一种微孔薄膜表面沉积装置及方法与流程

本申请涉及二次电池用隔膜制造领域，特别涉及到一种微孔薄膜表面沉积装置及方法。

背景技术：

目前，采用液体电解液的二次电池体系如锂离子电池等需要采用隔膜材料阻隔正负极，避免短路。隔膜材料主要包括由聚乙烯(pe)、聚丙烯(pp)、聚四氟稀(ptfe)等高分子聚合材料制成的含有微孔结构的聚合物膜或无纺布。电解液存在于微孔结构中，实现离子在正负极之间的传导。

为了提高隔膜材料的耐热性和电化学性能，市场上大多数采用pp/pe微孔膜上涂覆氧化物颗粒形成陶瓷层并得到了一定的改善，但涂覆的陶瓷层厚度一般为1-4um，且大多涉及到无机微纳米颗粒与隔膜聚合物之间的粘结、微纳米颗粒物的团聚及隔膜多孔性的保持问题，存在无法避免的技术缺陷，

为克服上述缺陷，提出一种通过沉积方式在隔膜表面沉积氧化物的方法。如公开号为cn106960933a的中国专利申请，公开了一种“耐热性及关闭特性优异的二次电池用隔膜”，该技术方案通过在高分子基材的至少一个表面上通过原子层沉积法(ald)形成耐热涂层，克服了涂覆工艺的缺陷，能够实现隔膜耐热性的提高及关闭特性的提高，从而能够提高电池安全性。但是，在该技术方案中，是通过现有的ald设备对基材进行处理，且不同气相前驱体交替地通入反应器在基材上进行化学吸附并反应形成沉积膜，即对基材需要进行多次原子沉积以形成均匀稳定的耐热涂层。因此，现有技术中缺少一种专门应用于微孔薄膜材料的沉积设备，不能进行连续的、高效的沉积处理。

技术实现要素：

本申请的目的是提供一种微孔薄膜表面沉积设备及方法，用于在二次电池用隔膜材料表面沉积氧化物。

为实现上述目的，本申请实施例采用以下技术方案：一种微孔薄膜表面沉积装置，包括：箱体，微孔薄膜从该箱体中部穿过，箱体具有若干第一区域和若干第二区域，第一区域和第二区域交替设置；若干通气管，该通气管均匀分布在微孔薄膜的上方，通气管插入箱体，通气管连接气源，通气管用于向微孔薄膜表面通气，通气管包括：第一通气管，该第一通气管设置在第一区域内，第一通气管用于向箱体内通入第一反应气体；第二通气管，该第二通气管设置在第二区域内，第二通气管用于向箱体内通入第二反应气体。

在上述技术方案中，本申请实施例通过在箱体内划分若干不同的区域，并在不同区域中通入特定气体，使微孔薄膜在穿过箱体的移动过程中，第一通气管、第一通气管对微孔薄膜表面的不同部分同时进行通气，即可实现多次ald循环。

进一步地，根据本申请实施例，其中，上述箱体还包括若干第三区域，第三区域设置在任意一对的第一区域和第二区域之间。

进一步地，根据本申请实施例，其中，上述通气管还包括第三通气管，第三通气管设置在第三区域内，第三通气管用于向箱体内通入非反应气体。

进一步地，根据本申请实施例，其中，上述通气管与微孔薄膜表面之间的距离为0.2-2cm。

进一步地，根据本申请实施例，其中，箱体还包括红外线加热装置，该红外线加热装置对箱体内部进行加热，保证箱体内的第一反应气体和第二反应气体的反应温度。

进一步地，根据本申请实施例，其中，上述箱体还包括：入口，该入口设置在所述箱体的侧面，入口用将于所述微孔薄膜引入所述箱体；出口，该出口设置在所述箱体的另一侧面，出口与所述入口相对设置，所述出口用于将所述微孔薄膜引出所述箱体。

进一步地，根据本申请实施例，其中，上述入口包括第一夹紧辊，该第一夹紧辊用于将微孔薄膜夹紧。

进一步地，根据本申请实施例，其中，上述出口包括第二夹紧辊，该第二夹紧辊用于将微孔薄膜夹紧。

进一步地，根据本申请实施例，其中，本申请中的微孔薄膜表面沉积装置还包括吸气装置，该吸气装置设置在微孔薄膜的下方，吸气装置用于将箱体内的气体吸出箱体。

进一步地，根据本申请实施例，其中，上述吸气装置包括：吸气管，该吸气管对准微孔薄膜表面，用于吸收所述从微孔薄膜上的细孔中穿过的气体，吸气管穿过箱体；吸气泵，该吸气泵设置在箱体外，吸气泵连接吸气管。

