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KR20220118515A - 리튬 금속 전극 - Google Patents

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KR20220118515A
KR20220118515A KR1020227024995A KR20227024995A KR20220118515A KR 20220118515 A KR20220118515 A KR 20220118515A KR 1020227024995 A KR1020227024995 A KR 1020227024995A KR 20227024995 A KR20227024995 A KR 20227024995A KR 20220118515 A KR20220118515 A KR 20220118515A
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lithium metal
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lithium
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마이클 지 라라미
유리이 브이 미카일리크
차리클레어 스코딜리스-켈리
데이비드 차일드
도미닉 웨인스톡
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시온 파워 코퍼레이션
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Publication date
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Abstract

리튬 금속 전극, 모듈형 리튬 침착 시스템, 관련 물품 및 방법이 일반적으로 기술된다.

Description

리튬 금속 전극
본 개시는 일반적으로 리튬 금속 전극, 모듈형 리튬 침착 시스템, 및 관련 물품 및 방법에 관한 것이다.
관련 출원
본 출원은 35 U.S.C. §119(e)에 따라 2019년 12월 20일에 출원되고 "리튬 금속 전극"이라는 발명의 명칭의 미국 가출원 제62/952,206호, 2019년 12월 20일에 출원되고 "리튬 금속 전극 및 방법"이라는 발명의 명칭의 미국 가출원 제62/952,197호, 및 2019년 12월 20일에 출원되고 "리튬 금속 전극을 제조하기 위한 시스템 및 방법"이라는 발명의 명칭의 미국 가출원 제62/952,204호를 우선권으로 주장하며, 이들 각각의 내용을 그 전체로써 본원에 참고로 인용한다.
리튬 금속 전극은 에너지 밀도가 높기 때문에 리튬 배터리에 사용하는 것이 바람직하다. 그러나, 리튬 금속 전극은 종종 전기화학 전지 제조 및 사이클링 동안 바람직하지 않은 반응을 겪는 경향이 있다. 따라서, 개선된 리튬 금속 전극, 모듈형 리튬 침착 시스템, 및 관련 물품 및 방법이 필요하다.
본 개시는 일반적으로 리튬 금속 전극, 모듈형 리튬 침착 시스템, 및 관련 물품 및 방법에 관한 것이다. 본원에 개시된 주제는 일부 경우에 상호 관련된 물품, 특정 문제에 대한 대안적 해결책, 및/또는 하나 이상의 시스템 및/또는 물품의 복수의 상이한 용도를 포함한다.
일부 실시양태에서, 전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품이 제공된다. 전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품은 리튬 금속을 포함하는 층 및 리튬 금속을 포함하는 층 상에 배치된 부동태화 층을 포함한다. 부동태화 층은 붕소, 인, 안티몬, 셀레늄, 텔루륨, 수소, 및/또는 할로겐을 포함한다.
일부 실시양태에서, 전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품은 리튬 금속을 포함하는 층 및 리튬 금속을 포함하는 층 상에 배치된 부동태화 층을 포함한다. 부동태화 층은 0.5 이상 5 이하의 종횡비를 갖는 복수의 기둥형(columnar) 구조를 포함한다.
일부 실시양태에서, 전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품은 리튬 금속을 포함하는 전기활성 층을 포함한다. 상기 층은 다공성이다. 상기 층은 붕소, 인, 안티몬, 셀레늄, 텔루륨, 수소, 및/또는 할로겐을 추가로 포함한다.
일부 실시양태에서 방법이 제공된다. 상기 방법은 리튬 금속을 포함하는 층을 기체에 노출시켜 그 위에 배치된 부동태화 층을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 기체는 붕소, 인, 안티몬, 셀레늄, 텔루륨, 수소, 및/또는 할로겐을 포함하는 종을 포함한다.
일부 실시양태에서, 상기 방법은 리튬 금속을 포함하는 층을 기체에 노출시켜 그 위에 배치된 부동태화 층을 형성하는 단계를 포함한다. 부동태화 층은 0.5 이상 1 이하의 종횡비를 갖는 복수의 기둥(column)을 포함한다.
일부 실시양태에서, 상기 방법은 복수의 기체로부터 전기활성 층을 침착시키는 단계를 포함한다. 상기 전기활성 층은 다공성이고, 복수의 기체는 리튬을 포함하고, 복수의 기체는 붕소, 인, 안티몬, 셀레늄, 텔루륨, 수소, 및/또는 할로겐을 포함하는 종을 포함한다.
일부 실시양태에서, 상기 방법은, 모듈형 리튬 침착 시스템에서 제1 모듈에서 기재의 제1 부분 상에 리튬 및/또는 이의 반응 생성물을 포함하는 층을 침착시키는 단계를 포함한다. 리튬 금속 및/또는 이의 반응 생성물을 포함하는 층은 기체로부터 침착되고, 제2 모듈에서 상기 기재의 제2 부분은 상기 기체에 노출되지 않으며, 모듈형 리튬 침착 시스템은 리튬 금속 공급원 및 제1 및 제2 모듈을 통과하는 롤-투-롤 핸들링 시스템(roll-to-roll handling system)을 추가로 포함한다.
일부 실시양태에서, 상기 방법은, 리튬 금속을 포함하는 최종 층을 형성하기 위해 제1 리튬 금속 공급원으로부터의 기재 상에 리튬을 포함하는 층을 침착시키는 단계 및 리튬 금속을 포함하는 제1 층 상에 제2 리튬 금속 공급원으로부터 리튬 금속을 침착시키는 단계를 포함한다. 제1 리튬 금속 공급원은 제1 용기에 함유되고, 제2 리튬 금속 공급원은 제2 용기에 함유되고, 리튬 금속을 포함하는 최종 층은 리튬 금속을 포함하는 제1 층보다 웹-교차 방향(cross-web direction)에서 두께 편차가 더 적고, 상기 방법은, 진공 챔버를 통과하는 롤-투-롤 핸들링 시스템을 추가로 포함하는 모듈형 리튬 침착 시스템에 위치된 진공 챔버에서 수행된다.
일부 실시양태는 모듈형 리튬 침착 시스템에 관한 것이다. 일부 실시양태에서, 모듈형 리튬 침착 시스템은 제1 모듈, 제2 모듈, 리튬 공급원, 및 제1 모듈 및 제2 모듈을 통과하는 롤-투-롤 핸들링 시스템을 포함한다. 제1 및 제2 모듈은 서로 유체 연통하게 가역적으로 배치되도록 구성된다.
일부 실시양태에서, 모듈형 리튬 침착 시스템은 복수의 모듈, 리튬 공급원, 및 상기 복수의 모듈을 통과하는 롤-투-롤 핸들링 시스템을 포함한다. 롤-투-롤 핸들링 시스템은 복수의 모듈을 통해 기재를 이동하도록 구성된 복수의 드럼을 포함하고, 상기 복수의 드럼의 각 드럼은 냉각 시스템과 열 소통하고, 상기 냉각 시스템은 복수의 드럼의 각 드럼을 -35℃ 이상 60℃ 이하의 온도로 유지하도록 구성된다.
일부 실시양태에서, 모듈형 리튬 침착 시스템은 진공 챔버, 리튬 금속 공급원, 및 상기 진공 챔버를 통과하는 롤-투-롤 핸들링 시스템을 포함한다. 리튬 금속 공급원은 용기에 포함되고, 상기 용기는 용기의 하나 이상의 벽 내에 배열된 복수의 냉각 채널을 포함하는 냉각 시스템을 포함하고, 상기 냉각 채널은 용기의 외부 표면을 50℃ 이하 15℃ 이상의 온도로 냉각시키도록 구성된다.
일부 실시양태에서, 모듈형 리튬 침착 시스템은 진공 챔버, 리튬 금속 공급원, 및 상기 진공 챔버를 통과하는 롤-투-롤 핸들링 시스템을 포함한다. 리튬 금속 공급원은 셔터를 포함하는 용기에 포함되고, 상기 셔터는 리튬을 포함하는 용기의 내부와 진공 챔버를 서로 유체 연통하게 가역적으로 배치하도록 구성된다.
일부 실시양태에서, 모듈형 리튬 침착 시스템은 복수의 모듈, 복수의 리튬 금속 공급원, 복수의 와이어 공급 시스템, 및 상기 복수의 모듈을 통과하는 롤-투-롤 핸들링 시스템을 포함한다. 복수의 리튬 금속 공급원은 가열 시스템과 열 소통하는 복수의 도가니(crusible)에 배치된다. 각각의 와이어 공급 시스템은 리튬을 포함하는 와이어를 복수의 도가니 중 하나로 공급하도록 구성된다.
본 발명의 다른 이점 및 신규 특징은 본 발명의 다양한 비제한적인 실시양태의 다음의 상세한 설명으로부터 첨부 도면과 함께 고려될 때 명백해질 것이다. 본 명세서와 참조로 포함된 문서가 상충 및/또는 일관성 없는 개시를 포함하는 경우, 본 명세서가 우선한다. 참조로 포함된 둘 이상의 문서에 서로 상충되고/되거나 일관성 없는 개시가 포함된 경우 발효 날짜가 더 늦은 문서가 우선한다.
본 발명의 비제한적인 실시양태는 개략적이고 축척으로 그려지도록 의도되지 않은 첨부 도면을 참조하여 예로서 설명될 것이다. 도면에서, 예시된 각각의 동일하거나 거의 동일한 구성요소는 일반적으로 단일 참조번호로 표시된다. 명료함을 위해, 모든 구성요소가 모든 도면에서 표시되는 것은 아니며, 당업자가 본 발명을 이해하도록 하기 위해 예시가 필요하지 않은 경우 본 발명의 각 실시양태의 모든 구성요소가 도시되지 않는다. 도면에서,
도 1은 일부 실시양태에 따른 모듈형 리튬 침착 시스템의 개략도이고,
도 2는 일부 실시양태에 따라 2개의 모듈 사이에 위치된 커넥터를 포함하는 모듈형 리튬 침착 시스템의 개략도이고,
도 3은 일부 실시양태에 따라 롤-투-롤 핸들링 시스템을 포함하는 모듈형 리튬 침착 시스템의 개략도이고,
도 4는 일부 실시양태에 따라 2개의 드럼을 포함하는 롤-투-롤 핸들링 시스템의 개략도이고,
도 5는 일부 실시양태에 따라 기재를 2개의 롤러에 의해 그 위로 통과시키는 드럼의 개략도이고,
도 6은 일부 실시양태에 따른 드럼, 기재, 및 기재에 근접하게 위치된 실드(shield)의 배열의 개략도이고,
도 7은 일부 실시양태에 따른 드럼, 기재, 기재에 근접하게 위치된 실드, 및 기체를 도입하도록 구성된 2개의 포트의 배열의 개략도이고,
도 8은 일부 실시양태에 따른 용기에 위치된 공급원의 개략도이고,
도 9는 일부 실시양태에 따라 채널이 배열되는 벽을 포함하는 냉각 시스템의 개략도이고,
도 10은 일부 실시양태에 따라 셔터를 포함하는 공급원용 용기의 개략도이고,
도 11은 일부 실시양태에 따라 동일 유형의 3개의 공급원을 포함하는 모듈의 개략도이고,
도 12는 일부 실시양태에 따라 제1 드럼 및 제2 드럼이 위치되는 진공 챔버를 포함하는 모듈의 개략도이고,
도 13은 일부 실시양태에 따라 복수의 공급원을 포함하는 용기의 개략도이고,
도 14는 일부 실시양태에 따른 복수의 공급원 및 가열된 도가니의 사진이고,
도 15는 일부 실시양태에 따라 리튬 금속을 포함하는 층을 포함하는 물품의 개략도이고,
도 16은 일부 실시양태에 따라 리튬 금속을 포함하는 층의 개략도이고,
도 17은 일부 실시양태에 따른, 리튬 금속을 포함하는 층 및 리튬 금속을 포함하는 층 상에 배치된 층을 포함한 두 층을 포함하는 물품의 개략도이고,
도 18은 일부 실시양태에 따른 다공성 층의 개략도이고,
도 19 및 도 20은 일부 실시양태에 따라 복수의 기둥형 구조를 포함하는 층을 포함하는 물품의 개략도이고,
도 21a 및 21b는 일부 실시양태에 따른 색 공간의 개략도이고,
도 22는 일부 실시양태에 따른 리튬을 포함하는 층의 현미경 사진이고,
도 23 내지 도 28은 일부 실시양태에 따라 CO2에 노출된 후 리튬 금속을 포함하는 층의 현미경 사진이고,
도 29 내지 도 34는 일부 실시양태에 따른 부동태화 층의 화학적 조성을 보여주는 플롯이고,
도 35 내지 도 37은 일부 실시양태에 따른 전기화학 전지에 대한 사이클의 함수로서 방전 용량을 보여주는 플롯이고,
도 38 내지 도 43은 일부 실시양태에 따른 CO2에 노출된 후 리튬 금속을 포함하는 층의 현미경 사진이고,
도 44 내지 도 45는 일부 실시양태에 따른 SO2에 노출된 리튬 금속을 포함하는 층의 현미경 사진이고,
도 46 및 도 47은 일부 실시양태에 따른 COS에 노출된 리튬 금속을 포함하는 층의 현미경 사진이고,
도 48은 일부 실시양태에 따른 SF6에 노출된 리튬 금속을 포함하는 층의 현미경 사진이고,
도 49는 일부 실시양태에 따른 아세틸렌에 노출된 리튬 금속을 포함하는 층의 현미경 사진이고,
도 50 내지 도 53은 일부 실시양태에 따른 기체 리튬 금속 및 기체 CO2 로부터 형성된 층의 현미경 사진이고,
도 54 내지 도 56은 일부 실시양태에 따른, 아르곤의 존재 하에 기체 리튬 금속 및 기체 CO2 로부터 형성된 층의 현미경 사진이고,
도 57 내지 도 59는 일부 실시양태에 따른 모듈형 리튬 침착 시스템의 개략도이다.
리튬 금속을 포함하는 전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품, 이러한 물품을 형성 및/또는 변경하는 방법, 및 모듈형 리튬 침착 시스템이 일반적으로 설명된다. 일부 실시양태에서, 본원에 기재된 물품은 리튬 금속 애노드로서 및/또는 리튬 금속 애노드에서 사용하기에 적합할 수 있다. 유사하게, 본 명세서에 기술된 방법 및/또는 모듈형 리튬 침착 시스템은 리튬 금속 애노드 및/또는 그의 구성요소를 형성하는 데 적합할 수 있다.
본원에 설명된 일부 시스템은 바람직한 방식으로 전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품을 형성하는 데 적합하다. 일부 실시양태에서, 상기 시스템은 2개 이상의 모듈을 포함하고, 이들 각각은 하나 이상의 제조 공정을 수행할 수 있고/있거나 수행하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 시스템은 기재 상에 물질(예를 들어, 리튬 금속, 리튬 금속을 부동태화하는 종)을 침착시킬 수 있고/있거나 침착시키도록 구성된 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다. 또 다른 예로서, 상기 시스템은 그 안의 물품에 대한 반응(예를 들어, 그 안에 위치한 물품에 존재하는 리튬 금속에 대한 부동태화 반응)을 수행할 수 있고/있거나 수행하도록 구성된 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다. 상기 모듈은 서로 내부 및 외부로 유체 연통되게 가역적으로 배치될 수 있고/있거나 배치되도록 구성될 수 있다. 유리하게는, 이는 서로 교차 오염 없이 별도의 모듈에서 별도의 공정을 수행할 수 있게 하고 단일 물품(또는 단일 물품의 일부분)이 시스템을 통해 다른 모듈(예를 들어, 여기서는 다른 공정 및/또는 후속 동일한 공정이 수행될 수 있음)로 이송될 수 있게 한다. 일부 실시양태에서, 모듈형 시스템의 하나 이상의 특징은 리튬 금속을 침착시키는 데 유리할 수 있다. 이러한 특징은 아래에서 더 자세히 설명된다.
일부 실시양태에서, 전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품은 리튬 금속을 포함하고 하나 이상의 부동태화 종을 추가로 포함한다. 부동태화 종은 리튬 금속을 부동태화시켜 반응성을 감소시킬 수 있다. 리튬 금속이 부동태화되는 것이 바람직한 여러 시점이 있다. 예로서, 리튬 금속과 반응성인 종에 이전 제조 공정 동안 침착된 리튬 금속을 노출시키는 하나 이상의 추가 제조 공정을 겪을 때 리튬 금속은 부동태화되는 것이 바람직할 수 있다. 다른 예로서, 일부 실시양태에서, 사이클링되고 있는 전기화학 전지에 존재할 때 리튬 금속은 부동태화되는 것이 바람직할 수 있다. 부동태화된 리튬 금속은 바람직하게는 이러한 공정 동안 부동태화되지 않은 리튬 금속보다 덜 반응성이고 더 안정할 수 있다. 이러한 이유로, 더 적은 양의 리튬 금속이 화학 반응으로 손실될 수 있으므로, 부동태화된 리튬이 없는 전기화학 전지에 비해 더 적은 양의 리튬 금속을 사용할 수 있으며, 다른 모든 요인은 동일하다. 추가로 또는 대안적으로, 부동태화된 리튬의 사용은 비-작용성 종을 더 낮은 수준으로 포함하는 전기화학 전지의 형성을 유도할 수 있다.
일부 실시양태는 전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품을 형성하는 방법 및/또는 본 명세서에 기재된 모듈형 침착 시스템을 사용하는 방법에 관한 것이다. 이러한 방법은 유리하게도 부동태화의 원하는 유형 및/또는 양, 부동태화 종의 배열, 모폴로지(morphology), 및/또는 관심있는 다른 화학적 및/또는 물리적 특징을 갖는 리튬 금속을 포함하는 층의 형성을 초래할 수 있다.
도 1은 모듈형 리튬 침착 시스템의 하나의 비제한적인 예를 도시한다. 도 1에서, 모듈형 리튬 침착 시스템(100)은 제1 모듈(200) 및 제2 모듈(250)을 포함한다. 일부 실시양태에서, 제1 및 제2 모듈은 가역적으로 서로 유체 연통하도록 배치될 수 있고/있거나 배치되도록 구성될 수 있다. 도 2는 이러한 특성을 갖는 모듈형 리튬 침착 시스템(102)의 하나의 비제한적인 예를 도시하며, 여기서는 커넥터(302)(예를 들어, 컨덕턴스 시일(seal); 게이트 밸브와 같은 밸브)가 제1 및 제2 모듈(202, 252) 사이에 위치되고 이 모듈들을 서로 유체 연통하도록 가역적으로 배치할 수 있다. 밸브(또는 2개의 모듈을 서로 유체 연통하도록 배치할 수 있는 모듈형 리튬 침착 시스템의 다른 부분)는, 전기화학 전지에 포함시킬 물품이 형성되는 기재가 모듈 사이를 통과할 수 있도록 열릴 수도 있고, 모듈을 서로 유체적으로 분리하기 위해 닫힐 수도 있다.
일부 실시양태에서, 도 1에 예시적으로 도시된 실시양태와 유사하게, 모듈형 리튬 침착 시스템은 2개의 모듈을 포함한다. 모듈형 리튬 침착 시스템이 3개의 모듈, 4개의 모듈 또는 더 많은 모듈을 포함하는 것도 가능하다. 이러한 모듈은 서로 동일한 두 개 이상의 모듈을 포함할 수 있고/있거나 서로 다른 두 개 이상의 모듈을 포함할 수 있다.
다양한 적절한 모듈이 본원에 설명된 모듈형 리튬 침착 시스템에 포함될 수 있다. 일부 실시양태에서, 모듈형 리튬 침착 시스템은 진공 챔버를 포함하는 하나 이상의 모듈을 포함한다. 진공 챔버는 무기한 기간 동안 1 mTorr 이하의 진공에서 유지될 수 있는 용기일 수 있다. 진공 챔버의 내부와 진공 챔버의 외부에 걸친 상대적으로 큰 압력차(예를 들어, 대기압과 1 mTorr 간의 차압 차이)를 견딜 수 있는 물질 및/또는 물질의 조합으로 형성될 수 있다. 유사하게, 이것은 (예를 들어, 펌핑 없이 및/또는 최소한의 펌핑으로 대기압과 진공 챔버 내부 압력 사이의 압력차가 몇 초, 몇 분, 몇 시간 또는 그 이상 동안 유지될 수 있도록) 외부 환경으로부터 상당한 정도로 진공 챔버의 내부를 밀봉할 수 있는 물질 및/또는 물질들의 조합으로 형성될 수 있다. 진공 챔버는 경질(rigid) 물질 및/또는 물질들의 조합 (예를 들어, 위에서 언급한 압력 차이 하에 있을 때 실질적으로 동일한 모양을 유지하는 물질 및/또는 물질들의 조합) 및/또는 변형 가능한 물질 및/또는 물질들의 조합(예를 들어, 상기 언급된 압력 차이 하에 있을 때 실질적으로 동일한 형상을 유지하지 않는 물질 및/또는 물질들의 조합)으로 제조될 수 있다.
일부 실시양태에서, 진공 챔버는 (예를 들어, 그 모듈 내, 다른 모듈 내)에 하나 이상의 추가 시스템 구성요소를 추가로 포함하고/하거나 그와 유체 연통하여 배치될 수 있다. 이러한 진공 챔버는, 진공 챔버에서 진공 노출보다 더 많은 것을 요구하는 하나 이상의 공정을 수행하는 것이 바람직한 시스템에 유리할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시양태에서, 진공 챔버는 기재 상에 침착될 물질의 공급원 및/또는 기재와 반응성인 물질의 공급원 및/또는 그 위에 침착된 물질을 추가로 포함하고/하거나 그와 유체 연통하여 배치될 수 있다. 진공 챔버는 감압으로 유지될 때 상기 추가 시스템 구성요소(들)와 유체 연통하도록 배치될 수 있고/있거나 배치되도록 구성될 수 있다. 이것은, 예를 들어, 감압 하에 진공 챔버에 위치된 기재 상에 물질을 침착하고/하거나 감압 하에 진공 챔버에 위치된 물질에 대해 반응을 수행하는 것이 바람직한 공정에 유리할 수 있다.
본원에 설명된 일부 모듈형 리튬 침착 시스템은 롤-투-롤 방식으로 작동될 수 있고/있거나 작동되도록 구성될 수 있다. 유리하게는, 이러한 작동 방식은 모듈형 리튬 침착 시스템이 보다 효율적인 방식으로 사용되도록 할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시양태에서, 모듈형 리튬 침착 시스템의 롤-투-롤 작동은 2개(또는 그 이상)의 상이한 모듈이 기재의 2개(또는 그 이상) 상이한 부분에 대해 2개(또는 그 이상) 상이한 공정을 동시에 수행하는 것을 허용한다. 이것은, 동시에 작동되는 모듈을 순차적으로 통과할 수 있기 때문에 다른 기재들이 효율적으로 제조되도록 할 수 있다. 다른 예로서, 일부 실시양태에서, 모듈형 리튬 침착 시스템의 롤-투-롤 작동은 단일 모듈이 기재의 외부 환경에 대한 모듈의 노출을 최소화하면서 기재의 상이한 부분에 대한 공정을 순차적으로 수행하는 것을 허용할 수 있다. 상기 모듈은 기재가 모듈을 통해 병진 이동될 때 모듈 외부 환경에만 노출될 필요가 있을 수 있으며, 전체 롤-투-롤 핸들링 시스템이 진공 챔버 또는 기타 바람직한 환경에 위치하는 실시양태에서는, 모듈이이 공정 동안 노출되는 환경은 수행하도록 구성된 공정 동안의 내부 환경과 비교적 유사할 수도 있다 (예를 들어, 이것은 진공 환경일 수도 있으며, 리튬 금속과 반응하는 종과 같이 바람직하지 않은 지구의 대기 중의 하나 이상의 성분을 포함하지 않고/않거나 단지 소량으로만 포함할 수도 있다).
도 3은, 롤-투-롤 핸들링 시스템을 포함하는, 모듈형 리튬 침착 시스템의 일례를 도시한다. 도 3에서, 롤-투-롤 핸들링 시스템(504)은 제1 롤(604), 제2 롤(654), 및 제1 모듈과 제2 모듈 사이에 위치된 챔버(704)를 포함한다. 롤-투-롤 핸들링 시스템은 제1 롤에서 기재를 운반하고/하거나 해취(unwinding)하고, 이를 시스템을 통해(예를 들어, 모듈을 통해, 모듈 사이에 위치한 임의의 챔버를 통해) 운반하고, 제2 롤 상에 권취(winding)할 수 있고/있거나 그렇게 하도록 구성될 수 있다. 기재는, 제1 롤 상에 배치된 부분, 모듈형 리튬 침착 시스템의 하나 이상의 모듈에 배치된 부분, 및 제2 롤 상에 배치된 부분을 동시에 포함할 수 있도록 충분히 길 수 있다. 따라서, 전술한 바와 같이, 기재의 상이한 부분은 상이한 환경에 위치될 수 있고/있거나 그에 대해 동시에 수행되는 상이한 공정을 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, 롤-투-롤 핸들링 시스템의 롤은 (예를 들어, 도 3에 예시적으로 도시된 바와 같이) 리튬 침착 시스템에서 모듈의 외부에 위치될 수 있다. 다른 실시양태에서, 롤-투-롤 핸들링 시스템에서 하나 이상의 롤은 모듈 내부에 위치된다. 예를 들어, 롤은 진공 챔버 내부에 위치할 수 있다. 일부 실시양태에서, 제1 롤은 제1 모듈 내부에 위치되고 제2 롤은 제2의 상이한 모듈 내부에 위치된다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 한 구성요소가 다른 구성요소 "상에" 있거나 또는 "인접한" 것으로 언급될 때, 그것은 직접 그 구성요소 상에 또는 인접할 수 있거나, 개재되는 구성요소가 존재할 수도 있다. 다른 구성 요소 "상에 직접" 있거나 그에 "직접 인접"하거나 또는 그와 "접촉"하는 구성 요소는 중간 구성 요소가 없음을 의미하다.
일부 실시양태에서, 롤-투-롤 핸들링 시스템은 복수의 드럼을 추가로 포함한다. 롤-투-롤 핸들링 시스템은, 기재가 모듈형 리튬 침착 시스템을 통해 이송될 때 드럼 위로 기재를 통과시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 드럼은 모듈형 리튬 침착 시스템 및/또는 그 내부의 복수의 모듈을 통해 기재를 병진 이동시키도록 구성될 수 있다. 또한, 롤-투-롤 핸들링 시스템이 (예를 들어, 드럼과 함께 및/또는 드럼 대신에) 모듈형 리튬 침착 시스템을 통해 기재를 병진 이동시키도록 구성된 롤러를 포함하는 것도 가능하다. 도 4는 각 모듈에 하나씩 총 2개의 드럼을 포함하는 롤-투-롤 핸들링 시스템의 하나의 비제한적인 예를 보여준다. 도 4에서, 제1 챔버(206)는 드럼(806)을 포함하고 제2 챔버(256)는 드럼(856)을 포함한다. 또한, 일부 모듈에는 드럼 및/또는 롤러가 없을 수 있고 일부 모듈은 2개 이상의 드럼 및/또는 2개 이상의 롤러를 포함할 수 있음을 이해해야 한다. 도 5는, 기재(908)이 2개의 롤러(1008, 1058)에 의해 그 위로 통과되는 드럼(808)의 추가 예를 도시한다. 롤러 및/또는 드럼은 기재를 전방 및/또는 후방으로 병진 이동시키도록 회전하도록 구성될 수 있다.
일부 드럼은 냉각 및/또는 가열될 수 있고/있거나 그렇게 되도록 구성될 수 있다. 냉각되거나 가열된 드럼은 이어서, 그 위에 배치된 기재의 임의의 부분을 냉각하거나 가열할 수 있다. 이것은, 그 위에 배치되고/되거나 그 위에 배치되도록 구성된 기재의 부분이 주위 환경에 의해 바람직하지 않은 온도로 가열되거나 냉각될 환경에 배치된 드럼의 경우 유리할 수 있다. 예를 들어, 드럼이 위치하는 모듈의 주변 환경은 내부에서 수행되는 공정에 의해 가열될 수 있다. 예를 들어, 기체로부터 층이 침착되는 모듈은, 기체에 의해 및/또는 기체를 형성하기 위해 가열되는 기체 형성 종의 고체 공급원에 의해 가열될 수 있다. 다양한 이유로 기재가이 동일 온도로 가열되는 것은 바람직하지 않을 수 있다. 예를 들어, 이러한 동일 온도로 기재를 가열하면, 바람직하지 않게, 낮은 융점을 갖는 기재가 용융되고/되거나 열적으로 불안정한 기재가 열화되기 시작할 수 있다. 다른 예로서, 기체를 응축시켜 냉각된 기재 상에 층을 형성하는 것이 더 쉬울 수 있고/있거나, 냉각된 기재는 바람직한 모폴로지를 갖는 기체 포함 층의 형성을 도울 수 있다.
드럼의 냉각 및/또는 가열은 드럼과 열 소통하는 냉각 및/또는 가열 시스템을 사용하여 수행할 수 있다. 냉각 및/또는 가열 시스템은 드럼으로부터 열을 제거하고/하거나 드럼에 열을 제공하도록 구성될 수 있다. 일부 실시양태에서, 냉각 및/또는 가열 시스템은 드럼을 설정 온도, 설정 온도의 1℃ 이내, 또는 냉각 및/또는 가열 시스템과 함께 사용되는 온도 센서의 분해능(resolution) 이하만큼 상기 설정 온도와 차이나는 범위 내로 유지하도록 구성될 수 있다. 드럼의 냉각 및/또는 가열은, 냉각 및/또는 가열된 유체를 드럼의 하나 이상의 표면을 가로질러 및/또는 드럼의 하나 이상의 벽을 통해 순환시키는 시스템을 포함하는, 다양한 적합한 유형의 냉각 시스템에 의해 달성될 수 있다. 일부 실시양태에서, 드럼은 저항 가열(resistive heating)을 사용하는 가열 시스템에 의해 가열된다. 냉각 및/또는 가열 시스템은 (예를 들어, 냉각 및/또는 가열 시스템을 설정 온도 및/또는 설정 온도 범위 내에서 유지하도록 구성된 피드백 루프의 일부로서) 온도 센서를 추가로 포함할 수 있다. 적절한 온도 센서의 비제한적인 예는 열전쌍(thermocouple) 및 RTD 센서를 포함한다. 모듈형 리튬 침착 시스템의 각 드럼은 서로 다른 냉각 및/또는 가열 시스템에 의해 독립적으로 냉각 및/또는 가열될 수 있으며, 모듈형 리튬 침착 시스템의 2개 이상 (또는 모든) 드럼은 공통 냉각 및/또는 가열 시스템에 의해 냉각 및/또는 가열될 수 있다. 유사하게, 모듈형 리튬 침착 시스템의 각 드럼은 다른 온도로 냉각 및/또는 가열될 수 있거나, 모듈형 리튬 침착 시스템의 2개 이상 (또는 모든) 드럼은 공통 온도로 냉각 및/또는 가열될 수 있다.
일부 실시양태에서, 드럼 이외의 하나 이상의 특징이 기재를 원하는 온도로 유지하는 데 도움이 될 수 있다. 일 예로서, 기재는 기재보다 더 낮거나 더 높은 온도에 있는 기체에 노출됨으로써 냉각 및/또는 가열될 수 있다. 예를 들어, 기재의 온도는 불활성 기체에 노출되어 조절될 수 있다. 불활성 기체는, 기재의 온도보다 높은 온도로 제공되는 기체, 예컨대 기재 상에 응축되어 그 위에 배치된 층을 형성할 수 있는 기체와 동시에 제공될 수 있다. 기재에 노출될 때, 이것은 이것에 노출된 기재 표면의 온도보다 더 낮은 온도를 가질 수 있거나 이것에 노출된 기재 표면의 온도와 유사하거나 더 높은 온도를 가질 수 있다. 전자의 경우, 불활성 기체가 기재를 직접 냉각할 수 있다. 후자의 경우, 불활성 기체는 그와 함께 제공된 기체를 냉각할 수 있으며, 이는, 이 기체에 노출되어 기재에 발생하는 열 손상을 줄이거나 제거할 수 있다. 기재를 냉각된 불활성 기체와 같은 불활성 기체 및 다른 기체 모두에 동시에 노출시키는 것은 본 명세서의 다른 곳에서 더 상세히 설명되는 바와 같이 다른 이점을 가질 수 있다.
원하는 온도로 기재를 유지할 수 있게 도울 수 있는 모듈의 특징의 다른 예로서, 일부 실시양태에서는, 기재 (및/또는 기재가 위치하도록 구성되는 위치, 예컨대 드럼)에 인접하여 실드(shield)가 위치된다. 일부 실시양태에서, 실드는 기재 또는 기재가 위치하도록 구성된 위치(예를 들어, 드럼)와 열 공급원(예를 들어, 리튬 금속 공급원 및/또는 기체 공급원과 같은 공급원 및/또는 공급원을 포함하는 용기) 사이에 위치될 수 있다. 도 6은 드럼(810), 기재(910), 및 기재(910)에 근접하게 위치된 실드(1110)의 배열의 비제한적인 일 실시양태를 도시한다. 실드는 실드와 기재 사이에 위치된 임의의 기체의 이동성을 제한할 수 있고/있거나, 이 위치에서 비교적 일정한 분위기를 유지하는 경향이 있을 수 있다. 따라서, 실드와 기재 사이의 공간으로 도입된 냉각된 기체는 상당한 시간 동안 기재를 냉각시키는 역할을 할 수 있고/있거나 더 따뜻한 종의 도입을 차단할 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 일부 실시양태에서, 냉각된 기체(예를 들어, 냉각된 불활성 기체)는 하나 이상의 포트에 의해이 공간으로 도입될 수 있다. 도 7에서, 포트(1212, 1262)는 기재(912)과 실드(1112) 사이에 위치된 공간(1312)으로 냉각된 기체 종을 도입하도록 구성된다. 상기 포트들은 냉각된 기체의 공급원과 유체 연통할 수 있고, 냉각된 기체의 공급원을 기재와 실드 사이에 위치된 공간과 유체 연통하도록 가역적으로 배치할 수 있다.
실드와 기재 사이의 공간에 하나 이상의 추가 종이 도입될 수 있도록 실드를 구성하는 것도 가능하다. 한 예로서, 실드는 본 명세서의 다른 곳에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 공급원에 근접하게 위치된 개구 및/또는 공급원을 포함하는 용기의 셔터에 근접하게 위치된 개구를 가질 수 있다.
일부 실시양태에서, 모듈형 리튬 침착 시스템은 그 내부에 하나 이상의 모듈 내로 도입되도록 구성된 하나 이상의 물질 공급원을 포함한다. 이러한 공급원은 모듈 중 하나 이상에(예를 들어, 진공 챔버에), 모듈 외부에(예를 들어, 모듈 및/또는 그의 구성 요소, 예를 들어 진공 챔버와 유체 연통 가능하게 가역적으로 배치될 수 있는 위치에) 위치할 수 있고/있거나, 그 자체 모듈을 (예를 들어, 다른 모듈 및/또는 이의 구성요소, 예를 들어 진공 챔버와 유체 연통 가능하게 가역적으로 배치될 수 있는 모듈로) 형성할 수 있다. 일부 실시양태에서, 공급원은 용기(예를 들어, 위에 언급된 위치 중 하나 이상에 위치한 용기)에 위치된다. 도 8은 용기(1514)에 위치한 공급원(1414)의 하나의 비제한적인 실시양태를 도시한다.
일부 공급원은, 내부에 침착된 층에 통합되도록 구성되고/되거나 모듈에서 반응을 거쳐 내부에 침착된 층에 통합될 반응 생성물을 형성하도록 구성된 화학종을 포함할 수 있다. 이러한 공급원의 비제한적인 예는 리튬 금속 공급원 및 리튬 금속과 반응성인 종의 공급원을 포함한다. 전자의 공급원은 리튬 금속 및/또는 이의 반응 생성물을 포함하는 층(예를 들어, 부동태화 층)을 형성하는 데 적합할 수 있고, 후자의 공급원은 리튬 금속 상에 배치되고/거나 리튬 금속의 반응 생성물(예를 들어, 부동태화 층)을 포함하는 층을 형성하도록 구성될 수 있다.
일부 공급원은, 내부에 침착된 층에 통합되도록 구성되지 않았거나 모듈에서 반응 생성물을 형성하여 내부에 침착된 층에 통합되지 않도록 구성된 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 공급원은 리튬 금속에 대해 불활성인 기체 및/또는 일반적으로 불활성 기체로 간주되는 기체(예를 들어, 아르곤, 헬륨, 기타 희기체)의 공급원일 수 있다. 이러한 기체는 하나 이상의 다른 유형의 기체(예를 들어, 리튬을 포함하는 기체, 리튬과 반응성인 기체) 간의 상호 작용 및/또는 모듈의 하나 이상의 구성 요소와의 상호 작용을 조절하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 위에서 설명한 바와 같이, 일부 실시양태에서, 불활성 기체는 모듈의 하나 이상의 부분을 냉각하는 데 도움이 될 수 있다. 다른 예로서, 불활성 기체는 기재 상에 침착된 하나 이상의 층의 모폴로지에 영향을 미칠 수 있다. 특정 이론에 얽매이지 않고, 불활성 기체는, 리튬을 포함하는 기체 및/또는 리튬과 반응성인 화학종을 포함하는 기체와 상호작용하여 이러한 기체가 다공성 층을 형성하는 경향을 감소시키고 이들 기체의 더 조밀하고 더 결정질인 층을 형성하는 경향을 향상시킬 수 있다고 믿어진다. 불활성 기체가 층을 형성하기 위해 침착되는 관련 기체(들)을 냉각시키기에 충분한 온도를 가질 때(예컨대, 이러한 기체(들)보다 낮은 온도로 제공되는 기체), 이 효과가 향상되는 것으로 믿어진다. 또한, 불활성 기체가, 관련 층이 침착되는 위치의 국부 압력이 그러한 층의 형성을 촉진하는 특성을 갖도록 하기에 충분한 방식으로 존재하는 경우, 이 효과가 향상되는 것으로 여겨진다.
일부 공급원 및/또는 그 용기는 가열 및/또는 냉각되도록 구성될 수 있다. 공급원을 가열하는 것은, 공급원이 제공될 때는 기체가 아니지만 (예를 들어, 실내 온도 및 압력에서 고체 또는 액체, 즉 도입되는 모듈의 온도 및 압력에서 고체 또는 액체이지만) 기체 형태로 모듈에 도입되고/거나 기체로부터 기재에 침착되는 것이 바람직한 물질일 때 유리할 수 있다. 공급원은 열 소통이 되는 가열 시스템에 의해 가열될 수 있다. 가열 시스템은 공급원이 위치하는 용기 및/또는 기재가 배치되는 위치를 저항 가열할 수 있다. 일부 실시양태에서, 가열 시스템은, 공급원을 설정 온도(또는 설정 온도의 1℃ 이내, 또는 냉각 및/또는 가열 시스템과 함께 사용되는 온도 센서의 분해능 이하로 설정 온도와 차이나는 범위 내)로 유지하는 방식으로, 설정 온도(또는 설정 온도의 1℃ 이내, 또는 냉각 및/또는 가열 시스템과 함께 사용되는 온도 센서의 분해능 이하로 설정 온도와 차이나는 범위 내)로 열 공급원을 제공함으로써 용기 및/또는 위치를 가열할 수 있다. 또한, 본원의 다른 곳에서 설명된 바와 같이, 일부 모듈은 기체로서 제공되는 물질(예를 들어, 실내 온도 및 압력에서 기체인 물질, 도입되는 모듈의 온도와 압력에서 기체인 물질)의 하나 이상의 공급원을 포함할 수 있음을 이해해야 한다. 이러한 공급원은 기체로서 제공되지 않는 물질의 공급원에 추가로 또는 그 대신에 제공될 수 있다.
모듈형 리튬 침착 시스템을 고속으로 작동시키는 것이 바람직할 때 및/또는 그것의 연속적인 사용 사이에 상당히 짧은 시간을 갖는 것이 바람직할 때 공급원의 냉각이 유리할 수 있다. 공급원이 상승된 온도에 있는 경우, 이는 증발 및/또는 승화하여, 공급원이 위치하는 모듈 및/또는 그의 구성요소(예를 들어, 진공 챔버)의 외부 환경과 같이 공급원이 위치한 곳의 외부의 환경에 도입하는 것이 바람직하지 않은 기체를 형성할 수도 있다. 예를 들어, 용융된 리튬은 바람직하지 않은 반응성 및/또는 바람직하지 않은 휘발성일 수 있기 때문에, 용융된 리튬을 모듈 외부의 환경과 유체 소통하도록 위치시키는 것은 바람직하지 않을 수 있다. 따라서, 리튬을 포함하는 공급원과 같은 공급원을 최소한의 증발 및 승화를 겪는 온도로 빠르게 냉각하는 능력은, 챔버 중 하나에 위치된 공급원이 가열되는 공정을 수행한 후 모듈이 서로 빠르게 유체 연통되게 위치되고/거나 이러한 공정 후에 대기와 유체 소통하게 모듈을 배치하게 할 수 있다. 공급원은 그의 용기에 의해 (예를 들어, 용기가 냉각 시스템을 포함하고/하거나 냉각 시스템과 열 연통할 때) 냉각될 수 있다. 하나 이상의 드럼을 냉각하는 데 사용될 수 있는 냉각 시스템과 마찬가지로, 공급원용 용기를 냉각할 수 있도록 구성된 및/또는 냉각 가능한 냉각 시스템은 용기의 하나 이상의 부분(예를 들어, 그의 하나 이상의 외부 표면, 그의 하나 이상의 내부 표면)을 설정 온도 또는 설정 온도의 1℃ 이내 및/또는 냉각 및/또는 가열 시스템과 함께 사용되는 온도 센서의 분해능 이하로 설정 온도와 차이나는 범위 내로 유지하도록 구성될 수 있다.
일부 모듈형 리튬 침착 시스템은 내부에 공급원과 관련된 별도의 냉각 및 가열 시스템(예를 들어, 공급원을 가열하도록 구성된 가열 시스템 및 공급원을 냉각하도록 구성된 별도의 냉각 시스템 모두)을 포함할 수 있으며, 일부 모듈형 리튬 침착 시스템은 공급원을 설정 온도로 유지하기 위해 함께 작동할 수 있고/있거나 구성되도록 구성된 가열 및 냉각 시스템을 포함할 수 있다.
일부 실시양태에서 공급원용 용기의 냉각 시스템은 하나 이상의 벽에 및/또는 용기의 하나 이상의 표면을 가로질러 배열된 복수의 채널을 포함한다. 냉각된 유체는 (예를 들어, 펌프의 도움으로 및/또는 냉각기에 의해 냉각될 수 있는) 이러한 채널을 통해 흐를 수 있으며, 이는 용기, 이의 하나 이상의 외부 및/또는 내부 표면 및/또는 내부에 함유된 공급원을 (예를 들어, 냉각된 그의 내부 표면과의 접촉에 의해) 냉각할 수 있다. 적합한 냉각 유체의 비제한적 예는 냉각 기체(예를 들어, 냉각된 아르곤, 냉각 헬륨 및/또는 다른 냉각된 희기체와 같은 냉각 불활성 기체) 및 냉각된 액체(예를 들어, 냉각수)를 포함한다. 일부 실시양태에서, 냉각된 유체는 유체가 채널에 제공될 때의 온도와 공급원의 온도 사이에 끓는점이 없는 유체일 수 있다 (예를 들어, 냉각된 유체는 기체로서 제공되고 채널을 통해 흐른 후 기체로서 잔류할 수 있으며, 냉각된 유체는 액체로서 제공되고 채널을 통해 흐른 후에는 액체로 남을 수 있다).
도 9는 채널(1716)이 배열되는 벽(1616)을 포함하는 냉각 시스템(1516)의 하나의 비제한적인 실시양태를 도시한다. 도 9에 도시된 용기와 같이, 일부 용기는 모든 벽에 채널을 포함할 수 있다. 다른 용기는 벽의 전부는 아니고 일부에만 채널을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 용기는 공급원이 직접 인접한 벽 또는 벽들에만 채널을 포함할 수 있다. 유사하게, 도 9에 도시되어 있는 각 벽의 채널 수, 벽내 채널의 위치 및 벽에 대한 채널의 상대적 크기는 예시적인 것이며, 일부 실시양태는 도 9에 예시적으로 도시된 실시양태와는 이러한(및/또는 다른) 방식으로 변경될 수 있음을 이해해야 한다.
공급원을 함유하기에 적합한 일부 용기는, 리튬 금속 공급원 및/또는 본원에 설명된 특징을 갖는 다른 공급원과 함께 사용하기에 적합하도록 만드는 하나 이상의 특징을 가지고 있다. 예를 들어, 일부 실시양태에서, 용기는, 실온과 용기가 가열되는 전형적인 온도 사이에서 상대적으로 낮은 열팽창 계수를 갖고/거나 상대적으로 높은 경도를 갖고며/거나 상대적으로 높은 인성을 갖는 물질로 형성된다. 강철이 이러한 특성을 갖는 적합한 물질의 한 예이다.
다른 예로서, 일부 실시양태에서, 용기는, 공급원이 위치하는 다른 모듈 및/또는 모듈의 다른 구성요소와 (예를 들어, 열고 닫음에 의해) 유체 연통하도록 공급원을 가역적으로 배치할 수 있고/있거나 배치하도록 구성된 셔터를 포함한다. 모듈은 진공 챔버 및 진공 챔버 내에 위치된 용기에 위치된 공급원을 포함할 수 있으며, 셔터는 공급원을 진공 챔버와 유체 연통하도록 가역적으로 배치할 수 있다. 도 10은 이러한 특성을 갖는 셔터를 포함하는 공급원용 용기의 하나의 비제한적인 실시양태를 도시한다. 도 10에서, 용기(1518)는, 가역적으로 열리고 닫혀 용기(1518)의 내부를 안팍으로 외부 환경과 유체 연통되게 배치할 수 있는 셔터(1818)를 포함한다.
일부 실시양태에서, 도 10에 예시적으로 도시된 실시양태와 유사하게, 용기의 셔터를 열고 닫는 것은, 다른 모듈 및/또는 모듈 구성요소와 안팎으로 유체 연통되게 (공급원이 위치하는) 용기의 전체 내부를 배치하고 제거할 수 있다. 또한, 셔터를 열고 닫는 것은, 용기 내부의 하나 이상의 하위 부분(예를 들어, 리튬 금속 공급원이 위치하고/하거나 유체 연통하는 부분)을 다른 모듈 및/또는 모듈 구성요소와 안팍으로 유체 연통하면서도 용기 내부의 하나 이상의 다른 부분과 상기 다른 모듈 및/또는 모듈 구성요소와의 유체 연통의 존재 또는 결여에 영향을 미치지 않도록 배치하고 제거하는 것이 가능하다. 셔터의 존재는, 상기 다른 모듈 및/또는 모듈 구성 요소에 대한 공급원의 노출이 제어되게 하여, 원하는 경우 (예를 들어, 공급원이 상기 모듈 및/또는 모듈 구성요소에 도입될 기체의 형성에 적합한 온도에 있을 때, 기재가 공급원에 의해 생성된 기체를 수용 및/또는 반응시키기에 적절하게 배치될 때) 공급원이 상기 다른 모듈 및/또는 모듈 구성요소와 유체 연통되게 하고 다른 시점에는 (예를 들어, 공급원이 적절한 양으로 및/또는 원하는 조성을 갖는 원하는 기체를 형성하기에 너무 낮은 온도인 경우) 공급원이 상기 다른 모듈 및/또는 모듈 구성요소와 유체 연통되지 않게 한다. 이는 부적절한 시간에 공급원로부터 기체의 도입을 유리하게 방지하거나 감소시켜, 전기화학 전지로의 도입에 부적합하고/하거나 추가 제조 단계에 부적합하게 되는 기재의 양을 방지 또는 감소시킬 수 있다.
일부 실시양태에서, 셔터는 가열되도록 구성된다. 예를 들어, 이것은 열 전달 시스템에 의해 가열될 수 있다. 가열 시스템은 셔터를 저항적으로 가열하거나, 셔터를 설정 온도(또는 설정 온도의 1℃ 이내 및/또는 가열 시스템과 함께 사용되는 온도 센서의 분해능 이하만큼 상기 설정 온도와 차이나는 범위 내)로 유지하는 방식으로 열 공급원을 설정 온도(또는 설정 온도의 1℃ 이내 및/또는 가열 시스템과 함께 사용되는 온도 센서의 분해능 이하만큼 상기 설정 온도와 차이나는 범위 내)로 제공할 수 있다.
일부 모듈형 리튬 침착 시스템 및/또는 그 안의 모듈은 하나 이상의 공급원을 포함할 수 있다. 각각의 공급원은 동일 유형일 수 있거나, 각각의 공급원은 상이한 유형일 수 있거나, 모듈형 리튬 침착 시스템 및/또는 모듈은 하나 이상의 유형의 공급원 중 둘 이상을 포함하고 추가로 하나 이상의 다른 상이한 유형의 공급원을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 단일 모듈이 동일 유형의 다중 공급원을 포함하는 것이 유리할 수 있다. 동일 유형의 다른 공급원은 서로를 보완할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시양태에서, 상기 모듈은 모듈 내의 서로 다른 위치에 위치한 복수의 공급원, 및/또는 공급원을 각각 모듈과 유체 소통하게 배치하는 모듈 주변의 서로 다른 위치에 위치한 복수의 포트를 포함한다. 복수의 공급원은 함께, 공급원로부터 층의 형성 및/또는 (예를 들어, 가장 두꺼운 지점과 가장 얇은 지점 사이에서 0.5 마이크론 이하의 웹-교차 방향에서의 편차를 갖는) 균일한 방식으로 상기 층과 공급원에 의해 생성된 기체와의 반응을 도울 수 있다.
도 11은 동일 유형의 3개의 공급원을 포함하는, 모듈의 한 예를 보여준다. 도 11에서, 모듈(220)은 진공 챔버(1920), 드럼(820), 제1 리튬 금속 공급원(1420), 제 2 리튬 금속 공급원(1450), 및 제3 리튬 금속 공급원(1480)를 포함한다. 3개의 리튬 금속 공급원(1420, 1450, 1480)이 진공 챔버(1920) 내부에 위치되며, 진공 챔버는 드럼(820)을 추가로 포함한다. 도 11에 도시되어 있지는 않지만, 도 11에 도시된 3개의 리튬 금속 공급원과 동일한 위치에 위치된 진공 챔버의 내부와 유체 소통하는 3개의 리튬 금속 공급원을 가역적으로 배치하도록 구성된 3개의 포트가 도 11에 도시된 실시양태와 유사하게 동작할 것으로 예상됨이 이해되어야 한다.
도 11에서, 드럼 위를 통과하는 (예를 들어, 이에 의해 및/또는 복수의 롤러의 도움으로 모듈형 리튬 침착 시스템을 통해 병진 이동하는) 기재의 일부는 제2 리튬 금속 공급원으로부터의 기체, 제1 리튬 금속 공급원로부터의 기체, 이어서 제3 리튬 금속 공급원로부터의 기체에 순차적으로 노출될 수 있다. 공급원이 기재 상에 층을 침착시키는 데 사용되는 경우, 대부분의 층은 상기 세 가지 공급원 중 하나의 기체(예를 들어, 제1 공급원)에 의해 침착될 수 있고, 다른 두 공급원은 그 층의 추가 부분을 침착시켜 그의 균일성을 향상시키는데 (예를 들어, 웹-교차 방향의 두께, 화학적 조성 및/또는 다공성의 변화를 감소시키는데) 사용될 수 있다. 예를 들어, 기재의 일부가 노출된 마지막 공급원으로부터의 기체는, 노출된 기재의 일부 상에 이미 침착된 물질의 양을 기반으로 침착되는 물질의 양을 조절할 수 있다. 더 적은 양의 물질이 침착된 기재 부분의 상에는 더 많은 물질을 침착시키고, 더 많은 양의 물질이 침착된 기재 부분의 상에는 더 적은 물질을 침착시키거나 물질을 침착시키지 않을 수 있다. 기재가 노출되는 제1 공급원의 기체는, 주 공급원이 아닐지라도, 주 공급원이 일반적으로 더 적은 물질을 침착시키는 기재 부분(예를 들어, 주 공급원의 가장자리에 더 가까운 기재 부분) 상에 더 많은 물질을 침착시킬 수 있고, 주 공급원이 일반적으로 더 많은 물질을 침착시키는 기재 부분(예를 들어, 주 공급원의 중심에 더 가까운 기재 부분) 상에 더 적은 물질을 침착시키거나 물질을 침착시키지 않을 수 있다.
일부 실시양태에서, 도 11에 도시된 실시양태와 같이, 다중 공급원(예를 들어, 동일 유형의 다중 공급원)이 공통 드럼 주위에 위치될 수 있고/있거나 공통 드럼 상에 배치된 기재의 부분 상에 층을 형성하기 위해 침착될 기체를 생성하도록 구성될 수 있다. 단일 모듈의 다중 공급원이 모듈 내의 다른 드럼에 근접하게 위치되고/되거나 모듈 내의 다른 드럼에 배치된 기재 부분 상에 층을 형성하기 위해 침착될 기체를 생성하도록 구성될 수도 있다. 도 12는, 제1 드럼(822) 및 제2 드럼(872)이 위치되는 진공 챔버(1922)를 포함하는 모듈(222)의 일례를 도시한다. 모듈(222)은 제1 드럼(822)에 근접하게 위치된 공급원(1422) 및 제2 드럼에 근접하게 위치된 동일 유형의 제2 공급원(1452)를 추가로 포함한다. 모듈(222)을 통해 병진이동되어 먼저 제1 드럼(822) 위를 통과한 다음 제2 드럼(872) 위를 통과하는 기재(922)의 일부는, 먼저 제1 공급원(1422)에서 발생하는 기체에 노출된 다음, 제2 공급원(1452)에서 발생하는 기체에 노출된다.
일부 실시양태에서, 도 11 및 도 12에 도시된 실시양태와 같이, 모듈 내에 위치한 각 공급원은 그의 자체 용기 내에 포함된다. 공급원에서 모듈로 유입되는 기체의 양은 용기에 의해 (예를 들어, 그 위의 셔터를 열고 닫음으로써, 용기의 온도를 조정함으로써) 및/또는 용기와 유체 소통하는 포트에 의해 제어될 수 있다. 모듈이, 공통 용기 내에 위치하고/하거나 공통 포트와 유체 연통하는 둘 이상의 공급원을 포함하는 것도 가능하다. 도 13은 이러한 특성을 갖는 복수의 공급원의 일례를 도시한다. 도 13에서, 단일 용기(1524)는 복수의 공급원(1424)을 포함한다. 이러한 일부 실시양태에서, 공통 용기 내에 위치된 상이한 공급원로부터 모듈로 도입되는 기체의 양은 독립적으로 제어될 수 있다. 이것은, 예를 들어 서로 다른 공급원에 서로 다른 양의 열을 제공함으로써 (이에 따라, 공급원의 온도, 증발 속도 및/또는 승화 속도를 다르게 조정함으로써) 및/또는 공급원의 서로 다른 양을 가열함으로써 (이에 따라 증발 및/또는 승화할 수 있는 원료 물질의 양을 제한함으로써) 달성될 수 있다. 가열되는 공급원의 양은 열 공급원에 노출되는 공급원의 양을 변경함으로써 변경될 수 있다. 도 11 내지 도 12에 관하여 위에서 설명된 실시양태와 유사하게, 임의의 특정 공급원에 의해 생성된 기체의 양은, 모든 공급원이 함께 (예를 들어, 웹-교차 방향에서 가장 두꺼운 점과 가장 얇은 점 사이에서 0.5마이크론 이하의 편차를 갖는) 비교적 균일한 층의 형태로 기재 상에 침착되는 기체의 생성을 초래하도록 선택될 수 있다.
예시적인 일 실시양태에서, 공급원은, 가열된 도가니 상으로 비교적 쉽게 병진될 수 있는 복수의 부분을 포함하는 물질의 형태로 제공된다. 공급원의 다양한 부분이 가열된 도가니 상으로 병진되는 속도는 열 공급원에 의해 승화 및/또는 증발되는 공급원의 양에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 공급원의 일부가 가열된 도가니에 더 빠르게 도입되면 공급원에서 더 많은 양의 기체가 생성될 수 있고, 공급원의 일부가 가열된 도가니에 더 천천히 도입되면 더 적은 양의 기체가 공급원에서 생성될 수 있다. 이 설계에 특히 적합할 수 있는 공급원 유형 중 하나는 와이어 형태를 취하는 공급원이다. 와이어는 처음에는 롤 주위에 감긴 다음 가열된 도가니 상으로 풀릴 수 있다. 도 14는 이러한 설계를 갖는 복수의 공급원 및 가열된 도가니의 일례를 도시한다.
일부 실시양태에서, 모듈형 리튬 침착 시스템은, 층들의 바람직한 조합의 형성을 촉진하기 위해 서로에 대해 위치된 상이한 유형의 공급원과 유체 연통하는 상이한 유형의 공급원 및/또는 포트의 조합물을 포함한다. 예로서, 일부 실시양태에서, 모듈형 리튬 침착 시스템은, 리튬 금속의 공급원에 근접하게 위치된 리튬 금속 이외의 (예를 들어, 그와 반응성인) 물질의 하나 이상의 공급원을 포함한다. 유사하게, 모듈형 리튬 침착 시스템은, 리튬 금속 공급원에 근접하게 위치된 리튬 금속 이외의 (예를 들어, 그와 반응하는) 물질의 하나 이상의 공급원과 유체 소통하는 포트를 포함할 수 있다. 이러한 공급원 및/또는 포트는 상대적으로 가까운 시점에서 (예를 들어, 동시에 또는 거의 동시에) 두 가지 유형의 기체를 기재의 공통 부분에 도입할 수 있고/있거나 도입하도록 구성될 수 있다. 이러한 공급원 모두가 모듈의 내부와 동시에 유체 연통하도록 배치되는 경우, 그들 사이에 반응 생성물 및/또는 리튬과 리튬 이외의 응축 기체 둘 모두를 포함하는 층이 기재의 해당 부분에 침착될 수 있다.
다른 예로서, 일부 실시양태에서, 모듈형 리튬 침착 시스템은, 리튬 금속의 공급원로부터 상당한 거리에 위치된 리튬 금속 이외의 (예를 들어, 그와 반응하는) 물질의 하나 이상의 공급원을 포함한다. 유사하게, 모듈형 리튬 침착 시스템은, 리튬 금속 공급원로부터 상당한 거리에 위치된 리튬 금속 이외의 (예를 들어, 그와 반응하는) 물질의 하나 이상의 공급원과 유체 연통하는 포트를 포함할 수 있다. 이러한 공급원 및/또는 포트는 두 가지 유형의 기체를 서로 다른 시점에서 공통 위치로 도입할 수 있고/있거나 도입하도록 구성될 수 있다. 이것은 2개의 별개의 층이 2개의 상이한 공급원로부터 침착되는 실시양태에 적합할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시양태에서, 리튬 금속을 포함하는 층이 먼저 침착될 수 있고, 그 다음 리튬 금속을 포함하는 층이 리튬 금속 이외의 물질의 기체에 노출될 수 있다. 이 기체는 리튬 금속을 포함하는 층과 반응 및/또는 침착되어 리튬 금속을 포함하는 층 상에 배치된 층, 예컨대 부동태화 층을 형성할 수 있다.
일부 실시양태에서, 모듈형 리튬 침착 시스템은 전술한 것에 추가하여 하나 이상의 구성요소를 포함한다. 예로서, 일부 실시양태에서, 모듈형 리튬 침착 시스템은 하나 이상의 센서를 포함한다. 센서(들)은 모듈 중 하나 이상에 위치할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시양태에서, 센서는 모듈이고/이거나 모듈에 위치하는 진공 챔버에 위치된다. 센서(들)은 모듈형 리튬 침착 시스템, 그 내부의 모듈, 및/또는 그 내부에 침착되는 층(예를 들어, 리튬 금속을 포함하는 층, 리튬 금속 이외의 종을 포함하는 층, 부동태화 층)의 하나 이상의 특성을 감지하도록 구성될 수 있다. 리튬 침착 시스템 내의 모듈의 감지될 수 있는 특성의 비제한적인 예는 온도 및 존재하는 다양한 기체의 양을 포함한다. 층의 감지될 수 있는 특성의 비제한적인 예는 전기 전도도, 커패시턴스, 색상, 반사율, 및 두께를 포함한다. 이러한 (및/또는 기타) 특성을 감지하기 위한 적절한 센서의 비제한적 예에는 온도 센서, 전도도 센서(예를 들어, 롤링 4점 프로브 센서), 캐패시턴스 센서, 광학 센서 및 두께 센서(예를 들어, 와전류 센서, 비행 시간 센서)가 포함된다.
유리하게는, 일부 실시양태에서, 모듈형 리튬 침착 시스템은 하나 이상의 센서에 의해 감지된 특성에 기초하여 (예를 들어, 피드백 시스템에 기초하여) 모듈형 리튬 침착 시스템 내 모듈의 하나 이상의 특성이 조정될 수 있도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 센서는, 임의의 특정 종(예를 들어, 리튬 금속, 리튬 금속 이외의 종)을 너무 많이 또는 너무 적게 포함하는 층을 나타내는 특성을 감지할 수 있으며, 이는 너무 빨리 또는 너무 느리게 침착되고/거나 바람직하지 않은 모폴로지를 갖는다. 센서는, 관련 결함을 나타내는 신호를 모듈형 리튬 침착 시스템의 오퍼레이터에게 출력하여 오퍼레이터가 이를 보상하기 위해 관련 모듈의 하나 이상의 특성을 조정할 수 있게 하고/하거나 모듈형 리튬 침착 시스템이 그렇게 되도록 자체 조정하게 할 수 있다. 센서에 의해 감지된 특성에 응답하여 오퍼레이터 및/또는 모듈형 리튬 침착 시스템에 의해 조정될 수 있는 매개변수의 비제한적인 예는, (예를 들어, 공급원로부터) 관련 층이 침착되는 모듈로의 기체 유량, 하나 이상의 위치(예를 들어, 공급원을 포함하는 용기, 공급원이 위치하는 위치, 관련 층이 침착되고 있는 진공 챔버, 관련 층이 침착되는 기재가 배치되는 드럼)에서의 온도, 셔터의 상태(예를 들어, 열린 상태, 닫힌 상태) 및 관련 모듈을 통한 (예를 들어, 그 내부의 진공 챔버를 통한) 기재의 속도를 포함한다.
모듈형 리튬 침착 시스템이 포함할 수 있는 추가 구성요소의 다른 예는 산소 플라즈마(예를 들어, 산소 플라즈마 공급원)를 생성하도록 구성된 모듈이다. 상기 모듈은 진공 챔버를 포함할 수 있고, 진공 챔버는 (예를 들어, 그 안으로 산소의 제어된 흐름을 허용하고 산소에 고주파 전압을 인가함으로써) 산소 플라즈마를 발생시키도록 구성될 수 있다. 일부 실시양태에서, 산소 플라즈마는 그 위에 층을 침착하기 전에 기재를 세정하고/하거나 그 위에 침착된 층에 대한 기재의 접착성을 증가시키는 데 특히 적합할 수 있다. 이러한 이유로, 모듈형 리튬 침착 시스템을 통과하는 기재가, 하나 이상의 층을 침착하도록 구성된 모듈(들)에 진입하기 전에, 산소 플라즈마를 생성하도록 구성된 모듈을 통과하도록 이를 배치하는 것이 유리할 수 있다.
일부 실시양태는, 본 명세서에 기재된 모듈형 리튬 침착 시스템에서 제조될 수 있는 전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품과 같은, 전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품에 관한 것이다. 일부 실시양태에서, 전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품은 리튬 금속을 포함하는 층을 포함한다. 도 15는 이러한 특성을 갖는 물품의 일례를 도시한다. 도 15에서, 물품(2026)은 리튬 금속을 포함하는 층(2126)을 포함한다. 전기화학 전지에 포함시키기에 적합하고 리튬 금속을 포함하는 물품은 하나 이상의 추가 종을 추가로 포함할 수 있다. 추가 종은 리튬 금속을 포함하는 층에 위치될 수도 있고/있거나 리튬 금속을 포함하는 층 이외의 위치에 위치될 수도 있다. 도 16은 전자의 특성을 갖는 물품의 일례를 도시하고, 도 17은 후자의 특성을 갖는 물품의 일례를 도시한다.
도 16에서, 층(2228)은 리튬 금속 및 추가의 비-리튬 금속 종 둘 다를 포함한다. 비-리튬 금속 종은 리튬 금속을 부동태화할 수 있다. 이러한 이유로, 리튬 금속 및 추가의 비-리튬 금속 종을 모두 포함하는 층은 "벌크 부동태화"된 것 또는 층의 벌크 전체에 걸쳐 분산된 리튬을 부동태화하는 종을 포함하는 것으로 이해될 수 있다.
도 17에서, 물품(2030)은 리튬 금속을 포함하는 층(2130) 및 리튬 금속 이외의 종을 포함하는, 리튬 금속을 포함하는 층 상에 배치된 층(2330) 둘 다를 포함한다. 일부 실시양태에서, 리튬 금속을 포함하는 층 상에 배치된 층은 리튬 금속을 포함하는 층을 부동태화하는 층이다. 즉, 보호층일 수 있다. 이러한 이유로, 그 아래에 위치하는 리튬을 포함하는 층은 "표면 부동태화된" 또는 그의 표면에서 부동태화되는 것으로 이해될 수 있다.
층이 리튬 금속 및 리튬 금속 이외의 종 모두를 포함하는 경우, 리튬 금속 성분 및 리튬 금속 이외의 종은 다양한 적합한 방식으로 상기 층에 위치될 수 있다. 일부 실시양태에서, 리튬 금속 및 리튬 금속 이외의 하나 이상의 종은 함께 단일 상(예를 들어, 합금)을 형성한다. 리튬 금속 이외의 하나 이상의 종이 리튬 금속을 포함하는 상(예를 들어, 순수한 리튬 금속을 포함하는 상, 리튬 금속 합금을 포함하는 상)으로부터 상 분리되는 것도 또한 가능하다. 리튬 금속을 포함하는 상 이외의 상은 세라믹을 포함할 수 있다. 2개 이상의 상이 비교적 균일한 혼합물을 형성하도록 (예를 들어, 각 상의 밀도가 수십 나노미터, 수백 나노미터 및/또는 마이크론의 길이 스케일로 평가될 때 각 상이 상기 층을 통해 비교적 균일하게 분포되도록) 상기 층 내에 분포될 수 있다. 또한, 2개 이상의 상이 상대적으로 균일한 혼합물을 형성하지 않도록 (예를 들어, 각 상의 밀도가 수십 나노미터, 수백 나노미터 또는 마이크론의 길이 스케일로 평가될 때 층의 하나 이상의 부분이 상들 중 하나가 풍부하고/하거나 상들 중 하나가 고갈되도록) 층 내에 분포될 수 있다.
리튬 금속 및 리튬 금속 이외의 종을 모두 포함하는 층은 전체적으로 전기활성일 수 있다. 다시 말해서, 층 내의 리튬 금속은 층이 전체로서 적절한 자극을 받는 경우 산화환원 공정을 겪을 수 있고/있거나 겪도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시양태에서, 리튬 금속 및 리튬 금속 이외의 종 둘 모두를 포함하는 층은 전기화학 전지 내에 배치되도록 구성될 수 있고, 층 내의 리튬 금속은 방전 중 산화 과정 및/또는 충전 중 환원 과정을 겪는 애노드 및/또는 애노드의 구성 요소로서 제공되도록 구성될 수 있다. 그러한 층은 전기활성인 부분(예를 들어, 리튬 금속을 포함하는 부분) 및 비-전기활성인 부분을 포함할 수 있다. 비-전기활성인 부분은 (예를 들어, 위에서 설명된 바와 같이) 세라믹을 포함할 수 있다.
리튬 금속을 포함하는 층은 다양한 적합한 모폴로지를 가질 수 있다. 리튬 금속을 포함하는 일부 층(예를 들어, 리튬 금속으로 구성되고/되거나 본질적으로 구성되는 층, 하나 이상의 비-리튬 금속 종을 추가로 포함하는 층)은 비교적 조밀하고/거나 비-다공성일 수 있다. 리튬 금속을 포함하는 일부 층(예를 들어, 리튬 금속으로 구성되고/되거나 리튬 금속으로 본질적으로 구성된 층, 하나 이상의 비-리튬 금속 종을 추가로 포함하는 층)은 기공을 포함할 수 있다. 도 18은 리튬 금속 및 비-리튬 금속 종을 포함하는 층(2232)을 포함하는 물품(2032)의 하나의 비제한적인 예를 도시한다. 도 18에서 볼 수 있는 바와 같이, 리튬 금속 및 비-리튬 금속 종을 포함하는 층(2232)은 복수의 기공(2432)을 포함한다. 리튬 금속을 포함하고 복수의 기공을 포함하는 일부 층은, 도 18에 예시적으로 도시된 이러한 유형의 층과 유사하게, 개방 기공인 기공(즉, 리튬 금속을 포함하는 층의 외부 환경과 유체 소통하는 기공)을 포함한다. 유사하게, 리튬 금속을 포함하고 복수의 기공을 포함하는 일부 층은, 도 18에 도시된 이러한 유형의 층과 유사하게, 폐쇄된 기공인 기공(즉, 층의 벌크 내의 일부 기공과 같이, 리튬 금속을 포함하는 층의 외부 환경과 유체 소통하지 않는 기공)을 포함한다. 일부 개방 기공은 리튬 금속을 포함하는 층의 두께를 통해 확장될 수 있고 일부 개방 기공은 그렇지 않을 수 있다. 리튬 금속을 포함하는 다공성 층이 전술한 유형의 기공 모두를 포함하고/하거나, 전술한 유형의 기공 중 일부를 포함하지만 나머지는 결여되어 있고/있거나, 전술한 것과 다른 유형의 기공을 포함하는 것이 가능하다.
유사하게, 리튬 금속을 포함하는 층 (예를 들어, 리튬 금속 이외의 종을 포함하는 층, 부동태화 층) 상에 배치된 층은 또한 다양한 적합한 모폴로지를 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, 리튬 금속을 포함하는 층 상에 배치된 층은 복수의 기둥형 구조를 포함한다. 도 19는 리튬 금속을 포함하는 층(2134) 및 그 위에 배치된 복수의 기둥형 구조(2534)를 포함하는 층(2334)을 포함하는 물품(2034)의 일례를 도시한다. 존재하는 경우, 복수의 기둥형 구조는 (예를 들어, 도 19에 도시된 바와 같이) 층의 전체를 구성할 수 있고, 또는 상기 층은 비-기둥형인 하나 이상의 구성요소를 추가로 포함할 수 있다. 존재하는 경우, 복수의 기둥형 구조는 리튬 금속을 포함하는 층 상에 배치된 층을 통해 서로 위상적(topological)으로 접촉하는 기둥형 구조를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 19를 참조하면, 기둥형 구조(2534A 및 2534B)는 리튬 금속을 포함하는 층 상에 배치된 층의 상부에서 서로 위상적으로 접촉한다. 이러한 실시양태는, 리튬 금속을 포함하는 층 상에 배치된 층을 통해 임의의 다른 기둥형 구조와 위상적으로 접촉하지 않는 기둥형 구조(예를 들어, 도 19의 기둥형 구조 (2534C))를 추가로 포함할 수 있거나, 그러한 기둥형 구조가 결여될 수 있다. 일부 실시양태에서는, 리튬 금속을 포함하는 층 상에 배치된 층에는 그를 통해 다른 기둥형 구조와 위상적으로 접촉하는 기둥형 구조가 결여된다.
리튬 금속을 포함하는 층 상에 배치된 층 (예를 들어, 리튬 금속 이외의 종을 포함하는 층, 부동태화 층)에 존재하는 기둥형 구조는 쏘른톤(Thornton) 다이어그램에 기술된 구역 중 하나 이상을 특징으로 할 수 있는 모폴로지를 가질 수 있다. 예를 들어, 일부 실시양태에서, 리튬 금속을 함유하는 층 상에 배치된 층은 (예를 들어, 공극에 의해 분리된 테이퍼링된 결정자를 포함하는) 쏘른톤 다이어그램의 구역 I, (예를 들어, 조밀하게 패킹된 섬유질 그레인을 포함하는) 쏘른톤 다이어그램의 구역 T, (예를 들어, 기둥형 입자를 포함하는) 쏘른톤 다이어그램의 구역 II, 및/또는 (예를 들어, 재결정화된 입자를 포함하는) 쏘른톤 다이어그램의 구역 III과 일치하는 모폴로지를 갖는 다공성 구조를 포함한다. 이러한 기둥형 구조들은 조밀한 필름의 형태일 수 있고/있거나 (예를 들어, 바람직한 배향을 갖는) 미세입자 나노결정을 포함할 수 있다. 쏘른톤 다이어그램은 문헌 [Anders, A Structure Zone Diagram In included Plasma Based Deposition and Ion Etching, Thin Solid Films 2010; 518(15); 4087-90]에 기술되어 있으며, 이 문헌을 모든 목적을 위해 그 전체를 참조로 본원에 인용한다.
도 19에서 알 수 있는 바와 같이, 복수의 기둥형 구조를 포함하는 리튬 금속을 포함하는 층 상에 배치된 층(예를 들어, 리튬 금속 이외의 종을 포함하는 층, 부동태화 층)은 다공성일 수 있다. 예를 들어, 기둥형 구조들 사이의 공간은 기공의 형태를 취할 수 있고/있거나 기둥형 구조 자체가 기공을 포함할 수 있다. 이러한 기공은 개방 기공(예를 들어, 층 전체를 통과하는 기공, 그렇지 않은 기공) 및/또는 폐쇄 기공을 포함할 수 있다.
