CN106435494A - 一种改善锂电池正极集电极电性能的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种改善锂电池正极集电极电性能的方法,包括步骤:1)将要处理的铜箔在净化房内裁切,并将裁切后的铜箔固定在基片架上;2)开启连续式真空磁控溅射镀膜设备,调整设备至可镀膜工艺条件;3)将固定有铜箔的基片架投入所述设备;4)离子源开启,离子源产生等离子体,等离子体内的高能粒子高速轰击铜箔表面,剥离铜箔表面的氧化层打掉,同时对铜箔表面尖峰轰击削平;5)开启直流磁控溅射阴极,阴极产生的等离子体轰击铜靶材,溅射出来的铜离子在电场作用下运动至铜箔表面沉积成铜膜;6)加热退火处理温度为80‑200℃;7)铜箔出料,经检测后真空包装。本发明利用真空磁控溅射镀膜技术,减小电解铜箔粗糙度,提高甚低轮廓铜箔电性能。
Description
技术领域
本发明属于电池技术领域,涉及锂电池器件及锂电池材料制造,具体而言,涉及一种改善锂电池正极集电极电性能的方法。
背景技术
目前,还没有国际标准和国家技术标准用于指导、规范锂电池正极集电极铜箔生产。铜箔行业生产厂商都是参照《国际电子线路互联与封装协会有关铜箔的技术标准》(标准编号:IPC-4652)中的甚低轮廓度铜箔(VLPC)的规定执行。锂电池行业一般要求铜箔表面粗糙度Rz≦2.5μm。
锂电池用正极集电极铜箔有两种,分别是压延铜箔和电解铜箔。由于厚度为10μm的压延铜箔制造成本高、且具有特殊的结晶结构,在烘干、过充等较高温度下会发生再结晶,造成压延铜箔抗拉强度急剧变小,涂布碳等正极活性物质干燥后轧辊压延等制造工序操作性差,易产生皱褶,严重时发生断裂,因此,压延铜箔正逐渐被具有更大抗拉强度的电解铜箔所替代。
传统工艺生产制造的电解铜箔具有的特点是:(1)铜箔析出面为柱状晶体组织;(2)晶粒粗大;(3)结晶缺陷多;(4)表面较为粗糙,Rz≧3μm。
与传统电解铜箔的生产工艺不同,甚低轮廓电解铜箔是对铜箔中结晶结构的空穴、重排、双晶等结晶缺陷所占的比例(浓度)加以控制,主要手段是采用新型添加剂和制箔条件(电解工艺条件)的改进,注重的是铜箔的综合特性,表面粗糙度可达到Rz≦2.5μm,但电性能(电流密度)会有所降低。
发明内容
本发明针对当前传统电解铜箔粗糙度较高,以及甚低轮廓铜箔电性能不理想的技术问题,创新性的提供了一种改善锂电池正极集电极电性能的方法。本发明利用磁控溅射真空镀膜技术在正极集电极铜箔上沉积一层纳米薄膜铜,以提高锂电池正极集电极铜箔的导电性能。
为了实现上述目的,本发明采取如下的技术方案:
一种改善锂电池正极集电极电性能的方法,包括下述步骤:
步骤一:将要处理的铜箔在净化房内裁切,并将裁切后的铜箔固定在基片架上;
步骤二:开启连续式真空磁控溅射镀膜设备,调整所述设备至可镀膜工艺条件;
步骤三:将固定有铜箔的基片架投入步骤二所述设备;
步骤四:离子源开启,离子源产生等离子体,等离子体内的高能粒子高速轰击铜箔表面,剥离铜箔表面的氧化层打掉,同时对铜箔表面尖峰轰击削平;
步骤五:开启直流磁控溅射阴极,所述阴极产生的等离子体轰击铜靶材,溅射出来的铜离子在电场作用下运动至铜箔表面沉积成铜膜;
步骤六:加热退火处理,退火处理温度为80-200℃;
步骤七:所述铜箔出料,经检测后真空包装。
