CN117551973A - 复合铜箔的加工方法、复合铜箔及锂离子电池 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种复合铜箔的加工方法、复合铜箔及锂离子电池，所述复合铜箔的加工方法，包括：获取基膜在第一预定次数的磁控溅射后的第一图像以及第二图像；根据所述第一图像以及第二图像确定基膜镀膜后表面的当前平整度；若所述当前平整度符合预设范围则继续后续工艺；否则，调整磁控溅射的工艺参数并进行第二预定次数的磁控溅射后继续后续工艺。上述技术方案由于能够以图像分析技术确定的当前平整度作为依据，并结合一定次数的二次溅射镀膜，有利于提高磁控溅射工艺后得到的膜层的平整度，进而提高复合铜箔的高温循环测试性能，从而能够满足使用需要。
Description
技术领域
本公开涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种复合铜箔的加工方法、复合铜箔及锂离子电池。
背景技术
复合铜箔是以高分子材料作为基膜，将金属铜层沉积在基膜的上下两面，形成“铜-高分子-铜”复合的三明治结构，复合铜箔具有密度小、厚度薄、良好的导电性等特点，因此具有替代传统锂电解铜箔的潜力。
目前复合铜箔的制作过程以两步法为主，复合铜箔两步法的工序流程为磁控溅射加水电镀，首先，通过磁控溅射在基膜表面镀上一层金属铜膜，使其能够导电并保证膜层具有较好的致密度和结合力；其次，再通过水电镀的方式，将金属铜膜增厚至1μm左右，实现集流体导电需求。
本公开的发明人发现，磁控溅射工艺通过溅射铜原子穿透嵌入基膜内，可以提高基膜与金属铜的结合力，但是容易导致基膜表面上沉积的铜膜不均匀，铜膜表面凹凸不平，平整度较差，随着铜膜增至1μm左右后，在高温循环测试中，容易发生铜膜的脱落。因此如何得到表面平整度较好的铜膜以提高复合铜箔的高温循环性能是亟需解决的技术问题。
发明内容
为了解决相关技术中的问题，本公开实施例提供一种复合铜箔的加工方法、复合铜箔及锂离子电池。
第一方面，本公开实施例中提供了一种复合铜箔的加工方法，包括：
获取基膜在第一预定次数的磁控溅射后的第一图像以及第二图像；
根据所述第一图像以及第二图像确定基膜镀膜后表面的当前平整度；
若所述当前平整度符合预设范围则继续后续工艺；
否则，调整磁控溅射的工艺参数并进行第二预定次数的磁控溅射后继续后续工艺。
根据本公开的实施例，所述第一图像是基膜的表面图像，所述第二图像是基膜厚度方向的图像。
根据本公开的实施例，所述第一预定次数的磁控溅射后的金属铜膜的厚度在10-15nm；所述第二预定次数的磁控溅射后的金属铜膜的厚度在25-40nm。
根据本公开的实施例，所述根据所述第一图像以及第二图像确定基膜镀膜后表面的当前平整度，包括：
从所述第一图像上确定若干个异常点；
在所述第二图像上确定所述若干个异常点所在位置的金属铜膜的厚度；
根据所述金属铜膜的厚度计算得到当前平整度。
根据本公开的实施例，所述从所述第一图像上确定若干个异常点，包括：
利用图像识别算法从所述第一图像上确定若干个异常点；或者，
从所述第一图像上选取若干个兴趣点作为异常点。
根据本公开的实施例，所述加工方法还包括：基膜表面的预处理。
根据本公开的实施例，在继续后续工艺前，所述加工方法还包括：金属铜膜表面的平整处理。
根据本公开的实施例，所述后续工艺为采用水电镀工艺将金属铜膜增厚至1μm。
第二方面，本公开实施例中提供了一种复合铜箔，采用如第一方面任一项所述的复合铜箔的加工方法制作得到。
第三方面，本公开实施例提供了一种锂离子电池，包括如第二方面任一项所述的复合铜箔。
