CN100370642C - 电池极板的制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种电池极板的制造方法，是采用溅射工艺在电池极板基体上沉积一层活性物质连续膜，该溅射过程主要包括以下步骤：制备活性物质靶材及待溅镀的电池极板的基体，并将该靶材及基体以一定距离相对安装在溅射室内；将溅射室抽真空至一定真空度；向溅射室以一定流速导入工作气体及反应性气体；通过一外部电源给上述靶材供给电压，以在靶材及基体间形成等离子体并激发溅射过程；当基体上所沉积的膜层达所需厚度时停止溅射过程，取出被溅镀基体从而获得电池极板。由本方法所制得的电池极板的活性物质膜层与基体间结合牢固，且因未使用粘结剂、导电剂及溶剂，因此活性物质连续膜中杂质成分极少，活性成分含量高，且成本及环境污染低。

Description

电池极板的制造方法
【技术领域】
本发明涉及一种电池极板的制造方法。
【背景技术】
一般电池极板的制造方法，特别是锂电池的正极板的制造方法，是以正极材料如LiCoO2，混合以有机粘结剂及有机溶剂，然后涂布在电流极板上，经烧结而成。如中国公开第1275818A号专利，其揭示一种制备可充电锂电池正极板的方法，是将正极活性物质、聚氯乙烯粘合剂、导电剂及溶剂混合，之后将该混合物涂覆在电流收集器上，在80-150℃干燥该涂覆后的电流收集器。但是，该方法的溶液干燥过程中因溶质的迁移现象而很难获得均匀化合物涂层，同时因其使用粘结剂、导电剂及溶剂，因此导致成本提高及环境污染，且所获得的电池正极板中活性材料成分降低。另外，以涂覆方法形成的电池正极板中，活性成分膜层与电流收集器间常因粘着力不足而导致活性成分膜层易于剥离。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种成本较低、污染较小、活性成分含量高且活性成分膜层与基体间粘着力强的电池极板的制造方法。
为实现上述目的，本发明提供一种电池极板的制造方法，是采用溅射工艺在电池极板的基体上沉积一层活性物质连续膜，该溅射过程主要包括以下步骤：制备活性物质靶材及待溅镀的电池极板的基体，并将该靶材及基体以一定距离相对安装在溅射室内，其中该基体为铝箔，该活性物质靶材为LiNi0.8Co0.15Al0.05O2；将溅射室抽真空至一定真空度；向溅射室以一定流速导入工作气体及反应性气体；通过一外部电源给上述靶材供给电压，以在靶材及基体间形成等离子体并激发溅射过程；当基体上所沉积的膜层达所需厚度时停止溅射过程，取出被溅镀基体从而获得电池极板。
相较于现有的电池极板的制造方法，本发明的电池极板的制造方法是采用溅射工艺在电池极板的基体上形成活性物质连续膜，且因该方法未使用粘结剂、导电剂及溶剂，因此活性物质膜层与基体间结合牢固，所形成活性物质连续膜中杂质成分极少，活性成分含量高，成本及环境污染低。
【附图说明】
图1是本发明制造电池极板所用装置的示意图。
【具体实施方式】
本发明是采用溅射工艺在电池极板的基体上溅镀一层活性物质连续膜，从而获得一种制造成本较低、污染较小、活性成分含量高且活性物质连续膜与基体间粘着力强的电池极板。现以制备可充电锂电池正极板的方法为例进行具体阐述，其主要包括以下步骤：
(1)制备活性物质靶材及待溅镀基体，并将该靶材及基体以一定距离相对安装在溅射室内；
(2)将溅射室抽真空至一定真空度；
(3)向溅射室以一定流速导入工作气体及反应性气体；
(4)给上述靶材供给电压以在靶材及基体间形成等离子体并激发溅射过程；及
(5)当基体上所沉积的膜层达所需厚度时停止溅射过程，取出被溅镀基体从而获得电池极板。
可充电锂电池的正极材料可使用能嵌入或放出锂离子的化合物，如LiNiO2、LiNi1-xCoxO2(0＜x＜1)、LiMnO2LixCo1-yAlyO2、LiCoO2、LiMn2O4、LiMnO2LixCo1-yAlyO2等活性物质，这些正极材料可通过现有方法如高温下固相反应法、低温合成法、或者采用低温下在含有锂离子的溶液中氧化法制备。将所制得的正极活性物质，如LiNi0.8Co0.15Al0.05O2，以现有方法，如烧结法，制成一靶材4，以备溅射并沉积该活性物质在电流收集器上。
请参照图1，溅镀前述活性物质是在一溅射室1中进行。将上述靶材4安装在该溅射室1内，该靶材4同时作一电极使用，该溅射室1内设有一旋转支撑3，其与靶材4间隔一定距离而相对安装，该旋转支撑3在溅射过程中同时作另一电极使用，一外部电源5用于给该靶材4供给电压，其为一射频电源，以在两电极间形成一电压。基体2放置在前述旋转支撑3上，本实施例中，该基体2是电流收集器，如铝箔。前述溅射室1还设有一真空系统6用于给溅射室1抽真空、及气体入口7、8用于向溅射室1内导入工作气体及反应性气体。溅射过程中，首先切断外部电源5并将溅射室1内抽真空至真空度为10-6～10-8托，之后通过气体入口7以5～50SCCM(Standard CubicCentimeter per Minute，标准立方厘米/分钟)的流速向溅射室1内导入工作气体，该工作气体为非反应性气体如氦气、氖气、氩气、氪气或氙气等，本实施例中采用氩气，并通过气体入口8以1～15SCCM的流速向溅射室1内导入反应性气体，该反应性气体含有待沉积镀层所含元素，根据具体需要，该反应性气体可为氧气、氮气、甲烷或其它气体，而本实施例中采用氧气。当溅射室1内气体达一定压力时接通外部电源5，因此在两电极3、4间形成氩气等离子体并开始溅射过程。溅射过程中，溅射室内压力保持一常压，其压力范围为10～10-5托，此时氩气等离子体中所含带电微粒轰击靶材4而使靶材4中所含活性物质的原子喷射出来并沉积于基体2上，该沉积过程中可能会导致活性物质中氧原子的化学计量损耗，此时溅射室1内氧气中所含氧原子与从靶材4中喷射出来的活性物质的原子产生化学键结合并沉积在基体2上，从而在基体2上沉积形成化学计量平衡的活性物质LiNi0.8Co0.15Al0.05O2膜层，该膜层具有稳定的化学及物理性质。通过旋转支撑3旋转基体2而使其表面上沉积一层连续均匀的活性物质膜，当基体2上形成的活性物质连续膜达所需厚度时，停止上述溅射过程，切断电源，待溅射室1内温度降至室温后，通过一排放系统(未图标)排出溅射室1内残余气体，取出表面沉积有活性物质连续膜的基体2，便获得锂电池正极板。
因本发明采用溅射过程在基体2，即电流收集器上，形成活性物质LiNi0.8Co0.15Al0.05O2膜层，溅射时活性物质微粒轰击基体2表面形成凹凸不平的粗糙表面，并沉积在该表面上形成连续膜层，该连续膜层与基体2间有一界面层，该界面中连续膜所含原子嵌入基体2表层原子间并形成较强的物理结合力，因此活性物质LiNi0.8Co0.15Al0.05O2膜层与基体2间结合牢固。另，因前述溅射过程氩气等离子体中所含带电微粒轰击靶材4而使靶材4中所含活性物质的原子喷射出来并沉积在基体2上，因此基体2上所形成活性物质连续膜中杂质成分极少。
为加强上述活性物质的溅射速度，上述外部电源5可采用微波电源，也可在上述两电极3、4间外加一磁场。
可以理解，上述方法也可用于制造其它电池的正极板，还可用于制造电池的负极板，此时只需根据需要选择合适的耙材4、基体2、工作气体及反应性气体种类。