일부 실시양태에서, 리튬 금속을 포함하는 층 상에 배치된 층(예를 들어, 리튬 금속 이외의 종을 포함하는 층, 부동태화 층)은, 복수의 기둥형 구조 및/또는 전부가 아닌 부분적으로 연장되는 복수의 기공을 포함한다. 도 20은 이러한 특성을 갖는 층의 일례를 도시한다. 도 20에서, 물품(2036)은 리튬을 포함하는 층(2136), 및 그 위에 배치된 층(2336)을 포함한다. 층(2336)은, 그 상부 표면으로부터 층을 통해 부분적으로 연장하는 복수의 기둥형 구조(2536) 및 그 상부 표면으로부터 층을 통해 부분적으로 또한 연장하는 복수의 기공(2636)을 포함한다. 층(2336)의 하부 부분에는 기둥형 구조 및 기공이 없다.
또한, 리튬 금속을 포함하는 층 상에 배치된 일부 층(예를 들어, 리튬 금속 이외의 종을 포함하는 층, 부동태화 층)에는 기둥형 구조 및/또는 기공이 결여될 수 있다는 점에 유의해야 한다.
일부 실시양태에서, 전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품은 전술한 층 중 2개 이상을 포함한다. 예로서, 일부 실시양태에서, 전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품은, 리튬 금속을 포함하는 층 상에 배치된 리튬 금속 이외의 종을 포함하는 층(예를 들어, 부동태화 층)을 포함한다. 다른 예로서, 전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품은 리튬 금속 이외의 종을 포함하는 층(예를 들어, 부동태화 층) 상에 배치된 리튬 금속을 포함하는 층을 포함할 수 있다. 세 번째 예로서, 일부 실시양태는, 상이한 유형의 2개의 층 사이(예를 들어, 리튬 금속을 포함하는 층들, 리튬 금속 이외의 종을 포함하는 2개의 층들 사이, 2개의 부동태화 층들 사이)에 위치된 하나의 층(예를 들어, 리튬 금속을 포함하는 층, 리튬 금속 이외의 종을 포함하는 층, 부동태화 층)을 포함하는 물품에 관한 것일 수 있다. (예를 들어, 동일한 조성을 갖는 2개의 인접한 층을 포함하는 4개 이상의 층을 포함하는) 다른 배열이 또한 고려된다.
또한, 전기화학 전지에 포함시키기 위한 일부 물품은 도 15 내지 20에 도시된 것보다 더 많은 구성요소를 포함할 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 일부 실시양태에서, 전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품은 기재, 집전체, 이형층, 또는 임의의 다른 적합한 구성요소를 추가로 포함한다.
본 발명의 일부 실시양태는 방법에 관한 것이다. 고려되는 방법의 예는 모듈형 리튬 침착 시스템에서 수행될 수 있는 방법 및/또는 리튬 금속을 포함하는 층 및/또는 리튬 금속을 포함하는 층 상에 배치된 층을 형성하는 데 사용될 수 있는 방법을 포함한다.
예를 들어, 일부 실시양태는, 모듈형 리튬 침착 챔버의 모듈에 위치된 기재 상에 층을 침착시키는 단계를 포함하는 방법에 관한 것이다. 모듈형 리튬 침착 시스템 및/또는 모듈은 본원의 다른 곳에서 설명된 특징 중 하나 이상을 가질 수 있다. 예로서, 상기 모듈은 진공 챔버를 포함할 수 있다 (그리고, 일부 실시양태에서, 상기 층은 진공 챔버에 위치된 기재의 일부 상에 침착된다). 다른 예로서, 상기 모듈은, 상기 층이 침착되지 않는 상기 모듈형 리튬 침착 시스템의 다른 부분과 다른 환경을 가질 수 있다. 예를 들어, 일부 실시양태에서, 기재의 제1 부분 상에 층을 침착시키는 동안, 기재의 제2 부분은 층을 침착시키는 기체에 노출되지 않는다. 이것은, 예를 들어, 서로 유체적으로 격리된 모듈, 예컨대 서로 유체적으로 단리된 진공 챔버에 기재의 제1 및 제2 부분을 배치함으로써 달성될 수 있다.
적합한 방법의 다른 예로서, 일부 실시양태에서, 상기 방법은, 2개 이상의 용기에 위치된 2개 이상의 리튬 금속 공급원을 포함하는 모듈형 침착 시스템에서 리튬 금속을 포함하는 층을 침착시키는 단계를 포함한다. 상기 방법은, 두 개 이상의 공급원 중 하나만으로부터 침착된 리튬 금속을 포함하는 층이 가질 수 있는 것보다 더 균일성(예를 들어, 웹-교차 방향의 두께, 화학적 조성 및/또는 다공성에서의 감소된 편차)을 갖는 리튬 금속을 포함하는 최종 층을 형성하기 위해 (예를 들어, 순차적으로) 두 공급원 모두로부터 리튬 금속을 침착시키는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 리튬 금속 공급원로부터의 리튬 금속의 침착은 리튬 금속을 포함하는 제1 층을 생성할 수 있고, 그 위에 제2 리튬 금속 공급원로부터의 리튬 금속의 침착은, 제1 리튬 금속 층 및 그 위에 제2 리튬 금속 공급원으로부터 침착된 리튬 금속을 포함하는 최종의 더 균일한 리튬 금속 층의 형성을 야기한다.
적합한 방법의 제3 예로서, 일부 실시양태에서, 상기 방법은, 리튬을 포함하는 기체 및 비-리튬 종을 포함하는 기체로부터 전기활성 층을 침착시키는 것을 포함한다. 이들 기체는 서로 반응하여 리튬 금속 및 리튬 금속 이외의 종 둘 다를 포함하는 층을 형성할 수 있다.
적합한 방법의 제4 예로서, 일부 실시양태에서, 상기 방법은, 리튬 금속을 포함하는 층 상에 배치된 부동태화 층을 형성하는 단계를 포함한다. 부동태화 층은 리튬 금속을 포함하는 층을 이와 반응성인 기체에 노출시킴으로써 형성될 수 있다. 상기 기체는 리튬 금속을 포함하는 층의 표면에서 리튬 금속과 반응하여 그 위에 배치된 부동태화 층을 형성할 수 있다. 부동태화 층은 리튬 금속을 포함하는 층 내의 리튬 금속과 상기 기체의 반응 생성물을 포함할 수 있다.
다른 곳에서 설명된 바와 같이, 일부 실시양태에서, 모듈형 리튬 침착 시스템의 하나 이상의 구성요소는 소정 온도 범위 내의 온도에서 가열, 냉각 및/또는 유지되도록 구성된다. 적합한 이러한 온도 범위의 예는 아래에 제공된다.
소정 범위 내의 온도로 냉각 및/또는 유지되도록 구성될 수 있는 모듈형 리튬 침착 시스템의 한 구성요소는 드럼이다. 일부 실시양태에서, 드럼은 60℃ 이하, 55℃ 이하, 50℃ 이하, 45℃ 이하, 40℃ 이하, 35℃ 이하, 30℃ 이하, 25℃ 이하, 20℃ 이하, 15℃ 이하, 10℃ 이하, 5℃ 이하, 0℃ 이하, -5℃ 이하, -10℃ 이하, -15℃ 이하, -20℃ 이하, -25℃ 이하, 또는 -30℃ 이하의 온도로 (예를 들어, 냉각 시스템에 의해) 냉각 및/또는 유지되도록 구성된다. 일부 실시양태에서, 드럼은 -35℃ 이상, -30℃ 이상, 또는 -25℃ 이상, -20℃ 이상, -15℃ 이상, -10℃ 이상, -5℃ 이상, 0℃ 이상, 5℃ 이상, 10℃ 이상, 15℃ 이상, 20℃ 이상, 25℃ 이상, 30℃ 이상, 35℃ 이상, 40℃ 이상, 45℃ 이상, 50℃ 이상, 또는 55℃ 이상의 온도로 (예를 들어, 냉각 시스템에 의해) 냉각 및/또는 유지되도록 구성된다. 위에서 언급한 범위의 조합(예를 들어, 60℃ 이하 -35℃ 이상)도 가능하다. 다른 범위도 가능하다. 드럼의 온도는 IR 온도 센서에 의해 결정될 수 있다.
모듈형 리튬 침착 시스템이 2개 이상의 드럼을 포함하는 경우, 각각의 드럼은 독립적으로 상기 언급된 범위 중 하나 이상 내의 온도로 냉각 및/또는 유지되도록 구성될 수 있다. 일부 실시양태에서, 하나 이상의 드럼의 하나 이상의 표면을 가로질러 및/또는 하나 이상의 드럼의 하나 이상의 벽을 통해 순환되는 냉각된 유체는 상기 언급된 범위 중 하나 이상 내의 온도를 갖는다.
소정 범위 내의 온도로 냉각 및/또는 유지되도록 구성될 수 있는 모듈형 리튬 침착 시스템의 또 다른 구성요소는 리튬 금속 공급원용 용기의 외부 표면이다. 일부 실시양태에서, 이 용기의 외부 표면은 50℃ 이하, 45℃ 이하, 40℃ 이하, 35℃ 이하, 30℃ 이하, 25℃ 이하, 또는 20℃ 이하의 온도로 (예를 들어, 복수의 냉각 채널에 의해) 냉각 및/또는 유지되도록 구성된다. 일부 실시양태에서, 이 용기의 외부 표면은 15℃ 이상, 20℃ 이상, 25℃ 이상, 30℃ 이상, 35℃ 이상, 40℃ 이상, 또는 45℃ 이상의 온도로 (예를 들어, 복수의 냉각 채널에 의해) 냉각 및/또는 유지되도록 구성된다. 위에서 언급한 범위의 조합(예를 들어, 50℃ 이하 15℃ 이상)도 가능하다. 다른 범위도 가능하다. 리튬 공급원용 용기의 외부 표면 온도는 그 위에 위치하는 열전쌍에 의해 결정될 수 있다.
모듈형 리튬 침착 시스템이 2개 이상의 리튬 금속 공급원용 용기를 포함하는 경우, 각각의 리튬 금속 공급원용 용기는 위에서 언급된 범위 중 하나 이상의 온도로 냉각 및/또는 유지되도록 독립적으로 구성될 수 있다.
리튬 금속 공급원을 위한 일부 용기는 (예를 들어, 냉각되는 것 외에) 가열되도록 구성될 수 있다. 일부 실시양태에서, 이 용기의 내부 표면은 550℃ 이상, 560℃ 이상, 570℃ 이상, 580℃ 이상, 590℃ 이상, 600℃ 이상, 610℃ 이상, 620℃ 이상 또는 630℃ 이상의 온도로 (예를 들어, 저항성 가열 시스템과 같은 가열 시스템에 의해) 가열 및/또는 유지되도록 구성된다. 일부 실시양태에서, 이 용기의 내부 표면은 635℃ 이하, 630℃ 이하, 620℃ 이하, 610℃ 이하, 600℃ 이하, 590℃ 이하, 580℃ 이하, 570℃ 이하, 또는 560℃ 이하의 온도로 가열 및/또는 유지되도록 구성된다. 위에서 언급한 범위의 조합(예를 들어, 550℃ 이상 635℃ 이하)도 가능하다. 다른 범위도 가능하다. 리튬 공급원을 위한 용기의 내부 표면의 온도는 그 위에 위치한 열전쌍에 의해 결정될 수 있다. 일부 실시양태에서, 상기 언급된 범위 중 하나 이상 내의 온도로 가열 및/또는 유지되도록 구성된 내부 표면은 리튬 금속 공급원과 직접 접촉하는 표면이다.
모듈형 리튬 침착 시스템이 2개 이상의 리튬 금속 공급원용 용기를 포함하는 경우, 각각의 리튬 금속 공급원용 용기는 독립적으로 상기 언급된 범위 중 하나 이상 내의 온도로 가열 및/또는 유지되도록 구성될 수 있다.
소정 범위 내의 온도로 가열 및/또는 유지되도록 구성될 수 있는 모듈형 리튬 침착 시스템의 다른 구성요소는 리튬 금속 공급원을 포함하는 용기의 셔터(shutter)이다. 일부 실시양태에서, 셔터는 550℃ 이상, 560℃ 이상, 570℃ 이상, 580℃ 이상, 590℃ 이상, 600℃ 이상, 610℃ 이상, 620℃ 이상, 630℃ 이상 또는 640℃ 이상의 온도로 (예를 들어, 저항성 가열 시스템과 같은 가열 시스템에 의해) 가열 및/또는 유지되도록 구성된다. 일부 실시양태에서, 셔터는 645℃ 이하, 640℃ 이하, 630℃ 이하, 620℃ 이하, 610℃ 이하, 600℃ 이하, 590℃ 이하, 580℃ 이하, 570℃ 이하, 또는 560℃ 이하의 온도로 (예를 들어, 저항 가열 시스템과 같은 가열 시스템에 의해) 가열 및/또는 유지되도록 구성된다. 위에서 언급한 범위의 조합(예를 들어, 550℃ 이상 645℃ 이하)도 가능하다. 다른 범위도 가능하다. 리튬 공급원용 용기의 셔터 온도는 그 위에 위치한 열전쌍에 의해 결정될 수 있다.
모듈형 리튬 침착 시스템이 2개 이상의 리튬 금속 공급원용 용기를 포함하는 경우, 각각의 리튬 금속 공급원용 용기는 독립적으로 상기 참조 범위 중 하나 이상의 온도로 가열 및/또는 유지되도록 구성된 셔터를 포함할 수 있다.
본 명세서의 다른 곳에서 설명되는 바와 같이, 일부 실시양태에서, 모듈형 리튬 침착 시스템은 하나 이상의 진공 챔버를 포함한다. 진공 챔버(들)은 대기압 미만의 압력으로 유지되도록 구성될 수 있다. 예로서, 일부 실시양태에서, 진공 챔버는 10-4 토르 이하, 5*10-5 토르 이하, 2*10-5 토르 이하, 10-5 토르 이하, 5*10-6 토르 이하, 2*10-6 토르 이하, 10-6 토르 이하, 5*10-7 이하, 또는 2*10-7 토르 이하의 압력으로 유지되도록 구성된다. 일부 실시양태에서, 진공 챔버는 10-7 토르 이상, 2*10-7 토르 이상, 5*10-7 토르 이상, 10-6 토르 이상, 2*10-6 토르 이상, 5*10-6 토르 이상, 10-5 토르 이상, 2*10-5 토르 이상, 또는 5*10-5 토르 이상의 압력으로 유지되도록 구성된다. 상기 언급된 범위의 조합(예를 들어, 10-6 토르 이하 10-7 토르 이상, 또는 10-4 토르 이하 10-5 토르 이상)이 또한 가능하다. 다른 범위도 가능하다. 진공 챔버의 압력은 그 안에 위치한 압력 게이지에 의해 결정될 수 있다.
모듈형 리튬 침착 시스템이 2개 이상의 진공 챔버를 포함하는 경우, 각각의 진공 챔버는 전술한 범위 중 하나 이상의 압력으로 유지 되도록 독립적으로 구성될 수 있다.
본 명세서의 다른 곳에서 설명되는 바와 같이, 일부 실시양태는, 리튬 금속과 반응하고/거나 침착되어 리튬 금속을 포함하는 층 상에 배치된 층을 형성하도록 침착되도록 구성된 기체 공급원과 같은 공급원을 포함하는 모듈형 리튬 침착 시스템에 관한 것이다. 본 명세서의 다른 곳에서 또한 설명된 바와 같이, 일부 실시양태는, 리튬 금속을 포함하는 층 상에 부동태화 층과 같은 층을 침착시키는 방법에 관한 것이다. 일부 실시양태에서, 상기 층은 그 위에 기체를 응축함으로써 침착된다. 기체들 서로 간의 및/또는 리튬 금속(예를 들어, 리튬 금속 층에서)과의 반응 생성물이 응축되어 관련 층을 형성하는 것도 가능하다. 다양한 적합한 기체, 예컨대 CO2, O2, H2O, COS, SO2, CS2, H2, N2, N2O, NH3, SF6, 프레온, 플루오로벤젠, SiF4, C2H2, 공기(예를 들어, 깨끗한 건조 공기, 인공 공기), 붕소를 포함하는 종(예를 들어, 붕소산의 에스테르), 인을 포함하는 종(예를 들어, 인산의 에스테르), 셀레늄을 포함하는 종, 텔루륨을 포함하는 종, 및/또는 할로겐을 포함하는 종(예를 들어, 위에서 언급한 것을 포함하는 불소, 브롬 및/또는 요오드를 포함하는 종)이 그러한 목적에 적합하다. 일부 실시양태에서, 원자층 침착에 적합한 하나 이상의 기체가 리튬 금속을 포함하는 층 및/또는 그 위의 층을 침착하기 위해 사용된다. 리튬 금속을 포함하는 층 및/또는 그 위의 층을 침착하기 위해 사용될 수 있는 일부 기체는 그로부터 층의 침착 이전에 및/또는 그와 동시에 (예를 들어, 플라즈마에 의해) 활성화될 수 있다.
일부 실시양태에서, 둘 이상의 기체가 조합되어 사용된다. 예를 들어, 일부 실시양태들에서, H2O와 다른 상이한 기체를 모두 포함하는 기체 조합물로부터 층을 침착시키는 것이 바람직할 수 있다. 다른 예로서, 일부 실시양태에서, CO2 와 N2 및/또는 O2의 조합이 특히 유리할 수 있다. 일부 실시양태에서, 본원의 다른 곳에 기재된 바와 같이, 리튬 금속을 포함하는 층 상에 배치된 층은 아르곤 및/또는 헬륨과 같은 불활성 기체의 추가 존재하에 침착될 수 있다.
H2O와 다른 상이한 기체를 모두 포함하는 기체 조합물로부터 층이 침착될 때, 기체 조합물의 상대 습도는 다양한 적절한 값일 수 있다. 다시 말해서, 기체 조합물에서 H2O의 양 대 기체 조합물에서 가용인 H2O의 양의 비는 원하는 대로 선택될 수 있다. 일부 실시양태에서, 기체 조합물의 상대 습도는 전형적인 건조실의 상대 습도와 유사하다 (예를 들어, 10% 이하). 기체 조합물의 상대 습도는 다른 값(예를 들어, 일반적인 건조실의 값을 초과하는 값)을 가질 수도 있다. 일부 실시양태에서, 0% 이상, 1% 이상, 2% 이상, 5% 이상, 7.5% 이상, 10% 이상, 12.5% 이상, 15% 이상, 20% 이상, 25% 이상, 30% 이상, 35% 이상, 40% 이상, 또는 45% 이상의 상대 습도를 갖는 기체 조합물로부터 층이 침착된다. 일부 실시양태에서, 50% 이하, 45% 이하, 40% 이하, 35% 이하, 30% 이하, 25% 이하, 20% 이하, 15% 이하, 12.5% 이하, 10% 이하, 7.5% 이하, 5% 이하, 2% 이하, 또는 1% 이하의 상대 습도를 갖는 기체 조합물로부터 층이 침착된다. 상기 언급된 범위의 조합이 또한 가능하다 (예를 들어, 0% 이상 50% 이하, 0% 이상 30% 이하, 또는 0% 이상 10% 이하)도 가능하다. 다른 범위도 가능하다.
본원의 다른 곳에 기재된 바와 같이, 일부 실시양태는 리튬 금속을 포함하는 층(예를 들어, 리튬 금속을 포함하는 전기활성 층)에 관한 것이다. 예를 들어, 일부 실시양태는 이러한 층의 침착에 관한 것이고, 일부 실시양태는 이러한 층을 포함하는 전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품에 관한 것이고, 일부 실시양태는 이러한 층을 침착하도록 구성된 모듈형 리튬 침착 시스템에 관한 것이다. 리튬 금속을 포함하는 층의 추가 특성은 하기에 더 상세히 설명된다.
리튬 금속을 포함하는 층은 다양한 적합한 두께를 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, 리튬 금속을 포함하는 층은 1 마이크론 이상, 2 마이크론 이상, 5 마이크론 이상, 7.5 마이크론 이상, 7.5 마이크론 이상, 10 마이크론 이상, 15 마이크론 이상, 20 마이크론 이상, 25 마이크론 이상, 30 마이크론 이상, 35 마이크론 이상, 40 마이크론 이상, 또는 45 마이크론 이상의 두께를 갖는다. 일부 실시양태에서, 리튬 금속을 포함하는 층은 50 마이크론 이하, 45 마이크론 이하, 40 마이크론 이하, 35 마이크론 이하, 35 마이크론 이하, 30 마이크론 이하, 25 마이크론 이하, 20 마이크론 이하, 15 마이크론 이하, 10 마이크론 이하, 7.5 마이크론 이하, 5 마이크론 이하, 또는 2 마이크론 이하의 두께를 갖는다. 상기 언급된 범위의 조합이 또한 가능하다 (예를 들어, 1 마이크론 이상 50 마이크론 이하, 또는 2 마이크론 이상 30 마이크론 이하)도 가능하다. 다른 범위도 가능하다. 리튬 금속을 포함하는 층의 두께는 와전류(eddy current) 감지에 의해 결정될 수 있다.
전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품이 2개 이상의 리튬 금속 포함 층을 포함하는 경우, 리튬 금속을 포함하는 각각의 층은 독립적으로 상기 언급된 범위 중 하나 이상 내의 두께를 가질 수 있다.
리튬 금속을 포함하는 층은 다양한 적합한 다공도를 가질 수 있다. 본 명세서의 다른 곳에서 기술된 바와 같이, 리튬 금속을 포함하는 일부 층은 상대적으로 조밀할 수 있거나(예를 들어, 이들은 0% 이상 5% 이하의 다공도를 가질 수 있음), 또는 상당한 부피 분율을 차지하는 복수의 기공을 포함할 수 있다(예를 들어, 5% 이상 25% 이하, 또는 5% 이상 15% 이하의 다공도를 가질 수 있음). 일부 실시양태에서, 리튬 금속을 포함하는 층은 0% 이상, 0.5% 이상, 1% 이상, 1.5% 이상, 1.5% 이상, 2%, 3% 이상, 4% 이상, 5% 이상, 7.5% 이상, 10% 이상, 12.5% 이상, 15% 이상, 17.5% 이상, 20% 이상, 또는 22.5% 이상의 다공도를 갖는다. 일부 실시양태에서, 리튬 금속을 포함하는 층은 25% 이하, 22.5% 이하, 20% 이하, 17.5% 이하, 17.5% 이하, 15% 이하, 12.5% 이하, 10% 이하, 7.5% 이하, 5% 이하, 4% 이하, 3% 이하, 2% 이하, 1.5% 이하, 1% 이하, 또는 0.5% 이하의 다공도를 갖는다. 상기 언급된 범위의 조합(예를 들어, 0% 이상 25% 이하, 0% 이상 5% 이하, 5% ~ 25% 이하, 또는 5% 이상 25% 이하)이 또한 가능하다. 다른 범위도 가능하다.
리튬 금속을 포함하는 층은, 리튬 금속을 포함하는 층의 측정된 밀도를 리튬 금속을 포함하는 층의 이론적인 밀도로 나누어 결정되는, 상기 언급된 범위 중 하나 이상에 드는 다공도를 가질 수 있다. 리튬 금속을 포함하는 층의 측정된 밀도는 다음 식에 의해 결정될 수 있다: 리튬 금속을 포함하는 층의 측정된 밀도 = [리튬 금속을 포함하는 층의 중량] / [(리튬 금속을 포함하는 층의 면적)*(드롭 게이지로 측정한 리튬 금속을 포함하는 층의 두께)].
또한, 리튬을 포함하는 층이 주사 전자 현미경에 의해 측정될 때 상기 언급된 범위 중 하나 이상에 드는 다공도를 갖는 것이 가능하다. 간단히 말해서, 리튬을 포함하는 층은 5 kV의 가속 전압, 5 mm의 작동 거리, 3.5의 스폿 크기 및 25,000의 배율에서 침지 모드로 작동되는 주사 전자 현미경을 사용하여 이미지화될 수 있다. 이미지는 8-비트 유형, 255 그레이 레벨, 폭 27.43 인치, 높이 19.69 인치, 이미지 크기 1.6MB 및 인치당 56픽셀의 해상도를 갖도록 구성된 ImageJ로 분석될 수 있다. ImageJ에서 밝기/대비 최소값은 0으로, 밝기/대비 최대값은 255로, 하한 임계값은 0으로, 상한 임계값은 기공을 검은 색으로 만드는 값으로 설정할 수 있다. 그런 다음 ImageJ를 사용하여 결과 이미지를 분석하여 검은색 영역의 백분율을 결정할 수 있다. 이 백분율은 리튬을 포함하는 층의 다공도와 동일한 것으로 간주될 수 있다.
전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품이 2개 이상의 리튬 금속 포함 층을 포함하는 경우, 리튬 금속을 포함하는 각각의 층은 독립적으로 상기 기술된 2가지의 측정 기술 중 하나 또는 둘 모두에 의해 측정될 때 상기 언급된 범위 중 하나 이상 내의 다공도를 가질 수 있다.
일부 실시양태에서, 리튬 금속을 포함하는 층의 모폴로지에 관한 정보는 그의 색 공간으로부터 얻어질 수 있다. 상기 색 공간은 밝기(lightness), 포화도(saturation), 채도(chroma) 및 색조(hue)의 조합으로 물체의 가시적 모양을 특징짓는다. 도 21a 및 21b는, 이러한 매개변수가 함께 어떻게 물체의 시각적 외관을 설명하는 지를 보여준다. 또한 리튬을 포함하는 층이 시각적으로 적색, 황색, 녹색 및/또는 청색과 같은 다양한 색을 갖는 것으로 나타날 수 있음을 이해해야 한다.
일부 실시양태에서, 리튬을 포함하는 층은 10 이상, 12.5 이상, 15 이상, 17.5 이상, 20 이상, 20 이상, 22.5 이상, 25 이상, 27.5 이상, 30 이상, 35 이상, 40 이상, 45 이상, 45 이상 50 이상, 55 이상, 60 이상, 65 이상, 70 이상, 75 이상, 또는 80 이상의 밝기를 갖는다. 일부 실시양태에서, 리튬을 포함하는 층은 85 이하, 80 이하, 75 이하, 70 이하, 65 이하, 60 이하의 밝기를 갖고, 55 이하, 50 이하, 45 이하, 40 이하, 35 이하, 30 이하, 27.5 이하, 25 이하, 22.5 이하, 20 이하, 17.5 이하, 15 이하, 또는 12.5 이하의 밝기를 갖는다. 상기 언급된 범위의 조합(예를 들어, 10 이상 85 이하, 또는 20 이상 60 이하)이 또한 가능하다. 다른 범위도 가능하다.
전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품이 2개 이상의 리튬 금속 포함 층을 포함하는 경우, 리튬 금속을 포함하는 각각의 층은 독립적으로 상기 언급된 범위 중 하나 이상 내의 밝기를 가질 수 있다.
일부 실시양태에서, 리튬을 포함하는 층은 -3 이상, -2.5 이상, -2 이상, -2 이상, -1.5 이상, -1 이상, -0.5 이상, 0 이상, 0.5 이상, 1 이상, 1.5 이상, 2 이상, 2.5 이상, 3 이상, 3.5 이상, 4 이상, 4.5 이상, 5 이상, 5 이상 6 이상, 8 이상, 10 이상, 12.5 이상, 또는 15 이상의 적색/녹색 포화도("a" 포화도)를 갖는다. 일부 실시양태에서, 리튬을 포함하는 층은 20 이하, 15 이하, 12.5 이하, 10 이하, 8 이하, 6 이하, 6 이하 5, 4.5 이하, 4 이하, 3.5 이하, 3 이하, 2.5 이하, 2 이하, 1.5 이하, 1 이하, 0.5 이하, 0 이하, -0.5 이하, -1 이하, -1.5 이하, -2 이하, 또는 -2.5 이하의 적색/녹색 포화도를 갖는다. 상기 언급된 범위의 조합(예를 들어, -3 이상 20 이하, 또는 -1 이상 4 이하)이 또한 가능하다. 다른 범위도 가능하다.
전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품이 2개 이상의 리튬 금속 포함 층을 포함하는 경우, 리튬 금속을 포함하는 각각의 층은 독립적으로 상기 언급된 범위 중 하나 이상 내의 적색/녹색 포화도를 가질 수 있다.
일부 실시양태에서, 리튬을 포함하는 층은 -3 이상, -2.5 이상, -2 이상, -2 이상, -1.5 이상, -1 이상, -0.5 이상, 0 이상, 0.5 이상, 1 이상, 1.5 이상, 2 이상, 2.5 이상, 3 이상, 3.5 이상, 4 이상, 4.5 이상, 5 이상, 5 이상 6 이상, 8 이상, 10 이상, 12.5 이상, 또는 15 이상의 황색/청색 포화도("b" 포화도)를 갖는다. 일부 실시양태에서, 리튬을 포함하는 층은 20 이하, 15 이하, 12.5 이하, 10 이하, 8 이하, 6 이하, 6 이하 ~ 5, 4.5 이하, 4 이하, 3.5 이하, 3 이하, 2.5 이하, 2 이하, 1.5 이하, 1 이하, 0.5 이하, 0 이하, -0.5 이하, -1 이하, -1.5 이하, -1.5 이하, -2 이하 또는 -2.5 이하의 황색/청색 포화도를 갖는다. 상기 언급된 범위의 조합(예를 들어, -3 이상 20 이하, 또는 -1 이상 4 이하)이 또한 가능하다. 다른 범위도 가능하다.
전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품이 2개 이상의 리튬 금속 포함 층을 포함하는 경우, 리튬 금속을 포함하는 각각의 층은 독립적으로 상기 언급된 범위 중 하나 이상 내의 황색/청색 포화도를 가질 수 있다.
일부 실시양태에서, 리튬을 포함하는 층은 -2 이상, -1.5 이상, -1 이상, -0.5 이상, 0 이상, 0.5 이상, 1 이상, 1.5 이상, 2 이상, 2.5 이상, 3 이상, 3.5 이상, 4 이상, 4.5 이상, 5 이상, 6 이상, 8 이상, 10 이상, 12.5 이상, 또는 15 이상의 채도를 갖는다. 일부 실시양태에서, 리튬을 포함하는 층은 20 이하, 15 이하, 12.5 이하, 10 이하, 10 이하, 8 이하, 6 이하, 5 이하, 4.5 이하, 4 이하, 3.5 이하, 3 이하, 2.5 이하, 2 이하, 1.5 이하, 1 이하, 0.5 이하, 0 이하, -0.5 이하, -1 이하 또는 -1.5 이하의 채도를 갖는다. 상기 언급된 범위의 조합(예를 들어, -2 이상 20 이하, 또는 -1 이상 5 이하)이 또한 가능하다. 다른 범위도 가능하다.
전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품이 2개 이상의 리튬 금속 포함 층을 포함하는 경우, 리튬 금속을 포함하는 각각의 층은 독립적으로 상기 언급된 범위 중 하나 이상 내의 색도를 가질 수 있다.
일부 실시양태에서, 리튬을 포함하는 층은 -2°이상, 0°이상, 2°이상, 5°이상, 5°이상, 7.5°이상, 10°이상, 20°이상, 50°이상, 75°이상, 100°이상, 125°이상, 150°이상, 175°이상, 200°이상, 225°이상, 250°이상, 275°이상, 300°이상, 또는 325°이상의 색조를 갖는다. 일부 실시양태에서, 리튬을 포함하는 층은 360°이하, 325°이하, 300°이하, 275°이하, 250°이하, 225°이하, 200°이하, 175°이하, 150°이하, 125°이하, 100°이하, 75°이하, 50°이하, 20°이하, 10°이하, 7.5°이하, 5°이하, 5°이하 또는 2°이하 또는 0°이하의 색조를 갖는다. 상기 언급된 범위의 조합(예를 들어, -2°이상 360°이하, 또는 10°이상 350°이하)이 또한 가능하다. 다른 범위도 가능하다.
전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품이 2개 이상의 리튬 금속 포함 층을 포함하는 경우, 리튬 금속을 포함하는 각각의 층은 독립적으로 상기 언급된 범위 중 하나 이상 내의 색조를 가질 수 있다.
일부 실시양태에서, 리튬 금속을 포함하는 층은 비교적 평활하다. 리튬 금속을 포함하는 층의 평활도 또는 조도는 다양한 방식으로 특성분석될 수 있다. 리튬 금속을 포함하는 층의 조도를 특징짓기 위해 사용될 수 있는 적합한 매개변수 및 이러한 매개변수의 적합한 값은 하기에 더 상세히 설명된다. 아래 기술 중 일부는 리튬 금속을 포함하는 층의 단면과 관련하여 사용될 수 있으며, 리튬 금속을 포함하는 일부 층은 아래에 설명된 특성 중 하나 이상을 갖는 하나 이상의 단면을 포함할 수 있음을 이해해야 한다. 리튬 금속을 포함하는 일부 층은 하기에 기술된 특성 중 하나 이상을 갖는 단면으로만 구성될 수 있고, 리튬 금속을 포함하는 일부 층은 단면의 대부분(예를 들어, 단면의 50% 이상, 단면의 75% 이상, 단면의 90% 이상, 단면의 95% 이상 또는 단면의 99% 이상)이 아래의 특성중 하나 이상을 갖도록 하는 모폴로지를 가질 수 있다.
리튬 금속을 포함하는 층의 조도를 특성분석하기 위해 사용될 수 있는 매개변수의 한 예는 Ra이며, 이는, 단면의 평균선(즉, 표면에 평행하고, 표면 지형과 그 아래 선 사이의 면적이 표면 지형과 그 위 선 사이의 면적과 동일하도록 단면을 분할하는 선)으로부터 층 높이의 단면에 걸친 산술 평균 편차이다. 일부 실시양태에서, 리튬 금속을 포함하는 층은 1.5 마이크론 이하, 1.25 마이크론 이하, 1 마이크론 이하, 0.75 마이크론 이하, 0.75 마이크론 이하, 0.5 마이크론 이하, 0.25 마이크론 이하, 0.2 마이크론 이하, 0.18 마이크론 이하, 0.15 마이크론 이하, 0.125 마이크론 이하, 0.125 마이크론 이하 0.1 마이크론, 또는 0.075 마이크론 이하의 Ra 값을 갖는다. 일부 실시양태에서, 리튬 금속을 포함하는 층은 0.05 마이크론 이상, 0.075 마이크론 이상, 0.1 마이크론 이상, 0.125 마이크론 이상, 0.15 마이크론 이상, 0.18 마이크론 이상, 0.2 마이크론 이상, 0.25 마이크론 이상, 0.5 마이크론 이상, 0.75 마이크론 이상, 0.75 마이크론 이상 1 마이크론, 또는 1.25 마이크론 이상의 Ra 값을 갖는다. 상기 언급된 범위의 조합(예를 들어, 1.5 마이크론 이하 0.05 마이크론 이상, 또는 1.5 마이크론 이하 0.18 마이크론 이상)이 또한 가능하다. 다른 범위도 가능하다.
전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품이 2개 이상의 리튬 금속 포함 층을 포함하는 경우, 리튬 금속을 포함하는 각각의 층은 독립적으로 상기 언급된 범위 중 하나 이상 내의 Ra 값을 가질 수 있다.
리튬 금속을 포함하는 층의 조도를 특성분석하기 위해 사용될 수 있는 매개변수의 제2 예는 Rq 이며, 이는, 단면의 평균선으로부터 층의 높이의 단면을 가로지르는 평균 제곱근 편차이다. 일부 실시양태에서, 리튬 금속을 포함하는 층은 2.5 마이크론 이하, 2.25 마이크론 이하, 2 마이크론 이하, 1.75 마이크론 이하, 1.75 마이크론 이하, 1.5 마이크론 이하, 1.25 마이크론 이하, 1 마이크론 이하, 0.75 마이크론 이하, 0.5 마이크론 이하, 0.4 마이크론 이하, 0.4 마이크론 이하 0.3 마이크론, 또는 0.2 마이크론 이하의 Rq 값을 갖는다. 일부 실시양태에서, 리튬 금속을 포함하는 층은 0.1 마이크론 이상, 0.2 마이크론 이상, 0.3 마이크론 이상, 0.4 마이크론 이상, 0.4 마이크론 이상, 또는 0.5 마이크론 이상, 0.75 마이크론 이상, 1 마이크론 이상, 1.25 마이크론 이상, 1.5 마이크론 이상, 1.75 마이크론 이상, 2 마이크론, 또는 2.25 마이크론 이상의 Rq 값을 갖는다. 상기 언급된 범위의 조합(예를 들어, 2.5 마이크론 이하 0.1 마이크론 이상, 또는 2 마이크론 이하 0.2 마이크론 이상)이 또한 가능하다. 다른 범위도 가능하다.
전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품이 2개 이상의 리튬 금속 포함 층을 포함하는 경우, 리튬 금속을 포함하는 각각의 층은 독립적으로 상기 언급된 범위 중 하나 이상 내의 Rq 값을 가질 수 있다.
