特表2022-532494電気化学セルの乾燥粉末被覆層のためのシステム及び方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-07-15
(54)【発明の名称】電気化学セルの乾燥粉末被覆層のためのシステム及び方法
(51)【国際特許分類】
H01M 4/04 20060101AFI20220708BHJP
H01M 10/0585 20100101ALI20220708BHJP
H01M 50/403 20210101ALI20220708BHJP
H01M 4/66 20060101ALI20220708BHJP
H01M 10/0562 20100101ALI20220708BHJP
【ＦＩ】
H01M4/04 A
H01M4/04 Z
H01M10/0585
H01M50/403 F
H01M50/403 A
H01M50/403 B
H01M50/403 D
H01M4/66 A
H01M10/0562
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2021564263
(86)(22)【出願日】2020-05-14
(85)【翻訳文提出日】2021-12-08
(86)【国際出願番号】 US2020032836
(87)【国際公開番号】W WO2020232222
(87)【国際公開日】2020-11-19
(31)【優先権主張番号】62/848,849
(32)【優先日】2019-05-16
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】521470814
【氏名又は名称】ドラゴンフライ エナジー コーポレイション
(74)【代理人】
【識別番号】100079108
【弁理士】
【氏名又は名称】稲葉 良幸
(74)【代理人】
【識別番号】100109346
【弁理士】
【氏名又は名称】大貫 敏史
(74)【代理人】
【識別番号】100117189
【弁理士】
【氏名又は名称】江口 昭彦
(74)【代理人】
【識別番号】100134120
【弁理士】
【氏名又は名称】内藤 和彦
(72)【発明者】
【氏名】フェアズ，デニス
【テーマコード（参考）】
5H017
5H021
5H029
5H050
【Ｆターム（参考）】
5H017BB01
5H017BB08
5H017BB19
5H017EE01
5H021BB01
5H021BB05
5H021BB12
5H021BB19
5H029AJ14
5H029AK03
5H029AK05
5H029AK18
5H029AL03
5H029AL04
5H029AL11
5H029AL18
5H029AM12
5H029CJ02
5H029CJ03
5H029CJ22
5H029CJ24
5H029CJ30
5H029HJ12
5H050AA17
5H050AA19
5H050BA16
5H050BA17
5H050CA07
5H050CA08
5H050CA11
5H050CA29
5H050CB03
5H050CB05
5H050CB11
5H050CB29
5H050FA02
5H050FA17
5H050GA02
5H050GA03
5H050GA22
5H050GA24
5H050GA29
5H050HA12
(57)【要約】
基板上に粒子層を形成するためのシステムは、少なくとも１つの噴霧器と、基板の第１の領域及び第２の領域内の基板を選択的にマスクするように構成された少なくとも２つのマスクとを含み得る。少なくとも１つの噴霧器は粒子を基板に噴霧するように構成され得、少なくとも２つのマスクは第１の領域及び第２の領域を蒸着材料が実質的に無い状態に維持する。粒子が少なくとも１つの噴霧器により基板上へ噴霧されると基板を加熱するためにヒータが採用され得る。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
粒子層を形成するためのシステムであって電気化学材料、イオン伝導性材料、電気伝導性材料及び隔離板材料のグループから選択された少なくとも１つを含む粒子を基板の方向へ噴霧するように構成された少なくとも１つの噴霧器；
前記基板の第１の領域内の粒子から前記基板を選択的にマスクするために移動可能な第１のマスク；
前記基板の第２の領域内の粒子から前記基板を選択的にマスクするために移動可能な第２のマスクであって、前記少なくとも１つの噴霧器は前記粒子の噴霧を前記第１のマスクと前記第２のマスクとの間の前記基板の一部の方向へ向ける、第２のマスク；及び、
前記基板を加熱するように構成されたヒータを含むシステム。
【請求項2】
前記第１のマスクはアクチュエータにより作動されるクランプであり、前記クランプは前記基板を選択的に把持するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項3】
前記アクチュエータは空気圧、流体圧、又は電気的アクチュエータである、請求項２に記載のシステム。
【請求項4】
前記少なくとも１つの噴霧器は、前記基板の第１の側の方向へ粒子を噴霧するように構成された第１の噴霧器及び前記基板の第１の側に対向する前記基板の第２の側の方向へ粒子を噴霧するように構成された第２の噴霧器を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項5】
前記第１のマスクは前記基板に電気的に接触するように構成された第１の電極であり、前記第２のマスクは前記基板に電気的に接触するように構成された第２の電極であり、前記ヒータは前記基板を抵抗加熱するために前記基板を介し電流を前記第１のマスクから前記第２のマスクへ通すように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項6】
前記少なくとも１つの噴霧器に対し前記基板の少なくとも一部を移動するように構成されたコンベヤーをさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項7】
前記コンベヤーは第１のローラ及び第２のローラを含み、前記第１のローラ及び第２のローラは、前記基板の少なくとも一部が前記第１のローラから前記第２のローラの方向へ移動するように前記基板を移動するように構成され、前記基板は前記第１のローラから巻き戻され、前記第２のローラ上へ巻き付けられる、請求項６に記載のシステム。
【請求項8】
前記コンベヤーは前記粒子が前記基板の方向へ噴霧されている間に前記基板を前記少なくとも１つの噴霧器に対し移動するように構成され、前記第１のマスク及び前記第２のマスクは前記基板と同期して移動する、請求項６に記載のシステム。
【請求項9】
金属箔である前記基板をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項10】
前記粒子は結合剤をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項11】
前記少なくとも１つの噴霧器は第１の噴霧器及び第２の噴霧器を含み、前記第１の噴霧器は前記基板上に配置される第１の層を形成するために前記基板の方向へ第１の粒子を噴霧するように構成され、前記第２の噴霧器は前記第１の層上に配置される第２の層を形成するために前記基板の方向へ第２の粒子を噴霧するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項12】
材料層を蒸着する方法であって、基板の第１の領域をマスクすること；
前記基板の第２の領域をマスクすること；
前記基板を加熱すること；及び
第１の層を前記基板上に形成するために、電気化学材料、イオン伝導性材料、電気伝導性材料及び隔離板材料のグループから選択された少なくとも１つを含む第１の粒子を前記加熱された基板の方向へ噴霧することを含む方法。
【請求項13】
前記第１の粒子を前記加熱された基板の方向へ噴霧することは前記基板の第１の側及び前記第１の側に対向する前記基板の第２の側の方向へ前記第１の粒子を噴霧することを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項14】
前記基板を加熱することは、前記基板を抵抗加熱するために、前記基板に接触する第１のマスク及び前記基板に接触する第２のマスクを介し電流を前記基板に通すことを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項15】
前記基板の前記第１の領域をマスクすることは第１のクランプにより前記基板を把持することを含み、前記基板の前記第２の領域をマスクすることは第２のクランプにより前記基板を把持することを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項16】
前記第１及び第２のクランプに対して前記基板を移動することをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項17】
前記第１の粒子が前記加熱された基板の方向へ噴霧される間に前記基板を移動することをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項18】
前記第１の層をカレンダー加工することをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項19】
前記第１の粒子は結合剤をさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項20】
前記第１の層上に配置される第２の層を形成するために第２の粒子を前記第１の層上へ噴霧することをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項21】
電極を形成する方法であって、基板の第１の領域をマスクして前記第１の領域内の前記基板上の材料蒸着を禁じること；
前記基板の第２の領域をマスクして前記第２の領域内の材料蒸着を禁じること；
第１の層を形成するために、電気化学材料、イオン伝導性材料、電気伝導性材料及び隔離板材料のグループから選択された少なくとも１つを含む第１の粒子を前記基板へ塗布すること；及び
前記第１の層上に配置される第２の層を形成するために、前記電気化学材料、前記イオン伝導性材料、前記電気伝導性材料及び前記隔離板材料のグループから選択された少なくとも１つを含む第２の粒子を前記第１の層へ塗布することを含む方法。
【請求項22】
前記第１の粒子及び前記第２の粒子を塗布することは前記第１の粒子を前記基板の方向へ噴霧すること及び前記第２の粒子を前記第１の層の方向へ噴霧することを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項23】
前記第１の粒子は前記電気化学材料を含み、前記第２の粒子は前記隔離板材料及び／又は前記イオン伝導性材料を含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項24】
前記第１の層及び前記第２の層を順次カレンダー加工することをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項25】
前記第１の層及び前記第２の層を同時にカレンダー加工することをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項26】
前記基板を加熱することをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項27】
前記基板を加熱することは、前記基板を抵抗加熱するために、前記基板に接触する第１のマスク及び前記基板に接触する第２のマスクを介し電流を前記基板に通すことを含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項28】
