具有激光诱导表面改性集流体的电极组件及其制造方法

技术领域

本申请涉及具有激光诱导表面改性集流体的电极组件、其制造方法以及包含其的电化学电池。

背景技术

本部分提供了与本公开相关的背景信息，其不一定是现有技术。

高能量密度电化学电池(cells)，例如锂离子蓄电池(batteries)，可用于各种消费产品和车辆例如混合动力电动车辆(HEV)和电动车辆(EV)中。典型的锂离子蓄电池包括第一电极(例如阴极)、相反极性的第二电极(例如阳极)、电解质材料和隔离件。常规锂离子蓄电池通过在负电极和正电极之间可逆地传递锂离子来运行。隔离件和电解质设置在负电极和正电极之间。所述电解质适于传导锂离子并可以为固体或液体形式。在蓄电池充电过程中，锂离子由阴极(正电极)移向阳极(负电极)，并且当蓄电池放电时以相反方向移动。为方便起见，负电极将与阳极同义使用，尽管如本领域技术人员所认识到的那样，在锂离子循环的某些阶段期间，阳极功能可能与正电极而非负电极相关(例如负电极可以在放电时是阳极，而在充电时是阴极)。

许多不同的材料可用于制造用于锂离子蓄电池的组件。常见的负电极材料包括锂嵌入材料或合金主体材料，如碳基材料，例如锂-石墨插层化合物、或锂-硅化合物、锂-锡合金、和钛酸锂(LTO)(例如Li

但是，锂金属蓄电池在一些情况下也具有潜在的缺点。例如，锂金属相对高水平的反应性可能导致界面不稳定性和不期望的副反应。副反应可能在锂金属与电化学电池的制造和/或运行过程中锂金属可能暴露于的各种物类之间发生。此类副反应可能促进不利的枝晶形成。锂金属蓄电池中性能下降的另一潜在原因可能产生于锂金属对负电极的金属集流体的弱长期粘附。在一些情况中，所述弱长期粘附可能导致电池循环过程中电阻和阻抗不合意地增高。

因此，合意的是开发用于高能量电化学电池中的可靠的高性能含锂负电极材料以及与之相关的方法，其改善锂金属与金属集流体之间的长期粘附。

发明内容

本部分提供了本公开的一般概述，而不是其全部范围或其所有特征的全面公开。

本公开涉及具有激光诱导表面改性集流体的电极组件和制造所述电极组件的方法。

在某些方面中，本文中提供了制造用于电化学电池的电极组件的方法。所述方法包括在氧的存在下将激光束引向包含金属的集流体的第一表面以在所述第一表面上形成金属氧化物层。所述金属氧化物层包括多个特征(features)。所述方法进一步包括将含锂层施加到所述金属氧化物层。所述含锂层与所述集流体的第一表面形成结合(bond)。

所述金属可以选自铜、镍、钛、铁、钼、铬及其组合，并且所述金属氧化物可以选自铜氧化物、镍氧化物、钛氧化物、铁氧化物、钼氧化物、铬氧化物及其组合。

所述激光束可以具有大于或等于大约50 W的功率、大于或等于大约1 mm/s的扫描速度、和大于或等于大约20 µm的光斑尺寸(spot size)。

将激光束引向集流体的第一表面可以包括相对于所述集流体移动激光束以在所述第一表面上产生所述多个特征。

所述含锂层与所述集流体的第一表面之间的结合可以是机械结合(mechanicalbond)、化学结合(chemical bond)或其组合。

所述多个特征可以是多个机械互锁特征，所述多个机械互锁特征与含锂层形成机械结合。

在将含锂层施加到金属氧化物层上之前、在将含锂层施加到金属氧化层上时、在将含锂层施加到金属氧化物层上之后或其组合，可以将热量(heat)施加到所述含锂层。

可以在含锂层和金属氧化物层之间形成粘结层(bonding layer)。所述粘结层将含锂层化学结合到金属氧化物层，并且所述粘结层包含锂氧化物、所述金属或其组合。

所述含锂层可以是锂箔或锂膜。

在再其它方面中，本文中提供了用于电化学电池的电极组件。所述电极组件包括具有第一表面的集流体，设置在所述集流体的第一表面上的金属氧化物层，和结合到所述集流体的第一表面上的含锂层。所述集流体包含金属，并且所述金属氧化物层包括多个特征。

