本发明属于集流体,具体涉及一种超声辅助定向能量沉积的集流体及其制备方法、系统。
背景技术:
1、传统锂离子电池负极集流体是铜箔。随着锂电技术的发展,锂离子电池的高能量密度、轻量化和柔性化成为人们的追求。减薄铜箔,可实现锂离子电池的轻量化,提高能量密度,降低成本。但由于制备技术的局限,铜箔的厚度很难再降低,另外铜箔变薄之后,机械强度降低,致使加工性能降低,因此需要新的减薄技术。
2、复合集流体铜箔是通过在高分子材料层材料两面镀一定厚度的铜层,上下两层铜层厚度各约1μm,形成“三明治”型的复合结构。目前较为成熟制备工艺是在高分子薄膜基材先利用磁控溅射沉积nicr膜进行打底,接着再沉积25-50nm厚度的cu膜,使得基材表面金属化,再在复合铜箔表面金属化的两边以水电镀的方式各沉积1μm铜层,制作成复合铜箔。
3、水电镀沉积技术作为复合集流体铜箔生产和应用的关键技术,具有工艺成本低、工艺灵活性好等优点,但也存在沉积层厚度不均匀、疏松多孔、结晶形貌难以控制等问题,进而易导致活性材料与复合集流体铜箔之间界面电阻大,容易脱落等问题,进而会导致电池性能下降。
4、因此,如何克服集流体的水电镀表面沉积层沉积不均匀、疏松、无规的问题是本领域亟需解决的技术问题。
5、需要说明的是,本背景技术部分中公开的以上信息仅用于理解本申请构思的背景技术,因此,并不认为上述描述构成现有技术的信息。
技术实现思路
1、本公开实施例至少提供一种超声辅助定向能量沉积的集流体及其制备方法、系统。
2、第一方面,本公开实施例提供了一种超声辅助定向能量沉积的集流体的制备方法,包括如下步骤:步骤s1,通过磁控溅射在基材层的表面溅射cu,得到载体箔;步骤s2,在酸性硫酸盐体系内通过电沉积在载体箔上电沉积铜进行增厚得到cu层,同时对载体箔进行超声波冲击处理,所述超声波的频率为10-30mhz,功率不超过100w。
3、在一种可选的实施方式中,所述步骤s1中通过磁控溅射在基材层的表面溅射cu具体包括如下步骤:步骤s11,调整磁控溅射镀机腔室的真空度,并启动阴极和传动辊;步骤s12,在腔室内通入氩气并提高离子源的功率将氩气离子化,进而对基材进行表面清洁;步骤s13,通入溅射气体氩气,利用铜靶材在基材层的表面磁控溅射形成cu层,即得到载体箔;步骤s14,在基材层的另一侧重复步骤s11-s13。
4、在一种可选的实施方式中,所述步骤s12中离子源的功率调整范围为800-1000w。
5、在一种可选的实施方式中,所述步骤s13中溅射气体氩气的纯度不低于99.99%,通入量为400-600sccm,腔室内气压的范围为0.3-0.5pa,磁控溅射的功率为5-50kw。
6、在一种可选的实施方式中,所述步骤s2中增厚后的cu层厚度为500nm-5μm。
7、在一种可选的实施方式中,所述步骤s2中超声波冲击处理的功率为20-60w。
8、第二方面,本公开实施例还提供一种采用如前所述的方法制备得到的超声辅助定向能量沉积的集流体,包括:基材层;cu层,所述cu层设置在所述基材层的两侧。
9、在一种可选的实施方式中,所述基材层包括双向拉伸聚丙烯薄膜、流延聚丙烯薄膜、聚对苯二甲酸乙二酯薄膜、聚酰亚胺薄膜和聚萘二甲酸乙二醇酯薄膜中的任意一种;所述基材层的厚度为3-20μm。
10、在一种可选的实施方式中,所述cu层的材料为铜或铜合金;所述cu层的厚度为500nm-5μm。
11、第三方面,本公开实施例还提供一种超声辅助定向能量沉积系统,采用如前所述的方法制备集流体,其特征在于,包括:电镀池,所述电镀池内设置有酸性硫酸盐体系;以及所述电镀池的上方设置有至少一个超声波发生器。
12、本发明的有益效果是,本超声辅助定向能量沉积的集流体及其制备方法、系统通过在酸性硫酸盐体系内施加超声场,cu沉积过程由扩散控制转变为电化学控制,加速了传质过程,改善了cu的电沉积效果;同时超声波具有晶粒细化效果,在利用超声波冲击辅助沉积的过程中,可使复合铜箔表面的微晶结构增加,进而增大复合集流体铜箔与电解液之间的接触角,减小两者之间的浸润性,从而降低电解液对复合集流体铜箔的腐蚀性,提升膜层耐电解液性能;另外细化的晶粒使复合集流体铜箔表面变得粗糙,有助于提升其与活性材料的粘附力,从而提高电极的电导率和结构稳定性,以上效果最终可进一步提升锂电池的循环寿命。
13、本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书中所特别指出的结构来实现和获得。
14、为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂,下文特举较佳实施例,作详细说明如下。
1.一种超声辅助定向能量沉积的集流体的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
2.如权利要求1所述的超声辅助定向能量沉积的集流体的制备方法,其特征在于,所述步骤s1中通过磁控溅射在基材层的表面溅射cu具体包括如下步骤:
3.如权利要求2所述的超声辅助定向能量沉积的集流体的制备方法,其特征在于,
4.如权利要求2所述的超声辅助定向能量沉积的集流体的制备方法,其特征在于,
5.如权利要求1所述的超声辅助定向能量沉积的集流体的制备方法,其特征在于,
6.如权利要求1所述的超声辅助定向能量沉积的集流体的制备方法,其特征在于,
7.一种采用如权利要求1-6任一项所述的方法制备得到的超声辅助定向能量沉积的集流体,其特征在于,包括:
8.如权利要求7所述的超声辅助定向能量沉积的集流体,其特征在于,
9.如权利要求7所述的超声辅助定向能量沉积的集流体,其特征在于,
10.一种超声辅助定向能量沉积系统,其特征在于,采用如权利要求1-6任一项所述的方法制备集流体,其特征在于,包括:
