一种用于锂电池集流体的镀膜工艺流程的制作方法

文档序号:15457837发布日期:2018-09-15 01:40

本发明涉及基材镀膜领域,具体涉及一种用于锂电池集流体的镀膜工艺流程。



背景技术:

随着现代工业技术的发展,基材镀膜需求越来越大。基材镀膜不但具有硬质衬底膜的光电特性,而且具有重量轻、可折叠、不易破碎、便于运输、设备投资少等优点,被广泛应用于高性能汽车贴膜、等离子电视平板显示、触摸屏、太阳能电池等领域。根据不同的应用需求,对所镀膜层的功能性要求也不同,但是总体上,目前各行业对基材膜的功能性要求有越来越高的趋势,膜系结构也趋向于越来越复杂。

蒸发镀膜采用电阻蒸发源提供热源,使低熔点蒸发材料熔化,蒸发或升华成为蒸汽原子,然后沉积到基体表面形成膜层,具有成膜速率快,生产成本低等优点,在光学薄膜、热防护涂层和防腐蚀涂层的制备具有广泛的应用前景。但是热蒸发技术获得的膜层比较粗糙,膜层和基体的结合强度差,并且很容易形成粗大的柱状晶结构和较高的孔隙率,对薄膜的耐腐蚀和抗氧化性能相当不利。

磁控溅射技术(磁控镀膜)利用阴极溅射原理进行镀膜,即氩离子轰击靶材表面,溅射出的原子沉积到基体表面成膜。磁控溅射可以实现大面积均匀膜层的制备,膜层厚度和成份易于精确控制,膜层结构致密性好,获得的膜层附着强度是一般热蒸发镀膜的10倍以上,但是磁控溅射技术却存在沉积速率缓慢,造成生产效率低和成本高的问题。

水镀,即是一般的电镀液电镀。即是针对各种本体和镀层的需要,配水镀液,被镀件置于水镀液中,作轻微晃动,在较短的时间内(如镀银,仅需30秒)即可完成。在基材表面实施金属化电镀工艺可以达到防腐蚀、耐磨、抗刮且外观美丽的装饰功能,因此开拓了基材的应用范围。但这种传统的电镀工艺的前处理(例如含化学除油清洗、粗化、中和、敏化、化学镀镍等各工序)造成大量的污水排放,非常不环保。

中国专利文献CN104087933B公开了一种镀膜方法及其装置,该镀膜方法包括以下步骤:对被镀基材采用真空镀膜方式形成至少一层真空纳米薄膜层;在真空纳米薄膜层的表面采用大气镀膜方式形成至少一层大气纳米薄膜层。所述大气镀膜方式为喷镀,所述被镀基材为蓝宝石基板或铝硅玻璃;所述真空纳米薄膜层为氧化铝和/或氧化硅,总厚度为5-8nm;所述大气纳米薄膜层为含氟硅烷,总厚度为1-3nm。其中,真空镀膜方式包括磁控溅射镀膜、热蒸发镀膜、电子枪式镀膜或多弧离子镀膜,对基材进行真空镀膜可以采用其中的一种或者多种,所形成的真空纳米薄膜层也可以为多层,其总厚度大于5nm。大气镀膜方式包括喷镀、辊镀或浸镀镀膜,镀膜时可同时采用其中的一种或多种。将镀有真空打底镀膜层的基材转移至大气中,在打底层上再镀有一层或多层的大气纳米薄膜,其总厚度大于1nm。

CN104087933B第一方面,主要用的基材是蓝宝石基板或铝硅玻璃,这些基材一般是不用在铝电池中的正或负集流体的基材使用的。例如蓝宝石用来制作白/蓝/绿光LED灯的关键材料;而铝硅玻璃常用来制作手机屏幕盖板材料等。

第二方面,该镀膜方法镀的大气纳米薄膜层为含氟硅烷,而在锂电池的正或负集流体的应用中,一般也不用含氟硅烷的镀层,这是因为含氟硅烷一般用于玻璃产品的自洁,含氟硅烷的低折光率可令玻璃基材起防止光线反射的效果。或者含氟硅烷具有憎水性而作为憎水镀膜使用。含氟硅烷的此两种性质并不能作为锂电池的正或负集流体的镀层使用;