所述金属可以选自铜、镍、钛、铁、钼、铬及其组合，并且所述金属氧化物可以选自铜氧化物、镍氧化物、钛氧化物、铁氧化物、钼氧化物、铬氧化物及其组合。

所述含锂层与所述集流体的第一表面之间的结合可以是机械结合、化学结合或其组合。

所述多个特征可以是多个机械互锁特征，所述多个机械互锁特征与含锂层形成机械结合。

所述负电极组件可以进一步包括设置在含锂层与金属氧化物层之间的粘结层。所述粘结层将含锂层化学结合到金属氧化物层，并且所述粘结层包含锂氧化物、所述金属或其组合。

所述含锂层可以是锂箔或锂膜。

在再其它方面中，本文中提供了含锂电化学电池。所述含锂电化学电池包括负电极组件、与负电极组件间隔开的正电极组件、设置在负电极组件与正电极组件的相对表面之间的多孔隔离件、和浸润(infiltrating)所述负电极组件、所述正电极组件和所述多孔隔离件的液体电解质。所述负电极组件包括具有第一表面的集流体、设置在所述集流体的第一表面上的金属氧化物层、和结合到所述集流体的第一表面上的含锂层。所述集流体包含金属，并且所述金属氧化物层包括多个特征。

所述金属可以选自铜、镍、钛、铁、钼、铬及其组合，并且所述金属氧化物可以选自铜氧化物、镍氧化物、钛氧化物、铁氧化物、钼氧化物、铬氧化物及其组合。所述含锂层可以是锂箔或锂膜。

所述含锂层与所述集流体的第一表面之间的结合可以是机械结合、化学结合或其组合。

所述多个特征可以是多个机械互锁特征，所述多个机械互锁特征与含锂层形成机械结合。

所述负电极组件可以进一步包括设置在含锂层与金属氧化物层之间的粘结层。所述粘结层将含锂层化学结合到金属氧化物层，并且所述粘结层包含锂氧化物、所述金属或其组合。

其它适用领域由本文中提供的描述将变得显而易见。本概述中的描述和具体例子仅意在进行说明并且无意限制本公开的范围。

附图说明

本文中描述的附图仅用于说明所选实施方案而非所有可能的实施方式的目的，并且无意限制本公开的范围。

图1A是根据本公开的一个方面的电极组件的截面图。

图1B是图1A的电极组件的一部分的分解图。

图1C是根据本公开的另一方面的电极组件的截面图。

图2是根据本公开的一个方面的含锂电化学电池的截面图。

图3是根据本公开的一个方面制造用于电化学电池的电极组件的方法的图示。

图4是根据本公开的另一方面制造用于电化学电池的电极组件的方法的图示。

图5A是根据本公开的一个方面在已经激光处理一部分之后铜集流体表面的扫描电子显微镜(SEM)图像。

图5B是所述铜集流体的激光处理部分的图5A的SEM图像的放大视图。

图6A描绘了图5A中描绘的铜集流体的未处理部分和铜集流体的激光处理部分的蚀刻时间(s)vs原子百分比(%)。

图6B描绘了图5A中描绘的铜集流体的未处理部分的结合能(eV)vs计数/秒。

图6C描绘了图5A中描绘的铜集流体的激光处理部分的结合能(eV)vs计数/秒。

图7A是剥离测试后根据本公开制备的锂基电极组件的照片。

图7B是剥离测试后常规锂基电极组件的照片。

贯穿附图的几个视图，对应的附图标记指示对应的部分。

具体实施方式

提供了示例性实施方案从而本公开将是彻底的并将向本领域技术人员充分传达其范围。阐述了许多具体细节，例如具体组合物、组分、装置和方法的例子，以提供对本公开的实施方案的充分理解。对本领域技术人员将显而易见的是，不需要使用具体细节，示例性实施方案可以具体体现为许多不同的形式，并且它们都不应被视为限制本公开的范围。在一些示例性实施方案中，没有详细描述公知的方法、公知的装置结构和公知的技术。

