电池材料镀膜控制方法及计算机可读存储介质与流程

本发明涉及电池技术领域，特别涉及电池材料镀膜控制方法及计算机可读存储介质。

背景技术：

目前常用的全固态薄膜锂电池，电池材料都是采用镀膜方法一层一层的沉积上去的。但是制备出来的薄膜就是材料均一的成分。通常，对于电极薄膜材料本身的研发，需要尝试不同的材料混合，材料的成分不一样，比例不一样的组合。这样的尝试按照现有的方法和设备非常耗时，效率低下。

对于现有全固态薄膜锂电池，薄膜的电池材料一般都是钴酸锂(licoo3)，或现在比较流行的三元材料(limnnicoox)。但是如果我们要进一步的研发新的电池材料，比如尝试不同电池材料成分之间的组合，不同的比例以此来开发新的材料体系，就需要把不同的材料成分按照不同的比例来进行测试。

比如我们想要把锰酸锂(limnox)和镍酸锂(liniox)组合开发新的材料体系。按照现有的传统方法，就要沉积limnox的薄膜，然后在沉积liniox薄膜组合在一起(或者先沉积liniox薄膜，再沉积limnox的薄膜)，沉积好这个混合薄膜(电池材料测试中间体)后，再来测试材料的性能。但是一旦这样两种薄膜沉积出来，他们的化学成分和比例是固定的，无法变化的。如果要尝试新的配比，那就需要再次沉积这样的两种薄膜混合体，再来测试其性能。只有这样重复多次，做多次的沉积及样品的准备，才可能找到最佳的成分比，由此可见，现有的镀膜方法效率极其低下。

技术实现要素：

本发明的主要目的是提供一种电池材料镀膜控制方法，旨在解决现有镀膜方法效率低下问题。

为实现上述目的，本发明提出的电池材料镀膜控制方法，用以控制电池材料镀膜设备镀膜，所述电池材料镀膜设备包括壳体、靶材轰击装置、靶材置放装置、样品台和设置于所述样品台与所述靶材置放装置之间的挡板，所述靶材置放装置、样品台和所述挡板设置于所述壳体内，所述控制方法包括如下步骤：

a:开启所述靶材轰击装置轰击靶材置放装置上的第一电池材料；

b:在所述挡板由初始位置沿第一方向位移至预设位置的过程中，关闭所述靶材轰击装置；

c:在所述挡板位移至所述预设位置时，开启所述靶材轰击装置轰击靶材置放装置上的第二电池材料；

d:控制所述挡板沿第一方向或第二方向平移l1；

其中，在关闭所述靶材轰击装置时，所述挡板沿第一方向位移量为l1，所述挡板在所述第一方向上的宽度为l0，l1≤l0；所述挡板由所述初始位置移动至所述预设位置时的位移量为s；

在步骤d中，当所述挡板沿第一方向平移l1时，s＝l0；当所述挡板沿第二方向平移l1时，s＝l0+l1，所述第一方向与所述第二方向相反。

在一实施例中，所述步骤d中，挡板沿第二方向平移，所述步骤b包括：

b1:控制所述挡板沿第一方向平移l1后停止；

b2:在所述挡板停止时或停止后的预设时间内，关闭所述靶材轰击装置；

b3:在关闭所述靶材轰击装置后，控制所述挡板继续平移至所述预设位置。

在一实施例中，在控制所述靶材轰击装置轰击靶材置放装置上的第一电池材料之前还包括步骤s1：控制所述样品台加热至450℃～550℃；在步骤s1与步骤a之间还包括步骤s2：控制所述样品台加热至600℃～700℃。

在一实施例中，所述电池材料镀膜设备还包括真空源，在步骤s1与步骤s2之间，还包括步骤s3：控制所述真空源对所述壳体抽真空，以使真空度达到10^-8～10^-10torr。

在一实施例中，所述电池材料镀膜设备还包括氧气源，在步骤s2与步骤s3之间还包括步骤s4：向所述壳体内注入氧气，以使所述壳体内氧气气压达到0.1～100mtorr。

在一实施例中，所述挡板由初始位置沿所述第一方向平移l1的移动速率为v1，所述挡板由所述预设位置沿第二方向平移l1的移动速率为v2，v1和v2均匀且相等。

在一实施例中，v1和v2为10^-5m/s～10^-4m/s。

在一实施例中，l0≥1.5l1。

在一实施例中，所述靶材轰击装置为脉冲激光源、溅射气体源或电子束蒸发枪。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有镀膜处理程序，所述镀膜处理程序被处理器执行时实现如下步骤：

a:开启所述靶材轰击装置轰击靶材置放装置上的第一电池材料；

b:在所述挡板由初始位置沿第一方向位移至预设位置的过程中，关闭所述靶材轰击装置；

c:在所述挡板位移至所述预设位置时，开启所述靶材轰击装置轰击靶材置放装置上的第二电池材料；

d:控制所述挡板沿第一方向或第二方向平移l1；

其中，在关闭所述靶材轰击装置时，所述挡板沿第一方向位移量为l1，所述挡板在所述第一方向上的宽度为l0，l1≤l0；所述挡板由所述初始位置移动至所述预设位置时的位移量为s；

在步骤d中，当所述挡板沿第一方向平移l1时，s＝l0；当所述挡板沿第二方向平移l1时，s＝l0+l1，所述第一方向与所述第二方向相反。

本发明的技术方案可以把两种电池材料有效的沉积在一起，得到两种材料从低到高不同成分配比的变化，在进行电极测试时，可以快速找到两种电池材料的最佳配比，也就是只需要一次制备该电池材料中间体，即可从该电池材料中间体中找到两种材料的较佳配比，也即符合条件的电池材料中间体的制备效率大大提升。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为实施本发明控制方法的电极材料镀膜设备的结构示意图；

图2为图1中电极材料镀膜设备镀完第一电极层时的状态图；

图3为图2中挡板位移至预设位置时的状态图；

图4为电极材料镀膜设备镀完第二电极层时的状态图；

图5为本发明电极材料镀膜控制方法一实施例的流程图；

图6为本发明电极材料镀膜控制方法另一实施例的流程图；

图7为本发明电极材料镀膜控制方法又一实施例的流程图；

图8为电池材料测试中间体的结构示意图；

图9为图8中两电极层中第二电极层所占百分配比与两电极点的位置对应图。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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的一部分实施例，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。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明实提出了一种电池材料镀膜控制方法及计算机可读存储介质，下述内容将以具体实施例结合说明书附图进行详细介绍。

参照图1至图4，本发明提出一种电池材料镀膜控制方法，用以控制电池材料镀膜设备20镀膜，所述电池材料镀膜设备20包括壳体、靶材轰击装置、靶材置放装置23、样品台29和设置于所述样品台29与所述靶材置放装置23之间的挡板24，所述靶材置放装置23、样品台29和所述挡板24设置于所述壳体内。

具体而言，在外壳21内，靶材置放装置23是用于置放电池材料的，通常需要放置两种电池材料，对于全固态薄膜锂电池系统而言，薄膜的电池材料可以是镍酸锂和锰酸锂的组合。对于固体氧化物燃料电池系统而言，其电解质材料为氧化锆和氧化铈。在此，靶材置放装置23可以单独置放一种电池材料，待需要用到另一种电池材料镀膜时，可以手动更换另一种电池材料。当然，靶材置放装置23可以是具有两个及以上的靶材置放位，两个靶材置放位上同时置放两种电池材料；也可以是靶材置放装置23有两个，两个靶材置放装置23上可以分别对应置放两种电池材料，需要用到哪种电池材料，即可对哪种材料进行溅射处理。

