[發明專利]一種高穩定全固態薄膜鋰電池集流體薄膜的制備方法

在審

• 申請號: 202210038091.2
• 申請日: 2022-01-13
• 公開（公告）號: CN114373937A
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發明（設計）人: 吳勇民;陳玉華;田文生;周羅增;朱蕾;吳曉萌;湯衛平
• 申請（專利權）人: 上海空間電源研究所
• 主分類號: H01M4/64
• 分類號: H01M4/64;H01M10/052
• 代理公司: 上海元好知識產權代理有限公司 31323
• 代理人: 賈慧琴;包姝晴

本發明公開了一種高穩定全固態薄膜鋰電池集流體薄膜的制備方法。所述制備方法包括：提供低應力襯底；采用直流磁控濺射法在所述襯底上依次原位制備金屬粘合層和集流體層；繼續通過程序控溫進行退火晶化處理，得到集流體薄膜。本發明基于磁控濺射技術原位制備金屬粘合層和集流體層兩層金屬膜，并采用一次性控溫退火處理，不僅保持了薄膜結構和組分純度，提高集流體結構的穩定性以及集流體層與襯底間的結合力，還大大降低金屬粘合層被氧化的風險，保證集流體薄膜的優良導電性能；同時本發明方法制備的集流體薄膜厚度可控制在納米級，有廣泛應用前景。此外，本發明的制備方法可重復度高，工藝簡單，可適用大規模生產。

技術領域

本發明涉及能源領域中微型電池技術領域，具體涉及一種高穩定全固態薄膜鋰電池集流體薄膜的制備方法。

背景技術

隨著微機電技術的快速發展，小體積、長壽命、高能量密度的微型儲能電池技術得到了廣泛的研究，其作為傳統化學電池的有力補充，常被用于傳統常規電源難以應用的眾多特殊場合。

當前，基于網絡信息和智能化的低功耗、多功能、綜合化的集成微系統是一個重要的技術研究方向，而微納電源技術是支撐微系統技術發展的基石。隨著微系統的集成度不斷提高，功能性不斷增強，特別是具備自適應等智能化功能，其在地面網路節點、微型無人平臺、信息化系統等精密裝備方面具有廣泛應用的前景。小體積、長壽命、高可靠、高性能等特征的微納電源已成為實現裝備信息化、智能化與微型化不可或缺且亟待解決的共性核心技術。

全固態薄膜鋰電池具有能量密度高、循環壽命長等優勢，是目前微型電池的重要發展方向。相比于歐美等發達國家，我國的微納電源技術基本處于實驗室探索和研發階段。對比現有專利或論文，可以發現，集流體目前還很少有人關注，大多數研究機構主要依據反應特性和實驗經驗，直接使用Pt(鉑)為集流體，但若完全使用Pt作為集流體，不僅對沉積工藝條件和精度要求高，且經濟性差；也有研究提出了通過集流體的掩膜鍍膜(即利用直流脈沖磁控濺射方法，直接在覆蓋掩膜的硅片上沉積厚度為500nm、方阻為0.5歐姆/平方的Pt薄膜)進行單體電池單元的重復制備，可以實現更高電壓的全固態薄膜鋰電池單體研制，然而該方法制備的集流體難以承載厚電極，因而導致電池單位面積容量較低，難以實際應用。

盡管少數技術已經開始轉向工程化并獲得初步應用驗證，但在產品化等方面仍存在明顯差距。目前，受限于基礎認識和工藝方法，適用于實際應用的微型電池的集流體尚不成熟，主要表現在以下幾方面：

1、常規的金屬箔材集流體的厚度有時甚至比電池本身還厚，導致微型電池的開發技術水平受限；

2、微型電池電極等組部件制備時，一般會產生較大的結構應力，導致集流體等容易脫落；

3、微型電池制備與使用時需要耐受較為苛刻的環境，如電極高溫晶化、集成工藝中的高溫等，常規集流體容易氧化變質導致電池性能無法發揮。

綜上所述，開發納米厚度、穩定性高的集流體薄膜是推動微型電池技術發展的關鍵。

發明內容

本發明的目的是提供一種高穩定全固態薄膜鋰電池集流體薄膜的制備方法，可制備出厚度為納米級、結合力強、穩定性高的集流體薄膜，以解決現有技術中集流體在超薄結構下結合力和導電性無法兼顧的問題，即解決集流體因厚度厚、易氧化、易脫落等問題而帶來的諸多弊端。

為了達到上述目的，本發明首先提供一種高穩定全固態薄膜鋰電池集流體薄膜的制備方法，包括如下步驟：

步驟1，提供襯底；

步驟2，提供第一靶材，將所述的第一靶材和所述襯底置于真空腔室，通過直流磁控濺射法在所述襯底上沉積制備金屬粘合層；

步驟3，提供第二靶材，繼續通過直流磁控濺射法在所述金屬粘合層上原位制備集流體層，得到集流體薄膜預制品；

步驟4，通過程序控溫對所述的集流體薄膜預制品進行退火晶化處理，得到集流體薄膜；