用於電極的電鍍技術的製造方法與工藝
2023-05-19 09:59:52
本發明涉及用於形成在電化學電池中使用的受保護的電極、包括在再充電式鋰蓄電池中使用的受保護的電極的製品和方法。
背景技術：
近幾年在研究具有含鋰陽極的高能量密度的蓄電池方面已經引起相當大的關注。作為電化學電池的陽極，鋰金屬特別引人注目，這是因為與其他陽極(例如，嵌鋰碳陽極，其中非電活性材料的存在增加了陽極的重量和體積，由此降低了電池的能量密度)相比，鋰金屬具有極輕重量和高能量密度。此外，鋰金屬陽極或主要包括鋰金屬的陽極提供了構建比電池例如鋰離子電池、鎳金屬氫化物電池或鎳鎘電池的重量更輕且能量密度更高的電池的機會。這些特徵對於其中對於輕重量要支付額外費用的可攜式電子設備(例如可攜式電話和膝上型電腦)的電池是高度期望的。遺憾地是，鋰的反應性和相關的循環壽命、樹枝狀晶體形成、電解質相容性以及製造和安全問題阻礙了鋰電池的商業化。儘管提出了用於形成鋰陽極和形成界面和/或保護層的多種方法，但是仍需要加以改進。
技術實現要素：
提供了用於形成在電化學電池中的受保護的電極、包括在再充電式鋰蓄電池中使用的受保護的電極的製品和方法。在一些實施方案中，提供了一系列製品。在一個實施方案中，在電化學電池中使用的製品包括集流器和保護結構。保護結構為包括聚合物層和單離子傳導層的多層結構，其中保護結構的層中的每個層為非電活性的並且對於鹼金屬離子是傳導性的。保護結構與集流器直接相鄰或者經由總厚度小於2微米的一個或更多個中間層與集流器隔開。在另一個實施方案中，製品包括集流器和與集流器直接相鄰或者經由總厚度小於2微米的一個或更多個中間層與集流器隔開的保護結構。保護結構為非電活性的並且對於鹼金屬離子是傳導性的。該製品還包括陰極和位於保護結構與陰極之間的電解質。向製品施加具有相對於製品的表面的法向分量的各向異性力，該分量限定了至少50牛頓／cm2的壓力。在另一個實施方案中，在電化學電池中使用的製品包括集流器和保護結構。保護結構為包括聚合物層和單離子傳導層的多層結構，其中保護結構的層中的每個層為非電活性的並且對於鹼金屬離子是傳導的。適合於嵌入鹼金屬離子的非電活性中間層位於集流器與保護結構之間。任選地，製品還可以包括陰極和位於保護結構與陰極之間的電解質。任選地，向製品施加具有相對於製品的表面的法向分量的各向異性力，該分量限定了至少50牛頓／cm2的壓力。在另一組實施方案中，提供了一系列方法。在一個實施方案中，形成電極的方法包括提供包括集流器和保護結構的製品，其中保護結構為包括聚合物層和單離子傳導層的多層結構。保護結構與集流器直接相鄰或者經由總厚度小於2微米的一個或更多個中間層與集流器隔開。該方法還包括提供鹼金屬離子的源，使鹼金屬離子從源傳輸穿過保護結構，以及在集流器與保護結構之間形成包含鹼金屬的電活性層。在另一個實施方案中，形成電極的方法包括提供包括集流器和保護結構的製品，其中保護結構與集流器直接相鄰或者經由總厚度小於2微米的一個或更多個中間層與集流器隔開。該方法涉及提供鹼金屬離子的源，使鹼金屬離子從源傳輸穿過保護結構，以及在集流器與保護結構之間形成包含鹼金屬的電活性層。向製品施加具有相對於製品的表面的法向分量的各向異性力，該分量限定了至少50牛頓／cm2的壓力。在另一個實施方案中，形成電極的方法包括提供包括集流器和保護結構的製品，其中保護結構為包括聚合物層和單離子傳導層的多層結構。該製品還包括位於集流器與保護結構之間的非電活性中間層。該方法包括提供鹼金屬離子的源，使鹼金屬離子從源傳輸穿過保護結構，以及在集流器與保護結構之間形成包含鹼金屬的電活性層，其中所述電活性層包括中間層的至少一部分。以上和本文中所述的製品和方法可以以各種不同方式構造、布置和／或實施。例如，在一些實施方案中，製品不包含鹼金屬。在一些情況下，製品尚未被放電和/或充電(即，循環)。例如，在一些情況下，製品尚未被循環至大於2次、大於4次、大於6次或大於10次。在一些情況中，製品不包含為已經被循環的電極和／或化學電池所特有的化合物的副產物，和/或製品不包含為已經被循環至大於2次、大於4次、大於6次或大於10次的電極和/或化學電池所特有的化合物的副產物。以上和本文中所述的製品和方法可以包括為包括至少兩層不同材料組成的多層結構的保護結構。保護結構可以與集流器直接相鄰。製品還包括基本上垂直於並接觸保護結構的層中的每個層的側集流器或豎直集流器。在其他實施方案中，保護結構經由總厚度小於2微米、小於1微米、小於500nm、小於200nm、小於100nm、小於50nm、或小於25nm、或小於10nm的一個或更多個中間層與集流器隔開。一個或更多個中間層中的至少一個中間層的RMS表面粗糙度可以小於1微米、小於0.5微米、小於0.2微米、小於0.1微米或小於1nm。在一些實施方案中，在集流器與保護結構之間的一個或更多個中間層可以包括傳導材料，例如可以用作用於形成電活性層的籽層(seedlayer)的鋰金屬或包含嵌入鋰化合物的材料。也可以使用包含鹼金屬的其他材料作為籽層。在一些情況下，以上和本文中所述的製品和方法還可以包括陰極，在集流器與保護結構之間的一個或更多個中間層(任選地包括含鋰材料例如鋰金屬或嵌入鋰化合物)以不足以參與製品的完全放電的量存在。在一些實施方案中，在集流器與保護結構之間不存在這樣的中間層。製品可以任選地還包括定位成在與集流器相反的一側上與保護結構相鄰的鹼金屬層。該製品可以任選地還包括定位成在與集流器相反的一側上與保護結構相鄰的聚合物凝膠層。在包括陰極的實施方案中，陰極可以包括鹼金屬離子的源，例如鋰離子的源。在一些實施方案中，陰極包括含鋰過渡金屬氧化物作為活性電極物質、含鋰金屬氧化物作為活性電極物質、含鋰磷酸鹽作為活性電極物質、嵌入鋰化合物作為活性電極物質、或者硫作為活性電極物質。在又其它實施方案中，陰極包括氧或水。在一些情況下，以上和本文中所述的製品和方法涉及如下製品，所述製品被構造並布置為用於向製品施加具有相對於製品的表面的法向分量的各向異性力。各向異性力可以包括限定至少50牛頓／cm2、至少60牛頓／cm2、至少70牛頓／cm2、至少80牛頓／cm2、至少100牛頓／cm2、至少150牛頓／cm2或至少200牛頓／cm2的壓力的分量。在一些情況下，各向異性力包括限定具有鋰金屬的屈服強度的至少0.5倍至至少2倍的數量的壓力的分量。在一些情況下，以上和本文中所述的製品和方法包括與製品離子連通的鹼金屬離子的源。在一些實施方案中，鹼金屬離子的源包括電解質浴或陰極。製品可以還包括電解質。以上和本文中所述的製品和方法可以包括包含至少兩個單離子傳導層和至少兩個聚合物層的保護結構，其中所述單離子傳導層和聚合物層相對於彼此交替。單離子傳導層可以為非電子傳導的或者為電子傳導的。在一些情況下，單離子傳導層包括對於鋰離子是傳導性的陶瓷，例如氮化鋰。在一些情況中，單離子傳導層包括位於氮化鋰層之上的氧化鋰層(或者反過來也一樣)。單離子傳導層可以包括孔，孔的至少一部分填充有聚合物。填充單離子傳導層的孔的至少一部分的聚合物可以為定位成與單離子傳導層相鄰的聚合物層的形式。在一些情況下，聚合物可以包括丙烯酸酯，例如，丙烯酸烷基酯、乙二醇丙烯酸酯和聚乙二醇丙烯酸酯。在一些實施方案中，製品包括定位成在與集流器相反的一側上與保護結構相鄰的隔板。製品可以為包括陰極的電化學電池的一部分，鹼金屬離子的源包括陰極。在一些情況下，製品為包括陰極的電化學電池的一部分，鹼金屬離子的源包括與陰極不同的電極。該製品可以還包括定位成在與集流器相反的一側上與保護結構相鄰的鹼金屬層，鹼金屬離子的源包括鹼金屬層。在一些情況下，該製品還包括位於保護結構與鹼金屬離子的源之間的聚合物凝膠層，方法還包括使鹼金屬離子傳輸穿過聚合物凝膠層。傳輸步驟可以包括以4C至C／10的倍率給製品充電。待通過這些或其他方法形成的電極電極可以為例如鋰金屬陽極。在一些情況下，製品在傳輸步驟之前尚未被充電。由以下本發明的多個非限制性實施方案的詳細描述，在結合附圖進行考慮時，本發明的其他特點和新的特徵將變得明顯。在本說明書和通過引用併入的文獻包括衝突和／或不一致的公開內容的情況下，以本說明書為準。如果通過引用合併的文獻中的兩個或更多個文獻相對於彼此包括衝突和/或不一致的公開內容，則以生效日期靠後的文獻為準。附圖說明將參照附圖通過舉例的方式描述本發明的非限制性的實施方案，這些附圖是示意性的並非旨在按比例繪製。在附圖中，所示出的每個相同的組件或幾乎相同的組件通常由單一附圖標記表示。為了清楚的目的，在每個附圖中沒有標記每個組件，本發明的每個實施方案的在沒必要說明的地方示出的每個組件也沒有標記以使得本領域的普通技術人員能夠理解本發明。