集電體10可以與濺射靶材TG相向。使氬等非活性放電氣體按調(diào)節(jié)后的流量 流入(箭頭A)等離子體反應(yīng)爐的內(nèi)部，并對(duì)等離子體反應(yīng)爐的內(nèi)部進(jìn)行排氣(箭頭B)，從而 使等離子體反應(yīng)爐1000的內(nèi)部維持規(guī)定的壓力。在一部分實(shí)施例中，還可以供給氧及臭氧 等氧化性氣體或氮或氫等還原性氣體等反應(yīng)性氣體。之后，若接通與負(fù)極CE電結(jié)合的交流 電源RF，則向等離子體反應(yīng)爐1000內(nèi)引導(dǎo)氣體放電，由此形成等離子體PL。
[0071] 如箭頭K所示，等離子體PL可從正極AE向負(fù)極CE方向形成電場(chǎng)，向無紡布型集電體 10側(cè)傳遞從活性物質(zhì)靶材TG解吸的活性物質(zhì)的集群、中性物質(zhì)或離子物質(zhì)，并且可以蒸鍍 于金屬纖維IOW(圖1)上。通過調(diào)節(jié)等離子體反應(yīng)爐1000內(nèi)的流量、壓力、電源的強(qiáng)度、電極 之間的間距來調(diào)節(jié)上述集群、中性物質(zhì)或離子物質(zhì)的前進(jìn)性，從而可以控制蒸鍍于金屬纖 維上的活性物質(zhì)層的圓度。在前進(jìn)性增加的情況下，圓度可以減少，在前進(jìn)性增大的情況 下，圓度可以增加。并且，根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，在無紡布型集電體10的氣孔的大小大于 等于等離子體PL的鞘的大小的情況下，將離子物質(zhì)的前進(jìn)性更加最大化，從而可以減少圓 度。
[0072] 參照?qǐng)D3b，無紡布型集電體10以使得無紡布型集電體10的表面，即，相向的上面 IOU和底面IOB都可以向等離子體PL露出的方式在等離子體反應(yīng)爐1000內(nèi)漂浮。為此，等離 子體反應(yīng)爐1000內(nèi)可以提供用于固定無紡布型集電體10的一側(cè)的支撐部件。
[0073] 通過本發(fā)明的濺射來制備的電極的制備方法中，等離子體反應(yīng)爐的內(nèi)部的工序壓 力不受特別限制，可以在I(T3至I(T 7Torr范圍內(nèi)，優(yōu)選為I(T4至I(T6Torr，更優(yōu)選為I(T6Torr。 通常，在濺射的情況下，隨著上述工序壓力增加，中性物質(zhì)、離子物質(zhì)、反應(yīng)物質(zhì)的散射增 加，從而可以形成接觸均勻的電極，但當(dāng)大于HT 3Torr時(shí)，由于所濺射的離子的散射變多，結(jié) 果導(dǎo)致離子物質(zhì)蒸鍍時(shí)的密度上升，并發(fā)生失去熱力能源的問題，在小于HT 7Torr的情況 下，由于不易發(fā)生離子的散射，從而可能不易蒸鍍金屬物質(zhì)、金屬氧化物類活性物質(zhì)或由它 們混合而成的活性物質(zhì)。
[0074] 當(dāng)進(jìn)行濺射時(shí)，無紡布型集電體的工序溫度不受特別限制，可以在(TC至200°C的 范圍內(nèi)，優(yōu)選為1 〇 °C至90 °C，更優(yōu)選為10 °C至80 °C的范圍內(nèi)。
[0075] 并且，當(dāng)進(jìn)行本發(fā)明的濺射時(shí)所注入的氬氣的流量不受特別限制，可以在Icm3/ min至50cm3/min范圍內(nèi)，優(yōu)選為2m 3/min至30cm3/min的范圍內(nèi)，更優(yōu)選為5cm3/min至20m 3/ min〇
[0076] 上述等離子體反應(yīng)爐涉及容量結(jié)合型反應(yīng)爐，但這只是例示性的，本發(fā)明的實(shí)施 例并不局限于此。例如，等離子體反應(yīng)爐可以具有引導(dǎo)結(jié)合型、磁電管、電磁共振等其他等 離子體體源，根據(jù)需要也可以包含遠(yuǎn)程等離子體體源。
[0077]圖4a至圖4c示出本發(fā)明一實(shí)施例的以非放射狀形成于金屬纖維上的活性物質(zhì)層 在進(jìn)行充電期間內(nèi)被鋰化的過程中經(jīng)受的鋰化層100L的生長(zhǎng)步驟，圖4d為示出在相應(yīng)的生 長(zhǎng)步驟中的應(yīng)力的變化的圖表。上述圖表的橫軸表示發(fā)生鋰插入的充電時(shí)間，縱軸表示應(yīng) 力。