进一步地，根据本申请实施例，其中，上述吸气管与微孔薄膜表面之间的距离为0.2-2cm。

进一步地，根据本申请实施例，其中，上述吸气管的端部为喇叭状。

进一步地，根据本申请实施例，其中，本申请中的微孔薄膜表面沉积装置还包括抽真空装置，该抽真空装置连接箱体。

此外，本申请实施例还提供了另一技术方案：一种微孔薄膜表面沉积方法，包括：在微孔薄膜穿过箱体的移动过程中，向微孔薄膜表面分多个区域交替通入第一反应气体和第二反应气体，使第一反应气体和第二反应气体在微孔表面反应并形成沉积层。

在上述技术方案中，本申请实施例通过

进一步地，根据本申请实施例，其中，第一反应气体为金属化合物蒸汽。

进一步地，根据本申请实施例，其中，属化合物蒸汽包括选自铝、钙、镁硅、钛及锆中的至少一个金属的金属化合物。

进一步地，根据本申请实施例，其中，金属化合物蒸汽为三甲基铝(tma)。

进一步地，根据本申请实施例，其中，第二反应气体为非金属化合物蒸汽。

进一步地，根据本申请实施例，其中，第二反应气体包括选自碳、氮、硫及氧中的至少一个的非金属化合物。

进一步地，根据本申请实施例，其中，第二反应气体为水蒸气。

进一步地，根据本申请实施例，其中，在任意一组第一反应气体和第二反应气体之间，向所述微孔薄膜表面通入非反应气体。

进一步地，根据本申请实施例，其中，非反应气体为惰性气体。

进一步地，根据本申请实施例，其中，非反应气体为氮气。

进一步地，根据本申请实施例，其中，在任一区域中的第一反应气体或第二反应气体的通气量通过调节区域的宽度来控制。

进一步地，根据本申请实施例，其中，在任一区域中的非反应气体的通气量通过调节区域的宽度来控制。

进一步地，根据本申请实施例，其中，上述微孔薄膜的移动速度10米/分钟-120米/分钟。

进一步地，根据本申请实施例，其中，在向微孔薄膜通入第一反应气体和第二反应气体的同时，在微孔薄膜下方，将多余未反应的第一反应气体和第二反应气体通过吸气装置排出箱体。

进一步地，根据本申请实施例，其中，箱体内保持真空环境，真空度为10^-7mtorr(毫托)-100torr(托)。

其次，本申请实施例还公开了一种微孔薄膜，采用上述的一种微孔薄膜表面沉积方法制成。

最后，本申请实施例还公开了一种二次电池，具有上述的一种微孔薄膜。

与现有技术相比，本申请具有以下技术效果：本申请实施例通过通过在箱体内划分若干不同的区域，并在不同区域中通入特定气体，使微孔薄膜在穿过箱体的移动过程中，第一通气管、第一通气管对微孔薄膜表面的不同部分同时进行通气，即可实现一种连续、高效的ald处理方式。

附图说明

下面结合附图和实施例对本申请进一步说明。

图1是本申请一种微孔薄膜表面沉积装置的结构示意图。

图2是图1的局部剖视图。

图3是本申请中区域划分示意图。

附图中

1、通气管2、箱体3、微孔薄膜

4、导向轴5、吸气管6、吸气泵

7、抽真空装置8、气源9、红外加热装置

10、夹紧辊11、喇叭状端口12、第一区域

13、第二区域14、第三区域

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案进行清楚、完整地描述，及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明实施例进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅仅用以解释本发明实施例，并不用于限定本发明实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“中”、“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“顶”、“底”、“侧”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“一”、“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”、“第六”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

出于简明和说明的目的，实施例的原理主要通过参考例子来描述。在以下描述中，很多具体细节被提出用以提供对实施例的彻底理解。然而明显的是，对于本领域普通技术人员，这些实施例在实践中可以不限于这些具体细节。在一些实例中，没有详细地描述公知方法和结构，以避免无必要地使这些实施例变得难以理解。另外，所有实施例可以互相结合使用。

如图1-3所示，本申请公开了一种微孔薄膜表面沉积装置，通过原子层沉积法(ald)在二次电池用隔膜材料表面沉积氧化物，主要包括：一箱体2，该箱体2为长方形，箱体2的两端设置有入口和出口，入口和出口为长条形，设置在箱体2两端的中部，入口和出口的大小与微孔薄膜3的厚度与宽度向适应，使微孔薄膜3能够从箱体2的中部穿过，将箱体2分为上下两个部分。具体地，在箱体2两侧，设置有导向轴4，用于将微孔薄膜3引入或引出箱体2。

