利用真空磁控溅射镀膜技术制备锂电池C‑Si负极涂层的方法技术

本发明专利技术公开一种利用真空磁控溅射镀膜技术制备锂电池C‑Si负极涂层的方法，该方法包括如下步骤：选取光面铜箔，按所使用的真空磁控溅射镀膜设备装载尺寸进行分切；设置真空磁控溅射镀膜设备的Si阴极靶与C阴极靶的安装位置，使Si阴极靶溅射的Si等离子和C阴极靶溅射的C等离子掺杂溅镀实现1/2的体积重叠；设置真空磁控溅镀工艺条件；在真空环境中，真空直流磁控溅镀参杂镀C‑Si膜,使Si等离子和C等离子掺杂并达到200‑500nm厚度；镀膜后的铜箔在真空干燥箱内干燥后真空袋封存；本发明专利技术通过磁控溅射真空镀膜技术在锂电池负极铜箔上沉积一层C‑Si复合负极薄膜，以提高负极电极电性能。

By using the method of vacuum magnetron sputtering technology for preparation of lithium battery C Si anode coatings

The invention discloses a method for using vacuum magnetron sputtering technology for preparation of lithium battery C Si anode coating, the method comprises the following steps: selecting the smooth copper foil, cut by vacuum magnetron sputtering equipment used by the loading size; installation position of Si cathode and C cathode target set vacuum magnetron sputtering coating equipment the C doped Si plasma and C plasma sputtering cathode sputtering cathode target Si target sputtering plating 1/2 volume overlap; set vacuum magnetron sputtering process; in vacuum environment, vacuum DC magnetron sputtering plating C doped Si film, Si plasma and C plasma doping and reached 200 500nm the thickness of copper foil; after coating in vacuum drying oven drying vacuum bag sealed; the invention deposits a layer of C Si composite anode in lithium battery cathode copper foil by magnetron sputtering vacuum coating technology of thin Membrane to improve the electrical performance of the negative electrode.

【技术实现步骤摘要】
利用真空磁控溅射镀膜技术制备锂电池C-Si负极涂层的方法
本专利技术涉及锂电池器件及锂电池材料制造
，具体涉及一种利用真空磁控溅射镀膜技术制备锂电池C-Si负极涂层的方法。
技术介绍
锂离子电池主要由正极、负极、隔膜和电解液组成。充电时加在电池两极的电势迫使正极的嵌锂化合物释放出锂离子,通过隔膜后嵌入六方片层结构的石墨负极中；放电时锂离子则从片层结构的石墨中析出,重新和正极的嵌锂化合物结合,锂离子的移动产生了电流。在锂离子电池的负极中，在锂离子电池负极材料中，天然石墨和人造石墨占据着90％以上的负极材料市场份额，石墨化中间相碳微球(MCMB)、无定形碳、硅或锡类占据小部分市场份额。硅作为具有已知最高的锂离子储存容量的材料(4199mAh/g)，在嵌入或脱出锂时会发生最高约300％的极大的体积变化。由于该体积变化，导致活性材料及整体电极结构具有大的机械应力，如果进行电化学研磨，会导致电接触的损失并由此在容量损失的情况下导致电极损坏。此外，硅负极材料的表面与电解质的成分会发生反应，从而连续地形成钝化保护层(固体电解质界面SEI)，这导致不可逆的锂损失。一种可能的解决方案在于，不以纯净形式，而是作为与碳的复合物使用硅基活性材料。碳质量小，特征在于在充电/放电期间的体积变化小，碳基负极具有非常好的电化学稳定性，通过将这两种元素的优点结合在一起(Si具有大的容量，C具有高的稳定性)，C/Si基电极活性材料在能提高的容量的情况下还具有比纯硅更稳定的循环特性。磁控溅射法作为一种常见的物理气相沉积的方法，已经成功应用于不同薄膜的制备工艺，特别是在薄膜半导体制造中，广泛使用不同物质的参杂溅镀制造各种功能器件。现有锂电池制造工艺，是采用石墨与硅材料机械混合搅拌后，湿法涂覆在铜箔上面制作锂电池负极，对Si材料的高容量性能利用没有达到预期的效果。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种利用真空磁控溅射镀膜技术制备锂电池C-Si负极涂层的方法，它通过磁控溅射真空镀膜技术在锂电池负极铜箔上沉积一层C-Si复合负极薄膜，以提高负极电极电性能。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：利用等离子真空磁控溅射镀膜设备在锂电池集电极用的铜箔上溅射制备C-Si复合薄膜。较优的，该方法它包括以下步骤：a、选取光面铜箔，按所使用的真空磁控溅射镀膜设备装载尺寸进行分切；b、设置真空磁控溅射镀膜设备的Si阴极靶与C阴极靶的安装位置，使Si阴极靶溅射的Si等离子和C阴极靶溅射的C等离子掺杂溅镀实现1/2的体积重叠；c、设置真空磁控溅镀工艺条件；d、在真空环境中，真空直流磁控溅镀参杂镀C-Si膜,使Si等离子和C等离子掺杂并达到200-500nm厚度；e、镀膜后的铜箔在真空干燥箱内干燥后真空袋封存；较优的，所述步骤c中真空溅镀工艺条件为：设置本底真空度5x10-3Pa，充入高纯氩气直至溅镀工作真空度达到3x10-1Pa。较优的，在所述步骤d中设置C阴极靶功率范围为6kw-9kw，设置Si阴极靶功率1kw-4kw，控制C等离子和Si等离子的成分比例在1:3。较优的，所述步骤b中Si阴极靶与C阴极靶的之间的间距设置为10mm。较优的，步骤e包括：镀膜后的铜箔在40-60℃的真空干燥箱中干燥2h后真空袋封存。较优的，进行步骤a之前还可以包含如下步骤：将锂电池集电极用的铜箔经过NaOH或HCl等酸或者碱性物质溶液的浸润并停留一定的时间，再使用清水将其表面残留的酸或者是碱清洗干净，最后经过烘干。较优的，所述等离子真空磁控溅射镀膜设备为台湾产MS-700/In-Line真空磁控溅射系统。较优的，所述选取光面铜箔的厚度为8-12um，将所述选光面铜箔分切成600mmX250mm大小单元装载于MS-700/In-Line真空磁控溅射系统上。较优的，所述步骤d后还可以在真空环境中对已镀膜的铜箔进行高温退火。采用上述方法后，本专利技术优选实施方案的有益效果为：1、利用现有的真空磁控溅射镀膜实验设备，实现掺杂溅射制备C-Si复合薄膜。2、利用对阴极溅射功率的控制，实现了掺杂比例灵活可调节。3、真空环境中高温退火，提高了材料的结晶度。4、使得磷酸铁锂、钛酸锂等材料锂电池的负极片在制作过程中膜面与箔的粘结性大大堤高。解决了目前磷酸亚铁锂和钛酸锂在实际生产中遇到掉粉的难题。说明书附图下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。图1是真空磁控溅镀C-Si膜层原理图；图2是MS-700/In-Line真空磁控溅射镀膜系统参杂溅镀C-Si膜示意图；图3是等离子表面前处理前铜箔的表层状况图；图4是等离子表面前处理后铜箔的表层状况图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施方案，对本专利技术实施方案中的技术进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方案仅仅是本专利技术一部分方案，而不是全部的实施方案。基于本专利技术中的实施方案，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方案，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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专利技术和简化描述，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专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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一个或者更多个该特征。在本专利技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。在本专利技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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，可以根据具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。在本专利技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。本专利技术需要在锂电池负极集流体铜箔上溅镀C-Si复合膜。为了实现上述的目的，本专利技术采用台湾产MS-700/In-Line真空磁控溅射系统。作为本专利技术的优选实施方式，在锂电池负极集流体铜箔上溅镀C-Si复合膜的步骤如下：a、选取光面铜箔，按所使用的真空磁控溅射镀膜设备装载尺寸进行分切，具体地，所述选取光面铜箔的厚度为8-12um，将所述选光面铜箔分切成600mmX250mm大小单元装载于MS-700/In-Line真空磁控溅射系统上；b、设置真空磁控溅射镀膜本文档来自技高网...