根据本公开实施例提供的复合铜箔的加工方法，包括：获取基膜在第一预定次数的磁控溅射后的第一图像以及第二图像；根据所述第一图像以及第二图像确定基膜镀膜后表面的当前平整度；若所述当前平整度符合预设范围则继续后续工艺；否则，调整磁控溅射的工艺参数并进行第二预定次数的磁控溅射后继续后续工艺。上述技术方案利用图像分析技术分析磁控溅射工艺中第一预定次数溅射后得到的膜层表面的平整度，若符合预设范围则继续第二预定次数溅射镀膜，否则调整磁控溅射的工艺参数后继续溅射镀膜，由于能够以图像分析技术确定的当前平整度作为依据，并结合一定次数的二次溅射镀膜，有利于提高磁控溅射工艺后得到的膜层的平整度，进而提高复合铜箔的高温循环测试性能，从而能够满足使用需要。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
结合附图，通过以下非限制性实施方式的详细描述，本公开的其它特征、目的和优点将变得更加明显。在附图中：
图1示出根据本公开实施例的复合铜箔的加工方法的流程图。
图2示出根据本公开的实施例的步骤S102根据所述第一图像以及第二图像确定基膜镀膜后表面的当前平整度的流程图。
具体实施方式
下文中，将参考附图详细描述本公开的示例性实施例，以使本领域技术人员可容易地实现它们。此外，为了清楚起见，在附图中省略了与描述示例性实施例无关的部分。
在本公开中，应理解，诸如“包括”或“具有”等的术语旨在指示本说明书中所公开的特征、数字、步骤、行为、部件、部分或其组合的存在，并且不欲排除一个或多个其他特征、数字、步骤、行为、部件、部分或其组合存在或被添加的可能性。
另外还需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。
目前复合铜箔的制作过程以两步法为主，复合铜箔两步法的工序流程为磁控溅射加水电镀，首先，通过磁控溅射在基膜表面镀上一层金属铜膜，使其能够导电并保证膜层具有较好的致密度和结合力；其次，再通过水电镀的方式，将金属铜膜增厚至1μm左右，实现集流体导电需求。
本公开的发明人发现，磁控溅射工艺通过溅射铜原子穿透嵌入基膜内，可以提高基膜与金属铜的结合力，但是容易导致基膜表面上沉积的铜膜不均匀，铜膜表面凹凸不平，平整度较差，随着铜膜增至1μm左右后，在高温循环测试中，容易发生铜膜的脱落。
图1示出根据本公开的实施例的复合铜箔的加工方法的流程图。如图1所示，所述复合铜箔的加工方法包括以下步骤S101 - S104：
在步骤S101中，获取基膜在第一预定次数的磁控溅射后的第一图像以及第二图像；
在步骤S102中，根据所述第一图像以及第二图像确定基膜镀膜后表面的当前平整度；
在步骤S103中，若所述当前平整度符合预设范围则继续后续工艺；
在步骤S104中，否则，调整磁控溅射的工艺参数并进行第二预定次数的磁控溅射后继续后续工艺。
本公开实施例提供的复合铜箔的加工方法，利用图像分析技术分析磁控溅射工艺中第一预定次数溅射后得到的膜层表面的平整度，若符合预设范围则继续第二预定次数溅射镀膜，否则调整磁控溅射的工艺参数后继续溅射镀膜，由于能够以图像分析技术确定的当前平整度作为依据，并结合一定次数的二次溅射镀膜，有利于提高磁控溅射工艺后得到的膜层的平整度，进而提高复合铜箔的高温循环测试性能，从而能够满足使用需要。
根据本公开的实施例，所述第一预定次数的磁控溅射后的金属铜膜的厚度在10-15nm；所述第二预定次数的磁控溅射后的金属铜膜的厚度在25-40nm。
在本公开方式中，单次溅射得到的膜层厚度通常在几纳米作用，保证第一预定次数的磁控溅射后的金属铜膜的厚度在10-15nm即可，本公开对第一预设次数的具体数值不做限制。第一预定次数磁控溅射后的金属铜膜的整体厚度不宜过大或者过小，小于10nm则不利于后续的图像采集以及图像分析，大于15nm则不便于后续通过第二预定次数的磁控溅射来调整当前平整度，可能还需增加整体的溅射次数，导致生产效率的降低。
可以理解的是，保证第二预定次数的磁控溅射后的金属铜膜的厚度在25-40nm即可，本公开对第二预设次数的具体数值也不做限制。
根据本公开的实施例，所述第一图像是基膜的表面图像，所述第二图像是基膜厚度方向的图像。可以采用现有的图像采集技术来获得基膜的表面图像以及基膜厚度方向的图像，例如可以采用高倍率相机、红外成像等方式采集图像，本公开对此不做限制。