本文所用的术语仅为了描述特定的示例性实施方案而无意作为限制。除非上下文清楚地另行指明，否则如本文中所用的那样单数形式"一个"、"一种"和"该"可旨在也包括复数形式。术语"包含"、"包括"、"含有"和"具有"是包容性的，因此说明了所描述特征、要素、组合物、步骤、整数、操作和/或组分的存在，但不排除一种或更多种其它特征、整数、步骤、操作、元件、组分和/或其集合的存在或加入。尽管开放式术语"包括"应被理解为用于描述和要求保护本文中所述的各种实施方案的非限制性术语，但在某些方面中，该术语相反地可替代地理解为更具限制性和局限性的术语，如"由……组成"或"基本由……组成"。由此，对叙述组合物、材料、组分、要素、特征、整数、操作和/或工艺步骤的任意给定实施方案，本公开还特别包括由或基本由此类所述组合物、材料、组分、要素、特征、整数、操作和/或工艺步骤组成的实施方案。在"由……组成"的情况下，替代实施方案排除任何附加的组合物、材料、组分、要素、特征、整数、操作和/或工艺步骤，而在"基本由……组成"的情况下，从此类实施方案中排除实质上影响基本和新颖特性的任何附加的组合物、材料、组分、要素、特征、整数、操作和/或工艺步骤，但是不实质上影响基本和新颖特性的任何组合物、材料、组分、要素、特征、整数、操作和/或工艺步骤可以包括在该实施方案中。

本文中描述的任何方法步骤、工艺和操作不应解释为必定要求它们以所论述或展示的特定次序实施，除非明确确定为一定的实施次序。还要理解的是，除非另行说明，可以使用附加或替代步骤。

当部件、元件或层被提到在另一元件或层"上"、"啮合"、"连接"或"耦合"到另一元件或层上，其可以直接在另一部件、元件或层上、啮合、连接或耦合到另一部件、元件或层上，或可能存在中间元件或层。相反，当一个元件被提到直接在另一元件或层上、"直接啮合"、"直接连接"或"直接耦合"到另一元件或层上，可不存在中间元件或层。用于描述元件之间关系的其它词语应以类似方式解释(例如"在...之间"vs"直接在...之间"，"相邻"vs"直接相邻"等)。如本文中所用的那样，术语"和/或"包括一个或多个相关罗列项的任何和所有组合。

尽管术语第一、第二、第三等在本文中可用于描述各种步骤、元件、部件、区域、层和/或区段，但这些步骤、元件、部件、区域、层和/或区段不应受这些术语限制，除非另外指明。这些术语可仅用于将一个步骤、元件、部件、区域、层或区段区分于另一步骤、元件、部件、区域、层或区段。除非上下文中清楚明示，否则术语例如"第一"、"第二"和其它数值术语在本文中使用时并不暗示次序或顺序。因此，下文论述的第一步骤、元件、部件、区域、层或区段可以被称作第二步骤、元件、部件、区域、层或区段而不背离示例性实施方案的教导。

为了容易描述，在本文中可以使用空间或时间上的相对术语，如"之前"、"之后"、"内"、"外"、"下"、"下方"、"下部"、"上"、"上部"等描述图中所示的一个元件或特征相对其他元件或特征的关系。空间或时间上的相对术语可旨在包括除图中所示的取向外装置或系统在使用或操作中的不同取向。

在本公开通篇中，数值代表近似测量值或范围界限以包括与给定值的轻微偏差和大致具有所列值的实施方案以及确切具有所列值的实施方案。除了在具体实施方式部分最后提供的实施例中之外，本说明书(包括所附权利要求)中的参数(例如量或条件)的所有数值应被理解为在所有情况中被术语"约"修饰，无论在数值前是否实际出现"约"。"约"是指所述数值允许一定的轻微不精确(有些接近精确的该值；大致或合理地接近该值；几乎)。如果由"约"提供的不精确性在本领域中不以这种普通含义理解，则本文所用的"约"至少是指可能由测量和使用此类参数的普通方法造成的变动。例如，"约"可以包含小于或等于5%、任选小于或等于4%、任选小于或等于3%、任选小于或等于2%、任选小于或等于1%、任选小于或等于0.5%和在某些方面中任选小于或等于0.1%的变动。

