く、０．５重量％より多く、１重量％より多く、２重量％より多く、３重量％より多く、４重量％より多く、６重量％より多く、８重量％より多く、１０重量％より多く、１５重量％より多く、１８重量％より多く、２０重量％より多く、２２重量％より多く、２５重量％より多く、または２８重量％より多い。上記の範囲の組み合わせも可能である（例えば、０．２重量％以下および３０重量％より多い、１５重量％以下および２０重量％より多い、または２０重量％以下および２５重量％より多い）。他の範囲も可能である。
いくつかの実施形態では、１つ以上の電解質成分の重量％は、既知量の様々な成分を使用して、電気化学セルの最初の使用または最初の放電の前に測定される。他の実施形態では、重量％は、セルのサイクル寿命中のある時点で測定される。いくつかのそのような実施形態では、電気化学セルの循環を停止することができ、電解質中の関連する成分の重量％を、例えば、ガスクロマトグラフィー質量分析を使用して決定することができる。ＮＭＲ、誘導結合プラズマ質量分析（ＩＣＰ－ＭＳ）、元素分析などの他の方法も使用できる。
いくつかの実施形態では、電解質は、組み合わせて特に有益であるいくつかの化学種を共に含むことができる。例えば、いくつかの実施形態では、電解質は、フルオロエチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、およびＬｉＰＦ６を含む。フルオロエチレンカーボネートとジメチルカーボネートの重量比は、２０重量％：８０重量％から２５重量％：７５重量％の間であり得、電解質中のＬｉＰＦ６の濃度は、約１Ｍ（例えば、０．０５Ｍから２Ｍの間）であってもよい。電解質は、リチウムビス（オキサラト）ボレート（例えば、電解質中の０．１重量％～６重量％、０．５重量％～６重量％、または１重量％～６重量％の濃度で）、および／またはリチウムトリス（オキサラト）ホスフェート（例えば、電解質中の１ 重量％～６ 重量％の濃度）。
いくつかの実施形態では、本明細書中に記載の電気化学物質は、リチウムを含むもの以外の電極を含む。この電極は、陰極および／または正極（例えば、放電中に還元が起こり、充電中に酸化が起こる電極）であってもよい。
カソードおよび／または正極は、リチウムインターカレーション化合物（例えば、格子サイトおよび／または格子間サイトにリチウムイオンを可逆的に挿入することができる化合物）を含む電気活性材料を含み得る。場合によっては、電気活性材料は、リチウム遷移金属オキソ化合物（即ち、リチウム遷移金属酸化物またはオキソ酸のリチウム遷移金属塩）を含む。電気活性材料は、層状酸化物（例えば、リチウム遷移金属オキソ化合物でもある層状酸化物）であってもよい。層状酸化物とは、一般に、ラメラ構造（例えば、互いに積み重ねられた複数のシートまたは層）を有する酸化物を指す。適切な層状酸化物の非限定的な例には、リチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ２）、リチウムニッケル酸化物（ＬｉＮｉＯ２）、およびリチウムマンガン酸化物（ＬｉＭｎＯ２）が含まれる。
いくつかの実施形態では、カソードおよび／または正極は、リチウムニッケルマンガンコバルト酸化物（ＬｉＮｉｘＭｎｙＣｏｚＯ２、「ＮＭＣ」または「ＮＣＭ」とも呼ばれる）である層状酸化物を含む。いくつかのそのような実施形態では、ｘ、ｙ、およびｚの合計は１である。例えば、適切なＮＭＣ化合物の非限定的な例は、ＬｉＮｉ１／３Ｍｎ１／３Ｃｏ１／３Ｏ２である。適切なＮＭＣ化合物の他の非限定的な例には、ＬｉＮｉ３／５Ｍｎ１／５Ｃｏ１／５Ｏ２およびＬｉＮｉ７／１０Ｍｎ１／１０Ｃｏ１／５Ｏ２が含まれる。
いくつかの実施形態では、カソードおよび／または正極は、リチウムニッケルコバルトアルミニウム酸化物（ＬｉＮｉｘＣｏｙＡｌｚＯ２、「ＮＣＡ」とも呼ばれる）である層状酸化物を含む。いくつかのそのような実施形態では、ｘ、ｙ、およびｚの合計は１である。例えば、適切なＮＣＡ化合物の非限定的な例は、ＬｉＮｉ０．８Ｃｏ０．１５Ａｌ０．０５Ｏ２である。
いくつかの実施形態では、電気活性材料は、遷移金属ポリアニオンオキシド（例えば、遷移金属、酸素、および／または絶対値が１より大きい電荷を有するアニオンを含む化合物）を含む。適切な遷移金属ポリアニオン酸化物の非限定的な例は、リン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ４、「ＬＦＰ」とも呼ばれる）である。適切な遷移金属ポリアニオンオキシドの別の非限定的な例は、リチウムマンガン鉄ホスフェート（ＬｉＭｎｘＦｅ１－ｘＰＯ４、「ＬＭＦＰ」とも呼ばれる）である。適切なＬＭＦＰ化合物の非限定的な例は、ＬｉＭｎ０．８Ｆｅ０．２ＰＯ４である。
いくつかの実施形態では、電気活性材料はスピネル（例えば、ＡがＬｉ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、またはＳｉであってもよく、ＢがＡｌ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｎ、またはＶでであってもよい構造ＡＢ２Ｏ４を有する化合物）を含む。好適なスピネルの非限定的な例は、リチウムマンガン酸化物（ＬｉＭｎ２Ｏ４、「ＬＭＯ」とも呼ばれる）である。別の非限定的な例は、リチウムマンガンニッケル酸化物（ＬｉＮｉｘＭ２－ｘＯ４、「ＬＭＮＯ」とも呼ばれる）である。好適なＬＭＮＯ化合物の非限定的な例は、ＬｉＮｉ０．５Ｍｎ１．５Ｏ４である。場合によっては、電気活性材料は、Ｌｉ１．１４Ｍｎ０．４２Ｎｉ０．２５Ｃｏ０．２９Ｏ２（「ＨＣ－ＭＮＣ」）、炭酸リチウム（Ｌｉ２ＣＯ３）、炭化リチウム（例えば、Ｌｉ２Ｃ２、Ｌｉ４Ｃ、Ｌｉ６Ｃ２、Ｌｉ８Ｃ３、Ｌｉ６Ｃ３、Ｌｉ４Ｃ３、Ｌｉ４Ｃ５）、酸化バナジウム（例えば、Ｖ２Ｏ５、Ｖ２Ｏ３、Ｖ６Ｏ１３）、および／またはリン酸バナジウム（例えば、Ｌｉ３Ｖ２(ＰＯ４)３などのリン酸バナジウムリチウム）、またはそれらの任意の組み合わせを含む。
いくつかの実施形態では、カソードおよび／または正極の電気活性材料は、変換化合物を含む。例えば、電気活性材料は、リチウム変換材料であってもよい。変換化合物を含むカソードは、比較的大きな比容量を有し得ることが認識されている。特定の理論に拘束されることを望まないが、遷移金属ごとに複数の電子移動が生じる変換反応を通じて化合物のすべての可能な酸化状態を利用することによって、比較的大きな比容量を達成することができる（例えば、インターカレーション化合物において０．１～１電子移動に比べて）。適切な変換化合物には、遷移金属酸化物（例えば、Ｃｏ３Ｏ４）、遷移金属水素化物、遷移金属硫化物、遷移金属窒化物、および遷移金属フッ化物（例えば、ＣｕＦ２、ＦｅＦ２、ＦｅＦ３）が含まれるが、これらに限定されない。遷移金属とは、一般に、原子が部分的に充填されたｄ‐亜殻を持つ元素（例えば、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｒｆ、Ｄｂ、Ｓｇ、Ｂｈ、Ｈｓ）を指す。
場合によっては、電気活性材料は、電気活性材料の電気的特性（例えば、電気伝導率）を変更するために１つ以上のドーパントでドープされた材料を含み得る。適切なドーパントの非限定的な例には、アルミニウム、ニオブ、銀、およびジルコニウムが含まれる。
いくつかの実施形態では、カソードおよび／または正極の電気活性材料は、硫黄を含むことができる。いくつかの実施形態では、カソードである電極は、電気活性硫黄含有材料を含むことができる。本明細書で使用される「電気活性硫黄含有材料」は、任意の形態の元素硫黄を含む電気活性材料を指し、電気化学的活性は、硫黄原子または部分の酸化または還元を伴う。１つの例として、電気活性硫黄含有材料は、元素硫黄（例えば、Ｓ８）を含み得る。いくつかの実施形態では、電気活性硫黄含有材料は、元素硫黄と硫黄含有ポリマーとの混合物を含む。従って、適切な電気活性硫黄含有材料には、有機または無機であってもよい元素硫黄、硫化物または多硫化物（例えば、アルカリ金属）、および硫黄原子および炭素原子を含む有機材料が含まれ得るが、これらに限定されない。ポリマーではない可能性がある。適切な有機材料には、ヘテロ原子、導電性ポリマーセグメント、複合材料、および導電性ポリマーを更に含むものが含まれるが、これらに限定されない。いくつかの実施形態では、第２の電極（例えば、カソード）内の電気活性硫黄含有材料は、少なくとも４０重量％の硫黄を含む。場合によっては、電気活性硫黄含有材料は、少なくとも５０重量％、少なくとも７５重量％、または少なくとも９０重量％の硫黄を含む。
硫黄含有ポリマーの例には、Skotheimらの米国特許第５，６０１，９４７号および第５，６９０，７０２号；Skotheimらの米国特許第５，５２９，８６０号および第６，１１７，５９０号；２００１年３月１３日に発行された、Gorkovenkoらの米国特許第６，２０１，１００号、および国際公開第９９／３３１３０号に記載されているものが挙げられる。多硫化物結合を含む他の好適な電気活性硫黄含有材料は、Skotheimらの米国特許第５，４４１，８３１号；Perichaudらの米国特許第４，６６４，９９１号；およびNaoiらの米国特許第５，７２３，２３０号、５，７８３，３３０号、５，７９２，５７５号および５，８８２，８１９号に記載されている。電気活性硫黄含有材料の更に別の例には、例えば、Armandらの米国特許第４，７３９，０１８号； De Jongheetalらの米国特許第４，８３３，０４８号および第４，９１７，９７４号；Viscoらの米国特許第５，１６２，１７５号および第５，５１６，５９８号；および、Oyamaらの米国特許第５，３２４，５９９号に記載されているようなジスルフィド基を含むものが挙げられる。
本明細書中に記載されるように、いくつかの実施形態では、電気化学セルは、セパレータを含む。セパレータは、一般に、高分子材料（例えば、電解質への暴露時に膨潤する、または膨潤しない高分子材料）を含む。いくつかの実施形態では、セパレータは、電解質と電極との間（例えば、電解質と、リチウムを含む層および／またはパッシベーション層を含む電極との間、電解質とアノードおよび／またはカソードとの間、電解質とカソードおよび／または正極との間）および／または２つの電極間（例えば、アノードとカソードとの間、正極と負極の間）に配置される。