根据本公开的实施例，调整的磁控溅射的工艺参数可以包括但不限于调整溅射压强、溅射功率、靶基距、衬底类型、衬底温度、背景真空度、线速等参数，根据实际情况并依据经验来调整一个或若干个参数，然后进行第二预定次数的磁控溅射，从而改善基膜镀膜后的当前平整度。在磁控溅射中，由于难以保证氩离子均匀轰击靶材，因此通过调整磁控溅射的参数并结合多次的磁控溅射，以减少轰击出的粒子的随机性，保证磁控溅射后镀膜表面的平整度，进而提高复合铜箔的高温循环测试性能，从而能够满足使用需要。
根据本公开的实施例，如图2所示，步骤S102根据所述第一图像以及第二图像确定基膜镀膜后表面的当前平整度，进一步包括步骤S201-S202：
在步骤S201中，从所述第一图像上确定若干个异常点；
在步骤S202中，在所述第二图像上确定所述若干个异常点所在位置的金属铜膜的厚度；
在步骤S203中，根据所述金属铜膜的厚度计算得到当前平整度。
在本公开方式中，通过在第一图像上确定若干异常点，异常点可以是表面凹凸的点或者是容易产生表面凹凸的点，通过图像分析或者经验给出若干个异常点，然后从第二图像中确定若干个异常点所在位置的铜膜厚度，最后再根据确定个若干个铜膜厚度计算得到当前平整度。
在本公开方式中，考虑到溅射的铜原子会嵌入到基膜内，在第二图像中确定铜膜厚度可以先以异常点为起点向基膜做垂直的辅助线，然后将基膜表面至异常点的距离作为铜膜厚度。若基膜的表面不便于确定也可以采用其他参考面，本公开对此不做限制。
在本公开方式中，可以计算若干个铜膜厚度的平均值、方差、标准差等参数，并将标准差作为当前平整度的数值。
根据本公开的实施例，步骤S201从所述第一图像上确定若干个异常点，包括：
利用图像识别算法从所述第一图像上确定若干个异常点；或者，
从所述第一图像上选取若干个兴趣点作为异常点。
在本公开方式中，确定异常点可以有两种方式，一种利用图像识别算法自动识别出第一图像上的异常点，另一种可以人工选择兴趣点，将兴趣点作为异常点。其中，兴趣点的选取可以是观察到的表面凹凸的点或者是根据经验判断出的容易产生表面凹凸的点。
在本公开方式中，图像识别算法可以采用贝叶斯分类、K最近邻（KNN）、人工神经网络（ANN）、支持向量机等算法中的一种，具体可以参照现有技术，本公开在此不予赘述。
根据本公开的实施例，所述加工方法还包括：基膜表面的预处理。
在本公开方式中，基膜表面的预处理是为了提高与金属铜膜的结合力，预处理具体可以采用电晕处理，等离子处理等技术或者其他表面处理技术，本公开对此不做限制。
根据本公开的实施例，在继续后续工艺前，所述加工方法还包括：金属铜膜表面的平整处理。其中，所述平整处理可以是打磨、抛光处理等。
根据本公开的实施例，所述后续工艺可以为采用水电镀工艺将金属铜膜增厚至1μm，所述后续工艺也可以采用真空蒸镀加水电镀工艺将金属铜膜增厚至1μm，本公开对此不做限制。
基于相同或者相似的发明构思，本公开还提供一种复合铜箔，采用上述实施例所述的复合铜箔的加工方法制作得到。
具体地，所述复合铜箔的加工方法，包括：
获取基膜在第一预定次数的磁控溅射后的第一图像以及第二图像；
根据所述第一图像以及第二图像确定基膜镀膜后表面的当前平整度；
若所述当前平整度符合预设范围则继续后续工艺；
否则，调整磁控溅射的工艺参数并进行第二预定次数的磁控溅射后继续后续工艺。
根据本公开的实施例，所述第一图像是基膜的表面图像，所述第二图像是基膜厚度方向的图像。
根据本公开的实施例，所述第一预定次数的磁控溅射后的金属铜膜的厚度在10-15nm；所述第二预定次数的磁控溅射后的金属铜膜的厚度在25-40nm。
根据本公开的实施例，所述根据所述第一图像以及第二图像确定基膜镀膜后表面的当前平整度，包括：
从所述第一图像上确定若干个异常点；
在所述第二图像上确定所述若干个异常点所在位置的金属铜膜的厚度；