此外，范围的公开包括在整个范围内的所有值和进一步细分范围的公开，包括对这些范围给出的端点和子范围。

现在将参照附图更充分地描述示例性实施方案。

本技术考虑了用于电化学电池的电极组件或组装件及其制造方法。电化学电池可以包括例如蓄电池、电容器或超级电容器。合适的蓄电池可以包括锂离子、锂硫和锂-锂对称蓄电池。高能量密度电化学电池例如锂基蓄电池可用于各种消费品。在各种各样的情况中，此类电化学电池被用于车辆应用中。但是，本技术还可以用于广泛的各种其它应用中。例如，其中可以使用此类电化学电池的设备包括用于混合动力车辆或全电动车辆的电动机、笔记本电脑、平板电脑、移动电话和无绳电动工具或器具。

在各个方面中，本公开提供了一种电极组件，例如锂基(Li基)负电极组件，以及与其相关的形成方法。所述电极组件包括包含金属并具有第一表面的集流体和设置在所述集流体的第一表面上的金属氧化物层。可以将电活性含锂层设置在所述集流体的第一表面上或结合到所述集流体的第一表面上。所述金属集流体中的金属任选选自：铜(Cu)、镍(Ni)、铁(Fe)、钛(Ti)、铬(Cr)、钼(Mo)及其组合。例如，所述集流体可以由铁合金(例如不锈钢)形成。铜和镍是在其上形成含锂层的特别富有挑战性的金属基材，因为此类金属通常在室温下不与锂反应并具有显著的成核过电势(nucleation overpotential)。在此类金属集流体上形成含锂层的当前的技术通常涉及用强溶剂(例如甲苯或丙酮)和酸(例如硫酸类)处理集流体。此类技术一般涉及多个费力的加工步骤，并且即使在处理之后，含锂层与集流体之间的粘合强度也可能很低。如果锂金属与集流体之间的结合不结实，则所述电极的电阻和阻抗将随时间增高。根据本公开的各个方面形成的电极组件有利地具有改进的含锂层与集流体之间的粘附。

根据以下描述的本公开的各种方法形成的电极组件100的一个例子显示在图1A中。所述电极组件100包括具有第一表面32的集流体30。所述集流体30与含锂层50和设置在它们之间的金属氧化物层35基本平行，所述金属氧化物层35将集流体30结合到含锂层50。所述金属氧化物层35设置在所述集流体30的第一表面32上。所述金属氧化物层35结合和/或连接含锂层50和集流体30以形成电极组件100。在任何实施方案中，含锂层50与集流体30之间的结合可以是机械结合、化学结合或其组合。在某些方面中，所述电极组件100可以是锂基负电极组件。

在某些变体中，所述集流体30是厚度为大约1 μm至大约25 μm、和在某些方面中任选大约5 μm至大约10 μm的膜或箔。所述含锂层50可以是锂膜或锂箔并可以具有大约1 μm至大约20 μm、和在某些方面中任选大约2 μm至大约10 μm的施加厚度。如本领域技术人员将理解的那样，含锂层50的厚度可以在包含所述电极组件100的电化学电池的循环过程中增加。例如，电化学电池中存在的锂可以镀覆到含锂层50上。因此，所述含锂层50可以提供薄引发层(initiator layer)或冲击板(strike-plate)层，其促进了可迁移自并入的电极或电解质体系的电活性材料的锂的后续生长。虽然金属氧化物层35的厚度可根据形成其的方法的参数而变化，但在各种情况中，所述金属氧化物层35可以具有大约5 nm至大约5 μm、和在某些方面中任选大约0.02 μm至大约1 μm的厚度。

