一种复合集流体的制备方法技术

本发明专利技术涉及锂电池集流体制造技术领域，特别是涉及一种复合集流体的制备方法。本发明专利技术首先使用大气等离子体对高分子基底活化处理，在高分子基底上产生自由基，以增加磁控溅射金属种子层的附着力和均匀性。然后使用改良后的中性电镀液对金属种子层进行电镀增厚，以减小镀液对种子层的腐蚀，由于电镀液酸性很弱，电镀温度很低，可以有效避免电镀过程中电镀金属的脱落，得到的增厚层具有很好的完整性，结合力和电导；除此之外，电镀液中还辅以助剂，提高金属沉积速率，提高增厚层电镀均匀性，金属层粗糙度降低。本发明专利技术工艺成本低，制得的金属

【技术实现步骤摘要】
一种复合集流体的制备方法


[0001]本专利技术涉及锂电池集流体制造
，特别是涉及一种复合集流体的制备方法，基于磁控溅射工艺和电镀增厚。

技术介绍

[0002]集流体是锂电池目前研究的热门领域。相较于传统铜箔集流体，复合集流体增加了其他成分组成复合箔材，通常为“金属
‑
高分子材料
‑
金属”三明治结构的复合集流体，金属层一般为铜或铝，中间层可选择PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PP(聚丙烯)、PI(聚酰亚胺)等高分子材料，而且通常具有安全，高循环寿命，高的能量密度的特点。
[0003]复合集流体的制备主要通过两步法制备，以PET为例，两步法为使用磁控溅射的办法在其上溅射一层几十到上百纳米厚度的铜膜，使其具备一定的导电能力，然后使用电镀加厚的方法将铜层长到微米级别，最终得到具有三明治结构的集流体。
[0004]在复合集流体制备工艺中，磁控溅射和电镀增厚工艺是按照顺序先后进行的，这两步是复合集流体制造的难点。磁控溅射种子层通常很薄，为纳米级别，其性能对后面的工艺影响巨大，但是由于铜等金属和高分子材料晶体结构有很大的差异，导致磁控溅射的铜种子层附着力和均匀性难以提高。除此之外，电镀增厚的工艺和获得的集流体形貌，导电性，结合力，良率等都有重大联系，但是由于通常上工业用到镀铜镀液具有很强的腐蚀性，这对纳米级别的高活性铜种子层的破坏是巨大的。因此为了提高复合集流体的综合性能，其制备工艺的优化具有相当的必要性。