前記基板の前記第１の領域をマスクすることは第１のクランプにより前記基板の前記第１の領域を把持することを含み、前記基板の前記第２の領域をマスクすることは第２のクランプにより前記基板の前記第２の領域を把持することを含む、請求項２１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願
[0001] 本出願は、その開示の全体を参照により本明細書に援用する２０１９年５月１６日出願の米国仮特許出願第６２／８４８，８４９号に対する合衆国法典第３５巻第１１９条（ｅ）下の優先権の利益を主張する。
[0001] 本出願は、その開示の全体を参照により本明細書に援用する２０１９年５月１６日出願の米国仮特許出願第６２／８４８，８４９号に対する合衆国法典第３５巻第１１９条（ｅ）下の優先権の利益を主張する。
【0002】
分野
[0002] 開示される実施形態は電気化学セルの乾燥粉末被覆層のためのシステム及び方法に関する。
[0002] 開示される実施形態は電気化学セルの乾燥粉末被覆層のためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【0003】
背景
[0003] リチウムイオン電池は通常、電極間のリチウムイオンの拡散に対し浸透性である電気的絶縁材料により分離された２つ以上の電極を含む。いくつかの事例では、一方の電極は銅基板上へ被覆される陽極材料を含み、他方はアルミニウム基板上へ被覆される陰極材料を含む。これらの電極の製造は慣習的に、スラリー方法（電気化学材料（例えば陽極又は陰極材料）が、適切な溶剤（例えば通常Ｎ－メチルピロリドン）中に溶解された高分子結合剤（例えば典型的にはフッ化ビニリデン樹脂ＰＶＤＦ）と混合される）を使用して行われる。その結果のスラリーは電極基板上へ被覆される。その後、溶剤は、電極表面上に電気化学材料の乾燥層を形成するために蒸発され再利用される。電池内への組み込みに先立って溶剤のすべてを電極から除去するために、膨大な量の時間及びエネルギーが、蒸着スラリーを乾燥するために役立つ大きなコンベヤーオーブン及び真空乾燥器の使用の際に費やされる。
[0003] リチウムイオン電池は通常、電極間のリチウムイオンの拡散に対し浸透性である電気的絶縁材料により分離された２つ以上の電極を含む。いくつかの事例では、一方の電極は銅基板上へ被覆される陽極材料を含み、他方はアルミニウム基板上へ被覆される陰極材料を含む。これらの電極の製造は慣習的に、スラリー方法（電気化学材料（例えば陽極又は陰極材料）が、適切な溶剤（例えば通常Ｎ－メチルピロリドン）中に溶解された高分子結合剤（例えば典型的にはフッ化ビニリデン樹脂ＰＶＤＦ）と混合される）を使用して行われる。その結果のスラリーは電極基板上へ被覆される。その後、溶剤は、電極表面上に電気化学材料の乾燥層を形成するために蒸発され再利用される。電池内への組み込みに先立って溶剤のすべてを電極から除去するために、膨大な量の時間及びエネルギーが、蒸着スラリーを乾燥するために役立つ大きなコンベヤーオーブン及び真空乾燥器の使用の際に費やされる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0004】
概要
[0004] いくつかの実施形態では、粒子層を形成するためのシステムは、電気化学材料、イオン伝導性材料、電気伝導性材料及び隔離板材料のグループから選択された少なくとも１つを含む粒子を基板の方向へ噴霧するように構成された少なくとも１つの噴霧器を含む。本システムはまた、基板の第１の領域内において粒子から基板を選択的にマスクするために移動可能な第１のマスク及び基板の第２の領域内において粒子から基板を選択的にマスクするために移動可能な第２のマスクを含み、少なくとも１つの噴霧器は粒子の噴霧を第１のマスクと第２のマスクとの間の基板の一部の方向へ向ける。本システムはまた、基板を加熱するように構成されたヒータを含む。
[0004] いくつかの実施形態では、粒子層を形成するためのシステムは、電気化学材料、イオン伝導性材料、電気伝導性材料及び隔離板材料のグループから選択された少なくとも１つを含む粒子を基板の方向へ噴霧するように構成された少なくとも１つの噴霧器を含む。本システムはまた、基板の第１の領域内において粒子から基板を選択的にマスクするために移動可能な第１のマスク及び基板の第２の領域内において粒子から基板を選択的にマスクするために移動可能な第２のマスクを含み、少なくとも１つの噴霧器は粒子の噴霧を第１のマスクと第２のマスクとの間の基板の一部の方向へ向ける。本システムはまた、基板を加熱するように構成されたヒータを含む。
【0005】
[0005] いくつかの実施形態では、材料層を蒸着する方法は、基板の第１の領域をマスクすること、基板の第２の領域をマスクすること、基板を加熱すること、及び第１の層を基板上に形成するために、電気化学材料、イオン伝導性材料、電気伝導性材料及び隔離板材料のグループから選択された少なくとも１つを含む第１の粒子を、加熱された基板の方向へ噴霧することを含む。
【0006】
[0006] いくつかの実施形態では、電極を形成する方法は、基板の第１の領域をマスクして第１の領域内の基板上の材料蒸着を禁じること、基板の第２の領域をマスクして第２の領域内の材料蒸着を禁じること、第１の層を形成するために、電気化学材料、イオン伝導性材料、電気伝導性材料及び隔離板材料のグループから選択された少なくとも１つを含む第１の粒子を基板へ塗布すること、及び第１の層上に配置される第２の層を形成するために、電気化学材料、イオン伝導性材料、電気伝導性材料及び隔離板材料のグループから選択された少なくとも１つを含む第２の粒子を第１の層へ塗布すること、を含む。
【0007】
[0007] 前述の概念及び以下に論述される追加概念は本開示がこの点に関し制限されないため任意の好適な組み合わせで配置され得るということを理解すべきである。さらに、本開示の他の利点及び新規な特徴は添付図面と併せて考察されると様々な非限定的実施形態の以下の詳細な説明から明らかになる。
【0008】
図面の簡単な説明
[0008] 添付図面は原寸に比例して描かれるように意図されていない。添付図面において、様々な図に示されるそれぞれの同一又はほぼ同一部品は同様な参照符号により表され得る。明暸性の目的のため、すべての部品がすべての図面においてラベル付けされないことがある。
[0008] 添付図面は原寸に比例して描かれるように意図されていない。添付図面において、様々な図に示されるそれぞれの同一又はほぼ同一部品は同様な参照符号により表され得る。明暸性の目的のため、すべての部品がすべての図面においてラベル付けされないことがある。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】[0009]噴霧蒸着システムの一実施形態の側面概略図である。
【図10】[0018]噴霧蒸着システムの別の実施形態の側面概略図である。
【図16】[0024]噴霧蒸着システムにより生成された材料の一実施形態の上面概略図である。
【図18】[0026]材料蒸着過程中の噴霧蒸着システムのさらに別の実施形態の側面概略図である。
【図22】[0030]材料蒸着過程中の噴霧蒸着システムのさらに別の実施形態の上面概略図である。
【図23】[0031]材料蒸着過程中の噴霧蒸着システムのさらに別の実施形態の側面概略図である。
【図24】[0032]材料蒸着過程中の噴霧蒸着システムのさらに別の実施形態の側面概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
詳細な説明
[0033] 本発明者らは、電気化学セルの乾燥粉末製造のための従来の処理が長尺の被覆材料を生成してきたということを認識した。具体的には、これらの処理は連続的又は半連続的のいずれかで行われるため、間隙の無い一様な被膜が、これらの方法を使用して基板上に形成される。したがって、電池セル製造過程中に電気的リードを集電体へ取り付けるための好適な場所を形成することは、カレンダー加工に先立って蒸着材料の一部を削除することに関わり得る。さらに、これらの処理が抵抗加熱された基板を使用してきたいくつかの事例では、電流は、全抵抗及びしたがって電池層形成過程のエネルギー消費量を増加し得る基板の裸部分及び基板の対応被覆部を介し、基板内に入りそれから出る。
[0033] 本発明者らは、電気化学セルの乾燥粉末製造のための従来の処理が長尺の被覆材料を生成してきたということを認識した。具体的には、これらの処理は連続的又は半連続的のいずれかで行われるため、間隙の無い一様な被膜が、これらの方法を使用して基板上に形成される。したがって、電池セル製造過程中に電気的リードを集電体へ取り付けるための好適な場所を形成することは、カレンダー加工に先立って蒸着材料の一部を削除することに関わり得る。さらに、これらの処理が抵抗加熱された基板を使用してきたいくつかの事例では、電流は、全抵抗及びしたがって電池層形成過程のエネルギー消費量を増加し得る基板の裸部分及び基板の対応被覆部を介し、基板内に入りそれから出る。
【0011】
[0034] 上記を考慮し本発明者らは、電気化学セルの基板（集電体など）上へ蒸着される１つ又は複数の層を形成するためのシステムの恩恵を認識した。電気化学セルの基板では、所望材料が基板の１つの対向面又は２つの対向面のいずれかの上の基板上に層（例えば電極層、隔離板層、固体電解質層など）を形成するために基板上へ噴霧される又はそうでなければ塗布される間に２つ以上のマスクが基板の少なくとも１つの第１の領域及び第２の領域を選択的に覆い得る。２つ以上のマスクは、第１の領域及び第２の領域がその上の１つ又は複数の層の蒸着後に基板の裸領域として維持されるように、第１の領域及び第２の領域が噴霧材により被覆されるのを防止し得る。蒸着層が基板の１つ又は２つの対向側へ塗布されるかに依存して、これらのマスク及び基板の対応するマスクされた裸領域は基板の１つ又は２つの対向側に位置し得る。いくつかの実施形態では、裸領域は、そうでなければ連続なロールの基板が個別電極を形成するために分離され得る領域を表すために使用され得る。裸領域はまた、その後の電池形成過程中に電気的リードを集電体へ溶接するために使用され得る。
【0012】
[0035] 本発明者らはまた、基板上へ蒸着された層に電流を通すこと無くマスク間の基板に電流を通すために、基板の裸領域に接触する２つ以上のマスクを採用する恩恵を認識した。したがって、このようなシステムにより基板内に発生される抵抗性熱は、電流が介在層を通ること無く下地基板内へそして下地基板から直接通されるとより安定且つ効率的となり得る。これはまた、基板内の熱発生のエリアを、材料がマスク間の基板上へ噴霧される標的領域に対応する基板の一部分内となるように制限し得る。本発明者らはまた、このような構成が、マスクにより維持された裸部分を介し基板が抵抗加熱される間に様々な材料の複数層が順に蒸着されることを可能にし得る、ということを認識した。
【0013】
[0036] いくつかの実施形態では、基板上に粒子層を形成するためのシステムは、電気化学材料、イオン伝導性材料、隔離板材料、導電材料、結合剤、上記の組み合わせ、及び／又は電気化学セル内に基板の方向へ層を形成するための任意の他の適切な材料のグループから選択された少なくとも１つを含む粒子を帯電及び噴霧するように構成された少なくとも１つの噴霧器を含む。それにもかかわらず、このような粒子は、電極層（例えば陽極又は陰極）、固体電解質層、隔離板層、又は任意の他の望ましい材料層を形成するために独立に又は組み合わせて使用され得る。本システムはまた、粒子から基板の第１の領域を選択的にマスクするために移動可能な第１のマスク及び粒子から基板の第２の領域を選択的にマスクするために移動可能な第２のマスクを含み得る。第１のマスク及び第２のマスクは、粒子から基板の第１及び第２の領域を覆い得るクランプ、シールド又は他の好適な移動可能物であり得る。第１の領域及び第２の領域は、基板の対応する裸領域が少なくとも１つの噴霧器により被覆される基板の標的領域の対向側に配置されるように、少なくとも１つの噴霧器が向けられる基板の標的領域の対向側に配置され得る。したがって、蒸着される材料層は基板の長さに沿った画定された標的領域に限られ得る。