【技术保护点】
利用真空磁控溅射镀膜技术制备锂电池C‑Si负极涂层的方法，其特征在于利用等离子真空磁控溅射镀膜设备在锂电池集电极用的铜箔上溅射制备C‑Si复合薄膜。

【技术特征摘要】
2016.08.04 CN 20161063092681.利用真空磁控溅射镀膜技术制备锂电池C-Si负极涂层的方法，其特征在于利用等离子真空磁控溅射镀膜设备在锂电池集电极用的铜箔上溅射制备C-Si复合薄膜。2.根据权利要求1所述的利用真空磁控溅射镀膜技术制备锂电池C-Si负极涂层的方法，其特征在于它包括以下步骤：a、选取光面铜箔，按所使用的真空磁控溅射镀膜设备装载尺寸进行分切；b、设置真空磁控溅射镀膜设备的Si阴极靶与C阴极靶的安装位置，使Si阴极靶溅射的Si等离子和C阴极靶溅射的C等离子掺杂溅镀实现1/2的体积重叠；c、设置真空磁控溅镀工艺条件；d、在真空环境中，真空直流磁控溅镀参杂镀C-Si膜,使Si等离子和C等离子掺杂并达到200-500nm厚度；e、镀膜后的铜箔在真空干燥箱内干燥后真空袋封存。3.根据权利要求2所述的利用真空磁控溅射镀膜技术制备锂电池C-Si负极涂层的方法，其特征在于所述步骤c中真空溅镀工艺条件为：设置本底真空度5x10-3Pa，充入高纯氩气直至溅镀工作真空度达到3x10-1Pa。4.根据权利要求2所述的利用真空磁控溅射镀膜技术制备锂电池C-Si负极涂层的方法，其特征在于在所述步骤d中设置C阴极靶功率范围为6kw-9kw，设置Si阴极靶功率1kw-4kw，控制C等离子和Si等离子的成...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵斌，
申请(专利权)人：深圳市烯谷能源控股有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44