所述集流体30可以包含金属，所述金属选自：铜(Cu)、镍(Ni)、铁(Fe)、钛(Ti)、铬(Cr)、钼(Mo)及其组合。在一些实施方案中，所述金属可以由铁合金例如不锈钢形成。所述金属氧化物层35包含金属氧化物，所述金属氧化物例如通过将所述集流体30的第一表面32暴露于氧形成。所述金属氧化物可以选自铜氧化物(例如Cu

如图1B中所示，所述金属氧化物层35还包括多个特征45。所述特征45可以呈基本上三角形的峰的形状，谷47设置在特征45之间。在一些实施方案中，所述特征45可以具有基本一致的形状，或者形状可以是不一致的并且限定了相同或不同的形状。类似地，谷47可以具有基本一致的形状，或者形状可以是不一致的并且限定了相同或不同的形状。在任何实施方案中，所述多个特征45可以是多个机械互锁特征，所述多个机械互锁特征与含锂层50形成机械结合，使得含锂层50具有提高的与集流体30的粘附。例如，作为多个机械互锁特征的所述多个特征45可以理解为凹槽构造类型，以使得含锂层50与金属氧化物层35的特征45和谷47互锁，由此在含锂层50与集流体30之间形成机械结合。本文中考虑的是，其它机械互锁形状和设计可以用于将组件互锁在一起。例如，不同形状的互补的突出凸缘、凹槽、通道、锁定翼可以用作机械互锁特征。例如，所述一个或多个互锁特征可以限定三角形区域、四边形区域、环形区域、弯曲形状区域或其组合。所述谷47可以限定三角形区域、四边形区域、环形区域、弯曲形状区域或其组合。

额外地或替代性地，电极组件可以进一步包括设置在含锂层与集流体之间的粘结层。例如，如图1C中所示，在电极组件110中，粘结层37可以设置在含锂层50和金属氧化物层35之间。该粘结层37可以有利地在含锂层50和金属氧化物层35之间形成化学结合，由此在含锂层50和集流体30之间提供进一步提高的粘附。如下文中进一步描述的那样，所述粘结层37可以在含锂层50被加热并施加到集流体30上时形成。因此，所述粘结层37可以包含锂氧化物(例如LiO

在各个方面中，本文中提供了用于蓄电池(例如锂离子蓄电池或锂硫蓄电池)或用作电容器的电化学电池。所述电化学电池可包括本文中所述的电极组件。例如，如图2中最佳显示的那样，锂离子蓄电池(未示出)的含锂电化学电池300(在本文中也称为"电化学电池300"或"电池300")包括负电极组件312、正电极组件315、多孔隔离件316和液体电解质318，所述液体电解质318浸渍、浸润或润湿负电极组件312的至少一部分、正电极组件315的一部分和多孔隔离件316各自的表面并填充孔隙。本文中所述的负电极集流体30与本文中所述的含锂层50相邻安置并与其电连接。所述集流体30具有第一表面32，并且本文中所述的金属氧化物层35可以设置在所述集流体30的第一表面32上。所述金属氧化物层35包括多个本文中所述的特征(未示出)。所述含锂层50如本文中所述的那样结合到所述集流体30的第一表面32上。任选地，所述负电极组件312包括设置在含锂层50和金属氧化物层35之间的本文中所述的粘结层37。

正电极组件315与负电极组件312被间隔开。正电极组件315包括与正电极层314相邻安置并与其电连接的正电极集流体322。正电极层314可以涂覆、沉积或以其它方式形成在正电极集流体322的主表面上。相对于隔离件316的位置，负电极组件312包括前表面324，且正电极组件315包括前表面328。在组装时，负电极组件和正电极组件312、315的前表面324、328彼此相对，所述隔离件316夹在负电极组件和正电极组件312、315的相对的前表面324、328之间。特别地，所述隔离件316包括面向负电极组件312的第一侧332和面向正电极组件315的相对的第二侧334。