【0014】
[0037] いくつかの実施形態では、上述のシステムはまた、基板を加熱するように構成されたヒータを含み得る。第１のマスク及び第２のマスクは、電流を第１及び第２のマスク間の基板に通すように構成された第１及び第２の電極として構成され得る。この実施態様によると、ヒータは、基板を内部で抵抗加熱するために電流を基板を介し第１のマスクから第２のマスクへ通すように構成され得る。しかし、以下に詳述されるように、本開示はそのように限定されないため、放射型、導電型、及び／又は対流型加熱方法などの様々な加熱方法が基板を加熱するために１つ又は複数のヒータにより使用される実施形態もまた構想される。
【0015】
[0038] いくつかの実施形態では、所望材料の層を基板上へ蒸着する過程は以下のことを含み得る。最初に、基板の長さに沿って互いに離間された第１の領域及び第２の領域がマスクされ得る。次に、基板は加熱（例えば、抵抗加熱）され得る。次に、複数の粒子が基板上へ噴霧され得る。いくつかの実施形態では、粒子は溶剤を使用すること無く噴霧され得る。さらに、いくつかの実施形態では、粒子は、第１の材料と結合剤との混合物、結合剤により予被覆された材料、及び／又は基板及び／又は下位層へ結合することができる材料自体であり得る。それにもかかわらず、一実施形態では、粒子は、アエロゾル化され得る又はそうでなければ任意の好適なやり方で基板の標的領域の方向へ向けられる粒子の噴霧へ変換され得る。いくつかの例では、アエロゾル化された粒子は基板上へ蒸着される前に適切に帯電され得る。基板及びその上に既に蒸着された任意の層が加熱されることのおかげで、蒸着された材料は、その上に配置される所望層を形成するために、加熱された基板又は層へ接着し得る。
【0016】
[0039] いくつかの実施形態では、基板上に２つ以上の材料層を蒸着することが望ましいかもしれない。このような実施形態では、電気化学材料、イオン伝導性材料、導電材料及び隔離板材料のグループから選択された少なくとも１つを含む第１の粒子が基板へ塗布され得る。いくつかのケースでは、これらの第１の粒子は塗布されると陽極又は陰極などの第１の電極層を基板上に形成し得る。例えば、第１の電極層は電気化学材料及び固体電解質の両方を含み得る。次に、第１の粒子とは異なる電気化学材料、イオン伝導性材料、導電材料及び隔離板材料のグループから選択された少なくとも１つを含む第２の粒子が第１の層の上の基板へ塗布され得る。第１の層が電極層である実施形態では、第２の粒子は、電極層の上に配置される隔離板層及び／又は固体電解質層を形成するための材料から作製され得る。次に、いくつかのアプリケーションでは、第２の電極層は隔離板層及び／又は固体電解質層上に蒸着され得る。例えば、電池電極製造プロセスの一実施形態では、陽極層、固体電極及び／又は隔離板層並びに陰極層は、本明細書において開示される方法及びシステムを使用して基板上へ順次蒸着され得る。当然、本明細書において説明されるシステム及び方法は、本開示がそのように制限されないため、任意の所望アプリケーションのための任意の好適な数の材料層を形成するために使用され得る。
【0017】
[0040] 開示された蒸着システムは材料蒸着過程中に基板を加熱するために使用され得る任意の好適なヒータを含み得るということを理解すべきである。例えば、一実施形態では、ヒータは、基板内に内部熱を発生するために電流を基板に通すことにより基板を抵抗加熱するように構成され得る。代替的に、噴霧蒸着システムと共に採用されるヒータは、対流熱伝達、伝導性熱伝達及び／又は放射熱伝達含む任意の適切なやり方で熱を基板及び関連蒸着層へ伝達し得る。例えば、適切なタイプのヒータは、限定しないが：放射ヒータ；基板が通過する滑らかな加熱ガラス又はローラ面などの加熱面；基板が通過する加熱されたオーブン又は他の環境；熱風送風機；又は熱を基板へ伝達することができる任意の他の適切な装置を含み得る。当然、本開示は基板を加熱するためのいかなる特定構成のヒータにも限定されないため上記ヒータの組み合わせもまた構想される。
【0018】
[0041] いくつかの実施形態では、粒子層を基板上に形成するためのシステムは、基板及び基板上に蒸着された１つ又は複数の材料層が対向カレンダーローラ間を通過するとこれらを圧縮及び任意選択的に加熱して１つ又は複数の材料層を緻密化するように構成された１又は複数対のカレンダーローラを含む。いくつかの実施形態では、カレンダーローラは、追加材料層を蒸着すること及び／又は所望の層形成過程を完了することに先立って蒸着材料を緻密化する及び／又は基板へ十分に固着するために蒸着材料がカレンダー加工され得るように製造ラインに沿った各噴霧器に続く位置に配置され得る。代替的に、基板がシステム内を移動する方向に沿った複数の噴霧器に続く位置に配置されたシステムに含まれる一対のカレンダーローラが存在し得る。噴霧器は別個の材料層を順次蒸着し得る。したがって、このような配置は、複数の蒸着材料層が単一対のカレンダーローラにより同時にカレンダー加工されることを可能にし得る。したがって、本開示はいかなる特定配置へも限定されないため任意の適切な数のカレンダーローラが任意数の適切な場所においてシステム内に含まれ得るということを理解すべきである。
【0019】
[0042] いくつかの実施形態によると、粒子層製造過程は半連続又は連続過程であり得る。半連続過程では、基板は、基板を様々な噴霧器、ヒータ、カレンダーローラ、及び／又は他の部品に対してシステム内を移動させるように構築されたコンベヤーによりシステムに断続的に通され得る。例えば、コンベヤーは、基板がローラ間のシステム内を基板の予め選択された長さだけ進むために第１のローラから巻き戻され、第２のローラ上へ巻き付けられ得る一対のローラに対応し得る。少なくとも１つの噴霧器並びに少なくとも１つの第１及び第２のマスクは、ローラ間に延伸する基板の経路に沿った第１のローラと第２のローラとの間に配置され得る。第１のマスク及び第２のマスクは基板が静止している間に基板の第１の領域及び第２の領域をそれぞれ選択的に覆うために移動可能であり得る。次に、少なくとも１つの噴霧器は材料を第１及び第２のマスクされた領域間の基板の標的領域に蒸着し得る。次に、第１及び第２のマスクは、その上で第１のローラ及び第２のローラが基板を進み得る第１の領域及び第２の領域を解放する又はそうでなければ覆わなくするために移動され基板と接触しなくなり得る。この半連続過程は基板全体に関して複数回繰り返され得る。材料が順次進められると、マスクは基板の様々な領域を覆い、材料は、隣接標的領域間の基板の領域を蒸着材料の無い状態に維持しながら基板の長さに沿った複数の標的領域上へ蒸着される。別の実施形態では、この過程は連続的であり得、ここでは、第１のマスク及び第２のマスクは、基板が第１のローラから連続的に巻き戻され第２のローラ上へ巻き付けられると発生し得るように、基板がシステムに連続的に通されると、基板と同期して移動し得る。追加マスクが基板の他の領域を覆い得る。さらに、基板がシステムを通過すると少なくとも１つの固定又は可動噴霧器が材料を基板上へ蒸着し得る。したがって、このような配置は材料が基板上へ連続的に蒸着されることを可能にし得る。当然、本明細書において説明される例示的実施形態によるシステムは、本開示がそのように制限されないため連続的、半連続的、又は非連続的やり方で使用され得る。
【0020】
[0043] システムは、材料を基板上へ蒸着するために使用される１つ又は複数の噴霧器に対して基板をシステムを介し輸送するための任意の適切なタイプのコンベヤーを含み得る。例えば、コンベヤーは基板をシステムを介し上流位置から下流位置の方向へ移動し得る。適切なタイプのコンベヤーは、限定しないが：本明細書に開示されるように、基板が１つのローラから巻き戻され他のローラ上へ巻き付けられるようにその間に延伸し得る対向ローラ；基板がその上に配置される移動可能プラットフォーム及び／又はコンベヤーベルト；及び／又は１つ又は複数の層をその上に蒸着するためのシステムを介し基板を移動することができる任意の他の適切な装置又は構造を含む。
【0021】
[0044] 本明細書で使用されるように、マスクは、マスクにより覆われた領域内の基板上へ粒子が噴霧される又はそうでなければ蒸着されることを禁じるために基板の所望部分を実質的に覆うために好適な任意の固体物を指す。いくつかの実施形態では、マスクは、基板の所望部分へ移動され接触し得るクランプ又は他の選択的移動可能部品として構成され得る。したがって、いくつかの実施形態では、マスクは、噴霧された粒子が基板のマスクされた部分を覆うことをさらに禁止するために基板をクランプし得る。他の実施形態では、マスクは、基板と物理的に接触すること無く基板の一領域又は一部分から粒子を効果的にそらすために噴霧器と基板との間に配置されるシールドとして構成され得る。したがって、マスクは、マスクの下にある基板の一部が、材料層が基板上へ蒸着された後に裸のままであるように材料が基板上へ蒸着されることを禁じる任意の好適な構造であり得る。再び、基板をマスクすることができる任意の適切な構造が使用され得るが、可能な構造は、限定しないがケーシング、覆い、包装、エンベロップ、シールド、シース、及び／又は任意の他の適切な構造を含み得る。さらに、これらのマスクは、実施形態に依存して静的であり得る及び／又は基板と接触するように及び基板と接触しなくなるように移動可動であり得る。
【0022】
[0045] 特定アプリケーションに依存して、上述の基板上へ噴霧される粒子は、電気化学セル内に１つ又は複数の層（限定しないが陽極、陰極、隔離板、及び／又は固体電解質層を含む）を形成する際に使用される任意の適切な材料に対応し得る。これらの材料は、イオン伝導性材料、電気化学材料、隔離板材料、導電材料、結合剤、上記の組み合わせ、及び／又は任意の他の適切な材料を含み得る。さらに、特定材料に依存して、材料はそれ自体が蒸着され得る、結合剤と混合され得る、及び／又は材料は結合剤により予被覆され得る。したがって、本開示はそのように限定されないため、基板上に蒸着層を形成するために単一材料を含む粒子が基板上へ噴霧される実施形態と、基板上に蒸着層を形成するために様々な材料の組み合わせを含む粒子が共噴霧される及び／又は共アエロゾル化される実施形態とが両方とも構想される。
【0023】
[0046] 上に指摘したように、いくつかの実施形態では、説明された材料及びプロセスは、電気化学セルの製造において使用される１つ又は複数の層を形成するために使用され得る。これらの層は、陽極、陰極、隔離板層、固体電解質層、及び／又は所望電気化学セル内に存在する任意の他の適切な層の１つ又は複数を含み得る。電気化学セルの例は限定しないが電池（一次及び二次）、スーパーキャパシタ、燃料セル、及び／又は任意の他の適切な電気化学セルを含み得る。しかし、本明細書において説明される特定材料及びプロセスは主として電気化学セル及びより具体的にはリチウムイオンベース化学物質に向けられるが、本開示はいかなる特定用途及び／又は化学的性質にも限定されないため、今説明した方法及び装置は、結合剤と混合され結合剤で被覆される任意の適切なタイプの粒子材料、及び／又は様々なタイプの電気化学セル化学物質を含む所望基板へ接着するために適切な材料特性を有する任意の適切なタイプの粒子材料を製造及び蒸着するために使用され得る、ということを理解すべきである。