进一步地,所述改善锂电池正极集电极电性能的方法,步骤二所述镀膜工艺条件:本底真空度不低于5×10-3Pa,工艺压强为1×10-1Pa~6×10-1Pa,加热温度为80-200℃,离子源功率为0.2~3kw,直流磁控溅射阴极功率为0.5~20kw,镀膜速度为0.1~5m/min。
进一步地,所述改善锂电池正极集电极电性能的方法,在步骤二所述设备真空度达到本底真空度5×10-3Pa,充入工艺气体达到可镀膜的工艺压强3×10-1Pa时,将固定有铜箔的基片架投入步骤二所述设备。
进一步地,所述改善锂电池正极集电极电性能的方法,在步骤二所述设备达到工作真空3×10-1Pa时,开启直流磁控溅射阴极。
所述改善锂电池正极集电极电性能的方法,优选地,所述铜箔为电解铜箔或甚低轮廓铜箔。
与现有技术相比,本发明所述方法至少具有如下的有益效果或优点:
本发明采用真空磁控溅射镀膜实验设备,制作特殊的铜箔固定夹具(基片架),利用离子源对铜箔进行等离子体轰击处理,传统电解铜箔经轰击后降低了其表面粗糙度(削平尖峰)、甚低轮廓铜箔(VLPC)经轰击后去除表面氧化层。
本发明利用直流真空磁控溅射工艺在铜箔表面沉积薄膜铜,传统电解铜箔经过等离子沉积铜膜后,粗糙的表面凹坑被填平,进一步降低了铜箔表面粗糙度;VLPC铜箔经过等离子沉积铜膜后,单纯的铜原子团在表面成膜,提高了铜箔的导电性能。铜箔沉积铜膜后在真空状态下进行退火处理,消除了铜箔的金属应力,改善铜箔的机械性能。镀膜后的铜箔卸料,性能检查后真空包装,可有效防止空气氧化。
具体实施方式
本实施例所述改善锂电池正极集电极电性能的方法,用于减小传统电解铜箔粗糙度及提高甚低轮廓铜箔电性能。该方法的实现可保护下述工艺步骤。
(1)将要处理的铜箔在净化房内裁切到需要的尺寸后,固定在基片架上。
裁切环境为10000级净化环境,实验室设备是枚页式镀膜,操作员手工裁剪铜箔到200mm×300mm进行镀膜,批量生产在10000级环境下采取Roll-Roll分切机整卷分切成幅宽650mm卷材生产。
(2)开启连续式真空磁控溅射镀膜设备,调整设备至可镀膜工艺条件。
具体而言,所述镀膜工艺条件为:本底真空度设置为不低于5×10-3Pa,本底真空度为所述等离子设备的基础参数,真空度越高膜层附着越好;工艺气氛,或说是磁控溅镀所需工艺压强,设定在1×10-1Pa~6×10-1Pa范围调整膜层致密性,优选地,工艺压强为3×10- 1Pa;加热温度设定为80~200℃,通过温度调整以改变膜层附着力;0.2~3kw,功率变化以改变膜层附着力;直流磁控溅射阴极功率设定为0.5~20kw,直流磁控溅射阴极功率变化以改变沉积速率及膜层粗糙度;镀膜速度设定为0.1~5m/min,镀膜速度变化改变沉积速率及生产节拍。
(3)向连续式真空磁控溅射镀膜设备中投入待镀膜基片架(铜箔)。
待所述等离子设备真空度达到本底真空度5×10-3Pa,充入工艺气体达到可镀膜的工艺气氛3×10-1Pa时,将固定有铜箔的基片架通过传输系统投入连续式真空磁控溅射镀膜设备中。
(4)离子源等离子轰击剥离铜箔表面氧化层、去除表面尖峰。
在基片架进入真空室之前,开启离子源后会产生等离子体,等离子体内的高能粒子高速轰击铜箔表面,轰击产生的效果将铜箔表面的氧化层打掉(剥离),同时对尖峰轰击削平。
(5)直流溅镀铜膜。
在等离子溅镀设备达到工作真空工艺气氛为3×10-1Pa时,开启直流磁控溅射阴极,阴极产生的等离子体轰击铜靶材,溅射出来的铜离子在电场作用下运动到铜箔表面沉积成铜膜
(6)加热退火处理。
加热退火温度设定为80~200℃,用于消除金属膜层机械应力。
