本發(fā)明屬于電池技術(shù)領(lǐng)域，涉及鋰電池器件及鋰電池材料制造，具體而言，涉及一種改善鋰電池正極集電極電性能的方法。
背景技術(shù)：
目前，還沒有國際標準和國家技術(shù)標準用于指導(dǎo)、規(guī)范鋰電池正極集電極銅箔生產(chǎn)。銅箔行業(yè)生產(chǎn)廠商都是參照《國際電子線路互聯(lián)與封裝協(xié)會有關(guān)銅箔的技術(shù)標準》(標準編號：IPC-4652)中的甚低輪廓度銅箔(VLPC)的規(guī)定執(zhí)行。鋰電池行業(yè)一般要求銅箔表面粗糙度Rz≦2.5μm。
鋰電池用正極集電極銅箔有兩種，分別是壓延銅箔和電解銅箔。由于厚度為10μm的壓延銅箔制造成本高、且具有特殊的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，在烘干、過充等較高溫度下會發(fā)生再結(jié)晶，造成壓延銅箔抗拉強度急劇變小，涂布碳等正極活性物質(zhì)干燥后軋輥壓延等制造工序操作性差，易產(chǎn)生皺褶，嚴重時發(fā)生斷裂，因此，壓延銅箔正逐漸被具有更大抗拉強度的電解銅箔所替代。
傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)制造的電解銅箔具有的特點是：(1)銅箔析出面為柱狀晶體組織；(2)晶粒粗大；(3)結(jié)晶缺陷多；(4)表面較為粗糙，Rz≧3μm。
與傳統(tǒng)電解銅箔的生產(chǎn)工藝不同，甚低輪廓電解銅箔是對銅箔中結(jié)晶結(jié)構(gòu)的空穴、重排、雙晶等結(jié)晶缺陷所占的比例(濃度)加以控制，主要手段是采用新型添加劑和制箔條件(電解工藝條件)的改進，注重的是銅箔的綜合特性，表面粗糙度可達到Rz≦2.5μm，但電性能(電流密度)會有所降低。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明針對當前傳統(tǒng)電解銅箔粗糙度較高，以及甚低輪廓銅箔電性能不理想的技術(shù)問題，創(chuàng)新性的提供了一種改善鋰電池正極集電極電性能的方法。本發(fā)明利用磁控濺射真空鍍膜技術(shù)在正極集電極銅箔上沉積一層納米薄膜銅，以提高鋰電池正極集電極銅箔的導(dǎo)電性能。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取如下的技術(shù)方案：
一種改善鋰電池正極集電極電性能的方法，包括下述步驟：
步驟一：將要處理的銅箔在凈化房內(nèi)裁切，并將裁切后的銅箔固定在基片架上；
步驟二：開啟連續(xù)式真空磁控濺射鍍膜設(shè)備，調(diào)整所述設(shè)備至可鍍膜工藝條件；
步驟三：將固定有銅箔的基片架投入步驟二所述設(shè)備；
步驟四：離子源開啟，離子源產(chǎn)生等離子體，等離子體內(nèi)的高能粒子高速轟擊銅箔表面，剝離銅箔表面的氧化層打掉，同時對銅箔表面尖峰轟擊削平；
步驟五：開啟直流磁控濺射陰極，所述陰極產(chǎn)生的等離子體轟擊銅靶材，濺射出來的銅離子在電場作用下運動至銅箔表面沉積成銅膜；
步驟六：加熱退火處理，退火處理溫度為80-200℃；
步驟七：所述銅箔出料，經(jīng)檢測后真空包裝。
進一步地，所述改善鋰電池正極集電極電性能的方法，步驟二所述鍍膜工藝條件：本底真空度不低于5×10-3Pa，工藝壓強為1×10-1Pa～6×10-1Pa，加熱溫度為80-200℃，離子源功率為0.2～3kw，直流磁控濺射陰極功率為0.5～20kw，鍍膜速度為0.1～5m/min。
進一步地，所述改善鋰電池正極集電極電性能的方法，在步驟二所述設(shè)備真空度達到本底真空度5×10-3Pa，充入工藝氣體達到可鍍膜的工藝壓強3×10-1Pa時，將固定有銅箔的基片架投入步驟二所述設(shè)備。
進一步地，所述改善鋰電池正極集電極電性能的方法，在步驟二所述設(shè)備達到工作真空3×10-1Pa時，開啟直流磁控濺射陰極。
所述改善鋰電池正極集電極電性能的方法，優(yōu)選地，所述銅箔為電解銅箔或甚低輪廓銅箔。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述方法至少具有如下的有益效果或優(yōu)點：
本發(fā)明采用真空磁控濺射鍍膜實驗設(shè)備，制作特殊的銅箔固定夾具(基片架)，利用離子源對銅箔進行等離子體轟擊處理，傳統(tǒng)電解銅箔經(jīng)轟擊后降低了其表面粗糙度(削平尖峰)、甚低輪廓銅箔(VLPC)經(jīng)轟擊后去除表面氧化層。