【0024】
[0047] 電気化学セルの上述の層の製造を容易にするために、本明細書において説明される方法を使用して他の層の上に配置される別個の層内に様々なタイプの材料を順次蒸着することが望ましいかもしれない。例えば、一実施形態では、電気化学材料などの第１の電気化学材料を含む第１の粒子が電気化学セルの陽極又は陰極に対応する第１の活性層を形成するために電極上へ蒸着され得る。次に、第１のイオン伝導性材料又は隔離板材料などの第２の材料が電極上に隔離板又は固体の電解質層を形成するために第１の活性層上へ蒸着され得る。次に、第２の電気化学材料などの第３の材料が電気化学セルの陽極及び陰極の他方に対応する第２の活性層を形成するために第２の層上へ蒸着され得る。代替的に、他の活性層が、別個の電極上へ蒸着され、積み重ね過程又は巻き取り過程のいずれかを介し他の層と共に組み立てられ得る。いくつかの実施形態では、高圧カレンダー加工が、様々な層の蒸着の間に及び／又は層のそれぞれが基板上へ蒸着された後に同時にのいずれかで様々な層を緻密化するのを助けるために使用され得る。
【0025】
[0048] 本開示方法及びシステムと共に使用され得る可能な電気化学材料は、限定しないがコバルト酸リチウム（ＬＣＯ）、リチウムニッケルマンガンコバルト酸化物（ＮＭＣ）、リチウムマンガンコバルト酸化物（ＬＭＣＯ）、燐酸鉄リチウム（ＬＦＰ）、燐酸リチウムマンガン鉄（ＬＭＦＰ）、リチウムニッケルコバルトアルミニウム酸化物（ＮＣＡ）、チタン酸リチウム（ＬＴＯ）、シリコン、硫黄、及び／又はそれらの組み合わせを含み得る。特定タイプの電気化学材料が上に列挙されたが、本開示はこれらの材料だけに限定されないため任意の適切な電気化学材料が使用され得るということを理解すべきである。
【0026】
[0049] 本開示方法及びシステムと共に使用され得る可能な導電材料は、限定しないが炭素（例えば黒鉛）及び／又は特定電気化学セルにおいて使用するために適切な任意の他の適切な導電材料を含み得る。炭素はいくつかの実施形態では電気化学材料（例えばリチウムイオン陽極）としても使用され得るということに注意すべきである。
【0027】
[0050] 本開示の目的のために、イオン伝導性材料は、材料のバルクを介したイオンの輸送及び／又は材料と粒子表面上に配置される結合剤材料の層との界面に沿ったイオンの輸送の両方を容易にする材料を含み得る。例えば、Ｌｉ２Ｏ粒子はリチウムイオンを粒子のバルクを介し輸送し得る。対照的に、ＴｉＯ２は、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）と合成されると、これらの材料のいずれかと比較してリチウムイオンの増強された輸送を呈示し得、これは理論より束縛されることを望まないがＴｉＯ２粒子とＰＥＯ結合剤との界面に沿ったリチウムイオンの増強された輸送に起因し得る。当然、いくつかの粒子結合剤組み合わせがこれらの効果の一方又は両方のいずれかを呈示し得るということが構想される。しかし、いずれの場合も、これらの材料は本出願の目的のためにはイオン伝導性材料であると依然として考えられる。
【0028】
[0051] 上記を考慮し、本開示方法及びシステムと共に使用され得る可能なイオン伝導性材料は、金属酸化物及び／又は結合剤との界面に沿ったイオンの輸送を容易にする金属酸化物などの１つ又は複数のイオン伝導性セラミック（Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＭｇＯ、ＺｎＯ、ＺｒＯ２、ＣｕＯ、ＣｄＯ及びＬｉ２Ｏなど）を含み得る。代替的に及び／又は上述の金属酸化物と組み合わせて、イオン伝導性材料は、Ｌｉ２Ｓ、Ｐ２Ｓ５及びｘＬｉ２Ｓ－（１－ｘ）Ｐ２Ｓ５のうちの１つ又は複数などのイオン伝導性ガラスであり得る。特定タイプのイオン伝導性材料が上に列挙されたが、本開示はこれらの材料だけに限定されないため任意の適切なイオン伝導性材料が使用され得るということを理解すべきである。
【0029】
[0052] いくつかの実施形態では、上述のイオン伝導性材料は固体電解質層を形成するために使用され得る。代替的に、これらの材料は当該層のイオン伝導率を増加するために１つ又は複数の他の材料（電気化学材料、隔離板材料、導電材料、及び／又は任意の他の適切な材料など）と混合され得る。
【0030】
[0053] 上に指摘したように、いくつかの実施形態では、隔離板層は電気化学セルの電極など以前に蒸着された材料層上に形成され得る。このような実施形態では、隔離板は、限定しないがポリエチレン、プロルプロピレン又は他のポリマを含む任意の好適な数の材料で形成され得る。他のいくつかの実施形態では、隔離板層はポリマと混合されたセラミック粒子で形成され得る。このような実施形態では、セラミック粒子は噴霧蒸着過程中にポリマと合成され得る。例えば、セラミック粒子との予混合ポリマ粒子又はセラミック粒子との気相混合及び共蒸着ポリマ粒子が使用され得る。代替的に、セラミック粒子は噴霧蒸着に先立ってポリマにより予被覆され得る。
【0031】
[0054] 本開示方法及びシステムと共に使用され得る適切なタイプの結合剤は、限定しないが任意の適切な熱可塑性ポリマを含み得る。本明細書において説明される方法及びシステムを使用することにより溶剤の使用の無い材料層の蒸着はその結果の電気化学セルの特性を改善し得るが溶媒ベース蒸着過程では通常使用されない結合剤材料の使用を可能にし得るということに留意すべきである。例えば、典型的結合剤よりイオン伝導性及び／又は電子伝導性であるが典型的溶剤中に容易に溶解可能でない結合剤が、予被覆された粒子を形成するために使用され得る。したがって、適切なポリマは、限定しないがフッ化ビニリデン樹脂（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、スチレン－ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリアセチレン、ポリフェニレン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリフェニレンスルフィド、及び／又は上記ものの組み合わせを含み得る。
【0032】
[0055] 使用される特定結合剤に依存して、使用される結合剤材料のイオン伝導率を増加することが望ましいかもしれない。したがって、いくつかの実施形態では、イオン伝導性塩がイオン伝導率を改善するために結合剤中に溶解され得る。このような実施形態では、リチウム塩が結合剤の熱可塑性プラスチック材料中に溶解され得る。このような実施形態では、熱可塑性結合剤材料は、本明細書において説明されるポリマの任意のものに対応し得、その中に溶解されるリチウム塩を含み得る。適切なリチウム塩は限定しないがＬｉＣｌＯ４、ＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ６、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＴｆ、ＬｉＴＦＳＩ、ＬｉＢＥＴＩ、ＬｉＣＴＦＳＩ、ＬｉＢＯＢ、ＬｉＴＤＩ、ＬｉＰＤＩ、ＬｉＤＣＴＡ及びＬｉＢ（ＣＮ）４を含む。１つの特定実施形態では、リチウム塩はＰＥＯ－ＬｉＸを形成するためにＰＥＯ中に溶解され得る。当然、非リチウムベース塩を含む他のタイプの塩が、結合剤と共に使用される電気化学セルの特定化学的性質に依存して使用され得る。
【0033】
[0056] 上に既に述べたように、いくつかの実施形態では、結合剤は、別の材料と共噴霧される別個の粉末として材料層の噴霧蒸着中に塗布され得る及び／又は結合剤は所望材料の粒子上へ予被覆され得るかのいずれかである。いずれの場合も、任意の適正量の結合剤が、材料層を基板又は下位材料層へ結合するための結合剤材料特性と組み合わせた所望導電率を提供するために材料層内に含まれ得る。したがって、結合剤を含む材料層は、１％、１０％、２０％以上である割合の結合剤又は任意の他の適切な割合の結合剤を含み得る。これに応じて、材料層は、４０％、３０％、２０％、１０％以下である割合又は任意の他の適切な割合で結合剤を含み得る。本開示はそのように限定されないため、例えば１％～４０％又は１％～１０％に等しい割合の結合剤を有する材料層若しくは上記割合を越える又は上記割合未満の両割合である任意の他の適切な割合の結合剤を含む上記範囲の組み合わせが構想される。
【0034】
[0057] 本明細書において説明される噴霧蒸着システム及び方法により使用される粒子は、ミクロ粒子及び／又はナノ粒子を含む任意の適切なサイズを有し得る。例えば、粒子は、１０ｎｍ、５０ｎｍ、１００ｎｍ、２５０ｎｍ、１μｍ、１００μｍ又は任意の他の適切なサイズ以上である最大横断寸法（例えば最大径）を有し得る。同様に、粒子は、３００μｍ、２５０μｍ、１００μｍ、１μｍ、２５０ｎｍ又は任意の他の適切なサイズ以下である最大横断寸法を有し得る。例えば１０ｎｍ～３００μｍの最大横断寸法を有する粒子を含む上記範囲の組み合わせが構想される。当然、本開示はそのように限定されないため上述の寸法を越える又は未満の両方の寸法を有する粒子もまた構想される。
【0035】
[0058] 本明細書で使用されるように、用語：被膜、予被覆及び他の同様な用語は通常、粒子の外面へ塗布される材料の層を指す。加えて、材料のこの被膜は個々の粒子を完全に被覆し得る及び／又は被膜は粒子が完全に被覆又はカプセル化されないように粒子の少なくとも一部へ適用され得るかのいずれかである。加えて、被膜又はカプセル化は単一粒子へ適用され得る、又は複数の粒子が被覆され得る、又は単一外側シェル又は被覆内でカプセル化され得るかのいずれかである。例えば、単一のより大きな粒子を形成するように２又は３個の粒子などの複数の粒子がカプセル化又は被覆され得る。したがって、被覆された粒子を含む複数の粒子は各粒子が個々に被覆される実施形態（例えば、いくつかの粒子が、より大きな複合粒子、部分的にのみカプセル化される粒子、完全にカプセル化される粒子、及びこれらのタイプの粒子の合成物を形成するために被覆される場合）に対応し得るということを理解すべきである。
【0036】
[0059] 添付図面に移ると、具体的な非限定的実施形態がさらに詳細に説明される。これらの実施形態に対して説明される様々なシステム、部品、特徴及び方法は、本開示が本明細書において説明される具体的な実施形態だけに限定されないため、個々に及び／又は任意の所望組み合わせでのいずれかで使用され得るということを理解すべきである。
【0037】
[0060] 図１は基板上に層を形成するための噴霧蒸着システム１００の一実施形態の側面概略図である。特に、図１の噴霧蒸着は、陽極又は陰極材料を含む電池電極を形成するように構成され得る。図１に示すように、噴霧蒸着システムは、本システムを介し金属箔などの基板１０１を移動するためのコンベヤーを含む。例えば、描写された実施形態では、コンベヤーは、その間に基板が懸架される第１のローラ１０２Ａ及び第２のローラ１０２Ｂを含み得る。第１及び第２のローラは一方のローラから他方のローラへ（例えば第１のローラから第２のローラへ又は第２のローラから第１のローラへ）基板を移動するように構成される。いずれの場合も、基板は、材料が必要に応じ連続過程又は半連続過程で蒸着され得るように一方のローラから巻き戻され他方のローラ上へ巻き付けられる。しかし、本開示はそのように限定されないため、基板がローラの使用無しに噴霧蒸着システムを通される実施形態がまた構想される。噴霧蒸着システムはまた、その上に材料を蒸着するために基板の方向へ向けられる少なくとも１つの噴霧器１０４を含む。例えば、材料を基板の両側に同時に蒸着することが望ましいいくつかの実施形態では、材料を単一過程で基板の２つの面上へ蒸着するための２つの噴霧器１０４が基板の対向側に配置され得る。いずれの場合も、噴霧器は、粉末被覆過程のために次に基板の面上へ噴霧される粉末をエアロゾル化することができ、いくつかの実施形態では適切に帯電することができる噴霧銃として又は任意の他の適切な装置として配置され得る。