在附圖中：圖1示出了根據一組實施方案的形成電極的方法；以及圖2示出了根據一組實施方案的形成電化學電池的方法。具體實施方式提供了用於形成在電化學電池中使用的受保護的電極、包括在再充電式鋰蓄電池中使用的受保護的電極的製品和方法。在一些實施方案中，該製品和方法涉及電極，該電極不包括電活性層，但是包括集流器和定位成與集流器直接相鄰或者經由一個或更多個薄層與集流器隔開的保護結構。鋰離子可以傳輸穿過保護結構以在集流器與保護結構之間形成電活性層。在一些實施方案中，可以向電極施加各向異性力以有利於形成電極活性層。有利地，本文中描述的製品和方法可以用於形成具有平滑的電活性層表面和／或平滑的保護層表面的電極。如下文中將更詳細地描述的，降低這些表面的一個或更多個的粗糙度可以使得電極的腐蝕速率最小化和／或防止任何非活性腐蝕反應產物幹擾電荷傳輸穿過電活性層表面。此外，如本文中描述的一些製品和方法涉及不包括電活性層的(可以是活性的)電極和電化學電池，可以提高這樣的裝置的操作的安全性。在一些實施方案中，存在電活性層，但是與完整的電化學電池相比存在相對較少量的電活性層，以降低可用於潛在不期望的反應的活性材料的量。此外，使用本文中描述的方法形成電極可以使得保護結構在電極的使用期間(例如，在向電極施加各向異性力期間)不太可能損壞。以下將詳細描述其他優點。如本文中所述，在一些實施方案中，所提供的製品和方法可以應用於鋰蓄電池系統，包括鋰離子蓄電池系統。鋰蓄電池系統通常包括在放電期間被電化學鋰化的陰極。在該過程中，鋰金屬或鋰嵌入化合物可以轉換為鋰離子並且可以傳輸穿過電解質到蓄電池的陰極，在蓄電池的陰極處被還原。在鋰／硫蓄電池中，例如，鋰離子在陰極處形成多種鋰硫化合物中的一種。在充電時，該過程是相反的，在陽極處由電解質中的鋰離子電鍍鋰金屬。在每個放電循環中，顯著量(例如，最高至100％)的可利用的Li的可以電化學溶解在電解質中，幾乎該量可以在充電期間在陽極處被再電鍍。與在每個放電期間移除的量相比，通常在每個充電期間稍微少量的鋰在陽極處被再電鍍；在每個充電放電循環期間，通常小部分的金屬Li陽極損失於不溶性的電化學非活性物質。在鋰離子蓄電池中，可利用的鋰離子在充電和/或放電時也可能由於多種過程而損失。這些充電和放電的過程以多種方式使得陽極有應力，其可以導致Li的過早耗盡和蓄電池循環壽命的降低。在該循環期間，Li陽極表面可以變得粗糙(可以增加場驅動腐蝕的速率)，Li表面粗糙化可以根據電流密度按比例增加。在循環期間，與陽極的全部Li損失關聯的許多非活性反應產物還可以在日益粗糙的Li表面上累積，其可以幹擾電荷傳輸到下面的金屬Li或電活性層。在蓄電池的其他部分中不存在其他劣化過程時，僅僅每個循環的Li陽極損失就可以最終使得電池變得非活性。因此，期望的是，最小化或抑制Li損失反應，使Li表面粗糙度/腐蝕速率最小化，防止任何非活性腐蝕反應產物幹擾電荷傳輸穿過Li陽極表面。特別地，在較高電流密度下(在商業上期望的)這些過程可以導致電池的較快失效。如本文所描述的，電極或電化學電池可以包括可以用於防止或抑制電活性層和與電極一起使用的其他組分反應的保護結構。這樣的反應組分的示例包括電解質(例如，溶劑和鹽)以及陰極放電產物。在一些實施方案中，保護結構在保護電活性層方面的有效性可以至少部分取決於保護結構的層的平滑度和／或在結構中存在的任意缺陷。反過來，保護結構的平滑度可以至少部分取決於在其上沉積有保護結構的底層的平滑度。正因如此，本文中描述的方法可以涉及選擇或形成平滑的底表面(即，具有低均方根(RMS)表面粗糙度的表面)，然後在這樣的表面上形成保護結構。在平滑底表面之上形成保護結構之後，得到的製品可以暴露於電活性材料前體(例如鹼金屬離子)。在施加合適的電流和/或電壓時，電活性材料前體可以在整個(across)保護結構上被電鍍以使其留在集流器與保護結構之間。使用這種方法，也可以形成具有平滑表面的電活性層。該方法與可以涉及首先在集流器之上沉積電活性層然後在電活性層之上形成保護結構的一些現有的方法形成對照。在一些現有方法中，電活性層的形成可以由於形成這樣的層所需的條件(例如，溫度、壓力和形成速率)而導致相對較粗糙的表面。粗糙電活性層是不期望的，因為其可以增加可用於與存在於電解質中的組分反應的表面積，由此增加反應的速率。此外，由於在電活性層之上的形成的層的平滑度可以取決於底層的平滑度，所以在粗糙電活性層之上隨後形成保護結構可以導致具有粗糙表面的保護結構。在一些情況下，保護結構的粗糙表面可以導致在電化學電池的使用期間，使得電解質或電解質的組分能夠穿過其的缺陷，可能導致電解質和／或電解質的組分與電活性層反應。保護結構中也可能形成缺陷，因為該結構的層的沉積可以涉及一些條件(例如，溫度、壓力和形成速率)，其有利於電活性層(例如，用於不導致電活性層的熔化或變形的低溫)，但是不太有利於形成無缺陷結構。在一些實施方案中，如本文中所述，通過在電活性層之前首先形成保護結構來使這樣的缺陷最小化。在一些實施方案中，如在下文中更詳細地描述的，可以通過使用具有多個層(例如，單離子傳導層和聚合物層的多個層)的保護結構來使得在電極的使用期間形成的電極的保護結構中的缺陷最小化或減輕。如本文中所述，在一些實施方案中，製品例如電極或電化學電池包括可以用於將電活性材料和與電極或電化學電池一起使用的電解質隔開的保護結構。為了包括(例如，對於鋰蓄電池)防止在再充電期間樹枝狀晶體形成、防止鋰與電解質反應、以及增加循環壽命的多種原因，將電活性層與電化學電池的電解質隔開可以是期望的。例如，電活性鋰層與電解質的反應可以導致在陽極上形成電阻膜阻擋，這可以增加蓄電池的內部電阻，降低在額定電壓下通過蓄電池所能夠提供的電流的量。已經提出包括用由聚合物、陶瓷或玻璃形成的界面或保護層塗覆鋰陽極的多種不同方案以用於在這樣的裝置中保護鋰陽極，這樣的界面或保護層的重要特性為對於鋰離子是傳導的。雖然多種用於保護鋰陽極和其他鹼金屬陽極的技術和組分是已知的，然而這些保護塗層存在特別的挑戰，特別是在再充電式蓄電池中。因為鋰蓄電池通過在每個充電／放電循環中使鋰從含鋰陽極中移除和再電鍍(或嵌入)而起作用，所以鋰離子必須能夠穿過任何保護塗層。塗層也必須能夠經受由於在陽極處材料的移除和再電鍍的形態變化。許多單一薄膜材料，當沉積到電活性鋰層的表面上時，並非具有使Li離子通過、驅使大量Li表面參與電流傳導、保護金屬Li陽極免受從陰極遷移的某些物質(例如，液體電解質和／或從基於硫的陰極中產生的多硫化物)損害、以及阻止高電流密度引起的表面損傷的所有必須的特性。本發明人已經研究出通過本發明的若干實施方案對這些問題的解決方案，所述解決方案包括：通過首先形成保護結構然後形成電活性層來形成電極的方法，這可以導致較平滑的電活性層表面，降低高電流密度引起的表面損傷；使用多層保護結構，這可以減少保護結構中缺陷的數量和／或賦予電極柔性；和/或在電極製造和/或使用期間施加的力的使用。在本文中描述的許多實施方案中，描述了鋰再充電式電化學電池(包括鋰陽極)。例如，本文中所提供的描述可以涉及鋰/硫蓄電池或鋰離子蓄電池。然而，在本文中無論在什麼情況下描述的鋰電化學電池，應該理解可以使用任何類似的鹼金屬電化學電池(包括鹼金屬陽極)。此外，雖然本文中主要公開了再充電式電化學電池，但是非再充電式(一次)電化學電池也旨在從本文中描述的實施方案中受益。此外，雖然本文中描述的製品和方法在提供陽極保護和形成方面特別有用，但是該製品和方法也適用於陰極。圖1示出了根據一組實施方案的用於形成包括保護結構的電極的方法的實施例。如在圖1中說明性示出的，過程10涉及包括具有多個層的保護結構30的製品20。在該實施例中，保護結構形成在集流器34之上，中間層36任選地存在於保護結構與集流器之間。該製品可以經受電活性材料前體的源50以形成電活性層46。例如，可以使用鋰金屬離子形式的前體以形成電活性含鋰層例如鋰金屬層。如本文中所使用的，當層被稱為在另一層「上」、「之上」或與另一層「相鄰」時，該層可以直接在該另一層上、之上或與該另一層相鄰或者也可以存在中間層。在另一層「緊上」、與另一層「直接相鄰」或與另一層「接觸」是指不存在中間層。同樣的，位於兩個層「之間」的層可以是直接在兩個層之間，使得不存在中間層，或者可以存在中間層。在圖1中示出的實施方案中，保護結構包括相對於彼此以交替順序布置的至少兩個聚合物層40和至少兩個單離子傳導層44。也可以為保護結構的層的其他構造，包括由單層形成的保護結構。單層可以由單個類型材料形成，例如，本文中所述用於多個分層結構的材料，或這樣的材料的組合(例如，組合物)。