薄膜箔及制造薄膜箔的方法与流程

1.本公开涉及薄膜箔及制造该薄膜箔的方法，更具体地，涉及用作二次电池的负极材料的薄膜箔及制造该薄膜箔的方法。


背景技术：

2.随着对环保车辆的需求的增加，车辆制造商一直在开发各种类型的环保车辆，例如混合动力车辆、氢动力车辆和电动车辆。
3.电动车辆是使用电力作为动力源并具有内置电池来存储电力的环保车辆。电动车辆需要大容量电池来进行稳定的长距离运行。然而，随着电池的容量增加，电池的体积和重量也会增加，因此在具有有限安装空间的车辆中难以轻易地增加电池的容量，并且充电时间也会增加。
4.因此，为了使电动车辆的实际使用，重量轻、紧凑型且充电时间短的电池是必不可少的。由于电池是通过交替堆叠由涂覆有活性材料的薄膜箔(铜箔)形成的负极和正极材料构成的，因此薄膜箔越薄，活性材料越多，从而使电池的重量和体积最小化。
5.电池制造商正在进行研究以最小化薄膜箔的厚度，从而减小电池的重量和尺寸。


技术实现要素：

6.技术问题
7.鉴于以上提出了本公开，并且本公开的目的是提供一种薄膜箔和制造该薄膜箔的方法，其中，通过溅射工艺在基底基板上形成金属薄膜层以制造厚度为5μm或更小、优选为2μm或更小的超薄膜箔。
8.另外，本公开的另一目的是提供一种薄膜箔和制造该薄膜箔的方法，其中，通过溅射工艺在基底基板上依次溅射第一金属原料和第二金属原料来形成具有多层结构的金属层。
9.另外，本公开的另一目的是提供一种薄膜箔和制造该薄膜箔的方法，其中，通过在由具有优异的剥离性能的材料制成的基底基板上进行溅射形成薄金属层，以促进超薄膜箔的分离和转移。
10.技术方案
11.为了实现上述目的，根据本公开的示例性实施例的制造薄膜箔的方法包括：准备具有剥离性能的基底基板；准备金属原料；通过在基底基板上真空沉积金属原料来在基底基板上形成金属层；以及将基底基板与金属层分离以形成薄膜箔。
12.在准备基底基板的步骤中，可以准备特氟隆膜、涂覆特氟隆的聚酰亚胺(pi)、聚酰亚胺(pi)、溅射滑移合金的铝箔、涂覆硅的聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)和硅膜中的一种作为基底基板。
13.在准备金属原料的步骤中，可以准备becu合金、cu-ag-cr三元合金、ag合金、cumo合金和cufep合金中的一种作为金属原料。
14.准备金属原料的步骤包括准备第一金属原料的步骤，其中，在准备第一金属原料的步骤中，可以准备铜、becu合金、cu-ag-cr三元合金、ag合金、cumo合金和cufep合金中的一种作为第一金属原料。
15.准备金属原料的步骤还包括准备第二金属原料的步骤，其中，在准备第二金属原料的步骤中，可以准备镍铜合金、铜钼合金和因瓦合金中的一种作为第二金属原料。
16.在形成金属层的步骤中，可以交替地真空沉积第一金属原料和第二金属原料以形成具有多个层的金属层。
17.在形成金属层的步骤中，可以形成铜层和镍铜合金层重复堆叠的金属层。
18.在形成金属层的步骤中，可以形成铜层和铜钼合金层重复堆叠的金属层。
19.在形成金属层的步骤中，可以形成铜层和因瓦合金层重复堆叠的金属层。
20.在通过在基底基板上真空沉积金属原料来在基底基板上形成金属层的步骤中，可以通过用疏水等离子体处理基底基板并在疏水等离子体处理的基底基板上真空沉积金属原料，以在基底基板上形成金属层。
21.在通过在基底基板上真空沉积金属原料来在基底基板上形成金属层的步骤中，可以通过用丙烯酸类粘合剂和聚氨酯类粘合剂中的一种粘合剂涂覆基底基板并在该粘合剂上真空沉积金属原料，以在基底基板上形成金属层。