【0038】
[0061] 上記実施形態では、噴霧器はそれぞれ、基板上に蒸着するための粉末材料を含む貯蔵器１０６へ接続される。いくつかの実施形態では、貯蔵器は、流動床、ベンチャーアトマイザ（venture atomizer）、Ｗｒｉｇｈｔ給塵器、又は乾燥粉末をエアロゾル化及び／又はそうでなければ噴霧器へ輸送することができる他の適切な装置に対応し得る。図２を参照してさらに論述されるように、噴霧器は、噴霧銃から射出された粒子を帯電し得、これにより、噴霧器により標的にされる基板の或る領域全体にわたって粒子が一様に分散してそれへ付着することを容易にし得る。
【0039】
[0062] 既に論述されたように、粉末材料は、電気化学セル内に１つ又は複数の層（限定しないが陽極、陰極、隔離板、及び／又は固体電解質層を含む）を形成する際に使用される任意の適切な材料を含み得る。これらの材料は、イオン伝導性材料、電気化学材料、隔離板材料、導電材料、結合剤、上記の組み合わせ、及び／又は任意の他の適切な材料を含み得る。さらに、特定材料に依存して、材料はそれ自体が蒸着され得る、結合剤と混合され得る、及び／又は材料は結合剤により予被覆され得る。
【0040】
[0063] 図１の実施形態に示すように、噴霧蒸着システムはまた、第１のマスクアクチュエータ１１０Ａ及び第２のマスクアクチュエータ１１０Ｂへそれぞれ結合される第１のマスク１０８Ａ及び第２のマスク１０８Ｂを含む。図１の実施形態によると、第１のマスク及び第２のマスクは、基板のいくつかの領域を噴霧蒸着過程中に裸状態に維持するために選択的に把持し覆うために基板１０１の上面及び下面をしっかりと握るクランプとして構成される。しかし、第１及び第２のマスクが基板の片側だけへ適用される実施形態も構想される。第１及び第２のマスクの位置は、基板に接触する第１の位置と基板に接触しない第２の位置との間でマスクが移動可能であるようにアクチュエータにより制御される。例えば、第１及び第２のマスクアクチュエータは第１及び第２のマスクを基板の近くへ移動させ得る又はそれからさらに離れさせ得る。第１のマスクアクチュエータ及び第２のマスクアクチュエータは電気機械的アクチュエータ（例えば線形アクチュエータ、サーボモータ、ＤＣモータ、ブラシレスモータなど）、空気式アクチュエータ、油圧アクチュエータ、及び／又はマスクを基板に対し移動させるために好適な任意の他の適切なアクチュエータであり得る。第１及び第２のマスクアクチュエータは、マスクを移動して基板と接触させる又は接触しなくさせるために同マスクアクチュエータにより採用される電気、空気、及び／又は油圧液の供給を制御する第１のマスクアクチュエータコントローラ１１２Ａ及び第２のマスクアクチュエータコントローラ１１２Ｂにより制御される。当然、他の実施形態では、噴霧蒸着システムは、本開示がそのように制限されないため、任意の好適な数のマスクアクチュエータを制御する単一マスクアクチュエータコントローラ又は任意の他の好適な数のマスクアクチュエータコントローラを採用し得る。さらに、これらのコントローラは、少なくとも１つのハードウェアプロセッサと、少なくとも１つのハードウェアプロセッサにより実行されると本明細書において説明される方法を行うために本システムのアクチュエータ及び他の部品を制御するプロセッサ実行可能命令を格納する少なくとも１つの関連非一時的コンピュータ可読ストレージ媒体とを含み得る。
【0041】
[0064] 図１の実施形態によると、第１及び第２のマスク１０８Ａ、１０８Ｂは、１つ又は複数の噴霧器１０４が向けられる領域内のマスク間の基板を抵抗加熱するために、関連電源により供給される電流を基板１０１を介し第１及び第２のマスク間に通すように構成される。すなわち、基板内の電流の通過は基板の内部電気抵抗と組み合わせて、第１及び第２のマスク間の基板の当該領域内の基板内に内部熱を発生する。例えば、第１及び第２のマスクは、噴霧された粒子から基板の裸領域をマスクするためにマスクが基板と接触すると基板と電気的接触する電極として機能するように構成され得る。特定実施形態に依存して、第１及び第２のマスクは、電流が第１のマスク及び第２のマスクを介し基板に通され得るように、任意の好適な導電材料で構成されてもよいし又は１つ又は複数の導電性部分を含んでもよい。電流は基板を介し任意の好適な方向に通され得るということに注意すべきである。すなわち、いくつかの実施形態では電流は第１のマスク１０８Ａから第２のマスク１０８Ｂへ通され得、他の実施形態では本開示がこのやり方に制限されないため電流は第２のマスクから第１のマスクへ通され得る。さらに、基板に接触する第１のマスク及び第２のマスクの導電性部分は、ホットスポットが電流集中を介し基板上に形成されるのを回避するように、そしてさらに抵抗加熱を促進するように好適に寸法決めされ得る。例えば、一実施形態では、第１のマスク及び第２のマスクの導電性部分は潜在的ホットスポット形成を軽減するために基板の全幅にわたり得るが、より小さい電気的接触サイズも構想される。いくつかの実施形態では、マスクアクチュエータコントローラ１１２Ａ、１１２Ｂはまた電流を第１のマスク１０８Ａ及び第２のマスク１０８Ｂへ選択的に通し得るため様々なコントローラの数が低減され得る。当然、電流は、本開示がそのように制限されないため任意の好適な数の独立又は複合コントローラを使用してマスクに通され得る。
【0042】
[0065] 図１の実施形態は電流を基板に通すための電極として第１及び第２のマスクを使用するが、電流を基板に通すために任意の好適な配置の電極が採用され得るということに注意すべきである。例えば、様々な位置における導電性ローラ又は導電性ブラシが電流を基板に通し得る。例えば、いくつかの実施形態では、導電性ローラ又はブラシは、基板と噴霧器により蒸着された材料の１つ又は複数の層とに電流を通し得る。すなわち、電流は、基板上に配置された材料層と電気的に接触する導電性ローラ又はブラシを介し下地基板内へ通され得る又はそれから出され得る。このような実施形態では、カレンダーローラは、電流を材料層を介し基板に通す又はそれから引き出すために使用され得る。この実施形態では、別のローラ又はブラシが、噴霧蒸着を未だ受けていない基板の位置において電流を基板に通す又はそれから直接引き出すために使用され得る。当然、本開示はそのように限定されないため任意の好適な抵抗加熱配置が採用され得る。
【0043】
[0066] 図１に示すように、噴霧蒸着システム１００はまた、蒸着材料層を緻密化するために使用され得る一対のカレンダーローラ１１４を含み得る。カレンダーローラは、加熱され得、基板が一対のカレンダーローラ間を通ると層を所望厚まで緻密化し基板へ固着するために、十分に高い圧力を基板と基板上に配置され得る任意の材料層とへ印加し得る。したがって、蒸着材料層がカレンダーローラに通された後、材料層は、カレンダー加工されていない層より緻密になることに加えて均一密度及び厚さを有し得る。いくつかの実施形態では、カレンダーローラは複数の材料層を同時に緻密化するために使用され得る。
【0044】
[0067] 図２は材料蒸着過程中の図１の噴霧蒸着システム１００の側面概略図である。図２に示すように、第１のマスク１０８Ａ及び第２のマスク１０８Ｂは、蒸着される材料が裸マスク領域上に蓄積しないように基板の両側の基板の裸領域をマスクする（すなわち覆う）ために移動され基板１０１と接触した。しかし、再び、材料層が基板の片側に蒸着され且つ単一対のマスクが使用される実施形態も構想される。マスクがクランプ位置に在る間、その間に延伸する基板１０１の運動を制御する第１及び第２のローラ１０２Ａ、１０２Ｂは静止状態に保持される。既に論述されたように、第１のマスク及び第２のマスクは、電極として構成され得、図２に示すクランプ状態で基板を介し互いに電気的に連通し得る。適切に位置決めされると、電流が、第１のマスクと第２のマスクとの間の基板を抵抗加熱するために第１のマスク及び第２のマスクに通される。図２に示すように、マスク間の基板の標的領域の対向側に位置する２つの噴霧器１０４が、第１の粒子２００を帯電しエアロゾル化し、次に第１の粒子を基板の対向露出面の方向へ噴霧する。第１の粒子は貯蔵器１０６から噴霧器へ供給される。噴霧蒸着過程は、好適な量の第１の粒子が第１及び第２のマスク間の基板上に蒸着されるまで続けられ得る。蒸着層の厚さは、噴霧銃から発射される材料の蒸着速度、蒸着の時間、及び／又は他の適切な制御パラメータにより制御され得る。いくつかの実施形態では、第１のマスク及び第２のマスクを介し基板へ印加される電位は、荷電粒子が基板の方向へ引き付けられるように選択され得る。例えば、荷電粒子は大きな負又は正電位により帯電され得、第１及び第２のマスクにより印加される電位は、噴霧されると荷電粒子が基板へ引き付けられ、基板にくっつくように荷電粒子の電位より低いかもしれない、及び／又はそれと反対であり得る。一実施形態では、第１のマスク及び第２のマスクの一方は、接地されたマスクに隣接する基板の少なくとも一部が接地されるように接地され得る。
【0045】
[0068] 先に上で述べたように、蒸着層を形成するためにどのタイプの材料が基板へ噴霧されるかに依存して、様々なタイプの構造が、説明された過程を使用して形成され得る。例えば、開示されたシステムは、電極層、隔離板層、固体電解質層、導電層及び／又は他の適切な材料層を蒸着するために使用され得る。したがって、いくつかの可能な実施形態が上で説明されたが、本開示の材料及びプロセスはこれらのタイプの応用及び構造だけに限定されるべきでないということを理解すべきである。
【0046】
[0069] リール・ツー・リール（reel-to-reel）噴霧蒸着システム１００が図１～２において示されたが第１のローラ１０２Ａ及び第２のローラ１０２Ｂを含まない代替噴霧蒸着システムが採用され得るということに留意すべきである。１つのこのような実施形態では、第１のマスク１０８Ａ及び第２のマスク１０８Ｂは噴霧器１０４による噴霧蒸着中に基板を静止状態に保持するように構成され得る。すなわち、第１のマスク及び第２のマスクは、噴霧蒸着過程が非連続的に行われ得るように、マスク間に配置されマスクにより適所に保持された個々の基板を選択的に把持するために使用され得る。
【0047】
[0070] 図３は第１の材料層２０２が基板１０１上に蒸着された後の材料蒸着過程中の図１の噴霧蒸着システム１００の側面概略図である。図３に示すように、所望厚さの材料層が噴霧器１０４から基板上に蒸着された。第１のマスク１０８Ａ及び第２のマスク１０８Ａは、基板がマスク間のシステムを介し横方向に移動され得るように、基板の表面から離間されるように解放位置へ移動された。すなわち、図３の実施形態において、第１のマスクアクチュエータ１１０Ａ及び第２のマスクアクチュエータ１１０Ｂは、第１のマスク及び第２のマスクそれぞれを移動して基板から離し基板と接触しなくした。第２のローラ１０２Ｂに隣接した矢印より表されるように、第１のマスク及び第２のマスクが基板と接触しなくなると第１のローラ１０２Ａ及び第２のローラ１０２Ｂはシステムを介し基板を移動するために回転し得る（又は別の適切なコンベヤー構造が作動され得る）。マスクは、基板が移動されると蒸着層と接触することを避けるために開構成で基板から適切に離間され得る。描写された実施形態では、第１のローラ及び第２のローラは基板を第１のローラから巻き戻し第２のローラ上に巻き付けるために紙面に対して時計回りに回転するが、本開示はシステムを介した基板の運動のこの方向及び／又は方法に限定されない。したがって、第１及び第２のローラは、蒸着済み材料層をカレンダー加工するためにこれをカレンダーローラ１１４の方向へ移動する。
