專利名稱：一種電池用絕緣薄膜材料的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種電池用絕緣薄膜材料的制備，屬于電池生產技術領域。
背景技術：
鎳氫電池、鋰離子電池、燃料電池等作為一種新型高性能的綠色電池，具有 能量密度高、無鎘污染、可大電流快速充放電等特點，在小型便攜式電子器件中 獲得了廣泛的應用。隨著研究工作的深入和技術的不斷發展，這類電池在電動工 具、電動車輛和混合動力車上也正在逐步得到應用，形成新的發展動力。這類電 池在電動交通工具上應用時，需要通過串聯方式組裝成電池組，由于這類電池的 外殼一般為導電性良好的金屬材料，所以在電池組的組裝和使用過程中，往往會 由于電解液泄漏等原因而引發短路，造成危險。因此，在電池外殼的表面鍍覆一 層絕緣薄膜可以有效的解決短路等問題，從而顯著提高電池組在組裝和使用過程 中的安全性和可靠性。
目前，A1203、 A1N、 Si02、 GaN等薄膜材料已在很多領域得到應用。例如， 八1203薄膜在光學領域用于光纖摻雜，在機械領域用于鍍覆在汽車發動機活塞上 使之耐磨性得到提高，從而延長使用壽命[1]。 A1N薄膜在機械[2]、光學、電子元 器件[3]、聲表面波器件制造和高頻寬帶通信等領域有著廣闊的應用前景[4]。 Si02 薄膜在諸多領域得到了很好的應用，如用于電子器件和集成器件、光學薄膜器 件、傳感器等相關器件中[5]。 GaN主要用來制造高速微波器件、電荷耦合器件、 動態存儲器、高亮度藍色與綠色發光管和紫外光電探測器[6]。雖然這些材料在很 多領域已經得到應用，但在電池領域的應用還未見報道。
本發明針對電池組在組裝和使用過程中易發生短路的問題，提供了多種電池 用絕緣薄膜材料，采用物理方法對電池外殼進行鍍覆絕緣薄膜的表面修飾，從而 提高電池組在組裝和使用過程中的安全性和可靠性。

發明內容
本發明的目的在于使用絕緣薄膜材料，運用物理方法對電池外殼進行鍍覆絕 緣薄膜的表面修飾。
絕緣薄膜制備的技術方案分為(1)基體拋光；(2)基體清洗；(3)濺射法 鍍膜。
(1) 基體拋光對鍍膜的基體進行打磨、拋光，使表面平整光滑。
(2) 基體清洗將經過拋光后的基體用丙酮、乙醇、蒸餾水進行超聲波振 蕩清洗。
(3)濺射法鍍膜反應氣體為純度99%以上的氣體，根據薄膜材料的不同
而采用不同的反應氣，工作氣壓保持在2Pa以下，基體溫度為2(TC 50(TC，靶 和基片間距為2cm以上，射頻功率為40W 200W,濺射時間為5 100分鐘。 濺射前將濺射室氣壓抽至低于6.0X10-Spa，并通入氬氣預濺射5分鐘以上清洗 靶面。
經過上述方法鍍覆在電池外殼上的絕緣薄膜經測試具有高電阻率，絕緣性能 優異，電阻率的測試方法為絕緣薄膜鍍覆在電池外殼表面，外殼表面沒有鍍膜 的一小部分作為一個電極，在部分薄膜的上面用濺射法鍍上一層很薄的金屬金， 作為另一個電極。薄膜電阻測試儀在兩個探針接觸的電極之間施加一個電壓，使 薄膜中有微小電流通過，作出V-I特性曲線，根據歐姆定律，直線的斜率就是薄 膜的電阻R。又因為E^pL/S，所以p二RS/L，其中p為電阻率，L為薄膜厚度， S為薄膜的有效面積，根據平行電容器的原理，薄膜的有效面積為金屬金電極所 對應的面積。
需要說明的是本發明采用的絕緣薄膜材料包括A1203、 A1N、 Si02、 GaN，
采用的物理方法為濺射法。
表1為用本發明提供的薄膜材料鍍覆在電池外殼表面后測得的薄膜電阻率 值。由表中數據可以看出，這些薄膜具有高電阻率，滿足絕緣的要求。
表1 薄膜材料的薄膜電阻率
材料 A1203A1NSi02GaN電阻率/Q-m3X10121.8X1096.5 X10117.6X109
