CN110034267B - 电池负极耳与正极耳之制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池负极耳与正极耳之制造方法，其中电池负极耳之制造方法之步骤兹分述如下。对铜箔基板执行清洁与表面粗化、镀镍膜、对该镍膜执行清洁与表面粗化、镀钝化金属膜、对该钝化金属膜执行清洁与表面粗化；所述电池正极耳之制造方法之步骤兹分述如下。对铝箔基板执行清洁与表面粗化、镀钝化金属膜、对该钝化金属膜执行清洁与表面粗化以及上胶。

Description

电池负极耳与正极耳之制造方法

技术领域

本发明涉及一种电极之制造方法；特别是指一种电池负极耳与正极耳之制造方法。

背景技术

目前市面上常见的主流锂电池封装形式大致上可区分为圆柱、方形和软包等三种。其中软包电池具相较于圆柱与方形两种形态的锂电池具有诸多优点，兹整理如下：安全性能好：软包电池在结构上采用铝塑膜包装，发生安全问题时，软包电池一般会鼓气裂开，而不像钢壳或铝壳电芯那样发生爆炸；重量轻：软包电池重量较同等容量的钢壳锂电池轻40％，较铝壳锂电池轻20％，因此有较高的能量密度；内阻小，软包电池的内阻较锂电池小，可以极大的降低电池的自耗电；设计灵活：外形可变任意形状，可以更薄，可根据客户的需求定制，开发新的电芯规格。

目前用以生产软包电池正、负极耳的方法，都包括清洗、电镀、化学镀等程序，传统的制造方法有以下几点问题：当基板表面清洗不干净会造成后制程电镀膜的不均匀性及电镀膜容易剥离；电镀或化学镀膜厚不易控制，批次稳定性差；利用电镀或化学镀的钝化金属膜结晶性差，金属膜表面孔洞缺陷多，因此对电解液的抗腐蚀性差；钝化层表面未经过处理，与胶层之间的黏着力差，胶层容易剥离。以上几点均会造成锂电池的循环寿命降低，甚至在极耳附近造成漏液，引发安全危害。另外电镀或化学镀会产生大量的废水，由于电镀废水之污染物通常包括油脂、杂质、悬浮物、酸碱、铬酸盐、氰化物及重金属物质等污染物质，若依法回收处理，将会大幅提高正、负极耳的生产成本，若不依法回收，不仅要面对具额的罚款，对于生活环境而言更会造成无法弥补的伤害，祸延子孙。

发明内容

本发明之主要目的在于提供一种电池负极耳与正极耳之制造方法，其所欲解决之技术问题，系针对如何研发出一种增强极耳的抗腐蚀效能及抗张强度以提高锂电池安全性，且更具理想实用性且不会产生重金属溶液污染环境之制造方法为目标加以创新突破。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种电池负极耳之制造方法之步骤兹分述如下。对铜箔基板执行清洁与表面粗化：利用电浆将适当的气体分子等分解成离子、电子、自由基等高反应性的粒子,这些高反应性的物质，在室温即可对铜箔基板之至少一表面作清洁动作，同时提高铜箔基板表面之粗糙度；镀镍膜：以真空溅镀的方式在铜箔基板粗糙之一面镀上镍膜，而前述铜箔基板之表面粗化，系提高镍膜与铜箔基板之附着强度；对该镍膜执行清洁与表面粗化：利用电浆将适当的气体分子等分解成离子、电子、自由基等高反应性的粒子,这些高反应性的物质，在室温即可对该镍膜之表面作清洁动作，同时提高该镍膜表面之粗糙度；镀钝化金属膜：本步骤主要系于该镍膜上以真空溅镀的方式进一步镀上一钝化金属膜，该钝化金属膜主要系防止负极耳被电解液侵蚀，保护极耳不会被溶解；而前述镍膜之表面粗化，系提高金属膜与镍膜之附着强度；以及对该钝化金属膜执行清洁与表面粗化：利用电浆将适当的气体分子等分解成离子、电子、自由基等高反应性的粒子,这些高反应性的物质，在室温即可对该钝化金属膜之表面作清洁动作，同时提高该金属膜表面之粗糙度。所述电池正极耳之制造方法之步骤兹分述如下。对铝箔基板执行清洁与表面粗化：利用电浆将适当的气体分子分解成离子、电子、自由基等高反应性的粒子，这些高反应性的物质，在室温即可对铝箔基板之任一表面作清洁动作，同时提高铝箔基板表面之粗糙度；镀钝化金属膜：本步骤主要系于该铝箔基板经表面粗化之一面上以真空溅镀的方式镀上一金属膜，该金属膜主要防止正极耳被电解液侵蚀，保护极耳不会被溶解；经表面粗化后之铝箔基板提高金属膜与铝箔基板间的附着度；以及对该钝化金属膜执行清洁与表面粗化：利用电浆将适当的气体分子分解成离子、电子、自由基等高反应性的粒子，这些高反应性的物质，在室温即可对该金属膜之表面作清洁动作，除清洁该金属膜之表面外，并提高该金属膜之表面粗糙度。