【0048】
[0071] 図４は図３に示す状態に続く材料蒸着過程中の図１の噴霧蒸着システム１００の側面概略図である。図４に示すように、第１の蒸着材料層は、第１の材料が緻密化されるとカレンダー加工済み材料層２０４が形成されるようにカレンダーローラ１１４を通される。いくつかの実施形態では、カレンダーローラは蒸着材料層の緻密化及び基板への蒸着材料層の固着を容易にするために加熱され得る。図４に示すように、第１の蒸着材料層が移動され第２のマスク１０８Ｂを通過すると、第１及び第２のローラ１０２Ａ、１０２Ｂは別の第１の材料層が基板上に蒸着されるように基板を停止し得る。すなわち、第１のマスク１０８Ａにより最初に覆われた裸領域が第２のマスク１０８Ｂとアライメントされると、基板は停止され得、第１及び第２のマスクは基板を把持するために移動した。第１のマスクアクチュエータ１１０Ａ及び第２のマスクアクチュエータ１１０Ｂは、基板の裸領域が被覆されるように第１のマスク及び第２のマスクを基板の方向へそして基板と接触するように移動し得る。図４に示すように、噴霧器１０４は、第１及び第２のマスクが裸領域を粒子蒸着から遮蔽し電流を基板に通して基板を抵抗加熱する間に、帯電された第１の粒子２００を貯蔵器１０６から基板の両側へ蒸着し得る。したがって、図１～４の噴霧蒸着システムは、材料層をマスクにより遮蔽された裸領域により分離された基板上へ順次蒸着する。先に述べたように、裸領域は、噴霧器の標的領域内の基板の一貫した抵抗加熱を保証するのを助け得る一方で後の形成工程中の基板の切断及び／又は電気的リードの基板への取り付けを容易にする裸基板のいくつかの領域も提供する。
【0049】
[0072] 上記実施形態において描写されたカレンダーローラ１１４はシステムを通過する基板の長さに沿ったシステム内の任意の適正位置に配置され得るということを理解すべきである。例えば、カレンダーローラは添付図に描写するように位置決めされ得る、又はカレンダーローラは基板の新しい標的領域がマスク間に位置決めされる延長期間の間熱及び／又は圧力を蒸着材料層の一部へ印加することを避けるために基板の裸領域の上に位置し得る。したがって、カレンダーローラは描写された位置だけに限定されない。
【0050】
[0073] 図５は材料蒸着過程中の図１の噴霧蒸着システム１００の上面概略図である。図５に示す状態は図４に示すものに続く状態に対応する。ここでは、複数の第１の材料層２０２が、複数のカレンダー加工済み第１の材料層２０４を形成するために蒸着されカレンダーローラ１１４を通された。カレンダー加工済み第１材料層のそれぞれは、第１のマスク１０８Ａ及び第２のマスク１０８Ｂにより覆われた領域に対応する基板の裸領域１１８により、隣接するカレンダー加工済み第１の材料層から分離される。基板の次の標的領域１１６が、材料蒸着のために、第１のマスク１０８Ａと第２のマスク１０８Ｂとの間にアライメントされており、以前に蒸着された第１の材料層は、基板の長さに沿ったカレンダーローラの位置に依存して部分的及び／又は完全にカレンダー加工された。さらに、この特定構成では、第１のマスクにより既に遮蔽された基板の部分は、今や第２のマスクとアライメントされ第２のマスクにより遮蔽される。
【0051】
[0074] 図６は図５に示す状態に続く図１の噴霧蒸着システム１００の上面概略図である。図６に示すように、噴霧器１０４は、標的領域に隣接した裸領域が第１のマスク１０８Ａ及び第２のマスク１０８Ｂにより覆われている間に別の第１の材料層２０２を形成するために第１の粒子を基板の標的領域の方向へ噴霧する。第１のマスク及び第２のマスクは、基板の下位領域を効果的に覆い噴霧された粒子が裸領域上に蒸着されることを禁じるように噴霧過程中に下地基板に接触し得る。図６に示すように、第１のマスク及び第２のマスクは基板の全幅を覆うが、マスクが基板の幅にわたって部分的に延伸する及び／又は様々な配置及び／又は形状を呈示する実施形態も構想される。いずれの場合も、マスクが基板と接触して置かれると、電流は、第１の粒子が噴霧器１０４から蒸着される間基板の標的領域を抵抗加熱するために基板を介し第１及び第２のマスク間に通され得る。
【0052】
[0075] 図７は図６の過程の続きを示す。追加の第１の材料層２０２が基板の標的領域内に蒸着される図６に示す状態から、第１のマスク１０８Ａ及び第２のマスク１０８Ｂは、基板が移動されると基板又は蒸着材料層と干渉しないように適切な距離だけ移動されて基板と接触しなくなる。第１のローラ１０２Ａ及び第２のローラ１０２Ｂ（又は他の適切な基板ハンドリングシステム）は、基板をカレンダーローラ１１４の方向へ移動させるように次に作動される。次の標的領域１１６が第１及び第２のマスク間にアライメントされると、第１及び第２のローラは停止される。この状態から、第１及び第２のマスクは、追加材料層が蒸着され得るように後退され裸領域において基板と再び接触し得る。この過程は、基板の長さに沿って一連の順次配置された蒸着材料層及び裸領域を生成するために所望の回数繰り返され得る。
【0053】
[0076] 図８～９は図１～７の噴霧蒸着システムにより作製された材料のそれぞれ上面概略図及び側部概略図である。既に述べたように、図１～７の噴霧蒸着システムにより作製された最終材料は基板の長さに沿って位置する蒸着済み材料層２０４の領域と裸領域１１８との交互領域を有する基板１０１であり得る。さらに、いくつかの実施形態では、材料層はカレンダー加工済み材料層であり、蒸着済みカレンダー加工済み材料層のそれぞれは裸領域により他のカレンダー加工済み材料層から少なくとも部分的に分離され得る。したがって、基板のいくつかの区画は、裸領域に沿って容易に分離（すなわち切断）され得、後の形成過程中に裸領域内の基板へ溶接、半田付け、又はそうでなければ結合される電気的リードを有し得る様々な電極を生成する。このような材料は、電気的リードのカレンダー加工及び／又は取り付けに先立って基板から材料を除去する追加処理工程を削除するため、電池又は他の電気化学セルの製造を大いに単純化し得る。
【0054】
[0077] 図１０～１３は複数の材料が基板上へ順次蒸着される噴霧蒸着システム３００の別の実施形態の側面概略図である。図１～７の実施形態と同様に、図１０に示す蒸着システムは、基板１０１が連続的に１つのローラから巻き戻され他のローラ上へ巻き付けられることを可能にする第１のローラ３０２Ａ及び第２のローラ３０２Ｂを含み得る。図１０に示すように、噴霧蒸着システムは、様々な材料層が順に蒸着される２つの別個のステーションを含む。噴霧蒸着システムの第１のステーションは、第１の貯蔵器３０６Ａへ結合され第１の粒子を基板上に蒸着する第１の噴霧器３０４Ａを含む。第１のマスク３０８Ａ及び第２のマスク３０８Ｂもまた第１のステーションの一部を形成する。第１のマスク３０８Ａ及び第２のマスク３０８Ｂは、裸領域を覆い材料蒸着のためにその間に基板の第１の標的領域を画定するために基板と選択的に接触するように構成される。図１～７の実施形態のように、第１のマスク及び第２のマスクは第１のマスクアクチュエータ３１０Ａ及び第２のマスクアクチュエータ３１０Ｂによりそれぞれ制御される。第１のマスクアクチュエータ及び第２のマスクアクチュエータは第１のマスクアクチュエータコントローラ３１２Ａ及び第２のマスクアクチュエータコントローラ３１２Ｂにより制御される。最後に、第１のステーションは、第１の作業ステーションの下流側に、第１の噴霧器３０４Ａにより蒸着されると第１の材料層を緻密化するように構成され得る第１組のカレンダーローラ３１４Ａを含み得る。噴霧蒸着システムの第２のステーションは第１のステーションと同様な部品を含む。第２のステーションは第２の貯蔵器３０６Ｂへ結合される第２の噴霧器３０４Ｂを含む。第２のステーションはまた、材料を基板上へ蒸着するための第２の標的領域をその間に画定する第３のマスク３０８Ｃ及び第４のマスク３０８Ｄを含む。第３及び第４のマスクは、第３のマスクアクチュエータコントローラ３１２Ｃ及び第４のマスクアクチュエータコントローラ３１２Ｄにより制御される第３のマスクアクチュエータ３１０Ｃ及び第４のマスクアクチュエータそれぞれと結合され得る。最後に、第２のステーションもまた第２のステーションの下流側に、第２の噴霧器により蒸着された第２の材料層を緻密化するように構成された第２のカレンダーローラ３１４を含み得る。したがって、図１０～１３の噴霧蒸着システムは２つの別個の材料層を基板上に順次蒸着しカレンダー加工するように構成される。当然、２つの層を蒸着するための２つのステーションが上に説明されたが、システムは、本開示がシステムに含まれる蒸着ステーションの数に制限されないため、任意数の異なる材料層を順次蒸着するための任意数の蒸着ステーションを含み得るということを理解すべきである。
【0055】
[0078] 図１０に示す状態では、噴霧蒸着システムはいかなる材料層も蒸着されていない開始状態に在る。このような状態は、基板１０１のロールが第１のローラ３０２Ａ及び第２のローラ３０２Ｂへ最初に接続されると存在し得る。図１０に示すように、第１、第２、第３、及び第４のマスク３０８Ａ－Ｄのそれぞれはこの開始状態において基板から離間される。
【0056】
[0079] 図１１は第１の材料層２０２蒸着中の図１１の噴霧蒸着システムを描写する。図１１に示すように、第１のマスク３０８Ａ及び第２のマスク３０８Ｂは基板と接触するために移動された。したがって、第１及び第２のマスクの下に配置された基板の裸領域は、第１の粒子２００が基板の対向側に第１の材料層２０２を形成するために第１の貯蔵器３０６Ａから供給され第１の噴霧器３０４Ａから基板の方向へ噴霧されると裸の未被覆状態で維持されるように遮蔽される。図１～７の実施形態と同様に、第１の噴霧器３０４Ａは、第１の粒子２００が基板へ引き付けられ第１のマスク及び第２のマスク間に一様に分散するように第１の粒子２００を帯電させ得る。図１０～１３の実施形態によると、基板は抵抗加熱されるように構成され得る。図１１に示すように、電流が基板を加熱するために基板を介し第２のマスクから第１のマスクへ通されるように、第１のマスク３０８Ａは負、接地、又は低電位電極として機能し得、第２のマスク３０８Ｂは正又は高電位電極として機能し得る。したがって、第１のマスク及び第２のマスクは両方とも、裸領域を材料蒸着から遮蔽し基板のヒータとして機能する。当然、図１１の実施形態は電流を第２のマスクから第１のマスクへ通すように構成されるが、本開示はそのように限定されないため、電流の方向は他のいくつかの実施形態では反転され得る（すなわち、第１のマスクが正又は高電位を有し第２のマスクが負、接地、又は低電位を有することにより）。
【0057】
[0080] 十分な量の第１の粒子２００が第１の材料層２０２内へ蒸着されると、噴霧蒸着システムは図１２に示す状態へ進む。図１２に示すように、第１のマスク３０８Ａ及び第２のマスク３０８Ｂは、第１のマスクアクチュエータ３１０Ａ及び第２のマスクアクチュエータ３１０Ｂにより基板に対して離間された非接触位置へ移動された。第１のローラ３０２Ａ及び第２のローラ３０２Ｂが第１のカレンダーローラ３１４Ａを介し第１の材料層及び基板を第２の蒸着ステーションの方向へ平行移動させると、第２のマスク３０８Ｂは、第２のマスクが第１の材料層２０２をクリアにするために十分な寸法だけ基板から離間され得る。第１及び第２のローラは、基板の所望部分が第３のマスク３０８Ｃと第４のマスク３０８Ｄ（これらは、第１のマスクと第２のマスクとの間の分離の距離に等しい距離だけ互いに分離されて配置され得る）との間に配置されるまで基板を移動する。したがって、第３のマスク及び第４のマスクは、噴霧蒸着システムが図１３に示す状態へ進むと、第１のマスク及び第２のマスクにより既に覆われた基板の対応裸領域とアライメントされ得る。