22.在通过在基底基板上真空沉积金属原料来在底基板上形成金属层的步骤中，金属层可以形成为具有5μm或更小的厚度。
23.一种薄膜箔，可以由厚度为5μm或更小的金属层形成，其中，金属层包括becu合金、cu-ag-cr三元合金、ag合金、cumo合金以及cu和cufep合金中的至少一种。
24.金属层可以形成为单层或多层结构。
25.技术效果
26.根据本公开，在制造薄膜箔的方法中，通过在基底基板上溅射包括becu合金、cu-ag-cr三元合金、ag合金、cumo合金和cufep合金中的至少一种的金属原料来形成金属薄膜层，使得可以制造厚度为5μm或更小、优选为2μm或更小的超薄膜箔。
27.此外，在制造薄膜箔的方法中，通过准备铜作为第一金属原料、准备镍铜合金、铜钼合金和因瓦合金中的一种作为第二金属原料，以及通过溅射工艺在基底基板上依次溅射第一金属原料和第二金属原料，形成具有多层结构的金属层，使得可以制造厚度为5μm或更小、优选为2μm或更小的超薄膜箔。
28.此外，在制造薄膜箔的方法中，将特氟隆膜、涂覆特氟隆的聚酰亚胺(pi)、溅射滑移合金的铝箔和涂覆硅的聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)中的一种配置为基底基板，并且在基底基板上通过溅射形成薄金属层，是的可以容易地分离和转移超薄膜箔。
附图说明
29.图1是示出根据本公开的第一实施例的制造薄膜箔的方法的流程图。
30.图2是示出根据本公开的第二实施例的制造薄膜箔的方法的流程图。
31.图3是示出通过根据本公开的第二实施例的制造薄膜箔的方法制造的薄膜箔的配置图。
32.图4是示出根据本公开的第三实施例的制造薄膜箔的方法的流程图。
33.图5是示出根据本公开的第四实施例的制造薄膜箔的方法的流程图。
34.图6是示出根据本公开的第五实施例的制造薄膜箔的方法的流程图。
35.图7是示出通过根据本公开的第五实施例的制造薄膜箔的方法制造的薄膜箔的配置图。
36.图8是通过根据本公开的第一实施例的制造薄膜箔的方法制造的becu薄膜箔的放大15000倍的聚焦离子束与扫描电子显微镜(fib-sem)断层成像。
37.图9是通过根据本公开的第一实施例的制造薄膜箔的方法制造的becu薄膜箔的放大50000倍的fib-sem断层成像。
38.图10是通过根据本公开的第一实施例的制造薄膜箔的方法制造的cu薄膜箔放大15000倍的fib-sem断层成像。
39.图11是通过根据本公开的第一实施例的制造薄膜箔的方法制造的cu薄膜箔的放大50000倍的fib-sem断层成像。
40.图12是通过根据本公开的第二实施例的制造薄膜箔的方法制造的cu-cumo多层薄膜箔的放大15000倍的fib-sem断层成像。
41.图13是通过根据本公开的第二实施例的制造薄膜箔的方法制造的cu-cumo多层薄膜箔的放大150000倍的fib-sem断层成像。
具体实施方式
42.在下文中，为了足够详细地描述本公开所属领域的普通技术人员能够容易地实现本公开的技术思想，将参考附图描述本公开的最优选实施例。首先，应当注意，在给附图中的每个附图的部件提供附图标记时，相同的部件将由相同的附图标记表示，即使它们在不同的附图中示出。此外，在描述本公开的示例性实施方式中，如果确定相关的已知配置或功能的详细描述可能掩盖了本公开的要点，则将省略其详细描述。
43.参考图1，根据本公开的第一实施例的制造薄膜箔的方法包括如下步骤：准备基底基板s120、准备金属原料s140、形成金属层s160、以及形成薄膜箔s180。