所述电化学电池300可以具有大约100 µm至大约1 mm的厚度，所述厚度由负电极集流体30的外表面至正电极集流体322的相对外表面测得。单独地，所述集流体30、322可以具有大约20 µm的厚度，且所述多孔隔离件316可以具有大约25 µm的厚度。

在某些其它变体中，所述电化学电池可以是超级电容器，例如锂离子基超级电容器。

在各个方面中，本公开提供了形成如上所述的电极组件的方法。例如，如图3中所示，所述方法包括将激光束15由激光源10引向包含如本文中所述的金属的如本文中所述的集流体(例如集流体30)的第一表面(例如第一表面32)。激光束15可以经由激光头20例如扫描头或扫描器(例如一维(1D)扫描器、二维扫描器(2D))引向所述集流体30的第一表面32。所述方法可以在氧的存在下进行以在集流体30的第一表面32上形成包括多个如本文中所述的特征(例如特征45)(未示出)的如本文中所述的金属氧化物层(例如金属氧化物层35)(未示出)。氧和/或空气可以由氧源40提供，所述氧源40例如是压缩氧气(O

在任何实施方案中，可以将所述集流体30放置在激光束15的焦平面上。所述激光束15可以是纳秒脉冲激光束或超快激光束，例如皮秒激光、飞秒激光。所述激光束15可以具有大于或等于大约1 ns和小于或等于大约1 µs、任选大于或等于大约50 ns和小于或等于大约500 ns、任选大于或等于大约100 ns和小于或等于大约250 ns、和任选大约200 ns的脉冲宽度。所述激光束15可以具有大于或等于大约0%和小于或等于大约90%、任选大于或等于大约5%和小于或等于大约75%、任选大于或等于大约10%和小于或等于大约50%、和任选大约30%的脉冲重叠(pulse overlap)。所述激光束15可以具有大于或等于大约1 kHz和小于或等于大约1 MHz、任选大于或等于大约10 kHz和小于或等于大约750 kHz、任选大于或等于大约100 kHz和小于或等于大约500 kHz、和任选大约20 kHz的重复率(repetitionrate)。

所述激光束15可以产生大于或等于大约20 μm和小于或等于大约1000 μm、任选大于或等于大约40 μm和小于或等于大约500 μm、任选大于或等于大约60 μm和小于或等于大约100 μm的光斑尺寸。所述激光束15可以具有大于或等于大约1 mm/s和小于或等于大约15m/s、任选大于或等于大约100 mm/s和小于或等于大约10 m/s、任选大于或等于大约500mm/s和小于或等于大约5 m/s、和任选大于或等于大约750 mm/s和小于或等于大约1 m/s的扫描速度。所述激光束15可以具有大于或等于大约50 W和小于或等于大约2000 W、任选大于或等于大约100 W和小于或等于大约1000 W、任选大于或等于大约200 W和小于或等于大约500 W、和任选大于或等于大约200 W和小于或等于大约400 W的扫描功率。

在任何实施方案中，将激光束15引向所述集流体30的第一表面32产生了包括如本文中所述的多个特征的如本文中所述的金属氧化物层。例如，如果所述集流体包含铜金属，则在所述集流体的第一表面上形成的金属氧化物层是具有多个特征的铜氧化物层。类似地，如果所述集流体包含镍，则在所述集流体的第一表面上形成的金属氧化物层是具有多个特征的镍氧化物层。所述激光束15可以如图3中的箭头所示相对于所述集流体30移动以产生图案，例如如本文中所述的多个特征。例如，激光头20可以移动激光束15，而所述集流体30保持静止。在另一例子中，所述集流体30可以移动，而所述激光头20保持静止。

所述方法进一步包括将本文中所述的含锂层(例如含锂层50)施加在所述集流体上的金属氧化物层的暴露表面上，使得含锂层与集流体的第一表面形成如本文中所述的结合。在某些方面中，将含锂层施加到金属氧化物层的暴露表面上包括使用选自以下的连接方法使含锂层与金属氧化物层的表面接触：层压、热粘结、热浸、点焊、激光焊接、超声波焊接及其组合。