리튬 금속을 포함하는 층의 조도를 특성분석하기 위해 사용될 수 있는 매개변수의 제3 예는 Rp 이며, 이는 단면의 최대 높이와 평균선의 높이 간의 차이이다. 일부 실시양태에서, 리튬 금속을 포함하는 층은 15 마이크론 이하, 12.5 마이크론 이하, 10 마이크론 이하, 7.5 마이크론 이하, 7.5 마이크론 이하, 5 마이크론 이하, 2.5 마이크론 이하, 2 마이크론 이하, 1.5 마이크론 이하, 또는 1 마이크론 이하의 Rp 값을 갖는다. 일부 실시양태에서, 리튬 금속을 포함하는 층은 0.5 마이크론 이상, 1 마이크론 이상, 1.5 마이크론 이상, 2 마이크론 이상, 2 마이크론 이상, 2.5 마이크론 이상, 5 마이크론 이상, 7.5 마이크론 이상, 10 마이크론 이상, 또는 12.5 마이크론 이상의 Rp 값을 갖는다. 상기 언급된 범위의 조합(예를 들어, 15 마이크론 이하 0.5 마이크론 이상, 또는 15 마이크론 이하 1 마이크론 이상)이 또한 가능하다. 다른 범위도 가능하다.
전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품이 2개 이상의 리튬 금속 포함 층을 포함하는 경우, 리튬 금속을 포함하는 각각의 층은 독립적으로 상기 언급된 범위 중 하나 이상 내의 Rp 값을 가질 수 있다.
리튬 금속을 포함하는 층의 조도를 특성분석하기 위해 사용될 수 있는 매개변수의 다른 예는 단면의 최소 높이와 평균선 높이 간의 차이인 Rv 이다. 일부 실시양태에서, 리튬 금속을 포함하는 층은 -15 마이크론 이하, -12.5 마이크론 이상, -10 마이크론 이상, -10 마이크론 이상, -7.5 마이크론 이상, -5 마이크론 이상, -2.5 마이크론 이상, -2 마이크론 이상, -1.5 마이크론 이상, 또는 -1 마이크론 이상의 Rv 값을 갖는다. 일부 실시양태에서, 리튬 금속을 포함하는 층은 -0.5 마이크론 이하, -1 마이크론 이하, -1.5 마이크론 이하, -2 이하, -2.5 마이크론 이하, -5 마이크론 이하, -7.5 마이크론 이하, -10 마이크론 이하, 또는 -12.5 마이크론 이하의 Rv 값을 갖는다. 상기 언급된 범위의 조합(예를 들어, -15 마이크론 이상 -0.5 마이크론 이하, 또는 -15 마이크론 이상 -1 마이크론 이하)이 또한 가능하다. 다른 범위도 가능하다.
전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품이 2개 이상의 리튬 금속 포함 층을 포함하는 경우, 리튬 금속을 포함하는 각각의 층은 독립적으로 상기 언급된 범위 중 하나 이상 내의 Rv 값을 가질 수 있다.
리튬 금속을 포함하는 층의 조도를 특성분석하기 위해 사용될 수 있는 매개변수의 다른 예는, Rp 와 Rv의 절대값의 합인 Rt이다. 일부 실시양태에서, 리튬 금속을 포함하는 층은 30 마이크론 이하, 25 마이크론 이하, 20 마이크론 이하, 15 마이크론 이하, 15 마이크론 이하, 10 마이크론 이하, 7.5 마이크론 이하, 5 마이크론 이하, 4 마이크론 이하, 3 마이크론 이하, 2.5 마이크론 이하, 2.5 마이크론 이하, 2 마이크론 이하, 또는 1.5 마이크론 이하의 Rt 값을 갖는다. 일부 실시양태에서, 리튬 금속을 포함하는 층은 1 마이크론 이상, 1.5 마이크론 이상, 2 마이크론 이상, 2.5 마이크론 이상, 2.5 마이크론 이상, 3 마이크론 이상, 4 마이크론 이상, 5 마이크론 이상, 7.5 마이크론 이상, 10 마이크론 이상, 15 마이크론 이상, 20 마이크론 이상, 또는 25 마이크론 이상의 Rt 값을 갖는다. 상기 언급된 범위의 조합(예를 들어, 25 마이크론 이하 1 마이크론 이상, 또는 30 마이크론 이하 2 마이크론 이상)이 또한 가능하다. 다른 범위도 가능하다.
전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품이 2개 이상의 리튬 금속 포함 층을 포함하는 경우, 리튬 금속을 포함하는 각각의 층은 독립적으로 상기 언급된 범위 중 하나 이상 내의 Rt 값을 가질 수 있다.
리튬 금속을 포함하는 층의 조도를 특성분석하기 위해 사용될 수 있는 매개변수의 다른 예는 Rpm 이며, 이는 평균선에 대한 단면에서의 피크의 평균 높이이다. 일부 실시양태에서, 리튬 금속을 포함하는 층은 15 마이크론 이하, 12.5 마이크론 이하, 10 마이크론 이하, 7.5 마이크론 이하, 7.5 마이크론 이하, 5 마이크론 이하, 3 마이크론 이하, 2 마이크론 이하, 1.5 마이크론 이하, 1 마이크론 이하, 또는 0.75 마이크론 이하의 Rpm 값을 갖는다. 일부 실시양태에서, 리튬 금속을 포함하는 층은 0.5 마이크론 이상, 0.75 마이크론 이상, 1 마이크론 이상, 1.5 마이크론 이상, 1.5 마이크론 이상, 2 마이크론 이상, 3 마이크론 이상, 5 마이크론 이상, 7.5 마이크론 이상, 10 마이크론 이상, 또는 12.5 마이크론 이상의 Rpm 값을 갖는다. 상기 언급된 범위의 조합(예를 들어, 15 마이크론 이하 0.5 마이크론 이상, 또는 10 마이크론 이하 1 마이크론 이상)이 또한 가능하다. 다른 범위도 가능하다.
전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품이 2개 이상의 리튬 금속 포함 층을 포함하는 경우, 리튬 금속을 포함하는 각 층은 독립적으로 상기 언급된 범위 중 하나 이상 내의 Rpm 값을 가질 수 있다.
리튬 금속을 포함하는 층의 조도를 특성분석하기 위해 사용될 수 있는 매개변수의 다른 예는 Rvm 이며, 이는 평균선에 대한 단면에서의 골(valley)의 평균 높이이다. 일부 실시양태에서, 리튬 금속을 포함하는 층은 -15 마이크론 이상, -12.5 마이크론 이상, -10 마이크론 이상, -7.5 마이크론 이상, -5 마이크론 이상, -3 마이크론 이상, -2 마이크론 이상, -1.5 마이크론 이상, -1 마이크론 이상, 또는 -0.75 마이크론 이상의 Rvm 값을 갖는다. 일부 실시양태에서, 리튬 금속을 포함하는 층은 -0.5 마이크론 이하, -0.75 마이크론 이하, -1 마이크론 이하, -1.5 마이크론 이하, -2 마이크론 이하, -3 마이크론 이하, -5 마이크론 이하, -7.5 마이크론 이하, -10 마이크론 이하, 또는 -12.5 마이크론 이하의 Rvm 값을 갖는다. 상기 언급된 범위의 조합(예를 들어, -15 마이크론 이상 -1 마이크론 이하, 또는 -10 마이크론 이상 -0.5 마이크론 이하)이 또한 가능하다. 다른 범위도 가능하다.
전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품이 2개 이상의 리튬 금속 포함 층을 포함하는 경우, 리튬 금속을 포함하는 각각의 층은 독립적으로 상기 언급된 범위 중 하나 이상 내의 Rvm 값을 가질 수 있다.
리튬 금속을 포함하는 층의 조도를 특성분석하기 위해 사용될 수 있는 매개변수의 또 다른 예는 Rz이며, 이는, 단면에서 5개의 가장 높은 피크의 평균 높이와 단면에서 5개의 가장 깊은 골 간의 높이 차이이다. 일부 실시양태에서, 리튬 금속을 포함하는 층은 20 마이크론 이하, 17.5 마이크론 이하, 15 마이크론 이하, 12.5 마이크론 이하, 12.5 마이크론 이하, 10 마이크론 이하, 7.5 마이크론 이하, 5 마이크론 이하, 또는 2.5 마이크론 이하의 Rz 값을 갖는다. 일부 실시양태에서, 리튬 금속을 포함하는 층은 1 마이크론 이상, 2.5 마이크론 이상, 5 마이크론 이상, 7.5 마이크론 이상, 7.5 마이크론 이상, 또는 10 마이크론 이상, 12.5 마이크론 이상, 15 마이크론 이상, 또는 17.5 마이크론 이상의 Rz 값을 갖는다. 상기 언급된 범위의 조합(예를 들어, 20 마이크론 이하 1 마이크론 이상)이 또한 가능하다. 다른 범위도 가능하다.
전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품이 2개 이상의 리튬 금속 포함 층을 포함하는 경우, 리튬 금속을 포함하는 각 층은 독립적으로 상기 언급된 범위 중 하나 이상 내의 Rz 값을 가질 수 있다.
리튬 금속을 포함하는 층의 조도를 특성분석하기 위해 사용될 수 있는 매개변수의 다른 예는 Sm이며, 이는 단면의 상단(top)과 단면의 90번째 백분위수에서의 높이(즉, 단면 높이의 90%보다 큰 높이 값) 사이에 존재하는 단면에서의 물질의 면적이다. 일부 실시양태에서, 리튬 금속을 포함하는 층은 1 마이크론 제곱 이하, 0.75 마이크론 제곱 이하, 0.5 마이크론 제곱 이하, 0.3 마이크론 제곱 이하, 0.2 마이크론 제곱 이하, 0.15 마이크론 제곱 이하, 0.1 마이크론 제곱 이하, 0.075 마이크론 제곱 이하, 0.05 마이크론 제곱 이하, 0.03 마이크론 제곱 이하, 0.02 마이크론 제곱 이하, 0.015 마이크론 제곱 이하, 0.01 마이크론 제곱 이하, 0.0075 마이크론 제곱 이하, 0.005 마이크론 제곱 이하, 0.003 마이크론 제곱 이하, 또는 0.002 마이크론 제곱 이하의 Sm 값을 갖는다. 일부 실시양태에서, 리튬 금속을 포함하는 층은 0.001 마이크론 제곱 이상, 0.002 마이크론 제곱 이상, 0.003 마이크론 제곱 이상, 0.005 마이크론 제곱 이상, 0.0075 마이크론 제곱 이상, 0.01 마이크론 제곱 이상, 0.02 마이크론 제곱 이상, 0.05 마이크론 제곱 이상, 0.075 마이크론 제곱 이상, 0.1 마이크론 제곱 이상, 0.15 마이크론 제곱 이상, 0.2 마이크론 제곱 이상, 0.3 마이크론 제곱 이상, 0.5 마이크론 제곱 이상, 또는 0.75 마이크론 제곱 이상의 Sm 값을 갖는다. 상기 언급된 범위의 조합(예를 들어, 1 마이크론 제곱 이하 0.001 마이크론 제곱 이상, 또는 0.2 마이크론 제곱 이하 0.01 마이크론 제곱 이상)이 또한 가능하다. 다른 범위도 가능하다.
전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품이 2개 이상의 리튬 금속 포함 층을 포함하는 경우, 리튬 금속을 포함하는 각각의 층은 독립적으로 상기 언급된 범위 중 하나 이상 내의 Sm 값을 가질 수 있다.
리튬 금속을 포함하는 층의 조도를 특성분석하기 위해 사용될 수 있는 매개변수의 또 다른 예는 Sbi이며, 이는 95 번째 백분위수에서 단면 높이(즉, 단면에서의 높이의 95%를 초과하는 높이 값)와 평균선 높이 간의 높이 차이이다. 일부 실시양태에서, 리튬 금속을 포함하는 층은 2 마이크론 이하, 1.75 마이크론 이하, 1.5 마이크론 이하, 1.25 마이크론 이하, 1.25 마이크론 이하, 1.1 마이크론 이하, 1 마이크론 이하, 0.95 마이크론 이하, 0.9 마이크론 이하, 0.85 마이크론 이하, 0.8 마이크론 이하, 0.8 마이크론 이하 0.6 마이크론, 0.4 마이크론 이하, 0.35 마이크론 이하, 0.3 마이크론 이하, 0.25 마이크론 이하, 0.2 마이크론 이하, 0.15 마이크론 이하, 또는 0.125 마이크론 이하의 Sbi 값을 갖는다. 일부 실시양태에서, 리튬 금속을 포함하는 층은 0.1 마이크론 이상, 0.125 마이크론 이상, 0.15 마이크론 이상, 0.2 마이크론 이상, 0.2 마이크론 이상, 0.25 마이크론 이상, 0.3 마이크론 이상, 0.35 마이크론 이상, 0.4 마이크론 이상, 0.6 마이크론 이상, 0.8 마이크론 이상, 0.8 마이크론 이상, 0.85 마이크론, 0.9 마이크론 이상, 0.95 마이크론 이상, 1 마이크론 이상, 1.1 마이크론 이상, 1.25 마이크론 이상, 1.5 마이크론 이상, 또는 1.75 마이크론 이상의 Sbi 값을 갖는다. 상기 언급된 범위의 조합(예를 들어, 2 마이크론 이하 0.1 마이크론 이상, 또는 0.9 마이크론 이하 0.3 마이크론 이상)이 또한 가능하다. 다른 범위도 가능하다.
전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품이 2개 이상의 리튬 금속 포함 층을 포함하는 경우, 리튬 금속을 포함하는 각각의 층은 독립적으로 상기 언급된 범위 중 하나 이상 내의 Sbi 값을 가질 수 있다.
리튬 금속을 포함하는 층의 조도를 특성분석하기 위해 사용될 수 있는 매개변수의 다른 예는 Sdq 이며, 이는 층 표면 기울기의 제곱평균 제곱근이다. 일부 실시양태에서, 리튬 금속을 포함하는 층은 100 이하, 90 이하, 80 이하, 70 이하, 60 이하, 50 이하, 40 이하, 30 이하, 또는 20 이하의 Sdq 값을 갖는다. 일부 실시양태에서, 리튬 금속을 포함하는 층은 10 이상, 20 이상, 30 이상, 40 이상, 50 이상, 60 이상, 70 이상, 80, 또는 90 이상의 Sdq 값을 갖는다. 위에서 언급한 범위의 조합(예를 들어, 100 이하 및 10 이상, 또는 80 이하 및 이상 20)도 가능하다. 다른 범위도 가능하다.
전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품이 2개 이상의 리튬 금속 포함 층을 포함하는 경우, 리튬 금속을 포함하는 각각의 층은 독립적으로 상기 언급된 범위 중 하나 이상 내의 Sdq 값을 가질 수 있다.
리튬 금속을 포함하는 층의 조도를 특성분석하기 위해 사용될 수 있는 매개변수의 다른 예는 단면 높이 분포의 첨도(kurtosis)인 Sku 이다. 일부 실시양태에서, 리튬 금속을 포함하는 층은 70 이하, 60 이하, 50 이하, 40 이하, 30 이하, 25 이하, 20 이하, 15 이하, 12.5 이하, 10 이하, 8 이하, 6 이하, 5 이하, 4 이하, 3.5 이하, 3 이하, 2.5 이하의 Sku 값을 갖는다. 일부 실시양태에서, 리튬 금속을 포함하는 층은 2 이상, 2.5 이상, 3 이상, 3.5 이상, 4 이상, 5 이상, 6 이상, 8 이상, 10 이상, 12.5 이상, 15 이상, 20 이상, 25 이상, 30 이상, 40 이상, 50 이상 또는 60 이상의 Sku 값을 갖는다. 위에서 언급한 범위의 조합(예를 들어, 70 이상 2 이상, 또는 15 이하 2 이상)도 가능하다. 다른 범위도 가능하다.
전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품이 2개 이상의 리튬 금속 포함 층을 포함하는 경우, 리튬 금속을 포함하는 각각의 층은 독립적으로 상기 언급된 범위 중 하나 이상 내의 Sku 값을 가질 수 있다.
리튬 금속을 포함하는 층의 조도를 특성분석하기 위해 사용될 수 있는 매개변수의 다른 예는 단면 높이 분포의 사행도(skewness)인 Ssk 이다. 일부 실시양태에서, 리튬 금속을 포함하는 층은 5 이하, 4.5 이하, 4 이하, 3.5 이하, 3 이하, 2.5 이하, 2 이하, 1.5 이하, 1 이하, 0.75 이하, 0.5 이하, 0.3 이하, 0.2 이하, 0.1 이하, 0 이하, -0.1 이하, -0.2 이하, -0.3 이하, -0.3 이하, -0.5 이하, -0.75 이하, -1 이하, 또는 -1.5 이하의 Ssk 값을 갖는다. 일부 실시양태에서, 리튬 금속을 포함하는 층은 -2 이상, -1.5 이상, -1 이상, -0.75 이상, -0.5 이상, -0.3 이상, -0.2 이상, -0.1 이상, 0 이상, 0.1 이상, 0.2 이상, 0.3 이상, 0.5 이상, 0.75 이상, 1 이상, 1.5 이상, 2 이상, 2.5 이상, 3 이상, 3.5 이상, 4 이상 또는 4.5 이상의 Ssk 값을 갖는다. 상기 언급된 범위의 조합(예를 들어, 5 이하 -2 이상, 또는 3 이하 -0.2 이상)도 가능하다. 다른 범위도 가능하다.
전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품이 2개 이상의 리튬 금속 포함 층을 포함하는 경우, 리튬 금속을 포함하는 각각의 층은 독립적으로 상기 언급된 범위 중 하나 이상 내의 Sku 값을 가질 수 있다.
상기 기재된 바와 같이, 일부 실시양태에서, 리튬 금속을 포함하는 층은 리튬 금속 이외의 하나 이상의 종을 추가로 포함한다. 예를 들어, 리튬을 포함하는 층은 또한 금속, 비금속(non-metal) 및/또는 준금속(metalloid)을 포함할 수 있다. 적합한 금속은 알루미늄, 마그네슘, 인듐, 및/또는 주석을 포함한다 (예를 들어, 하나 이상의 이러한 금속은 리튬 금속과 합금될 수 있다). 적합한 비금속에는 탄소, 산소, 수소(예를 들어, 탄소에 공유 결합된 수소화물 형태), 황, 질소, 셀레늄 및 다양한 할로겐(예를 들어, 불소, 브롬, 요오드)이 포함된다. 적합한 준금속은 붕소, 규소, 안티몬 및 텔루륨을 포함한다. 일부 실시양태에서, 리튬을 포함하는 층은 리튬을 포함하고 2종 이상의 추가 종(예를 들어, 2종 이상의 비금속)을 추가로 포함한다. 또한 상기 기재된 바와 같이, 이러한 종은 리튬 금속과 단일 상(예를 들어, 합금 형태)을 형성하거나 또는 리튬 금속을 포함하는 상 이외의 상기 층에 존재하는 상(예를 들어, 비-전기활성, 세라믹을 포함하는 상)을 형성할 수 있다. 리튬 금속을 포함하는 상으로부터 분리된 상은 본 명세서의 다른 곳에서 부동태화 층과 관련하여 설명된 하나 이상의 특징(예를 들어, 화학적 조성)을 가질 수 있다.
전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품이 2개 이상의 리튬 금속 포함 층을 포함하는 경우, 리튬 금속을 포함하는 각각의 층은 독립적으로 상기 언급된 종 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
일부 실시양태에서, 제1 전극은 50중량% 이상의 리튬을 함유하는 전기활성 물질을 포함한다. 일부 경우에, 전기활성 물질은 적어도 75중량%, 적어도 90중량%, 적어도 95중량%, 또는 적어도 99중량% 리튬을 함유한다.
전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품이 2개 이상의 리튬 금속 포함 층을 포함하는 경우, 리튬 금속을 포함하는 각각의 층은 독립적으로 상기 언급된 범위 중 하나 이상 내의 양의 리튬을 포함할 수 있다.
일부 실시양태에서, 리튬 금속을 포함하는 층은 탄소 및 산소 둘 다를 추가로 포함한다. 이러한 층에서, 탄소 대 산소의 비율은 일반적으로 원하는 대로 선택될 수 있다. 예를 들어, 탄소 대 산소의 비율은 0 이상, 0.01 이상, 0.02 이상, 0.05 이상, 0.075 이상, 0.075 이상, 0.1 이상, 0.15 이상, 0.2 이상, 0.25 이상, 0.3 이상, 0.35 이상, 0.4 이상, 또는 0.45 이상일 수 있다. 일부 실시양태에서, 리튬 금속을 포함하는 층에서 탄소 대 산소의 비율은 0.5 이하, 0.45 이하, 0.4 이하, 0.35 이하, 0.35 이하, 0.3, 0.25 이하, 0.2 이하, 0.15 이하, 0.1 이하, 0.075 이하, 0.05 이하, 0.02 이하, 또는 0.01 이하이다. 상기 언급된 범위의 조합(예를 들어, 0 이상 0.1 이하, 또는 0.01 이상 0.5 이하)도 가능하다. 다른 범위도 가능하다. 리튬 금속을 포함하는 층에서 탄소 대 산소의 비율은 에너지 분산 분광법(energy dispersive spectroscopy)에 의해 결정될 수 있다.
전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품이 2개 이상의 리튬 금속 포함 층을 포함하는 경우, 리튬 금속을 포함하는 각 층은 독립적으로 상기 언급된 범위 중 하나 이상 내의 탄소 대 산소 비율을 가질 수 있다.
일부 실시양태에서, 리튬 금속을 포함하는 층은 탄소 및 황 둘 다를 추가로 포함한다. 그러한 층에서, 탄소 대 황의 비율은 일반적으로 원하는 대로 선택될 수 있다. 예를 들어, 탄소 대 황의 비율은 0 이상, 0.01 이상, 0.02 이상, 0.05 이상, 0.075 이상, 0.075 이상, 0.1 이상, 0.15 이상, 0.2 이상, 0.25 이상, 0.3 이상, 0.35 이상, 0.4 이상일 수 있다. 일부 실시양태에서, 리튬 금속을 포함하는 층에서 탄소 대 황의 비율은 0.45 이하, 0.4 이하, 0.35 이하, 0.3 이하, 0.3 이하, 0.25이하, 0.2 이하, 0.15 이하, 0.1 이하, 0.075 이하, 0.05 이하, 0.02 이하, 0.01 이하이다. 상기 언급된 범위의 조합(예를 들어, 0 이상 0.1 이하, 또는 0.01 이상 0.45 이하)도 가능하다. 다른 범위도 가능하다. 리튬 금속을 포함하는 층에서 탄소 대 황의 비율은 에너지 분산 분광법에 의해 결정될 수 있다.
전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품이 2개 이상의 리튬 금속 포함 층을 포함하는 경우, 리튬 금속을 포함하는 각 층은 독립적으로 상기 언급된 범위 중 하나 이상 내의 탄소 대 황의 비율을 가질 수 있다.
일부 실시양태에서, 리튬 금속을 포함하는 층은 탄소 및 불소 둘 다를 추가로 포함한다. 이러한 층에서, 탄소 대 불소의 비율은 일반적으로 원하는 대로 선택될 수 있다. 예를 들어, 탄소 대 불소의 비율은 0 이상, 0.01 이상, 0.02 이상, 0.05 이상, 0.075 이상, 0.075 이상, 0.1 이상, 0.15 이상, 0.2 이상, 0.25 이상, 0.3 이상, 0.35 이상일 수 있다. 일부 실시양태에서, 리튬 금속을 포함하는 층에서 탄소 대 불소의 비율은 0.4 이하, 0.35 이하, 0.3 이하, 0.25 이하, 0.25 이하, 0.2 이하, 0.15 이하, 0.1 이하, 0.075 이하, 0.05 이하, 0.02 이하, 0.01 이하이다. 상기 언급된 범위의 조합(예를 들어, 0 이상 0.1 이하, 또는 0.01 이상 0.4 이하)도 가능하다. 다른 범위도 가능하다. 리튬 금속을 포함하는 층에서 탄소 대 불소의 비율은 에너지 분산 분광법에 의해 결정될 수 있다.
전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품이 2개 이상의 리튬 금속 포함 층을 포함하는 경우, 리튬 금속을 포함하는 각각의 층은 독립적으로 상기 언급된 범위 중 하나 이상 내의 탄소 대 불소의 비율을 가질 수 있다.
유리하게는, 리튬을 포함하는 일부 층은 상대적으로 낮은 탄성 모듈러스를 가질 수 있다. 낮은 탄성 모듈러스는 비교적 변형가능한(예를 들어, 상대적으로 적은 양의 힘이 가해질 때 변형되는) 리튬을 포함하는 층을 나타낼 수 있다. 이것은 유리하게는 리튬을 포함하는 층이 상대적으로 손쉬운 방식으로 압축되어 상대적으로 낮은 표면적을 갖는 리튬을 포함하는 층을 생성하도록 할 수 있다. 리튬을 포함하는 층의 표면에 존재하는 리튬은 바람직하지 않게 전해질과의 반응 고갈을 겪을 수 있기 때문에, 상대적으로 낮은 표면적을 갖는 리튬을 포함하는 층은 이러한 반응이 일어나는 속도를 유리하게 감소시키고/시키거나 전기화학 전지의 수명 동안 발생하는 그러한 반응의 총량을 감소시키는 것으로 여겨진다.
일부 실시양태에서, 리튬 금속을 포함하는 층은 4.9GPa 미만, 4.5GPa 이하, 4.25GPa 이하, 4GPa 이하, 3.75GPa 이하, 3.5GPa 이하, 3.25GPa 이하, 3GPa 이하, 2.75GPa 이하, 2.5GPa 이하, 2.25GPa 이하, 2GPa 이하, 1.75GPa 이하, 1.5GPa 이하, 1.25GPa 이하, 또는 1GPa 이하의 탄성 모듈러스를 갖는다. 일부 실시양태에서, 리튬 금속을 포함하는 층은 0.75 GPa 이상, 1 GPa 이상, 1.25 GPa 이상, 1.5 GPa 이상, 1.75GPa 이상, 2GPa 이상, 2.25GPa 이상, 2.5GPa 이상, 2.75GPa 이상, 3GPa 이상, 3GPa 이상 3.25GPa, 3.5GPa 이상, 3.75GPa 이상, 4GPa 이상, 4.25GPa 이상, 또는 4.5GPa 이상의 탄성 모듈러스를 갖는다. 상기 언급된 범위의 조합(예를 들어, 4.9GPa 미만 0.75GPa 이상, 또는 4GPa 미만 0.75GPa 이상)도 가능하다. 다른 범위도 가능하다.
리튬 금속을 포함하는 층의 탄성 모듈러스는 하기 매개변수로 ASTM E2546에 기술된 절차를 수행함으로써 결정될 수 있다: (1) 1 마이크론/분의 접근 속도; (2) 0.03mN의 접촉 하중; (3) 1 내지 2.5mN 사이의 하중; (4) 하중의 두 배의 하중 비율; 및 (5) 1 마이크론의 압입 깊이.
전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품이 2개 이상의 리튬 금속 포함 층을 포함하는 경우, 리튬 금속을 포함하는 각각의 층은 독립적으로 상기 언급된 범위 중 하나 이상 내의 탄성 모듈러스를 가질 수 있다.
일부 실시양태에서, 리튬 금속을 포함하는 층은 ASTM 3359에 기재된 테이프 시험 동안 바람직한 거동을 나타낸다. 예를 들어, 일부 실시양태에서, 리튬 금속을 포함하는 층은 테이프 시험 중에 그것이 배치되어 있는 기재를 드랙(drack), 탈층 및/또는 박리하지 않는다.
전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품이 2개 이상의 리튬 금속 포함 층을 포함하는 경우, 리튬 금속을 포함하는 각각의 층은 테이프 시험 동안 위에 기재된 특성 중 하나 이상을 독립적으로 나타낼 수 있다.
본원의 다른 곳에서 설명된 바와 같이, 일부 실시양태는, 리튬 금속을 포함하는 층 및 그 위에 배치된 제2 층을 포함하는, 전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품에 관한 것이다. 이러한 제2 층은 부동태화 층(passivating layer)일 수 있다. 부동태화 층에 관한 추가 세부사항은 아래에 제공된다.
부동태화 층은, 전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품이 노출되는 종과의 반응성을 감소시킴으로써, 이것이 배치된 리튬 금속을 포함하는 층을 부동태화할 수 있다. 예를 들어, 부동태화 층은 주변 환경과 리튬 금속을 포함하는 층 사이에 위치된 물리적 장벽의 역할을 할 수 있다. 리튬 금속과 반응성인 종은 상대적으로 적은 양(또는 0)으로 및/또는 상대적으로 느린(또는 0) 속도로 그를 통해 수송되어, 리튬 금속과 반응하는 속도를 감소시킬 수 있다. 부동태화 층은 리튬과 반응성인 일부 종에 대해 상대적으로 불투과성일 수 있지만, 그러한 층은 다른 종에 대해 상대적으로 투과성일 수 있다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 부동태화 층은 일반적으로 리튬 이온에 대해 투과성일 수 있다.
부동태화 층은 다양한 적합한 두께를 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, 부동태화 층은 0.01 마이크론 이상, 0.02 마이크론 이상, 0.05 마이크론 이상, 0.075 마이크론 이상, 0.1 마이크론 이상, 0.1 마이크론 이상, 0.2 마이크론 이상, 0.5 마이크론 이상, 0.75 마이크론 이상, 1 마이크론 이상, 1.5 마이크론 이상, 2 마이크론 이상, 2.5 마이크론 이상, 3 마이크론 이상, 또는 4 마이크론 이상의 두께를 갖는다. 일부 실시양태에서, 부동태화 층은 5 마이크론 이하, 4 마이크론 이하, 3 마이크론 이하, 2.5 마이크론 이하, 2 마이크론 이하, 1.5 마이크론 이하, 1 마이크론 이하, 0.75 마이크론 이하, 0.5 마이크론 이하, 0.2 마이크론 이하, 0.1 마이크론 이하, 0.075 마이크론 이하, 0.05 마이크론 이하, 또는 0.02 마이크론 이하의 두께를 갖는다. 상기 언급된 범위의 조합(예를 들어, 0.01 마이크론 이상 5 마이크론 이하)도 가능하다. 다른 범위도 가능하다. 보호층의 두께는 단면 주사 전자 현미경에 의해 결정될 수 있다.
전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품이 2개 이상의 부동태화 층을 포함하는 경우, 각각의 부동태화 층은 독립적으로 상기 언급된 범위 중 하나 이상 내의 두께를 가질 수 있다.
전술한 바와 같이, 일부 실시양태에서, 부동태화 층은 복수의 기둥형 구조를 포함한다. 존재하는 경우, 그러한 구조는 다양한 적합한 종횡비를 가질 수 있다. 본 명세서에 사용된 "종횡비"는 "제1" 선분 대 "제2" 선분의 비율을 말하며, 이때 둘 다 기둥형 구조의 주축에 평행하게 배향되고 그 위에 투영된 기둥형 구조의 길이와 동등한 길이를 갖는다. "제1" 선분은, 가장 긴 투영 길이를 갖고 기둥형 구조가 직접 배치된 기재 또는 층에 평행하지 않은 방향으로 배향된 선분이다. "제2" 선분은, 투영된 길이가 두 번째로 긴 선분이다. 일부 실시양태에서, 제1 선분은 기둥형 구조의 길이에 대응할 수 있고, 제2 선분은 기둥형 구조의 폭에 대응할 수 있다.
일부 실시양태에서, 기둥형 구조는 0.5 이상, 0.75 이상, 1 이상, 1.25 이상, 1.5 이상, 1.5 이상, 1.75 이상, 2 이상, 2.25 이상, 2.5 이상, 2.75 이상, 3 이상, 3.5 이상, 3.5 이상, 4 이상 또는 4.5 이상의 종횡비를 갖는다. 일부 실시양태에서, 기둥형 구조는 5 이하, 4.5 이하, 4 이하, 3.5 이하, 3 이하, 2.75 이하, 2.5 이하, 2.25 이하, 2 이하, 1.75 이하, 1.5 이하, 1.25 이하, 1.25 이하, 1 이하, 0.75 이하의 종횡비를 갖는다. 상기 언급된 범위의 조합(예를 들어, 0.5 이상 5 이하, 또는 1 이상 3 이하)도 가능하다. 다른 범위도 가능하다. 기둥형 구조의 종횡비는 단면 주사 전자 현미경에 의해 결정될 수 있다.
일부 실시양태에서, 부동태화 층은 하나 이상의 상기 언급된 범위의 종횡비를 갖는 하나 이상의 기둥형 구조를 포함할 수 있다. 부동태화 층이 복수의 기둥형 구조를 포함하는 것도 가능하며, 각각의 이들 (또는 그 중 적어도 50%, 적어도 75%, 적어도 90%, 또는 적어도 95%)은 위에 언급된 범위 중 하나 이상의 종횡비를 갖는다. 일부 실시양태에서, 복수의 기둥형 구조는 상기 언급된 범위 중 하나 이상 내의 평균 종횡비를 갖는다. 전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품이 2개 이상의 부동태화 층을 포함하는 경우, 위의 특징 중 하나 이상이 각 층에 대해 독립적으로 해당될 수 있다.
일부 실시양태에서, 부동태화 층은 다공성이다. 예를 들어, 부동태화 층은 5% 이상, 7.5% 이상, 10% 이상, 12.5% 이상, 15% 이상, 또는 17.5% 이상의 다공도를 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, 부동태화 층은 20% 이하, 17.5% 이하, 15% 이하, 12.5% 이하, 10% 이하, 또는 7.5% 이하의 다공도를 갖는다.. 상기 언급된 범위의 조합(예를 들어, 5% 이상 20% 이하)도 가능하다. 다른 범위도 가능하다.
부동태화 층의 다공성은, (예를 들어, 전자 현미경을 사용하여) 복합 부동태화 층의 외부 경계에 의해 둘러싸인 부피를 측정하고, ASTM 표준 D4284-07을 사용하여 부동태화 층의 기공 부피를 측정하고, 측정된 기공 부피를 부동태화 층으로 둘러싸인 부피로 나누고 100%를 곱함으로써 측정할 수 있다. 전체가 참조로 여기에 포함된 ASTM 표준 D4284-07을 사용하여, 기공 직경의 함수로서, 누적 침입 기공 부피로서 플롯팅된 기공 크기 분포를 생성할 수 있다. 다공도를 계산하려면, x축 상의 주어진 범위에 걸쳐 있는 곡선 아래의 면적을 계산한다. 임의적으로, ASTM 표준 D4284-07을 사용하여 정확하게 측정할 수 있는 기공 크기 범위 밖에 있는 기공 크기가 물품에 포함된 경우, 예를 들어 문헌[S. Brunauer, P. H. Emmett, and E. Teller, J. Am. Chem. Soc., 1938, 60, 309]에 설명된 대로 BET 표면 분석을 사용하여 기공 측정 측정값을 보완할 수 있다.
전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품이 2개 이상의 부동태화 층을 포함하는 경우, 각각의 부동태화 층은 독립적으로 상기 언급된 범위 중 하나 이상 내의 다공도를 가질 수 있다.
본 명세서에 기재된 부동태화 층은 매우 다양한 색 공간, 및 색 공간을 구성하는 매우 다양한 하나 이상의 매개변수를 가질 수 있다. 본 명세서에 기재된 부동태화 층은 또한 시각적으로 적색, 황색, 녹색 및/또는 청색과 같은 다양한 색상을 갖는 것으로 나타날 수 있다.
일부 실시양태에서, 부동태화 층은 10 이상, 12.5 이상, 15 이상, 17.5 이상, 20 이상, 22.5 이상, 25 이상, 27.5 이상, 30 이상, 35 이상, 40 이상, 45 이상, 50 이상, 55 이상, 60 이상, 65 이상, 70 이상, 75 이상, 또는 80 이상의 밝기를 갖는다. 일부 실시양태에서, 부동태화 층은 85 이하, 80 이하, 75 이하, 70 이하, 65 이하, 60 이하, 55 이하, 50 이하, 45 이하, 40 이하, 35 이하, 30 이하, 27.5 이하, 25 이하, 22.5 이하, 20 이하, 17.5 이하, 15 이하, 12.5 이하의 밝기를 갖는다. 상기 언급된 범위의 조합(예를 들어, 10 이상 85 이하, 또는 20 이상 60 이하)도 가능하다. 다른 범위도 가능하다.
전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품이 2개 이상의 부동태화 층을 포함하는 경우, 각각의 부동태화 층은 독립적으로 상기 언급된 범위 중 하나 이상 내의 밝기를 가질 수 있다.
일부 실시양태에서, 부동태화 층은 -3 이상, -2.5 이상, -2 이상, -2 이상, -1.5 이상, -1 이상, -0.5 이상, 0 이상, 0.5 이상, 1 이상, 1.5 이상, 1.5 이상, 2 이상, 2.5 이상, 3 이상, 3.5 이상, 4 이상, 4.5 이상, 5 이상, 6 이상, 8 이상, 10 이상, 12.5 이상, 또는 15 이상의 적색/녹색 포화도("a" 포화도)를 갖는다. 일부 실시양태에서, 부동태화 층은 20 이하, 15 이하, 12.5 이하, 10 이하, 8 이하, 6 이하, 5 이하, 4.5 이하, 4 이하, 3.5 이하, 3 이하, 2.5 이하, 2 이하, 1.5 이하, 1.5 이하, 1 이하, 0.5 이하, 0 이하, -0.5 이하, -1 이하, -1.5 이하, -2 이하, 또는 -2.5 이하의 적색/녹색 포화도를 갖는다. 상기 언급된 범위의 조합(예를 들어, -3 이상 20 이하, 또는 -1 이상 4 이하)도 가능하다. 다른 범위도 가능하다.