44.在准备基底基板的步骤s120中，准备具有剥离性能的基底基板。在准备基底基板的步骤s120中，准备以下具有优异的剥离性能的材料中的一种作为基底基板：特氟隆(teflon)膜、涂覆特氟隆的聚酰亚胺(pi)、溅射滑移合金的铝箔和涂覆硅的聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)。
45.在准备金属原料的步骤s140中，准备铜cu合金作为溅射原料。在准备金属原料的步骤s140中，准备becu合金、cu-ag-cr三元合金、cumo合金和cufep合金中的一种作为金属原料。在准备金属原料的步骤s140中，准备铜合金作为溅射原料是为了选择具有高刚性的材料。
46.可替选地，在准备金属原料的步骤s140中，也可以将ag合金和al合金中的一种准备为金属原料。例如，agpd可作为ag合金，硬铝可作为al合金。在准备金属原料的步骤s140中，准备ag合金和al合金中的一种作为金属原料是为了选择具有高导电性和高刚性的材料。
47.在形成金属层的步骤s160中，通过真空沉积在基底基板上形成超薄的金属层。用于真空沉积的方法有多种，第一实施例通过选择作为真空沉积方法之一的溅射工艺来执
行。
48.在形成金属层的步骤s160中，通过溅射工艺在基底基板上形成超薄的金属层。在形成金属层的步骤s160中，通过溅射金属原料在基底基板上形成超薄的金属层。在这种情况下，在形成金属层的步骤s160中，通过溅射工艺在基底基板上形成厚度为5μm、优选为2μm或更小的金属层。
49.在形成薄膜箔的步骤s180中，将具有剥离性能的基底基板与金属层分离以形成超薄膜箔。在这种情况下，在形成薄膜箔的步骤s180中，准备厚度为5μm或更小、优选为2μm或更小的超薄膜箔。
50.参考图2，根据本公开的第二实施例的制造薄膜箔的方法包括如下步骤：准备基底基板s210、准备第一金属原料s230、准备第二金属原料s250、形成金属层s270以及形成薄膜箔s290。
51.在准备基底基板的步骤s210中，准备具有剥离性能的基底基板。在准备基底基板的步骤s210中，准备具有优异的剥离性能的特氟龙膜、涂覆特氟龙的聚酰亚胺(pi)、溅射滑动合金的铝箔和涂覆硅的聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)中的一种作为基底基板。
52.在准备第一金属原料的步骤s230中，准备铜作为第一金属原料。
53.可替选地，在准备第一金属原料的步骤s230中，准备becu合金、cu-ag-cr三元合金、ag合金、cumo合金和cufep合金中的一种作为第一金属原料。
54.在准备第二金属原料的步骤s250中，准备铜合金作为第二金属原料。在准备第二金属原料步骤s250中，准备镍铜合金、铜钼合金和因瓦合金中的一种作为第二金属原料。
55.在形成金属层的步骤s270中，真空沉积第一金属原料和第二金属原料以在基底基板上形成金属层。用于真空沉积的方法有多种，第二实施例通过选择作为真空沉积方法之一的溅射工艺来执行。
56.在形成金属层的步骤s270中，溅射第一金属原料和第二金属原料以在基底基板上形成金属层。在形成金属层的步骤s270中，在基底基板上依次溅射第一金属原料和第二金属原料。
57.参考图3，在形成金属层的步骤s270中，在基底基板100上依次堆叠第一金属原料120和第二金属原料140，形成具有多个层的金属层。
58.在形成金属层的步骤s270中，作为示例，形成具有铜层、镍铜(nicu)合金层、铜层和镍铜合金层依次堆叠的四层结构的金属层。通过应用铜层和镍铜合金层依次堆叠的四层结构，可以提高薄膜箔的强度。
