CN115341171A - 一种磁控溅射镀膜方法及金属化塑料膜及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磁控溅射镀膜方法及金属化塑料膜及其应用，属于复合集流体生产技术领域，首先在塑料膜表面镀过渡层，再镀金属层，塑料膜分别经过相互隔离的不同的单元室内进行镀过渡层和镀金属层，且镀过渡层时的单元室内的气压不大于镀金属层时单元室内的气压。采用本发明的方法进行镀膜时，靶材之间不会互相污染，并且各个膜层之间也不会互相污染；同时在磁控溅射镀膜过程中，可对相互隔离的不同的单元室进行单独的气压和其他参数设置，能够满足工艺多样化的要求。
Description
技术领域
本发明属于复合集流体生产技术领域，具体涉及一种磁控溅射镀膜方法及金属化塑料膜及其应用。
背景技术
在锂电池的结构中，集流体是其中重要的组成部分，集流体用于将电极活性材料的电流导出，为外部负载供电，常规的集流体是铜箔或铝箔，由于是金属材质，密度大，会导致锂电池重量大，增大了锂电池的自重，因此限制了锂电池的应用。
复合集流体是在塑料膜表面镀金属层，形成导电的金属化塑料膜，复合集流体的重量大大降低，因此也就降低了锂电池的自重。
在塑料膜表面镀金属膜层之前，通常需要先镀过渡膜层，镀过渡膜层和镀金属层通常会采用磁控溅射的方法，而常规的磁控溅射工艺在镀上述膜层时，会在一个相互连通的区域内进行，因此会导致各层镀膜之间互相影响，导致靶材被污染。
发明内容
本发明的目的在于提供一种磁控溅射镀膜方法及其金属化塑料膜及其应用，以解决上述背景技术中提到的技术问题。
为了实现上述目的，本发明公开了一种磁控溅射镀膜方法，首先在塑料膜表面镀过渡层，然后再镀金属层；所述塑料膜分别经过相互隔离的不同的单元室进行镀过渡层与镀金属层；所述镀过渡层时的单元室内的气压不大于镀金属层时单元室内的气压。
进一步的，所述镀过渡层时，塑料膜经过独立的第一单元室进行。
进一步的，所述镀金属层时，塑料膜依次经过相互隔离的第二单元室、第三单元室和第四单元室进行。
进一步的，在镀过渡层之前，首先对第一单元室、第二单元室、第三单元室和第四单元室进行抽真空，待气压稳定后，采用氩气对各个单元室的气压进行调节。
进一步的，采用氩气对各个单元室内的气压进行调节，所述第一单元室内的气压与第二单元室内的气压相等，且均小于第三单元室和第四单元室内的气压。
进一步的，所述第三单元室内的气压与第四单元室内的气压相等。
进一步的，所述第一单元室内设有镍靶材，所述第二单元室、第三单元室和第四单元室内均设有铜靶材。此时，可在塑料膜表面进行镀铜处理，形成的金属化塑料膜可用作锂电池的负极集流体。
进一步的，所述第一单元室内设有镍靶材，所述第二单元室、第三单元室和第四单元室内均设有铝靶材。此时，可在塑料膜表面进行镀铝处理，形成的金属化塑料膜可用作锂电池的正极集流体。
需要说明的是，不可既在塑料膜表面镀铜，又在塑料膜表面镀铝，铜和铝两种金属不能够同时镀在塑料膜表面上。
本发明同时要求保护一种采用上述的磁控溅射镀膜方法得到的金属化塑料膜。
本发明得到的金属化塑料膜，作为复合集流体，用于锂电池中。
在塑料膜表面镀金属层时，气压越低，塑料膜与金属层之间的附着力越大，但是当气压过低时，磁控溅射效率也会下降，因此本发明中在第一单元室和第二单元室内采用较低的气压，可保证塑料膜、过渡层和金属层之间具有较大的层间结合强度；而在第三单元室和第四单元室内采用较高的气压，是因为在第三单元室、第四单元室与第二单元室同样是镀金属层，镀的是单一的同种金属，同种金属物质之间的结合力较好，可适当提高气压，以提高磁控溅射效率。
与现有技术相比，本发明的一种磁控溅射镀膜方法及金属化塑料膜及其应用具有以下优点：
（1）本发明中，将塑料膜分别经过相互隔离的不同单元室进行镀过渡层和镀金属层，在镀不同膜层时，靶材之间不会互相污染，可确保靶材的使用性能，延长靶材的使用寿命；同时各个膜层之间也不会互相干扰和污染，保证了金属化塑料膜的性能。
（2）本发明中，通过设置相互隔离的不同的单元室，可对每个单元室进行单独的气压设置和其他参数设置，能够满足工艺多样化的需求。
（3）本发明中，可根据产品性能需求对不同的单元室进行独立的参数设置，以确保最终得到的金属化塑料膜的性能，可在满足产品性能的前提下同时提高磁控溅射效率，实用性强。
（4）本发明得到的金属化塑料膜相对于纯金属材料，密度降低，用作锂电池中，可降低锂电池的自重，因此扩大了其应用范围。