由于在进行镀膜时，电池材料是向下溅射的，向下溅射的电池材料粉末容易受到气流干扰，在此，外壳21主要给内部薄膜的形成提供一个稳定的环境，例如避免外部气流的影响。

样品台29主要是用于置放衬底22的，样品台29与靶材置放装置23之间的间距在50mm～100mm之间。对于不同的薄膜而言，可以根据薄膜的类型而更换更匹配度更好的衬底22。例如对于全固态薄膜锂电池系统而言，srtiox氧化物的晶体结构和liniox、limnox晶格结构类似，晶格结构类似，薄膜之间的衔接好，晶格匹配好，薄膜不容易脱落，后续沉积出来的电池材料的薄膜质量高。所以这样能更好的保证沉积的薄膜晶格之间相互匹配，衬底22的最佳选择是srtiox。但是一方面srtiox的价格较昂贵，所以，即便采用srtiox作衬底22，其厚度也需要受到严格控制。另一方面，srtiox的强度不如siox。所述衬底22可以由siox和srtiox组合，srtiox镀于siox上，共同形成衬底22。再例如对于固体氧化物燃料电池系统而言，al2o3的晶体结构同氧化锆和氧化铈晶格结构类似，所以这样能更好的保证沉积的薄膜晶格之间相互匹配，衬底22的最佳选择是al2o3。

样品台29与挡板24之间的间距需要控制在0.1mm～10mm之间，这是因为衬底22较薄，薄膜也较薄，通常是纳米级别的，如果样品台29与挡板24之间的间距偏小，在制造时，需要严格控制挡板24与样品台29之间的间距。因为挡板24在移动过程中，可能会触碰到衬底22或样品台29，如此难以形成薄膜。如果样品台29与挡板24之间的间距偏大，那么在镀膜时，薄膜的分界线不分明，薄膜成型效果也不佳，最终可能会影响测试结果。基于此，在本实施例中，样品台29与挡板24之间的间距可以是0.3mm、0.5mm、0.8mm、1mm、1.2mm、1.5mm、1.6mm、1.8mm、2.0mm、2.2mm、2.4mm、2.5mm、2.8mm、3.0mm、3.2mm、3.5mm、3.6mm、3.8mm、4.0mm、4.2mm、4.5mm、4.8mm、5.0mm、6mm、7mm、8mm、9mm等都是可以的。

下述内容将对控制方法作详细介绍，请参阅图5：

a:开启所述靶材轰击装置轰击靶材置放装置23上的第一电池材料，在此是通过靶材轰击装置轰击靶材，使靶材向下溅射。

b:在所述挡板24由初始位置沿第一方向位移至预设位置的过程中，关闭所述靶材轰击装置。挡板24在第一方向上位移，位移的过程中中断靶材轰击装置对第一电池材料的轰击，从而靶材不再朝向衬底22溅射，此时第一电池材料在衬底22上沉积形成第一电极层11。

c:在所述挡板24位移至所述预设位置时，开启所述靶材轰击装置轰击靶材置放装置23上的第二电池材料。在关闭靶材轰击装置轰击第一电池材料时，挡板24可以是停止预设时间的，因为关闭靶材轰击装置轰击第一电池材料时，挡板24上方的空间内还存在少量即将沉积的靶材粉末，此时控制挡板24停止运行，可以使镀好的第一电极层11界限更分明，从而减小后期对电阻的测定误差。

d:控制所述挡板24沿第一方向或第二方向平移l1。在此，挡板24的移动方向是可以选择的。定义第一方向为自左向右，挡板24的预设位置可以有两个，一个是当挡板24的左端与薄膜的左边对齐时挡板24的位置；另一个是当挡板24的左端与薄膜的右边对齐时挡板24的位置。需要说明的是，薄膜的左边是指代薄膜的楔形部分(左低右高)的左边，薄膜的右边是指代薄膜的楔形部分的右边。

下面针对两种情况分别阐述。

当所述挡板24沿第一方向平移l1时，其前提是挡板24的左端与薄膜的左边平齐。也就是在关闭所述靶材轰击装置时，所述挡板24沿第一方向位移量为l1，所述挡板24在所述第一方向上的宽度为l0，l1≤l0；所述挡板24由所述初始位置移动至所述预设位置时的位移量为s，s＝l0。

当所述挡板24沿第二方向平移l1时，其前提是挡板24的左端与薄膜的右边平齐。也就是在关闭所述靶材轰击装置时，所述挡板24沿第一方向位移量为l1，所述挡板24在所述第一方向上的宽度为l0，l1≤l0；所述挡板24由所述初始位置移动至所述预设位置时的位移量为s，s＝l0+l1，所述第一方向与所述第二方向相反。