[0078]參照?qǐng)D4a至圖4c，如同本發(fā)明的實(shí)施例，若考慮到在球度為0.2以上且0.8以下的 活性物質(zhì)層的表面上開始進(jìn)行鋰化的步驟A，則由于膨脹的鋰化層100L，位于尚未被鋰化的 活性物質(zhì)層芯部100P的代表性應(yīng)力要素 SE經(jīng)受小的拉伸應(yīng)力。如同步驟B，若進(jìn)行二次鋰 化，則向活性化層芯部100P側(cè)移動(dòng)的位于鋰化的前端的代表性應(yīng)力要素 SE中施加壓縮應(yīng) 力。但是，即使進(jìn)行步驟C，位于鋰化層100L的代表性應(yīng)力要素 SE仍然被施加壓縮應(yīng)力，該區(qū) 域仍然為經(jīng)受鋰化層100L對(duì)壓縮應(yīng)力的彈性動(dòng)作的區(qū)域，從而在鋰化層不發(fā)生裂紋或分 裂。
[0079] 參照?qǐng)D4d，在圖表中的活性物質(zhì)層內(nèi)的支配性應(yīng)力變化在步驟A中經(jīng)受拉伸應(yīng)力 SA，在步驟B中經(jīng)受壓縮應(yīng)力SB。在支配性的步驟C中，鋰化層100L經(jīng)受壓縮應(yīng)力SCl或經(jīng)受 微小的拉伸應(yīng)力SC2。
[0080] 在球度為0.2以上且0.8以下的情況下，向活性物質(zhì)層芯部100P上的鋰化層100L的 表面施加壓縮應(yīng)力（ocomp)。在這種壓縮應(yīng)力下，由于鋰化層100L屬于經(jīng)受彈性動(dòng)作的區(qū) 域，因而在鋰化層100L內(nèi)不發(fā)生裂紋或龜裂。借助通過氣孔來吸濕的電解質(zhì)，鋰離子Li +全 方位地向活性物質(zhì)層的表面?zhèn)鬟f，從而在鋰化層100L生長(zhǎng)為殼形態(tài)的情況下，也因基于調(diào) 節(jié)后的球度的平面成分的邊界面的壓縮應(yīng)力而使向上述殼施加的拉伸環(huán)向應(yīng)力的大小可 經(jīng)由上述殼的整體來減少或消除，以此可以抑制鋰化層100L的表面的裂紋。
[0081] 圖5a至圖5c示出比較例的以非放射狀形成于金屬纖維上的活性物質(zhì)層在進(jìn)行充 電期間內(nèi)被鋰化的過程中經(jīng)受的鋰化層100L的生長(zhǎng)步驟，圖5d為示出在相應(yīng)的生長(zhǎng)步驟中 的應(yīng)力的變化的圖表。上述圖表的橫軸表示發(fā)生鋰插入的充電時(shí)間，縱軸表示應(yīng)力。
[0082] 一同參照?qǐng)D5a至圖5 c和圖5d，在比較例的圓度實(shí)際上為1的活性物質(zhì)層中，與本發(fā) 明的實(shí)施例的非放射狀的圓度的活性物質(zhì)層相同，在活性物質(zhì)層的表面上開始鋰化的步驟 A中，由于膨脹的鋰化層100L，位于尚未鋰化的活性物質(zhì)層芯部100P的代表性應(yīng)力要素 SE經(jīng) 受小的拉伸應(yīng)力。并且，若像步驟B-樣逐漸進(jìn)行鋰化，則位于向活性物質(zhì)層芯部100P側(cè)移 動(dòng)的鋰化層100L的前端的代表性應(yīng)力要素 SE施加壓縮應(yīng)力。但是，到步驟C，在位于鋰化層 100L的代表性應(yīng)力要素 SE中逐漸解除彈性變形，鋰化層100L支配性地以放射狀(或徑向）生 長(zhǎng)，從而引導(dǎo)具有臨界拉伸應(yīng)（oplastic)以上的大小的拉伸應(yīng)力的環(huán)向應(yīng)力（hoop stress)，由此，因體積膨脹而具有脆弱組織的鋰化層100L的表面產(chǎn)生裂紋或分裂。
[0083]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，通過減少活性物質(zhì)的圓度，可以形成0.2至0.8范圍內(nèi)的活 性物質(zhì)層，這種形成可以通過借助具有方向性的等離子體的干式蒸鍍法來容易地進(jìn)行控 制。通過使用包含這種非放射狀的活性物質(zhì)層和由金屬纖維形成的無紡布型集電體的電 極，可以抑制或減少對(duì)電池進(jìn)行充電時(shí)導(dǎo)致的硅粒子的裂紋或分裂引起的不可逆反應(yīng)。 [0084]圖6為用于說明利用本發(fā)明一實(shí)施例的電極的電池單元500的電化學(xué)反應(yīng)的剖面 圖。