附图说明
图1：本发明实施例1中的磁控溅射镀膜工艺过程示意图。
图2：本发明对比例1中的磁控溅射镀膜工艺过程示意图。
其中，1、放卷辊；2、第一牵引辊；3、第一展平辊；4、溅射主辊；5、第二展平辊；6、第二牵引辊；7、收卷辊；8、塑料膜；9、第一单元室；10、第二单元室；11、第三单元室；12、第四单元室；13、第一镍靶材；14、第二镍靶材；15、第一铜靶材；16、第二铜靶材；17、第三铜靶材；18、第四铜靶材；19、第五铜靶材；20、第六铜靶材。
具体实施方式
下面通过具体实施例和对比例进行详细阐述，说明本发明的技术方案。
实施例1
一种磁控溅射镀膜方法，用于在塑料膜8表面镀金属膜，磁控溅射过程在磁控溅射腔体内进行，在磁控溅射腔体的入口端外部依次设有放卷辊1、第一牵引辊2和第一展平辊3，在磁控溅射腔体内设有溅射主辊4，在磁控溅射腔体的出口端外部依次设有第二展平辊5、第二牵引辊6和收卷辊7；其中第一展平辊3的数量为3个，依次分布；第二展平辊5的数量也为3个，依次分布。
在磁控溅射腔体内设有单元室，围绕溅射主辊4的周向，依次设有第一单元室9、第二单元室10、第三单元室11和第四单元室12，溅射主辊4的周向与每个单元室之间均存在重叠区域，在重叠区域处，在每个单元室上均设有溅射区，溅射区内的金属粒子可喷出，对溅射主辊4上的塑料膜8表面进行溅射镀膜处理。
在第一单元室9内设有两个镍靶材，分别为第一镍靶材13和第二镍靶材14；在第二单元室10、第三单元室11和第四单元室12内均分别设有两个铜靶材，在第二单元室10内的两个铜靶材分别为第一铜靶材15和第二铜靶材16，在第三单元室11内的两个铜靶材分别为第三铜靶材17和第四铜靶材18，在第四单元室12内的两个铜靶材分别为第五铜靶材19和第六铜靶材20。
对塑料膜8表面进行磁控溅射镀膜的过程包括如下步骤：
（1）对磁控溅射腔体进行抽真空处理，直至第一单元室9、第二单元室10、第三单元室11和第四单元室12内的气压低于8*10-3Pa；
（2）待第一单元室9、第二单元室10、第三单元室11和第四单元室12内的气压稳定后，将塑料膜8置于放卷辊1上进行放卷，放卷后的塑料膜8依次经过第一牵引辊2、第一展平辊3送入溅射腔体内的溅射主辊4上；
（3）溅射主辊4上的塑料膜8首先经过第一单元室9的溅射区，进行镀镍；然后溅射主辊4上的塑料膜8依次经过第二单元室10、第三单元室11和第四单元室12的溅射区，进行镀铜；
（4）镀膜完成后的塑料膜8自磁控溅射腔体内依次经过第二展平辊5和第二牵引辊6传送至收卷辊7上进行收卷，完成收卷过程。
收卷后得到的金属化塑料膜记为S1，作为负极集流体，用于锂电池中。
在对塑料膜8表面进行磁控溅射镀膜的过程中，塑料膜8的放卷和收卷线速度均为10m/min，塑料膜8匀速运动。
磁控溅射镀膜过程中，磁控溅射腔体内的普冷温度为-10℃，深冷温度为-120℃。
磁控溅射镀膜过程中，第一单元室9、第二单元室10、第三单元室11和第四单元室12内的镍靶材和铜靶材所采用的的电源均为量程为30KW的直流电源。
在上述步骤（3）中，采用氩气对各个单元室内的气压进行调节，通过调节氩气流量来调整各个单元室内的气压大小，当各个单元室内的气压稳定后，溅射主辊4开始传送塑料膜8进行磁控溅射处理；步骤（3）中各个单元室内的环境参数如表1所示。
表1 磁控溅射镀膜过程中各个单元室内的环境参数
| 环境参数 | 第一单元室 | 第二单元室 | 第三单元室 | 第四单元室 |
| 气压（Pa） | 4*10<sup>-2</sup> | 4*10<sup>-2</sup> | 5*10<sup>-1</sup> | 5*10<sup>-1</sup> |
| 电压（V） | 570-590 | 570-590 | 460-480 | 460-480 |
| 靶功率（KW） | 10 | 10 | 13 | 13 |
| 氩气流量（sccm） | 90 | 90 | 150 | 150 |
实施例2
与实施例1基本相同，不同之处仅在于：在第一单元室内设有两个镍靶材，在第二单元室、第三单元室和第四单元室内各自均设有两个铝靶材。
收卷后得到的金属化塑料膜记为S2，作为正极集流体，用于锂电池中。
对比例1
将塑料膜送入磁控溅射腔体内进行镀膜，与实施例1的不同之处在于，在磁控溅射腔体内不设置相互隔离的单元室，而是直接将镍靶材、铜靶材设置在腔体内对塑料膜进行镀过渡层和镀铜层处理；收卷后得到的金属化塑料膜记为B1，作为负极集流体，用于锂电池中。