在本文中描述的許多實施方案中，保護結構的一個層或多個層設計為非電活性的，但是對鹼金屬離子(例如，鋰離子)是傳導的。例如，保護層可以包括鋰或鋰鹽以有利於鋰離子穿過該層的傳導性。然而，這樣的層通常是非電活性的意味著這樣的層不用作在充電和放電期間的鋰離子的源。儘管圖1示出了交替的聚合物層和單離子傳導層，但是保護結構的一個或更多個層可以由可以傳導Li離子的任何合適的材料包括陶瓷、玻璃、玻璃-陶瓷、金屬和/或聚合物製成。在一些實施方案中，一個或更多個層可以基本上阻止電子穿過一個或更多個層的通道，然而在其他實施方案中，一個或更多個層可以電子傳導的。對於「基本上阻止」，在上下文中，是指在本實施方案中該材料使得鋰離子通量比電子通道大至少十倍。在一些實施方案中，保護結構的層沉積到非常平滑且連續的(例如，在其表面上基本上沒有突起和/或壓痕)集流器34上或者中間層36上。正因如此，形成的保護結構的層也是平滑的。在一些實施方案中，製品20不包括電活性層，所以它可以以比包括反應電活性材料(例如鋰)的電極通常所需要的更加安全的方式被操作、運輸或存儲。此外，在集流器上形成保護結構的步驟可以與形成電活性層的步驟分離。在一些情況下，製品20可以通過第一實體形成，形成電活性層的步驟可以通過第二實體進行。例如，由製造商製成的製品20可以出售給最終用戶，該用戶在使用之前通過給製品充電然後形成電活性層。在其他實施方案中，形成電活性層的步驟可以在制品20形成之後過一段時間(例如，至少一天、一周、一個月或一年以後)進行。此外，在一些涉及在不包括鹼金屬(例如，鋰金屬)的層之上形成保護結構的實施方案中，適合於形成具有減少的缺陷數量的層的條件可以是可能的。當使用一些現有方法在電活性鋰層之上形成保護結構時，通常使用某些技術並且在合適溫度、壓力和／或速率下進行沉積以不對鋰層產生負面影響。例如，鋰金屬具有相對較低熔點，所以通常在鋰的熔點以下的溫度下沉積形成在鋰金屬之上的層。根據用於形成保護層的具體技術和材料，這些條件可以導致具有缺陷的保護層的形成。當不存在電活性層時，然而，可以在較高的溫度(和／或較高或較低的壓力)下進行保護結構的一個或更多個層的沉積，這可以導致具有較少數量缺陷的層。因此，本文中描述的方法可以使得較大範圍的條件和較多種類的技術可以用於形成保護結構。如上所述，圖1示出了可以任選地存在於保護結構與集流器之間的中間層36。中間層可以為有利於在其之上沉積保護結構的平滑層的一個或更多個薄層的形式。此外或可替代地，中間層可以有利於平滑電活性層的形成。例如，中間層可以用於例如通過降低電鍍的能量和／或防止或最小化在該層上形成突起或壓痕來導致甚至電活性層的電鍍。中間層可以包括例如金屬或半導體，但是也可使用其他材料。在一些情況下，在電活性層的形成期間，中間層的至少一部分可以與電活性層整合。例如，包含金屬Z的中間層可以導致在形成和/或使用電極期間形成鋰-Z合金。在一些實施方案中，中間層可以由電活性材料形成和/或包括電活性材料，例如鹼金屬(如，鋰金屬)，其可以用作用於形成相同材料電活性層的籽層。在這樣的實施方案中，鹼金屬中間層可以以使得鹼金屬不足以參與包括這樣的層的電化學電池的完全放電的量存在。在一些實施方案中，中間層不包括鹼金屬。在中間層包括電活性材料的實施方案中，電活性材料可以存在，但是與完整的電化學電池相比以相對少量存在以降低可用於潛在不期望反應的反應材料的量。在下文中將詳細描述可以適合於中間層的材料的實例。在一些實施方案中，一個或更多個中間層，如果存在，可以是薄的以使得保護層與集流器之間的距離小。在保護層的最靠近集流器的表面(例如，表面47)與集流器的最靠近保護結構的表面(例如，表面48)之間的距離可以在例如1nm至2微米之間變化。例如，該距離可以小於或等於2微米、小於或等於1.5微米、小於或等於1微米、小於或等於800nm、小於或等於600nm、小於或等於到400nm、小於或等於300nm、小於或等於200nm、小於或等於100nm、小於或等於50nm、小於或等於40nm、小於或等於30nm、小於或等於20nm、小於或等於10nm、或者小於或等於5nm。在一些實施例中，該距離可大於或等於5nm、大於或等於10nm、大於或等於20nm、大於或等於30nm、大於或等於40nm、大於或等於50nm、大於或等於100nm、大於或等於200nm、大於或等於300nm、大於或等於400nm、大於或等於600nm、大於或等於至800nm、大於或等於1微米、或者大於或等於1.5微米。該距離的其他範圍也是可以的。以上提及的範圍的組合也是可以的(例如，小於2微米但大於或等於10nm的距離)。在其他實施方案中，一個或更多個中間層，如果存在，可以相對較大(例如，使得保護層與集流器之間的距離比以上所列舉的範圍相對較大)，但是與完整的電化學電池相比，存在於集流器與保護層之間的層中的電活性材料(如果存在)的量相對較少。例如，中間層可以是用於鋰離子蓄電池的含碳層，但是中間層中的鹼金屬物質(例如，鋰)的量(如果存在的話)可以以使得鹼金屬不足以參與包括這樣的層的電化學電池的完全放電的量存在。在一些情況下，存在於中間層中的鹼金屬的量可以小於包括這樣的層的電化學電池完全放電所需量的1.0倍、0.8倍、0.6倍、0.4倍、0.2倍或0.1倍。在一些這樣的實施方案中，如在下文中更詳細地描述的，中間層的厚度可以在例如1nm至50微米之間變化。在一些情況下，中間層的至少一部分可以用於形成電活性層；即，在充電之後形成的電活性層可以包括中間層的至少一部分。如本文中所述，本文中提供的方法和製品可以使得形成平滑表面。在一些實施方案中，電活性層、保護結構的層(例如，單離子傳導層和／或聚合物層)、中間層和/或集流器的RMS表面粗糙度可以例如小於1μm。在一些實施方案中，對於這樣的表面的RMS表面粗糙度可以例如為0.5nm至1μm(例如，0.5nm至10nm、10nm至50nm、10nm至100nm、50nm至200nm、以及10nm至500nm)。在一些實施方案中，RMS表面粗糙度可以小於或等於0.9μm、小於或等於0.8μm、小於或等於0.7μm、小於或等於0.6μm、小於或等於0.5μm、小於或等於0.4μm、小於或等於0.3μm、小於或等於0.2μm、小於或等於0.1μm、小於或等於75nm、小於或等於50nm、小於或等於25nm、小於或等於10nm、小於或等於5nm、小於或等於2nm、小於或等於1nm。在一些實施方案中，RMS表面粗糙度可以大於1nm、大於5nm、大於10nm、大於50nm、大於100nm、大於200nm、大於500nm、或大於700nm。也可以為其他值。也可以為上面提及的範圍的組合(例如，RMS表面粗糙度小於或等於0.5μm並且大於10nm)。在一些實施方案中，位於保護結構與集流器之間的厚度小於2微米的中間層的RMS表面粗糙度例如小於1μm。中間層的RMS表面粗糙度可以為以上所述範圍的一個或更多個。如圖1說明性示出的，電活性材料前體的源50可以位於保護結構的與集流器相反的一側上。電活性材料前體的源可以為溶液形式(例如，作為電解質溶液的一部分)、固體形式(例如，作為電活性材料的層的一部分，或者作為陰極的一部分)，或者凝膠形式。在下文中將更加詳細地描述其他實施例。可以在集流器34與源50之間施加電流和/或電壓以導致電活性材料前體的離子傳輸穿過保護結構30以形成電活性層46。例如，可以向集流器34施加負電位，並且可以向在保護結構相反側上的陰極施加正電位。因此，可以通過這樣的過程形成包括電活性層的電極56。在形成電活性層期間，電活性材料前體的源可以存在於相對於電極的組件(例如，圖1的製品20)的任意合適的位置中。在一些實施方案中，源可以以電化學電池的形式與電極封裝在一起。例如，如圖2所說明性示出的，製品100，電化學電池可以包括與集流器34相鄰的、任選具有位於保護結構與集流器之間的中間層(未示出)的保護結構30。製品可以還包括電解質140、陰極150和與陰極相鄰的集流器(未示出)。製品可以還包括密封結構156以容納電化學電池組件。如在圖2中說明性示出的，電活性材料前體的源50可以作為陰極或電解質的一部分存在，但是也可以為其他構造。在初始放電期間，電活性材料前體可以傳輸穿過保護結構以形成電活性層46作為電化學電池102的一部分。電活性層可以形成在保護結構與集流器之間。如本文中所述，在一些實施方案中，中間層可以存在於集流器與保護結構之間，但是中間層不是電活性的，或者在這個意義上是電活性最低的：即該層中存在不足夠的電活性物質來參與包括這樣的層的電化學電池的全放電(或者小於全放電的0.8倍、0.6倍、0.4倍、0.2倍或0.1倍)。在這樣的實施方案中，在初始充電期間，電活性材料前體可以傳輸穿過保護結構以形成電活性層46作為電化學電池的一部分。例如，鹼金屬離子可以傳輸穿過保護結構，其可以嵌入到層46中以形成電活性層。正因如此，中間層可以包括適合於嵌入鹼金屬離子的材料。在一些情況下，方法包括形成包含鹼金屬的電活性層，其中電活性層包括中間層的至少一部分。在一些情況下，電活性材料前體50與陰極結合使得在初始放電期間，前體傳輸穿過電解質和保護結構二者以形成電活性層。電活性材料前體可以為包含鋰離子的材料的形式，例如，適合於用作鋰離子陰極的材料。這樣材料的非限制性實例包括鎳鈷錳鋰離子(例如，LiNixMnyCozO2)、尖晶石型鋰離子(例如，LiMn2O4)以及基於鈷的鋰離子(例如，LiCoO2)材料。可以用於鋰離子陰極的其他材料在本領域中是已知的，其可以用作前體以形成電活性層。也可以使用除了基於鋰的材料之外的其他鹼金屬陰極材料。本領域的技術人員可以至少部分基於待形成的電活性層的期望的量和厚度和／或在初始充電期間可能損失(例如，通過不可逆反應)的任何電活性材料前體來計算電活性材料前體的量。在其他實施方案中，電活性材料前體可以為存在於保護結構的與集流器相反一側上的鋰金屬層的形式。例如，鋰層可以存在於陰極與電解質(例如，固體電解質或凝膠電解質)之間、電解質與保護結構之間、在陰極與隔板(未示出)之間、隔板與保護結構之間或者在任意其他合適的位置處。在一些情況下，這樣的電化學電池的組件的構造可以涉及與鋰金屬層最小限度反應的電解質。在其他實施方案中，電活性材料前體可以為夾在兩個保護結構(例如，第一保護結構與第二保護結構)之間的鋰金屬層的形式，使得鋰金屬層不與電解質直接接觸。在充電期間，鋰金屬層可以穿過第一保護結構，其可以在集流器與第一保護結構之間形成電活性層。在一些情況下，然後第一保護結構可以與原來夾有電活性材料前體的第二保護結構直接相鄰。也可以為其他構造。在一些實施方案中，製品100包括與保護結構的表面132相鄰的和／或在保護結構的與集流器相反的一側上的聚合物凝膠層。在電活性層形成期間，電活性材料前體可以傳輸通過聚合物凝膠層和保護結構二者。在其他實施方案中，電活性材料前體的源可以存在於聚合物凝膠層中。在其他實施方案中，電活性材料前體的源不是電化學電池的一部分，而是包含在用於形成電活性層的另一合適的結構中。例如，電活性材料前體可以為陰極的形式或者為與形成保護結構和集流器的製品隔開的電解質的形式。電活性材料前體可以為例如包含用於形成電活性層所需的組分的電解質浴(bath)。電活性層可以通過將電極浸入包括陰極的電解質浴中，施加合適的電流和／或電壓以導致離子傳輸穿過電極前體的保護層來形成。在電極形成之後，其可以與其他組分組合以形成電化學電池。在一些實施方案中，電活性材料前體的源可以為電極(例如，陰極)的形式，該陰極不同於與使用電活性材料前體形成的陽極一起使用的陰極。例如，參照圖2，用於形成鹼金屬電極的鹼金屬離子的源可以為在保護結構與集流器之間電鍍鹼金屬層期間插入製品100的電解質140中的第三電極的形式。在鹼金屬離子被傳輸穿過保護結構以形成電活性層之後，電活性材料前體的任何剩餘源可以從電解質中移除。然後，存在於製品100中的剩餘組件可以被封裝以形成密閉的電化學電池。應該理解，涉及電活性材料前體的源的其他構造也是可以的，本文中所提供的附圖和描述為非限制性的。本領域的普通技術人員可以選擇適當的電壓和／或電流以用於使電活性材料前體(例如，鹼金屬離子)傳輸穿過保護結構，任選地穿過其他組分例如聚合物凝膠層、電解質等。可以基於以下多種因素選擇電壓和／或電流：例如，電活性材料前體的材料組合物、保護結構的一個或更多個層和任何中間層；這樣的層的厚度；通過這樣的層的離子電導率；電活性材料前體的形式(例如，固體、液體或凝膠形式的材料)；以及其他因素。在一些實施方案中，可以在初始充電期間施加電壓和／或電流以形成電活性層，在整個充電期間，電壓和／或電流的數量可以變化。在一組實施方案中，可以初始施加低電流或中等電流一段時間以有利於形成均勻且平滑的電活性(例如，鋰金屬)層。例如，可以在初始總充電的至少50％期間(例如，在初始總充電的至少10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％或90％期間，總初始充電的％是指在電極處沉積的電活性材料的總量的百分比)施加相對較低電流或中等電流。在一些實施方案中，可以在總初始充電的5％至90％期間施加這樣的電流。可以通過施加逐漸減小充電(tapercharge)進行繼續充電；即，施加使得電流能夠減小為預定值(例如，小於初始電流的20％、15％、10％、5％、2％、1％或0.5％)。給電極充電的方法以形成電活性層可以涉及使用變化倍率(例如，開始使用低倍率，然後斜升或步進到較高倍率)。在其他實施方案中，可以使用脈衝充電(充電一些毫秒之後休息一些毫秒)。脈衝充電的特定方案可以包括在每個充電脈衝之後利用短暫(<充電脈衝寬度的10倍)的放電以增加金屬離子(例如，Li離子)傳輸。在一些情況下，可以使用這樣充電方法的組合。也可以使用其他充電方法。在初始充電期間使用的電流可以為例如1μA／cm2至1A／cm2(例如1μA／cm2至10μA／cm2、10μA／cm2至100μA／cm2、100μA／cm2至1mA／cm2、1mA／cm2至100mA／cm2、或100mA／cm2至1A／cm2)。在一些情況下，在初始充電的至少20％、至少40％、至少60％或至少80％期間施加的電流為至少10μA／cm2、至少100μA／cm2、至少1mA／cm2、至少10mA／cm2、或至少100mA／cm2。例如，在施加變化充電倍率時可以使用較高電流。在一些實施方案中，在初始充電的至少20％、至少40％、至少60％或至少80％期間施加的電流小於1A／cm2、小於100mA／cm2、小於10mA／cm2、小於1mA／cm2、小於100μA／cm2或小於10μA／cm2。也可以為其他範圍。也可以為上述範圍的組合。施加的電壓可以在例如相對於Lio／Li+為-1V至-100mV之間(例如，在相對於Lio／Li+為-1V至-500mV之間、在-500mV至-300mV之間、在-300mV至-100mV之間、或在-250mV至-100mV之間)變化。也可以為其他範圍。施加的電壓(以及施加的電流)可以取決於以下因素：例如極化、離子傳輸通過的各層的初始電阻以及電介質電導率和電池設計。在一些實施方案中，本文中所描述的「初始充電」可以是在形成電極或電化學電池的過程期間的充電，例如，形成充電。這樣的形成過程通常通過電極或電化學電池的製造商進行。形成還可以涉及例如使用一個或更多個蓄電池形成系統檢測電極或電化學電池的其他特徵，例如老化控制、充電／放電、以及OCV／ACR／DCR檢測。在其他實施方案中，在本文中描述的「初始充電」可以指通過電極或電化學電池的最終用戶所進行的初始充電。將離子傳輸通過保護結構(和任選地其他組件)可以涉及以特定速率給製品充電以在保護結構與集流器之間形成電活性層。在一些實施方案中，可以以例如10C至C／120(其中1C是指電池一個小時被充滿電，4C是指電池1／4小時或15分鐘被充滿電)的倍率進行充電。在一些實施方案中，進行充電的倍率為8C至C／60、4C至C／60、4C至C／30、或2C至C／15。在一些實施方案中，製品進行充電的倍率為至少C／120、至少C／90、至少C／60、至少C／50、至少C／40、至少C／30、至少C／20、至少C／10、至少C、至少2C、至少3C、至少4C、至少5C、至少6C、至少7C、至少8C、或者至少9C。在一些實施方案中，製品進行充電的倍率小於9C、小於8C、小於7C、小於6C、小於5C、小於4C、小於3C、小於2C、小於C、小於C／10、小於C／20、小於C／30、小於C／40、小於C／50、小於C／60、小於C／90、或小於C／120。也可以為其他範圍。也可以為上述範圍的組合(例如，至少4C且小於C／60的倍率)。如在圖2中說明性示出的，製品100不包括電活性層。正因如此，製品可以具有改進的安全特徵使得其可以容易地操作、運輸和／或存儲。關於圖1的製品20的上述優點也適用於圖2的製品100。如在圖1和圖2中說明性示出的，在一些實施方案中，如在下文中更加詳細地描述的，在形成和／或使用製品期間，向製品施加具有相對於製品的表面的法向分量的各向異性的力。例如，可以施加沿著箭頭60的方向力，其中箭頭62示出垂直於圖1的製品20的表面47或48、圖1的製品56的表面58或59、或圖2中示出的製品的表面132或152的力的分量。如本文中所述，本發明的製品和方法可以涉及包括用於保護電活性層的組件、但不包括電活性層本身的電極或電化學電池。這樣的製品可以包括例如，集流器和位於與集流器直接相鄰的、或者經由一個或更多個薄層或本文中描述的其他中間層與集流器隔開的保護結構。在一些實施方案中，這樣的製品可以描述為「尚未進行放電」、「未放電」、「沒有被放電」或「未在放電過程中使用」，意味著沒有將大量離子從位於集流器與保護結構之間的存儲器中釋放並且傳輸穿過保護結構到保護結構的與集流器的相反的一側(例如，以產生有用能量的方式)。因此，其特徵在於這種方式的製品不意味著包括已經被最終用戶循環和／或放電的電極和電化學電池。在本文中所描述的電極和電化學電池包括位於集流器與保護結構之間的離子的初始源的一些實施方案中，該源的至少10wt％、20wt％、40wt％、60wt％、80wt％、90wt％、95wt％、98wt％或99wt％未以離子的形式釋放並且傳輸穿過保護結構到保護結構的與集流器相反的一側。換句話說，初始存在於製品中的源的至少10wt％、20wt％、40wt％、60wt％、80wt％、90wt％、95wt％、98％或99％仍然位於集流器與保護結構之間。在一些情況下，在電極或電化學電池中在集流器與保護結構之間形成電活性層時、將電極裝配到電化學電池中時、或者最終用戶使用電極或電化學電池時或剛剛在這些之前時，在電極或電化學電池中存在以上所述的範圍中的離子的源的量。在一些實施方案中，本文中所提供的製品可以描述為「尚未進行充電／放電循環」、「未循環」或者「沒有被循環」等，意味著沒有大量離子從位於集流器與保護結構之間的存儲器中釋放並且傳輸穿過保護結構到保護結構的與集流器相反的一側，以及沒有大量離子從保護結構的與集流器相反的一側傳輸穿過保護結構到位於集流器與保護結構之間的存儲器(以任一的順序)。在一些實施方案中，本文中所提供的製品未經受使鹼金屬從製品中移除的電化學過程，例如使鹼金屬從位於集流器與保護結構之間的源移除，例如通過使鹼金屬的離子傳輸穿過保護結構到保護結構的與集流器相反的一側。在一些實施方案中，本文中所提供的製品未充電和／或放電(即，完全地或部分地循環)超過30次、20次、15次、10次、8次、6次、5次、4次、3次、2次或1次。在一些實施方案中，本文中所描述的製品可以以尚未進行完全充電和／或完全放電為特徵。在一些情況下，電極或電化學電池可以以尚未進行充電和／或放電(部分地或完全地)為特徵。在其他實施方案中，電極或電化學電池可以部分地充電(以及，任選地，在以後完全充電)，但未放電。在又其他實施方案中，電極或電化學電池可以部分地充電和／或放電。如本文中所述，在對電極或電化學電池進行完全充電時，可以在集流器與保護結構之間形成電活性層。在一些實施方案中，本文中所提供的製品(例如，電極和電化學電池)，或者本文中所提供的製品的一些組件(例如中間層)，不包含為已經循環或使用的電極和／或電池所特有的殘留材料，或者為已經循環或使用的電極和／或電池所特有的化合物的副產物。在一些情況下，本文中所提供的製品不包含為已經循環超過30次、20次、15次、10次、8次、6次、5次、4次、3次、2次或1次的電極和/或電池所特有的殘留材料或者為已經循環超過30次、20次、15次、10次、8次、6次、5次、4次、3次、2次或1次的電極和/或電池所特有的化合物的副產物。在一些實施方案中，本文中所提供的不包括電活性層的製品可以描述為「電極前體」或「電化學電池前體」。就該製品為用於形成包括電活性層(例如，位於集流器與保護結構之間的電極處的電活性層)的電極或電化學電池的結構，而言該製品可以為「前體」。在一組實施方案中，本文中所描述的可以用作包括電活性層的電極的前體的製品包括多層結構形式的保護結構。多層結構可以允許鋰離子(或其他鹼金屬離子)通過並且可以阻止可能以其他方式損害陽極的其他組分通過。有利地，多層結構可以降低缺陷的數量從而驅使大量Li表面參與電流傳導，阻止高電流密度引起的表面損傷，和／或作為保護陽極免受某些物質(例如，電解質和/或多硫化物)損害的有效阻擋。在一些實施方案中，多層結構包括具有不同化學組分的至少兩層。多層結構可以包括例如至少第一單離子傳導材料層(例如，含鋰陶瓷或金屬層)，以及定位成與單離子傳導層相鄰的至少第一聚合物層。在該實施方案中，多層結構可以任選地包括數組交替的單離子傳導材料層和聚合物層。聚合物層或單離子傳導層可以定位成與集流器相鄰(或者如本文中所述的通過一個或更多個薄中間層與集流器隔離)。多層結構可以使得鋰離子能夠通過，同時限制可能不利影響電活性層的某些化學物質(當其存在時)通過。該布置可以提供顯著的優點，因為可以選擇賦予可最需要柔性的地方(即在充電和放電時發生形態變化的電活性層的表面處)柔性的聚合物。根據需要，多層結構可以包括多種數量的聚合物/單離子傳導對。通常，多層結構可以具有n個聚合物／單離子傳導對，其中n可以基於電池的具體性能標準來確定。例如，n可以為等於或大於1、或者等於或大於2、3、4、5、6、7、10、15、20、40、60、80或100的整數。在一些實施方案中，多層結構可以包括1至100個聚合物／單離子傳導對(例如，1至5、1至10、5至10、5至50、5至100、或者4至20個聚合物／單離子傳導對)。在一些情況下，多層結構可以包括大於或等於4、大於或等於6、大於或等於8、大於或等於10、大於或等於12、大於或等於14、大於或等於16、大於或等於18、或者大於或等於20個聚合物／單離子傳導對。在其他實施方案中，可以存在小於20、小於18、小於16、小於14、小於12、小於10、小於8、小於6、小於4、或者小於2個聚合物／單離子傳導對。也可以為其他範圍。還可以為以上所述範圍的組合。在其他實施方案中，多層結構可以包括與單離子傳導層相比更高數量的聚合物層，或者與聚合物層相比更高數量的單離子傳導層。例如，多層結構可以包括n個聚合物層和n+1個單離子傳導層，或者n個單離子傳導層和n+1個聚合物層，其中n大於或等於2。例如，n可以等於2、3、4、5、6或7等。在一些情況下，以離子傳導層中的至少50％、70％、90％或者95％，這樣的層與聚合物層在任一側直接相鄰。應該理解的是，在其他實施方案中，保護結構和／或多層結構不需要包括交替的聚合物和單離子傳導層；其可以使用其他材料和構造(例如非交替層)。如所述，多層電極穩定結構可以提供這樣的顯著的優點：使限定結構的特定量的材料較薄地布置，形成較大數量的限定結構的材料。在一些實施方案中，多層結構中的每一層的最大厚度小於或等於100微米、小於或等於50微米、小於或等於25微米、小於或等於10微米、小於或等於1微米、小於或等於500納米、小於或等於200納米、小於或等於150納米、小於或等於125納米、小於或等於100納米、小於或等於75納米、小於或等於50納米、小於或等於25納米、小於或等於10納米或者小於或等於1納米。有時，在多層結構中單一種類層的厚度可以相同。例如，在保護結構中圖1的聚合物層40和44的厚度可以相同。在其他實施方案中，在多層結構中單一種類層的厚度可以不同，例如，在多層結構中聚合物層40可以具有不同的厚度。多層結構中的不同種類層的厚度在一些情況下可以相同、或者在其他情況下可以不同。例如，聚合物層40的厚度與單離子傳導層的厚度可以不同。本領域技術人員可以結合本文中的描述來選擇層的合適材料和厚度。保護結構(例如，多層結構)可以具有可以依賴於例如電解質、陰極或者電極或電化學電池的具體用途的各種整體厚度。在一些情況下，保護結構(例如，多層結構)的整體厚度可以為例如50nm至100微米(例如，50nm至100nm、50nm至200nm、50nm至500nm、50nm至1微米、50nm至2微米、50nm至5微米、50nm至10微米、1微米至5微米、2微米至10微米、500nm至2微米、500nm至5微米或者10微米至100微米)。在一些情況下，保護結構(例如，多層結構)的整體厚度可以為例如小於或等於100微米、小於或等於75微米、小於或等於50微米、小於或等於25微米、小於或等於10微米、小於或等於5微米、小於或等於3微米、小於或等於2微米、小於或等於1.75微米、小於或等於1.5微米、小於或等於1.25微米、小於或等於1微米、小於或等於700nm、小於或等於500nm、小於或等於250nm、小於或等於100nm、小於或等於75nm或者小於或等於50nm。