59.在形成金属层的步骤s270中，作为示例，形成具有铜层、铜钼(cumo)合金层、铜层和铜钼合金层依次堆叠的四层结构的金属层。通过应用铜层、铜钼(cumo)合金层、铜层和铜钼合金层依次堆叠的四层结构，可以提高薄膜箔的强度。
60.在形成金属层的步骤s270中，作为示例，形成具有铜层、因瓦合金层、铜层和因瓦合金层依次堆叠的四层结构的金属层。通过应用铜层、因瓦合金层、铜层和因瓦合金层依次堆叠的四层结构，可以提高薄膜箔的强度。
61.在形成薄膜箔的步骤s290中，将具有剥离性能的基底基板与金属层分离以形成超薄膜箔。在这种情况下，在薄膜箔形成步骤s290中，制备厚度为5μm或更小、优选为2μm或更小的超薄膜箔。
62.厚度为5μm或更小、优选为2μm或更小的超薄膜箔很薄并且如果强度低则容易断裂。因此，可以通过应用以上描述的铜合金层或多层结构而不是单层铜层结构来提高强度。
63.参考图4，根据本公开的第三实施例的制造薄膜箔的方法包括如下步骤：准备基底基板s310、准备金属原料s330、等离子体处理s350、形成金属层s370、以及形成薄膜箔s390。
64.在准备基底基板的步骤s310中，准备聚酰亚胺(pi)、硅膜和铝箔中的一种作为基底基板。
65.在准备金属原料的步骤s330中，准备铜合金作为溅射原料。在准备金属原料的步骤s330中，准备becu合金、cu-ag-cr三元合金、cumo合金和cufep合金中的一种作为金属原料。在准备金属原料的步骤s140中，准备铜合金作为溅射原料是为了选择具有高刚性的材料。
66.另外，在准备金属原料的步骤s330中，也可以将ag合金和al合金中的一种准备为金属原料。例如，agpd可作为ag合金，硬铝可作为al合金。在准备金属原料的步骤s330中，准备ag合金和al合金中的一种作为金属原料是为了选择具有高导电性和高刚性的材料。
67.在等离子体处理步骤s350中，对基底基板赋予剥离性能。在等离子体处理步骤s350中，进行疏水性等离子体处理以对具有弱可剥离性的基底基板赋予剥离性能。在等离子体处理步骤s350中，使用诸如cf4的疏水性材料对基底材料赋予疏水性，使得基底材料具有剥离性能。当对诸如聚酰亚胺(pi)、硅膜和铝箔的基底基板进行疏水性等离子体处理并且通过溅射工艺形成金属层时，剥离性能得到改善。
68.在形成金属层的步骤s370中，通过真空沉积在基底基板上形成超薄的金属层。用于真空沉积的方法有多种，第三实施例通过选择作为真空沉积方法之一的溅射工艺来执行。
69.在形成金属层的步骤s370中，通过溅射工艺在基底基板上形成超薄的金属层。在形成金属层的步骤s370中，通过在疏水性等离子体处理过的基底基板上填充金属原料，在基底基板上形成超薄金属层。在这种情况下，在形成金属层的步骤s370中，通过溅射工艺在基底基板上形成厚度为5μm、优选为2μm或更小的金属层。
70.在形成薄膜箔的步骤s390中，将通过等离子体处理而具有剥离性能的基底基板与金属层分离以形成超薄膜箔。在这种情况下，在形成薄膜箔的步骤s390中，制备厚度为5μm或更小、优选为2μm或更小的超薄膜箔。
71.参考图5，根据本公开的第四实施例的制造薄膜箔的方法包括如下步骤：准备基底基板s410、准备金属原料s430、涂覆粘合剂s450、形成金属层s470、以及形成薄膜箔s490。
72.在准备基底基板的步骤s410中，准备聚酰亚胺(pi)、硅膜和铝箔中的一种作为基底基板。
73.在准备金属原料的步骤s430中，准备铜合金作为溅射原料。在准备金属原料的步骤s430中，准备becu合金、cu-ag-cr三元合金、cumo合金和cufep合金中的一种作为金属原料。在准备金属原料的步骤s430中，准备铜合金作为溅射原料是为了选择具有高刚性的材料。