綜上所述，本發明提供的電池用絕緣薄膜材料和制備技術可以在電池外殼表 面鍍覆一層絕緣薄膜，薄膜具有優異的絕緣性能，從而可以避免短路等危險現象
的發生，提高電池組在組裝和使用過程中的安全性和可靠性。
具體實施例方式
實施例1:
在電池外殼表面利用濺射法鍍覆一層Al203薄膜，濺射實驗時，使用的靶材 為純度99.99%的鋁靶，反應氣體是99.999%的高純氧氣，工作氣壓保持在0.6Pa， 基體溫度為20'C，實驗中靶和基片間距為2cm，射頻功率為40W，濺射時間為 IOO分鐘。濺射前將濺射室氣壓抽至低于6.0Xl(^Pa，并通入氬氣預濺射15分 鐘以清洗靶面。制備的Al2O3薄膜電阻率為3X10^am。 實施例2:
在電池外殼表面利用濺射法鍍覆一層A1N薄膜，濺射實驗時，使用的靶材 為純度99.99%的鋁靶，工作氣體是99.999°/。的高純氮氣，工作氣壓保持在0.4Pa， 基體溫度為50(TC，實驗中靶和基片間距為15cm，射頻功率為200W，濺射時間 為5分鐘。濺射前將濺射室氣壓抽至低于6.0X10—Spa,并通入氬氣預濺射15分 鐘以清洗靶面。制備的A1N薄膜電阻率為1.8X101QQ'm。
實施例3:
在電池外殼表面利用濺射法鍍覆一層Si02薄膜，濺射實驗時，使用的靶材為高純石英平面型靶材，工作氣體是99.999。/。的Ar氣，工作氣壓保持在0.5Pa，基 體溫度為150。C，實驗中靶和基片間距為5cm，射頻功率為100W，濺射時間為15 分鐘。濺射前將濺射室氣壓抽至低于6.0X10—Spa，并通入氬氣預濺射15分鐘以 清洗靶面。制備的Si02薄膜電阻率為6.5Xl(^am。
實施例4:
在電池外殼表面利用濺射法鍍覆一層GaN薄膜，濺射實驗時，使用的靶材 為純度99.99%的鎵靶，工作氣體是99.999%的高純氮氣，工作氣壓保持在1Pa， 基體溫度為300'C，實驗中靶和基片間距為lOcm，射頻功率為80W,濺射時間 為30分鐘。濺射前將濺射室氣壓抽至低于6.0X1(T5 Pa，并通入氬氣預濺射15 分鐘以清洗靶面。制備的GaN薄膜電阻率為7.6X109Q.m。
權利要求
1.電池用絕緣薄膜材料，具體方案為(1)基體拋光，(2)基體清洗，(3)濺射法鍍膜；其特征在于第三步的濺射法鍍膜中，反應氣體為純度99％以上的氣體，根據薄膜材料的不同而采用不同的反應氣，工作氣壓保持在2Pa以下，基體溫度為20℃～500℃，靶和基片間距為2cm以上，射頻功率為40W～200W，濺射時間為5～100分鐘；濺射前將濺射室氣壓抽至低于6.0×10-5Pa，并通入氬氣預濺射5分鐘以上清洗靶面。
2. 根據權利要求1中所述的電池用絕緣薄膜材料，其特征在于絕緣 薄膜材料包括Al203、 A1N、 Si02、 GaN。
全文摘要
本發明公開了一種電池用絕緣薄膜材料的制備方法，屬于電池生產技術領域。電池用絕緣薄膜材料的具體制備方案為(1)基體拋光，(2)基體清洗，(3)濺射法鍍膜；絕緣薄膜材料包括Al₂O₃、AlN、SiO₂、GaN。本發明是為了提高電池組在組裝和使用過程中的安全性和可靠性，提供了多種電池用絕緣薄膜材料，采用濺射法對電池外殼進行鍍覆絕緣薄膜的表面修飾，鍍覆在電池表面的薄膜具有高電阻率，完全滿足絕緣的要求，經過表面修飾的電池在電池組的組裝和使用過程中，可以避免短路等危險現象的發生。
文檔編號H01M2/02GK101202331SQ20071017762
公開日2008年6月18日 申請日期2007年11月19日 優先權日2007年11月19日
發明者鋒 吳, 麗 李, 凱 楊, 敬 王, 王國慶, 實 陳 申請人:北京理工大學