在一些情況下，保護結構(例如，多層結構)的整體厚度可以為例如大於或等於50nm、大於或等於75nm、大於或等於100nm、大於或等於250nm、大於或等於500nm、大於或等於700nm、大於或等於1微米、大於或等於1.5微米、大於或等於2微米、大於或等於5微米、大於或等於10微米、大於或等於25微米、大於或等於75微米或者大於或等於100微米。也可以為其他值的厚度。還可以為以上所提及的範圍的組合(例如，保護結構的整體厚度為大於50nm並且小於2微米)。在一些實施方案中，也期望具有帶有一定數目的聚合物/單離子傳導材料對的具有一定厚度的多層結構。例如，在一個實施方案中，多層結構可以具有在以上所提及的範圍中的一個或更多個範圍中的厚度，其可以包括大於5、10、20、30、40、50或100個聚合物/單離子傳導材料對。應該理解，本發明提供的多種實施方案均包括如本文中所述的整體保護結構厚度、單獨層的厚度以及單獨層的數量等的特定組合。如本文中的描述所述，在一組實施方案中，保護結構包括與集流器相鄰(或一個或更多個薄中間層)的聚合物層。在其他布置中，聚合物層不需要為與集流器或一個或更多個中間層相鄰的第一層。本文中描述了包括多種多層結構的保護結構的多種布置，其中與集流器或中間層相鄰的第一層可以或可以不為聚合物的。應該理解，在示出層的任何具體布置的所有布置中，層的交替排序在本發明的範圍內。儘管如此，本發明中的一個方面包括通過將非脆性聚合物與集流器或一個或更多個薄中間層直接相鄰而實現的特定優點。在一些實施方案中，多層結構對電活性層比對包括在該結構中的任何單獨層進行更好的保護。例如，多層結構中的層的每一層(例如單離子傳導層或聚合物層)可以具有期望的特性，但同時當通過具有不同特性的其他組分進行補充時可以是最有效的。例如，單離子傳導層可包括缺陷(例如針孔和/或粗糙)，其在操作時可能破裂。聚合物層尤其是交聯的聚合物層例如可以提供非常平滑的表面，可以增加強度和柔性，其可以是電絕緣的，但是可能使一些溶液和／或液體電解質通過。在其他實施方案中，聚合物層可以傳導電子。因此，這些是可以在整個改進的保護結構中彼此補充的層的實施例。因此，一些實施方案包括提供許多優於現有電極保護結構的優點的多層電極保護結構。多層保護結構可以設計為使缺陷最小化，所述缺陷可使用與在現有發明中的保護結構中所使用的那些材料相同或類似的材料(但不同地布置)，否則以其他方式可能固有地存在於現有電極保護結構中、或者可能固有地存在於電極保護結構中。例如，單離子傳導層(或如本文中所述的製品中的其他組分)可以包括針孔、裂紋和／或晶界缺陷。一旦這些缺陷形成，則這些缺陷可以隨著膜的生長而生長／蔓延穿過膜的整個厚度，其隨著膜生長得更厚而變得更糟。通過用薄的、無針孔、平滑的聚合物層來將薄的單離子傳導層彼此隔開，每個單離子傳導層中的缺陷結構可以通過中間聚合物層而與每個其他單離子傳導層中的缺陷結構隔離。因此，在這樣的結構中實現了至少一個或更多個以下優點：(1)在一層中的缺陷不太可能與在另一層中的缺陷直接對準，通常在一層中的任何缺陷與另一層中的類似缺陷基本不對準；(2)通常，在單離子傳導層中的任何缺陷與以其他方式在類似或同樣材料的較厚層中的缺陷相比更小和／或較少有害。在製造過程中交替的單離子傳導層和聚合物層在彼此上面沉積時，每個單離子傳導層具有待在其上生長的平滑、無針孔的聚合物表面。相反，在單離子傳導層在另一單離子傳導層上面沉積(或者作為單個，較厚層連續沉積)時，底層中的缺陷可以用於引起缺陷在沉積在底層上面的層中生長。也就是說，無論保護結構用較厚的單離子傳導層還是多個單離子傳導層在彼此上面建造，缺陷可以穿過厚度或逐層蔓延，隨著結構生長，導致更大的缺陷和直接或基本上直接地貫穿整個結構蔓延的缺陷。在該布置中，單離子傳導層也可以生長有與如果其直接沉積在較粗糙的Li或電解質層上將產生的缺陷相比更少的缺陷，尤其在最接近集流器的保護結構的第一層為聚合物層的布置中。因此，在該布置中，離子傳導層可以製造為具有與在最接近的其他離子傳導層中的缺陷不對準的整體較少的缺陷，當缺陷存在時，其通常與其他在沉積在彼此上面的相同或類似的材料的連續生長、較厚結構或層中存在的缺陷相比顯著較少有害(例如，較小)。多層保護結構可以通過減少物質(例如，電解質、鹽、陰極放電產物、活性陰極產物以及多硫化物物質)到Li陽極的直接流動來用作優異的滲透阻擋，因為這些物質具有通過層中的缺陷或開口空間而擴散的傾向。因此，可以減少樹枝狀晶體形成、自放電以及循環壽命的損失。多層結構的另一個優點包括結構的機械特性。將聚合物層定位成與單離子傳導層相鄰可以降低單離子傳導層破裂的傾向，其可以增加結構的阻擋特性。因而，與不具有中間聚合物層的結構相比，這些疊層對於由於在製造過程期間的操作引起的應力更堅固。另外，多層結構對伴隨在電池的放電和充電的循環期間的鋰從陽極往返移動而發生的體積變化也可以具有增加的耐受性。通過在多層結構中提供單離子傳導層和聚合物層的重複層也可以降低可以損害陽極的某些物質(例如，電解質和／或多硫化物)到達陽極的能力。當物質遇到單離子傳導層的無缺陷部分時，如果物質通過非常薄的聚合物層橫向擴散而遇到在第二單離子傳導層中的缺陷，則物質可以朝向陽極傳輸。因為通過極薄層的橫向擴散非常慢，所以隨著單離子傳導／聚合物層對的數量的增加，物質的擴散速率變得非常小(例如，穿透層的量降低)。例如，在一個實施方案中，相對於獨自的單個單離子傳導層，物質通過聚合物/單離子傳導／聚合物3層結構的滲透可以降低三個數量級(例如，即使單獨的多層也可以具有弱的阻擋特性)。在另一個實施方案中，聚合物/單離子傳導／聚合物／單離子傳導／聚合物5層結構可以具有與在單個單離子傳導層中的物質滲透相比降低大於5個數量級的滲透。相反，相同物質通過兩倍厚度的單離子傳導層的滲透可能實際上增加。在單獨層的厚度降低的情況下，在有害物質通過保護結構的滲透上的這些顯著降低可以隨著層數量的增加而增加。也就是說，與特定整體厚度的單離子傳導層和聚合物層的兩層結構相比，相同整體厚度的交替單離子傳導層和聚合物層的十層結構可以顯著改變不期望的物質通過層的所降低的滲透。因為通過本文中所描述的保護結構所實現的顯著優點，所以與某些現有技術結構相比，在特定保護結構中可以使用整體較低量的材料。因此，在特定蓄電池布置中所需的特定水平的電極保護下，可以使用顯著較小質量的整體電極穩定材料，顯著地降低了整體蓄電池重量。在本文中所述的一些實施方案中，保護結構可以包括用可以為聚合物或其他物質的傳輸抑制物質處理的單離子傳導層(例如，作為多層結構的一部分)，該處理使得單離子傳導層的任何納米孔和/或針孔用聚合物至少部分地填充。該填充產生了可以通過降低某些物質(例如，電解質、水以及氧)朝向陽極傳輸的速率來提高層的阻擋特性的經滲入的多孔阻擋材料(IPBM)。有利地，由於所得到的滲入傳輸抑制物質的網狀物，所以填充的單離子傳導層可以具有低滲透性和高柔性的組合。當選擇聚合物時，相對於可以用於單離子傳導層的脆性化合物，這樣物質的較高的彈性模量可以提供IPBM的柔性以及抗斷裂性，這對某些獨自的單離子傳導材料是不可能的。具有本文中其他地方所描述的物理特徵的聚合物可以用於這樣的滲入物質。由於在滲入之前單離子傳導材料的高表面能量，不斷裂的柔性可以提高滲入聚合物與單離子傳導材料的內部表面之間的粘附。在一個實施方案中，用傳輸抑制物質的單體前體對單離子傳導層進行滲入，使得多孔結構有效地填充有單體，通過存在於單離子傳導層的內部表面上的高表面能來驅使所述單體進入到多孔單離子傳導層的納米多孔區域中。在用單體處理之前可以用激活方法對單離子傳導材料進行處理，使得材料內的表面能相對於在通常的大氣處理中可實現的表面能變得異常的高。在一些情況中，可以將單體蒸氣凝聚到單離子傳導材料層上，然後其由此能夠沿著單離子傳導材料層的內部表面通過毛細作用傳送，直到這樣的滲透的可獲得的彎曲路徑中的全部或一些有用部分被單體填充為止。然後，可以引入隨後的固化步驟(光激發技術、等離子體處理或電子束)來使滲入的單體聚合。所利用的具體的固化方法取決於對除其他變量外的材料和層厚度的具體選擇。用作傳輸抑制物質的適合材料包括已知材料以完全或部分抑制(或通過簡單篩選而確定來抑制)特定的不期望的物質穿過材料的傳輸。如所述，也可以根據物理特性(包括將柔性和／或強度添加到與其結合的整體材料的特性)來選擇材料。如所述，材料的具體實例包括本文中所述的用於用作在多層結構中的層的聚合物，和／或其他聚合的或其他的物質。在將疏水性期望地添加到整體布置時，實現其的一個方式為使用具有一定程度疏水性質的滲入傳輸抑制物。可以通過多種方式來實現IPBM型結構的形成；然而，在一些實施方案中，IPBM通過在現有技術製造工藝中可容易獲得的真空氣相沉積方法和設備來形成。