セパレータは、電気化学セルの短絡をもたらす可能性のある２つの電極間の物理的接触（例えば、アノードとカソードの間、正極と負極の間）を抑制する（例えば、防ぐ）ように構成することができる。セパレータは、実質的に電子的に非導電性であるように構成することができ、これにより、そこを流れる電流の傾向を低減し、従って、短絡が通過する可能性を低減することができる。いくつかの実施形態では、セパレータのすべてまたは１つまたは複数の部分は、少なくとも１０４、少なくとも１０５、少なくとも１０１０、少なくとも１０１５、または少なくとも１０２０オームメートル（Ω・ｍ）のバルク抵抗率を有する材料で形成することができる。バルク抵抗率は、室温（例えば、２５℃）で測定できる。
いくつかの実施形態では、セパレータはイオン伝導性であってもよいが、他の実施形態では、セパレータは実質的に非イオン伝導性である。いくつかの実施形態では、セパレータの平均イオン伝導率は、少なくとも１０－７Ｓ／ｃｍ、少なくとも１０－６Ｓ／ｃｍ、少なくとも１０－５Ｓ／ｃｍ、少なくとも１０－４Ｓ／ｃｍ、少なくとも１０－２Ｓ／ｃｍ、または少なくとも１０－１Ｓ／ｃｍである。いくつかの実施形態では、セパレータの平均イオン伝導率は、１Ｓ／ｃｍ以下、１０－１Ｓ／ｃｍ以下、１０－２Ｓ／ｃｍ以下、１０－３Ｓ／ｃｍ以下、１０－４Ｓ／ｃｍ以下、１０－５Ｓ／ｃｍ以下、１０－６Ｓ／ｃｍ以下、以下１０－７Ｓ／ｃｍ、または１０－８Ｓ／ｃｍ以下であってもよい。上記の範囲の組み合わせも可能である（例えば、少なくとも１０－８Ｓ／ｃｍ以上１０－１Ｓ／ｃｍ以下の平均イオン伝導率）。イオン伝導率の他の値も可能である。
セパレータの平均イオン伝導率は、導電率ブリッジ（インピーダンス測定回路）を使用して、セパレータの平均抵抗率が圧力として変化しなくなるまで、一連の増加する圧力でセパレータの平均抵抗率を測定することによって決定できる。増加する。この値はセパレータの平均抵抗率と見なされ、その逆数はセパレータの平均導電率と見なされる。導電率ブリッジは１ｋＨｚで動作する場合がある。圧力は、少なくとも３トン／ｃｍ２の圧力をセパレータに加えることができる、セパレータの反対側に配置された２つの銅シリンダーによって、５００ｋｇ／ｃｍ２の増分でセパレータに加えることができる。平均イオン伝導率は、室温（例えば、２５℃）で測定できる。
いくつかの実施形態では、セパレータは固体であってもよい。セパレータは、電解質溶媒がセパレータを通過できるように十分に多孔性であってもよい。いくつかの実施形態において、セパレータは、セパレータの細孔を通過するかまたはその中に存在し得る溶媒を除いて、溶媒を実質的に含まない（例えば、そのバルク全体に溶媒を含むゲルとは異なり得る）。他の実施形態では、セパレータはゲルの形態であってもよい。
セパレータは、様々な材料で構成できる。セパレータは、１つ以上のポリマーを含み得（例えば、セパレータはポリマーであり得、セパレータは、１つ以上のポリマーから形成され得る）、および／または無機材料を含み得る（例えば、セパレータは無機性であってもよい、セパレータは、１つ以上の無機材料で形成されている）。
セパレータに使用できる好適なポリマーの例には、これらに限定されないが、ポリオレフィン（例えば、ポリエチレン、ポリ（ブテン－１）、ポリ（ｎ－ペンテン－２）、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン）、ポリアミン（例えば、ポリ（エチレンイミン）およびポリプロピレンイミン（ＰＰＩ））；ポリアミド（例えば、ポリアミド（ナイロン）、ポリ（ε－カプロラクタム）（ナイロン６）、ポリ（ヘキサメチレンアジパミド）（ナイロン６６））；ポリイミド（例えば、ポリイミド、ポリニトリール、ポリ（ピロメリットイミド－１，４－ジフェニルエーテル）（「Kapton（登録商標）」）（「NOMEX（登録商標）」）（「KEVLAR（登録商標）」）；ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）；ビニルポリマー（例えば、ポリアクリルアミド、ポリ（２－ビニルピリジン）、ポリ（Ｎ－ビニルピロリドン）、ポリ（メチルシアノアクリレート）、ポリ（エチルシアノアクリレート）、ポリ（ブチルシアノアクリレート）、ポリ（イソブチルシアノアクリレート）、ポリ（酢酸ビニル）、ポリ（ビニルアルコール）、ポリ（塩化ビニル）、ポリ（フッ化ビニル）、ポリ（２－ビニルピリジン）、ビニルポリマー、ポリクロロトリフルオロエチレン、およびポリ（イソヘキシルシアノアクリレート））；ポリアセタール；ポリエステル（例えば、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート、ポリヒドロキシブチレート）；ポリエーテル（ポリ（エチレンオキシド）（ＰＥＯ）、ポリ（プロピレンオキシド）（ＰＰＯ）、ポリ（テトラメチレンオキシド）（ＰＴＭＯ））；ビニリデンポリマー（例えば、ポリイソブチレン、ポリ（メチルスチレン）、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）、ポリ（塩化ビニリデン）、およびポリ（フッ化ビニリデン））；ポリアラミド（例えば、ポリ（イミノ－１，３－フェニレンイミノイソフタロイル）およびポリ（イミノ－１，４－フェニレンイミノテレフタロイル））；ポリヘテロ芳香族化合物（例えば、ポリベンズイミダゾール（ＰＢＩ）、ポリベンゾビスオキサゾール（ＰＢＯ）およびポリベンゾビスチアゾール（ＰＢＴ））；ポリ複素環式化合物（例えば、ポリピロール）；ポリウレタン；フェノールポリマー（例えば、フェノールホルムアルデヒド）；ポリアルキン（例えば、ポリアセチレン）；ポリジエン（例えば、１，２－ポリブタジエン、シスまたはトランス－１，４－ポリブタジエン）；ポリシロキサン（例えば、ポリ（ジメチルシロキサン）（ＰＤＭＳ）、ポリ（ジエチルシロキサン）（ＰＤＥＳ）、ポリジフェニルシロキサン（ＰＤＰＳ）、およびポリメチルフェニルシロキサン（ＰＭＰＳ））；および無機ポリマー（例えば、ポリホスファゼン、ポリホスホネート、ポリシラン、ポリシラザン）が挙げられる。いくつかの実施形態において、ポリマーは、ポリ（ｎ－ペンテン－２）、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアミド（例えば、ポリアミド（ナイロン）、ポリ（ε－カプロラクタム）（ナイロン６）、ポリ（ヘキサメチレンアジパミド）（ナイロン６６）、ポリアミド（例えば、ポリニトリール、およびポリ（ピロメリットイミド－１，４－ジフェニルエーテル）（「Kapton（登録商標）」）（「NOMEX（登録商標）」）（「KEVLAR（登録商標）」））、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、およびそれらの組み合わせから選択されてもよい。
適切な無機セパレータ材料の非限定的な例には、ガラス繊維が含まれる。例えば、いくつかの実施形態では、電気化学セルは、ガラス繊維濾紙であるセパレータを含む。
存在する場合、セパレータは多孔性であってもよい。いくつかの実施形態では、セパレータの細孔サイズは、５μｍ以下、３μｍ以下、１μｍ以下、１５００ｎｍ以下、３００ｎｍ以下、１００ｎｍ以下、または５０以下である。いくつかの実施形態では、セパレータの細孔サイズは、５０ｎｍ以上、１００ｎｍ以上、３００ｎｍ以上、５００ｎｍ以上、１μｍ以上、または３μｍ以上である。他の値も可能である。上記の範囲の組み合わせも可能である（例えば、５μｍ以下および５０ｎｍ以上、３００ｎｍ以下および１００ｎｍ以上、１μｍ以上３００ｎｍ以上、または５μｍ以下および５００ｎｍ以上）。いくつかの実施形態では、セパレータは実質的に非多孔性である。言い換えれば、セパレータは、細孔を欠くか、最小数の細孔を含むか、および／またはその大部分に細孔を含まない可能性がある。
本明細書中に記載の電気化学セルおよび本明細書中に記載の電気化学セルに組み込むための物品は、加えられた異方性力を受ける可能性がある（例えば、後者の場合、電気化学セルに含まれた後）。当技術分野で理解されているように、「異方性力」は、すべての方向で等しくない力である。いくつかの実施形態では、電気化学セルおよび／または電気化学セルに組み込むための物品は、それらの構造的完全性を維持しながら（例えば、後者の場合、電気化学セルに含まれた後）、加えられた異方性力に耐えるように構成することができる。加えられた異方性力はまた、電気化学セルに組み込むための物品の形態（例えば、電気化学セルに含まれた後の後者の場合）および／または電気化学セル内の電極（例えば、電極）の形態を増強し得る。本明細書中の他の箇所に記載されている電気化学セルに組み込むための物品を含むおよび／またはそれから形成される）。本明細書中に記載の電気化学セルは、その充電および／または放電中の少なくとも１つの期間中に、電気化学セル内の電極の活性表面に垂直な成分を有する異方性力（例えば、本明細書中の他の箇所に記載されている電気化学セルに組み込むための物品を含むおよび／またはそれから形成された電極が、セルに適用される。
いくつかのそのような場合、異方性力は、電気化学セル内の電極（例えば、本明細書中の他の箇所で説明される電気化学セルに組み込むための物品を含むおよび／またはそれから形成される電極）の活性表面に垂直な成分を含む。本明細書で使用される場合、「活性表面」という用語は、電気化学反応が起こり得る電極の表面を説明するために使用される。表面に「垂直な成分」を有する力は、当業者によって理解されるその通常の意味を与えられ、例えば、少なくとも部分的に、水面。例えば、物体がテーブル上にあり、重力のみの影響を受ける水平テーブルの場合、物体はテーブルの表面に本質的に完全に垂直な力を及ぼす。物体がテーブルの水平面を横切って横方向にも押し出されると、テーブルに力が加わります。この力は、水平面に完全に垂直ではありませんが、テーブルの表面に垂直な成分を含みます。当業者は、特にこの開示の説明内で適用される場合、これらの用語の他の例を理解する。曲面（例えば、凹面または凸面）の場合、電極の活性面に垂直な異方性力の成分は、電極に接する平面に垂直な成分に対応し得る。異方性力が加えられる点の曲面。異方性力は、場合によっては、１つ以上の所定の位置に加えられ得、場合によっては、電極の活性表面全体に分散されてもよい。いくつかの実施形態では、異方性力は、本明細書中の他の箇所に記載されている電気化学セルに組み込むための物品を含むおよび／または物品から形成される電極の活性表面上に均一に加えられる。