藉此创新独特设计，使本发明对照先前技术而言，可用电浆完成清洁与表面粗化以及真空溅镀的技术手段，达到增强极耳的抗腐蚀效能及抗张强度，并且彻底避免产生传统极耳生产方式所可能产生油脂、杂质、悬浮物、酸碱、铬酸盐、氰化物及重金属物质等污染物质之实用进步性与较佳产业经济(利用)效益。

附图说明

图1系本发明负极耳单面加工之制造流程图。

图2系本发明负极耳双面加工之制造流程图。

图3系本发明正极耳单面加工之制造流程图。

图4系本发明正极耳双面加工之制造流程图。

图5系本发明执行表面粗化后铜箔基板/铝箔基板之剖视示意图。

图6系本发明负极耳上胶后之立体外观图。

图7系本发明负极耳上胶后之剖视图。

图8系本创作溅镀之钝化金属膜与传统电镀或化学镀之金属膜抗腐蚀测试结果之比较图。

图9系本发明正极耳上胶后之立体外观图。

图10系本发明正极耳上胶后之剖视图。

具体实施方式

请参阅图1所示，系本发明负极耳单面加工制造方法之较佳实施例，惟此等实施例仅供说明之用，在专利申请上并不受此结构之限制；所述负极耳单面加工之制造方法包含下列步骤：

对铜箔基板执行清洁与表面粗化10：利用电浆将气体分子分解成离子、电子、自由基等高反应性的粒子,这些高反应性的物质在室温即可对铜箔基板11之任一表面作清洁动作(去除油污与杂质)，同时提高铜箔基板11表面之粗糙度，本发明之较佳实施例中，本步骤之操作时间设定为5分钟，作用压力则设定为5毫托(mtorr)；其中，前述之气体系由氢气、氩气以及氧气所构成之族群中任选其一者，当选用氢气时，其流量设定为5sccm(standard-state cubic cent imeter per minute，每分钟标准毫升数)；当选用氩气时，其流量设定为20sccm；当选用氧气时，其流量设定为20sccm。该铜箔基板11经表面粗化后之剖视图，详如图5中所示之态样。

镀镍膜20：以真空溅镀的方式在铜箔基板11粗糙之一面镀上镍膜21，本发明之较佳实施例中，该镍膜21之厚度约为1～2μm，本步骤之作用压力系设定为10毫托，且在镀镍的过程中，可将该铜箔基板11预加热至约300℃，藉以提高镍膜21于该铜箔基板11上之附着度；而前述铜箔基板11之表面粗化，系在于提高镍膜21与铜箔基板11之附着强度；本步骤中亦可于溅镀环境中同时加入氢气与氩气，其中该氢气与氩气之流量系分别设定为5sccm与25sccm。

对该镍膜执行清洁与表面粗化30：利用电浆将气体分子分解成离子、电子、自由基等高反应性的粒子,这些高反应性的物质，在室温即可对该镍膜21之表面作清洁动作(去除油污与杂质)，同时提高镍膜21表面之粗糙度。本发明之较佳实施例中，本步骤之操作时间设定为1分钟30秒，而作用压力则设定为2毫托(mtorr)，前述之气体系由氢气、氩气以及氧气所构成之族群中任选其一者，当选用氢气时，其流量设定为5sccm；当选用氩气时，其流量设定为20sccm；当选用氧气时，其流量设定为20sccm。

