[发明专利]采用电泳技术制备致密薄膜的方法

说明书

用于在基底上沉积包含至少一种材料Px的致密薄膜的方法，其中：(a)提供含有至少一种材料Px的纳米颗粒的胶体悬浮液；(b)将所述基底与反电极一起浸渍在所述胶体悬浮液中；(c)在所述基底和所述反电极之间施加电压，以进行电泳沉积从而在基底上形成致密膜，所述膜包含所述至少一种材料Px的纳米颗粒；(d)干燥所述致密膜；(e)对所述膜进行机械固结；(f)在温度T_R下进行热固结，温度T_R不超过在最低温度下熔化的材料Px的熔化或分解温度(以℃表示)的0.7倍(优选地不超过0.5倍)，优选地在160℃至600℃之间，甚至更优选地在160℃至400℃，应当知道，步骤(e)和(f)可以同时进行，或者可以颠倒顺序进行。

技术领域

本发明涉及薄膜领域，尤其是用于薄膜电气或电子设备的薄膜领域，例如所谓的印刷电子产品(晶体管、电阻、电路、二极管、电容、电感、屏幕)、电池(特别是锂离子电池)和光伏电池。

背景技术

有很多已知的技术用于制备致密薄膜。真空沉积技术广泛地用于薄膜电子设备的制造。其包括各种不同的技术，例如物理气相沉积(PVD)、辉光放电沉积、化学气相沉积(CVD)，可能的等离子体增强、气相外延等。通常，真空沉积能够用于制备具有很好粘附性的高品质薄膜，但是其沉积速度仍然很低(通常为约1μm/h至10μm/h)。由于其采用了真空技术，真空沉积法是复杂和昂贵的。由于原料的纯度高以及靶材形态的转换，其价格往往很贵；并且，由于原料沉积在反应器壁和掩模上，仅有部分原料被利用，同时由此导致需要进行清洗或剥离操作，这就使得该方法的运行成本大大增加。此外，这些沉积或剥离技术往往需要使用高腐蚀性气体。最后，在某些情况下，真空沉积技术需要使用高温，并非所有类型的基底都能够耐受这样的温度。

真空沉积技术可以用于非常范围的应用领域，并不限于微电子领域。例如，通过辉光放电进行薄膜硅基光伏电池的沉积，而且PVD沉积也是目前薄膜微电池制造中最常用的技术。

PVD技术通常在较低的温度下进行，一般情况下其能形成高质量的膜。然而，由于各种元素的蒸发速度不同，采用这类技术难以沉积复杂的成分(或合金)，而且难以控制沉积物的化学计量。PVD非常适合用于制备很薄的膜，但是，一旦尝试增加沉积物的厚度(例如大于5μm的厚度)，就会出现柱状生长，并且沉积时间变长。

另一种用于制备薄膜的技术为溶胶-凝胶沉积法，其中，经水解、聚合和浓缩步骤形成的无机高分子网络沉积在基底表面上。溶胶-凝胶转换发生在溶剂蒸发的过程中，其加快了表面上的反应过程。这种技术可以用于制备致密并且很薄的沉积物(例如，参见专利申请WO2010/076428，法国国家中心科学研究院)，所述沉积物的厚度为约100纳米。在不会引起开裂或产生裂纹的风险的情况下，需要进行连续的步骤以增加沉积物的厚度。因此，一旦尝试增加沉积物的厚度，这种技术会导致工业生产力的问题。

等离子体热喷技术也是已知的，其适合用于制造相对较厚(数百微米厚)的沉积物，但是其较不精确，并且不能用于获得足够均匀且厚度可控的薄膜，这些薄膜用于电子、光学和电气工程中。

还可以采用油墨印刷技术，特别是用于制造锂离子电池(参见Advance inLithium-Ion Batteries,W.van Schalkwijk and B.Sams,2002,Kluever Academic/Plenum Publishers)。其可以用于制备厚度通常在40和400μm之间沉积物。根据所需的成分，沉积以形成电池电极的油墨(或糊剂)不但含有各种材料的颗粒，还必须含有有机粘合剂和溶剂，所述粘合剂和溶剂在电极干燥的步骤中蒸发。如果以这种方式沉积的膜必须具有导电性，则需对其进行压延成型步骤以提高颗粒之间电接触的质量并压实沉积物。经过该压缩步骤，电极中活性颗粒通常占沉积物的约60体积％，这意味着在颗粒之间通常具有40％的空隙。对于某些应用，例如锂离子类型电池，可以用电解质填充这些空隙。