本明細書中に記載の電気化学セルの特性および／または性能測定基準のいずれかは、異方性力が電気化学セルに加えられている間（例えば、セルの充電および／または放電中）、単独でまたは互いに組み合わせて達成することができる。いくつかの実施形態では、電極（例えば、本明細書中の他の箇所に記載されている電気化学セルに組み込むための物品を含むおよび／またはそれから形成される電極）および／または電気化学セル（例えば、セルの充電および／または放電中の時間）は、電極の活性表面に垂直な成分を含み得る。
いくつかの実施形態では、電極（例えば、本明細書中の他の箇所で説明される電気化学セルに組み込むための物品を含むおよび／またはそれから形成される電極）の活性表面に垂直である異方性力の成分は、または１ｋｇｆ／ｃｍ２以上、２ｋｇｆ／ｃｍ２以上、４ｋｇｆ／ｃｍ２以上、６ｋｇｆ／ｃｍ２以上、７．５ｋｇｆ／ｃｍ２以上、または８ｋｇｆ／ｃｍ２以上、１０ｋｇｆ／ｃｍ２以上、１２ｋｇｆ／ｃｍ２以上、１４ｋｇｆ／ｃｍ２以上、１６ｋｇｆ／ｃｍ２以上、または１８ｋｇｆ／ｃｍ２以上、２０ｋｇｆ／ｃｍ２以上、２２ｋｇｆ／ｃｍ２以上、２４ｋｇｆ／ｃｍ２以上、２６ｋｇｆ／ｃｍ２以上、または２８ｋｇｆ／ｃｍ２以上、３０ｋｇｆ／ｃｍ２以上、３２ｋｇｆ／ｃｍ２以上、３４ｋｇｆ／ｃｍ２以上、３６ｋｇｆ／ｃｍ２以上、３８ｋｇｆ／ｃｍ２以上、４０ｋｇｆ／ｃｍ２以上、４２ｋｇｆ／ｃｍ２以上、４４ｋｇｆ／ｃｍ２以上、４６ｋｇｆ／ｃｍ２以上、４８ｋｇｆ／ｃｍ２以上の圧力を定義する。いくつかの実施形態では、活性表面に垂直な異方性力の成分は、例えば、５０ｋｇｆ／ｃｍ２以下、４８ｋｇｆ／ｃｍ２以下、４６ｋｇｆ／ｃｍ２以下、４４ｋｇｆ／ｃｍ２以下、４２ｋｇｆ／ｃｍ２以下、４０ｋｇｆ／ｃｍ２以下、３８ｋｇｆ／ｃｍ２以下、３６以下ｋｇｆ／ｃｍ２、３４ｋｇｆ／ｃｍ２以下、３２ｋｇｆ／ｃｍ２以下、３０ｋｇｆ／ｃｍ２以下、２８ｋｇｆ／ｃｍ２以下、２６以下ｋｇｆ／ｃｍ２、２４ｋｇｆ／ｃｍ２以下、２２ｋｇｆ／ｃｍ２以下、２０ｋｇｆ／ｃｍ２以下、１８ｋｇｆ／ｃｍ２以下、１６以下ｋｇｆ／ｃｍ２、１４ｋｇｆ／ｃｍ２以下、１２ｋｇｆ／ｃｍ２以下、１０ｋｇｆ／ｃｍ２以下、８ｋｇｆ／ｃｍ２以下、６ｋｇｆ／ｃｍ２以下、４ｋｇｆ／ｃｍ２以下、２ｋｇｆ／ｃｍ２以下の圧力を定義し得る。上記の範囲の組み合わせも可能である（例えば、１ｋｇｆ／ｃｍ２以上５０ｋｇｆ／ｃｍ２以下）。他の範囲も可能である。
充電および／または放電の少なくとも一部の間に加えられる異方性力は、当技術分野で知られている任意の方法を使用して加えることができる。いくつかの実施形態では、力は、圧縮ばねを使用して加えられ得る。力は、とりわけ皿ばね座金、小ネジ、空気圧装置、および／またはおもりを含むがこれらに限定されない他の要素（格納構造の内側または外側のいずれか）を使用して加えることができる。場合によっては、セルは、格納構造に挿入される前に事前に圧縮され、格納構造に挿入されると、膨張してセルに正味の力を生成することがある。そのような力を加えるための適切な方法は、例えば、参照によりその全体が本明細書中に援用される米国特許第９，１０５，９３８号に詳細に記載されている。
以下の出願：
発明の名称「Rechargeable Lithium/Water, Lithium/Air Batteries」の、２００６年４月６日に米国特許出願第１の１／４００，７８１号として出願された、２００７年９月２７日に公開された米国特許出願公開第２００７／０２２１２６５号明細書；
発明の名称「Swelling Inhibition in Batteries」の、２００７年７月３１日に米国特許出願第１の１／８８８，３３９号として出願された、２００９年２月５日に公開された米国特許出願公開第２００９／００３５６４６号；
発明の名称「Separation of Electrolytes」の、２０１０年２月２日に米国特許出願第１２／３１２，６７４号として出願され、２０１３年１２月３１日に米国特許第８，６１７，７４８号明細書として特許を取得した、２０１０年５月１７日に公開された米国特許出願公開第２０１０／０１２９６９９号明細書；
発明の名称「Primer for Battery Electrode」の、２０１０年７月３０日に米国特許出願第１２／６８２，０１１号として出願され、２０１４年１０月２８日に米国特許第８，８７１，３８７号明細書として特許を取得した、２０１０年１１月１８日に公開された米国特許出願公開第２０１０／０２９１４４２号明細書；
発明の名称「Protective Circuit for Energy-Storage Device」の、２００８年２月８日に米国特許出願第１２／０６９，３３５として出願され、２０１２年９月１１日に米国特許第８，２６４，２０５号として特許を取得した、２００９年８月３１日に公開された米国特許出願公開第２００９／０２００９８６号明細書；
発明の名称「Electrode Protection in both Aqueous and Non-Aqueous Electrochemical Cells, including Rechargeable Lithium Batteries」の、２００６年４月６日に米国特許出願第１の１／４００，０２５号として出願され、２０１０年８月１０日に米国特許第７，７７１，８７０号明細書として特許を取得した、２００７年９月２７日に公開された米国特許出願公開第２００７／０２２４５０２号明細書；
発明の名称「Lithium Alloy/Sulfur Batteries」の、２００７年６月２２日に米国特許出願第１の１／８２１，５７６号として出願された、２００８年１２月２５日に公開された米国特許出願公開第２００８／０３１８１２８号明細書；
発明の名称「Novel Composite Cathodes, Electrochemical Cells Comprising Novel Composite Cathodes, and Processes for Fabricating Same」の、２００１年２月２７日に米国特許出願第０９／７９５，９１５号として出願され、２０１１年５月１０日に米国特許第７，９３９，１９８号明細書として特許を取得した、２００２年５月９日に公開された米国特許出願公開第２００２／００５５０４０号明細書；
発明の名称「Lithium Sulfur Rechargeable Battery Fuel Gauge Systems and Methods」の、２００５年４月２０日に米国特許出願第１の１／１１１，２６２号として出願され、２０１０年３月３０日に米国特許第７，６８８，０７５号明細書として特許を取得した、２００６年１０月２６日に公開された米国特許出願公開第２００６／０２３８２０３号明細書；
発明の名称「Methods for Co-Flash Evaporation of Polymerizable Monomers and Non-Polymerizable Carrier Solvent/Salt Mixtures/Solutions」の、２００７年３月２３日に米国特許出願第１の１／７２８，１９７号として出願され、２０１１年１２月２７日に米国特許第８，０８４，１０２号明細書として特許を取得した、２００８年８月７日に公開された米国特許出願公開第２００８／０１８７６６３号明細書；
発明の名称「Electrolyte Additives for Lithium Batteries and Related Methods」の、２０１０年９月２３日に米国特許出願第１２／６７９，３７１号として出願された、２０１１年１月１３日に公開された米国特許出願公開第２０１１／０００６７３８号明細書；
発明の名称「Methods of Forming Electrodes Comprising Sulfur and Porous Material Comprising Carbon」の、２０１０年９月２３日に米国特許出願第１２／８１１，５７６号として出願され、２０１５年５月１９日に米国特許第９，０３４，４２１号明細書として特許を取得した、２０１１年１月１３日に公開された米国特許出願公開第２０１１／０００８５３１号明細書；
発明の名称「Application of Force In Electrochemical Cells」の、２００９年８月４日に米国特許出願第１２／５３５，３２８号として出願され、２０１５年８月１１日に米国特許第９，１０５，９３８号明細書として特許を取得した、２０１０年２月１１日に公開された米国特許出願公開第２０１０／００３５１２８号明細書；
発明の名称「Protection of Anodes for Electrochemical Cells」の、２００８年７月２５日に米国特許出願第１２／１８０，３７９号として出願された、２０１１年７月１５日に公開された米国特許出願公開第２０１１／０１６５４７１号明細書；
発明の名称「Lithium Anodes for Electrochemical Cells」の、２００６年６月１３日に米国特許出願第１の１／４５２，４４５号として出願され、２０１３年４月９日に米国特許第８，４１５，０５４号明細書として特許を取得した、２００６年１０月５日に公開された米国特許出願公開第２００６／０２２２９５４号明細書；
発明の名称「Cathode for Lithium Battery」の、２０１０年３月１９日に米国特許出願第１２／７２７，８６２号として出願された、２０１０年９月２３日に公開された米国特許出願公開第２０１０／０２３９９１４号明細書；