74.可替选地，在准备金属原料的步骤s430中，也可以准备ag合金和al合金中的一种作为金属原料。例如，agpd可作为ag合金，硬铝可作为al合金。在准备金属原料的步骤s430中，准备ag合金和al合金中的一种作为金属原料是为了选择具有高导电性和高刚性的材
料。
75.在涂覆粘合剂的步骤s450中，对基底基板赋予剥离性能。在涂覆粘合剂的s450中，涂覆粘合剂以对具有弱可剥离性的基底基板赋予剥离性能。在涂覆粘合剂的步骤s450中，在基底材料上涂覆丙烯酸类粘合剂和聚氨酯类粘合剂中的一种。当在具有弱可剥离性的基底基板上涂覆粘合剂并且通过溅射工艺形成金属层时，剥离性得到改善。
76.在形成金属层的步骤s470中，通过真空沉积在基底基板上形成超薄的金属层。用于真空沉积的方法有多种，第四实施例通过选择作为真空沉积方法之一的溅射工艺来执行。
77.在形成金属层的步骤s470中，通过溅射工艺在基底基板上形成超薄的金属层。在形成金属层的步骤s470中，在涂覆在基底基板上的粘合剂上溅射金属原料，以在基底基板的粘合剂上形成超薄金属层。在这种情况下，在形成金属层的步骤s470中，通过溅射工艺在基底基板的粘合剂上形成厚度为5μm、优选为2μm或更小的金属层。
78.在形成薄膜箔的步骤s490中，涂覆粘合剂以将具有剥离性能的基底基板与金属层分离，从而形成超薄膜箔。在这种情况下，在形成薄膜箔的步骤s490中，准备厚度为5μm或更小、优选为2μm或更小的超薄膜箔。
79.参考图6，根据本公开的第五实施例的制造薄膜箔的方法包括如下步骤：准备基底基板s510、准备第一金属原料s530、准备第二金属原料s550、对基底基板进行等离子体处理或在基底基板上涂覆粘合剂s570、形成金属层s590、以及形成薄膜箔s610。
80.在准备基底基板的步骤s510中，准备聚酰亚胺(pi)、硅膜和铝箔中的一种作为基底基板。
81.在准备第一金属原料的步骤s530中，准备铜作为第一金属原料。
82.可替选地，在准备第一金属原料的步骤s530中，准备becu合金、cu-ag-cr三元合金、ag合金、cumo合金和cufep合金中的一种作为第一金属原料。
83.在准备第二金属原料的步骤s550中，准备铜合金作为第二金属原料。在准备第二金属原料的步骤s550中，准备镍铜合金、铜钼合金和因瓦合金中的一种作为第二金属原料。
84.在对基底基板进行等离子体处理或在基底基板上涂覆粘合剂的步骤s570中，对基底基板进行疏水性等离子体处理以赋予剥离性能，或者在基底基板上涂覆粘合剂以赋予剥离性能。
85.在形成金属层的步骤s590中，真空沉积第一金属原料和第二金属原料以在基底基板上形成金属层。用于真空沉积的方法有多种，第五实施例通过选择作为真空沉积方法之一的溅射工艺来执行。
86.在形成金属层的步骤s590中，通过在疏水性等离子体处理过的基底基板或涂覆有粘合剂的基底基板上溅射第一金属原料和第二金属原料，在基底基板上形成金属层。在形成金属层的步骤s590中，将第一金属原料和第二金属原料依次溅射在疏水性等离子体处理过的基底基板或涂覆有粘合剂的基底基板上。
87.参见图6和图7，在形成金属层的步骤s590中，将第一金属原料120和第二金属原料140依次堆叠在经疏水性等离子体处理的或涂覆粘合剂110的基底基板100上，以形成具有多个层的金属层。
88.作为示例，金属层具有铜层、镍铜(nicu)合金层、铜层和镍铜合金层依次堆叠的四
层结构。
89.作为示例，金属层具有铜层、铜钼(cumo)合金层、铜层和铜钼合金层依次堆叠的四层结构。