[0085]參照?qǐng)D6,具有互不相同極性的負(fù)極200及正極300的電極可以以層疊的方式形成 電池單元500。電極200、300的一端部可以分別與導(dǎo)電片(未圖示)相結(jié)合。為了負(fù)極200及正 極300之間的絕緣，可在電極200、300之間配置有聚合物類微孔膜、織物、無紡布、陶瓷、純固 體高分子電解質(zhì)膜、凝膠固體高分子電解質(zhì)膜或如同這些組合的分離膜400( Separat〇r)。 作為非限制性的例，在電池單元500內(nèi)，可在電極200、300和/或分離膜400吸濕包含氫氧化 鉀(Κ0Η)、溴化鉀(KBr)、氯化鉀(KCL)、氯化鋅(ZnCl 2)及硫酸(H2SO4)等鹽的電解液，從而完 成電池單元500。
[0086]可以對(duì)正極300及負(fù)極200中的一個(gè)或全部適用上述實(shí)施例的無紡布型集電體及 在其金屬纖維層疊有活性物質(zhì)層的電極，優(yōu)選地，可以在負(fù)極適用本發(fā)明實(shí)施例的電極。圖 6示出在負(fù)極適用本發(fā)明實(shí)施例的電極的實(shí)施例。
[0087]如箭頭所示，可通過將充放電時(shí)與負(fù)極200相向的兩個(gè)正極300和兩周面全部利 用，來執(zhí)行離子交換。例如，在電池單元500中，兩個(gè)正極300可以共享單層的負(fù)極200。由此， 如箭頭P1、P2所示，在電池單元500進(jìn)行充電的期間內(nèi)，正極300的鋰離子全部向負(fù)極200的 兩側(cè)表面移動(dòng)，并執(zhí)行充電過程。相反，在電池單元500進(jìn)行放電時(shí)，鋰離子向作為箭頭P1、 P2的反方向的兩個(gè)方向向正極300側(cè)移動(dòng)，并執(zhí)行放電過程。
[0088] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在適用金屬箱集電體和在上述金屬箱集電體涂敷有電活性 物質(zhì)的電極結(jié)構(gòu)的情況，本發(fā)明具有使分離膜的數(shù)量減少的優(yōu)點(diǎn)，從而可提高能源密度。
[0089] 并且，由于由上述的金屬纖維構(gòu)成的無紡布型電極和與上述電極相結(jié)合的活性物 質(zhì)層可以維持纖維特性，因而容易改變形狀，且由于在電極的總體積內(nèi)實(shí)際上形成均勻的 導(dǎo)電性網(wǎng)絡(luò)，因而即使為了調(diào)節(jié)電池的容量而增加厚度，也不會(huì)出現(xiàn)通過在金屬箱上涂敷 活性物質(zhì)來獲得的以往的電池結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的內(nèi)部電阻的增加，從而可以維持或提高充放電 效率，最終可以提供高容量的電池。
[0090] 并且，本發(fā)明實(shí)施例的電極因其纖維性特性而具有成形的容易性或彈性，因此，除 卷繞式之外，可以以堆棧(stack)、彎曲及纏繞等方法來變形為三維形狀，且可以具有與角 形、袋形或衣服及包等纖維產(chǎn)品形成為一體的多種體積和形狀，而不是上述的圓筒形電池。 并且，可以理解的是，本發(fā)明實(shí)施例的電極可適用于用于穿戴式設(shè)備的需要具有優(yōu)秀的彎 曲特性的軟性電池。
[0091] 以下，通過下述實(shí)施例來更加詳細(xì)地說明本發(fā)明，但下述實(shí)施例用于例示本發(fā) 明、，本發(fā)明的范圍并不局限于下述實(shí)施例。
[0092] 實(shí)施例1
[0093] 等離子體反應(yīng)爐的一側(cè)配置包含由平均直徑為ΙΟμπι大小的鐵、鎳及鉻的合金制備 的金屬纖維的無紡布型集電體，并在等離子體反應(yīng)爐的內(nèi)部中與無紡布型集電體相向的另 一側(cè)配置由硅形成的濺射靶材。用于蒸鍍活性物質(zhì)層的等離子體體源借助RF容量結(jié)合來形 成，在工序壓力為l(T 6Torr、工序溫度為25°C、工序時(shí)間為兩個(gè)小時(shí)的條件下，以15cm3/min 的流量注入氬氣，從而制成在無紡布型集電體上蒸鍍有硅層的負(fù)極。圖7示出以非放射狀蒸 鍍于金屬纖維IOW上的硅活性物質(zhì)層100。此時(shí)的圓度約為0.46，屬于0.2至0.8范圍內(nèi)。