発明の名称「Hermetic Sample Holder and Method for Performing Microanalysis Under Controlled Atmosphere Environment」の、２００９年５月２２日に米国特許出願第１２／４７１，０９５号として出願され、２０１２年１月３日に米国特許第８，０８７，３０９号明細書として特許を取得した、２０１０年１１月２５日に公開された米国特許出願公開第２０１０／０２９４０４９号明細書；
発明の名称「Electrochemical Cells Comprising Porous Structures Comprising Sulfur」の、２０１０年８月２４日に米国特許出願第１２／８６２，５８１号として出願された、２０１１年３月３１日に公開された米国特許出願公開第２０１１／００７６５６０号明細書；
発明の名称「Release System for Electrochemical Cells」の、２０１０年８月２４日に米国特許出願第１２／８６２，５１３号として出願された、２０１１年３月２４日に公開された米国特許出願公開第２０１１／００７６５５６０号明細書；
発明の名称「Electrically Non-Conductive Materials for Electrochemical Cells」の、２０１１年８月２４日に米国特許出願第１３／２１６，５５９号として出願された、２０１２年３月１日に公開された米国特許出願公開第２０１２／００４８７２９号明細書；
発明の名称「Electrochemical Cell」の、２０１０年８月２４日に米国特許出願第１２／８６２，５２８号として出願された、２０１１年７月２１日に公開された米国特許出願公開第２０１１／０１７７３９８号明細書；
発明の名称「Electrochemical Cells Comprising Porous Structures Comprising Sulfur」の、２０１０年８月２４日に米国特許出願第１２／８６２，５６３号として出願された、２０１１年３月２４日に公開された米国特許出願公開第２０１１／００７０４９４号明細書；
発明の名称「Electrochemical Cells Comprising Porous Structures Comprising Sulfur」の、２０１０年８月２４日に米国特許出願第１２／８６２，５５１号として出願された、２０１１年３月２４日に公開され米国特許出願公開第２０１１／００７０４９１号明細書；
発明の名称「Electrochemical Cells Comprising Porous Structures Comprising Sulfur」の、２０１０年８月２４日に米国特許出願第１２／８６２，５７６号として出願され、２０１５年４月１４日に米国特許第９，００５，００９号明細書として特許を取得した、２０１１年３月１０日に公開された米国特許出願公開第２０１１／００５９３６１号明細書；
発明の名称「Low Electrolyte Electrochemical Cells」の、２０１１年９月２２日に米国特許出願第１３／２４０，１１３号として出願された、２０１２年３月２２日に公開された米国特許出願公開第２０１２／００７０７４６号明細書；
発明の名称「Porous Structures for Energy Storage Devices」の、２０１１年２月２３日に米国特許出願第１３／０３３，４１９号として出願された、２０１１年８月２５日に公開された米国特許出願公開第２０１１／０２０６９９２号明細書；
発明の名称「Plating Technique for Electrode」の、２０１２年６月１５日に米国特許出願第１３／５２４，６６２号として出願され、２０１７年１月１７日に米国特許第９，５４８，４９２号明細書として特許を取得した、２０１３年１月１７日に公開された米国特許出願公開第２０１３／００１７４４１号明細書；
発明の名称「Electrode Structure for Electrochemical Cell」の、２０１３年２月１４日に米国特許出願第１３／７６６，８６２号として出願され、２０１５年７月７日に米国特許第９，０７７，０４１号明細書として特許を取得し、２０１３年８月２９日に公開された米国特許出願公開第２０１３／０２２４６０１号明細書；
発明の名称「Porous Support Structures, Electrodes Containing Same, and Associated Methods」の、２０１３年３月８日に米国特許出願第１３／７８９，７８３号として出願され、２０１５年１２月１５日に米国特許第９，２１４，６７８号明細書として特許を取得した、２０１３年９月２６日に公開された米国特許出願公開第２０１３／０２５２１０３号明細書；
発明の名称「Electrode Structure and Method for Making the Same」の、２０１２年１０月４日に米国特許出願第１３／６４４，９３３号として出願され、２０１５年１月２０日に米国特許第８，９３６，８７０号明細書として特許を取得した、２０１３年４月１８日に公開された米国特許出願公開第２０１３／００９５３８０号明細書；
発明の名称「Electrode Active Surface Pretreatment」の、２０１３年１１月１日に米国特許出願第１４／０６９，６９８号として出願され、２０１５年４月１４日に米国特許第９，００５，３１１号明細書として特許を取得した、２０１４年５月８日に公開された米国特許出願公開第２０１４／０１２３４７７号明細書；
発明の名称「Conductivity Control in Electrochemical Cells」の、２０１４年１月８日に米国特許出願第１４／１５０，１５６号として出願され、２０１７年１月３１日に米国特許第９，５５９，３４８号明細書として特許を取得した、２０１４年７月１０日に公開された米国特許出願公開第２０１４／０１９３７２３号明細書；
発明の名称「Electrochemical Cells Comprising Fibril Materials」の、
は、２０１４年３月５日に米国特許出願第１４／１９７，７８２号として出願され、２０１６年１１月６日に米国特許第９，４９０，４７８号明細書として特許を取得した、２０１４年９月１１日に公開された米国特許出願公開第２０１４／０２５５７８０号明細書；
発明の名称「Protective Structures for Electrodes」の、２０１３年３月１５日に米国特許出願第１３／８３３，３７７号として出願された、２０１４年９月１８日に公開された米国特許出願公開第２０１４／０２７２５９４号明細書；
発明の名称「Protected Electrode Structures and Methods」の、２０１４年３月１３日に米国特許出願第１４／２０９，２７４号として出願された、２０１４年９月１８日に公開された米国特許出願公開第２０１４／０２７２５９７号明細書；
発明の名称「Passivation of Electrodes in Electrochemical Cells」の、２０１４年１月８日に米国特許出願第１４／１５０，１９６号として出願され、２０１６年１２月２７日に米国特許第９，５３１，００９号明細書として特許を取得した、２０１４年７月１０日に公開された米国特許出願公開第２０１４／０１９３７１３号明細書；
発明の名称「Protected Electrode Structures」の、２０１４年３月１３日に米国特許出願第１４／２０９，３９６号として出願された、２０１４年９月１８日に公開された米国特許出願公開第２０１４／０２７２５６５号明細書；
発明の名称「Ceramic/Polymer Matrix for Electrode Protection in Electrochemical Cells, Including Rechargeable Lithium Batteries」の、２０１４年７月３日に米国特許出願第１４／３２３，２６９号として出願された、２０１５年１月８日に公開された米国特許出願公開第２０１５／００１０８０４号明細書；
発明の名称「Self-Healing Electrode Protection in Electrochemical Cells」の、２０１４年８月８日に米国特許出願第１４／４５５，２３０号として出願された、２０１５年２月１２日に公開された米国特許出願公開第２０１５／０４４５１７号明細書；
発明の名称「Electrode Protection Using Electrolyte-Inhibiting Ion Conductor」の、２０１４年２月１９日に米国特許出願第１４／１８４，０３７号として出願された、２０１５年８月２０日に公開された米国特許出願公開第２０１５／０２３６３２２号明細書；および
発明の名称「Protective Layers in Lithium-Ion Electrochemical Cells and Associated Electrodes and Methods」の、２０１５年９月９日に米国特許出願第１４／８４８，６５９号として出願された、２０１６年３月１０日に公開された米国特許出願公開第２０１６／００７２１３２号明細書
は、すべての目的のために、参照によりその全体が本明細書中に援用される。
（実施例１）
この実施例は、モジュール式リチウム蒸着システムにおいてリチウム金属を含む層をＣＯ２と反応させることによる様々なパッシベーション層の形成、それらの化学組成、および電気化学セルにおけるそれらの性能を説明する。
モジュール式リチウム蒸着システムを使用して、２５μｍの厚さのリチウム金属を含む層を基板上に蒸着させた。次いで、リチウム金属を含む層をリチウムと反応性を有するガスに暴露して、その上に配置されたパッシベーション層を形成した。
これらの層は図２２～図２８に示されている。図２２は、その上に配置されたパッシベーション層の形成前のリチウム金属を含む層の走査型電子顕微鏡写真である。図２３～図２４は、ＣＯ２への暴露後のリチウム金属を含む層の走査型電子顕微鏡写真であり、その結果、その上に配置されたパッシベーション層が形成された。図２４に示されるリチウム金属を含む層は、図２３に示されるリチウム金属を含む層よりも大量のＣＯ２に暴露された。図２５～図２８は、ＣＯ２に暴露されてその上に配置されたパッシベーション層を形成したリチウム金属を含む追加の層の走査型電子顕微鏡写真である。