本發(fā)明利用直流真空磁控濺射工藝在銅箔表面沉積薄膜銅，傳統(tǒng)電解銅箔經(jīng)過等離子沉積銅膜后，粗糙的表面凹坑被填平，進一步降低了銅箔表面粗糙度；VLPC銅箔經(jīng)過等離子沉積銅膜后，單純的銅原子團在表面成膜，提高了銅箔的導(dǎo)電性能。銅箔沉積銅膜后在真空狀態(tài)下進行退火處理，消除了銅箔的金屬應(yīng)力，改善銅箔的機械性能。鍍膜后的銅箔卸料，性能檢查后真空包裝，可有效防止空氣氧化。
具體實施方式
本實施例所述改善鋰電池正極集電極電性能的方法，用于減小傳統(tǒng)電解銅箔粗糙度及提高甚低輪廓銅箔電性能。該方法的實現(xiàn)可保護下述工藝步驟。
(1)將要處理的銅箔在凈化房內(nèi)裁切到需要的尺寸后，固定在基片架上。
裁切環(huán)境為10000級凈化環(huán)境，實驗室設(shè)備是枚頁式鍍膜，操作員手工裁剪銅箔到200mm×300mm進行鍍膜，批量生產(chǎn)在10000級環(huán)境下采取Roll-Roll分切機整卷分切成幅寬650mm卷材生產(chǎn)。
(2)開啟連續(xù)式真空磁控濺射鍍膜設(shè)備，調(diào)整設(shè)備至可鍍膜工藝條件。
具體而言，所述鍍膜工藝條件為：本底真空度設(shè)置為不低于5×10-3Pa，本底真空度為所述等離子設(shè)備的基礎(chǔ)參數(shù)，真空度越高膜層附著越好；工藝氣氛，或說是磁控濺鍍所需工藝壓強，設(shè)定在1×10-1Pa～6×10-1Pa范圍調(diào)整膜層致密性，優(yōu)選地，工藝壓強為3×10-1Pa；加熱溫度設(shè)定為80～200℃，通過溫度調(diào)整以改變膜層附著力；0.2～3kw，功率變化以改變膜層附著力；直流磁控濺射陰極功率設(shè)定為0.5～20kw，直流磁控濺射陰極功率變化以改變沉積速率及膜層粗糙度；鍍膜速度設(shè)定為0.1～5m/min，鍍膜速度變化改變沉積速率及生產(chǎn)節(jié)拍。
(3)向連續(xù)式真空磁控濺射鍍膜設(shè)備中投入待鍍膜基片架(銅箔)。
待所述等離子設(shè)備真空度達到本底真空度5×10-3Pa，充入工藝氣體達到可鍍膜的工藝氣氛3×10-1Pa時，將固定有銅箔的基片架通過傳輸系統(tǒng)投入連續(xù)式真空磁控濺射鍍膜設(shè)備中。
(4)離子源等離子轟擊剝離銅箔表面氧化層、去除表面尖峰。
在基片架進入真空室之前，開啟離子源后會產(chǎn)生等離子體，等離子體內(nèi)的高能粒子高速轟擊銅箔表面，轟擊產(chǎn)生的效果將銅箔表面的氧化層打掉(剝離)，同時對尖峰轟擊削平。
(5)直流濺鍍銅膜。
在等離子濺鍍設(shè)備達到工作真空工藝氣氛為3×10-1Pa時，開啟直流磁控濺射陰極，陰極產(chǎn)生的等離子體轟擊銅靶材，濺射出來的銅離子在電場作用下運動到銅箔表面沉積成銅膜
(6)加熱退火處理。
加熱退火溫度設(shè)定為80～200℃，用于消除金屬膜層機械應(yīng)力。
(7)出料后特性檢查。
本步驟的主要檢測項目有：臺階儀測量膜層厚度、粗糙度儀測量膜層粗糙度、導(dǎo)電率儀測量導(dǎo)電性能。測量使用現(xiàn)有的測量手段及專業(yè)儀器。
(8)真空包裝，用于防止銅膜氧化。
本發(fā)明主要針對降低銅箔表面粗糙度，最主要是突出一種方法，通過磁控濺射鍍膜后的銅箔，不改變銅箔原來的機械性能。理論上電化學(xué)制成的銅膜Au顆粒度為400nm，磁控濺射制成銅膜的Au顆粒度是60nm，兩者相差6倍，可以有效降低銅膜表面粗糙度，即通過磁控濺射鍍膜獲得的表面粗糙度可由原來Ra＝0.2um降低至Ra＝0.03um。
本實施例公開了一種改善鋰電池正極集電極電性能的方法，利用真空磁控濺射鍍膜技術(shù)，以減小電解銅箔粗糙度及提高甚低輪廓銅箔電性能。本發(fā)明可利用深圳市第四能源公司現(xiàn)有的連續(xù)磁控濺射真空鍍膜實驗線，批量生產(chǎn)可使用深圳市第四能源公司獨家研發(fā)的Roll-Roll真空磁控濺射鍍膜設(shè)備，具有產(chǎn)品性能高、產(chǎn)量大、操作簡單等優(yōu)點。
在本說明書的描述中，參考術(shù)語“實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體方法、裝置或者特點包含于本實施例的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不必須針對的是相同的實施例或示例，而且，描述的具體特征、方法、裝置或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特征進行結(jié)合和組合。
上面結(jié)合實施例對本發(fā)明做了進一步的敘述，但本發(fā)明并不限于上述實施方式，在本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出各種變化。