因此，IPBM可以利用用於IPBM材料的多種現有技術蒸氣源來形成。無機蒸氣源可以包括現有技術中的任何適合的源，包括但不限於：濺射、蒸發、電子束蒸發、化學氣相沉積(CVD)、等離子輔助CVD等。單體源可以為蒸氣或液體的形式(例如，依賴於待填充的孔的大小，其上沉積單體的表面的能量等)。單體蒸氣源可以為任何適合的單體蒸氣源，包括但不限於閃蒸、舟蒸發、真空單體技術(VMT)、聚合物多層(PML)技術、從可滲透的膜的蒸發或者發現的對於產生單體蒸氣有效的任何其他源。例如，如前述在單體沉積的技術中一樣，單體蒸氣可以從多種可滲透的金屬熔塊中產生。這樣的方法在美國專利第5,536,323號(Kirlin)以及美國專利第5,711,816號(Kirlin)等中教導。在一些情況下，可以使用聚合物／單體的大氣塗覆(atmosphericcoating)例如一些基於液體的塗覆技術。在用於在沉積單離子傳導材料層期間或之後提供額外的活化能量的一些情況下，可以利用獨立的活化。在一些情況下，例如在某些種類的非平衡磁控濺射、等離子體浸沒，或等離子體增強CVD中，可以不需要獨立的活化源，這是因為通過沉積方法本身已經得到足夠的活化。可替代地，某些種類的單離子傳導材料，例如提供催化的或低功函數表面的材料(例如ZrO2、Ta2O5，或者第IA族和第IIA族金屬的各種氧化物以及氟化物)，即使在相關的非活化沉積工藝中也可以提供足夠的活化。不是所有的單離子傳導材料層內的表面積都需要通過傳輸抑制物滲入以實現有效的滲透阻擋。因此，不要求對單離子傳導材料層內的所有孔進行填充。在一些情況下，小於10％、小於25％、小於50％、小於75％或小於90％的孔和/或針孔中可以填充有聚合物，例如以實現降低某些物質穿過層的滲透。在一些情況下，只要對滲透有實質貢獻的那些孔被聚合物基本填充，則可以獲得以上所述的優點。在一些實施方案中，存在於單離子傳導層中的納米孔／針孔為彎曲路徑的形式。物質需要通過其以穿透整個多層布置來達到陽極的距離以及彎曲度可以是顯著的。在納米孔／針孔填充有穿透的傳輸抑制物(例如抑制聚合物)時，傳輸顯著變慢。如上所述，與彎曲度結合，其可以導致這樣物質的傳輸的指數降低以及循環壽命的指數增加。增加層的數量(存在於離子傳導材料中的針孔產生偏移)可以產生該彎曲路徑。當使用單層的這樣的材料時，接近電極的不希望的物質可以基本上更容易地通過針孔。在一些實施方案中，傳輸抑制物基本上填充了包括單離子傳導材料和／或聚合物層中的針孔和納米孔的所有空隙。在其他布置中，單離子傳導材料和聚合物層之一或兩者的空隙中的僅一部分被填充。在一些情況下，傳輸抑制物質為輔助物質，即，不是單離子傳導材料本身的物質，和／或聚合物層的物質。也就是說，該材料可以為未形成這些組件之一的一部分的物質(在以其他方式製造這些組件並將這些組件裝配在一起時)，但是其只存在於填充這樣的空隙所需的輔助過程中。在一些情況下，材料不是單離子傳導材料或聚合材料本身。材料可以為對離子是傳導的或者對離子是基本不傳導的(例如，鋰離子)，其可以是電子絕緣的或電子傳導的。在一些實施方案中，保護結構包括外層，例如與電池中的電解質接觸的最外層。該外層可以為例如在圖中所示的外層的層，或者可以為特別選擇以與電解質直接接觸的輔助外層。當使用這樣的輔助外層時，在與水性電解質以及再充電式的鋰蓄電池連接使用時可以將其選擇為顯著疏水的。外層可以選擇為具有以下特性：例如，Li離子傳導性、電子傳導性、對可能對於存在於電解質中的組分是不穩定的底層的保護、用於防止電解質溶液穿透的無孔性、與電解質和底層的相容性以及對於容納在放電和充電期間所觀察到的層的體積變化的足夠的柔性。外層還應該是穩定的，優選不溶於電解質中。合適的外層的實例包括但不限於：具有一定鋰溶解特性的金屬、有機或無機固體聚合物電解質、聚合物凝膠以及電子或離子傳導聚合物。在一個實施方案中，外層的聚合物選自：電子傳導聚合物、離子傳導聚合物、磺化聚合物以及碳氫聚合物。用於保護結構的外層中的合適聚合物的其他實例為描述在Ying等人的美國專利第6,183,901號中所述的那些。如本文中所述，在一些實施方案中，保護結構包括聚合物層。在一個特定實施方案中，聚合物為特別柔韌的和／或有彈性的(非脆性)以提供特別的耐用、堅固、再充電式蓄電池。在該布置中聚合物可以具有以下特性中的至少一個，或任意數目的這些特性的組合：小於100、小於80、小於60、小於40或小於20的肖氏A硬度(或者0至10、10至20、20至30、30至40、40至50、50至60、60至70、70至80、80至90或者90至100的肖氏A硬度)，或者小於100、小於80，、小於60、小於40或小於20的肖氏D硬度(或者0至10、10至20、20至30、30至40、40至50、50至60、60至70、70至80、80至90或者90至100的肖氏D硬度)；小於10GPa、小於5GPa、小於3GPa、小於1GPa、小於0.1GPa或者小於0.01GPa的楊氏模量(彈性模量)(或者0.01GPa至0.1GPa、0.1GPa至1GPa、1GPa至2.5GPa、2.5GPa至5GPa的楊氏模量)；以及大於0.1MN／m3/2、大於0.5MN／m3/2、大於1.0MN／m3/2、大於2.0MN／m3/2、大於3.0MN／m3/2、或者大於5MN／m3/2的平均斷裂韌度(例如，如在室溫和大氣壓力下測量的)。也可以基於與在如本文中所述的環境中的使用相關的一個或更多個特性來選擇合適的聚合物，例如：玻璃化轉變溫度(Tg)、熔點(Tm)、強度(例如，壓縮強度、伸長強度、彎曲強度以及屈服強度)、伸長率、塑性以及硬度(例如，如通過肖氏A或肖氏D硬度計或者洛氏硬度測試來測量的)。聚合物層的厚度(例如，在多層結構之內)可以在10nm至10微米的範圍內變化。例如，聚合物層的厚度可以為50nm至100nm、50nm至200nm、70nm至130nm、0.1微米至1微米、1微米至5微米、或者5微米至10微米。聚合物層的厚度可以小於或等於例如10微米厚、小於或等於7微米、小於或等於5微米、小於或等於2.5微米、小於或等於1微米、小於或等於500nm、小於或等於200nm、小於或等於150nm、小於或等於100nm、小於或等於75nm或者小於或等於50nm。在一些實施方案中，聚合物層為至少10nm厚、至少50nm厚、至少100nm厚、至少200nm厚、至少500nm厚、至少1微米厚、至少2.5微米厚、至少5微米厚或者至少7微米厚。也可以為其他厚度。還可以為以上所述的範圍的組合。在包括具有多於一個聚合物層的多層結構的一些實施方案中，聚合物層的厚度可以在結構之內變化。例如，在一些情況下，最接近陽極層(例如，Li存儲器)的聚合物層比結構中的其他聚合物層更厚。該實施方案可以例如通過在充電期間使得鋰離子能夠在陽極的整個表面更均勻地鍍出來使陽極穩定。用於在多層結構中使用的適合的聚合物層可以包括對鋰具有高傳導性的聚合物(在一些實施方案中，對電子最小傳導性)。聚合物的非限制實例包括離子傳導聚合物、磺化聚合物以及碳氫聚合物。聚合物的選擇將依賴於包括在電池中所使用的電解質和陰極的特性的大量因素。合適的離子傳導聚合物包括例如在用於鋰電化學電池的固體聚合物電解質和凝膠聚合物電解質中有用的已知的離子傳導聚合物，例如聚乙烯氧化物。合適的磺化聚合物包括例如磺化矽氧烷聚合物、磺化聚苯乙烯-乙烯-丁烯聚合物以及磺化聚苯乙烯聚合物。合適的碳氫聚合物包括例如乙烯-丙烯聚合物、聚苯乙烯聚合物等。多層結構的聚合物層也可以包括由單體(例如丙烯酸烷基酯、乙二醇丙烯酸酯、聚乙二醇丙烯酸酯、聚乙二醇乙烯醚、聚乙二醇二乙烯醚)的聚合而形成的交聯的聚合物材料以及在共同受讓人Ying等人的美國專利第6,183,901號中所描述的用於隔板層的保護塗覆層的那些。例如，一種這樣的交聯聚合物材料為聚二乙烯聚(乙二醇)。交聯聚合物材料還可以包括鹽(例如鋰鹽)以增強離子傳導性。在一個實施方案中，多層結構的聚合物層包括交聯聚合物。