TWI617076B

TWI617076B - 電池集電層的製造方法

Info

Publication number: TWI617076B
Application number: TW105102583A
Authority: TW
Inventors: 楊斐琳
Original assignee: 華碩電腦股份有限公司
Priority date: 2016-01-27
Filing date: 2016-01-27
Publication date: 2018-03-01
Also published as: US20170214056A1; TW201727978A

Abstract

本案提供一種電池集電層的製造方法，其步驟如下。於薄膜的表面上形成離型層。於離型層上形成附著層。於附著層上形成金屬層。移除薄膜以及離型層。

Description

電池集電層的製造方法

本案是有關於一種集電層的製造方法，且特別是有關於一種薄化厚度的集電層的製造方法。

電池的工作原理主要由正負電極與電解質之間產生氧化還原反應以組成循環系統，進而產生電流。當電池釋放電力時，離子由負極材料中逸出，經由電解液嵌入到正極材料之中，同時電子由外電路流向正極因而產生電流。電池的正負電極塗布在集電層上，集電層的功能是在電池充放電時，作為電子的導體。

本案提供一種電池集電層的製造方法，其步驟包含:於薄膜的表面上形成離型層；於離型層上形成附著層；於附著層上形成金屬層；以及移除薄膜以及離型層。

為讓本案的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

參照本實施例之圖式以更全面地闡述本發明。然而，本發明亦可以各種不同的形式體現，而不應限於本文中所述之實施例。圖式中的層與區域的厚度會為了清楚起見而放大。

圖1是依照本案第一實施例的集電層的製造流程圖。圖2A至圖2D是依照本案第一實施例的集電層的製造流程之剖面示意圖。

請參照圖1與圖2A，本實施例提供一種集電層的製造方法，其步驟如下。首先，提供薄膜100。在一實施例中，薄膜100的材料可例如是聚對苯二甲酸乙二酯（PET）、聚碳酸酯（PC）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）或其組合。但本發明不以此為限，在其他實施例中，薄膜100的材料可例如是其他合適的樹脂材料。在一實施例中，薄膜100的厚度可介於50 μm~300 μm之間。

接著，進行步驟S100，於薄膜100的表面102上形成離型層104。形成離型層104的方法例如是先塗布離型劑於薄膜100的表面102上，接著對離型劑進行乾燥處理而形成離型層104。在一實施例中，所述乾燥處理可例如是在25℃~70℃下進行烘乾乾燥。雖然在圖2A中所繪示的表面102位於薄膜100的上方，但本發明不以此為限。在其他實施例中，表面102亦可位於薄膜100的下方。

離型劑包括含氟有機化合物、含氯聚合物、含矽有機化合物或其組合。在一實施例中，含氟有機化合物可例如是聚四氟乙烯（PTEF）、聚偏二氟乙烯（PVDF）、氟化乙烯丙烯共聚物（FEP）或其組合。在一實施例中，含氯聚合物可例如是聚氯乙烯（PVC）。在一實施例中，含矽有機化合物可例如是聚酯（polyester）、矽酮樹脂或其組合。然而，本發明並不以離型劑的材料為限，其他具有低表面能且不易與相鄰材料反應之特性的材料皆可適用。

請參照圖1、圖2A以及圖2B，接著可選擇性地進行步驟S102，對離型層104的表面103進行表面處理，而形成表面粗化的離型層104a。在一實施例中，所述表面處理可例如是電漿處理、離子源處理、電火花處理或其組合。但本發明不以此為限，在其他實施例中，只要是能將離型層104a的表面粗化的表面處理皆為本案的範疇。

值得注意的是，本實施例可藉由步驟S102中對離型層104進行表面處理，提高離型層104a的表面103之表面能，藉此使得表面103粗化且具有凹凸表面。因此，所述經粗化的表面103可增加本實施例之離型層104a與後續所形成的附著層106（如圖2C所示）之間的附著力，以避免附著層106剝離的問題。

請參照圖1、圖2B以及圖2C，接著進行步驟S104，於離型層104a上形成附著層106。在一實施例中，附著層106可用以增加離型層104a與後續形成的金屬層108的附著力（adhesion），以避免後續形成的金屬層108剝離的問題。在一實施例中，附著層106的材料可例如是氧化矽、氧化鈦或其組合。附著層106的厚度可例如是小於0.1 μm，其形成方法可例如是乾式沈積法。所述乾式沈積法可例如是物理氣相沈積法、原子層沈積法或其組合。物理氣相沈積法可例如是濺鍍、蒸鍍或電子槍蒸鍍（E-Gun Evaporation）。但本案不以此為限，在其他實施例中，只要是製程溫度低於150℃的乾式沈積法皆為本案的範疇。

此外，本實施例可藉由所述乾式沈積法來形成附著層106，並藉由經粗化的表面103以增加附著層106與離型層104a之間的附著力，因此，附著層106的厚度可控制在0.1 μm以下，以避免後續用以當作電極集電層時容易產生導電性不佳的問題。

接著，請繼續參照圖1以及圖2C，進行步驟S106，於附著層106上形成金屬層108。金屬層108的材料包括銅、鋁、鎳、錫或其組合。在一實施例中，形成金屬層108的方法包括乾式沈積法。所述乾式沈積法包括物理氣相沈積法（PVD）、原子層沈積法（ALD）或其組合。物理氣相沈積法（PVD）例如是濺鍍、蒸鍍或電子槍蒸鍍。但本案不以此為限，在其他實施例中，只要是製程溫度低於150℃的乾式沈積法皆為本案的範疇。