【0058】
[0081] 図１３に示すように、以前に蒸着された第１の材料層２０２は第３のマスク３０８Ｃと第４のマスク３０８Ｄとの間にアライメントされるように移動された。次に、ローラは、追加材料層が蒸着され得、マスクが、マスクとアライメントされた基板の裸部分内の基板と接触するために移動され得るように、基板を停止する。図１３に示すように、第３のマスク３０８Ｃ及び第４のマスク３０８Ｄは、基板が第３及び第４のマスクにより把持されるように、第３のマスクアクチュエータ３１０Ｃ及び第４のマスクアクチュエータ３１０Ｄそれぞれにより移動され基板１０１と接触した。同様に、第１のマスク３０８Ａ及び第２のマスク３０８Ｂはまた第１のマスクアクチュエータ３１０Ａ及び第２のマスクアクチュエータ３１０Ｂにより移動され基板の別の部分と接触した。したがって、第１、第２、第３、及び第４のマスクのそれぞれは、粒子が第１の噴霧器３０４Ａ及び第２の噴霧器３０４Ｂから基板上へ蒸着される間、基板の対応部分と直接接触して遮蔽する。図１３に示すように、第１の噴霧器は、追加の第１の材料層を基板上に形成するために粒子２００を基板の対向側へ蒸着する。一方、第２の噴霧器３０４Ｂは、第２の材料層２０８を基板の対向側に形成するために、第２の貯蔵器３０６Ｂから供給される第２の粒子２０６を対向するカレンダー加工済みの第１の材料層２０４上へ蒸着する。同層がその後システムを介し第２のローラ３０２Ｂの方向へ平行移動させられると、第１及び第２の層だけでなく基板も、第２のローラ上へ巻き付けられることに先立って第２のカレンダーローラ３１４Ｂを通過し得る。
【0059】
[0082] 図１３に示すように、複数の材料層が別個ステーションにおいて同時に蒸着され得る。既に述べたように、基板は、粒子が基板上に蒸着されると標的領域内で抵抗加熱され得る。図１０～１３の実施形態によると、第３のマスク３０８Ｃ及び第４のマスク３０８Ｄは、電流を噴霧蒸着システムの第２のステーションにおいて基板に通す電極として構成され得る。しかし、隣接蒸着システム間（例えば第２及び第３のマスク間）の基板の抵抗加熱を回避するために、第３のマスク及び第４のマスクは第１のマスク３０８Ａ及び第２のマスク３０８Ｂとは反対方向に電流を通す。すなわち、図１３に示すように、第２のマスク３０８Ｂ及び第３のマスク３０８Ｃは正又は高電位電極として構成され得、一方、第１のマスク３０８Ａ及び第４のマスク３０８Ｄは負、接地、又は低電位電極として構成され得る。したがって、電流は、第２のマスク又は第３のマスクから外側へ第１のマスク又は第４のマスクのいずれかに向かって反対方向に流れる。したがって、第１のステーションと第２のステーションとの間で互いに隣接するマスクは、電流が第３のマスクから第２のマスクへ通されないように等しい電位を有し得る。したがって、マスクのこの配置は、粒子蒸着に晒される標的領域内の基板に電流が排他的に通される（基板全体を加熱することとは対照的に）ことを可能にし得る。このような構成はエネルギー消費量を低減する又はそうでなければ噴霧蒸着過程の効率を改善し得る。上記に加えて、順に配置された蒸着ステーション（ここでは材料が基板の２つ以上の隣接標的領域上へ噴霧される）間でローラが使用されない実施形態では、単一マスクが、隣接標的領域間に配置され得、高電位マスクと低電位マスクとを基板の長さに沿って交番することの使用に起因して、両方の標的領域を加熱するための電極として機能し得る。
【0060】
[0083] 上記を考慮し、任意の好適な正電位、負電位、相対的電位、又は接地電位を有するマスクが、基板の標的領域内の電流通過を絶縁するように配置され得るということに注意すべきである。さらに、他の実施形態では、追加ステーションが噴霧蒸着システムへ加えられ得、隣接ステーション内のマスクはステーション間の基板を介した電流伝送を禁じるように等しい又は同様な電位を共有する。しかし、いくつかの実施形態では、本開示は基板の抵抗加熱がシステムの１又は複数の蒸着ステーションの範囲内であるように制限される実施形態に限定されないため、電流は特定ステーションに対し絶縁されないかもしれなく、このような基板の任意の所望部分（例えば任意の長さ）及び可能性として基板全体が抵抗加熱され得る。
【0061】
[0084] この過程は、基板の供給が尽くされるまで図１３に示すシステムを介し蒸着サイクルを行い基板を周期的に移動するために継続し得る。すなわち、第１、第２、第３、及び第４のマスク３０８Ａ－Ｄは移動され基板と接触しなくなり得、第１のローラ３０２Ａ及び第２のローラ３０２Ｂは、第１のカレンダーローラ３１４Ａを介し第１の材料層２０２を、そして第２のカレンダーローラ３１４Ｂを介し第２の材料層２０８を供給し得る。したがって、カレンダー加工された後、第２の材料層は第２のローラ３０２Ｂ上へ巻き付けられ得る。第１及び第２のローラは、図１４の状態が反復され得るように次の未被覆の第１の材料層２０２が第３のマスクと第４のマスクとの間にアライメントされると基板を停止し得る。したがって、噴霧蒸着システムは、基板を進め、停止し、材料層を蒸着し、基板を再び進めることにより半連続過程を行い得る。形成された材料は、基板の裸領域により分離された第１の材料層の上に配置された第１の材料層２０２及び第２の材料層２０８を有する一連の領域を有し得る。
【0062】
[0085] 複数のステーション間で基板１０１を移動した後に材料層を順に蒸着する複数のステーションを有する図１０～１３の実施形態が示されたが、他の実施形態では、複数のステーションは、基板を移動することなく複数の材料層が蒸着される単一ステーションへ合成され得る。例えば、いくつかの実施形態では、材料の複数の貯蔵器は、基板を移動すること無く又は基板に接触するいかなるマスクも無しに第１の材料層が蒸着され得、次に第２の材料層が後で蒸着され得るように１つ又は複数の噴霧器へ結合され得る。別の実施形態では、別個の貯蔵器へ結合された複数の噴霧器は、両者が基板の同じ領域を効果的に標的とするように互いに近接し得る。この実施形態では、第１の噴霧器は第１の材料層を蒸着し得、第２の噴霧器は基板を移動することなく第２の材料層を第１の材料層の上に蒸着し得る。当然、噴霧蒸着システムは、本開示がそのように制限されないため任意の好適な数のステーション、噴霧器、貯蔵器及びマスクを使用し得る。
【0063】
[0086] 図１４～１５はそれぞれ、図１０～１３の噴霧蒸着システムにより生成される材料の上面概略図及び側面概略図である。図１４～１５に示すように、カレンダー加工された第２の材料層２０８は、基板１０１の対向側に配置されるカレンダー加工済み第１の材料層２０４の上に配置される。カレンダー加工された第１の材料層及び第２の材料層の各断面は、基板の裸領域１１８により、蒸着済み材料層の隣接断面から分離される。既に述べたように、このような配置は、材料層のいくつかの区画を容易に分離すること及び／又は基板を電気的リードなどの別の構造へ連結する（例えば溶接又は半田付により）ことが望ましい製造プロセスを改善する。
【0064】
[0087] いくつかの実施形態では、図１４～１５の材料は複数の別々の電極を形成するために使用され得る。この実施形態では、カレンダー加工済み材料層２０４は電気化学材料（すなわち陽極又は陰極材料）を使用して形成され得る。このような実施形態では、カレンダー加工された第２の材料層２１０は隔離板及び／又は固体電解質層であり得る。他のいくつかの実施形態では、第１のカレンダー加工された材料層はまた結合剤及び／又は固体電解質を含み得る。当然、任意の好適な材料又は材料の混合物は、本開示がそのように制限されないためカレンダー加工された第１の材料層及び第２の材料層を形成するために使用され得る。
【0065】
[0088] 図１６～１７は噴霧蒸着システムにより生成される材料の一実施形態の上面概略図及び側面概略図である。図１６～１７の材料はカレンダー加工された第１及び第２の材料層２０４、２１０を有する図１４～１５と同様である。加えて、カレンダー加工された第３の材料層２１４は基板の対向側に位置する第２の材料層の上に配置され得る。一実施形態では、第１の材料層２０４は第１の電極層（例えば陽極又は陰極）を形成するための電気化学材料を含み得る。これに応じて、第２の材料層２１０は、固体電解質を形成するためのイオン伝導性材料又は隔離板層を形成するための隔離板材料であり得る。第３の材料層は第１の電極層とは異なる電気化学材料を含む第２の電極層であり得る。このような配置は、その後の電池形成過程における使用に先立って複数の電池電極を単一基板上に形成するために役立ち得る。当然、特定材料層が上に論述されたが、本開示はそのように限定されないため任意の材料又は材料混合物が任意の望ましい順序でそして任意数の層内に蒸着され得る。
【0066】
[0089] 図１８～２１は材料蒸着過程中の噴霧蒸着システム４００のさらに別の実施形態の側面概略図である。非連続的過程又は半連続過程を行った前述の実施形態とは対照的に、図１８～２１の噴霧蒸着システムは、基板が第１のローラ４０２Ａから常時巻き戻され第２のローラ４０２Ｂ上へ巻き付けられる連続過程において基板１０１上に材料層を形成するように構成される。図１８に示すように、噴霧蒸着システムは、材料の噴霧を第１の標的領域内の基板の対向面の方向へ向ける第１の貯蔵器４０６Ａへ結合された第１の噴霧器４０２Ａと、材料の噴霧を第２の標的領域内の基板の対向面の方向へ向ける第２の貯蔵器４０６Ｂへ結合された第２の噴霧器４０４Ｂとを含む。第１及び第２の噴霧器は第１の粒子及び第２の粒子をそれぞれ送出する。噴霧蒸着システムはまた、第１のマスクアクチュエータ４１０Ａ及び第２のマスクアクチュエータ４１０Ｂにより制御される第１のマスク４０８Ａ及び第２のマスク４０８Ｂを含む。第１のマスクアクチュエータ及び第２のマスクアクチュエータは、第１の粒子及び第２の粒子が蒸着されると基板の裸領域を遮蔽するために基板との接触を維持する一方でマスクが基板と同期して移動することを可能にするように構成されるトラック４１２へ作動可能に結合される。いくつかの実施形態では、トラック４１２は、基板が第１のローラから第２のローラに移動されと基板をマスクするためにシステム内で繰り返し再循環されるように連続的であり得る。マスクアクチュエータ同士は、材料層が等長区画内に蒸着されるようにマスクのそれぞれの間の所定距離を維持する鎖、ベルト又は他の適切な構造を介し連結され得る。当然、マスクは、本開示がそのように制限されないため任意の適切な等しい、等しくない距離、及び／又は可変距離だけ分離され得る。図１８に示すように、第３のマスク４０８Ｃ及び第３のマスクアクチュエータ４１０Ｃはトラックに沿って第１のマスク及び第２のマスクに追随する。
【0067】
[0090] 図１８に示す状態によると、第１のマスク４０８Ａ及び第２のマスク４０８Ｂはマスクにより遮蔽された基板の裸領域を効果的にマスクするために基板１０１を把持した。第１のマスク及び第２のマスクはそれらの間の基板の標的領域（材料層が蒸着される）を画定する。図１８に示すように、第１のマスクと第２のマスクとの間の標的領域が第１の噴霧器４０４Ａを横断すると、第１の噴霧器は第１の材料層を形成するために第１の粒子２００を基板上へ蒸着する。第１の貯蔵器４０６Ａから流れる間に、第１の粒子は、第１の噴霧器４０４Ａにより帯電され、第１の材料層を形成するために基板上へ噴霧され得る。基板、第１のマスク及び第２のマスクは第１のローラから第２のローラの方向へ一定速度で移動し得る。この実施態様によると、第１の材料層の厚さは、第１の噴霧器４０４Ａから発射される材料の蒸着速度、基板１０１の速度、及び／又は他の適切な制御パラメータにより制御され得る。第１の粒子２００が第１の噴霧器から射出されている間に、基板は第１のマスク及び第２のマスクを通される電流により抵抗加熱され得る。いくつかの実施形態によると、そして図１８に示すように、マスクは、第１の噴霧器４０４Ａ及び第２の噴霧器４０４Ｂの一方の下を通ると電流が標的領域を加熱するために各標的領域を通されるということを保証するために交番電位により配置され得る。より具体的には、電流が第１のマスクから第２のマスク及び／又は第３のマスクへ流れるように、第１のマスクは正電位又はそうでなければ高電位を有し、第２のマスク及び第３のマスクは負電位、接地電子、又は低電位を有する。すなわち、図１８に示す状態では、電流は第１のマスクから第２のマスクへそして第３のマスクから第１のマスクへ通される。