(7)出料后特性检查。
本步骤的主要检测项目有:台阶仪测量膜层厚度、粗糙度仪测量膜层粗糙度、导电率仪测量导电性能。测量使用现有的测量手段及专业仪器。
(8)真空包装,用于防止铜膜氧化。
本发明主要针对降低铜箔表面粗糙度,最主要是突出一种方法,通过磁控溅射镀膜后的铜箔,不改变铜箔原来的机械性能。理论上电化学制成的铜膜Au颗粒度为400nm,磁控溅射制成铜膜的Au颗粒度是60nm,两者相差6倍,可以有效降低铜膜表面粗糙度,即通过磁控溅射镀膜获得的表面粗糙度可由原来Ra=0.2um降低至Ra=0.03um。
本实施例公开了一种改善锂电池正极集电极电性能的方法,利用真空磁控溅射镀膜技术,以减小电解铜箔粗糙度及提高甚低轮廓铜箔电性能。本发明可利用深圳市第四能源公司现有的连续磁控溅射真空镀膜实验线,批量生产可使用深圳市第四能源公司独家研发的Roll-Roll真空磁控溅射镀膜设备,具有产品性能高、产量大、操作简单等优点。
在本说明书的描述中,参考术语“实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体方法、装置或者特点包含于本实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例,而且,描述的具体特征、方法、装置或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
上面结合实施例对本发明做了进一步的叙述,但本发明并不限于上述实施方式,在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (5)
1.一种改善锂电池正极集电极电性能的方法,其特征在于,包括下述步骤:
步骤一:将要处理的铜箔在净化房内裁切,并将裁切后的铜箔固定在基片架上;
步骤二:开启连续式真空磁控溅射镀膜设备,调整所述设备至可镀膜工艺条件;
步骤三:将固定有铜箔的基片架投入步骤二所述设备;
步骤四:离子源开启,离子源产生等离子体,等离子体内的高能粒子高速轰击铜箔表面,剥离铜箔表面的氧化层打掉,同时对铜箔表面尖峰轰击削平;
步骤五:开启直流磁控溅射阴极,所述阴极产生的等离子体轰击铜靶材,溅射出来的铜离子在电场作用下运动至铜箔表面沉积成铜膜;
步骤六:加热退火处理,退火处理温度为80-200℃;
步骤七:所述铜箔出料,经检测后真空包装。
2.根据权利要求1所述改善锂电池正极集电极电性能的方法,其特征在于,步骤二所述镀膜工艺条件:本底真空度不低于5×10-3Pa,工艺压强为1×10-1Pa~6×10-1Pa,加热温度为80-200℃,离子源功率为0.2~3kw,直流磁控溅射阴极功率为0.5~20kw,镀膜速度为0.1~5m/min。
3.根据权利要求1所述改善锂电池正极集电极电性能的方法,其特征在于,在步骤二所述设备真空度达到本底真空度5×10-3Pa,充入工艺气体达到可镀膜的工艺压强3×10-1Pa时,将固定有铜箔的基片架投入步骤二所述设备。
4.根据权利要求1所述改善锂电池正极集电极电性能的方法,其特征在于,在步骤二所述设备达到工作真空3×10-1Pa时,开启直流磁控溅射阴极。
5.根据权利要求1至4任一项所述改善锂电池正极集电极电性能的方法,其特征在于,所述铜箔为电解铜箔或甚低轮廓铜箔。
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