在另一實施例中，形成金屬層108的方法可例如是濕式沈積法。所述濕式沈積法包括電鍍、化學鍍或其組合。值得注意的是，當金屬層108的形成方法為濕式沈積法時，在形成金屬層108之前，可先在附著層106的表面105上形成活化層，所述活化層包括至少一金屬元素，其可作為金屬觸媒，以加速後續金屬層108的沈積。在一實施例中，所述活化層的形成方式可例如是以氯化鈀、氯化釕、氯化鉈或其組合的材料作為電解液，以對附著層106的表面105進行活化與敏化處理，使得所述金屬鈀、釕或鉈附著在附著層106的表面上，以提高附著層106的導電性與活性。

需注意的是，由於上述乾式沈積法或濕式沈積法可解決習知技術中材料壓延效應與輾壓設備的厚度的限制，因此，本實施例之金屬層108的厚度可控制在3 μm以下。在一實施例中，金屬層108的厚度可例如介於0.5 μm至2.5 μm之間。

請參照圖1、圖2C以及圖2D，進行步驟S108，移除薄膜100與離型層104a。移除薄膜100與離型層104a之後，僅留下附著層106與金屬層108。由於附著層106的厚度非常薄（例如是小於0.1 μm），故金屬層108仍可保持良好的導電性。

至此，已完成本實施例中金屬層108的製造，所製造的金屬層108可應用於例如是電池單元中正極與負極的集電層。所述正極與負極可相互堆疊，以形成電池。因此，當本實施例之單一個金屬層108（正極或負極的集電層）的厚度變薄時，相互堆疊的電池的整體厚度也會隨之降低，進而增加整體電池的使用空間。如此一來，本實施例便可提升整體電池的效能。

值得一提的是，在不同種類的電池中，金屬層108的材料亦有所不同。舉例來說，在鋰離子電池中，其正極的集電層可例如是鋁；而其負極的集電層可例如是銅。但本案不以電池的種類為限，只要正極極板材料與負極極板材料之間具有氧化電位差，皆為本發明的範疇。另外，在鎳氫電池中，則可利用鎳來當作正極的集電層。

圖3是依照本案第二實施例的集電層的製造流程圖。

請同時參照圖1與圖3，本實施例的集電層的製造方法包括以下步驟。首先進行步驟S200，於薄膜的相對兩側上分別形成兩離型層。接著，可選擇性地進行步驟S202，對兩離型層進行表面處理。接著，依序進行步驟S204與步驟S206，於兩離型層上分別形成兩附著層，再於兩附著層上形成兩金屬層。最後，進行步驟S208，移除薄膜以及兩離型層，以分別形成兩層由金屬層與附著層所構成的複合層。由於薄膜、離型層、附著層以及金屬層的材料、厚度以及形成方法已於上述段落詳細說明過，於此便不再贅述。

基於上述，本案藉由乾式沈積法與濕式沈積法在離型層上形成金屬層，其可以控制金屬層的厚度小於3 μm。因此，當所述金屬層用以當作電池的集電層時，其可降低整體電池的厚度，並提升電池效能。此外，在形成金屬層之前，本發明可先在離型層上形成附著層，以增加金屬的附著力且避免金屬層剝離。

另外，在另一實施例中亦可在一層薄膜的相對兩側上分別形成金屬層，故移除薄膜與兩離型層之後可得到彼此分離的兩層由金屬層與附著層所構成的複合層。因此，此實施例的製造方法具有降低成本的功效。

雖然本案已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本案，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本案的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

S100、S102、S104、S106、S108、S200、S202、S204、S206、S208‧‧‧步驟
100‧‧‧薄膜
102、103、105‧‧‧表面
104、104a‧‧‧離型層
106‧‧‧附著層
108‧‧‧金屬層

圖1是依照本案第一實施例的集電層的製造流程圖。圖2A至圖2D是依照本案第一實施例的集電層的製造流程之剖面示意圖。圖3是依照本案第二實施例的集電層的製造流程圖。

S100、S102、S104、S106、S108‧‧‧步驟

Claims

一種電池集電層的製造方法，包括：於一薄膜的表面上形成一離型層；於該離型層上形成一附著層；於該附著層上形成一金屬層；以及移除該薄膜以及該離型層，其中在於該離型層上形成該附著層之前，對該離型層進行一表面粗化處理。
如申請專利範圍第1項所述的電池集電層的製造方法，其中於該薄膜的表面上形成該離型層的方法包括：塗布一離型劑於該薄膜的該表面上；以及對該離型劑進行乾燥處理。
如申請專利範圍第2項所述的電池集電層的製造方法，其中該離型劑包括一含氟有機化合物、一含氯聚合物、一含矽有機化合物或其組合。
如申請專利範圍第3項所述的電池集電層的製造方法，其中該含氟有機化合物包括聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、氟化乙烯丙烯共聚物或其組合。
如申請專利範圍第3項所述的電池集電層的製造方法，其中該含氯聚合物包括聚氯乙烯，該含矽有機化合物包括聚酯、矽酮樹脂或其組合。
如申請專利範圍第1項所述的電池集電層的製造方法，其中該表面粗化處理包括電漿處理、離子源處理、電火花處理或其組合。
如申請專利範圍第1項所述的電池集電層的製造方法，其中該附著層的材料包括氧化矽、氧化鈦或其組合。
如申請專利範圍第1項所述的電池集電層的製造方法，其中形成該金屬層的方法包括一濕式沈積法，該濕式沈積法包括電鍍、化學鍍或其組合。
如申請專利範圍第1項所述的電池集電層的製造方法，其中該薄膜的材料包括聚對苯二甲酸乙二酯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯或其組合。