请参阅图8和图9，待第一电极层11和第二电极层12镀完之后，电池材料测试中间体10就形成了，可以将电池材料测试中间体10串入电路中。一个电极n1连接第一电极层11的下表面，另一个电极m1连接第二电极层12的上表面(两电极位于垂直于衬底22的同一直线上)，然后多次调节两电极的位置(m2和n2、m3和n3、m4和n4、m5和n5、m6和n6)，从而可以获取多组电阻值数据，通过多组电阻值数据可以得到两电池材料的配比与电阻值的关系，进而可以从中挑选最佳配比。

请参阅图9，m1和n1对应的第二电极层12占据整个电极层比重的100％，m2和n2对应的第二电极层12占据整个电极层比重的95％，m3和n3对应的第二电极层12占据整个电极层比重的85％、m4和n4对应的第二电极层12占据整个电极层比重的60％，m5和n5对应的第二电极层12占据整个电极层比重的40％，m6和n6对应的第二电极层12占据整个电极层比重的0％。

本发明的技术方案可以把两种电池材料有效的沉积在一起，得到两种材料从低到高不同成分配比的变化，在进行电极测试时，可以快速找到两种电池材料的最佳配比，也就是只需要一次制备该电池材料中间体，即可从该电池材料中间体中找到两种材料的较佳配比，也即符合条件的电池材料中间体的制备效率大大提升。

请参阅图6，在上一实施例的基础上，为了使薄膜的界限更分明，在本实施例中，所述步骤d中，挡板24沿第二方向平移，所述步骤b包括：

b1:控制所述挡板24沿第一方向平移l1后停止。

b2:在所述挡板24停止时或停止后的预设时间内，关闭所述靶材轰击装置。

b3:在关闭所述靶材轰击装置后，控制所述挡板24继续平移至所述预设位置。

在镀膜前，衬底22上可能存在杂质，杂质对薄膜的成型有影响，也有可能会直接影响薄膜的导电性能，例如衬底22上存在水份、有机物等。鉴于此，在本实施例中，在步骤a之前还包括步骤s1：控制所述样品台29加热至450℃～550℃。样品台29内设置有加热装置28，通过加热装置28加热衬底22，从而可以去除衬底22上的杂质，而去除衬底22上的杂质的有效温度通常需要在500℃左右。另外，在镀膜时，为了使电池材料更容易沉积形成薄膜，在本实施例中，在步骤s1与步骤a之间还包括步骤s2：控制所述样品台29加热至600℃～700℃。加热装置28加热温度偏低不利于电池材料(氧化膜)沉积。

请参阅图7，镀膜时，外壳21内的气体流动会影响电池材料的沉积位置，从而影响薄膜的最终形状。鉴于此，在本实施例中，所述电池材料镀膜设备20还包括真空源27，在步骤s1与步骤s2之间，还包括步骤s3：控制所述真空源27对所述壳体抽真空，以使真空度达到10^-8～10^-10torr。在此，为了使壳体内具有较好的真空度，在对客体进行抽真空时，需要使壳体内的真空度高于10^-8torr，例如10^-8torr、5×10^-9torr、2×10^-9torr、10^-9torr。

对于氧化物薄膜，壳体内需要保持一定的氧气气压。在本实施例中，所述电池材料镀膜设备20还包括氧气源26，在步骤s2与步骤a之间还包括步骤s3：向所述壳体内注入氧气，以使所述壳体内氧气气压达到0.1～100mtorr，同时真空度也要达到10^-4～10^-6torr。

请参阅图8，在镀膜时，挡板24由初始位置沿第一方向平移的速率为v1，所述挡板24由所述预设位置沿第二方向平移l1的移动速率为v2，挡板24移动的速率可以一直匀速，也就是v1和v2可以始终是均匀的，如此形成的第一电极层11与第二电极层12之间的接触面是平直的斜面。当然，v1可以是自左向右逐渐减小，v2自右向左逐渐增大，最终第一电极层11与第二电极层12之间的接触面是向上凸的弧面。还可以是v1自左向右逐渐增大，v2自右向左逐渐减小，最终第一电极层11与第二电极层12之间的接触面是向下凹的弧面。还可以是挡板24沿第一方向间歇性移动，同样挡板24沿第二方向也是间歇性移动，如此，第一电极层11与第二电极层12之间的接触面是台阶状。