【0068】
[0091] 図１９は図１８に示す状態からの噴霧蒸着過程の続きを描写する。図１９に示すように、第１の材料層２０２が蒸着され、第１の噴霧器４０４Ａは噴霧することを中止した。基板１０１、第１のマスク４０８Ａ、第２のマスク４０８Ｂ及び第３のマスク４０８Ｃは第２のローラ４０２Ｂの方向へさらに移動した、第３のマスク４０８Ｃが好適に基板に隣接すると、第３のマスクアクチュエータ４１０Ｃは、基板を把持し第１のマスクと第３のマスクとの間の基板の別の標的領域を画定するために第３のマスクを移動して基板と接触させ得る。既に述べたように、マスクのそれぞれは、第１の噴霧器４０４Ａ及び第２の噴霧器４０４Ｂにより噴霧された材料で覆われる又はそれから遮蔽される裸領域を画定する。
【0069】
[0092] マスクアクチュエータが図１８～２１の実施形態では採用されるがマスクはトラックを使用することにより移動され基板と接触し得る又は接触しなくなり得るということに留意すべきである。例えば、いくつかの実施形態では、トラックは、基板に対するマスクの相対運動を制御するために、マスクをトラックの特定部分に沿って移動させて基板に近づけ、マスクをトラックの他の部分に沿って基板からさらに遠くに移動させ得る。したがって、これらのトラック部分は、マスクが蒸着過程中にマスクされる基板の領域と受動的に接触させられる及び接触させられないよう配置され得る。いくつかの実施形態では、本開示がそのように制限されないためマスクアクチュエータはマスクを基板に対し任意の望ましい方向に移動させるために様々なトラック形状と組み合わせられ得る。
【0070】
[0093] 図２０は図１９に示す噴霧蒸着システム４００の状態からの材料蒸着過程の続きである。図２０に示すように、基板１０１、第１のマスク４０８Ａ、第２のマスク４０８Ｂ及び第３のマスク４０８Ｃは互いに同期して第２のローラ４０２Ｂの方向へ移動し続けた。第１のマスク、第２のマスク及び第３のマスクのそれぞれは、下地基板との接触を維持し、基板がマスクにより接触される裸領域を維持した。図２０の状態では、第１及び第２のマスクにより画定される基板の標的領域は、第２の材料層２０８を形成するために第２の粒子２０６を第２の貯蔵器４０６Ｂから第１の材料層２０２上へそれに応じて蒸着する第２の噴霧器４０４Ｂに隣接する。一方、第１及び第３のマスクにより画定される基板の標的領域は、基板上に直接配置される第１の材料層内へ第１の粒子２００を蒸着する第１の噴霧器に隣接して位置決めされる。これらの層のそれぞれが蒸着される間、基板は、第１のマスク４０８Ａから第２のマスク４０８Ｂ及び第３のマスク４０８Ｃの両方へ通される電流により抵抗加熱され得る。当然、他の実施形態では、本開示はそのように限定されないため、電流通過の方向は、反転され、電流は第３のマスク及び第２のマスクから第１のマスクへ通され得る。図２０に示すように、第４のマスク４０８Ｄ及び第４のマスクアクチュエータ４１０Ｄは、第３のマスクと第４のマスクとの間にさらに別の標的領域を画定するためにトラック４１２に沿って第３のマスクに追随する。
【0071】
[0094] 図２１は図２０に示す状態に続く材料蒸着過程を描写する。図２１に示すように、基板１０１、第１のマスク４０８Ａ、第２のマスク２０８Ｂ、第３のマスク４０８Ｃ、及び第４のマスク４０８Ｄは第２のローラ４０２Ｂの方向へさらに移動した。第１及び第２のマスク間の第２の材料層２０８の蒸着は完了し、第２のマスクは第２のマスクアクチュエータ４１０Ｂにより移動され基板と接触しなくなった。第２の材料層２０８及び第１の材料層２０２を含む基板の解放された部分は、基板を第２のローラ４０２Ｂ上へ巻き付けることに先立って第１及び第２の材料層を同時に緻密化するカレンダーローラ４１４内へ供給される。第２のマスクが基板を解放すると、第４のマスク４０８Ｄは第４のマスクアクチュエータ４１０Ｄにより移動され基板と接触した。したがって、第３のマスク４０８Ｃ及び第４のマスク４０８Ｄは材料蒸着のためのその間のさらに別の標的領域を画定し得る。
【0072】
[0095] 図１８～２１に示す実施形態は、材料が一気に（すなわち非連続的に）蒸着されるように第１及び第２の噴霧器４０４Ａ、４０４Ｂのタイミングを描写するが、他の実施形態では、第１の噴霧器及び第２の噴霧器は材料を絶えず蒸着し得る。すなわち、第１の粒子及び第２の粒子は、基板及びマスクが第１のローラ４０２Ａから第２のローラ４０２Ｂの方向へ移動すると第１の噴霧器及び第２の噴霧器から連続的に射出され得る。この実施態様によると、噴霧器は、マスク及び基板が噴霧器の下を通り所望範囲内に位置すると粒子を基板に直接噴霧し得る。しかし、マスクが下地基板を遮蔽するため、基板の裸領域はこのような配置でマスクの下に依然として維持され得る。
【0073】
[0096] 図２２は連続材料蒸着過程中の噴霧蒸着システム５００のさらに別の実施形態の上面概略図である。図２２の実施形態によると、噴霧蒸着システムは、同システムが様々なステーションにおいて３つの材料層を順に蒸着するということを除き図１８～２１のものと同様である。図２２に示すように、本システムは、リール・ツー・リール処理において基板を第１のローラから巻き戻し基板を第２のローラ上に巻き付けることにより基板１０１を平行移動させる第１のローラ５０２Ａ及び第２のローラ５０２Ｂを含む。本システムは、それぞれが様々な材料又は材料混合物を順に基板上に蒸着する第１の噴霧器５０４Ａ、第２の噴霧器５０４Ｂ及び第３の噴霧器５０４Ｃを含む。本システムはまた、基板が連続運動で移動されて基板と接触する又は接触しなくなることを可能にする連続的トラック５１２上に配置された複数のマスク５０８及びマスクアクチュエータ５１０を含む。明確化のために、基板と接触したマスク及びマスクアクチュエータは、第１のマスク５０８Ａ、第１のマスクアクチュエータ５１０Ａ、第２のマスク５０８Ｂ、第２のマスクアクチュエータ５１０Ｂ、第３のマスク５０８Ｃ、第３のマスクアクチュエータ５１０Ｃ、第４のマスク５０８Ｄ及び第４のマスクアクチュエータ５１０Ｄとしてラベル付けされる。図１８～２１の実施形態を参照して既に述べたように、マスクは、各標的領域が、マスクにより遮蔽された基板の裸領域により隣接標的領域から分離されるように、材料蒸着のためのそれらの間の標的領域を画定する。図２２の実施形態によると、第１のマスク５０８Ａ及び第３のマスク５０８Ｃは負電位、接地電位、又はそうでなければ低電位電極として構成される。対照的に、第２のマスク５０８Ｂ及び第４のマスク５０８Ｄは、材料が噴霧器のそれぞれにより蒸着されると基板を抵抗加熱するために電流が第２及び第４の電極から第１及び第３の電極それぞれへ流れるように正電位又はそうでなければ高電位電極として構成される。
【0074】
[0097] 図２２の実施形態に示すように、噴霧蒸着システムは、第２のローラ５０２Ｂ上へ巻き付けられる前に同時にカレンダー加工される３つの相異なる材料層を蒸着する。すなわち、基板が第１の噴霧器５０４Ａを通ると、第１の材料層２０２が基板上に形成される。基板が続き、第２の噴霧器５０４Ｂに隣接して位置決めされるため、第２の噴霧器は第２の材料層２０８を第１の材料層の上に蒸着する。続けると、基板は、第３の材料層２１２を第２の材料層の上に蒸着する第３の噴霧器５０４Ｃに隣接して移動する。第３の材料層が蒸着された後、カレンダーローラ５１４に最も近いマスク（図２２に示す状態では第４のマスク５０８Ｄである）が移動され基板と接触しなくなり、３つの層を含む基板はカレンダーローラ５１４を通される。３つの層はカレンダー加工されるため、３つの層は、第２のローラ５０２Ｂ上へ巻き付けられるカレンダー加工済みの３層複合物を生じるために同時に緻密化される。既に述べたように、本開示はそのように限定されないため、３つの層は任意の望ましい材料又は材料の混合物を含み得る。
【0075】
[0098] 楕円状トラックが図２２の実施形態を参照して示され説明されたが、本開示はシステム内のいかなる特定数及び／又は配置のトラックにも限定されないため、トラックは任意の適切な形状を有し得、任意数のトラックがシステムのマスクを扱うために使用され得るということを理解すべきであるということに留意すべきである。さらに、いくつかの実施形態では、噴霧蒸着システムは、複数の噴霧器に関連付けられた複数の短いトラックを含み得る。この実施形態では、マスクは、トラックの開始位置へ移動し、基板と接触し、トラックの端まで基板と共に同時に移動し得る。マスクがトラックの端に到達すると、マスクは移動して基板と接触しなくなり、トラックの開始位置へ戻るために基板の走行方向の反対方向に走行し得る。したがって、本開示はそのように限定されないため、開示されたシステムは任意の好適なトラックタイプ及び／又は任意の好適な数のトラックを含み得る。
【0076】
[0099] 図２３は材料蒸着過程中の噴霧蒸着システム１００のさらに別の実施形態の側面概略図である。図２３の実施形態は、基板を抵抗加熱する代わりに噴霧蒸着システムが複数の放射ヒータ１２０を使用することにより基板を加熱するということを除いて図１～７のものと同様である。図２３に示すように、放射ヒータは、第１の粒子２００が噴霧器１０４から基板上に蒸着されると基板が効果的に加熱されるように熱を基板の方向へ放射するように基板１０１の片側又は両側に配置され得る。
【0077】
[0100] 図２４は材料蒸着過程中の噴霧蒸着システム１００のさらに別の実施形態の側面概略図である。図２３の実施形態のように、図２４の噴霧蒸着システムは、第１の粒子２００が基板上に蒸着されると熱を基板１０１へ放射する放射ヒータを採用する。図２３の実施形態とは対照的に、放射熱は基板の第１の側へ向けられ、第１の粒子は第１の側に対向する第２の側の第１の材料層２０２内に蒸着される。このような配置は、標的領域内で移動されることに先立って基板を加熱するヒータと比較して標的領域内の基板のさらに一貫した加熱すら促進し得る。
【0078】
[0101] 本明細書において説明される様々な実施形態の態様は合成又は置換され得るということを理解すべきである。さらに、本明細書に開示される例示的実施形態の噴霧蒸着システムは単一の層又は材料層を基板の片側又は２つの対向側へ蒸着し得る。加えて、開示された噴霧蒸着システムは非連続、半連続、又は連続過程の一部として材料層を基板上に蒸着し得る。開示された噴霧蒸着システムはまた、個々のマスクを移動して基板と接触させる又は接触しなくさせるアクチュエータ又は複数のマスクを同時に移動する組み合わせアクチュエータを採用し得る。最後に、開示された噴霧蒸着システムは、本開示がそのように制限されないため、複数の材料層を異なる時間に単一ステーションにおいて及び／又は別個の物理的に分離された蒸着システムにおいてのいずれかにおいて順次蒸着し得る。
【0079】
[0102] 本教示は様々な実施形態及び例と併せて説明されたが、本教示がこのような実施形態又は例に限定されるということは意図されていない。逆に、本教示は当業者により理解されるように様々な代替案、修正及び等価物を包含する。したがって、前述の説明と図面は単なる一例である。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【国際調査報告】