镀钝化金属膜40：本步骤主要系于该镍膜21上以真空溅镀的方式进一步镀上一钝化金属膜41，该钝化金属膜41主要系防止负极耳被电解液侵蚀，保护极耳不容易被腐蚀溶解，进而延长电池的使用寿命；该金属膜41之材质可选用铬金属或是钛金属，而在本较佳实施例中，该金属膜41之材质系选用铬金属。该金属膜41之厚度约为100～200nm，本步骤之作用压力系设定为5毫托，且在溅镀金属膜41的过程中，可将该铜箔基板11连同早先所溅镀之镍膜21预加热至约300℃，藉以提高金属膜41与该镍膜21上之附着度。而前述镍膜21之表面粗化，亦有助于提高金属膜41与镍膜21之附着强度；本步骤中亦可于溅镀环境中同时加入氢气与氩气，其中该氢气与氩气之流量系分别设定为5sccm与20sccm。请参阅如图8所示，传统以电镀或化学镀方式之镍膜与本发明以溅镀方式所产生之镍膜21，经腐蚀测试后剩余厚度相对于原始厚度百分比之比较图。由图中所示结果可清楚看出，传统以电镀或化学镀方式之镍膜从第一时间开始，厚度即逐渐变薄，而到了第6天后，几乎已经被腐蚀殆尽；反观本发明以溅镀方式所产生之镍膜21，系于第5天开始才逐渐被腐蚀，一直到第8天，其厚度仍保有原始厚度的50％。一旦负极耳被腐蚀变薄后，(软包)电池铝塑膜与极耳间会产生漏液现象，甚至造成危险。

对该钝化金属膜执行清洁与表面粗化50：利用电浆将适当的气体分子等分解成离子、电子、自由基等高反应性的粒子,这些高反应性的物质，在室温即可对该钝化金属膜41之表面作清洁动作(去除油污与杂质)，同时提高该钝化金属膜41表面之粗糙度。本发明之较佳实施例中，本步骤之操作时间设定为1分钟30秒，而作用压力则设定为2毫托(mtorr)；前述之气体系由氢气、氩气以及氧气所构成之族群中任选其一者，当选用氢气时，其流量设定为5sccm；当选用氩气时，其流量设定为20sccm；当选用氧气时，其流量设定为20sccm。若本步骤所选用之气体为氧气时，对于前述镀铬之钝化金属膜41而言，可于该钝化金属膜41上进一步形成一金属氧化膜(三氧化二铬Cr2O3)，由于三氧化二铬具有抗腐蚀之特性，因此同样可防止电解液侵蚀负极耳，提高负极耳使用时之稳定性。

前述电池负极耳制造方法系为针对该铜箔基板11之任一面加工制造，请参阅如图2所示，系为针对该铜箔基板11之两面同时加工制造之示意图，而其程序、加工环境与加工条件皆与前述针对铜箔基板11单面加工之制造方法相同，然双面同时加工可有效简化制程，方便量产提高产能。

请参阅如图6、7所示，本发明所制成的负极耳在组装成电池之前，进一步包括一步骤，即为上胶60。其主要系于前述负极耳结构上，局部环状设置一胶层61，再于该胶层61相异的两面上分别贴合一绝缘胶带62。前述胶层61与绝缘胶带62亦可于同一步骤中一次组设至定位，而达简化制程提高效率之目的。所述负极耳就是要从电芯中将负电引出来的金属导电体。经设置胶层61与绝缘胶带62后，可防止电池封装时，防止负极耳与电池的铝塑膜发生短路现象。而前述步骤提高该钝化金属膜41之表面粗糙度，系在于提高该胶层61相对于该钝化金属膜41之附着度。前述上胶60制程可以单独施实施，或是如图1、2所示，于负极极耳的全自动生产的过程中依序完成。

请参阅图3所示，系本发明正极耳单面加工制造方法之较佳实施例，惟此等实施例仅供说明之用，在专利申请上并不受此结构之限制；所述正极耳单面加工之制造方法包含下列步骤：

对铝箔基板执行清洁与表面粗化70：利用电浆将气体分子(氮气或氩气)等分解成离子、电子、自由基等高反应性的粒子,这些高反应性的物质，在室温即可对铝箔基板71之任一表面作清洁动作(去除油污与杂质)，同时提高该铝箔基板71表面之粗糙度。本步骤之操作时间设定为5分钟，作用压力则设定为5毫托(mtorr)；其中，前述之气体系由氢气、氩气以及氧气所构成之族群中任选其一者，当选用氢气时，其流量设定为5sccm；当选用氩气时，其流量设定为20sccm；当选用氧气时，其流量设定为20sccm。该铝箔基板71经表面粗化后之剖视图，详如图5中所示之态样。