在箱体2内，具有若干第一区域12和第二区域13，第一区域12和第二区域13可以通过实际存在的隔板进行分割，亦可以进行虚拟划分，其设置方式并不限制本申请。第一区域12和第二区域13交替设置在箱体2内，单个第一区域和单个第二区域之间的先后顺序无限制。在任意一组第一区域和第二区域之间，设置有第三区域14。具体地，如在本申请实施例中，微孔薄膜3进入箱体2后的第一个部分被划分为第一区域，在该第一区域后方设定有第三区域，在该第三区域后方设定有第二区域，在该第二区域后方设定有另一第三区域，以此依次类推，直至将箱体2的内部空间全部划分完毕。

在本申请公开的一种微孔薄膜沉积装置中，还包括若干通气管1，该若干通气管1均匀插装在箱体2的上方，使通气管1的管口对准微孔薄膜3的上表面且均匀分布，通气管1连接气源8。其中，分布在第一区域12的通气管为第一通气管，第一通气管向处于第一区域12的部分微孔薄膜的表面通入第一反应气体；分布在第二区域13的通气管为第二通气管，第二通气管向处于第二区域13的部分微孔薄膜的表面通入第二反应气体；分布在第三区域14的通气管为第三通气管，第三通气管向处于第三区域14的部分微孔薄膜的表面通入非反应气体。

在上述技术方案中，本申请实施例通过在箱体2内划分若干不同的区域，并在不同区域中通入特定气体，在微孔薄膜3穿过箱体的移动过程中，第一通气管、第一通气管以及第三通气管对微孔薄膜3表面的不同部分同时进行通气，即可实现多次ald循环。

具体地，如在本实施例中，对于微孔薄膜表面的任一部分而言，在微孔薄膜移动的过程中，当其经过若干第一区域中的某一个第一区域时，接收第一反应气体并在该部分的微孔薄膜表面上形成一单层；紧接着进入与该第一区域相邻的某一第三区域，并通过非反应气体对该部分的微孔薄膜表面进行吹扫；然后，进入与该第三区域相邻的某一第二区域，接收第二反应气体，该第二反应气体与沉积在给部分的微孔薄膜表面的的第一单层反应，形成一层沉积层；最后，进入与该第二区域相邻的另一第三区域，接受非反应气体的吹扫，至此完成一个ald循环，之后以此类推，直至该部分的微孔薄膜穿出箱体。而在整个微孔薄膜穿过箱体的过程中，微孔薄膜表面的任一部分均可以通过多次第一反应气体沉积、吹扫、第二反应气体反应及再吹扫的来形成具有规定厚度的沉积层，所以，通过使用本申请所述的一种微孔薄膜表面沉积装置即可实现一种连续、高效的ald处理方式。

在上述技术方案中，通气管1与微孔薄膜3表面之间的距离为0.2-2cm，能够保证较高的沉积效率。

在上述技术方案中，箱体内部设置有红外线加热装置9，对箱体2内进行加热，保证箱体2内部的反应温度。在本申请中，箱体2内部的温度根据第一反应气体的反应温度来确定，同时也要考虑到能够避免基材受损的温度范围。为了提高沉积效率，基于前述观点，优选在最高的温度下进行。此外，通入箱体的气体与箱体内的温度保持一致。

在上述技术方案中，设置在箱体2两端的出入口分别设置有夹紧辊10，位于入口处的是第一夹紧辊，位于出口处的是第二夹紧辊，第一夹紧辊和第二夹紧辊用于将微孔薄膜夹紧。

在本申请公开的一种微孔薄膜表面沉积装置中，在微孔薄膜3下方设置有吸气装置，用于将箱体内的未沉积或反应的多余其他排出箱体。具体地，吸气装置包吸气管5和吸气泵6。吸气泵6设置在箱体的下方，与吸气管5连接，为吸气管5吸收气体提供吸力。吸气管5插装在箱体2的底部，管口对准微孔薄膜3，并吸收从微孔薄膜3的细孔中穿过的气体，吸气管5与微孔薄膜3下表面之间的距离为0.2-2cm。此外，吸气管5的端部为喇叭状，使其能够尽可能地覆盖全部位于箱体内的微孔薄膜3的下表面。在本申请实施例中，只设置一根吸气管5，且通过其喇叭状端口11覆盖了微孔薄膜3的下表面，但也可以设置多个吸气管，每个吸气管分别于若干第一区域、第二区域、第三区域一一对应，分别吸收上述区域内的多余气体，且均具有喇叭状端口用于覆盖单个区域内的微孔薄膜的下表面。所以，吸气管的的设置方式并不限制本申请。