図２２～図２４に示される物品の表面およびバルクの両方の化学組成を、エネルギー分散型分光法によって決定した。得られたプロットを図２９～図３４に示す。以下の表１は、これらのプロットに示されているデータをまとめたものである。
Figure 2023507160000002
リチウム金属を含む層とその上に配置されたパッシベーション層を含む物品を、アノードとして電気化学セルに組み込んだ。１組の電気化学セルは、リン酸鉄リチウムカソードおよびエチレンカーボネートを含む電解質を更に含んだ。これらの電気化学セルをサイクル試験した。図３５は、これらのセルのサイクル数の関数としての放電容量を示す。図３５では、より少量のＣＯ２に暴露された（例えば、図２３に示されるものと同様の形態を有する）リチウム金属を含む層を含む電気化学セルからのデータが、黒い菱形で示されており、より大量のＣＯ２に暴露された（例えば、図２４に示されるものと同様の形態を有する）リチウム金属を含む層を含む電気化学セルからのデータは、灰色の円で示されている。図３５のデータの上側の組は、電気化学セルを１２０ｍＡの放電と３０ｍＡの再充電の速度でサイクル試験することによって得られ、データの下側の組は、電気化学セルを３００ｍＡの放電と７５ｍＡの再充電の速度でサイクル試験することによって得られた。
電気化学セルの別の組は、コバルト酸リチウムカソードとエチレンカーボネート電解質を更に含んだ。これらの電気化学セルをサイクル試験し、図３６は、これらのセルのサイクル数の関数としての放電容量を示す。図３５では、より少量のＣＯ２に暴露された（例えば、図２３に示されるものと同様の形態を有する）リチウム金属を含む層を含む電気化学セルからのデータが、黒い菱形で示されており、より大量のＣＯ２に暴露された（例えば、図２４に示されるものと同様の形態を有する）リチウム金属を含む層を含む電気化学セルからのデータは、灰色の円で示されている。また、図３５では、各タイプの電気化学セルのデータの上側の組は、電気化学セルを１２０ｍＡの放電および３０ｍＡの再充電の速度でサイクル試験することによって得られ、データの下側の組は、電気化学セルを３００ｍＡ放電および７５ｍＡ再充電の速度でサイクル試験することによって得られた。
第３の組の電気化学セルは、ニッケルコバルトマンガン（ＮＣＭ６２２）カソードおよびエチレンカーボネート電解質を更に含んだ。これらの電気化学セルを、３００ｍＡの放電と１００ｍＡの再充電の速度でサイクル試験した。図３７は、これらのセルのサイクル数の関数としての放電容量を示す。
（実施例２）
この実施例には、モジュール式リチウム蒸着システムにおいてリチウム金属を含む層をＣＯ２と反応させることによって形成される様々なパッシベーション層の形態を記載する。
一連のパッシベーション層は、リチウム金属を含む層を様々な量のＣＯ２と反応させることによって形成された。図３８～図４１は、ＣＯ２暴露量が増加する順である、一連のこのようなパッシベーション層の走査型電子顕微鏡写真である。図４２および図４３は、リチウム金属を含む層をＣＯ２と反応させることによって形成されるパッシベーション層の更なる例を示す。
（実施例３）
この実施例は、モジュール式リチウム蒸着システムにおいて、リチウム金属を含む層を様々なガスと反応させることによって形成される様々なパッシベーション層の形態を記載する。
リチウム金属を含む層を、様々な異なるガスと反応させた。図４４および図４５は、ＳＯ２に暴露されたリチウム金属を含む層の走査型電子顕微鏡写真である（図４５に示される物品は、図４４に示される物品よりも多くのＳＯ２に暴露された）。図４６および図４７は、ＣＯＳに暴露されたリチウム金属を含む層の走査型電子顕微鏡写真である（図４７に示される物品は、図４６に示される物品よりも多くのＣＯＳに暴露された）。図４８は、ＳＦ６に暴露されたリチウム金属を含む層の走査型電子顕微鏡写真である。図４９は、アセチレンに暴露されたリチウム金属を含む層の走査型電子顕微鏡写真である。
（実施例４）
この実施例は、リチウム金属を含むガスとリチウム金属と反応するガスの混合物から層を蒸着させて、リチウム金属とリチウム金属を不動態化するセラミックの両方を含む単一層を形成することによって形成される様々なパッシベーション層の形態を記載する。
第１の実験では、ガス状リチウム金属とＣＯ２を共にモジュール式リチウム蒸着システムのモジュールに導入して、リチウム金属と、リチウム金属とＣＯ２の反応によって形成されたセラミックの両方を含む層を形成した。図５０～図５１には得られた層の側面図を示し、図５２～図５３には上面図を示す。
第２の実験では、ガス状リチウム金属、ＣＯ２、およびアルゴンをモジュール式リチウム蒸着システムのモジュールに共に導入して、リチウム金属と、リチウム金属とＣＯ２の反応によって形成されたセラミックの両方を含む層を形成した。図５４～図５５には得られた層の側面図を示し、図５６には上面図を示す。
（実施例５）
この実施例は、特定の有用性を有する可能性のあるモジュール式リチウム蒸着システムのいくらかの具体的構成を示す。
図５７は、３つのモジュールを含むモジュール式リチウム蒸着システムの１つの例の断面を示しており、これらは、左から右の順に、基板がロールから巻き出されるように構成されているチャンバ、１つ以上の層を蒸着させることができる２つの真空チャンバ、および基板がロールに巻かれるように構成されたチャンバである。図５８は、この同じモジュール式リチウム蒸着システムの分解図を示している。
図５９は、複数のドラム、リチウム金属供給源（「蒸着源」および「リチウム「トリム」源」と呼ばれる）、ガス供給源（「ガスマニホルド」と呼ばれる）、および厚さセンサの１つの可能な配置を示す。
本発明のいくつかの態様が本明細書中に記載および例示されたが、当業者は、機能を実行し、および／または結果および／または前述の１つ以上の利点を得るための様々な他の手段および／または構造体を容易に予測し、そのような変形および／または改良はそれぞれ、本発明の範囲内であるとみなされる。より一般的に、当業者は、本明細書中に記載の全てのパラメータ、寸法、材料、および構成が例示であることを意味することを容易に理解し、実際のパラメータ、寸法、材料、および／または構成は、そのために本発明の教示が用いられる特定の用途に依存することを容易に理解する。当業者は、日常的な実験のみを用いて、本明細書中に記載された本発明のいくらかの態様に対する多くの同等物を認識し、または確認することができる。従って、前述の態様は、例示のためだけに示され、かつ添付の特許請求の範囲およびその同等物の範囲内で、本発明は、具体的に説明され、特許請求の範囲に記載された以外の方法で実施することができると理解されるべきである。本発明は、本明細書中に記載された、個々の特徴、システム、物品、材料、キット、および／または方法に関する。また、２つ以上のそのような特徴、システム、物品、材料、キット、および／または方法の組み合わせは、そのような特徴、システム、物品、材料、キット、および／または方法が互いに矛盾しない場合には、本発明の範囲内に包含されている。
本明細書中で定義および使用されるすべての定義は、辞書の定義、参照により援用される文献内の定義、および／または定義された用語の通常の意味を統括するものと解されるべきである。
明細書中および特許請求の範囲において使用されるように、不定冠詞「ａ」および「ａｎ」は、明確に示されない限り、「少なくとも１つ」を意味すると解されるべきである。
明細書中および特許請求の範囲において使用されるように、句「および／または」は、結合した要素、即ち、ある場合には結合して存在し、他方で分離して存在する要素の「いずれかまたは両方」を意味すると解されるべきである。明確に示されない限り、具体的に識別されたそれらの要素に関連するかまたは関連しないかを、「および／または」の文節によって具体的に識別された要素以外に、他の要素が任意に存在してもよい。従って、非限定的な例として、「Ａおよび／またはＢ」は、「～を含む」などのオープンエンドの語と合わせて使用される場合、１つの態様において、ＢなしのＡ（任意にＢ以外の要素を含む）；別の態様において、ＡなしのＢ（任意にＡ以外の要素を含む）；更に別の態様において、ＡおよびＢの両方（任意に他の要素を含む）；などを意味する。
明細書中および特許請求の範囲において使用されるように、「または」は、上記定義した「および／または」と同じ意味を有すると解されるべきである。例えば、１つのリスト中の項目を分離する場合、「または」または「および／または」は包括的である、即ち、
多くの要素または要素のリストの、１つより多いも含む少なくとも１つ、任意に、リストに挙げられていない更なる項目を含むと解釈されるべきである。明確に示されている項目のみ、例えば、「～の内の１つのみ」または「～の内の正確に１つ」、或いは特許請求の範囲において使用される場合の「～から成る」は、多くの要素または要素のリストの内の正確に１つを含むことを意味する。一般的に、本明細書中で用いられる用語「または」は、「どちらか」、「～の内の１つ」、「～の内の１つのみ」または「～の内の正確に１つ」などの排他性を有する用語が先行する場合、排他的選択肢（即ち、「一方、または両方でない他方」）を示すものとして解釈されるのみである。特許請求の範囲において使用される場合の「本質的に～から成る」は、特許法の分野で使用されるようなその通常の意味を有する。
明細書中および特許請求の範囲において使用されるように、１つ以上の要素の１つのリストに関する語句「少なくとも１つ」は、要素のリスト中の１つ以上の要素から選択される少なくとも１つの要素を意味すると解されるべきであるが、要素のリスト内に具体的に挙げられたそれぞれの要素の少なくとも１つを必ずしも含んでおらず、かつ要素のリスト中の要素どうしの組み合わせを必ずしも除外しない。この定義はまた、語句「少なくとも１つ」が、具体的に識別されたそれらの要素に関連するかまたは関連しないかを意味する要素のリスト内で具体的に識別された要素以外に、要素が任意に存在してもよいことを可能にする。従って、非限定的な例として、「ＡおよびＢの少なくとも１つ」（同等に、「ＡまたはＢの少なくとも１つ」、或いは同等に、「Ａおよび／またはＢの少なくとも１つ」）は、１つの態様において、任意に１つより多いことを含む少なくとも１つ、Ｂが存在しないＡ（任意にＢ以外の要素を含む）；別の態様において、任意に１つより多いことを含む少なくとも１つ、Ａが存在しないＢ（任意にＡ以外の要素を含む）；更に別の態様において、任意に１つより多いことを含む少なくとも１つ、Ａおよび任意に１つより多いことを含む少なくとも１つ、Ｂ（任意に他の要素を含む）；などを意味することができる。
