[發(fā)明專利]采用電泳技術(shù)制備致密薄膜的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201280054021.0
• 申請日: 2012-10-30
• 公開（公告）號: CN104011268B
• 公開（公告）日: 2019-03-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 法比安·加邦;弗雷德里克·布耶;布魯諾·維耶曼
• 申請（專利權(quán)）人: I-TEN公司
• 主分類號: C25D13/00
• 分類號: C25D13/00;C25D13/02;C25D13/04;C25D13/22;H01M4/04;H01M4/13;C25D5/50
• 代理公司: 北京天昊聯(lián)合知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11112
• 代理人: 丁業(yè)平;金小芳

用于在基底上沉積包含至少一種材料Px的致密薄膜的方法，其中：(a)提供含有至少一種材料Px的納米顆粒的膠體懸浮液；(b)將所述基底與反電極一起浸漬在所述膠體懸浮液中；(c)在所述基底和所述反電極之間施加電壓，以進行電泳沉積從而在基底上形成致密膜，所述膜包含所述至少一種材料Px的納米顆粒；(d)干燥所述致密膜；(e)對所述膜進行機械固結(jié)；(f)在溫度T_R下進行熱固結(jié)，溫度T_R不超過在最低溫度下熔化的材料Px的熔化或分解溫度(以℃表示)的0.7倍(優(yōu)選地不超過0.5倍)，優(yōu)選地在160℃至600℃之間，甚至更優(yōu)選地在160℃至400℃，應(yīng)當知道，步驟(e)和(f)可以同時進行，或者可以顛倒順序進行。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及薄膜領(lǐng)域，尤其是用于薄膜電氣或電子設(shè)備的薄膜領(lǐng)域，例如所謂的印刷電子產(chǎn)品(晶體管、電阻、電路、二極管、電容、電感、屏幕)、電池(特別是鋰離子電池)和光伏電池。

背景技術(shù)

有很多已知的技術(shù)用于制備致密薄膜。真空沉積技術(shù)廣泛地用于薄膜電子設(shè)備的制造。其包括各種不同的技術(shù)，例如物理氣相沉積(PVD)、輝光放電沉積、化學氣相沉積(CVD)，可能的等離子體增強、氣相外延等。通常，真空沉積能夠用于制備具有很好粘附性的高品質(zhì)薄膜，但是其沉積速度仍然很低(通常為約1μm/h至10μm/h)。由于其采用了真空技術(shù)，真空沉積法是復(fù)雜和昂貴的。由于原料的純度高以及靶材形態(tài)的轉(zhuǎn)換，其價格往往很貴；并且，由于原料沉積在反應(yīng)器壁和掩模上，僅有部分原料被利用，同時由此導(dǎo)致需要進行清洗或剝離操作，這就使得該方法的運行成本大大增加。此外，這些沉積或剝離技術(shù)往往需要使用高腐蝕性氣體。最后，在某些情況下，真空沉積技術(shù)需要使用高溫，并非所有類型的基底都能夠耐受這樣的溫度。

真空沉積技術(shù)可以用于非常范圍的應(yīng)用領(lǐng)域，并不限于微電子領(lǐng)域。例如，通過輝光放電進行薄膜硅基光伏電池的沉積，而且PVD沉積也是目前薄膜微電池制造中最常用的技術(shù)。

PVD技術(shù)通常在較低的溫度下進行，一般情況下其能形成高質(zhì)量的膜。然而，由于各種元素的蒸發(fā)速度不同，采用這類技術(shù)難以沉積復(fù)雜的成分(或合金)，而且難以控制沉積物的化學計量。PVD非常適合用于制備很薄的膜，但是，一旦嘗試增加沉積物的厚度(例如大于5μm的厚度)，就會出現(xiàn)柱狀生長，并且沉積時間變長。

另一種用于制備薄膜的技術(shù)為溶膠-凝膠沉積法，其中，經(jīng)水解、聚合和濃縮步驟形成的無機高分子網(wǎng)絡(luò)沉積在基底表面上。溶膠-凝膠轉(zhuǎn)換發(fā)生在溶劑蒸發(fā)的過程中，其加快了表面上的反應(yīng)過程。這種技術(shù)可以用于制備致密并且很薄的沉積物(例如，參見專利申請WO2010/076428，法國國家中心科學研究院)，所述沉積物的厚度為約100納米。在不會引起開裂或產(chǎn)生裂紋的風險的情況下，需要進行連續(xù)的步驟以增加沉積物的厚度。因此，一旦嘗試增加沉積物的厚度，這種技術(shù)會導(dǎo)致工業(yè)生產(chǎn)力的問題。

等離子體熱噴技術(shù)也是已知的，其適合用于制造相對較厚(數(shù)百微米厚)的沉積物，但是其較不精確，并且不能用于獲得足夠均勻且厚度可控的薄膜，這些薄膜用于電子、光學和電氣工程中。

還可以采用油墨印刷技術(shù)，特別是用于制造鋰離子電池(參見Advance inLithium-Ion Batteries,W.van Schalkwijk and B.Sams,2002,Kluever Academic/Plenum Publishers)。其可以用于制備厚度通常在40和400μm之間沉積物。根據(jù)所需的成分，沉積以形成電池電極的油墨(或糊劑)不但含有各種材料的顆粒，還必須含有有機粘合劑和溶劑，所述粘合劑和溶劑在電極干燥的步驟中蒸發(fā)。如果以這種方式沉積的膜必須具有導(dǎo)電性，則需對其進行壓延成型步驟以提高顆粒之間電接觸的質(zhì)量并壓實沉積物。經(jīng)過該壓縮步驟，電極中活性顆粒通常占沉積物的約60體積％，這意味著在顆粒之間通常具有40％的空隙。對于某些應(yīng)用，例如鋰離子類型電池，可以用電解質(zhì)填充這些空隙。