第三方面,其厚度总和一般为6-11nm。在锂电池正或负集流体中,每个镀层的厚度对产品的性能影响很大,一般都需要有较为合适的镀层范围,才能使锂电池的正或负集流体得到稳定的性能。在锂电池正或负集流体的应用,一般并非是厚度范围6-11nm,该厚度范围6-11nm也会使得其镀层方阻较大,而产生对电池性能的不利影响。

因此,尽管CN104087933B公开了不同镀膜方式的组合,但在具体的领域应用上,基材、镀层的性质和镀层的厚度的选择却是千差万别,并不能从一个领域简单地推出另一个领域的应用,仍需要在具体的不同的应用领域里付出创造性的劳动。



技术实现要素:

因此,为克服上述技术问题,本发明的目的在于提供一种用于锂电池集流体的镀膜工艺流程,使得其生产出较为稳定和更良好性能的锂电池集流体。

所采用的技术方案为:

一种用于锂电池集流体的镀膜工艺流程,其是超薄基材上镀金属膜,以获得具有可提高粘合力的镀膜产品,其工艺流程如下,在超薄基材表面先采用磁控镀膜5-50nm,再水镀镀膜600-1000nm;或者工艺流程如下,在超薄基材表面先采用磁控镀膜5-50nm,然后蒸发镀膜100-700nm,最后水镀镀膜100-800nm。

优选地,所述超薄基材为高分子薄膜基材、超薄纤维纸基材、石墨纸基材、纳米纸或高分子与纤维复合超薄薄膜基材。

优选地,所述超薄基材厚度为15微米以下。

优选地,先采用磁控镀膜10nm,再水镀镀膜800nm;或者先采用磁控镀膜10nm,然后蒸发镀膜200nm,最后水镀镀膜700nm。

优选地,基材上镀的金属膜的方阻为10-30毫欧。

优选地,对基材表面进行前处理,同时采用磁控镀Ni膜5-50nm,形成一种具有高粘合力基底的基材。

优选地,对基材表面进行前处理,同时采用磁控镀合金膜5-50nm,采用酸或碱对过渡层进行处理,形成一种具有高粘合力基底的基材。

优选地,对基材表面进行前处理的方法是,先采用包括机械处理、化学处理、表面改性剂处理、火焰处理、等离子体处理、表面接枝及表面涂覆中的一种或多种在基材表面形成多孔结构,再采用同时含有亲有机基团和亲无机基团的表面改性剂浸渍基材表面

本发明的有益效果在于:

在具体的锂电池集流体的应用中,基材、镀层的性质(金属镀层)和镀层的厚度范围是一个较好的选择组合,在此基础上,磁控镀膜与水镀镀膜之间膜层的粘合力得到了最好的性能体现,粘合力比其他的选择组合都要高。

当金属镀膜含有铜镀层时,即可作为锂电池的负集流体;当金属镀膜含有铝电镀层时,即可作为锂电池的正集流体。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明优选的实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种用于锂电池集流体的镀膜工艺流程,其是在超薄纤维纸基材上镀金属膜,基材厚度为10微米。镀金属膜时,先采用磁控镀Zn膜10nm,再水镀镀Cu膜800nm。

实施例2

一种用于锂电池集流体的镀膜工艺流程,其是在石墨纸基材上镀金属膜,基材厚度为10微米。镀金属膜时,先采用磁控镀Zn膜10nm,再水镀镀Cu膜800nm。

实施例3

一种用于锂电池集流体的镀膜工艺流程,其是在纳米纸基材上镀金属膜,基材厚度为10微米。镀金属膜时,先采用磁控镀Zn膜10nm,再水镀镀Cu膜800nm。

实施例4

一种用于锂电池集流体的镀膜工艺流程,其是在高分子薄膜基材(如PET基材)上镀金属膜,基材厚度为3微米。镀金属膜时,先采用磁控镀Zn膜5nm,然后蒸发镀Cu膜100nm,最后水镀镀Ni膜500nm。