在各个方面中，在被施加到或设置在集流体上之前可以清洁含锂层。锂金属是相对柔软的金属并且是高反应性的。因此，用松散的硬研磨剂喷砂处理电极可能不适于清洁所述含锂层。此外，考虑到锂金属的高反应性，在清洁时避免使用质子溶剂(例如醇、丙酮、醚等等)可能也是合适的。因此，合适的清洁工艺可以包括用非质子溶剂(例如己烷)擦拭锂金属层，或其它不会不期望地与锂金属反应的相对温和的清洁技术。

在各个方面中，施加含锂层可包括向含锂层、金属氧化物层或者这两者施加热量。可以在将含锂层施加到金属氧化物层上之前、在将含锂层施加到金属氧化物层上时、在将含锂层施加到金属氧化物层上之后或其任意组合，将热量施加到所述含锂层。加热可以导致形成如本文中所述的粘结层(例如粘结层37)，其中所述粘结层将含锂层化学结合到金属氧化物层和集流体上，例如通过以下所示的反应：

MO + 2Li –> LiO

其中M代表金属氧化物层中的金属。例如，如果金属氧化物层是铜氧化物层，则所述粘结层可以包含锂氧化物和铜。因此，所述热量可以促进含锂层与集流体之间的粘结。虽然合适的加热温度和条件取决于所使用的材料，但在各种情况中，施加的热量可以为大约100℃至大约300℃、和在某些方面中任选大约140℃至大约180℃。所述热量可以施加大约1分钟至大约15分钟的时间。

在某些方面中，所述方法可以进一步包括向所述含锂层、粘结层、金属氧化物层和/或集流体施加压力。施加的压力可以将所述层压制在一起并有助于集流体和含锂层的粘结和/或粘附。在各种情况中，可以使用辊、压板(platens)、刮刀(blades)和/或相关方法来施加压力。施加的压力可以为大约0.1 MPa至大约5 MPa、和在某些方面中任选大约0.1MPa至大约1 MPa。所述压力可以施加大约1分钟至大约15分钟、和在某些方面中任选大约1分钟至大约10分钟的时间。在某些方面中，可以同时施加所述热量和压力。

在各个方面中，可以在惰性环境(例如氩(Ar))和/或真空中实施一个或多个方法步骤。例如，将含锂层施加或设置到设置在集流体上的金属氧化物层上和/或含锂层、金属氧化物层和/或集流体的加热可以在惰性环境和/或真空中进行，以消除或最小化锂金属副反应。

如图4中所示，本文中描述的方法可以并入到用于生产大量电极组件的连续过程中。例如，可以通过在连接到台架系统60的激光头20下方移动辊系统65上的集流体片材31来实施卷对卷工艺。激光头20可以在箭头所示方向上移动，以在集流体片材31的第一表面32上生成包括多个如本文中所述的特征的金属氧化物层35的图案。

实施例

实施例1-铜(Cu)集流体的激光处理表面与Cu集流体的未处理表面的比较

在氧(例如来自压缩O

实施例2-剥离测试

对常规锂基电极组件和根据本公开制备的锂基电极组件实施剥离测试。特别地，所述常规锂基电极组件通过将锂层施加到Cu集流体上来制备，其中Cu集流体未经处理。根据本公开制备的锂基电极组件通过如上文实施例1中所述激光处理Cu集流体表面以形成CuO层并将锂箔层施加到Cu集流体的激光处理表面上来制备。如图7A中所示，根据本公开制备的锂基电极组件显示出优异的粘附，而如图7B中所示，常规锂基电极组件发生粘附破坏。

已经为了说明和描述提供了实施方案的上述描述。其无意是穷举性的或限制本公开。一个特定实施方案的单独要素或特征通常不限于该特定实施方案，而是在适用时可互换并可用于选择的实施方案中，即使没有明确展示或描述。其也可以以许多方式改变。此类变动不被视为背离本公开，并且所有这样的修改都意在包括在本公开的范围内。