Claims (10)

1.一种电池极板的制造方法，其特征在于：是采用溅射工艺在电池极板的基体上沉积一层活性物质连续膜，该溅射工艺主要包括以下步骤：
(1)制备活性物质靶材及待溅镀的电池极板的基体，并将该靶材及基体以一定距离安装在溅射室内，其中该基体为铝箔，该活性物质靶材为LiNi0.8Co0.15Al0.05O2；
(2)将溅射室抽真空至一定真空度；
(3)向溅射室以一定流速导入工作气体及反应性气体；
(4)通过一外部电源给上述靶材供给电压，以在靶材及基体间形成等离子体并激发溅射过程；及
(5)当基体上所沉积的膜层达到所需厚度时停止溅射过程，取出被溅镀基体从而获得电池极板。
2.如权利要求1所述的电池极板的制造方法，其特征在于：所述工作气体为非反应性气体。
3.如权利要求2所述的电池极板的制造方法，其特征在于：所述非反应性气体为氦气、氖气、氩气、氪气、氙气中一种或数种。
4.如权利要求1所述的电池极板的制造方法，其特征在于：所述外部电源为射频电源或微波电源。
5.如权利要求1所述的电池极板的制造方法，其特征在于：在所述靶材与基体间外加一磁场。
6.如权利要求1所述的电池极板的制造方法，其特征在于：所述真空度为10-6～10-8托。
7.如权利要求6所述的电池极板的制造方法，其特征在于：导入工作气体的流速为5～50SCCM，反应性气体的流速为1～15SCCM。
8.如权利要求6所述的电池极板的制造方法，其特征在于：溅射过程中溅射室内压力为一常数，其范围为10～10-5托。
9.如权利要求1所述的电池极板的制造方法，其特征在于：所述电池极板为锂电池正极板，所述电池极板基体为电流收集器。
10.如权利要求9所述的电池极板的制造方法，其特征在于：所述反应性气体为氧气。
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