实施例5

一种用于锂电池集流体的镀膜工艺流程,其是在高分子薄膜基材上镀金属膜,基材厚度为6微米。镀金属膜时,先采用磁控镀Sn膜10nm,然后蒸发镀Cu膜200nm,最后水镀镀Ti膜700nm。

实施例6

一种用于锂电池集流体的镀膜工艺流程,其是在高分子薄膜基材上镀金属膜,基材厚度为15微米。镀金属膜时,先采用磁控镀Ni膜10nm,然后蒸发镀Al膜300nm,最后水镀镀Ni膜200nm。

实施例7

一种用于锂电池集流体的镀膜工艺流程,其是在高分子薄膜基材上镀金属膜,基材厚度为15微米。先采用喷砂技术(机械处理)在基材表面形成多孔结构,再采用含有亲有机基团和亲无机基团的表面改性剂浸渍基材表面。在多孔结构的基材表面镀金属膜时先采用磁控镀Ni膜10nm,采用酸或碱对过渡层进行处理,然后蒸发镀Al膜300nm,最后水镀镀Ni膜200nm。

实施例8

一种用于锂电池集流体的镀膜工艺流程,其是在高分子薄膜基材上镀金属膜,基材厚度为15微米。先采用喷砂技术在基材表面形成多孔结构,再采用含有亲有机基团和亲无机基团的表面改性剂浸渍基材表面。在多孔结构的基材表面镀金属膜时先采用磁控镀ZnNi合金膜10nm,采用酸或碱对过渡层进行处理,然后蒸发镀Al膜300nm,最后水镀镀Ni膜200nm。

对比例1

一种用于锂电池集流体的镀膜工艺流程,其是在纳米纸基材上镀金属膜,基材厚度为3微米。镀金属膜时,先采用磁控镀Zn膜3nm,然后蒸发镀Cu膜80nm,最后水镀镀Ni膜700nm。

对比例2

一种用于锂电池集流体的镀膜工艺流程,其是在纳米纸基材上镀金属膜,基材厚度为11微米。镀金属膜时,先采用磁控镀Ni膜60nm,然后蒸发镀Al膜700nm,最后水镀镀Ni膜50nm。

对比例3

一种用于锂电池集流体的镀膜工艺流程,其是在高分子薄膜基材上镀金属膜,基材厚度为16微米。镀金属膜时,先采用磁控镀Ni膜10nm,然后蒸发镀Al膜300nm,最后水镀镀Ni膜200nm。

将实施例1-8进行测试,得到基材上的镀膜层与基材的粘合力更强,比非金属镀膜以及非纸质基材镀膜、非高分子薄膜基材镀膜都提高了至少50%,尤其是实施例4-6的粘合力比实施例1-3的粘合力更强,而最优的是实施例4,提高的幅度最大。

将对比例1-2进行测试,对比例1-2的基材上的镀膜层与基材的粘合力,比实施例1-4基材上的镀膜层与基材的粘合力均要低。

将对比例3进行测试,对比例3的产品的能量密度要低于实施例1-8,实施例4产品的能量密度比对比例3产品的能量密度提高了至少10%,有较大幅度的提高,说明超薄基材最优的厚度为15微米以下。

实施例1-8的金属膜的方阻为10-30毫欧,此方阻对锂电池集流体的电池有较好的稳定作用。

实施例7是为了进一步提高粘合力,在基材表面多孔结构上镀一层5-50nm的金属如Ni作为过渡层,再进行镀膜,可进一步提高粘合力20%以上。

实施例8是为了进一步提高粘合力,在基材表面形成多孔结构,在基材表面多孔结构上镀一层5-50nm的合金作为过渡层,采用酸或碱对过渡层进行处理,再进行镀膜可提高粘合力50%以上。

实施例7-8使用表面活性剂可以提高镀膜的附着能力。在高分子薄膜与金属膜之间起到促进粘合的作用。表面活性剂同时含有亲有机基团和亲无机基团,可以实现一端亲有机(高分子薄膜)一端亲无机(金属膜),从而起到促进粘合,提高粘合力的作用。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明,它们并非用以限制本发明的保护范围,凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

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