また、反対のことが明確に示されていない限り、複数の工程または行為を含む本明細書中に記載の方法において、方法の工程または行為の順序は、必ずしも工程または行為の順序に限定されないと解されるべきである。
明細書中と同様に特許請求の範囲において、このような「～を含有する（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「～を含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「～を有する（ｃａｒｒｙｉｎｇ）」、「～を有する（ｈａｖｉｎｇ）」、「～を含有する（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」、「～を含む（ｉｎｖｏｌｖｉｎｇ）」、「～を含む（ｈｏｌｄｉｎｇ）」などのすべての移行句は、オープンエンドである、即ち、それらに限定されないが含むことを意味すると解される。移行句「～から成る」および「本質的に～から成る」だけは、「Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ Ｐａｔｅｎｔ Ｏｆｆｉｃｅ Ｍａｎｕａｌ ｏｆ Ｐａｔｅｎｔ Ｅｘａｍｉｎｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ，Ｓｅｃｔｉｏｎ ２１１１．０３」に記載されているように、それぞれクローズまたはセミクローズな移行句である。
１００、１０２ … モジュール式リチウム蒸着システム
２００、２０２ … 第１のモジュール
２５０、２５２ … 第２のモジュール
３０２ … コネクタ
５０４ … ロール・ツー・ロール・ハンドリングシステム
６０４ … 第１のロール
６５４ … 第２のロール
７０４ … チャンバ
８０６、８１０、８２０、８５６ … ドラム
９０８、９１０、９１２、９２２ … 基板
１１１０、１１１２ … シールド
１３１２ … 空間
１４２０ … 第１のリチウム金属供給源
１４５０ … 第２のリチウム金属供給源
１４８０ … 第３のリチウム金属供給源
１５１６ … 冷却システム
１５１８、１５２４ … 容器
１６１６ … 壁
１７１６ … チャネル
１８１８ … シャッター
１９２０、１９２２ … 真空チャンバ
２０２６、２０３０、２０３２、２０３４ … 物品
２４３２ … 細孔
２５３６ … 柱状構造体

Claims (143)

  1. リチウム金属を含む層、および
    リチウム金属を含む層に配置されたパッシベーション層
    を備え、
    前記パッシベーション層が、ホウ素、リン、アンチモン、セレン、テルル、水素、および／またはハロゲンを含む、電気化学セルに組み込むための物品。
  2. リチウム金属を含む層；および
    リチウム金属を含む層に配置されたパッシベーション層
    を備え、
    前記パッシベーション層が、０．５以上５以下のアスペクト比を有する複数の柱状構造体を含む、電気化学セルに組み込むための物品。
  3. リチウム金属を含む電気活性層を備え、
    前記電気活性層は、多孔質であり、かつホウ素、リン、アンチモン、セレン、テルル、水素、および／またはハロゲンを更に含む、電気化学セルに組み込むための物品。
  4. 前記電気活性層に配置されたパッシベーション層を更に含む、請求項１～３のいずれか１項に記載の電気化学セルに組み込むための物品。
  5. 前記複数の柱状構造体は、前記パッシベーション層を通り抜けて、互いにトポロジー的に接触している少なくとも２つの柱状構造体を含む、請求項１～４のいずれか１項に記載の電気化学セルに組み込むための物品。
  6. 前記複数の柱状構造体が、前記パッシベーション層を通り抜けて、互いにトポロジー的に接触している柱状構造体を含まない、請求項１～５のいずれか１項に記載の電気化学セルに組み込むための物品。
  7. 前記パッシベーション層が多孔質である、請求項１～６のいずれか１項に記載の電気化学セルに組み込むための物品。
  8. 前記パッシベーション層が０．０１μｍ以上５μｍ以下の厚さを有する、請求項１～７のいずれか１項に記載の電気化学セルに組み込むための物品。
  9. 前記電気活性層が、非電気活性である複数の領域と電気活性である複数の領域とを含む請求項１～８のいずれか１項に記載の電気化学セルに組み込むための物品。
  10. 電気活性領域がリチウム金属を含む、請求項１～９のいずれか１項に記載の電気化学セルに組み込むための物品。
  11. 非電気活性領域がセラミックを含む、請求項１～１０のいずれか１項に記載の電気化学セルに組み込むための物品。
  12. セラミックが、ホウ素、リン、アンチモン、セレン、テルル、水素、および／またはハロゲンを含む、請求項１～１１のいずれか１項に記載の電気化学セルに組み込むための物品。
  13. 前記電気活性領域が前記非電気活性領域と混在している、請求項１～１２のいずれか１項に記載の電気化学セルに組み込むための物品。
  14. 前記電気活性層が１μｍ以上５０μｍ以下の厚さを有する、請求項１～１３のいずれか１項に記載の電気化学セルに組み込むための物品。
  15. 前記電気活性層が集電体に直接配置される、請求項１～１４のいずれか１項に記載の電気化学セルに組み込むための物品。
  16. リチウム金属を含む層、パッシベーション層、および／またはセラミックが、酸素を含む、請求項１～１５のいずれか１項に記載の電気化学セルに組み込むための物品。
  17. リチウム金属を含む層、パッシベーション層、および／またはセラミックが、酸素および炭素を含む、請求項１～１６のいずれか１項に記載の電気化学セルに組み込むための物品。
  18. リチウム金属を含む層、パッシベーション層、および／またはセラミックが、酸素および水素を含む、請求項１～１７のいずれか１項に記載の電気化学セルに組み込むための物品。
  19. リチウム金属を含む層、パッシベーション層、および／またはセラミックが、硫黄および酸素を含む、請求項１～１８のいずれか１項に記載の電気化学セルに組み込むための物品。
  20. リチウム金属を含む層、パッシベーション層、および／またはセラミックが、硫黄および炭素を含む、請求項１～１９のいずれか１項に記載の電気化学セルに組み込むための物品。
  21. リチウム金属を含む層、パッシベーション層、および／またはセラミックが、硫黄、酸素、および炭素を含む、請求項１～２０のいずれか１項に記載の電気化学セルに組み込むための物品。
  22. リチウム金属を含む層、パッシベーション層、および／またはセラミックが、水素を含む、請求項１～２１のいずれか１項に記載の電気化学セルに組み込むための物品。
  23. リチウム金属を含む層、パッシベーション層、および／またはセラミックが、窒素を含む、請求項１～２２のいずれか１項に記載の電気化学セルに組み込むための物品。
  24. リチウム金属を含む層、パッシベーション層、および／またはセラミックが、窒素および酸素を含む、請求項１～２３のいずれか１項に記載の電気化学セルに組み込むための物品。
  25. リチウム金属を含む層、パッシベーション層、および／またはセラミックが、窒素と水素を含む、請求項１～２４のいずれか１項に記載の電気化学セルに組み込むための物品。
  26. リチウム金属を含む層、パッシベーション層、および／またはセラミックが、フッ素と硫黄を含む、請求項１～２５のいずれか１項に記載の電気化学セルに組み込むための物品。
  27. リチウム金属を含む層、パッシベーション層、および／またはセラミックが、フッ素、炭素、および水素を含む、請求項１～２６のいずれか１項に記載の電気化学セルに組み込むための物品。
  28. リチウム金属を含む層、パッシベーション層、および／またはセラミックが、フッ素およびケイ素を含む、請求項１～２７のいずれか１項に記載の電気化学セルに組み込むための物品。
  29. リチウム金属を含む層、パッシベーション層、および／またはセラミックが、炭素および水素を含む、請求項１～２８のいずれか１項に記載の電気化学セルに組み込むための物品。
  30. リチウム金属を含む層における炭素／酸素の比が０以上０．１以下である、請求項１～２９のいずれか１項に記載の電気化学セルに組み込むための物品。
  31. リチウム金属を含む層、パッシベーション層、および／またはセラミックにおける炭素／酸素の比が、０．０１以上０．５以下である、請求項１～３０のいずれか１項に記載の電気化学セルに組み込むための物品。
  32. リチウム金属を含む層における炭素／硫黄の比が、０以上０．１以下である、請求項１～３１のいずれか１項に記載の電気化学セルに組み込むための物品。
  33. リチウム金属を含む層、パッシベーション層、および／またはセラミックにおける炭素／硫黄の比が、０．０１以上０．４５以下である、請求項１～３２のいずれか１項に記載の電気化学セルに組み込むための物品。
  34. リチウム金属を含む層における炭素／フッ素の比が０以上０．１以下である、請求項１～３３のいずれか１項に記載の電気化学セルに組み込むための物品。
  35. リチウム金属を含む層、パッシベーション層、および／またはセラミックにおける炭素／フッ素の比が０．０１以上４０以下である、請求項１～３４のいずれか１項に記載の電気化学セルに組み込むための物品。
  36. リチウム金属を含む層の弾性率が４．９ＧＰａ未満である、請求項１～３５のいずれか１項に記載の電気化学セルに組み込むための物品。
  37. リチウム金属を含む層の弾性率が４ＧＰａ以下である、請求項１～３６のいずれか１項に記載の電気化学セルに組み込むための物品。
  38. リチウム金属を含む層が、ＡＳＴＭ ３３５９に記載のテープ試験中に、クラック、基板からの剥離、および／または層間剥離を生じない、請求項１～３７のいずれか１項に記載の電気化学セルに組み込むための物品。