镀钝化金属膜80：本步骤主要于该铝箔基板71经表面粗化之一面上以真空溅镀的方式镀上一钝化金属膜81，该钝化金属膜81主要防止正极耳被电解液侵蚀，保护极耳不会被溶解；该钝化金属膜81之材质可选用铬金属或钛金属，在本较佳实施例中，该钝化金属膜81之材质选用铬金属。该钝化金属膜81之厚度约为100～200nm，本步骤之作用压力系设定为5毫托，且在溅镀金属膜41的过程中，可将该铝箔基板71预加热至约300℃，藉以提高钝化金属膜81与该铝箔基板71上之附着度。而前述铝箔基板71之表面粗化，亦有助于提高该钝化金属膜81与该铝箔基板71之附着强度；本步骤中亦可于溅镀环境中同时加入氢气与氩气，其中该氢气与氩气之流量系分别设定为5sccm与20sccm。

对该钝化金属膜执行清洁与表面粗化90：利用电浆将适当的气体分子等分解成离子、电子、自由基等高反应性的粒子,这些高反应性的物质，在室温即可对该钝化金属膜81之表面作清洁动作(去除油污与杂质)，同时提高该钝化金属膜81表面之粗糙度。本发明之较佳实施例中，本步骤之操作时间设定为1分钟30秒，而作用压力则设定为2毫托(mtorr)；前述之气体系由氢气、氩气以及氧气所构成之族群中任选其一者，当选用氢气时，其流量设定为5sccm；当选用氩气时，其流量设定为20sccm；当选用氧气时，其流量设定为20sccm。若本步骤所选用之气体为氧气时，对于前述镀铬之钝化金属膜81而言，可于该钝化金属膜81上进一步形成一金属氧化膜(三氧化二铬Cr2O3)，由于三氧化二铬具有抗腐蚀之特性，因此同样可防止电解液侵蚀正极耳，提高正极耳使用时之稳定性。其防腐蚀功效与前述负极耳的制程中相同。

前述电池正极耳制造方法系为针对该铝箔基板71之任一面加工制造，请参阅如图4所示，系为针对该铝箔基板71之两面同时加工制造之示意图，而其程序、加工环境与加工条件皆与前述针对铝箔基板71单面加工之制造方法相同。然双面同时加工可有效简化制程，方便量产提高产能。

请参阅如图9、10所示，本发明所制成的正极耳在组装成电池之前，进一步包括一步骤，即为上胶100。其主要系于前述正极耳结构上，局部环状设置一胶层101，再于该胶层101相异的两面上分别贴合一绝缘胶带102。前述胶层101与绝缘胶带102亦可于同一步骤中一次组设至定位，而达简化制程提高效率之目的。所述正极耳就是要从电芯中将正电引出来的金属导电体。经设置胶层101与绝缘胶带102后，可于电池封装时，防止正极耳与电池的铝塑膜发生短路现象。而前述步骤提高该钝化金属膜81之表面粗糙度，系在于提高该胶层101相对于该钝化金属膜81之附着度。前述上胶100制程可以单独施实施，或是如图3、4所示，于正极极耳的全自动生产的过程中依序完成。

综上所陈，依本发明前述正、负极耳加工制造方法之较佳实施例中，利用电浆作表面清洁与表面粗化以及利用溅镀方式镀上各材质之钝化金属膜41、81等创新独特加工方式的产品，浸泡在电解液中，测试镍层因电解液腐蚀而减少厚度剩下的百分比，本发明较佳实施例的产品明显对电解液的耐腐蚀性，超越现有市面上产品，显现本发明的实用进步性。再者，依本发明前述正、负极耳加工制造方法之较佳实施例中，利用电浆对镀钝化金属膜40、80执行清洁与表面粗化创新独特加工方式的产品，提高胶层61、101相对于该金属膜之附着度，结合强度提升至20N/cm(牛顿/公分)，超越现有市面上产品规格7N/cm，提升极耳与铝塑膜之间的密封性，大幅提高电池的安全性。