在本申请公开的一种微孔薄膜表面沉积装置中，还设置有抽真空装置7，所抽真空装7置与箱体2连接，使箱体2内保持真空环境。

本申请还公开了一种微孔薄膜表面沉积方法，即在微孔薄膜穿过箱体的移动过程中，分多个区域向微孔薄膜表面交替通入第一反应气体和第二反应气体，使第一反应气体和第二反应气体在微薄膜表面反应并形成沉积层。具体地，在本申请实施例中，在箱体内划分若干个第一区域和第二区域，第一区域和第二区域交替设置，分别向第一区域和第二区域内通入第一反应气体和第二反应气体，即可在微孔薄膜的移动过程中实现多次的ald循环，其工作原理与上文所述的一种微孔薄膜表面沉积装置一致，在此不再赘述。

在上述技术方案中，第一反应气体为金属化合物蒸汽，具体包括选自碳、氮、硫及氧中的至少一个的非金属化合物，优选三甲基铝(tma)。

在上述技术方案中，第二反应气体为非金属化合物蒸汽，具体包括选自碳、氮、硫及氧中的至少一个的非金属化合物，优选水蒸气(h2o)。

在本申请公开的一种微孔薄膜表面沉积方法中，在任意一组的第一反应气体和第二反应气体之间，向微孔薄膜表面通入非反应气体。非反应气体为惰性气体，优选氮气(n2)。非反应气体对微孔薄膜表面进行吹扫，将过剩的未沉积的第一反应气体以及过剩的未反应的第二反应气体除去。

在本申请公开的一种微孔薄膜表面沉积方法中，通过调整每个通气区域的宽度来控制第一反应气体、第二反应气体或非反应气体的通气量。具体地，在本申请实施例中，可以根据ald工艺的要求，对通气区域的宽度。例如，如果位于入口处的通气区域直接通入的是tma,由于膜表面羟基数量较少的问题，可以适当减少该区域的间距；如果先通入的是水，则可以扩大该区域的间距。而对于与上述区域相邻的另一通气区域而言，如果先通入水，由于水的表面张力及膜表面微孔的关系，需要扩大该区域的间距及吸气量。

在本申请公开的一种微孔薄膜表面沉积方法中，微孔薄膜的移动速度为10米/分钟-120米/分钟。对于本申请实施例中的微孔薄膜表面沉积方法而言，微孔薄膜在箱体内的移动速度也会对其表面沉积层的厚度产生影响，最终影响沉积效率。所以，微孔薄膜的移动速度与工艺要求的沉积厚度、反应气体的通气量均相关，在技术人员具体操作过程中，可以根据工艺要求的沉积厚度、反应气体的通气量，在10米/分钟-120米/分钟的范围内控制微孔薄膜的移动速度。

在本申请公开的一种微孔薄膜表面沉积方法中，在向微孔薄膜上表面通气的同时，在微孔薄膜下方将多余未沉积或反应的气体排出箱体。

在本申请公开的一种微孔薄膜表面沉积方法中，箱体内保持真空环境，真空度为10^-7mtorr(毫托)-100torr(托)。

在本申请中，通过上述微孔薄膜表面沉积装置及方法，能够制得一种微孔薄膜，用于二次电池，该微孔薄膜表面沉积有一层厚度均匀的氧化物，能够提高微孔薄膜的耐热性和电化学性能。

与现有技术相比，本申请公开的一种微孔薄膜表面沉积装置及方法提供了一种连续、高效的ald处理方式。在现有技术中，由于需要对微孔薄膜表面进行多次ald循环，进行的处理工艺是不连续且重复的，而在本申请中，能够在微孔薄膜的移动过程中即可实现多次ald循环，大大提高了微孔薄膜表面沉积工艺的效率。此外，由于微孔薄膜一般具有高纵横比，现有技术中的沉积工艺无法进行大规模的批量化生产，由于设备原因会对微孔薄膜的长度进行限制，而本申请可以直接对连续或成卷的微孔薄膜进行沉积处理，不限制其长度，进一步提高微孔薄膜的生产效率。

尽管上面对本申请说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员能够理解本申请，但是本申请不仅限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员而言，只要各种变化只要在所附的权利要求限定和确定的本申请精神和范围内，一切利用本申请构思的申请创造均在保护之列。