本申请可以包括以下技术方案。

1．制造用于电化学电池的电极组件的方法，所述方法包括：

在氧的存在下将激光束引向包含金属的集流体的第一表面以在所述第一表面上形成金属氧化物层，其中所述金属氧化物层包含多个特征；和

将含锂层施加到所述金属氧化物层上，其中所述含锂层与所述集流体的所述第一表面形成结合。

2．根据方案1所述的方法，其中所述金属选自铜、镍、钛、铁、钼、铬及其组合，并且所述金属氧化物选自铜氧化物、镍氧化物、钛氧化物、铁氧化物、钼氧化物、铬氧化物及其组合。

3．根据方案1所述的方法，其中所述激光束具有大于或等于大约50 W的功率、大于或等于大约1 mm/s的扫描速度和大于或等于大约20 µm的光斑尺寸。

4．根据方案1所述的方法，其中将激光束引向集流体的第一表面包括相对于所述集流体移动激光束以在所述第一表面上产生所述多个特征。

5．根据方案1所述的方法，其中所述结合是机械结合、化学结合或其组合。

6．根据方案1所述的方法，其中所述多个特征是多个机械互锁特征，所述多个机械互锁特征与所述含锂层形成机械结合。

7．根据方案1所述的方法，其中在将含锂层施加到金属氧化物层上之前、在将含锂层施加到金属氧化层上时、在将含锂层施加到金属氧化物层上之后或其组合，将热量施加到含锂层。

8．根据方案1所述的方法，其中在含锂层与金属氧化物层之间形成粘结层，其中所述粘结层将含锂层化学结合到金属氧化物层，其中所述粘结层包含锂氧化物、所述金属或其组合。

9．根据方案1所述的方法，其中所述含锂层是锂箔或锂膜。

10．用于电化学电池的电极组件，其包括：

具有第一表面的集流体，其中所述集流体包含金属；

设置在所述集流体的第一表面上的金属氧化物层，其中所述金属氧化物层包含多个特征；和

结合到所述集流体的所述第一表面上的含锂层。

11．根据方案10所述的电极组件，其中所述金属选自铜、镍、钛、铁、钼、铬及其组合，并且所述金属氧化物选自铜氧化物、镍氧化物、钛氧化物、铁氧化物、钼氧化物、铬氧化物及其组合。

12．根据方案10所述的电极组件，其中所述结合是机械结合、化学结合或其组合。

13．根据方案10所述的电极组件，其中所述多个特征是多个机械互锁特征，所述多个机械互锁特征与所述含锂层形成机械结合。

14．根据方案10所述的电极组件，进一步包含设置在含锂层与金属氧化物层之间的粘结层，其中所述粘结层将含锂层化学结合到金属氧化物层，其中所述粘结层包含锂氧化物、所述金属或其组合。

15．根据方案10所述的电极组件，其中所述含锂层是锂箔或锂膜。

16．含锂电化学电池，其包括：

负电极组件，其包括：

具有第一表面的集流体，其中所述集流体包含金属；

设置在所述集流体的第一表面上的金属氧化物层，其中所述金属氧化物层包含多个特征；和

结合到所述集流体的所述第一表面上的含锂层；

与所述负电极组件间隔开的正电极组件；

设置在所述负电极组件和所述正电极组件的相对表面之间的多孔隔离件；和

浸润所述负电极组件、所述正电极组件和所述多孔隔离件的液体电解质。

17．根据方案16所述的含锂电化学电池，其中所述金属选自铜、镍、钛、铁、钼、铬及其组合，所述金属氧化物选自铜氧化物、镍氧化物、钛氧化物、铁氧化物、钼氧化物、铬氧化物及其组合，并且所述含锂层是锂箔或锂膜。

18．根据方案16所述的含锂电化学电池，其中所述结合是机械结合、化学结合或其组合。

19．根据方案16所述的含锂电化学电池，其中所述多个特征是多个机械互锁特征，所述多个机械互锁特征与所述含锂层形成机械结合。

20．根据方案16所述的含锂电化学电池，其中所述负电极组件进一步包括设置在含锂层和金属氧化物层之间的粘结层，其中所述粘结层将含锂层化学结合到金属氧化物层，其中所述粘结层包含锂氧化物、所述金属或其组合。