90.作为示例，金属层具有铜层、因瓦合金层、铜层和因瓦合金层依次堆叠的四层结构。
91.虽然已经作为示例描述了金属层具有四层结构，但是如果需要，金属层也可以是第一金属原料120和第二原料金属140依次堆叠的六层结构、八层结构和十层结构。
92.在形成薄膜箔的步骤s610中，将疏水性等离子体处理过的或涂覆有粘合剂110的基底基板与金属层分离以形成超薄膜箔。在这种情况下，在形成薄膜箔的步骤s290中，准备厚度为5μm或更小、优选为2μm或更小的超薄膜箔。
93.通过上述方法制造的薄膜箔由厚度为5μm或更小的金属层形成。金属层形成为单层或多层结构。
94.具有单层结构的金属层可以由becu合金、cu-ag-cr三元合金、ag合金、cumo合金和cufep合金中的至少一种形成。
95.具有多层结构的金属层可以具有铜层和镍铜合金层重复堆叠的结构。可替选地，具有多层结构的金属层可以具有铜层和铜钼合金层重复堆叠的结构。可替选地，具有多层结构的金属层可以具有铜层和因瓦合金层重复堆叠的结构。可替选地，具有多层结构的金属层可以具有铜合金和铜钼合金层重复堆叠的结构。
96.如果需要，上述第一实施例至第五实施例可以进行组合应用。
97.下文中，对通过根据本公开的实施例的制造薄膜箔的方法制造的薄膜箔样品进行fib断层分析。
98.图8是通过根据本公开的第一实施例的制造薄膜箔的方法制造的becu薄膜箔的放大15000倍的fib-sem断层成像。图9是通过根据本公开的第一实施例的制造薄膜箔的方法制造的becu薄膜箔的放大50000倍的fib-sem断层成像。
99.根据图8和9可以看出，通过将诸如ge
+
的离子照射到通过根据第一实施例的制造薄膜箔的方法制造的becu薄膜箔样品会产生缺陷，经检查断面，结果为确认断面的厚度(m)为2.71μm。
100.图10是通过根据本公开的第一实施例的制造薄膜箔的方法制造的铜薄膜箔的放大15000倍的fib-sem断层成像。图11是通过根据本公开的第一实施例的制造薄膜箔的方法制造的cu薄膜箔的放大50000倍的fib-sem断层成像。
101.根据图10和11可以看出，通过将诸如ge+的离子照射到通过根据第一实施例的制造薄膜箔的方法制造的cu薄膜箔样品会产生缺陷，经检查cu薄膜箔样品的断面，结果为确认断面的厚度(n)为1.56μm。
102.根据图8到图11的实验结果，观察到becu薄膜箔样品的fib断层的断面是洁净的，而cu薄膜箔样品的fib断层的断面在断裂过程中具有一些纵向裂纹。发生这种情况是因为纯cu薄膜箔的强度低于cu合金薄膜箔。因此，可以通过使用cu合金薄膜箔而不是仅使用cu来提高强度。
103.图12是通过根据本公开的第二实施例的制造薄膜箔的方法制造的cu-cumo多层薄膜箔的放大15000倍的fib-sem断层成像。图13是通过根据本公开的第二实施例的制造薄膜
箔的方法制造的cu-cumo多层薄膜箔的放大150000倍的fib-sem断层成像。
104.根据图12和13可以看出，通过向通过将诸如ge
+
的离子照射到根据第二实施例的制造薄膜箔的方法制造的cu-cumo多层薄膜箔样品会产生缺陷，经检查cu-cumo多层薄膜箔样品的断面，结果为确认断面的厚度(p)为5μm或更小。
105.根据上述实验结果，可以确认的是，通过溅射工艺在基底基板上形成具有单层或多层结构的金属薄膜层可以制造厚度为5μm或更小、优选为2μm或更小的超薄膜箔。
106.虽然以上已经描述了根据本公开的优选实施例，但是应当理解，各种修改和变型是可能的，并且在不脱离本公开的权利要求的范围的情况下，本领域普通技术人员可以进行各种修改和变型。