所述挡板24由初始位置沿所述第一方向平移l1的移动速率为v1，所述挡板24由所述预设位置沿第二方向平移l1的移动速率为v2，v1和v2均匀且相等。如此，最终第一电极层11和第二电极层12之间可以形成平直的斜面，得到两种材料可以覆盖0％到100％的所有变化，只需要一次制备该电池材料中间体，即可从该电池材料中间体中找到两种材料的最佳配比。

由于薄膜的厚度是纳米级的，所以对挡板24的移动速度控制较严格。挡板24不能移动偏快，挡板24的移动速度必须处于一个极低的状态。在本实施例中，v1和v2为10^-5m/s～10^-4m/s。

上述内容述及了l0≥l1的，为了保证镀膜质量，l0不可过于接近l1，这是因为镀膜时存在衍射现象，如果l0接近l1，那么在当镀完第一电极层11时，第一电极层11的左端界限不分明，当镀完第二电极层12时，第二电极层12时，第二电极层12的右端界限不分明，最终会导致电池材料测试中间体10的两个端点难以确认，从而容易测试不准确。在本实施例中，l0≥1.5l1。当然，最佳的，l0也不可比l1大太多(涉及到控制精度问题)，在此，1.5l1≤l0≤3l0。

靶材轰击装置可以有多种，所述靶材轰击装置为脉冲激光源，其采用激光脉冲沉积(pulsedlaserdeposition，pld)的方式，所述脉冲激光源安装于所述外壳21，用以轰击靶材。在此脉冲激光源安装在外壳21内部或外侧都可以，放置在外侧，造价便宜，因为这样真空腔就小；激光源本身较小，从而可以放置在内侧，然而真空腔就必须做大，真空腔一大，造价就会偏高。所述靶材轰击装置也可以是溅射气体源，所述溅射气体源安装于所述外壳21内(因为溅射气体源是往真空腔通氩气的等离子气体，只能在真空腔内进行)，所述溅射气体源通过等离子气体轰击靶材，也就是通过sputter沉积的方式。所述靶材轰击装置还可以是电子束蒸发枪，所述电子束蒸发枪安装于所述外壳21内，用以轰击靶材，也就是采用分子束外延生长(molecularbeamepitaxy,mbe)的方式。

对于激光源而言，激光光源的波长为250nm～270nm，激光能量为每个脉冲为1j/cm²～3j/cm²，激光脉冲频率约为5hz～10hz。在其开启后，激光冲击靶材，被击落的靶材开始沉积在衬底22上，形成薄膜。对于溅射气体源而言，其主要是通过ar⁺冲击靶材，被击落的靶材开始沉积在衬底22上，形成薄膜。对于，电子束蒸发枪而言，其主要通过高速电子流冲击靶材，被击落的靶材开始沉积在衬底22上，形成薄膜。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有镀膜处理程序，所述镀膜处理程序被处理器执行时实现如下步骤：

a:开启所述靶材轰击装置轰击靶材置放装置上的第一电池材料；

b:在所述挡板由初始位置沿第一方向位移至预设位置的过程中，关闭所述靶材轰击装置；

c:在所述挡板位移至所述预设位置时，开启所述靶材轰击装置轰击靶材置放装置上的第二电池材料；

d:控制所述挡板沿第一方向或第二方向平移l1；

其中，在关闭所述靶材轰击装置时，所述挡板沿第一方向位移量为l1，所述挡板在所述第一方向上的宽度为l0，l1≤l0；所述挡板由所述初始位置移动至所述预设位置时的位移量为s；

在步骤d中，当所述挡板沿第一方向平移l1时，s＝l0；当所述挡板沿第二方向平移l1时，s＝l0+l1，所述第一方向与所述第二方向相反。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。