可以適合在聚合物層中使用的其他類聚合物包括但不限於：聚胺(例如，聚(乙烯亞胺)和聚丙烯亞胺(PPI))；聚醯胺(例如，聚醯胺(尼龍)、聚(ε-己內醯胺)(尼龍6)、聚(己二醯己二胺)(尼龍66))，聚醯亞胺(例如，聚醯亞胺、聚腈以及聚(均苯四甲醯亞胺-1，4-二苯醚)(Kapton))；乙烯基聚合物(例如，聚丙烯醯胺、聚(2-乙烯基吡啶)、聚(N-乙烯吡咯烷酮)、聚(氰基丙烯酸甲酯)、聚(氰基丙烯酸乙酯)、聚(氰基丙烯酸丁酯)、聚(氰基丙烯酸異丁酯)、聚(乙烯乙酸酯)、聚(乙烯醇)、聚(氯乙烯)、聚(氟乙烯)、聚(2-乙烯基吡啶)、乙烯基聚合物、聚氯三氟乙烯以及聚(氰基丙烯酸異己酯))；聚縮醛；聚烯烴(例如，聚(1-丁烯)、聚(n-2-戊烯)、聚丙烯、聚四氟乙烯)；聚酯(例如，聚碳酸酯、聚對苯二酸丁二醇酯、聚羥基丁酸酯)；聚醚(聚(環氧乙烷)(PEO)、聚(環氧丙烷)(PPO)、聚(四氫呋喃)(PTMO))；亞乙烯基聚合物(例如，聚異丁烯、聚(甲基苯乙烯)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚(偏氯乙烯)以及聚(偏氟乙烯))；聚芳醯胺(例如，聚(亞氨基-1，3-亞苯基亞氨基間苯二醯)以及聚(亞氨基-1，4-亞苯基亞氨基對苯二醯))；聚芳香雜環化合物(例如，聚苯並咪唑(PBI)、聚對苯撐苯並二唑(PBO)以及聚對苯撐苯並二噻唑(PBT))；聚雜環化合物(例如，聚吡咯)；聚氨酯；酚醛聚合物(例如，苯酚-甲醛)；聚炔(例如，聚乙炔)；聚二烯(例如，1，2-聚丁二烯、順式或反式-1，4-聚丁二烯)；聚矽氧烷(例如，聚(二甲基矽氧烷)(PDMS)、聚(二乙基矽氧烷)(PDES)、聚二苯基矽氧烷(PDPS)以及聚甲基苯基矽氧烷(PMPS))；以及無機聚合物(例如，聚膦腈、聚膦酸酯、聚矽烷以及聚矽氮烷)。這些聚合物的機械和電特性(例如，傳導率、電阻率)是已知的。因此，本領域技術人員可以選擇合適的聚合物用於鋰蓄電池，例如，基於它們的機械和／或電特性(例如，離子和／或電子傳導性)，和／或結合本文中的描述，基於本領域的知識可以對這樣的聚合物進行改性來使能夠傳導離子(例如，傳導單離子)和／或傳導電子。例如，以上所列的聚合物材料還可以包括鹽，例如鋰鹽(例如，LiSCN、LiBr、LiI、LiClO4、LiAsF6、LiSO3CF3、LiSO3CH3、LiBF4、LiB(Ph)4、LiPF6、LiC(SO2CF3)以及LiN(SO2CF3)2)，以增強離子傳導性。可以通過例如電子束蒸發、真空熱蒸發、雷射燒蝕、化學氣相沉積、熱蒸發、等離子體輔助化學真空沉積、雷射增強化學氣相沉積、噴射氣相沉積以及擠壓成型等方法來沉積聚合物層。也可以通過旋塗技術來沉積聚合物層。用於沉積交聯聚合物層的方法包括閃蒸方法，例如，如在Yializis的美國專利第4,954.371號中所描述的。用於沉積包含鋰鹽的交聯聚合物層的方法可以包括閃蒸方法，例如，如在Afftnito等人的美國專利第5,681,615號中所描述的。用於沉積聚合物層所使用的技術可以依賴於待進行沉積的材料的種類、層的厚度等。如本文中所述，在一些實施方案中，保護結構包括單離子傳導層。在本文中所述的許多實施方案中，單離子傳導層為非電活性的，但可以使得鹼金屬離子(例如，鋰離子)能夠穿過其通過。在一些實施方案中，單離子傳導材料為非聚合的。在一些實施方案中單離子傳導材料可以為絕緣的。例如，在一些實施方案中，通過對鋰離子是高度傳導的並且對電子是最小傳導的層來部分地或全部地來限定單離子傳導材料。換句話說，單離子傳導材料可以為選擇來允許鋰離子通過該層但阻止電子穿過該層通過的一種材料。在其他實施方案中，單離子傳導層可以為對離子和電子兩者均為高傳導的。在一些實施方案中，單離子傳導層為金屬層的形式(例如，非電活性金屬層)。金屬層可以包括金屬合金層，例如尤其在使用鋰陽極的情況下的鋰化金屬層。在一些情況下，可以使用半導體合金層。根據例如金屬的具體選擇、期望的鋰離子傳導性以及期望的金屬合金層的柔性，金屬或半導體合金層中的鋰含量可以例如0.5重量％至20重量％。用於在單離子傳導材料中使用的合適的金屬包括但不限於：Al、Zn、Mg、Ag、Pb、Cd、Bi、Ga、In、Ge、Sb、As以及Sn。有時，在單離子傳導材料中可以使用如以上所列的金屬的組合。在其他實施方案中，單離子傳導材料可以包括陶瓷層，例如對鋰離子傳導的單離子傳導玻璃。合適的玻璃包括但不限於：如本領域中已知的可以表徵為包含「改性劑」部分和「網狀物」部分的那些玻璃。改性劑可以包括在玻璃中傳導的金屬離子的金屬氧化物。網狀物部分可以包括金屬硫屬元素化物比如，例如金屬氧化物或金屬硫化物。單離子傳導層可以包括含有選自以下的材料的玻璃-陶瓷層或玻璃層：氮化鋰、矽酸鋰鹽、硼酸鋰、鋁酸鋰、磷酸鋰、氧氮化磷鋰、鋰矽硫化物、鋰鎵硫化物、氧化鋰(例如，Li2O、LiO、LiO2、LiRO2，其中R為稀土金屬)、氧化鋰／碳酸鋰混合物、鋰鑭氧化物、鋰鈦氧化物、鋰硼硫化物、鋰鋁硫化物、硫化鋰(例如，Li2S、Li2Sx，其中x為小於8的整數)、鋰磷硫化物及其組合。在一個實施方案中，單離子傳導層包括以電解質形式存在的鋰磷氧氮化物。在其他實施方案中，單離子傳導層包括矽或其他半導體。也可以為以上所提及的材料的組合(例如，氮化鋰和氧化鋰)。例如可以使用材料的組合來降低一個或多個層的表面粗糙度。單離子傳導材料的選擇將依賴於包含但不限於在電池中使用的電解質和陰極的特性的大量因素。對於在水和／或空氣環境中使用的電池，例如具有基於水性的電解質的再充電式的蓄電池，單離子傳導材料可以構造以阻止氫離子(質子)穿過單離子傳導材料層。例如，在放電期間質子可以在電池的保護結構(例如多層結構)中逆電場而移動。然而在充電期間電場可以加速質子穿透保護結構。最終質子可以到達Li陽極層，並且例如生成其可以形成氫氣或者其它物質泡沫並且可能在多層結構中導致分層或者其它不利效果。如下文更具體討論的那樣，單離子傳導層可以與其它材料組合(例如用聚合物來浸漬)以阻礙氫離子和/或電子通過而又允許鋰離子通過。在將電極與基於水性的電解質一起使用的一個特定實施方案中，電極保護結構可以製成基本不能滲透水的。這可以通過選擇為足夠疏水的或者以其他方式阻止水傳輸的一種或更多種材料來實現。例如，保護結構可以包括足夠疏水以防止水通過的層(例如，最接近電解質的頂層)。在一個布置中，中間層(例如，44、52和42等)可以製成足夠疏水的以阻止水通過。在另一個實施方案中，層中的任一層單獨地都不是足夠疏水的或者以其他方式制定成基本防止水通過的，但是層合起來基本上防止水通過。例如，每一層、或者層的一些組合或次組合可以製成有點疏水使得每一層在一定程度上排斥水。在該布置中，層的組合可以制定成和／或選擇成在整體上基本防止水通過。可以用於對這樣材料進行選擇的一種疏水性的測量為在水與備選材料之間進行的接觸角測量。「疏水性」在一些情況下可以認為是相對術語，在具體材料的特徵知識和／或容易確定的接觸角測量以選擇材料來構造整體上顯著地阻止水通過的陽極穩定結構的幫助下，本領域技術人員可以容易地選擇具體的角度或疏水性的量。在該上下文中的「顯著地」可以意指在使用水性電解質時，在再充電式裝置的100個循環之後穩定組分水將在穩定組分之下的電極(與電解質相對的側)上完全不存在，或者如果存在，將以小於在該位置處所測的包括所有分子類型的百萬分之100份的量存在。在其他實施方案中，水將以小於75ppm、小於50ppm、25ppm、10ppm、5ppm或2ppm的量存在。單離子傳導層的厚度可以在1nm至100微米的範圍內變化。例如，單離子傳導層的厚度可以為1nm至10nm、10nm至100nm、10nm至50nm、30nm至70nm、100nm至1000nm、1微米至5微米、5微米至10微米、10微米至20微米或者20微米至100微米。單離子傳導層的厚度可以小於或等於例如100微米、小於或等於20微米、小於或等於10微米、小於或等於7微米、小於或等於5微米、小於或等於1000nm、小於或等於500nm、小於或等於250nm、小於或等於100nm、小於或等於70nm、小於或等於50nm、小於或等於25nm或者小於或等於10nm。在一些實施方案中，單離子傳導層為至少10nm厚、至少30nm厚、至少100nm厚、至少1微米厚、至少2.5微米厚、至少5微米厚、至少7微米厚、至少10微米厚、至少20微米厚或至少50微米厚。也可以為其他厚度。還可以為以上所述範圍的組合。在一些情況下，在多層結構中單離子傳導層具有與聚合物層相同的厚度。單離子傳導層可以通過任何合適的方法例如濺射、電子束蒸發、真空熱蒸發、雷射燒蝕、化學氣相沉積(CVD)、熱蒸發、等離子增強化學氣相沉積(PECVD)、雷射增強化學氣相沉積以及噴射氣相沉積等來沉積。所使用的技術可以依賴於待沉積的材料的種類、層的厚度等。在一些實施方案中，可以用聚合物處理單離子傳導層以使得單離子傳導層的針孔和/或納米孔可以填充有聚合物。如本文中所更詳細地描述的，這樣的實施方案可以阻止某些物質(例如，電解質和／或多硫化物)朝向陽極擴散，例如，通過增加這樣的物質經過穿透整個多層布置以到達電活性層所需要的距離和彎曲度來阻止。在一些實施方案中，保護結構的層對金...