本发明之优点：

本发明「电池正极耳与负极耳之制造方法」主要通过所述利用电浆作表面清洁与表面粗化以及利用溅镀方式镀上各材质之钝化金属膜等创新独特加工方式与技术特征，使本发明对照[背景技术]所提结构而言，可用电浆完成清洁与表面粗化以及真空溅镀的技术手段，达到增强极耳的抗腐蚀效能及抗张强度，并且彻底避免产生传统极耳生产方式所可能产生油脂、杂质、悬浮物、酸碱、铬酸盐、氰化物及重金属物质等污染物质之实用进步性者。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种电池负极耳之制造方法，其特征在于包括下列步骤：

对铜箔基板执行清洁与表面粗化：利用电浆将适当的气体分子分解成离子、电子、自由基高反应性的粒子,这些高反应性的物质，在室温对铜箔基板之至少一表面作清洁动作，同时提高铜箔基板表面之粗糙度；

镀镍膜：以真空溅镀方式在铜箔基板粗糙之一面镀上镍膜，而前述铜箔基板之表面粗化，系提高镍膜与铜箔基板之附着强度；

对该镍膜执行清洁与表面粗化：利用电浆将适当的气体分子分解成离子、电子、自由基高反应性的粒子,这些高反应性的物质，在室温对该镍膜之表面作清洁动作，同时提高该镍膜表面之粗糙度；

镀钝化金属膜：本步骤主要系于该镍膜上以真空溅镀的方式镀上一钝化金属膜，该钝化金属膜主要系防止负极耳被电解液侵蚀，保护极耳不会被溶解；而前述镍膜之表面粗化，系提高金属膜与镍膜之附着强度；以及

对该钝化金属膜执行清洁与表面粗化：利用电浆将适当的气体分子分解成离子、电子、自由基高反应性的粒子,这些高反应性的物质，在室温对该钝化金属膜之表面作清洁动作，同时提高该金属膜表面之粗糙度。

2.根据权利要求1所述的电池负极耳之制造方法，其特征在于该对铜箔基板执行清洁与表面粗化、镀镍膜、对该镍膜执行清洁与表面粗化、镀钝化金属膜以及对该钝化金属膜执行清洁与表面粗化步骤系分别依序于该铜箔基板相异之两面同时执行。

3.根据权利要求1或2所述的电池负极耳之制造方法，其特征在于还包括一上胶步骤，该上胶步骤于该负极耳结构上局部环状设置一胶层，该胶层相异的两面上并分别贴合一绝缘胶带。

4.根据权利要求3所述的电池负极耳之制造方法，其特征在于该对该钝化金属膜执行清洁与表面粗化之步骤中，所选用之气体为氧气，藉以于该金属膜上形成一金属氧化膜。

5.根据权利要求4所述的电池负极耳之制造方法，其特征在于该镀钝化金属膜的步骤中溅镀所选用的金属系为铬，而该金属氧化膜则为三氧化二铬。

6.根据权利要求5所述的电池负极耳之制造方法，其特征在于该对铜箔基板执行清洁与表面粗化的步骤中，操作时间设定为5分钟，作用压力则设定为5毫托；其中，前述之气体系由氢气、氩气以及氧气所构成之族群中任选其一者，当选用氢气时，其流量设定为5sccm；当选用氩气时，其流量设定为20sccm；当选用氧气时，其流量设定为20sccm。

7.根据权利要求6所述的电池负极耳之制造方法，其特征在于该镀镍膜的步骤中在溅镀时加入氢气与氩气，其中该氢气与氩气之流量分别设定为5sccm与25sccm。

8.根据权利要求7所述的电池负极耳之制造方法，其特征在于对该镍膜执行清洁与表面粗化的步骤中，其操作时间设定为1分钟30秒，而作用压力则设定为2毫托，前述之气体系由氢气、氩气以及氧气所构成之族群中任选其一者，当选用氢气时，其流量设定为5sccm；当选用氩气时，其流量设定为20sccm；当选用氧气时，其流量设定为20sccm。

9.根据权利要求8所述的电池负极耳之制造方法，其特征在于该镀钝化金属膜的步骤中，于溅镀环境中同时加入氢气与氩气，其中该氢气与氩气之流量系分别设定为5sccm与20sccm。

10.根据权利要求9所述的电池负极耳之制造方法，其特征在于对该钝化金属膜执行清洁与表面粗化的步骤中，操作时间设定为1分钟30秒，而作用压力则设定为2毫托；前述之气体系由氢气、氩气以及氧气所构成之族群中任选其一者，当选用氢气时，其流量设定为5sccm；当选用氩气时，其流量设定为20sccm；当选用氧气时，其流量设定为20sccm。

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