전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품이 2개 이상의 부동태화 층을 포함하는 경우, 각각의 부동태화 층은 독립적으로 상기 언급된 범위 중 하나 이상 내의 적색/녹색 포화도를 가질 수 있다.
일부 실시양태에서, 부동태화 층은 -3 이상, -2.5 이상, -2 이상, -2 이상, -1.5 이상, -1 이상, -0.5 이상, 0 이상, 0.5 이상, 1 이상, 1.5 이상, 2 이상, 2.5 이상, 3 이상, 3.5 이상, 4 이상, 4.5 이상, 5 이상, 6 이상, 8 이상, 10 이상, 12.5 이상, 또는 15 이상의 황색/청색 포화도("b" 포화도)를 갖는다. 일부 실시양태에서, 부동태화 층은 20 이하, 15 이하, 12.5 이하, 10 이하, 8 이하, 6 이하, 5 이하, 4.5 이하, 4 이하, 3.5 이하, 3 이하, 2.5 이하, 2 이하, 1.5 이하, 1 이하, 0.5 이하, 0 이하, -0.5 이하, -1 이하, -1.5 이하, -2 이하, 또는 -2.5 이하의 황색/청색 포화도를 갖는다. 상기 언급된 범위의 조합(예를 들어, -3 이상 20 이하, 또는 -1 이상 4 이하)도 가능하다. 다른 범위도 가능하다.
전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품이 2개 이상의 부동태화 층을 포함하는 경우, 각각의 부동태화 층은 독립적으로 상기 언급된 범위 중 하나 이상 내의 황색/청색 포화도를 가질 수 있다.
일부 실시양태에서, 부동태화 층은 -2 이상, -1.5 이상, -1 이상, -0.5 이상, 0 이상, 0.5 이상, 1 이상, 1.5 이상, 2 이상, 2.5 이상, 3 이상, 3.5 이상, 4 이상, 4.5 이상, 5 이상, 6 이상, 8 이상, 10 이상, 12.5 이상, 또는 15 이상의 채도를 갖는다. 일부 실시양태에서, 부동태화 층은 20 이하, 15 이하, 12.5 이하, 10 이하, 8 이하, 6 이하, 5 이하, 4.5 이하, 4 이하, 3.5 이하, 3 이하, 2.5 이하, 2 이하, 1.5 이하, 1 이하, 0.5 이하, 0 이하, -0.5 이하, -0.5 이하, -1 이하 또는 -1.5 이하의 채도를 갖는다. 상기 언급된 범위의 조합(예를 들어, -2 이상 20 이하, 또는 -1 이상 5 이하)도 가능하다. 다른 범위도 가능하다.
전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품이 2개 이상의 부동태화 층을 포함하는 경우, 각각의 부동태화 층은 독립적으로 상기 언급된 범위 중 하나 이상 내의 채도를 가질 수 있다.
일부 실시양태에서, 부동태화 층은 -2°이상, 0°이상, 2°이상, 5°이상, 7.5°이상, 10°이상, 20°이상, 50°이상, 75°이상, 100°이상, 125°이상, 150°이상, 175°이상, 200°이상, 225°이상, 250°이상, 275°이상, 275°이상, 300°이상, 또는 325°이상의 색조를 갖는다. 일부 실시양태에서, 부동태화 층은 360°이하, 325°이하, 300°이하, 275°이하, 250°이하, 225°이하, 200°이하, 175°이하, 150°이하, 125°이하, 100°이하, 75°이하, 50°이하, 20°이하, 10°이하, 7.5°이하, 5°이하, 2°이하, 또는 0°이하의 색조를 갖는다. 상기 언급된 범위의 조합(예를 들어, -2°이상 360°이하, 또는 10°이상 350°이하)도 가능하다. 다른 범위도 가능하다.
전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품이 2개 이상의 부동태화 층을 포함하는 경우, 각각의 부동태화 층은 독립적으로 상기 언급된 범위 중 하나 이상 내의 색조를 가질 수 있다.
일부 실시양태에서, 부동태화 층은 비교적 평활하다. 부동태화 층의 평활도 또는 조도는 리튬 금속을 포함하는 층과 관련하여 본 명세서의 다른 곳에서 기술된 것과 유사한 다양한 방식으로 특징지어질 수 있다. 아래 기법은 부동태화 층의 단면에 대해 사용될 수 있으며, 일부 부동태화 층은 아래에 설명된 특성 중 하나 이상을 갖는 적어도 하나의 단면을 포함할 수 있으며, 일부 부동태화 층은 아래에 설명된 특성 중 하나 이상을 갖는 단면으로만 구성되며, 일부 부동태화 층은 단면의 대부분(예를 들어, 단면의 적어도 50%, 단면의 적어도 75%, 단면의 적어도 90%, 단면의 적어도 95%, 또는 단면의 적어도 99%)이 아래 특성 중 하나 이상을 갖도록 하는 모폴로지를 가질 수 있다.
일부 실시양태에서, 부동태화 층은 1.5 마이크론 이하, 1.25 마이크론 이하, 1 마이크론 이하, 0.75 마이크론 이하, 0.75 마이크론 이하, 0.5 마이크론, 0.25 마이크론 이하, 0.2 마이크론 이하, 0.18 마이크론 이하, 0.15 마이크론 이하, 0.125 마이크론 이하, 0.1 마이크론 이하, 또는 0.075 마이크론 이하의 Ra 값을 갖는다. 일부 실시양태에서, 부동태화 층은 0.05 마이크론 이상, 0.075 마이크론 이상, 0.1 마이크론 이상, 0.125 마이크론 이상, 0.125 마이크론 이상, 0.15 마이크론, 0.18 마이크론 이상, 0.2 마이크론 이상, 0.25 마이크론 이상, 0.5 마이크론 이상, 0.75 마이크론 이상, 1 마이크론 이상, 또는 1.25 마이크론 이상의 Ra 값을 갖는다. 상기 언급된 범위의 조합(예를 들어, 1.5 마이크론 이하 0.05 마이크론 이상, 또는 1.5 마이크론 이하 0.18 마이크론 이상)도 가능하다. 다른 범위도 가능하다.
전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품이 2개 이상의 부동태화 층을 포함하는 경우, 각각의 부동태화 층은 독립적으로 상기 언급된 범위 중 하나 이상 내의 Ra 값을 가질 수 있다.
일부 실시양태에서, 부동태화 층은 2.5 마이크론 이하, 2.25 마이크론 이하, 2 마이크론 이하, 1.75 마이크론 이하, 1.75 마이크론 이하, 1.5 마이크론 이하, 1.25 마이크론 이하, 1 마이크론 이하, 0.75 마이크론 이하, 0.5 마이크론 이하, 0.4 마이크론 이하, 0.3 마이크론 이하, 또는 0.2 마이크론 이하의 Rq 값을 갖는다. 일부 실시양태에서, 부동태화 층은 0.1 마이크론 이상, 0.2 마이크론 이상, 0.3 마이크론 이상, 0.4 마이크론 이상, 0.4 마이크론 이상, 0.5 마이크론 이상, 0.75 마이크론 이상, 1 마이크론 이상, 1.25 마이크론 이상, 1.5 마이크론 이상, 1.75 마이크론 이상, 2 마이크론 이상, 또는 2.25 마이크론 이상의 Rq 값을 갖는다. 상기 언급된 범위의 조합(예를 들어, 2.5 마이크론 이하 0.1 마이크론 이상, 또는 2 마이크론 이하 0.2 마이크론 이상)도 가능하다. 다른 범위도 가능하다.
전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품이 2개 이상의 부동태화 층을 포함하는 경우, 각각의 부동태화 층은 독립적으로 상기 언급된 범위 중 하나 이상 내의 Rq 값을 가질 수 있다.
일부 실시양태에서, 부동태화 층은 15 마이크론 이하, 12.5 마이크론 이하, 10 마이크론 이하, 7.5 마이크론 이하, 7.5 마이크론 이하, 5 마이크론 이하, 2.5 마이크론 이하, 2 마이크론 이하, 1.5 마이크론 이하, 또는 1 마이크론 이하의 Rp 값을 갖는다. 일부 실시양태에서, 부동태화 층은 0.5 마이크론 이상, 1 마이크론 이상, 1.5 마이크론 이상, 2 마이크론 이상, 2 마이크론 이상, 2.5 마이크론 이상, 5 마이크론 이상, 7.5 마이크론 이상, 10 마이크론 이상, 또는 12.5 마이크론 이상의 Rp 값을 갖는다. 상기 언급된 범위의 조합(예를 들어, 15 마이크론 이하 0.5 마이크론 이상, 또는 15 마이크론 이하 1 마이크론 이상)도 가능하다. 다른 범위도 가능하다.
전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품이 2개 이상의 부동태화 층을 포함하는 경우, 각각의 부동태화 층은 독립적으로 상기 언급된 범위 중 하나 이상 내의 Rp 값을 가질 수 있다.
일부 실시양태에서, 부동태화 층은 -15 마이크론 이하, -12.5 마이크론 이상, -10 마이크론 이상, -10 마이크론 이상, -7.5 마이크론 이상, -5 마이크론 이상, -2.5 마이크론 이상, -2 마이크론 이상, -1.5 마이크론 이상, 또는 -1 마이크론 이상의 Rv 값을 갖는다. 일부 실시양태에서, 부동태화 층은 -0.5 마이크론 이하, -1 마이크론 이하, -1.5 마이크론 이하, -2 마이크론 이하, -2.5 마이크론 이하, -5 마이크론 이하, -7.5 마이크론 이하, -10 마이크론 이하, 또는 -12.5 마이크론 이하의 Rv 값을 갖는다. 상기 언급된 범위의 조합(예를 들어, -15 마이크론 이상 -0.5 마이크론 이하, 또는 -15 마이크론 이상 -1 마이크론 이하)도 가능하다. 다른 범위도 가능하다.
전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품이 2개 이상의 부동태화 층을 포함하는 경우, 각각의 부동태화 층은 독립적으로 상기 언급된 범위 중 하나 이상 내의 Rv 값을 가질 수 있다.
일부 실시양태에서, 부동태화 층은 30 마이크론 이하, 25 마이크론 이하, 20 마이크론 이하, 15 마이크론 이하, 15 마이크론 이하, 10 마이크론 이하, 7.5 마이크론 이하, 5 마이크론 이하, 4 마이크론 이하, 3 마이크론 이하, 2.5 마이크론 이하, 2 마이크론 이하, 또는 1.5 마이크론 이하의 Rt 값을 갖는다. 일부 실시양태에서, 부동태화 층은 1 마이크론 이상, 1.5 마이크론 이상, 2 마이크론 이상, 2.5 마이크론 이상, 2.5 마이크론 이상, 3 마이크론 이상, 4 마이크론 이상, 5 마이크론 이상, 7.5 마이크론 이상, 10 마이크론 이상, 15 마이크론 이상, 20 마이크론 마이크론 이상, 또는 25 마이크론 이상의 Rt 값을 갖는다. 상기 언급된 범위의 조합(예를 들어, 25 마이크론 이하 1 마이크론 이상, 또는 30 마이크론 이하 2 마이크론 이상)도 가능하다. 다른 범위도 가능하다.
전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품이 2개 이상의 부동태화 층을 포함하는 경우, 각각의 부동태화 층은 독립적으로 상기 언급된 범위 중 하나 이상 내의 Rt 값을 가질 수 있다.
일부 실시양태에서, 부동태화 층은 15 마이크론 이하, 12.5 마이크론 이하, 10 마이크론 이하, 7.5 마이크론 이하, 7.5 마이크론 이하, 5 마이크론 이하, 3 마이크론 이하, 2 마이크론 이하, 1.5 마이크론 이하, 1 마이크론 이하, 또는 0.75 마이크론 이하의 Rpm 값을 갖는다. 일부 실시양태에서, 부동태화 층은 0.5 마이크론 이상, 0.75 마이크론 이상, 1 마이크론 이상, 1.5 마이크론 이상, 1.5 마이크론 이상, 2 마이크론 이상, 3 마이크론 이상, 5 마이크론 이상, 7.5 마이크론 이상, 10 마이크론 이상, 또는 12.5 마이크론 이상의 Rpm 값을 갖는다. 상기 언급된 범위의 조합(예를 들어, 15 마이크론 이하 0.5 마이크론 이상, 또는 10 마이크론 이하 1 마이크론 이상)도 가능하다. 다른 범위도 가능하다.
전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품이 2개 이상의 부동태화 층을 포함하는 경우, 각각의 부동태화 층은 독립적으로 상기 언급된 범위 중 하나 이상 내의 Rpm 값을 가질 수 있다.
일부 실시양태에서, 부동태화 층은 -15 마이크론 이상, -12.5 마이크론 이상, -10 마이크론 이상, -7.5 마이크론 이상, -5 마이크론 이상, -3 마이크론 이상, -2 마이크론 이상, -1.5 마이크론 이상, 1 마이크론 이상, 또는 -0.75 마이크론 이상의 Rvm 값을 갖는다. 일부 실시양태에서, 부동태화 층은 -0.5 마이크론 이하, -0.75 마이크론 이하, -1 마이크론 이하, -1.5 마이크론 이하, -2 마이크론 이하, -3 마이크론 이하, -5 마이크론 이하, -7.5 마이크론 이하, -10 마이크론 이하, 또는 -12.5 마이크론 이하의 Rvm 값을 갖는다. 상기 언급된 범위의 조합(예를 들어, -15 마이크론 이상 -1 마이크론 이하, 또는 -10 마이크론 이상 -0.5 마이크론 이하)도 가능하다. 다른 범위도 가능하다.
전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품이 2개 이상의 부동태화 층을 포함하는 경우, 각각의 부동태화 층은 독립적으로 상기 언급된 범위 중 하나 이상 내의 Rvm 값을 가질 수 있다.
일부 실시양태에서, 부동태화 층은 20 마이크론 이하, 17.5 마이크론 이하, 15 마이크론 이하, 12.5 마이크론 이하, 12.5 마이크론 이하, 10 마이크론 이하, 7.5 마이크론 이하, 5 마이크론 이하, 또는 2.5 마이크론 이하의 Rz 값을 갖는다. 일부 실시양태에서, 부동태화 층은 1 마이크론 이상, 2.5 마이크론 이상, 5 마이크론 이상, 7.5 마이크론 이상, 7.5 마이크론 이상, 10 마이크론 이상, 12.5 마이크론 이상, 15 마이크론 이상, 또는 17.5 마이크론 이상의 Rz 값을 갖는다. 상기 언급된 범위의 조합(예를 들어, 20 마이크론 이하 1 마이크론 이상)도 가능하다. 다른 범위도 가능하다.
전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품이 2개 이상의 부동태화 층을 포함하는 경우, 각각의 부동태화 층은 독립적으로 상기 언급된 범위 중 하나 이상 내의 Rz 값을 가질 수 있다.
일부 실시양태에서, 부동태화 층은 1 마이크론 제곱 이하, 0.75 마이크론 제곱 이하, 0.5 마이크론 제곱 이하, 0.3 마이크론 제곱 이하, 0.2 마이크론 제곱 이하, 0.15 마이크론 제곱 이하, 0.1 마이크론 제곱 이하, 0.075 마이크론 제곱 이하, 0.05 마이크론 제곱 이하, 이하 0.03 마이크론 제곱, 0.02 마이크론 제곱 이하, 0.015 마이크론 제곱 이하, 0.01 마이크론 제곱 이하, 0.0075 마이크론 제곱 이하, 0.005 마이크론 제곱 이하, 이하 0.003 마이크론 제곱 이하, 또는 0.002 마이크론 제곱 이하의 Sm 값을 갖는다. 일부 실시양태에서, 부동태화 층은 0.001 마이크론 제곱 이상, 0.002 마이크론 제곱 이상, 0.003 마이크론 제곱 이상, 0.005 마이크론 제곱 이상, 0.0075 마이크론 제곱 이상, 0.01 마이크론 제곱 이상, 0.02 마이크론 제곱 이상, 0.05 마이크론 제곱 이상, 0.075 마이크론 제곱 이상, 0.1 마이크론 제곱 이상, 0.15 마이크론 제곱 이상, 0.2 마이크론 제곱 이상, 0.3 마이크론 제곱 이상, 0.5 마이크론 제곱 이상, 또는 0.75 마이크론 제곱 이상의 Sm 값을 갖는다. 상기 언급된 범위의 조합(예를 들어, 1 마이크론 제곱 이하 0.001 마이크론 제곱 이상, 또는 0.2 마이크론 제곱 이하 0.01 마이크론 제곱 이상)도 가능하다. 다른 범위도 가능하다.
전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품이 2개 이상의 부동태화 층을 포함하는 경우, 각각의 부동태화 층은 독립적으로 상기 언급된 범위 중 하나 이상 내의 Sm 값을 가질 수 있다.
일부 실시양태에서, 부동태화 층은 2 마이크론 이하, 1.75 마이크론 이하, 1.5 마이크론 이하, 1.25 마이크론 이하, 1.25 마이크론 이하, 1.1 마이크론 이하, 1 마이크론 이하, 0.95 마이크론 이하, 0.9 마이크론 이하, 0.85 마이크론 이하, 0.8 마이크론 이하, 0.6 마이크론 이하, 0.4 마이크론 이하, 0.35 마이크론 이하, 0.3 마이크론 이하, 0.25 마이크론 이하, 0.2 마이크론 이하, 0.15 마이크론 이하, 또는 0.125 마이크론 이하의 Sbi 값을 갖는다. 일부 실시양태에서, 부동태화 층은 0.1 마이크론 이상, 0.125 마이크론 이상, 0.15 마이크론 이상, 0.2 마이크론 이상, 0.2 마이크론 이상, 0.25 마이크론 이상, 0.3 마이크론 이상, 0.35 마이크론 이상, 0.4 마이크론 이상, 0.6 마이크론 이상, 0.8 마이크론 이상, 0.85 마이크론 이상, 0.9 마이크론 이상, 0.95 마이크론 이상, 1 마이크론 이상, 1.1 마이크론 이상, 1.25 마이크론 이상, 1.5 마이크론 이상, 또는 1.75 마이크론 이상의 Sbi 값을 갖는다. 상기 언급된 범위의 조합(예를 들어, 2 마이크론 이하 0.1 마이크론 이상, 또는 0.9 마이크론 이하 0.3 마이크론 이상)도 가능하다. 다른 범위도 가능하다.
전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품이 2개 이상의 부동태화 층을 포함하는 경우, 각각의 부동태화 층은 독립적으로 상기 언급된 범위 중 하나 이상 내의 Sbi 값을 가질 수 있다.
일부 실시양태들에서, 부동태화 층은 100 이하, 90 이하, 80 이하, 70 이하, 60 이하, 50 이하, 40 이하, 30 이하, 또는 20 이하의 Sdq 값을 갖는다. 일부 실시양태에서, 부동태화 층은 10 이상, 20 이상, 30 이상, 40 이상, 50 이상, 60 이상, 70 이상, 80 이상, 90 이상의 Sdq 값을 갖는다. 상기 언급된 범위의 조합(예를 들어, 100 이하 10 이상, 또는 80 이하 20 이상)도 가능하다. 다른 범위도 가능하다.
전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품이 2개 이상의 부동태화 층을 포함하는 경우, 각각의 부동태화 층은 독립적으로 상기 언급된 범위 중 하나 이상 내의 Sdq 값을 가질 수 있다.
일부 실시양태에서, 부동태화 층은 70 이하, 60 이하, 50 이하, 40 이하, 30 이하, 25 이하, 20 이하, 15 이하, 12.5 이하, 10 이하, 8 이하, 6 이하, 5 이하, 4 이하, 3.5 이하, 3 이하, 2.5 이하의 Sku 값을 갖는다. 일부 실시양태에서, 부동태화 층은 2 이상, 2.5 이상, 3 이상, 3.5 이상, 4 이상, 5 이상, 6 이상, 8 이상, 10 이상, 12.5 이상, 15 이상, 20 이상, 25 이상, 30 이상, 40 이상, 50 이상, 또는 60 이상의 Sku 값을 갖는다. 상기 언급된 범위의 조합(예를 들어, 70 이하 2 이상, 또는 15 이하 2 이상)도 가능하다. 다른 범위도 가능하다.
전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품이 2개 이상의 부동태화 층을 포함하는 경우, 각각의 부동태화 층은 독립적으로 상기 언급된 범위 중 하나 이상 내의 Sku 값을 가질 수 있다.
일부 실시양태에서, 부동태화 층은 5 이하, 4.5 이하, 4 이하, 3.5 이하, 3 이하, 3 이하, 2.5 이하, 2 이하, 1.5 이하, 1 이하, 0.75 이하, 0.5 이하, 0.3 이하, 0.3 이하 0.2 이하, 0.1 이하, 0 이하, -0.1 이하, -0.2 이하, -0.3 이하, -0.5 이하, -0.75 이하, -1 이하, 또는 -1.5 이하의 Ssk 값을 갖는다. 일부 실시양태에서, 부동태화 층은 -2 이상, -1.5 이상, -1 이상, -0.75 이상, -0.75 이상, -0.5 이상, -0.3 이상, -0.2 이상, -0.1 이상, 0 이상, 0.1 이상, 0.2 이상, 0.3 이상, 0.5 이상, 0.75 이상, 1 이상, 1.5 이상, 2 이상, 2.5 이상, 3 이상, 3.5 이상, 4 이상, 4.5 이상의 Ssk 값을 갖는다. 상기 언급된 범위의 조합(예를 들어, 5 이하 -2 이상, 또는 3 이하 -0.2 이상)도 가능하다. 다른 범위도 가능하다.
전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품이 2개 이상의 부동태화 층을 포함하는 경우, 각각의 부동태화 층은 독립적으로 상기 언급된 범위 중 하나 이상 내의 Sku 값을 가질 수 있다.
존재하는 경우, 부동태화 층은 다양한 적합한 조성을 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, 부동태화 층은 리튬 금속과 이와 반응성인 기체의 반응 생성물을 포함한다. 따라서, 일부 실시양태에서, 부동태화 층은 하나 이상의 형태(예를 들어, 리튬 이온, 리튬을 포함하는 세라믹)로 리튬을 포함한다. 또한, 리튬 금속과의 반응을 겪지 않았거나 및/또는 상대적으로 낮은 정도로 그러한 반응을 겪은 기체로부터 부동태화 층이 침착될 수도 있다. 그러한 부동태화 층은 리튬이 부족할 수 있고/있거나 상대적으로 적은 양으로 리튬을 포함할 수 있다. 예를 들어, 이들은, 리튬이 부족한 세라믹을 포함하고/하거나 상대적으로 적은 양의 리튬을 포함할 수 있다. 일부 부동태화 층은 예를 들어 비금속 및/또는 준금속을 포함할 수 있다. 적합한 비금속에는 탄소, 산소, 수소, 황, 질소, 셀레늄 및 다양한 할로겐(예를 들어, 불소, 브롬, 요오드)이 포함된다. 적합한 준금속은 붕소, 규소, 안티몬 및 텔루륨을 포함한다. 일부 실시양태에서, 부동태화 층은 둘 이상의 종(예를 들어, 둘 이상의 비금속)을 포함한다. 이러한 종의 조합의 비제한적 예는 산소 및 탄소; 산소 및 수소; 황 및 산소; 황 및 탄소; 황, 산소 및 탄소; 질소 및 산소; 질소 및 수소; 불소 및 황; 불소, 탄소 및 수소; 불소 및 규소; 및 탄소 및 수소를 포함한다.
전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품이 2개 이상의 부동태화 층을 포함하는 경우, 각각의 부동태화 층은 독립적으로 상기 언급된 종 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
부동태화 층이 탄소와 산소 모두를 포함하는 경우, 탄소 대 산소의 비율은 일반적으로 원하는 대로 선택될 수 있다. 예를 들어, 탄소 대 산소의 비율은 0.01 이상, 0.02 이상, 0.05 이상, 0.075 이상, 0.1 이상, 0.15 이상, 0.2 이상, 0.25 이상, 0.3 이상, 0.35 이상, 0.4 이상, 0.45 이상일 수 있다.. 일부 실시양태에서, 부동태화 층에서 탄소 대 산소의 비율은 0.5 이하, 0.45 이하, 0.4 이하, 0.35 이하, 0.3 이하, 0.25 이하, 0.2 이하, 0.15 이하, 0.1 이하, 0.075 이하, 0.05 이하, 0.02 이하일 수 있다. 상기 언급된 범위의 조합(예를 들어, 0.01 이상 0.5 이하)도 가능하다. 다른 범위도 가능하다. 부동태화 층에서 탄소 대 산소의 비율은 에너지 분산 분광법에 의해 결정될 수 있다.
전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품이 2개 이상의 부동태화 층을 포함하는 경우, 각각의 부동태화 층은 독립적으로 상기 언급된 범위 중 하나 이상 내의 탄소 대 산소 비율을 가질 수 있다.
일부 실시양태에서, 부동태화 층은 탄소와 황 모두를 포함한다. 그러한 층에서, 탄소 대 황의 비율은 일반적으로 원하는 대로 선택될 수 있다. 예를 들어, 황에 대한 탄소의 비는 0.01 이상, 0.02 이상, 0.05 이상, 0.075 이상, 0.1 이상, 0.15 이상, 0.2 이상, 0.25 이상, 0.3 이상, 0.35 이상, 0.4 이상일 수 있다. 일부 실시양태에서, 부동태화 층에서 탄소 대 황의 비율은 0.45 이하, 0.4 이하, 0.35 이하, 0.3 이하, 0.25 이하, 0.2 이하, 0.15 이하, 0.1 이하, 0.075 이하, 0.05 이하, 또는 0.02 이하일 수 있다. 상기 언급된 범위의 조합(예를 들어, 0.01 이상 0.45 이하)도 가능하다. 다른 범위도 가능하다. 부동태화 층에서 탄소 대 황의 비율은 에너지 분산 분광법에 의해 결정될 수 있다.
전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품이 2개 이상의 부동태화 층을 포함하는 경우, 각각의 부동태화 층은 독립적으로 상기 언급된 범위 중 하나 이상 내의 탄소 대 황의 비율을 가질 수 있다.
일부 실시양태에서, 부동태화 층은 탄소와 불소 둘 다를 포함한다. 이러한 층에서, 탄소 대 불소의 비율은 일반적으로 원하는 대로 선택될 수 있다. 예를 들어, 탄소 대 불소의 비율은 0.01 이상, 0.02 이상, 0.05 이상, 0.075 이상, 0.1 이상, 0.15 이상, 0.2 이상, 0.25 이상, 0.3 이상, 또는 0.35 이상일 수 있다. 일부 실시양태에서, 부동태화 층에서 탄소 대 불소의 비율은 0.4 이하, 0.35 이하, 0.3 이하, 0.25 이하, 0.2 이하, 0.15 이하, 0.1 이하, 0.075 이하, 0.05 이하, 또는 0.02 이하일 수 있다. 상기 언급된 범위의 조합(예를 들어, 0.01 이상 0.4 이하)도 가능하다. 다른 범위도 가능하다. 부동태화 층에서 탄소 대 불소의 비율은 에너지 분산 분광법에 의해 결정될 수 있다.
전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품이 2개 이상의 부동태화 층을 포함하는 경우, 각각의 부동태화 층은 독립적으로 상기 언급된 범위 중 하나 이상 내의 탄소 대 불소의 비율을 가질 수 있다.
본 명세서의 다른 곳에 기재된 바와 같이, 일부 실시양태에서, 리튬 금속을 포함하는 층 및/또는 그 위에 배치된 층(예를 들어, 부동태화 층)이 기재 상에 침착 및/또는 배치된다. 이러한 기재의 추가 세부사항은 하기에 제공된다.
모듈형 리튬 침착 시스템, 전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품, 및 본 명세서에 기재된 방법과 조합하여 사용하기에 적합한 기재는 다양한 적합한 두께를 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, 기재는 3 mil 이상, 3.5 mil 이상, 4 mil 이상, 또는 4.5 mil 이상의 두께를 갖는다. 일부 실시양태에서, 기재는 5 mil 이하, 4.5 mil 이하, 4 mil 이하, 또는 3.5 mil 이하의 두께를 갖는다. 상기 언급된 범위의 조합(예를 들어, 3 mil 이상 5 mil 이하)도 가능하다. 다른 범위도 가능하다. 기재의 두께는 드롭 게이지에 의해 결정될 수 있다.
기재는 다양한 적절한 조성을 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, 기재는 폴리(에스테르)(예를 들어, 폴리(에틸렌 테레프탈레이트), 예컨대 광학 등급 폴리(에틸렌 테레프탈레이트))와 같은 중합체를 포함한다. 적합한 중합체의 추가 예는 폴리올레핀, 폴리프로필렌, 나일론, 폴리비닐 클로라이드, 및 폴리에틸렌(이는 임의로 금속화될 수 있음)을 포함한다. 일부 경우에, 기재는 금속(예를 들어, 니켈 호일 및/또는 알루미늄 호일과 같은 호일), 유리, 또는 세라믹 물질을 포함한다. 일부 실시양태에서, 기재는 더 두꺼운 기재 물질 상에 임의적으로 배치될 수 있는 필름을 포함한다. 예를 들어, 특정 실시양태에서, 기재는 중합체 필름(예를 들어, 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) 필름) 및/또는 (알루미늄 및 구리와 같은 다양한 금속을 사용한) 금속화된 중합체 필름과 같은 하나 이상의 필름을 포함한다. 기재는 또한 충전제, 결합제 및/또는 계면활성제와 같은 추가 성분을 포함할 수 있다.
전형적으로, 본 명세서에 기술된 기재는 전기화학 전지로의 혼입 이전에 전기화학 전지로의 혼입을 위해 물품으로부터 제거되도록 구성된다. 특정 실시양태에서, 기재는 제조 후에 그러한 물품과 함께 온전한 상태로 남을 수 있지만, 물품이 전기화학 전지에 통합되기 전에 박리될 수 있다. 예를 들어, 전기화학 전지에 통합하기 위한 물품은 포장되어 제조사에 배송될 수 있으며, 제조업체는 이를 전기화학 전지에 통합할 수 있다. 이러한 실시양태에서, 전기화학 전지로의 통합을 위한 물품은 그의 하나 이상의 구성요소의 열화 및/또는 오염을 방지하거나 억제하기 위해 공기 및/또는 습기-밀폐 패키지에 삽입될 수 있다. 기재가 부착된 상태로 유지되도록하는 것은 전기화학 전지로의 통합을 위한 물품의 취급 및 수송을 용이하게 할 수 있다. 예를 들어, 기재는 상대적으로 두꺼울 수 있고/있거나, 전기화학 전지로의 통합을 위한 물품이 취급 동안 뒤틀리는 것을 방지하거나 억제할 수 있기에 충분하게 비교적 경질성 및/또는 강성일 수 있다. 이러한 실시양태에서, 기재는 전기화학 전지의 조립 전, 조립 중 또는 조립 후에 제조자에 의해 제거될 수 있다.
일부 실시양태에서, 전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품은 이형(release) 층 상에 배치되거나 그 상에 침착될 수 있다. 예를 들어, 이형층은, (예를 들어, 모듈형 리튬 침착 시스템에서) 리튬 금속을 포함하는 층이 그 위에 침착되는 기재 상에 배치될 수 있다. 적합한 이형층 및 이의 특성은 아래에서 더 자세히 설명된다.
본 명세서에 기재된 시스템, 물품, 및 방법과 함께 사용하기 위해 고려되는 이형층은 다양한 적합한 두께를 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, 이형층은 2 마이크론 이상, 2.25 마이크론 이상, 2.5 마이크론 이상, 2.75 마이크론 이상, 3 마이크론 이상, 3.25 마이크론 이상, 3.5 마이크론 이상, 또는 3.75 마이크론 이상의 두께를 갖는다. 일부 실시양태에서, 이형층은 4 마이크론 이하, 3.75 마이크론 이하, 3.5 마이크론 이하, 3.25 마이크론 이하, 3 마이크론 이하, 2.75 마이크론 이하, 2.5 마이크론 이하, 또는 2.25 마이크론 이하의 두께를 갖는다. 상기 언급된 범위의 조합(예를 들어, 2 마이크론 이상 4 마이크론 이하)도 가능하다. 다른 범위도 가능하다. 이형층의 두께는 드롭 게이지에 의해 결정될 수 있다.
전술한 바와 같이, 일부 실시양태에서, 리튬 금속을 포함하는 층을 기재 상에 침착시키는 것이 유리할 수 있지만, 기재를 생성 층을 포함하는 전기화학 전지 내로 통합하는 것이 바람직하지 않을 수도 있다. 이러한 실시양태에서, 이형층은 기재 (및 그 위에 배치된, 생성 전기화학 전지에 포함되도록 구성되지 않은 임의의 층)와 생성 전기화학 전지에 포함되도록 구성된 임의의 층 사이에 위치하는 것이 유리할 수 있다. 이형층이 기재에 인접할 때, 이형층은 (예를 들어, 최종 전기화학적 전지에 유지되도록 구성되지 않은 경우) 전기화학적 전지 형성의 후속 단계 동안 리튬 금속을 포함하는 층으로부터 부분적으로 또는 전체적으로 탈층될 수 있고/있거나, (예를 들어, 최종 전기화학 전지에 유지되도록 구성된 경우) 전기화학 전지 형성의 후속 단계 동안 담체 기재로부터 부분적으로 또는 전체적으로 탈층될 수 있다.
일부 실시양태에서, 이형층은 미국 특허 공개 52014/272,565, 미국 특허 공개 2014/272,597, 및 미국 특허 공개 2011/068,001에 기재된 이형층의 하나 이상의 특징을 가질 수 있으며, 이들 각각은 그 전체가 참고로 여기에 포함된다. 일부 실시양태에서, 이형층은, 히드록실 작용기를 포함하고(예를 들어, 폴리(비닐 알코올)(PVOH) 및/또는 EVAL을 포함하고) 상기 기재된 구조 중 하나를 갖는 이형층인 것이 바람직할 수 있다.
한 세트의 실시양태에서, 이형층은 중합체 물질로 형성된다. 적절한 중합체의 특정 예에는 폴리옥사이드, 폴리(알킬 옥사이드)/폴리알킬렌 옥사이드(예를 들어, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리프로필렌 옥사이드, 폴리부틸렌 옥사이드), 폴리비닐 알코올, 폴리비닐 부티랄, 폴리비닐 포르말, 비닐 아세테이트-비닐 알코올 공중합체, 에틸렌-비닐 알코올 공중합체, 비닐 알코올-메틸 메타크릴레이트 공중합체, 폴리실록산 및 플루오르화 중합체가 포함되지만 이에 국한되지는 않는다. 중합체 물질의 추가 예에는 폴리설폰, 폴리에테르설폰, 폴리페닐설폰(예를 들어, 울트라손(Ultrason)® S 6010, S 3010 및 S 2010, BASF에서 구입 가능), 폴리에테르설폰-폴리알킬렌옥사이드 공중합체, 폴리페닐설폰-폴리알킬렌옥사이드 공중합체, 폴리설폰-폴리알킬렌 옥사이드 공중합체(예를 들어, 옵판올(Oppanol)® B10, B15, B30, B80, B150 및 B200, BASF로부터 입수가능), 폴리이소부틸렌 석신산 무수물 (PIBSA), 폴리이소부틸렌-폴리알킬렌옥사이드 공중합체, 폴리아미드 6 (예를 들어, 울트라미드(Ultramid)® B33, BASF로부터 입수가능) (예를 들어, 폴리올레핀 캐리어 상의 2 ㎛ 폴리아미드 층의 압출 또는 폴리올레핀 캐리어 기재 상의 PA 층의 용액 캐스팅), 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐피롤리돈-폴리비닐이미다졸 공중합체(예를 들어, 소칼란(Sokalan)® HP56, BASF로부터 입수가능), 폴리비닐피롤리돈-폴리비닐락테이트 공중합체(예를 들어, 루비스콜(Luviskol)®, BASF로부터 입수가능), 말레인이미드-비닐에테르 공중합체, 폴리아크릴아미드, 플루오르화 폴리아크릴레이트(임의적으로 표면 반응성 공단량체 포함), 폴리에틸렌-폴리비닐알코올 공중합체(예를 들어, 쿠라레이(Kuraray)®, BASF에서 구입 가능), 폴리에틸렌-폴리비닐아세테이트 공중합체, 폴리비닐알코올 및 폴리비닐아세테이트 공중합체, 폴리옥시메틸렌(예를 들어, 압출된 것), 폴리비닐부티랄(예를 들어, 쿠라레이®, BASF에서 구입 가능), 폴리우레아(예를 들어, 분지형), 아크롤레인 유도체(CH2=CR-C(O)R)의 광중합에 기초한 중합체, 폴리설폰-폴리알킬렌옥사이드 공중합체, 폴리비닐리덴 디플루오라이드(예를 들어, 카이나르(Kynar)® D155, BASF로부터 입수가능), 및 이들의 조합이 포함된다.