技术实现思路

[0005]针对上述存在问题或不足，为解决现有复合集流体制备工艺中种子层的附着力、均匀性差、以及极易被电镀液腐蚀从而导致最终产品性能不佳的问题，本专利技术提供了一种复合集流体的制备方法。
[0006]一种复合集流体的制备方法，具体步骤如下：
[0007]步骤1、将厚度1
‑
10微米的高分子基材进行大气等离子体活化的预处理。
[0008]进一步的，所述等离子体活化以20
‑
450W处理3
‑
10min；处理时间过短活化效果不明显。
[0009]步骤2、对步骤1活化后的高分子基材进行磁控溅射金属种子层，得到的金属种子层厚度为10
‑
500nm。
[0010]步骤3、采用中性电镀液将金属种子层电镀增厚至0.5
‑
5微米，即可得到具有金属
‑
高分子材料
‑
金属结构的复合集流体。
[0011]所述中性电镀液，包括以下组分：60g/L
‑
250g/L的五水硫酸铜，30mg/L
‑
150mg/L的氯离子，0.5mg/L
‑
30mg/L的光亮剂，1mg/L
‑
500mg/L的抑制剂，1
‑
50mg/L的整平剂，溶剂为去离子水。
[0012]所述电镀增厚的工艺参数为电镀电流密度为1
‑
15A/dm2，温度15
‑
20℃，时间20
‑
100秒。
[0013]进一步的，所述光亮剂为聚二硫二丙烷磺酸钠、N,N
‑
二甲基二硫代甲酰胺丙烷磺酸钠、乙撑硫脲中的一种。
[0014]进一步的，所述抑制剂为聚亚烷基二醇化合物、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、聚乙二醇，硬脂酸聚乙二醇酯、烷氧基萘酚、油酸聚乙二醇酯中一种或几种。
[0015]进一步的，所述整平剂为健那绿，1
‑
乙烯基咪唑，聚1,4
‑
丁二醇二缩水甘油醚，聚乙烯基吡咯或其衍生物，二亚乙基三胺或其衍生物，六亚甲基四胺或其衍生物，含硫氨基酸或其衍生物中一种或几种。
[0016]本专利技术首先使用大气等离子体对高分子基底活化处理，在高分子基底上产生自由基，以增加磁控溅射金属种子层的附着力和均匀性；然后使用改良后的中性电镀液对金属种子层进行电镀增厚，以减小镀液对种子层的腐蚀。由于本专利技术提供的电镀液酸性很弱，电镀温度很低，可以有效避免电镀过程中电镀金属的脱落，得到的增厚层具有很好的完整性，结合力和电导。除此之外，电镀液中加速剂起到主光亮剂的作用，提高金属沉积速率，提高增厚层电镀均匀性。抑制剂在溶液离子辅助下可以使晶粒更加细化，沉积层更紧密，使得金属层粗糙度降低，进而减小金属层电阻率。整平剂的加入也可进一步提升镀层的均匀性，得到性能稳定的镀件。
[0017]综上所述，本专利技术使用大气等离子体技术活化高分子基材表面，有效增加了其表面活性基团的数量，使得后续制备的金属种子层附着力和均匀性更佳，并搭配特设的中性电镀液电镀增厚，最终制得性能优异的金属
‑
高分子材料
‑
金属结构的复合集流体。
附图说明
[0018]图1是具体实施方式中是否大气等离子体活化所得种子层的样品表面形貌图。
[0019]图2是实施例1的样品实物图和SEM。
[0020]图3是实施例1得到的增厚层截面图。
[0021]图4是实施例2的样品实物图和SEM。
[0022]图5是对比例1的样品实物图和SEM。
[0023]图6是对比例2(左)，3(右)样品的电镀增厚层实物图。
[0024]图7是具体实施方式中大气等离子体活化的实施框图。
具体实施方式
[0025]下面结合附图和实施例对本专利技术做详细的说明。
[0026]为了测试本专利技术整体工艺的效果和必要性，使用控制变量的方法来控制不同的磁控溅射和电镀的工艺组合，并进行表征，具体操作如下：
[0027]步骤1、大气等离子体活化：使用的装置包括放卷装置1，放卷装置包括滚轴以及滚轴驱动的卷带，柔性高分子基材3通过滚轴施加张力稳定的固定在卷带上，滚轴驱动的卷带带动高分子基材材料3进入装置的离子体放电反应区(大气等离子体发生装置4的下方)，与大气等离子体发生装置通过导线相连的是射频电源2。设定放卷速度0.4m/min，开启大气等离子体放电，功率设定为150W，处理时间5min，使大气不断电离并轰击柔性高分子基材3，使其表面产生大量自由基；大气等离子体活化结束，收卷。
[0028]步骤2、种子层制备：一个样品使用大气等离子体装置对PET基材进行活化处理，收卷完毕后放入磁控溅射真空腔体内进行磁控溅射，得到PET加双面种子层样品。另一个样品不使用大气等离子体活化，直接进行磁控溅射。得到的形貌测试结果如图1所示，左图为没有等离子体活化后的种子层样品，右图是大气等离子体活化过后的种子层样品。
[0029]后续实施例和对比例中均采用大气等离子体活化处理后所得种子层进行电镀增厚制备。
[0030]实施例1
[0031]步骤3、电镀增厚：将步骤2所得种子层置于下述中性电镀液中电镀，控制电流密度3A/dm2，温度20℃。
[0032]电镀液：250g/L的五水硫酸铜，50mg/L的氯离子，4mg/L的光亮剂(聚二硫二丙本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合集流体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、将厚度1
‑
10微米的高分子基材进行大气等离子体活化的预处理；步骤2、对步骤1活化后的高分子基材进行磁控溅射金属种子层，得到的金属种子层厚度为10
‑
500nm；步骤3、采用中性电镀液将金属种子层电镀增厚至0.5
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5微米，即可得到具有金属
‑
高分子材料
‑
金属结构的复合集流体；所述中性电镀液，包括以下组分：60g/L
‑
250g/L的五水硫酸铜，30mg/L
‑
150mg/L的氯离子，0.5mg/L
‑
30mg/L的光亮剂，1mg/L
‑
500mg/L的抑制剂，1
‑
50mg/L的整平剂，溶剂为去离子水；所述电镀增厚的电镀电流密度为1
‑
15A/dm...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘畅，周海平，吴孟强，黄星雨，徐自强，张庶，冯婷婷，方梓烜，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：