如图2所示，第一镍靶材13、第二镍靶材14、第一铜靶材15、第二铜靶材16、第三铜靶材17和第四铜靶材18分别沿着溅射主辊4的周向依次分布。
磁控溅射过程中，磁控溅射腔体内的环境参数与如表2所示。
表2 磁控溅射腔体内的环境参数
| 环境参数 | 磁控溅射腔体内 |
| 气压（Pa） | 5*10<sup>-1</sup> |
| 第一镍靶材和第二镍靶材电压（V） | 410-430 |
| 第一镍靶材和第二镍靶材功率（KW） | 10 |
| 第一铜靶材至第四铜靶材电压（V） | 440-470 |
| 第一铜靶材至第四铜靶材功率（KW） | 13 |
| 氩气流量（sccm） | 400 |
对比例2
与对比例1基本相同，不同之处仅在于：所述第一铜靶材至第四铜靶材分别替换为第一铝靶材至第六铝靶材。
收卷后得到的金属化塑料膜记为B2，作为正极集流体，用于锂电池中。
性能测试
对上述实施例1-2和对比例1-2中得到的金属化塑料膜S1、S2和B1、B2进行镀膜层粘结力测试：对收卷后的金属化塑料膜卷展开3-4圈后进行取样，样品尺寸为2cm*15cm，常温常压条件下，用双面胶将样品粘贴在钢板上，再使用不同规格的美纹胶均匀粘贴在样品表面，使用2kg标准压辊往复辊压一次，然后将钢板装夹于拉力机上，拉力机对美纹胶进行180°拉伸，速度为50mm/min，粘结力120N/m下，进行测试。
测试发现，金属化塑料膜S1和S2的样品中，美纹胶表面无物质脱落和粘附；金属化塑料膜B1和B2的样品中，美纹胶表面存在物质脱落和/或粘附。
可见采用本发明的镀膜方法得到的金属化塑料膜具有较高的镀层结合强度，可满足锂电池的使用需求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用于限制发明，凡在本发明的设计构思之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种磁控溅射镀膜方法，用于在塑料膜表面镀金属膜，其特征在于：首先在塑料膜表面镀过渡层，然后再镀金属层；所述塑料膜分别经过相互隔离的不同的单元室进行镀过渡层与镀金属层；所述镀过渡层时的单元室内的气压不大于镀金属层时单元室内的气压。
2.如权利要求1所述的磁控溅射镀膜方法，其特征在于：所述镀过渡层时，塑料膜经过独立的第一单元室进行。
3.如权利要求2所述的磁控溅射镀膜方法，其特征在于：所述镀金属层时，塑料膜依次经过相互隔离的第二单元室、第三单元室和第四单元室进行。
4.如权利要求3所述的磁控溅射镀膜方法，其特征在于：在镀过渡层之前，首先对第一单元室、第二单元室、第三单元室和第四单元室进行抽真空，待气压稳定后，采用氩气对各个单元室内的气压进行调节。
5.如权利要求4所述的磁控溅射镀膜方法，其特征在于：采用氩气对各个单元室内的气压进行调节后，所述第一单元室内的气压与第二单元室内的气压相等，且均小于第三单元室和第四单元室内的气压。
6.如权利要求5所述的磁控溅射镀膜方法，其特征在于：所述第三单元室内的气压与第四单元室内的气压相等。
7.如权利要求3所述的磁控溅射镀膜方法，其特征在于：所述第一单元室内设有镍靶材，所述第二单元室、第三单元室和第四单元室内均设有铜靶材。
8.如权利要求3所述的磁控溅射镀膜方法，其特征在于：所述第一单元室内设有镍靶材，所述第二单元室、第三单元室和第四单元室内均设有铝靶材。
9.一种采用如权利要求1-8中任一项所述的磁控溅射镀膜方法得到的金属化塑料膜。
10.如权利要求9所述的金属化塑料膜，作为复合集流体，用于锂电池中。
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| CN202210983386.7A Withdrawn CN115341171A (zh) | 2022-08-16 | 2022-08-16 | 一种磁控溅射镀膜方法及金属化塑料膜及其应用 |
Country Status (1)
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-
2022
- 2022-08-16 CN CN202210983386.7A patent/CN115341171A/zh not_active Withdrawn
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