  39. リチウムを含む層が、１μｍ以上５０μｍ以下の厚さを有する、請求項１～３８のいずれか１項に記載の電気化学セルに組み込むための物品。
  40. リチウム金属を含む層をガスに暴露して、前記層上に配置されたパッシベーション層を形成する工程を含み、
    前記ガスが、ホウ素、リン、アンチモン、セレン、テルル、水素、および／またはハロゲンを含有する化学種を含む、リチウム金属を含む層を不動態化する方法。
  41. リチウム金属を含む層をガスに暴露して、前記層上に配置されたパッシベーション層を形成する工程を含み、
    前記パッシベーション層が、０．５以上１以下のアスペクト比を有する複数の柱状構造体を含む、リチウム金属を含む層を不動態化する方法。
  42. 複数のガスから電気活性層を蒸着させる工程を含み、
    前記電気活性層が多孔質であり、
    前記複数のガスがリチウムを含み、
    前記複数のガスが、ホウ素、リン、アンチモン、セレン、テルル、水素、および／またはハロゲンを含有する化学種を含む。電気活性層を蒸着させる方法。
  43. 前記電気活性層にパッシベーション層を蒸着させる工程を更に含む、請求項４０～４２のいずれか１項に記載の方法。
  44. 前記複数の柱状構造体が、パッシベーション層を通り抜けて、互いにトポロジー的に接触している少なくとも２つの柱状構造体を含む、請求項４０～４３のいずれか１項に記載の方法。
  45. 前記複数の柱状構造体が、パッシベーション層を通り抜けて、互いにトポロジー的に接触している柱状構造体を含まない、請求項４０～４４のいずれか１項に記載の方法。
  46. 前記パッシベーション層が多孔質である、請求項４０～４５のいずれか１項に記載の方法。
  47. 前記パッシベーション層が０．０１μｍ以上５μｍ以下の厚さを有する、請求項４０～４６のいずれか１項に記載の方法。
  48. 前記電気活性層が、非電気活性である複数の領域、および電気活性である複数の領域を含む、請求項４０～４７のいずれか１項に記載の方法。
  49. 電気活性領域がリチウム金属を含む、請求項４０～４８のいずれか１項に記載の方法。
  50. 非電気活性領域がセラミックを含む、請求項４０～４９のいずれか１項に記載の方法。
  51. 前記セラミックが、ホウ素、リン、アンチモン、セレン、テルル、水素、および／またはハロゲンを含んでなる、請求項４０～５０のいずれか１項に記載の方法。
  52. 前記電気活性領域が前記非電気活性領域と混在している、請求項４０～５１のいずれか１項に記載の方法。
  53. 前記電気活性層が、１μｍ以上５０μｍ以下の厚さを有する、請求項４０～５２のいずれか１項に記載の方法。
  54. 前記電気活性層が集電体に直接配置される、請求項４０～５３のいずれか１項に記載の方法。
  55. リチウム金属を含む層、パッシベーション層、および／またはセラミックが、酸素を含む、請求項４０～５４のいずれか１項に記載の方法。
  56. リチウム金属を含む層、パッシベーション層、および／またはセラミックが、酸素および炭素を含む、請求項４０～５５のいずれか１項に記載の方法。
  57. リチウム金属を含む層、パッシベーション層、および／またはセラミックが、酸素および水素を含む、請求項４０～５６のいずれか１項に記載の方法。
  58. リチウム金属を含む層、パッシベーション層、および／またはセラミックが、硫黄および酸素を含む、請求項４０～５７のいずれか１項に記載の方法。
  59. リチウム金属を含む層、パッシベーション層、および／またはセラミックが、硫黄および炭素を含む、請求項４０～５８のいずれか１項に記載の方法。
  60. リチウム金属を含む層、パッシベーション層、および／またはセラミックが、硫黄、酸素、および炭素を含む、請求項４０～５９のいずれか１項に記載の方法。
  61. リチウム金属を含む層、パッシベーション層、および／またはセラミックが、水素を含む、請求項４０～６０のいずれか１項に記載の方法。
  62. リチウム金属を含む層、パッシベーション層、および／またはセラミックが、窒素を含む、請求項４０～６１のいずれか１項に記載の方法。
  63. リチウム金属を含む層、パッシベーション層、および／またはセラミックが、窒素および酸素を含む、請求項４０～６２のいずれか１項に記載の方法。
  64. リチウム金属を含む層、パッシベーション層、および／またはセラミックが、窒素および水素を含む、請求項４０～６３のいずれか１項に記載の方法。
  65. リチウム金属を含む層、パッシベーション層、および／またはセラミックが、フッ素および硫黄を含む、請求項４０～６４のいずれか１項に記載の方法。
  66. リチウム金属を含む層、パッシベーション層、および／またはセラミックが、フッ素、炭素、および水素を含む、請求項４０～６５のいずれか１項に記載の方法。
  67. リチウム金属を含む層、パッシベーション層、および／またはセラミックが、フッ素およびケイ素を含む、請求項４０～６６のいずれか１項に記載の方法。
  68. リチウム金属を含む層、パッシベーション層、および／またはセラミックが、炭素および水素を含む、請求項４０～６７のいずれか１項に記載の方法。
  69. リチウム金属を含む層中の炭素／酸素の比が０以上０．１以下である、請求項４０～６８のいずれか１項に記載の方法。
  70. リチウム金属を含む層、パッシベーション層、および／またはセラミック中の酸素に対する炭素の比率が、０．０１以上０．５以下である、請求項４０～６９のいずれか１項に記載の方法。
  71. 前記リチウム金属を含む層における炭素／硫黄の比が０以上０．１以下である、請求項４０～７０のいずれか１項に記載の方法。
  72. リチウム金属を含む層、パッシベーション層、および／またはセラミックにおける硫黄に対する炭素／硫黄の比が、０．０１以上０．４５以下である、請求項４０～７１のいずれか１項に記載の方法。
  73. リチウム金属を含む層における炭素／フッ素の比が、０以上０．１以下である、請求項４０～７２のいずれか１項に記載の方法。
  74. リチウム金属を含む層、パッシベーション層、および／またはセラミックにおける炭素／フッ素の比が、０．０１以上４０以下である、請求項４０～７３のいずれか１項に記載の方法。
  75. リチウム金属を含む層の弾性率が４．９ＧＰａ未満である、請求項４０～７４のいずれか１項に記載の方法。
  76. リチウム金属を含む層の弾性率が４ＧＰａ以下である、請求項４０～７５のいずれか１項に記載の方法。
  77. リチウム金属を含む層が、ＡＳＴＭ ３３５９に記載のテープ試験中に、クラック、基板からの剥離、および／または層間剥離を生じない、請求項４０～７６のいずれか１項に記載の方法。
  78. 複数のガスが不活性ガスを更に含む、請求項４０～７７のいずれか１項に記載の方法。
  79. 複数のガスが、ヘリウムおよび／またはアルゴンを更に含む、請求項４０～７８のいずれか１項に記載の方法。
  80. 複数のガスがＣＯ２を含む、請求項４０～７９のいずれか１項に記載の方法。
  81. 複数のガスがＯ２を含む、請求項４０～８０のいずれか１項に記載の方法。
  82. 複数のガスがＨ２Ｏを含む、請求項４０～８１のいずれか１項に記載の方法。
  83. 複数のガスがＣＯＳを含む、請求項４０～８２のいずれか１項に記載の方法。
  84. 複数のガスがＳＯ２を含む、請求項４０～８３のいずれか１項に記載の方法。
  85. 複数のガスがＣＳ２を含む、請求項４０～８４のいずれか１項に記載の方法。
  86. 複数のガスがＨ２を含む、請求項４０～８５のいずれか１項に記載の方法。
  87. 複数のガスがＮ２を含む、請求項４０～８６のいずれか１項に記載の方法。
  88. 複数のガスがＮ２Ｏを含む、請求項４０～８７のいずれか１項に記載の方法。
  89. 複数のガスがＮＨ３を含む、請求項４０～８８のいずれか１項に記載の方法。
  90. 複数のガスがＳＦ６を含む、請求項４０～８９のいずれか１項に記載の方法。
  91. 複数のガスがフレオンを含む、請求項４０～９０のいずれか１項に記載の方法。
  92. 複数のガスがフルオロベンゼンを含む、請求項４０～９１のいずれか１項に記載の方法。
  93. 複数のガスがＳｉＦ４を含む、請求項４０～９２のいずれか１項に記載の方法。
  94. 複数のガスがＣ２Ｈ２を含む、請求項４０～９３のいずれか１項に記載の方法。
  95. 複数のガスが、プラズマによって活性化されたガスを含む、請求項４０～９４のいずれか１項に記載の方法。
  96. リチウムを含む層が、１μｍ以上５０μｍ以下の厚さを有する、請求項４０～９５のいずれか１項に記載の方法。
  97. 第１のモジュール、
    第２のモジュール、
    リチウム供給源、および
    前記第１のモジュールと前記第２のモジュールとを通過するロール・ツー・ロール・ハンドリングシステム
    を備え、
    前記第１のモジュールおよび前記第２のモジュールは、互いに流体連通するように可逆的に配置されるように構成される、モジュール式リチウム蒸着システム。
  98. リチウムおよび／またはその反応生成物を含む層を、モジュール式リチウム蒸着システムの第１のモジュールの基板の第１の部分に蒸着させる工程
    を含み、
    リチウム金属および／またはその反応生成物を含む層を、ガスから蒸着し、
    第２のモジュールにおける基板の第２の部分は、ガスに暴露せず、並びに
    モジュール式リチウム蒸着システムは、リチウム金属供給源と、第１のモジュールおよび第２のモジュールを通過するロール・ツー・ロール・ハンドリングシステムとを更に含む、方法。
  99. 複数のモジュール、
    リチウム供給源；および
    前記複数のモジュールを通過するロール・ツー・ロール・ハンドリングシステム
    を備え、
    前記ロール・ツー・ロール・ハンドリングシステムは、前記複数のモジュールを通して基板を移動させるように構成された複数のドラムを備え、
    前記複数のドラムの各ドラムは、冷却システムと熱的に連通しており、かつ