한 실시양태에서, 이형층은 폴리에테르설폰-폴리알킬렌 옥사이드 공중합체를 포함한다. 한 특정 실시양태에서, 폴리에테르설폰-폴리알킬렌 옥사이드 공중합체는, (A1) 하나 이상의 방향족 디할로겐 화합물, (B1) 하나 이상의 방향족 디히드록실 화합물, 및 (B2) 2개 이상의 히드록실 기를 갖는 1종 이상의 폴리알킬렌 옥사이드 성분들을 포함하는 반응 혼합물(RG)의 중축합에 의해 수득된 폴리에테르설폰-폴리알킬렌 옥사이드 공중합체(PPC)이다. 상기 반응 혼합물은 또한, (C) 하나 이상의 비양성자성 극성 용매 및 (D) 하나 이상의 금속 탄산염을 포함할 수 있으며, 여기서 반응 혼합물(RG)은 물과 공비물을 형성하는 어떠한 물질도 포함하지 않는다. 생성된 공중합체는 랜덤 공중합체 또는 블록 공중합체일 수 있다. 예를 들어, 생성된 공중합체는 A1-B1의 블록 및 A1-B2의 블록을 포함할 수 있다. 생성된 공중합체는 일부 경우에 A1-B1-A1-B2의 블록을 포함할 수 있다.
중합체 물질의 추가 예는 헥사플루오로프로필렌(HFP) 코팅을 갖는 폴리이미드(예를 들어, 캡톤(Kapton)®)(예를 들어, 듀퐁(Dupont)로부터 입수가능); 실리콘화된 폴리에스테르 필름(예를 들어, 미쯔비시(Mitsubishi) 폴리에스테르), 금속화된 폴리에스테르 필름(예를 들어, 미쯔비시 또는 시온 파워(Sion Power)에서 구매 가능), 폴리벤즈이미다졸(PBI; 예를 들어 셀라니즈(Celanese)에서 구매 가능한 저분자량 PBI), 폴리벤족사졸(예를 들어, 포스터-밀러(Foster-Miller), 토요보(Toyobo)에서 구매 가능), 에틸렌-아크릴산 공중합체(예를 들어, 폴리겐(Poligen)®, BASF에서 구매 가능), 아크릴레이트 기반 중합체(예를 들어, 아크로날(Acronal)®, BASF에서 구매 가능), (충전된) 폴리비닐피롤리돈-폴리비닐이미다졸 공중합체(예를 들어, 소칼란(Sokalan)® HP56, 루비쿼트(Luviquat)®, BASF로부터 입수가능), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 스티렌-아크릴로니트릴(SAN), 열가소성 폴리우레탄(예를 들어, 엘라스톨란(Elastollan)® 1195 A 10, BASF로부터 입수가능), 폴리설폰-폴리(알킬렌 옥사이드) 공중합체, 벤조페논-개질된 폴리설폰(PSU) 중합체, 폴리비닐피롤리돈-폴리비닐락테이트 공중합체(예를 들어, 루비스콜(Luviskol)®, BASF로부터 입수가능), 및 이들의 조합물을 포함한다.
일부 실시양태에서, 이형층은 실질적으로 전기 전도성인 중합체를 포함한다. 이러한 물질의 예에는 리튬 염 (예를 들어, LiSCN, LiBr, LiI, LiClO4, LiAsF6, LiSO3CF3, LiSO3CH3, LiBF4, LiB(Ph)4, LiPF6, LiC(SO2CF3)3, 및 LiN(SO2CF3)2)으로 도핑된 전기 전도성 중합체 (전자 중합체 또는 전도성 중합체라고도 함)가 포함된다. 전도성 중합체의 예에는 폴리(아세틸렌), 폴리(피롤), 폴리(티오펜), 폴리(아닐린), 폴리(플루오렌), 폴리나프탈렌, 폴리(p-페닐렌 설파이드), 및 폴리(파라-페닐렌 비닐렌)이 포함되지만 이에 국한되지는 않는다. 전기 전도성 첨가제가 또한 중합체에 첨가되어 전기 전도성 중합체를 형성할 수 있다.
일부 실시양태에서, 이형층은 가교결합성 중합체를 포함한다. 가교결합성 중합체의 비제한적인 예는 폴리비닐 알코올, 폴리비닐부티랄, 폴리비닐피리딜, 폴리비닐 피롤리돈, 폴리비닐 아세테이트, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS), 에틸렌-프로필렌 고무(EPDM) EPR, 염소화 폴리에틸렌(CPE), 에틸렌비스아크릴아미드(EBA), 아크릴레이트(예를 들어, 알킬 아크릴레이트, 글리콜 아크릴레이트, 폴리글리콜 아크릴레이트, 에틸렌 에틸 아크릴레이트(EEA)), 수소화된 니트릴 부타디엔 고무(HNBR), 천연 고무, 니트릴 부타디엔 고무(NBR), 특정 불소 중합체, 실리콘 고무, 폴리이소프렌, 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA), 클로로설포닐 고무, 플루오르화 폴리(아릴렌 에테르)(FPAE), 폴리에테르 케톤, 폴리설폰, 폴리에테르 이미드, 디에폭사이드, 디이소시아네이트, 디이소티오시아네이트, 포름알데히드 수지, 아미노 수지, 폴리우레탄, 불포화 폴리에테르, 폴리글리콜 비닐 에테르, 폴리글리콜 디비닐 에테르, 및 이들의 공중합체, 및 잉(Ying) 등의 미국 특허 제6,183.901호 ("세퍼레이터 층을 위한 보호 코팅 층")에 기재된 것들을 포함한다.
가교결합성 또는 가교결합된 중합체의 추가 예에는 UV/E-빔 가교결합된 울트라손(Ultrason)® 또는 유사한 중합체(즉, 폴리(설폰), 폴리(에테르설폰) 및 폴리(페닐설폰) 중 하나 이상의 비정질 블렌드를 포함하는 중합체), UV 가교결합된 울트라손®-폴리알킬렌옥사이드 공중합체, UV/E-빔 가교결합된 울트라손®-아크릴아미드 블렌드, 가교결합된 폴리이소부틸렌-폴리알킬렌옥사이드 공중합체, 가교결합된 분지된 폴리이미드(BPI), 가교결합된 말레인이미드-제파민(Jeffamine) 중합체(MSI 겔), 가교결합된 아크릴아미드 및 이들의 조합물을 포함한다.
당업자는 본 명세서의 설명과 함께 당업계의 일반적인 지식에 기초하여 가교결합될 수 있는 적절한 중합체 뿐만 아니라 적절한 가교결합 방법을 선택할 수 있다. 가교결합된 중합체 물질은 리튬 이온 전도도를 향상시키기 위해 염, 예를 들어 리튬 염을 추가로 포함할 수 있다.
가교결합성 중합체가 사용되는 경우, 중합체(또는 중합체 전구체)는 하나 이상의 가교결합제를 포함할 수 있다. 가교결합제는, 하나 이상의 중합체 사슬 사이에 가교결합을 형성하는 방식으로 중합체 사슬 상의 작용기와 상호작용하도록 설계된 반응성 부분(들)을 갖는 분자이다. 본원에 기재된 지지층에 사용되는 중합체 물질을 가교할 수 있는 가교결합제의 예는 비제한적으로, 폴리아미드-에피클로로히드린(폴리컵 172); 알데히드(예를 들어, 포름알데히드 및 우레아-포름알데히드); 디알데히드(예를 들어, 글리옥살 글루타르알데히드, 및 히드록시아디프알데히드); 아크릴레이트(예를 들어, 에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 디(에틸렌 글리콜) 디아크릴레이트, 테트라(에틸렌 글리콜) 디아크릴레이트, 메타크릴레이트, 에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트, 디(에틸렌 글리콜) 디메타크릴레이트, 트리(에틸렌 글리콜) 디메타크릴레이트); 아미드(예를 들어, N,N'-메틸렌비스아크릴아미드, N,N'-에틸렌비스아크릴아미드, N,N'-(1,2-디히드록시에틸렌)비스아크릴아미드, N-(1-히드록시-2,2-디메톡시에틸)아크릴아미드); 실란(예를 들어, 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 테트라메톡시실란(TMOS), 테트라에톡시실란(TEOS), 테트라프로폭시실란, 메틸트리스(메틸에틸데톡심)실란, 메틸트리스(아세톡심)실란, 메틸트리스(메틸이소부틸케톡심)실란, 디메틸디(메틸에틸데톡심)실란, 트리메틸(메틸에틸데톡심)실란, 비닐트리스(메틸에틸케톡심)실란, 메틸비닐디(메틸에틸케톡심)실란, 메틸비닐디(시클로헥산온옥심)실란, 비닐트리스(메틸이소부틸케톡심)실란, 메틸트리아세톡시실란, 테트라아세톡시실란, 페닐트리스(메틸에틸케톡심)실란); 디비닐벤젠; 멜라민; 지르코늄 암모늄 카보네이트; 디시클로헥실카보디이미드/디메틸아미노피리딘(DCC/DMAP); 2-클로로피리디늄 이온; 1-히드록시시클로헥실페닐 케톤; 아세토페논 디메틸케탈; 벤조일메틸 에테르; 아릴 트리플루오로비닐 에테르; 벤조시클로부텐; 페놀 수지(예를 들어, 포름알데히드 및 메탄올, 에탄올, 부탄올 및 이소부탄올과 같은 저급 알코올과 페놀의 축합물), 에폭사이드; 멜라민 수지(예를 들어, 포름알데히드 및 메탄올, 에탄올, 부탄올 및 이소부탄올과 같은 저급 알코올과 멜라민의 축합물); 폴리이소시아네이트; 및 디알데히드를 포함한다.
이형층에 사용하기에 적합할 수 있는 중합체의 다른 부류는 비제한적으로, 폴리아민(예를 들어, 폴리(에틸렌 이민) 및 폴리프로필렌 이민(PPI)); 폴리아미드(예를 들어, 폴리(α-카프로락탐)(나일론 6), 폴리(헥사메틸렌 아디파미드)(나일론 66)), 폴리이미드(예를 들어, 폴리이미드, 폴리니트릴 및 폴리(피로멜리트이미드-1,4-디페닐 에테르)(캡톤(Kapton))); 비닐 중합체(예를 들어, 폴리아크릴아미드, 폴리(2-비닐 피리딘), 폴리(N-비닐피롤리돈), 폴리(메틸시아노아크릴레이트), 폴리(에틸시아노아크릴레이트), 폴리(부틸시아노아크릴레이트), 폴리(이소부틸시아노아크릴레이트), 폴리(비닐 아세테이트), 폴리(비닐 알코올), 폴리(비닐 클로라이드), 폴리(비닐 플루오라이드), 폴리(2-비닐 피리딘), 폴리클로로트리플루오로 에틸렌, 및 폴리(이소헥실시아노아크릴레이트)); 폴리아세탈; 폴리올레핀(예를 들어, 폴리(부텐-1), 폴리(n-펜텐-2), 폴리프로필렌, 폴리테트라플루오로에틸렌); 폴리에스테르(예를 들어, 폴리카보네이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리히드록시부티레이트); 폴리에테르(폴리(에틸렌 옥사이드)(PEO), 폴리(프로필렌 옥사이드)(PPO), 폴리(테트라메틸렌 옥사이드)(PTMO)); 비닐리덴 중합체(예를 들어, 폴리이소부틸렌, 폴리(메틸 스티렌), 폴리(메틸메타크릴레이트)(PMMA), 폴리(비닐리덴 클로라이드), 폴리(비닐리덴 플루오라이드), 폴리(비닐리덴 디플루오라이드, 폴리(비닐리덴 디플루오라이드) 블록 공중합체); 폴리아라미드(예를 들어, 폴리(이미노-1,3-페닐렌 이미노이소프탈로일) 및 폴리(이미노-1,4-페닐렌 이미노테레프탈로일)); 폴리헤테로방향족 화합물(예를 들어, 폴리벤즈이미다졸(PBI), 폴리벤조비스옥사졸(PBO) 및 폴리벤조비스티아졸(PBT)); 폴리헤테로사이클릭 화합물(예를 들어, 폴리피롤); 폴리우레탄; 페놀 중합체(예를 들어, 페놀-포름알데히드); 폴리알킨(예를 들어, 폴리아세틸렌); 폴리디엔(예를 들어, 1,2-폴리부타디엔, 시스 또는 트랜스-1,4-폴리부타디엔); 폴리실록산(예를 들어, 폴리 (디메틸실록산)(PDMS), 폴리(디에틸실록산)(PDES), 폴리디페닐실록산(PDPS) 및 폴리메틸페닐실록산(PMPS)); 및 무기 중합체(예를 들어, 폴리포스파젠, 폴리포스포네이트, 폴리실란, 폴리실라잔)을 포함할 수 있다.
일부 실시양태에서, 중합체의 분자량은 특정 접착 친화성을 달성하도록 선택될 수 있고 이형층에서 다양할 수 있다. 일부 실시양태에서, 이형층에 사용되는 중합체의 분자량은 1,000 g/mol 이상, 5,000 g/mol 이상, 10,000 g/mol 이상, 15,000g/mol 이상, 20,000g/mol 이상, 25,000g/mol 이상, 30,000g/mol 이상, 50,000g/mol 이상, 50,000g/mol 이상 100,000g/mol 이상 또는 150,000g/mol 이상일 수 있다. 특정 실시양태에서, 이형층에 사용되는 중합체의 분자량은 150,000 g/mol 이하, 100,000 g/mol 이하, 50,000 g/mol 이하, 30,000g/mol 이하, 25,000g/mol 이하, 20,000g/mol 이하, 10,000g/mol 이하, 5,000g/mol 이하, 또는 1,000g/mol 이하일 수 있다. 다른 범위도 또한 가능하다. 상기 언급된 범위의 조합(예를 들어, 5,000g/mol 이상 50,000g/mol 이하)도 또한 가능하다.
상기 중합체가 사용되는 경우, 상기 중합체는 실질적으로 가교결합되거나, 실질적으로 비-가교결합되거나, 또는 부분적으로 가교결합될 수 있으며, 본 개시는 이러한 방식에 제한되지 않는다. 또한, 상기 중합체는 실질적으로 결정질이거나, 부분적으로 결정질이거나, 또는 실질적으로 비정질일 수 있다. 이론에 얽매이는 것은 아니지만, 중합체의 결정화가 표면 조도를 증가시킬 수 있기 때문에, 중합체가 비정질인 실시양태는 더 매끄러운 표면을 나타낼 수 있다. 특정 실시양태에서, 이형층은 왁스로 형성되거나 왁스를 포함한다.
본 명세서의 다른 곳에 기재된 바와 같이, 일부 실시양태에서는, 리튬 금속을 포함하는 층 및/또는 그 위에 배치된 층(예를 들어, 부동태화 층)이 집전체 상에 침착 및/또는 배치된다. 이러한 집전체에 대한 추가 세부사항은 아래에 제공된다.
존재하는 경우, 집전체는 기재 상에(예를 들어, 그 위에 배치된 이형층 상에) 배치된 층의 형태를 취할 수 있다. 그러한 층의 두께는 일반적으로 원하는 대로 선택될 수 있다. 일부 실시양태에서, 집전체는 0.1 마이크론 이상, 0.15 마이크론 이상, 0.2 마이크론 이상, 0.25 마이크론 이상, 0.3 마이크론 이상, 0.35 마이크론 이상, 0.4 마이크론 이상, 또는 0.45 마이크론 이상의 두께를 갖는다. 일부 실시양태에서, 집전체는 0.5 마이크론 이하, 0.45 마이크론 이하, 0.4 마이크론 이하, 0.35 마이크론 이하, 0.3 마이크론 이하, 0.25 마이크론 이하, 0.2 마이크론 이하, 또는 0.15 마이크론 이하의 두께를 갖는다. 상기 언급된 범위의 조합(예를 들어, 0.1 마이크론 이상 0.5 마이크론 이하)도 가능하다. 다른 범위도 가능하다. 집전체의 두께는 광학 프로파일로메트리(optical profilometry)에 의해 결정될 수 있다.
집전체는 일반적으로 전도성 물질을 포함한다. 예를 들어, 집전체는 금속(예를 들어, 구리, 니켈, 알루미늄, 부동태화된 금속), 금속화된 중합체(예를 들어, 금속화된 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)), 전기 전도성 중합체, 및/또는 내부 분산된 전기 전도성 입자를 포함하는 중합체를 포함할 수 있다.
집전체는 다양한 방식으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 집전체는 선택된 물질에 대한 물리적 기상 침착, 화학적 기상 침착, 전기화학적 침착, 스퍼터링, 닥터 블레이딩, 플래시 증발, 또는 임의의 다른 적절한 침착 기술에 의해 전극 상에 침착될 수 있다. 일부 이러한 공정(예를 들어, 물리적 기상 침착, 화학적 기상 침착, 스퍼터링)은 본 명세서에 기재된 모듈형 리튬 침착 시스템에서 수행될 수 있고/있거나, 모듈형 리튬 침착 시스템에 기재를 도입하기 전에 기재 상에서 수행될 수 있다. 일부 실시양태에서, 집전체는, 그것이 혼입될 물품(예를 들어, 전기화학 전지로의 혼입을 위한 물품)과 별도로 형성된 다음 그것 (및/또는 층과 같은 그의 구성요소)에 결합된다. 그러나, 일부 실시양태에서는, 전기화학 전지에 혼입하기 위한 물품에는 집전체가 결여될 수 있음을 이해해야 한다. 이는 물품 자체 (및/또는 그 안의 전기활성 물질)가 전기 전도성인 경우에 그러할 수 있다.
본 명세서의 다른 곳에서 설명된 바와 같이, 일부 실시양태는 전기화학 전지로의 혼입을 위한 물품에 관한 것이다. 일부 실시양태에서, 전기화학 전지에 혼입시키기 위한 물품은 (예를 들어, 리튬 금속 전기화학 전지에 대한) 애노드 및/또는 애노드의 일부를 포함한다. 이러한 물품이 혼입될 수 있는 전기화학 전지의 추가 세부사항은 아래에 설명되어 있다.
일부 전기화학 전지는 전해질을 추가로 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 전해질은 비-수성 전해질이다. 적합한 비-수성 전해질은 액체 전해질, 겔 중합체 전해질, 및 고체 중합체 전해질과 같은 유기 전해질을 포함할 수 있다. 이들 전해질은 임의적으로 (예를 들어, 이온 전도성을 제공하거나 향상시키기 위해) 하나 이상의 이온성 전해질 염을 포함할 수 있다. 유용한 비-수성 액체 전해질 용매의 예는 비제한적으로, 비-수성 유기 용매, 예를 들어 N-메틸 아세트아미드, 아세토니트릴, 아세탈, 케탈, 에스테르(예를 들어, 탄산의 에스테르), 카보네이트(예를 들어, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 에틸 메틸 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 플루오로에틸렌 카보네이트, 디플루오로에틸렌 카보네이트), 설폰, 아황산염, 설포란, 설폰이미드(예를 들어, 비스(트리플루오로메탄)설폰이미드 리튬 염), 지방족 에테르, 비고리형 에테르, 환형 에테르, 글라임, 폴리에테르, 포스페이트 에스테르(예를 들어, 헥사플루오로포스페이트), 실록산, 디옥솔란, N-알킬피롤리돈, 질산염 함유 화합물, 전술한 것의 치환된 형태, 및 이들의 블렌드를 포함한다. 사용될 수 있는 비환형 에테르의 예는 디에틸 에테르, 디프로필 에테르, 디부틸 에테르, 디메톡시메탄, 트리메톡시메탄, 1,2-디메톡시에탄, 디에톡시에탄, 1,2-디메톡시프로판, 및 1,3-디메톡시프로판을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 사용될 수 있는 환형 에테르의 예는 테트라히드로푸란, 테트라히드로피란, 2-메틸테트라히드로푸란, 1,4-디옥산, 1,3-디옥솔란 및 트리옥산을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 사용될 수 있는 폴리에테르의 예는 디에틸렌 글리콜 디메틸 에테르(디글라임), 트리에틸렌 글리콜 디메틸 에테르(트리글라임), 테트라에틸렌 글리콜 디메틸 에테르(테트라글라임), 더 고급(higher) 글라임, 에틸렌 글리콜 디비닐 에테르, 디에틸렌 글리콜 디비닐 에테르, 트리에틸렌글리콜디비닐에테르, 디프로필렌글리콜디메틸에테르, 부틸렌글리콜에테르 등을 들 수 있으나 이에 제한되지는 않다. 사용될 수 있는 설폰의 예는 설포란, 3-메틸 설포란 및 3-설포렌을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 전술한 것의 플루오르화 유도체 또한 액체 전해질 용매로서 유용하다.
일부 경우에, 본원에 기재된 용매의 혼합물이 또한 사용될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시양태에서, 용매의 혼합물은 1,3-디옥솔란과 디메톡시에탄, 1,3-디옥솔란과 디에틸렌글리콜 디메틸 에테르, 1,3-디옥솔란과 트리에틸렌글리콜 디메틸 에테르, 1,3-디옥솔란과 트리에틸렌글리콜 디메틸 에테르, 및 1,3-디옥솔란과 설포란으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 일부 실시양태에서, 용매의 혼합물은 디메틸 카보네이트 및 에틸렌 카보네이트를 포함한다. 일부 실시양태에서, 용매의 혼합물은 에틸렌 카보네이트 및 에틸 메틸 카보네이트를 포함한다. 혼합물 중 두 용매의 중량비는 일부 경우에 약 5중량%:95중량% 내지 95중량%:5중량% 범위일 수 있다. 예를 들어, 일부 실시양태에서 전해질은 디메틸 카보네이트:에틸렌 카보네이트의 50중량%:50중량% 혼합물을 포함한다. 일부 다른 실시양태에서, 전해질은 에틸렌 카보네이트:에틸 메틸 카보네이트의 30중량%:70중량% 혼합물을 포함한다. 전해질은 50중량%:50중량% 이하 30중량%:70중량% 이상의 디메틸 카보네이트:에틸렌 카보네이트의 비율을 갖는 디메틸 카보네이트와 에틸렌 카보네이트의 혼합물을 포함할 수 있다.
일부 실시양태에서, 전해질은 플루오로에틸렌 카보네이트 및 디메틸 카보네이트의 혼합물을 포함할 수 있다. 플루오로에틸렌 카보네이트 대 디메틸 카보네이트의 중량비는 20중량%:80중량% 또는 25중량%:75중량%일 수 있다. 플루오로에틸렌 카보네이트 대 디메틸 카보네이트의 중량비는 20중량%:80중량% 이상 25중량%:75중량% 이하일 수 있다.
적합한 겔 중합체 전해질의 비제한적 예는 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리프로필렌 옥사이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리실록산, 폴리이미드, 폴리포스파젠, 폴리에테르, 설폰화된 폴리이미드, 퍼플루오르화된 막(나피온(NAFION) 수지), 폴리디비닐 폴리에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 폴리에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트, 전술한 것의 유도체, 전술한 것의 공중합체, 전술한 것의 가교된 네트워크 구조 및 전술한 것의 블렌드를 포함한다.
적합한 고체 중합체 전해질의 비제한적 예는 폴리에테르, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리프로필렌 옥사이드, 폴리이미드, 폴리포스파젠, 폴리아크릴로니트릴, 폴리실록산, 전술한 것의 유도체, 전술한 것의 공중합체, 전술한 것의 가교된 네트워크 구조, 및 전술한 것의 블렌드를 포함한다.
일부 실시양태에서, 전해질은 특정 두께를 갖는 층 형태이다. 전해질 층은 예를 들어, 적어도 1 마이크론, 적어도 5 마이크론, 적어도 10 마이크론, 적어도 15 마이크론, 적어도 20 마이크론, 적어도 25 마이크론, 적어도 30 마이크론, 적어도 40 마이크론, 적어도 50 마이크론, 적어도 70 마이크론, 적어도 100 마이크론, 적어도 200 마이크론, 적어도 500 마이크론, 또는 적어도 1mm의 두께를 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, 전해질 층의 두께는 1 mm 이하, 500 마이크론 이하, 200 마이크론 이하, 100 마이크론 이하, 70 마이크론 이하, 50 마이크론 이하, 40 마이크론 이하, 30 마이크론 이하, 20 마이크론 이하, 10 마이크론 이하, 또는 5 마이크론 이하이다. 다른 값도 가능하다. 상기 언급된 범위의 조합도 가능하다. 전해질층의 두께는 드롭 게이지(drop gauge)에 의해 결정될 수 있다.
일부 실시양태에서, 전해질은 하나 이상의 리튬 염을 포함한다. 예를 들어, 일부 경우에, 하나 이상의 리튬 염은 LiSCN, LiBr, LiI, LiSO3CH3, LiNO3, LiPF6, LiBF4, LiB(Ph)4, LiClO4, LiAsF6, Li2SiF6, LiSbF6, LiAlCl4, 리튬 비스(옥살라토)보레이트, 리튬 디플루오로(옥살라토)보레이트, 트리스(옥살라토)포스페이트 음이온을 포함하는 염(예를 들어, 리튬 트리스(옥살라토)포스페이트), LiCF3SO3, LiN(SO2F)2, LiN(SO2CF3)2, LiC(CnF2n+1SO2)3(여기서, n은 1 내지 20 범위의 정수임), 및 (CnF2n+1SO2)mXLi(여기서 n은 1 내지 20 범위의 정수이고, X가 산소 또는 황으로부터 선택되는 경우 m은 1이고, X가 질소 또는 인으로부터 선택되는 경우 m은 2이고, X가 탄소 또는 규소 중에서 선택되는 경우 m은 3임)로 이루어진 군으로부터 선택된다.
존재하는 경우, 리튬 염은 다양한 적합한 농도로 전해질에 존재할 수 있다. 일부 실시양태에서, 리튬 염은 전해질에 0.01 M 이상, 0.02 M 이상, 0.05 M 이상, 0.1 M 이상, 0.2 M 이상, 0.5 M 이상, 1 M 이상, 2 M 이상, 또는 5 M 이상의 농도로 존재한다. 리튬 염은 전해질에 10M 이하, 5M 이하, 2M 이하, 1M 이하, 0.5M 이하, 0.2M 이하, 0.1M 이하, 0.05M 이하, 또는 0.02M 이하의 농도로 존재할 수 있다. 상기 언급된 범위의 조합 (예를 들어, 0.01M 이상 10M 이하, 또는 0.01M 이상 5M 이하)도 가능하다. 다른 범위도 가능하다.
일부 실시양태에서, 전해질은 LiPF6을 유리한 양으로 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 전해질은 0.01M 이상, 0.02M 이상, 0.05M 이상, 0.1M 이상, 0.1M 이상, 0.2M 이상, 0.5M 이상, 1M 이상, 또는 2M 이상의 농도로 LiPF6을 포함한다. 전해질은 LiPF6을 5 M 이하, 2M 이하, 1M 이하, 0.5M 이하, 0.2M 이하, 0.1M 이하, 0.05M 이하, 또는 0.02M 이하의 농도로 포함할 수 있다. 상기 언급된 범위의 조합 (예를 들어, 0.01M 이상 5M 이하)도 가능하다. 다른 범위도 가능하다.
일부 실시양태에서, 전해질은 옥살라토(보레이트) 기를 갖는 종(예를 들어, LiBOB, 리튬 디플루오로(옥살라토)보레이트)을 포함하고, 전기화학 전지에서 (옥살라토)보레이트 기를 갖는 종의 총 중량은 전해질의 총 중량에 대해 30중량% 이하, 28중량% 이하, 25중량% 이하, 22중량% 이하, 20중량% 이하, 18중량% 이하, 15중량% 이하, 12중량% 이하, 10중량% 이하, 8중량% 이하, 6중량% 이하, 5중량% 이하, 4중량% 이하, 3중량% 이하, 2중량% 이하, 또는 1중량% 이하일 수 있다. 일부 실시양태에서, 전기화학 전지에서 (옥살라토)보레이트 기를 갖는 종의 총 중량은 전해질의 총 중량에 대해 0.2중량% 초과, 0.5중량% 초과, 1중량% 초과, 2중량% 초과, 3중량% 초과, 4중량% 초과, 6중량% 초과, 8중량% 초과, 10중량% 초과, 15중량% 초과, 18중량% 초과, 20중량% 초과, 22중량% 초과, 25중량% 초과, 또는 28중량% 초과이다. 상기 언급된 범위의 조합 (예를 들어, 0.2중량% 초과 30중량% 이하, 0.2중량% 초과 20중량% 이하, 0.5중량% 초과 20중량% 이하, 1중량% 초과 8중량% 이하, 1중량% 초과 6중량% 이하, 4중량% 초과 10중량% 이하, 6중량% 초과 15중량% 이하, 또는 8중량% 초과 20중량% 이하)도 가능하다. 다른 범위도 가능하다.
일부 실시양태에서, 전해질은 플루오로에틸렌 카보네이트를 포함하고, 전기화학 전지에서 플루오로에틸렌 카보네이트의 총 중량은 전해질의 총 중량에 대해 30중량% 이하, 28중량% 이하, 25중량% 이하, 22중량% 이하, 20중량% 이하, 18중량% 이하, 15중량% 이하, 12중량% 이하, 12중량% 이하, 10중량% 이하, 8중량% 이하, 6중량% 이하, 5중량% 이하, 4중량% 이하, 3중량% 이하, 2중량% 이하, 또는 1중량% 이하일 수 있다. 일부 실시양태에서, 전해질 중 플루오로에틸렌 카보네이트의 총 중량은 전해질의 총 중량에 대해 0.2중량% 초과, 0.5중량% 초과, 1중량% 초과, 2중량% 초과, 3중량% 초과, 4중량% 초과, 6중량% 초과, 8중량% 초과, 10중량% 초과, 15중량% 초과, 18중량% 초과, 20중량% 초과, 22중량% 초과, 25중량% 초과, 또는 28중량% 초과이다. 상기 언급된 범위의 조합(예를 들어, 0.2중량% 초과 30중량% 이하, 15중량% 초과 20중량% 이하, 또는 20중량% 초과 25중량% 이하)도 가능하다. 다른 범위도 가능하다.
일부 실시양태에서, 하나 이상의 전해질 성분의 중량%는 공지된 양의 다양한 성분을 사용하여 전기화학 전지의 최초 사용 또는 최초 방전 전에 측정된다. 다른 실시양태에서, 중량%는 전지의 주기 수명 동안 특정 시점에서 측정된다. 이러한 일부 실시양태에서는, 전기화학 전지의 순환이 중단될 수 있고 전해질 내의 관련 성분의 중량%가 예를 들어 기체 크로마토그래피-질량 분석을 사용하여 결정될 수 있다. NMR, 유도 결합 플라즈마 질량 분석(ICP-MS) 및 원소 분석과 같은 다른 방법도 사용할 수 있다.
일부 실시양태에서, 전해질은, 조합시에 특히 유익한 여러 종을 함께 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시양태에서, 전해질은 플루오로에틸렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 및 LiPF6을 포함한다. 플루오로에틸렌 카보네이트 대 디메틸 카보네이트의 중량비는 20중량%:80중량% 내지 25중량%:75중량%일 수 있고 전해질 중 LiPF6의 농도는 대략 1M(예를 들어, 0.05M 내지 2M)일 수 있다. 전해질은 리튬 비스(옥살라토)보레이트를 (예를 들어, 전해질 중의 0.1중량% 내지 6중량%, 0.5중량% 내지 6중량%, 또는 1중량% 내지 6중량% 농도로), 및/또는 리튬 트리스(옥살라토)포스페이트를 (예를 들어, 전해질 중의 1중량% 내지 6중량% 농도로) 추가로 포함할 수 있다.
일부 실시양태에서, 본원에 기재된 전기화학물질은 리튬을 포함하는 전극 이외의 전극을 포함한다. 이 전극은 캐소드 및/또는 양극(예를 들어, 방전 동안 환원이 일어나고 충전 동안 산화가 일어나는 전극)일 수 있다.
캐소드 및/또는 양극은, 리튬 삽입(intercalation) 화합물(예를 들어, 격자 부위 및/또는 격자간 부위에 리튬 이온을 가역적으로 삽입할 수 있는 화합물)을 포함하는 전기활성 물질을 포함할 수 있다. 일부 경우에, 전기활성 물질은 리튬 전이 금속 옥소 화합물(즉, 리튬 전이 금속 산화물 또는 옥소산의 리튬 전이 금속 염)을 포함한다. 전기활성 물질은 층상(layered) 산화물(예를 들어, 또한 리튬 전이 금속 옥소 화합물인 층상 산화물)일 수 있다. 층상 산화물은 일반적으로 라멜라 구조(예를 들어, 서로 위에 적층된 복수의 시트 또는 층)를 갖는 산화물을 지칭한다. 적합한 층상 산화물의 비제한적인 예는 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2), 및 리튬 망간 산화물(LiMnO2)을 포함한다.
일부 실시양태에서, 캐소드 및/또는 양극은, 리튬 니켈 망간 코발트 산화물(LiNixMnyCozO2, "NMC" 또는 "NCM"으로도 지칭됨)인 층상 산화물을 포함한다. 이러한 일부 실시양태에서, x, y 및 z의 합은 1이다. 예를 들어, 적합한 NMC 화합물의 비제한적인 예는 LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2이다. 적합한 NMC 화합물의 다른 비제한적 예는 LiNi3/5Mn1/5Co1/5O2 및 LiNi7/10Mn1/10Co1/5O2을 포함한다.
일부 실시양태에서, 캐소드 및/또는 양극은 리튬 니켈 코발트 알루미늄 산화물(LiNixCoyAlzO2, "NCA"로도 지칭됨)인 층상 산화물을 포함한다. 이러한 일부 실시양태에서, x, y 및 z의 합은 1이다. 예를 들어, 적합한 NCA 화합물의 비제한적인 예는 LiNi0.8Co0.15Al0.05O2이다.
일부 실시양태에서, 전기활성 물질은 전이 금속 다중음이온 산화물(예를 들어, 전이 금속, 산소 및/또는 1보다 큰 절대값을 갖는 전하를 갖는 음이온을 포함하는 화합물)을 포함한다. 적합한 전이 금속 다중음이온 산화물의 비제한적인 예는 인산철리튬(LiFePO4, "LFP"로도 지칭됨)이다. 적합한 전이 금속 다중음이온 산화물의 또 다른 비제한적 예는 리튬 망간 철 포스페이트(LiMnxFe1-xPO4, "LMFP"로도 지칭됨)이다. 적합한 LMFP 화합물의 비제한적인 예는 LiMn0.8Fe0.2PO4이다.
일부 실시양태에서, 전기활성 물질은 스피넬(예를 들어, AB2O4 구조를 갖는 화합물, 여기서 A는 Li, Mg, Fe, Mn, Zn, Cu, Ni, Ti 또는 Si일 수 있고 B는 Al, Fe, Cr, Mn 또는 V일 수 있음)을 포함한다. 적합한 스피넬의 비제한적인 예는 리튬 망간 산화물(LiMn2O4, "LMO"로도 지칭됨)이다. 다른 비제한적인 예는 리튬 망간 니켈 산화물(LiNixM2-xO4, "LMNO"로도 지칭됨)이다. 적합한 LMNO 화합물의 비제한적인 예는 LiNi0.5Mn1.5O4이다. 일부 경우에, 전기활성 물질은 Li1.14Mn0.42Ni0.25Co0.29O2 ("HC-MNC"), 탄산리튬(Li2CO3), 탄화리튬(예를 들어, Li2C2, Li4C, Li6C2, Li8C3, Li6C3, Li4C3, Li4C5), 바나듐 산화물(예를 들어, V2O5, V2O3, V6O13), 및/또는 바나듐 포스페이트(예를 들어, 리튬 바나듐 포스페이트, 예컨대 Li3V2(PO4)3), 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다.
일부 실시양태에서, 캐소드 및/또는 양극의 전기활성 물질은 전환(conversion) 화합물을 포함한다. 예를 들어, 전기활성 물질은 리튬 전환 물질일 수 있다. 전환 화합물을 포함하는 캐소드는 비교적 큰 비용량을 가질 수 있다는 것이 인식되어 왔다. 특정 이론에 얽매이지 않고, 전이 금속당 하나 초과의 전자 이동이 일어나는 전환 반응을 통해 화합물의 가능한 모든 산화 상태를 활용함으로써 (예를 들어, 삽입 화합물에서 0.1- 1 개의 전자 이동에 비해) 비교적 큰 비용량을 달성할 수 있다. 적합한 전환 화합물은 전이 금속 산화물(예를 들어, Co3O4), 전이 금속 수소화물, 전이 금속 황화물, 전이 금속 질화물, 및 전이 금속 불화물(예를 들어, CuF2, FeF2, FeF3)을 포함하지만 이에 국한되지 않는다. 전이 금속은 일반적으로 원자가 부분적으로 채워진 d 서브-쉘을 갖는 원소(예를 들어, 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)를 나타낸다.
일부 경우에, 전기활성 물질은 전기활성 물질의 전기적 특성(예를 들어, 전기 전도도)을 변경하기 위해 하나 이상의 도펀트로 도핑된 물질을 포함할 수 있다. 적합한 도펀트의 비제한적인 예는 알루미늄, 니오븀, 은 및 지르코늄을 포함한다.