根据所述金属铜膜的厚度计算得到当前平整度。
根据本公开的实施例，所述从所述第一图像上确定若干个异常点，包括：
利用图像识别算法从所述第一图像上确定若干个异常点；或者，
从所述第一图像上选取若干个兴趣点作为异常点。
根据本公开的实施例，所述加工方法还包括：基膜表面的预处理。
根据本公开的实施例，在继续后续工艺前，所述加工方法还包括：金属铜膜表面的平整处理。
根据本公开的实施例，所述后续工艺为采用水电镀工艺将金属铜膜增厚至1μm。
基于相同或者相似的发明构思，本公开还提供一种电池，包括复合铜箔，复合铜箔作为负极端，采用上述实施例所述的复合铜箔的加工方法制作得到。其中，电池可以是锂电池，也可以是钠电池，本公开对此不做限制。其中，复合铜箔中的基膜为聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET），基膜厚度为3-5μm，金属铜膜的厚度为1μm。具体测试方法为进行充放电循环性能测试，在100℃的测试温度下、充电电压为3V，以1C充放电倍率进行充放电循环，循环2000次观察铜膜无脱落。
以上描述仅为本公开的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本公开中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本公开中公开的（但不限于）具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
Claims (10)
1.一种复合铜箔的加工方法，其特征在于，包括：
获取基膜在第一预定次数的磁控溅射后的第一图像以及第二图像；
根据所述第一图像以及第二图像确定基膜镀膜后表面的当前平整度；
若所述当前平整度符合预设范围则继续后续工艺；
否则，调整磁控溅射的工艺参数并进行第二预定次数的磁控溅射后继续后续工艺。
2.根据权利要求1所述的复合铜箔的加工方法，其特征在于，所述第一图像是基膜的表面图像，所述第二图像是基膜厚度方向的图像。
3.根据权利要求1所述的复合铜箔的加工方法，其特征在于，所述第一预定次数的磁控溅射后的金属铜膜的厚度在10-15nm；所述第二预定次数的磁控溅射后的金属铜膜的厚度在25-40nm。
4.根据权利要求1所述的复合铜箔的加工方法，其特征在于，所述根据所述第一图像以及第二图像确定基膜镀膜后表面的当前平整度，包括：
从所述第一图像上确定若干个异常点；
在所述第二图像上确定所述若干个异常点所在位置的金属铜膜的厚度；
根据所述金属铜膜的厚度计算得到当前平整度。
5.根据权利要求4所述的复合铜箔的加工方法，其特征在于，所述从所述第一图像上确定若干个异常点，包括：
利用图像识别算法从所述第一图像上确定若干个异常点；或者，
从所述第一图像上选取若干个兴趣点作为异常点。
6.根据权利要求1-5任一项所述的复合铜箔的加工方法，其特征在于，所述加工方法还包括：基膜表面的预处理。
7.根据权利要求1-5任一项所述的复合铜箔的加工方法，其特征在于，在继续后续工艺前，所述加工方法还包括：金属铜膜表面的平整处理。
8.根据权利要求1-5任一项所述的复合铜箔的加工方法，其特征在于，所述后续工艺为采用水电镀工艺将金属铜膜增厚至1μm。
9.一种复合铜箔，其特征在于，采用如权利要求1-8任一项所述的复合铜箔的加工方法制作得到。
10.一种锂离子电池，其特征在于，包括如权利要求9所述的复合铜箔。
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2023
- 2023-11-23 CN CN202311568386.1A patent/CN117551973B/zh active Active
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