    前記冷却システムは、前記複数のドラムの各ドラムを－３５℃以上６０℃以下の温度に維持するように構成される、モジュール式リチウム蒸着システム。
  100. 真空チャンバ、
    リチウム金属供給源、および
    真空チャンバを通過するロール・ツー・ロール・ハンドリングシステム
    を備え、
    前記リチウム金属供給源は、容器に収容され、
    前記容器は、前記容器の１つ以上の壁内に配置された複数の冷却チャネルを含む冷却システムを備え、
    前記冷却チャネルは、前記容器の外面を５０℃以下および１５℃以上の温度に冷却するように構成される、モジュール式リチウム蒸着システム。
  101. 真空チャンバ、
    リチウム金属供給源、および
    前記真空チャンバを通過するロール・ツー・ロール・ハンドリングシステム
    を備え、
    前記リチウム金属供給源は、シャッターを含む容器に収容され、
    前記シャッターは、真空チャンバとリチウムを含む容器の内部とを互いに流体連通するように可逆的に配置するように構成される、モジュール式リチウム蒸着システム。
  102. 複数のモジュール、
    複数のリチウム金属供給源、
    複数のワイヤ送り出しシステム、および
    複数のモジュールを通過するロール・ツー・ロール・ハンドリングシステム
    を備え、
    前記複数のリチウム金属供給源は、加熱システムと熱的に連通している複数のルツボ内に配置され、
    各ワイヤ送り出しシステムが、リチウムを含むワイヤを複数のルツボの内の１つに送り出すように構成される、モジュール式リチウム蒸着システム。
  103. 第１のリチウム金属供給源から基板上にリチウムを含む層を蒸着させる工程、および
    リチウム金属を含む第１の層上に、第２のリチウム金属供給源からリチウム金属を蒸着させて、リチウム金属を含む最終層を形成する工程
    を含む方法であって、
    前記第１のリチウム金属供給源は第１の容器に収容されており、
    リチウム金属を含む前記最終層は、リチウム金属を含む第１の層よりもクロスウェブ方向における厚さの変動が小さく、
    第２のリチウム金属供給源は、第２の容器に収容され、
    真空チャンバを通過するロール・ツー・ロール・ハンドリングシステムを更に備えるモジュール式リチウム蒸着システム内に配置された真空チャンバ内で実行される、方法。
  104. 複数のモジュールが真空チャンバを備える、請求項９５～１０３のいずれか１項に記載のモジュール式リチウム蒸着システムまたは方法。
  105. 第１のモジュールが真空チャンバを備える、請求項９５～１０４のいずれか１項に記載のモジュール式リチウム蒸着システムまたは方法。
  106. 第２のモジュールが真空チャンバを備える、請求項９５～１０５のいずれか１項に記載のモジュール式リチウム蒸着システムまたは方法。
  107. 複数のドラムが、複数のモジュールに配置された複数の真空チャンバを通って基板を移動させるように構成される、請求項９５～１０６のいずれか１項に記載のモジュール式リチウム蒸着システムまたは方法。
  108. 前記基板がポリマーを含む、請求項９５～１０７のいずれか１項に記載のモジュール式リチウム蒸着システムまたは方法。
  109. ポリマーがポリ（エステル）である、請求項９５～１０８のいずれか１項に記載のモジュール式リチウム蒸着システムまたは方法。
  110. ポリ（エステル）がポリ（エチレンテレフタレート）である、請求項９５～１０９のいずれか１項に記載のモジュール式リチウム蒸着システムまたは方法。
  111. 剥離層が前記基板上に配置されている、請求項９５～１１０のいずれか１項に記載のモジュール式リチウム蒸着システムまたは方法。
  112. 離型層が、アルコール官能基を含有するポリマーを含む、請求項９５～１１１のいずれか１項に記載のモジュール式リチウム蒸着システムまたは方法。
  113. 離型層がポリ（ビニルアルコール）を含む、請求項９５～１１２のいずれか１項に記載のモジュール式リチウム蒸着システムまたは方法。
  114. 剥離層が、２μｍ以上４μｍ以下の厚さを有する、請求項９５～１１３のいずれか１項に記載のモジュール式リチウム蒸着システムまたは方法。
  115. 金属層が離型層に配置されている、請求項９５～１１４のいずれか１項に記載のモジュール式リチウム蒸着システムまたは方法。
  116. 金属層が集電体を含む、請求項９５～１１５のいずれか１項に記載のモジュール式リチウム蒸着システムまたは方法。
  117. 金属層が銅を含む、請求項９５～１１６のいずれか１項に記載のモジュール式リチウム蒸着システムまたは方法。
  118. 金属層が０．１μｍ以上０．５μｍ以下の厚さを有する、請求項９５～１１７のいずれか１項に記載のモジュール式リチウム蒸着システムまたは方法。
  119. 真空チャンバが、１０－６Ｔｏｒｒ以上１０－７Ｔｏｒｒ以下の圧力に保持されるように構成される、請求項９５～１１８のいずれか１項に記載のモジュール式リチウム蒸着システムまたは方法。
  120. 真空チャンバは、１０－４Ｔｏｒｒ以上１０－５Ｔｏｒｒ以下の圧力に保持されるように構成される、請求項９５～１１９のいずれか１項に記載のモジュール式リチウム蒸着システムまたは方法。
  121. モジュール式リチウム蒸着システムは、酸素プラズマを発生するように構成された真空チャンバを更に備える、請求項９５～１２０のいずれか１項に記載のモジュール式リチウム蒸着システムまたは方法。
  122. 基板上にリチウムを蒸着する前に、酸素プラズマ処理によって基板を洗浄する工程を更に含む、請求項９５～１２１のいずれか１項に記載のモジュール式リチウム蒸着システムまたは方法。
  123. 真空チャンバが、１つ以上のガス供給源を更に備える、請求項９５～１２２のいずれか１項に記載のモジュール式リチウム蒸着システムまたは方法。
  124. １つ以上のガス供給源が、不活性ガス供給源を含む、請求項９５～１２３のいずれか１項に記載のモジュール式リチウム蒸着システムまたは方法。
  125. 前記１つ以上のガス供給源は、リチウム金属と反応性を有するガス供給源を含む、請求項９５～１２４のいずれか１項に記載のモジュール式リチウム蒸着システムまたは方法。
  126. リチウム金属と反応性を有するガスの供給源が、リチウムを含む容器からのリチウム金属ガスと反応して、リチウムおよびリチウム金属と反応性を有するガスとのリチウム金属の反応生成物を含むパッシベーション層を形成するように配置される、請求項９５～１２５のいずれか１項に記載のモジュール式リチウム蒸着システムまたは方法。
  127. リチウム金属と反応性を有するガスの供給源が、基板上に蒸着されたリチウム金属層と反応して、リチウム金属層上に配置されたリチウム金属と反応性を有するガスとのリチウム金属の反応生成物を含むパッシベーション層を形成するように配置される、請求項９５～１２６のいずれか１項に記載のモジュール式リチウム蒸着システムまたは方法。
  128. シールドがドラムに近接して配置されている、請求項９５～１２７のいずれか１項に記載のモジュール式リチウム蒸着システムまたは方法。
  129. シールドが、リチウム金属を含む容器とドラムとの間に配置される、請求項９５～１２８のいずれか１項に記載のモジュール式リチウム蒸着システムまたは方法。
  130. シールドが、容器とガス供給源との間に配置される、請求項９５～１２９のいずれか１項に記載のモジュール式リチウム蒸着システムまたは方法。
  131. 真空チャンバが１つ以上のセンサを更に備える、請求項９５～１３０のいずれか１項に記載のモジュール式リチウム蒸着システムまたは方法。
  132. 前記１つ以上のセンサが、導電率センサ、光学センサ、静電容量センサ、および厚さセンサを含む、請求項９５～１３１のいずれか１項に記載のモジュール式リチウム蒸着システムまたは方法。
  133. 前記１つ以上のセンサによって感知される特性に基づいて、ガスの流量を調整する工程を更に含む、請求項９５～１３２のいずれか１項に記載のモジュール式リチウム蒸着システムまたは方法。
  134. 前記１つ以上のセンサによって感知される特性に基づいて、リチウム金属を含む容器の温度を調整する工程を更に含む、請求項９５～１３３のいずれか１項に記載のモジュール式リチウム蒸着システムまたは方法。
  135. １つ以上のセンサによって感知された特性に基づいて、シャッターを開閉する工程を更に含む、請求項９５～１３４のいずれか１項に記載のモジュール式リチウム蒸着システムまたは方法。
  136. 前記１つ以上のセンサによって感知された特性に基づいて、前記基板の速度を調整する工程を更に含む、請求項９５～１３５のいずれか１項に記載のモジュール式リチウム蒸着システムまたは方法。
  137. リチウム容器が鋼から形成される、請求項９５～１３６のいずれか１項に記載のモジュール式リチウム蒸着システムまたは方法。
  138. リチウム容器が、５５０℃以上６３５℃以下の温度に加熱されるように構成される、請求項９５～１３７のいずれか１項に記載のモジュール式リチウム蒸着システムまたは方法。
  139. リチウム金属容器が加熱システムと熱的に連通している、請求項９５～１３８のいずれか１項に記載のモジュール式リチウム蒸着システムまたは方法。
  140. 加熱システムが抵抗加熱システムである、請求項９５～１３９のいずれか１項に記載のモジュール式リチウム蒸着システムまたは方法。
  141. シャッターが加熱システムと熱的に連通している、請求項９５～１４０のいずれか１項に記載のモジュール式リチウム蒸着システムまたは方法。
  142. 加熱システムが、シャッターを５５０℃以上６４５℃以下の温度に加熱するように構成される、請求項９５～１４１のいずれか１項に記載のモジュール式リチウム蒸着システムまたは方法。
  143. リチウムを含む層が、２μｍ以上３０μｍ以下の厚さを有する、請求項９５～１４２のいずれか１項に記載のモジュール式リチウム蒸着システムまたは方法。
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