[发明专利]一种用真空磁控溅射生产的碳膜电流集流体及其制备方法

说明书

本发明适用于电流集流体制备技术领域，公开了一种用真空磁控溅射生产的碳膜电流集流体及其制备方法，在真空室中进行，包括以下步骤：1)使用离子束对电流集流体金属箔表面的杂质、氧化膜和表面夹杂物进行等离子体清洗；2)在步骤1)清洗后的表面上，在真空中用第一磁控溅射在电流集流体金属箔上喷涂高密度碳层，涂覆第一层高密度碳层；3)以高纯度石墨为磁控管靶材，在真空中用第二磁控溅射向高密度碳层喷涂致密碳涂层，涂覆第二层石墨碳薄膜，获得碳膜电流集流体。按照上述方法制造的碳膜电流集流体可以得到最小的接触电阻值，且获得的电流集流体具有较高的抗化学腐蚀能力。

技术领域

本发明属于电流集流体制备技术领域，尤其涉及一种用真空磁控溅射生产的碳膜电流集流体及其制备方法。

背景技术

在电化学电源中，电流集流体主要起在充电的时候将电流导入到活性物质上，放电的时候将活性物质的电流导出给负载的作用，是电池正极或者负极用于附着活性物质的基体金属，例如正负极用的铜箔和铝箔。

电化学电源生产中使用的铝箔和铜箔表面存在污染、氧化膜和外部掺杂物。以铝箔为例，如图1所示，铝箔表面存在AlFeSi和Al3Fe掺杂物。这些嵌入箔体中的夹杂物可以破坏氧化层表面或穿透氧化层。在这些夹杂物存在的情况下，电解质的存在会引起电化学反应进而破坏铝箔，形成氧化铝或氢氧化物。而只有纯的无夹杂物的铝才具有最好的抗化学腐蚀性能。

导电良好的金属与电池、超级电容器和燃料电池等电化学存储装置的活性电极之间存在接触电阻，金属箔表面氧化膜的存在会增加接触电阻。这会导致内阻增大，并导致金属箔和活性电极接触点局部发热。

为了消除电化学存储装置的上述缺点，即不需要的电化学腐蚀和接触点的高位接电阻等缺点，本发明提出一种用真空磁控溅射生产的碳膜电流集流体及其制备方法。

发明内容

本发明实施例提供一种用真空磁控溅射生产的碳膜电流集流体及其制备方法，旨在解决不需要的电化学腐蚀和接触点的高位接电阻等缺点，减少负极材料的降解，增加应用的化学电池的能量和功率密度，延长使用寿命(充放电循环次数)。

本发明实施例是这样实现的：

一种用真空磁控溅射生产的碳膜电流集流体的制备方法，在真空室中进行，包括以下步骤：

1)使用离子束对电流集流体金属箔表面的杂质、氧化膜和表面夹杂物进行等离子体清洗；

2)在步骤1)清洗后的表面上，在真空中用第一磁控溅射在电流集流体金属箔上喷涂高密度碳层，涂覆第一层高密度碳层；

3)以高纯度石墨为磁控管靶材，在真空中用第二磁控溅射向高密度碳层喷涂致密碳涂层，涂覆第二层石墨碳薄膜，获得碳膜电流集流体。

作为优选的实施方式，所述真空室中的真空条件为：真空室的本底真空度优于5.0×10^-4Pa，工作气体是纯度为99.99％的氩气，氩气的流量为15-18sccm。

步骤1)中所述离子束，使用离子枪或使用反向磁控管产生。

步骤1)中所述清洗的条件，优选为离子束的能量控制在220eV-230eV。

步骤1)中所述电流集流体为铜箔或铝箔，所述铜箔的厚度优选为0.008mm，所述铝箔的厚度优选为0.012mm-0.015mm。

步骤2)中所述第一磁控溅射，优选为射频磁控溅射。

所述射频磁控溅射溅射功率为50W～150W，溅射所用靶材是纯度为99.99％的碳靶，溅射压强为8Pa-12Pa。

步骤2)中所述第一层高密度碳层的厚度为3nm～15nm。所述的高密度碳层导电性极好，作用保护层，让电解液对铝和铜破坏性降到最低。