일부 실시양태에서, 캐소드 및/또는 양극 내의 전기활성 물질은 황을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 캐소드인 전극은 전기활성 황-함유 물질을 포함할 수 있다. 본원에 사용된 "전기활성 황-함유 물질"은 임의의 형태로 원소 황을 포함하는 전기활성 물질을 지칭하며, 여기서 전기화학적 활성은 황 원자 또는 잔기(moiety)의 산화 또는 환원을 수반한다. 예로서, 전기활성 황-함유 물질은 원소 황(예를 들어, S8)을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 전기활성 황-함유 물질은 원소 황 및 황-함유 중합체의 혼합물을 포함한다. 따라서, 적합한 전기활성 황-함유 물질은, 유기 또는 무기일 수 있는 원소 황, 황화물 또는 다황화물(예를 들어, 알칼리 금속의), 및 중합체일 수도 있고 아닐 수도 있는 황 원자 및 탄소 원자 포함 유기 물질을 포함할 수 있으며, 이들에 제한되지 않는다. 적합한 유기 물질은 헤테로원자를 추가로 포함하는 물질, 전도성 중합체 세그먼트, 복합체 및 전도성 중합체를 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 일부 실시양태에서, 제2 전극(예를 들어, 캐소드) 내의 전기활성 황-함유 물질은 40중량% 이상의 황을 포함한다. 일부 경우에, 전기활성 황-함유 물질은 적어도 50중량%, 적어도 75중량%, 또는 적어도 90중량%의 황을 포함한다.
황-함유 중합체의 예는 스코타임 등(Skotheim et al.)의 미국 특허 5,601,947 및 5,690,702; 스코타임 등의 미국 특허 5,529,860 및 6,117,590; 고르코벤코(Gorkovenko) 등에게 2001년 3월 13일에 허여된 미국 특허 6,201,100 및 PCT 공개 WO 99/33130에 기술되어 있는 것들을 포함한다. 폴리설파이드 결합을 포함하는 다른 적절한 전기활성 황-함유 물질은 스코타임 등의 미국 특허 5,441,831; 페리챠우드(Perichaud) 등의 미국 특허 4,664,991, 나오이(Naoi) 등의 미국 특허 5,723,230, 5,783,330, 5,792,575 및 5,882,819에 기술되어 있다. 전기활성 황-함유 물질의 또 다른 예는, 예를 들어 아르만드(Armand) 등의 미국 특허 4,739,018; 드 종에(De Jonghe) 등의 미국 특허 4,833,048 및 4,917,974; 비스코(Visco) 등의 미국 특허 5,162,175 및 5,516,598; 및 오야마(Oyama) 등의 미국 특허 5,324,599에 기술된, 디설파이드 기를 포함하는 것들을 포함한다.
본원에 기재된 바와 같이, 일부 실시양태에서, 전기화학 전지는 세퍼레이터를 포함한다. 세퍼레이터는 일반적으로 중합체 물질(예를 들어, 전해질에 노출될 때 팽창하거나 팽창하지 않는 중합체 물질)를 포함한다. 일부 실시양태에서, 세퍼레이터는 전해질과 전극 사이(예를 들어, 전해질과, 리튬을 포함하는 층 및/또는 부동태화 층을 포함하는 전극 사이, 전해질과 애노드 및/또는 음극 사이, 전해질과 캐소드 및/또는 양극 사이) 및/또는 2개의 전극 사이(예를 들어, 애노드와 캐소드 사이, 양극과 음극 사이)에 위치된다.
세퍼레이터는, 전기화학 전지의 단락을 초래할 수 있는 2개의 전극 사이(예를 들어, 애노드와 캐소드 사이, 양극과 음극 사이)의 물리적 접촉을 억제(예를 들어, 방지)하도록 구성될 수 있다. 세퍼레이터는 실질적으로 전자적으로 비-전도성으로 구성될 수 있으며, 이는 이를 통해 흐르는 전류의 경향을 감소시킬 수 있고 따라서 단락 회로가 통과할 가능성을 감소시킬 수 있다. 일부 실시양태에서, 세퍼레이터의 전부 또는 하나 이상의 부분은 적어도 104, 적어도 105, 적어도 1010, 적어도 1015, 또는 적어도 1020 옴 미터의 벌크 전자 저항률(bulk electronic resistivity)을 갖는 물질로 형성될 수 있다. 벌크 전자 저항률은 실온(예를 들어, 25℃)에서 측정할 수 있다.
일부 실시양태에서, 세퍼레이터는 이온 전도성일 수 있는 반면, 다른 실시양태에서 세퍼레이터는 실질적으로 이온 비-전도성이다. 일부 실시양태에서, 세퍼레이터의 평균 이온 전도도는 적어도 10-7 S/cm, 적어도 10-6 S/cm, 적어도 10-5 S/cm, 적어도 10-4 S/cm, 적어도 10-2 S/cm, 또는 적어도 10-1 S/cm이다. 일부 실시양태에서, 세퍼레이터의 평균 이온 전도도는 1 S/cm 이하, 10-1 S/cm 이하, 10-2 S/cm 이하, 또는 10-3 S/cm 이하, 10-4 S/cm 이하, 10-5 S/cm 이하, 10-6 S/cm 이하, 10-7 S/cm 이하, 또는 10-8 S/cm 이하일 수 있다. 위에서 언급한 범위의 조합 (예를 들어, 평균 이온 전도도가 10-8 S/cm 이상 10-1 S/cm 이하)도 가능하다. 이온 전도도의 다른 값도 가능하다.
세퍼레이터의 평균 이온 전도도는, 전도도 브리지(즉, 임피던스 측정 회로)를 사용하여, 일련의 증가하는 압력에서 세퍼레이터의 평균 저항률이 압력 증가에 따라 변하지 않을 때까지 세퍼레이터의 평균 저항률을 측정하여 결정할 수 있다. 이 값은 세퍼레이터의 평균 저항률로 간주되며, 그 역은 세퍼레이터의 평균 전도율로 간주된다. 전도도 브리지는 1kHz에서 작동할 수 있다. 압력은, 적어도 3ton/cm2의 압력을 세퍼레이터에 가할 수 있는 세퍼레이터의 반대쪽에 위치된 2개의 구리 실린더에 의해 세퍼레이터에 500kg/cm2 증분으로 적용될 수 있다. 평균 이온 전도도는 상온(예를 들어, 25℃)에서 측정될 수 있다.
일부 실시양태에서, 세퍼레이터는 고체일 수 있다. 세퍼레이터는 전해질 용매가 통과할 수 있도록 충분히 다공성일 수 있다. 일부 실시양태에서, 세퍼레이터는 세퍼레이터의 기공을 통과하거나 그 기공에 존재할 수 있는 용매를 제외하고 실질적으로 용매를 포함하지 않는다 (예를 들어, 이는, 그의 벌크 전체에 걸쳐 용매를 포함하는 겔과 다를 수 있음). 다른 실시양태에서, 세퍼레이터는 겔 형태일 수 있다.
세퍼레이터는 다양한 물질을 포함할 수 있다. 세퍼레이터는 하나 이상의 중합체를 포함할 수 있고(예를 들어, 세퍼레이터는 중합체성일 수 있고, 세퍼레이터는 하나 이상의 중합체로 형성될 수 있음), 및/또는 무기 물질을 포함할 수 있다(예를 들어, 세퍼레이터는 무기 특성일 수 있고, 세퍼레이터는 하나 이상의 무기 물질로 형성됨).
세퍼레이터에 사용될 수 있는 적합한 중합체의 예는 폴리올레핀(예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리(부텐-1), 폴리(n-펜텐-2), 폴리프로필렌, 폴리테트라플루오로에틸렌); 폴리아민(예를 들어, 폴리(에틸렌 이민) 및 폴리프로필렌 이민(PPI)); 폴리아미드(예를 들어, 폴리아미드(나일론), 폴리(α-카프로락탐)(나일론 6), 폴리(헥사메틸렌 아디파미드)(나일론 66)); 폴리이미드(예를 들어, 폴리이미드, 폴리니트릴, 및 폴리(피로멜리이미드-1,4-디페닐 에테르)(캡톤(Kapton)®)(노멕스(NOMEX)®)(케블라(KEVLAR)®)); 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK); 비닐 중합체(예를 들어, 폴리아크릴아미드, 폴리(2-비닐 피리딘), 폴리(N-비닐피롤리돈), 폴리(메틸시아노아크릴레이트), 폴리(에틸시아노아크릴레이트), 폴리(부틸시아노아크릴레이트), 폴리(이소부틸시아노아크릴레이트), 폴리(비닐 아세테이트), 폴리(비닐 알코올), 폴리(비닐 클로라이드), 폴리(비닐 플루오라이드), 폴리(2-비닐 피리딘), 비닐 중합체, 폴리클로로트리플루오로 에틸렌, 및 폴리(이소헥실시아노아크릴레이트)); 폴리아세탈; 폴리에스테르(예를 들어, 폴리카보네이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리히드록시부티레이트); 폴리에테르(폴리(에틸렌 옥사이드)(PEO), 폴리(프로필렌 옥사이드)(PPO), 폴리(테트라메틸렌 옥사이드)(PTMO)); 비닐리덴 중합체(예를 들어, 폴리이소부틸렌, 폴리(메틸 스티렌), 폴리(메틸메타크릴레이트)(PMMA), 폴리(비닐리덴 클로라이드) 및 폴리(비닐리덴 플루오라이드)); 폴리아라미드(예를 들어, 폴리(이미노-1,3-페닐렌 이미노이소프탈로일) 및 폴리(이미노-1,4-페닐렌 이미노테레프탈로일)); 폴리헤테로방향족 화합물(예를 들어, 폴리벤즈이미다졸(PBI), 폴리벤조비스옥사졸(PBO) 및 폴리벤조비스티아졸(PBT)); 폴리헤테로사이클릭 화합물(예를 들어, 폴리피롤); 폴리우레탄; 페놀계 중합체(예를 들어, 페놀-포름알데히드); 폴리알킨(예를 들어, 폴리아세틸렌); 폴리디엔(예를 들어, 1,2-폴리부타디엔, 시스 또는 트랜스-1,4-폴리부타디엔); 폴리실록산(예를 들어, 폴리(디메틸실록산)(PDMS), 폴리(디에틸실록산)(PDES), 폴리디페닐실록산(PDPS), 및 폴리메틸페닐실록산(PMPS)); 및 무기 중합체(예를 들어, 폴리포스파젠, 폴리포스포네이트, 폴리실란, 폴리실라잔)를 포함한다. 일부 실시양태에서, 상기 중합체는 폴리(n-펜텐-2), 폴리프로필렌, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리아미드(예를 들어, 폴리아미드(나일론), 폴리(α-카프로락탐)(나일론 6), 폴리(헥사메틸렌 아디파미드)(나일론 66)), 폴리이미드(예를 들어, 폴리니트릴, 및 폴리(피로멜리티미드-1,4-디페닐 에테르)(캡톤®)(노멕스®)(케블라®)), 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK), 및 이들의 조합물을 포함한다.
적합한 무기 세퍼레이터 물질의 비제한적인 예는 유리 섬유를 포함한다. 예를 들어, 일부 실시양태에서, 전기화학 전지는 유리 섬유 여과지인 세퍼레이터를 포함한다.
존재하는 경우 세퍼레이터는 다공성일 수 있다. 일부 실시양태에서, 세퍼레이터의 기공 크기는 5 마이크론 이하, 3 마이크론 이하, 1 마이크론 이하, 500 nm 이하, 300 nm 이하, 100 nm 이하, 또는 50 nm 이하이다. 일부 실시양태에서, 세퍼레이터의 기공 크기는 50 nm 이상, 100 nm 이상, 300 nm 이상, 500 nm 이상, 1 마이크론 이상, 또는 3 마이크론 이상이다. 다른 값도 가능하다. 상기 언급된 범위의 조합(예를 들어, 5 마이크론 이하 50 nm 이상, 300 nm 이하 100 nm 이상, 1 마이크론 이하 300 nm 이상, 또는 5 마이크론 이하 500 nm 이상)도 가능하다. 일부 실시양태에서, 세퍼레이터는 실질적으로 비-다공성이다. 다시 말해서, 세퍼레이터는 기공이 없고/없거나, 최소한의 기공을 포함하고/하거나, 이의 많은 부분에 기공을 포함할 수 있다.
본 명세서에 기재된 전기화학 전지 및 본 명세서에 기재된 전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품은 인가된 이방성(anisotropic) 힘을 받을 수 있다(예를 들어, 후자의 경우, 전기화학 전지에 포함된 후). 당업계에서 이해되는 바와 같이, "이방성 힘"은 모든 방향에서 동일하지 않은 힘이다. 일부 실시양태에서, 전기화학 전지 및/또는 전기화학 전지를 포함시키기 위한 물품은 (예를 들어, 후자의 경우 전기화학 전지에 포함된 후) 구조적 완전성을 유지하면서 인가된 이방성 힘을 견디도록 구성될 수 있다. 인가된 이방성 힘은 또한, 전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품(예를 들어, 전기화학 전지에 포함된 후)의 형태 및/또는 전기화학 전지 내의 전극(예를 들어, 본 명세서의 다른 곳에서 기술된 전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품을 포함하고/하거나 그로부터 형성된 전극)의 형태를 향상시킬 수 있다. 본 명세서에 기재된 전기화학 전지는, 충전 및/또는 방전 동안 적어도 1 주기 동안 전기화학 전지 내의 전극(예를 들어, 본 명세서의 다른 곳에 기술된 전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품을 포함하고/하거나 그로부터 형성된 전극)의 활성 표면에 수직인 성분을 가진 이방성 힘이 상기 전지에 적용되도록 구성 및 배치될 수 있다.
그러한 일부 경우에, 이방성 힘은, 전기화학 전지 내의 전극(예를 들어, 본 명세서의 다른 곳에서 기술된 전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품을 포함하고/하거나 그로부터 형성된 전극)의 활성 표면에 수직인 성분을 포함한다. 본 명세서에 사용된 용어 "활성 표면"은 전기화학 반응이 일어날 수 있는 전극의 표면을 기술하기 위해 사용된다. 표면에 "수직인 성분"을 갖는 힘은 당업자가 이해할 수 있는 일반적인 의미로 주어지며, 예를 들어 표면에 실질적으로 수직인 방향으로 적어도 부분적으로 자체적으로 발휘되는 힘을 포함한다. 예를 들어, 물체가 테이블 위에 놓여 있고 중력에 의해서만 영향을 받는 수평 테이블의 경우, 상기 물체는 테이블 표면에 본질적으로 완전히 수직인 힘을 가한다. 물체가 수평 테이블 표면을 가로질러 측방향으로 압박되는 경우, 상기 물체는, 수평 표면에 완전히 수직은 아니지만 테이블 표면에 수직인 성분을 포함하는 힘을 테이블에 가한다. 통상의 기술자는 특히 본 개시내용의 설명 내에서 적용되는 이러한 용어의 다른 예를 이해할 것이다. 곡면(예를 들어, 오목면 또는 볼록면)의 경우, 전극의 활성 표면에 수직인 이방성 힘의 성분은, 이방성 힘이 가해지는 지점의 곡면에 대해 접선(tangent)인 평면에 수직인 성분에 해당할 수 있다. 일부 경우에는 하나 이상의 미리 결정된 위치에, 일부 경우에는 전극의 활성 표면에 걸쳐 분포되게, 이방성 힘이 적용될 수 있다. 일부 실시양태에서, 이방성 힘은, 본원의 다른 곳에 기재된 전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품을 포함하고/하거나 그로부터 형성된 전극의 활성 표면 위에 균일하게 적용된다.
본 명세서에 기재된 임의의 전기화학 전지 특성 및/또는 성능 메트릭스는 단독으로 또는 서로 조합하여 달성될 수 있으며, (예를 들어, 전지의 충전 및/또는 방전 동안) 이방성 힘이 전기화학 전지에 인가된다. 일부 실시양태에서, (예를 들어, 전지의 충전 및/또는 방전 동안의 1 주기 이상 동안) 전극(예를 들어, 본 명세서의 다른 곳에 기재된 전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품을 포함하고/하거나 이로부터 형성된 전극) 및/또는 전기화학 전지에 가해지는 이방성 힘은 전극의 활성 표면에 수직인 성분을 포함할 수 있다.
일부 실시양태에서, 전극(예를 들어, 본 명세서의 다른 곳에서 기술된 전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품을 포함하고/하거나 이로부터 형성된 전극)의 활성 표면에 수직인 이방성 힘의 성분은 1kgf/cm2 이상, 2kgf/cm2 이상, 4kgf/cm2 이상, 6kgf/cm2 이상, 7.5kgf/cm2 이상, 8kgf/cm2 이상, 10kgf/cm2 이상, 12kgf/cm2 이상, 14kgf/cm2 이상, 16kgf/cm2 이상, 18kgf/cm2 이상, 20kgf/cm2 이상, 22kgf/cm2 이상, 24kgf/cm2 이상, 26kgf/cm2 이상, 28kgf/cm2 이상, 30kgf/cm2 이상, 32 kgf/cm2 이상, 34kgf/cm2 이상, 36kgf/cm2 이상, 38kgf/cm2 이상, 40kgf/cm2 이상, 42kgf/cm2 이상, 44kgf/cm2 이상, 46kgf/cm2 이상, 48kgf/cm2 이상 또는 그 이상의 압력을 정의한다. 일부 실시양태에서, 활성 표면에 수직인 이방성 힘의 성분은 예를 들어 50kgf/cm2 이하, 48kgf/cm2 이하, 46kgf/cm2 이하, 44kgf/cm2 이하, 42kgf/cm2 이하, 40kgf/cm2 이하, 38kgf/cm2 이하, 36kgf/cm2 이하, 34kgf/cm2 이하, 32kgf/cm2 이하, 30 kgf/cm2 이하, 28kgf/cm2 이하, 26kgf/cm2 이하, 24kgf/cm2 이하, 22kgf/cm2 이하, 20kgf/cm2 이하, 18kgf/cm2 이하, 16kgf/cm2 이하, 14kgf/cm2 이하, 12kgf/cm2 이하, 10kgf/cm2 이하, 8 kgf/cm2 이하, 6 kgf/cm2 이하, 4k, 2kgf/cm2 이하 또는 그 이하의 압력을 정의할 수 있다. 상기 언급된 범위의 조합(예를 들어, 1 kgf/cm2 이상 50 kgf/cm2 이하)도 가능하다. 다른 범위도 가능하다.
충전 및/또는 방전의 적어도 일부 동안 적용되는 이방성 힘은 당업계에 공지된 임의의 방법을 사용하여 적용될 수 있다. 일부 실시양태에서, 상기 힘은 압축 스프링을 사용하여 가해질 수 있다. 상기 힘은, 벨빌(Belleville) 워셔, 기계 나사, 공압 장치 및/또는 추를 포함하되 이에 국한되지 않는 다른 요소를 (용기(containment) 구조물의 내부 또는 외부에) 사용하여 적용될 수 있다. 어떤 경우에는, 전지가 상기 용기 구조에 삽입되기 전에 미리 압축될 수 있으며, 용기 구조에 삽입되면, 전지에 순 힘을 생성하기 위해 팽창할 수 있다. 이러한 힘을 가하기 위한 적절한 방법은 예를 들어, 그 전체가 참고로 여기에 포함되는 미국 특허 9,105,938에 자세히 설명되어 있다.
다음 출원들은 모든 목적을 위해 그 전체가 참고로 여기에 포함된다: 2007년 9월 27일에 공개된 미국 특허 공개 US 2007/0221265(2006년 4월 6일에 출원 번호 11/400,781로 출원되었으며 발명의 명칭이 "충전식 리튬/물, 리튬/공기 배터리"임); 2009년 2월 5일에 공개된 미국 특허 공개 US 2009/0035646(2007년 7월 31일에 출원 번호 11/888,339로 출원되었으며 발명의 명칭이 "배터리의 팽창 억제"임); 2010년 5월 17일에 공개된 미국 특허 공개 US 2010/0129699(2010년 2월 2일에 출원 번호 12/312,674로 출원되었으며, 2013년 12월 31일에 미국 특허 8,617,748로 특허등록되었고, 발명의 명칭이 "전해질의 분리"임); 2010년 11월 18일에 공개된 미국 특허 공개 US 2010/0291442(2010년 7월 30일에 출원 번호 12/682,011로 출원되었고, 2014년 10월 28일에 미국 특허 8,871,387로 특허등록되었고, 발명의 명칭이 "배터리 전극용 프라이머"임); 2009년 8월 31일에 공개된 미국 특허 공개 US 2009/0200986 (2008년 2월 8일에 출원 번호 12/069,335로 출원되었고, 2012년 9월 11일에 미국 특허 8,264,205로 특허등록되었으며, 발명의 명칭이 "에너지 저장 장치의 충전 및/또는 방전 보호을 위한 회로"임); 2007년 9월 27일에 공개된 미국 특허 공개 US 2007/0224502 (2006년 4월 6일에 출원 번호 11/400,025로 출원되었고, 2010년 8월 10일에 미국 특허 7,771,870으로 특허 등록되었으며, 발명의 명칭이 "재충전가능한 리튬 배터리를 포함하는, 수성 및 비-수성 전기화학 전지 둘다에서의 전극 보호”임); 2008년 12월 25일에 공개된 미국 특허 공개 US 2008/0318128 (2007년 6월 22일에 출원 번호 11/821,576으로 출원되었으며, 발명의 명칭이 "리튬 합금/황 배터리"임); 2002년 5월 9일에 공개된 미국 특허 공개 US 2002/0055040 (2001년 2월 27일에 출원 번호 09/795,915로 출원되었으며, 2011년 5월 10일에 미국 특허 7,939,198로 특허등록되었으며, 발명의 명칭이 "신규 복합체 캐소드, 신규 복합체 캐소드를 포함하는 전기화학 전지 및 이를 제조하는 방법"임); 2006년 10월 26일에 공개된 미국 특허 공개 US 2006/0238203 (2005년 4월 20일에 출원 번호 11/111,262로 출원되었고, 2010년 3월 30일에 미국 특허 7,688,075로 특허등록되었으며, 발명의 명칭이 "리튬 황 재충전가능한 배터리 연료 게이지 시스템 및 방법”임); 2008년 8월 7일에 공개된 미국 특허 공개 US 2008/0187663 (2007년 3월 23일에 출원 번호 11/728,197로 출원되었고, 2011년 12월 27일에 미국 특허 8,084,102로 특허등록되었으며, 발명의 명칭이 "중합가능 단량체 및 비-중합가능 담체 용매/염 혼합물/용액의 공동-플래시 증발을 위한 방법"임); 2011년 1월 13일에 공개된 미국 특허 공개 US 2011/0006738 (2010년 9월 23일에 출원 번호 12/679,371로 출원되었고, 발명의 명칭이 "리튬 배터리 및 관련 방법을 위한 전해질 첨가제"임); 2011년 1월 13일에 공개된 미국 특허 공개 US 2011/0008531 (2010년 9월 23일에 출원 번호 12/811,576으로 출원되었고, 2015년 5월 19일에 미국 특허 9,034,421로 특허등록되었으며, 발명의 명칭이 "황 및 탄소 포함 다공성 물질을 포함하는 전극의 형성 방법"임); 2010년 2월 11일에 공개된 미국 특허 공개 US 2010/0035128 (2009년 8월 4일에 출원 번호 12/535,328로 출원되었고, 2015년 8월 11일에 미국 특허 9,105,938로 특허등록되었으며, 발명의 명칭이 "전기화학 전지에서의 힘의 적용" 임); 2011년 7월 15일에 공개된 미국 특허 공개 US 2011/0165471(2008년 7월 25일에 출원 번호 12/180,379로 출원되었고, 발명의 명칭이 "전기화학 전지용 애노드의 보호"임"); 2006년 10월 5일에 공개된 미국 특허 공개 US 2006/0222954(2006년 6월 13일에 출원 번호 11/452,445로 출원되었고, 2013년 4월 9일에 미국 특허 8,415,054로 특허 등록되었으며, 발명의 명칭이 "전기화학 전지용 리튬 애노드"임); 2010년 9월 23일에 공개된 미국 특허 공개 US 2010/0239914 (2010년 3월 19일 출원 번호 12/727,862로 출원되었으며, 발명의 명칭이 "리튬 배터리용 캐소드"임); 2010년 11월 25일에 공개된 미국 특허 공개 US 2010/0294049 (2009년 5월 22일에 출원 번호 12/471,095로 출원되었고, 2012년 1월 3일에 미국 특허 8,087,309로 특허 등록되었으며, 발명의 명칭이 "밀폐 샘플 홀더 및 제어된 대기 환경에서 미세 분석을 수행하는 방법"임); 2011년 3월 31일에 공개된 미국 특허 공개 US 2011/00765560 (2010년 8월 24일에 출원 번호 12/862,581로 출원되었으며, 발명의 명칭이 "황을 포함하는 다공성 구조를 포함하는 전기화학 전지"임); 2011년 3월 24일에 공개된 미국 특허 공개 US 2011/0068001 (2010년 8월 24일에 출원 번호 12/862,513으로 출원되었으며, 발명의 명칭이 "전기화학 전지를 위한 이형 시스템"임); 2012년 3월 1일에 공개된 미국 특허 공개 US 2012/0048729 (2011년 8월 24일에 출원 번호 13/216,559로 출원되었으며, 발명의 명칭이 "전기화학 전지를 위한 전기적 비-전도성 물질"임); 2011년 7월 21일에 공개된 미국 특허 공개 US 2011/0177398 (2010년 8월 24일에 출원 번호 12/862,528로 출원되었고, 발명의 명칭이 "전기화학 전지"임); 2011년 3월 24일에 공개된 미국 특허 공개 US 2011/0070494 (2010년 8월 24일에 출원 번호 12/862,563으로 출원되었으며, 발명의 명칭이 "황을 포함하는 다공성 구조를 포함하는 전기화학 전지"임); 2011년 3월 24일에 공개된 미국 특허 공개 US 2011/0070491 (2010년 8월 24일에 출원 번호 12/862,551로 출원되었으며, 발명의 명칭이 "황을 포함하는 다공성 구조를 포함하는 전기화학 전지"임); 2011년 3월 10일에 공개된 미국 특허 공개 US 2011/0059361 (2010년 8월 24일에 출원 번호 12/862,576으로 출원되었으며, 2015년 4월 14일에 미국 특허 9,005,009로 특허등록되었고, 발명의 명칭이 "황을 포함하는 다공성 구조를 포함하는 전기화학 전지"임); 2012년 3월 22일에 공개된 미국 특허 공개 US 2012/0070746 (2011년 9월 22일에 출원 번호 13/240,113으로 출원되었으며, 발명의 명칭이 "저 전해질 전기화학 전지"임); 2011년 8월 25일에 공개된 미국 특허 공개 US 2011/0206992 (2011년 2월 23일에 출원 번호 13/033,419로 출원되었고, 발명의 명칭이 "에너지 저장 장치를 위한 다공성 구조물"임); 2013년 1월 17일에 공개된 미국 특허 공개 2013/0017441 (2012년 6월 15일에 출원 번호 13/524,662로 출원되었고, 2017년 1월 17일에 미국 특허 9,548,492로 특허등록되었으며, 발명의 명칭이 "전극용 도금 기술"임); 2013년 8월 29일에 공개된 미국 특허 공개 US 2013/0224601 (2013년 2월 14일에 출원 번호 13/766,862로 출원되었으며, 2015년 7월 7일에 미국 특허 9,077,041로 특허등록되었고, 발명의 명칭이 "전기화학 전지용 전극 구조물"임); 2013년 9월 26일에 공개된 미국 특허 공개 US 2013/0252103 (2013년 3월 8일에 출원 번호 13/789,783으로 출원되었으며, 2015년 12월 15일에 미국 특허 9,214,678로 특허등록되었고, 발명의 명칭이 "다공성 지지체 구조물, 이를 포함하는 전극, 및 관련 방법”임); 2013년 4월 18일에 공개된 미국 특허 공개 US 2013/0095380 (2012년 10월 4일에 출원 번호 13/644,933으로 출원되었으며, 2015년 1월 20일에 미국 특허 8.936,870으로 특허등록되었고, 발명의 명칭이 "전극 구조물 및 이의 제조 방법"임); 2014년 5월 8일에 공개된 미국 특허 공개 US 2014/0123477 (2013년 11월 1일에 출원 번호 14/069,698로 출원되었으며, 2015년 4월 14일에 미국 특허 9,005,311로 특허등록되었고, 발명의 명칭이 "전극 활성 표면 전처리"임); 2014년 7월 10일에 공개된 미국 특허 공개 US 2014/0193723 (2014년 1월 8일에 출원 번호 14/150,156으로 출원되었으며, 2017년 1월 31일에 미국 특허 9,559,348로 특허등록되었고, 발명의 명칭이 "전기화학 전지에서의 전도도 제어”임); 2014년 9월 11일에 공개된 미국 특허 공개 US 2014/0255780 (2014년 3월 5일에 출원 번호 14/197,782로 출원되었고, 2016년 11월 6일에 미국 특허 9,490,478로 특허등록되었으며, 발명의 명칭이 "피브릴 물질을 포함하는 전기화학 전지"임); 2014년 9월 18일에 공개된 미국 특허 공개 US 2014/0272594, 2013년 3월 15일에 출원 번호 13/833,377로 출원되었으며, 발명의 명칭이 "전극을 위한 보호 구조"임); 2014년 9월 18일에 공개된 미국 특허 공개 US 2014/0272597 (2014년 3월 13일에 출원 번호 14/209,274로 출원되었으며, 발명의 명칭이 "보호된 전극 구조물 및 방법"임); 2014년 7월 10일에 공개된 미국 특허 공개 US 2014/0193713 (2014년 1월 8일에 출원 번호 14/150,196으로 출원되었고, 2016년 12월 27일에 미국 특허 9,531,009로 특허등록되었으며, 발명의 명칭이 "전기화학 전지에서의 전극의 부동태화"임); 2014년 9월 18일에 공개된 미국 특허 공개 US 2014/0272565 (2014년 3월 13일에 출원 번호 14/209,396으로 출원되었으며, 발명의 명칭이 "보호된 전극 구조물"임); 2015년 1월 8일에 공개된 미국 특허 공개 US 2015/0010804 (2014년 7월 3일 출원 번호 14/323,269로 출원되었고, 발명의 명칭이 "재충전가능 리튬 배터리 포함한 전기화학 전지에서의 전극 보호를 위한 세라믹/고분자 매트릭스"임); 2015년 2월 12일에 공개된 미국 특허 공개 US 2015/044517 (2014년 8월 8일에 출원 번호 14/455,230으로 출원되었으며, 발명의 명칭이 "전기화학 전지의 자가 치유성 전극 보호"임); 2015년 8월 20일에 공개된 미국 특허 공개 US 2015/0236322 (2014년 2월 19일에 출원 번호 14/184,037로 출원되었으며, 발명의 명칭이 "전해질 억제성 이온 전도체를 사용한 전극 보호"임); 및 2016년 3월 10일에 공개된 미국 특허 공개 US 2016/0072132 (2015년 9월 9일에 출원 번호 14/848,659로 출원되었고, 발명의 명칭이 "리튬 이온 전기화학 전지에서의 보호층, 및 관련 전극 및 방법"임).
실시예 1
모듈형 리튬 침착 시스템에서 리튬 금속을 포함하는 층을 CO2와 반응시킴으로써 다양한 부동태화 층의 형성, 이들의 화학적 조성, 및 이들의 전기화학 전지에서의 성능을 설명한다.
모듈형 리튬 침착 시스템을 사용하여 두께가 25 마이크론인 리튬 금속을 포함하는 층을 기재 상에 침착시켰다. 그 다음, 리튬 금속을 포함하는 층을 리튬과 반응성인 기체에 노출시켜 그 위에 배치된 부동태화 층을 형성하였다.
이들 층은 도 22 내지 28에 도시되어 있다. 도 22는, 리튬 금속을 포함하는 층의, 그 위에 배치된 부동태화 층의 형성 전의 주사 전자 현미경 사진이다. 도 23 내지 24는, 리튬 금속을 포함하는 층의, 그 위에 배치된 부동태화 층의 형성을 초래한 CO2 노출 후의 주사 전자 현미경 사진이다. 도 24에 도시된 리튬 금속을 포함하는 층은, 도 23에 도시된 리튬 금속을 포함하는 층보다 더 많은 양의 CO2에 노출되었다. 도 25 내지 28은, 리튬 금속을 포함하는 추가 층들의, 그 위에 배치된 부동태화 층을 형성하기 위해 CO2에 노출된 후의 주사 전자 현미경 사진이다.
도 22 내지 24에 도시된 물품의 표면 및 벌크 둘 모두의 화학적 조성이 에너지 분산 분광법에 의해 결정되었다. 결과 플롯은 도 29 내지 34에 도시되어 있다. 아래 표 1은 이러한 플롯에 표시된 데이터를 요약한 것이다.
측정을 도시하는 도면 샘플 측정 유형 원소
(피크 유형)		 Wt% At% 오차%
도 28 도 21 표면 C (K) 7.13 9.28 27.86
도 28 도 21 표면 O (K) 92.87 99.6 2.14
도 29 도 21 벌크 O (K) 199 100
도 30 도 22 표면 C (K) 7.39 9.61 27.78
도 30 도 22 표면 O (K) 92.61 90.39 2.22
도 31 도 22 벌크 C (K) 0.37 0.49 29.89
도 31 도 22 벌크 O (K) 99.63 99.51 0.11
도 32 도 23 표면 C (K) 15.16 19.22
도 32 도 23 표면 O (K) 84.84 80.78
도 33 도 23 벌크 C (K) 2.36 3.08 29.29
도 33 도 23 벌크 O (K) 88.32 88.5 3.5
도 33 도 23 벌크 N (K) 9.31 01.42 27.21
리튬 금속을 포함하는 층 및 그 위에 배치된 부동태화 층을 포함하는 물품은 전기화학 전지에 그 안의 애노드로서 혼입되었다. 한 세트의 전기화학 전지는 리튬 철 포스페이트 캐소드 및 에틸렌 카보네이트를 포함하는 전해질을 추가로 포함하였다. 이 전기화학 전지는 사이클링되었다. 도 35는 이들 전지에 대한 사이클의 함수로서의 방전 용량을 도시한다. 도 35에서, 더 적은 양의 CO2 에 노출된 리튬 금속을 포함하는 층(예를 들어, 도 23에 도시된 것과 유사한 구조 형태를 가짐)을 포함하는 전기화학 전지로부터의 데이터는 블랙 다이아몬드로 표시되고; 더 많은 양의 CO2 에 노출된 리튬 금속을 포함하는 층(예를 들어, 도 24에 도시된 것과 유사한 구조 형태를 가짐)을 포함하는 전기화학 전지로부터의 데이터는 회색 원으로 표시된다. 도 35의 상부의 데이터 세트는, 전기화학 전지를 120mA 방전 및 30mA 재충전의 속도로 사이클링함으로써 얻었고, 하부의 데이터 세트는 전기화학 전지를 300mA 방전 및 75mA 재충전의 속도로 사이클링함으로써 얻었다.
전기화학 전지의 또 다른 세트는, 리튬 코발트 산화물 캐소드 및 에틸렌 카보네이트 전해질을 추가로 포함하였다. 이들 전기화학 전지는 사이클링되었고, 도 36은 이들 전지에 대한 사이클의 함수로서의 방전 용량을 도시한다. 도 35에서와 같이, 더 적은 양의 CO2 에 노출된 리튬 금속을 포함하는 층(예를 들어, 도 23에 도시된 것과 유사한 구조 형태를 가짐)을 포함하는 전기화학 전지로부터의 데이터는 블랙 다이아몬드로 표시되고; 더 많은 양의 CO2 에 노출된 리튬 금속을 포함하는 층(예를 들어, 도 24에 도시된 것과 유사한 구조 형태를 가짐)을 포함하는 전기화학 전지로부터의 데이터는 회색 원으로 표시된다. 또한, 도 35에서와 같이, 전기화학 전지의 각 유형에 대한 상부의 데이터 세트는 120mA 방전 및 30mA 재충전의 속도로 전기화학 전지를 사이클링함으로써 얻었고, 하부의 데이터 세트는 전기화학 전지를 300mA 방전 및 75mA 재충전의 속도로 사이클링하여 얻었다.
전기화학 전지의 세 번째 세트는, 니켈 코발트 망간(NCM 622) 캐소드 및 에틸렌 카보네이트 전해질을 추가로 포함했다. 이 전기화학 전지는 300mA 방전 및 100mA 재충전의 속도로 순환되었다. 도 37은 이들 전지에 대한 사이클의 함수로서의 방전 용량을 도시한다.
실시예 2
이 실시예는 모듈형 리튬 침착 시스템에서 리튬 금속을 포함하는 층을 CO2 와 반응시켜 형성된 다양한 부동태화 층의 형태를 설명한다.
다양한 양의 CO2 와 리튬 금속을 포함하는 층을 반응시킴으로써 일련의 부동태화 층을 형성하였다. 도 38 내지 41은 CO2 노출을 증가시키는 순서의 일련의 이러한 부동태화 층의 주사 전자 현미경 사진이다. 도 42 및 43은 리튬 금속을 포함하는 층을 CO2 와 반응시킴으로써 형성된 부동태화 층의 추가 예를 도시한다.
실시예 3
이 실시예는 모듈형 리튬 침착 시스템에서 리튬 금속을 포함하는 층을 다양한 기체와 반응시켜 형성된 다양한 부동태화 층의 형태를 설명한다.
리튬 금속을 포함하는 층을 다양한 상이한 기체와 반응시켰다. 도 44 및 45는 SO₂에 노출된 리튬 금속을 포함하는 층의 주사 전자 현미경 사진이다 (도 45에 도시된 물품은 도 44에 도시된 물품보다 더 많은 SO₂에 노출됨). 도 46 및 47은 COS에 노출된 리튬 금속을 포함하는 층의 주사 전자 현미경 사진이다(도 47에 도시된 물품은 도 46에 도시된 물품보다 더 많은 COS에 노출됨). 도 48은 SF6 에 노출된 리튬 금속을 포함하는 층의 주사 전자 현미경 사진이다. 도 49는 아세틸렌에 노출된 리튬 금속을 포함하는 층의 주사 전자 현미경 사진이다.
실시예 4
리튬 금속을 포함하는 기체 및 리튬 금속과 반응성인 기체의 혼합물로부터 층을 침착하여 리튬 금속 및 리튬 금속을 부동태화하는 세라믹 둘 다를 포함하는 단일 층을 형성함으로써 형성된 다양한 부동태화 층의 형태를 설명한다.
제1 실험에서, 기체 리튬 금속 및 CO2는 함께 모듈형 리튬 침착 시스템의 모듈에 도입되어 리튬 금속 및 리튬 금속과 CO2의 반응에 의해 형성된 세라믹 모두를 포함하는 층을 형성했다. 도 50 및 도 51은 생성된 층의 측면도를 도시하고 도 52 및 도 53은 평면도를 도시한다.
제2 실험에서, 기체 리튬 금속, CO2 및 아르곤이 함께 모듈형 리튬 침착 시스템의 모듈에 도입되어 리튬 금속 및 리튬 금속과 CO2의 반응에 의해 형성된 세라믹 모두를 포함하는 층을 형성했다. 도 54 및 55는 생성된 층의 측면도를 도시하고 도 56은 평면도를 도시한다.
실시예 5
이 실시예는 특정 유틸리티를 가질 수 있는 모듈형 리튬 침착 시스템의 몇 가지 특정 구성을 보여준다.
도 57은, 왼쪽에서 오른쪽으로 순서대로 롤로부터 기재가 풀리도록 구성된 챔버, 또는 하나 이상의 층이 침착될 수 있는 2개의 챔버, 기재가 롤 주위에 감기도록 구성된 챔버인 3개의 모듈을 포함하는 모듈형 리튬 침착 시스템의 한 예의 단면도를 보여준다. 도 58은 이와 동일한 모듈형 리튬 침착 시스템의 분해도를 보여준다.
도 59는 복수의 드럼(drum), 리튬 금속 공급원("침착 공급원" 및 "리튬 '트림' 공급원"으로 지칭됨), 기체 공급원("기체 매니폴드"로 지칭됨), 및 두께 센서의, 하나의 가능한 배열을 도시한다.
본 발명의 여러 가지 실시양태가 본원에서 기술되고 예시되었지만, 당업자는 기능을 수행하고/하거나 본원에서 기술되는 결과 및/또는 하나 이상의 이점을 얻기 위한 다양한 다른 수단 및/또는 구조를 쉽게 구상할 수 있을 것이며, 각각의 이러한 변형 및/또는 수정은 본 발명의 범위 내에 속하는 것으로 간주된다. 보다 일반적으로, 당업자는 본원에서 기술되는 모든 파라미터, 치수, 물질, 및 구성이 예시적이고, 실제 파라미터, 치수, 물질, 및/또는 구성은 특정 응용 분야 또는 본 발명의 교시 내용이 사용되는 응용 분야에 의존할 것이라는 사실을 의미한다는 것을 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 당업자는 본원에서 기술되는 본 발명의 특정 실시양태에 대한 많은 등가물을 단지 일상적인 실험만을 사용하여 인식하거나 또는 확인할 수 있을 것이다. 따라서, 전술한 실시양태는 단지 예로서 제시된 것이고, 첨부된 청구범위 및 그에 대한 균등물의 범위 내에서, 본 발명은 구체적으로 기술되고 청구된 것과 다르게 실시될 수 있음을 이해해야 한다. 본 발명은 본원에서 기술되는 각각의 개별적인 특징, 시스템, 물품, 물질, 및/또는 방법에 관한 것이다. 또한, 이러한 특징, 시스템, 물품, 물질, 및/또는 방법 중 둘 이상의 임의의 조합은, 이러한 특징, 시스템, 물품, 물질, 및/또는 방법이 상호 모순되지 않는 한, 본 발명의 범위 내에 포함된다.
본원에서 정의되고 사용되는 모든 정의는 사전적 정의, 참조로 통합된 문서의 정의 및/또는 정의된 용어의 일반적인 의미에 대해 제어하는 것으로 이해되어야 하다.
명세서 및 청구범위에서 사용된 단수형은 명백하게 반대로 표시되지 않는 한 "하나 이상"을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
명세서 및 청구범위에서 사용된 "및/또는"이라는 문구는 그렇게 결합된 요소, 즉 일부 경우에는 결합적으로 존재하고 다른 경우에는 분리되어 존재하는 요소의 "어느 하나 또는 둘 모두"를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. "및/또는" 절에 의해 구체적으로 식별된 요소 이외의 다른 요소가 선택적으로 존재할 수 있으며, 반대로 명확하게 표시되지 않는 한 구체적으로 식별된 요소와 관련이 있든 없든 상관이 없다. 따라서, 비제한적인 예로서, "포함하는"과 같은 개방형 언어와 함께 사용되는 경우 "A 및/또는 B"에 대한 언급은 한 양태에서 B 없이 A(임의적으로 B 이외의 요소를 포함함); 또 다른 양태에서, A 없이 B(임의적으로 A 이외의 요소를 포함함); 또 다른 양태에서, A와 B 모두(임의적으로 다른 요소들을 포함함) 등을 나타낼 수 있다.
본 명세서 및 청구범위에서 사용된 "또는"은 상기 정의된 "및/또는"과 동일한 의미를 갖는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 목록에서 항목을 분리할 때 "또는" 또는 "및/또는"은 포괄적인 것, 즉 요소의 개수 또는 목록, 및 임의적으로, 목록에 없는 추가 항목 중 1개 이상, 또한 1개 초과의 포함으로 해석되어야 한다. "~ 중 하나만" 또는 "~ 중 정확히 하나" 또는 청구범위에서 사용되는 경우 "~로 구성된"과 같이 명확하게 반대되는 용어만 숫자 또는 목록의 정확히 하나의 요소를 포함하는 것을 나타낸다. 일반적으로 여기에서 사용된 용어 "또는"은 "둘 중 하나", "둘 중 하나", "단 하나" 또는 "정확히 하나”와 같은 배타적 용어가 앞에 오는 경우 배타적 대안(즉, "하나 또는 다른 하나, 둘 모두는 아님")을 나타내는 것으로만 해석된다. "본질적으로 ~로 구성된"은 청구범위에서 사용될 때 특허법 분야에서 사용되는 일반적인 의미를 갖는다.
명세서 및 청구범위에서 본 명세서에 사용된 바와 같이, 하나 이상의 요소의 목록과 관련하여 "하나 이상"이라는 문구는 본원의 요소 중 임의의 하나 이상의 요소로부터 선택된 하나 이상의 요소를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 요소 목록, 그러나 요소 목록 내에 구체적으로 나열된 각각의 모든 요소 중 하나 이상을 반드시 포함해야 하는 것은 아니며 요소 목록의 요소 조합을 제외하지도 않는다. 이 정의는 또한 "하나 이상"라는 문구가 언급하는 요소 목록 내에서 구체적으로 식별된 요소와 관련이 있든 없든, 요소 목록 내에서 구체적으로 식별된 요소 이외의 요소가 선택적으로 존재할 수 있음을 허용한다. 따라서, 비제한적인 예로서, "A 및 B 중 하나 이상"(또는 동등하게 "A 또는 B 중 하나 이상", 또는 동등하게 "A 및/또는 B 중 하나 이상")은, 한 양태에서, B 없이 1개 초과(임의적으로 1개 초과 포함)의 A(임의적으로 B 이외의 요소를 포함함); 또 다른 양태에서, A 없이 1개 초과(임의적으로 1개 초과 포함)의 B(임의적으로 A 이외의 요소를 포함함); 또 다른 양태에서, 1개 이상, 1개 초과(임의적으로 1개 초과 포함)의 A, 및 1개 초과(임의적으로 1개 초과 포함)의 B 등을 나타낸다.
또한 명확하게 반대로 표시되지 않는 한, 하나 이상의 단계 또는 행위를 포함하는 본 명세서에 청구된 모든 방법에서, 방법의 단계 또는 행위의 순서는 반드시 단계 또는 행위의 순서로 제한되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 방법의 행위가 낭독된다.
청구범위 및 명세서에서 "포함하는", "비롯한", "보유하는", "갖는", "함유하는", "수반하는", "소유하는", "구성된" 등과 같은 모든 전환 어구는 개방형, 즉 포함하지만 이에 제한되지 않는 의미로 이해된다. 미국 특허청 특허 심사 절차 매뉴얼, 섹션 2111.03에 명시된 바와 같이 "~로 구성되는" 및 "본질적으로 구성되는"이라는 전환 어구만 각각 폐쇄형 또는 반 폐쇄형 전환 어구일 것이다.

Claims (143)

  1. 전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품으로서,
    리튬 금속을 포함하는 층; 및
    상기 리튬 금속을 포함하는 층 상에 배치된 부동태화 층
    을 포함하고, 상기 부동태화 층은 붕소, 인, 안티몬, 셀레늄, 텔루륨, 수소 및/또는 할로겐을 포함하는, 물품.
  2. 전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품으로서,
    리튬 금속을 포함하는 층; 및
    상기 리튬 금속을 포함하는 층 상에 배치된 부동태화 층
    을 포함하고, 상기 부동태화 층은 0.5 이상 5 이하의 종횡비(aspect ratio)를 갖는 복수의 기둥형 구조(columnar structure)를 포함하는, 물품.
  3. 전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품으로서,
    리튬 금속을 포함하는 전기활성 층으로서, 이때 상기 층은 다공성이고, 상기 층은 붕소, 인, 안티몬, 셀레늄, 텔루륨, 수소, 및/또는 할로겐을 추가로 포함하는, 전기활성 층
    을 포함하는, 물품.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    전기활성 층 상에 배치된 부동태화 층
    을 추가로 포함하는, 전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 기둥은, 부동태화 층을 통해 서로 위상적(topological)으로 접촉하는 적어도 2개의 기둥을 포함하는, 전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 기둥은, 부동태화 층을 통해 서로 위상적으로 접촉하는 기둥을 함유하지 않는, 전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부동태화 층이 다공성인, 전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부동태화 층은 0.01 마이크론 이상 5 마이크론 이하의 두께를 갖는, 전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기활성 층이, 비-전기활성(non-electroactive)인 복수의 영역 및 전기활성인 복수의 영역을 포함하는, 전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기활성 영역이 리튬 금속을 포함하는, 전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비-전기활성 영역이 세라믹을 포함하는, 전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 세라믹이 붕소, 인, 안티몬, 셀레늄, 텔루륨, 수소, 및/또는 할로겐을 포함하는, 전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기활성 영역이 상기 비-전기활성 영역과 서로 혼합되는, 전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기활성 층이 1 마이크론 이상 50 마이크론 이하의 두께를 갖는, 전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기활성 층이 집전체(current collector) 상에 직접 배치되는, 전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    리튬 금속, 부동태화 층, 및/또는 세라믹을 포함하는 상기 층이 산소를 포함하는, 전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    리튬 금속, 부동태화 층, 및/또는 세라믹을 포함하는 상기 층이 산소 및 탄소를 포함하는, 전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    리튬 금속, 부동태화 층, 및/또는 세라믹을 포함하는 상기 층이 산소 및 수소를 포함하는, 전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    리튬 금속, 부동태화 층, 및/또는 세라믹을 포함하는 상기 층이 황 및 산소를 포함하는, 전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    리튬 금속, 부동태화 층, 및/또는 세라믹을 포함하는 상기 층이 황 및 탄소를 포함하는, 전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    리튬 금속, 부동태화 층, 및/또는 세라믹을 포함하는 상기 층이 황, 산소 및 탄소를 포함하는, 전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품.
  22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    리튬 금속, 부동태화 층, 및/또는 세라믹을 포함하는 상기 층이 수소를 포함하는, 전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품.
  23. 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    리튬 금속, 부동태화 층, 및/또는 세라믹을 포함하는 상기 층이 질소를 포함하는, 전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품.
  24. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    리튬 금속, 부동태화 층, 및/또는 세라믹을 포함하는 상기 층이 질소 및 산소를 포함하는, 전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품.
  25. 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    리튬 금속, 부동태화 층, 및/또는 세라믹을 포함하는 상기 층이 질소 및 수소를 포함하는, 전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품.
  26. 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
    리튬 금속, 부동태화 층, 및/또는 세라믹을 포함하는 상기 층이 불소 및 황을 포함하는, 전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품.
  27. 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
    리튬 금속, 부동태화 층, 및/또는 세라믹을 포함하는 상기 층이 불소, 탄소 및 수소를 포함하는, 전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품.
  28. 제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
    리튬 금속, 부동태화 층, 및/또는 세라믹을 포함하는 상기 층이 불소 및 규소를 포함하는, 전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품.
  29. 제1항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,
    리튬 금속, 부동태화 층, 및/또는 세라믹을 포함하는 상기 층이 탄소 및 수소를 포함하는, 전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품.
  30. 제1항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서,
    리튬 금속을 포함하는 상기 층에서 탄소 대 산소의 비율이 0 이상 0.1 이하인, 전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품.
  31. 제1항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,
    리튬 금속, 부동태화 층, 및/또는 세라믹을 포함하는 상기 층에서 탄소 대 산소의 비율이 0.01 이상 0.5 이하인, 전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품.
  32. 제1항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서,
    리튬 금속을 포함하는 상기 층에서 탄소 대 황의 비율이 0 이상 0.1 이하인, 전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품.
  33. 제1항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서,
    리튬 금속, 부동태화 층, 및/또는 세라믹을 포함하는 상기 층에서 탄소 대 황의 비율이 0.01 이상 0.45 이하인, 전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품.
  34. 제1항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서,
    리튬 금속을 포함하는 상기 층에서 탄소 대 불소의 비율이 0 이상 0.1 이하인, 전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품.
  35. 제1항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서,
    리튬 금속, 부동태화 층, 및/또는 세라믹을 포함하는 상기 층에서 탄소 대 불소의 비율이 0.01 이상 40 이하인, 전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품.
  36. 제1항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서,
    리튬 금속을 포함하는 상기 층의 탄성의 탄성 모듈러스가 4.9GPa 미만인, 전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품.
  37. 제1항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서,
    리튬 금속을 포함하는 상기 층의 탄성의 탄성 모듈러스가 4GPa 이하인, 전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품.
  38. 제1항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서,
    리튬 금속을 포함하는 상기 층이 ASTM 3359에 기술된 테이프 시험 동안 균열, 기재 박리(flake off) 및/또는 탈층(delaminate)되지 않는, 전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품.
  39. 제1항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서,
    리튬을 포함하는 상기 층이 1 마이크론 이상 50 마이크론 이하의 두께를 갖는, 전기화학 전지에 포함시키기 위한 물품.
  40. 리튬 금속을 포함하는 층을 부동태화하는 방법으로서,
    리튬 금속을 포함하는 층을, 그 위에 배치된 부동태화 층을 형성하도록 기체에 노출시키는 단계로서, 이때 상기 기체는 붕소, 인, 안티몬, 셀레늄, 텔루륨, 수소, 및/또는 할로겐을 포함하는 종을 포함하는, 단계
    를 포함하는 방법.
  41. 리튬 금속을 포함하는 층을 부동태화하는 방법으로서,
    리튬 금속을 포함하는 층을, 그 위에 배치된 부동태화 층을 형성하도록 기체에 노출시키는 단계로서, 이때 상기 부동태화 층은 종횡비가 0.5 이상 1 이하인 복수의 기둥을 포함하는, 단계
    를 포함하는 방법.
  42. 전기활성 층을 침착시키는 방법으로서,
    복수의 기체로부터 전기활성 층을 침착시키는 단계로서, 이때 상기 전기활성 층은 다공성이고; 상기 복수의 기체는 리튬을 포함하고; 상기 복수의 기체는 붕소, 인, 안티몬, 셀레늄, 텔루륨, 수소 및/또는 할로겐을 포함하는 종을 포함하는, 단계
    를 포함하는 방법.
  43. 제40항 내지 제42항 중 어느 한 항에 있어서,
    전기활성 층 상에 부동태화 층을 침착시키는 단계
    를 추가로 포함하는 방법.
  44. 제40항 내지 제43항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 기둥은, 부동태화 층을 통해 서로 위상적으로 접촉하는 적어도 2개의 기둥을 포함하는, 방법.
  45. 제40항 내지 제44항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 기둥은, 부동태화 층을 통해 서로 위상적으로 접촉하는 기둥을 함유하지 않는 것인, 방법.
  46. 제40항 내지 제45항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부동태화 층이 다공성인, 방법.
  47. 제40항 내지 제46항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부동태화 층은 0.01 마이크론 이상 5 마이크론 이하의 두께를 갖는, 방법.
  48. 제40항 내지 제47항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기활성 층이, 비-전기활성인 복수의 영역 및 전기활성인 복수의 영역을 포함하는, 방법.
  49. 제40항 내지 제48항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기활성 영역이 리튬 금속을 포함하는, 방법.
  50. 제40항 내지 제49항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비-전기활성 영역이 세라믹을 포함하는, 방법.
  51. 제40항 내지 제50항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 세라믹이 붕소, 인, 안티몬, 셀레늄, 텔루륨, 수소, 및/또는 할로겐을 포함하는, 방법.
  52. 제40항 내지 제51항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기활성 영역이 비-전기활성 영역과 서로 혼합되는(intermixed), 방법.
  53. 제40항 내지 제52항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기활성 층이 1 마이크론 이상 50 마이크론 이하의 두께를 갖는, 방법.
  54. 제40항 내지 제53항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기활성 층이 집전체 상에 직접 배치되는, 방법.
  55. 제40항 내지 제54항 중 어느 한 항에 있어서,
    리튬 금속, 부동태화 층, 및/또는 세라믹을 포함하는 상기 층이 산소를 포함하는, 방법.
  56. 제40항 내지 제55항 중 어느 한 항에 있어서,
    리튬 금속, 부동태화 층, 및/또는 세라믹을 포함하는 상기 층이 산소 및 탄소를 포함하는, 방법.
  57. 제40항 내지 제56항 중 어느 한 항에 있어서,
    리튬 금속, 부동태화 층, 및/또는 세라믹을 포함하는 상기 층이 산소 및 수소를 포함하는, 방법.
  58. 제40항 내지 제57항 중 어느 한 항에 있어서,
    리튬 금속, 부동태화 층, 및/또는 세라믹을 포함하는 상기 층이 황 및 산소를 포함하는, 방법.
  59. 제40항 내지 제58항 중 어느 한 항에 있어서,
    리튬 금속, 부동태화 층, 및/또는 세라믹을 포함하는 상기 층이 황 및 탄소를 포함하는, 방법.
  60. 제40항 내지 제59항 중 어느 한 항에 있어서,
    리튬 금속, 부동태화 층, 및/또는 세라믹을 포함하는 상기 층이 황, 산소 및 탄소를 포함하는, 방법.
  61. 제40항 내지 제60항 중 어느 한 항에 있어서,
    리튬 금속, 부동태화 층, 및/또는 세라믹을 포함하는 상기 층이 수소를 포함하는, 방법.
  62. 제40항 내지 제61항 중 어느 한 항에 있어서,
    리튬 금속, 부동태화 층, 및/또는 세라믹을 포함하는 상기 층이 질소를 포함하는, 방법.
  63. 제40항 내지 제62항 중 어느 한 항에 있어서,
    리튬 금속, 부동태화 층, 및/또는 세라믹을 포함하는 상기 층이 질소 및 산소를 포함하는, 방법.
  64. 제40항 내지 제63항 중 어느 한 항에 있어서,
    리튬 금속, 부동태화 층, 및/또는 세라믹을 포함하는 상기 층이 질소 및 수소를 포함하는, 방법.
  65. 제40항 내지 제64항 중 어느 한 항에 있어서,
    리튬 금속, 부동태화 층, 및/또는 세라믹을 포함하는 상기 층이 불소 및 황을 포함하는, 방법.
  66. 제40항 내지 제65항 중 어느 한 항에 있어서,
    리튬 금속, 부동태화 층, 및/또는 세라믹을 포함하는 상기 층이 불소, 탄소 및 수소를 포함하는, 방법.
  67. 제40항 내지 제66항 중 어느 한 항에 있어서,
    리튬 금속, 부동태화 층, 및/또는 세라믹을 포함하는 상기 층이 불소 및 규소를 포함하는, 방법.
  68. 제40항 내지 제67항 중 어느 한 항에 있어서,
    리튬 금속, 부동태화 층, 및/또는 세라믹을 포함하는 상기 층이 탄소 및 수소를 포함하는, 방법.
  69. 제40항 내지 제68항 중 어느 한 항에 있어서,
    리튬 금속을 포함하는 층에서 탄소 대 산소의 비율이 0 이상 0.1 이하인, 방법.
  70. 제40항 내지 제69항 중 어느 한 항에 있어서,
    리튬 금속, 부동태화 층, 및/또는 세라믹을 포함하는 상기 층에서 탄소 대 산소의 비율이 0.01 이상 0.5 이하인, 방법.
  71. 제40항 내지 제70항 중 어느 한 항에 있어서,
    리튬 금속을 포함하는 상기 층에서 탄소 대 황의 비율이 0 이상 0.1 이하인, 방법.
  72. 제40항 내지 제71항 중 어느 한 항에 있어서,
    리튬 금속, 부동태화 층, 및/또는 세라믹을 포함하는 상기 층에서 탄소 대 황의 비율이 0.01 이상 0.45 이하인, 방법.
  73. 제40항 내지 제72항 중 어느 한 항에 있어서,
    리튬 금속을 포함하는 상기 층에서 탄소 대 불소의 비율이 0 이상 0.1 이하인, 방법.
  74. 제40항 내지 제73항 중 어느 한 항에 있어서,
    리튬 금속, 부동태화 층, 및/또는 세라믹을 포함하는 상기 층에서 탄소 대 불소의 비율이 0.01 이상 40 이하인, 방법.
  75. 제40항 내지 제74항 중 어느 한 항에 있어서,
    리튬 금속을 포함하는 상기 층의 탄성의 탄성 모듈러스가 4.9GPa 미만인, 방법.
  76. 제40항 내지 제75항 중 어느 한 항에 있어서,
    리튬 금속을 포함하는 상기 층의 탄성의 탄성 모듈러스가 4GPa 이하인, 방법.
  77. 제40항 내지 제76항 중 어느 한 항에 있어서,
    리튬 금속을 포함하는 상기 층이 ASTM 3359에 기술된 테이프 시험 동안에 균열, 기재 박리 및/또는 탈층되지 않는, 방법.
  78. 제40항 내지 제77항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 기체가 불활성 기체를 추가로 포함하는, 방법.
  79. 제40항 내지 제78항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 기체가 헬륨 및/또는 아르곤을 추가로 포함하는, 방법.
  80. 제40항 내지 제79항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 기체가 CO₂를 포함하는, 방법.
  81. 제40항 내지 제80항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 기체가 O₂를 포함하는, 방법.
  82. 제40항 내지 제81항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 기체가 H2O를 포함하는, 방법.
  83. 제40항 내지 제82항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 기체가 COS를 포함하는, 방법.
  84. 제40항 내지 제83항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 기체가 SO₂를 포함하는, 방법.
  85. 제40항 내지 제84항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 기체가 CS₂를 포함하는, 방법.
  86. 제40항 내지 제85항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 기체가 H₂를 포함하는, 방법.
  87. 제40항 내지 제86항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 기체가 N₂를 포함하는, 방법.
  88. 제40항 내지 제87항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 기체가 N2O를 포함하는, 방법.
  89. 제40항 내지 제88항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 기체가 NH₃를 포함하는, 방법.
  90. 제40항 내지 제89항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 기체가 SF6을 포함하는, 방법.
  91. 제40항 내지 제90항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 기체가 프레온을 포함하는, 방법.
  92. 제40항 내지 제91항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 기체가 플루오로벤젠을 포함하는, 방법.
  93. 제40항 내지 제92항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 기체가 SiF4를 포함하는, 방법.
  94. 제40항 내지 제93항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 기체가 C2H₂를 포함하는, 방법.
  95. 제40항 내지 제94항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 기체는 플라즈마에 의해 활성화된 기체를 포함하는, 방법.
  96. 제40항 내지 제95항 중 어느 한 항에 있어서,
    리튬을 포함하는 상기 층이 1 마이크론 이상 50 마이크론 이하의 두께를 갖는, 방법.
  97. 제1 모듈;
    제2 모듈;
    리튬 공급원; 및
    상기 제1 모듈 및 상기 제2 모듈을 통과하는 롤-투-롤 핸들링 시스템(roll-to-roll handling system)
    을 포함하고, 여기서 상기 제1 및 제2 모듈은 서로 유체 연통하게 가역적으로 배치되도록 구성되는, 모듈형 리튬 침착 시스템(modular lithium deposition system).
  98. 모듈형 리튬 침착 시스템에서 제1 모듈 내의 기재의 제1 부분 상에 리튬 및/또는 이의 반응 생성물을 포함하는 층을 침착시키는 단계를 포함하는 방법으로서,
    리튬 금속 및/또는 이의 반응 생성물을 포함하는 상기 층은 기체로부터 침착되고,
    상기 기재의 제2 부분이 제2 모듈에서 상기 기체에 노출되지 않고,
    상기 모듈형 리튬 침착 시스템은 추가로 리튬 금속 공급원 및 제1 및 제2 모듈을 통과하는 롤-투-롤 핸들링 시스템을 추가로 포함하는, 방법.
  99. 복수의 모듈;
    리튬 공급원; 및
    상기 복수의 모듈을 통과하는 롤-투-롤 핸들링 시스템
    을 포함하고, 여기서 상기 롤-투-롤 핸들링 시스템은, 상기 복수의 모듈을 통해 기재를 병진 이동시키도록 구성된 복수의 드럼을 포함하고, 상기 복수의 드럼 내의 각각의 드럼은 냉각 시스템과 열 소통하고, 상기 냉각 시스템은 상기 복수의 드럼 내의 각각의 드럼을 -35℃ 이상 60℃ 이하의 온도로 유지하도록 구성되는, 모듈형 리튬 침착 시스템.
  100. 진공 챔버;
    리튬 금속 공급원; 및
    진공 챔버를 통과하는 롤-투-롤 핸들링 시스템
    을 포함하고, 여기서 상기 리튬 금속 공급원은 용기에 포함되고, 상기 용기는, 상기 용기의 하나 이상의 벽 내에 배열된 복수의 냉각 채널을 포함하는 냉각 시스템을 포함하고, 상기 냉각 채널은 상기 용기의 외부 표면을 50℃ 이하 15℃ 이상의 온도로 냉각하도록 구성된, 모듈형 리튬 침착 시스템.
  101. 진공 챔버;
    리튬 금속 공급원; 및
    진공 챔버를 통과하는 롤-투-롤 핸들링 시스템
    을 포함하고, 여기서 상기 리튬 금속 공급원은 셔터를 포함하는 용기에 포함되고, 상기 셔터는, 상기 진공 챔버와 리튬을 포함하는 상기 용기의 내부가 서로 유체 연통하게 가역적으로 배치되도록 구성된, 모듈형 리튬 침착 시스템.
  102. 복수의 모듈;
    복수의 리튬 금속 공급원;
    복수의 와이어 공급 시스템; 및
    상기 복수의 모듈을 통과하는 롤-투-롤 핸들링 시스템
    을 포함하는 모듈형 리튬 침착 시스템으로서,
    상기 복수의 리튬 금속 공급원은 가열 시스템과 열 소통하는 복수의 도가니(crucible)에 배치되고,
    각각의 와이어 공급 시스템은, 리튬을 포함하는 와이어를 상기 복수의 도가니 중 하나로 공급하도록 구성되는, 모듈형 리튬 침착 시스템.
  103. 제1 리튬 금속 공급원로부터 기재 상에 리튬을 포함하는 층을 침착시키는 단계로서, 이때 상기 제1 리튬 금속 공급원은 제1 용기에 포함되어 있는, 단계; 및
    리튬 금속을 포함하는 최종 층을 형성하기 위해, 리튬 금속을 포함하는 제1 층 상에 제2 리튬 금속 공급원으로부터 리튬 금속을 침착시키는 단계로서, 이때 상기 리튬 금속을 포함하는 최종 층은 상기 리튬 금속을 포함하는 제1 층보다 웹-교차(cross-web) 방향에서 더 작은 두께 편차를 갖고, 상기 제2 리튬 금속 공급원은 제2 용기에 포함되어 있는, 단계
    를 포함하는 방법으로서, 이때
    상기 방법은 모듈형 리튬 침착 시스템 내에 위치된 진공 챔버에서 수행되고,
    상기 모듈형 리튬 침착 시스템은 상기 진공 챔버를 통과하는 롤-투-롤 핸들링 시스템을 추가로 포함하는, 방법.
  104. 제95항 내지 제103항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 모듈이 진공 챔버를 포함하는, 모듈형 리튬 침착 시스템 또는 방법.
  105. 제95항 내지 제104항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 모듈이 진공 챔버를 포함하는, 모듈형 리튬 침착 시스템 또는 방법.
  106. 제95항 내지 제105항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 모듈이 진공 챔버를 포함하는, 모듈형 리튬 침착 시스템 또는 방법.
  107. 제95항 내지 제106항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 드럼은, 복수의 모듈에 위치된 복수의 진공 챔버를 통해 기재를 병진 이동시키도록 구성되는, 모듈형 리튬 침착 시스템 또는 방법.
  108. 제95항 내지 제107항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기재가 중합체를 포함하는, 모듈형 리튬 침착 시스템 또는 방법.
  109. 제95항 내지 제108항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중합체가 폴리(에스테르)인, 모듈형 리튬 침착 시스템 또는 방법.
  110. 제95항 내지 제109항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 폴리(에스테르)가 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)인, 모듈형 리튬 침착 시스템 또는 방법.
  111. 제95항 내지 제110항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기재 상에 이형층(release layer)이 배치되는, 모듈형 리튬 침착 시스템 또는 방법.
  112. 제95항 내지 제111항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이형층이, 알코올 작용기를 포함하는 중합체를 포함하는, 모듈형 리튬 침착 시스템 또는 방법.
  113. 제95항 내지 제112항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이형층이 폴리(비닐 알코올)을 포함하는, 모듈형 리튬 침착 시스템 또는 방법.
  114. 제95항 내지 제113항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이형층이 2 마이크론 이상 4 마이크론 이하의 두께를 갖는, 모듈형 리튬 침착 시스템 또는 방법.
  115. 제95항 내지 제114항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이형층 상에 금속 층이 배치되는, 모듈형 리튬 침착 시스템 또는 방법.
  116. 제95항 내지 제115항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속 층이 집전체를 포함하는, 모듈형 리튬 침착 시스템 또는 방법.
  117. 제95항 내지 제116항 중 어느 한 항 에 있어서,
    상기 금속 층이 구리를 포함하는, 모듈형 리튬 침착 시스템 또는 방법.
  118. 제95항 내지 제117항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속 층이 0.1 마이크론 이상 0.5 마이크론 이하의 두께를 갖는, 모듈형 리튬 침착 시스템 또는 방법.
  119. 제95항 내지 제118항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진공 챔버가 10-6 토르 이상 10-7 토르 이하의 압력으로 유지되도록 구성되는, 모듈형 리튬 침착 시스템 또는 방법.
  120. 제95항 내지 제119항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진공 챔버가 10-4 토르 이상 10-5 토르 이하의 압력으로 유지되도록 구성되는, 모듈형 리튬 침착 시스템 또는 방법.
  121. 제95항 내지 제120항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 모듈형 리튬 침착 시스템이, 산소 플라즈마를 생성하도록 구성된 진공 챔버를 추가로 포함하는, 모듈형 리튬 침착 시스템 또는 방법.
  122. 제95항 내지 제121항 중 어느 한 항에 있어서,
    기재 상에 리튬을 침착하기 전에 산소 플라즈마 처리에 의해 상기 기재를 세정(cleaning)하는 단계를 추가로 포함하는, 모듈형 리튬 침착 시스템 또는 방법.
  123. 제95항 내지 제122항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진공 챔버가 하나 이상의 기체 공급원을 추가로 포함하는, 모듈형 리튬 침착 시스템 또는 방법.
  124. 제95항 내지 제123항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 기체 공급원이 불활성 기체 공급원을 포함하는, 모듈형 리튬 침착 시스템 또는 방법.
  125. 제95항 내지 제124항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 기체 공급원은, 리튬 금속과 반응성인 기체의 공급원을 포함하는, 모듈형 리튬 침착 시스템 또는 방법.
  126. 제95항 내지 제125항 중 어느 한 항 에 있어서,
    상기 리튬 금속과 반응성인 기체의 공급원이, 리튬을 포함하는 용기로부터의 리튬 금속 기체와 반응하여, 리튬 금속과 반응성인 기체와 리튬 금속의 반응 생성물 및 리튬을 포함하는 부동태화 층을 형성하도록 위치되는, 모듈형 리튬 침착 시스템 또는 방법.
  127. 제95항 내지 제126항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 리튬 금속과 반응성인 기체 공급원이, 기재 상에 침착된 리튬 금속 층과 반응하여, 리튬 금속 층 상에 배치된 리튬 금속과 반응성인 기체와 리튬 금속의 반응 생성물을 포함하는 부동태화 층을 형성하도록 위치되는, 모듈형 리튬 침착 시스템 또는 방법.
  128. 제95항 내지 제127항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 드럼에 근접하게 실드(shield)가 위치되는, 모듈형 리튬 침착 시스템 또는 방법.
  129. 제95항 내지 제128항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실드가, 리튬 금속을 포함하는 상기 용기와 상기 드럼 사이에 위치되는, 모듈형 리튬 침착 시스템 또는 방법.
  130. 제95항 내지 제129항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실드가 상기 용기와 기체 공급원 사이에 위치되는, 모듈형 리튬 침착 시스템 또는 방법.
  131. 제95항 내지 제130항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진공 챔버가 하나 이상의 센서를 추가로 포함하는, 모듈형 리튬 침착 시스템 또는 방법.
  132. 제95항 내지 제131항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 센서가 전도도 센서, 광학 센서, 커패시턴스(capacitance) 센서, 및 두께 센서를 포함하는, 모듈형 리튬 침착 시스템 또는 방법.
  133. 제95항 내지 제132항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 센서에 의해 감지된 특성에 기초하여 기체의 유량을 조정하는 단계를 추가로 포함하는 모듈형 리튬 침착 시스템 또는 방법.
  134. 제95항 내지 제133항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 센서에 의해 감지된 특성에 기초하여 상기 리튬 금속을 함유하는 용기의 온도를 조정하는 단계를 추가로 포함하는 모듈형 리튬 침착 시스템 또는 방법.
  135. 제95항 내지 제134항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 센서에 의해 감지된 특성에 기초하여 상기 셔터를 열거나 닫는 단계를 추가로 포함하는 모듈형 리튬 침착 시스템 또는 방법.
  136. 제95항 내지 제135항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 센서에 의해 감지된 특성에 기초하여 상기 기재의 속도를 조정하는 단계를 추가로 포함하는 모듈형 리튬 침착 시스템 또는 방법.
  137. 제95항 내지 제136항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 리튬 용기가 강철(steel)로 형성되는, 모듈형 리튬 침착 시스템 또는 방법.
  138. 제95항 내지 제137항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 리튬 용기가 550℃ 이상 635℃ 이하의 온도로 가열되도록 구성되는, 모듈형 리튬 침착 시스템 또는 방법.
  139. 제95항 내지 제138항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 리튬 금속 용기가 가열 시스템과 열 소통하는, 모듈형 리튬 침착 시스템 또는 방법.
  140. 제95항 내지 제139항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열 시스템이 저항 가열(resistive heating) 시스템인, 모듈형 리튬 침착 시스템 또는 방법.
  141. 제95항 내지 제140항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 셔터가 가열 시스템과 열 소통하는, 모듈형 리튬 침착 시스템 또는 방법.
  142. 제95항 내지 제141항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열 시스템이 상기 셔터를 550℃ 이상 645℃ 이하의 온도로 가열하도록 구성되는, 모듈형 리튬 침착 시스템 또는 방법.
  143. 제95항 내지 제142항 중 어느 한 항에 있어서,
    리튬을 포함하는 상기 층이 2 마이크론 이상 30 마이크론 이하의 두께를 갖는, 모듈형 리튬 침착 시스템 또는 방법.
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