Page 7 - 《真空与低温》2026年第1期
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4                                           真空与低温                                   第 32 卷 第  1  期


              但由于金属原子的附着，纤维刚度增加，拉伸应变                            电池   PI-Cu 具有比搭载纯铜集流体的锂电池更高的
                                [7]
              出现下降。Chen 等 在含有埃洛石纳米管（HNTs，                       比容量（图     3（b）），其截面    SEM  表明了    PI-Cu 界面较
              Halloysite Nanotubes）的聚酰亚胺基膜两侧用脉冲                 强的结合力（图        3（c）），掺入   HNTs 后导电层和支撑
              直流磁控溅射沉积          600 nm  铜层，XRD   显示其与铜          层的结合力依然得到保持（图               3（d））。磁控溅射得
              箔的衍射峰吻合，且出现特征峰强差异，表明脉冲                            到的复合铜集流体为负极活性材料提供了良好的
              直流磁控溅射沉积层的铜颗粒优先沿（111）方向生                          附着力（图     3（g～h）），使得复合铜集流体锂电池的
              长（图   3（a）），这对于铜层一致性和完整性有重要意义。                    倍率性能和库伦效率均超过了传统锂电池（图                         3
              高能脉冲直流磁控溅射后得到的复合铜集流体锂                             （e～f））。


                               PDF: 04-0836  2.1  充放电速率: 0.1 C                      Pl-Cu         Pl-20% HNTs-Cu
                               Pl-30% HNTs-Cu  1.8  Cu
                                                 Pl-Cu
                                            1.5
                 强度/a.u.       Pl-20% HNTs-Cu  电压/（V Li + /Li）  1.2  Pl-20% Al 2O 3-Cu  脱离
                                                 Pl-10% HNTs-Cu
                                                 Pl-20% HNTs-Cu
                                            0.9
                               Pl-10% HNTs-Cu
                                                 Pl-30% HNTs-Cu
                      （111）  （200）  Pl-20% Al 2O 3-Cu （220）  0.6
                                            0.3
                               Pl-Cu
                                             0                                     10 μm                 10 μm
                    40  50   60  70  80       0   100150200250300350400
                                                            −1
                          2θ/č°Ď                 比容量/（mAh·g ）
                       （a） XRD表征                 （b） 首圈充放电            （c） Pl-Cu 截面对比   （d） Pl-20% HNTs-Cu 截面对比
                 400   Cu     Pl-10% HNTs-Cu  100  400  Cu  Pl-10% HNTs-Cu  100
                容量/（mAh·g −1 ）  300  0.1 C  0.2 C  0.5 C  1.0 C 0.5 C  0.2 C 0.4 C  60  效率/%  容量/（mAh·g −1 ）  300  Pl-Cu  0.2 C  60  效率/%  Cu  Pl-20% HNTs-Cu
                                                                 80
                                                      Pl-20% HNTs-Cu
                              Pl-20% HNTs-Cu 80
                       Pl-Cu
                                               Pl-20% Al 2O 3-Cu
                                                      Pl-30% HNTs-Cu
                              Pl-30% HNTs-Cu
                       Pl-20% Al 2O 3-Cu
                 200
                                                                 40
                                            200
                                     40
                                                                 20
                 100
                                     0 20   100                  10         脱离                         100 μm
                                                                 0
                   0  5 10 15 20 25 30 35     0   50  100  150  200                 100 μm
                         循环次数                       循环次数
                         （e） 倍率                   （f） 容量保持             （g） 0.2 C循环200圈拆   （h） 0.2 C循环200圈拆解
                                                                          解电极截面（Cu）      电极截面（Pl-20% HNTs-Cu）
                                     图  3 聚酰亚胺基复合铜集流体的物理表征及电化学性能曲线图                   [7]
                Fig. 3 Physical characterization and electrochemical performance curves of polyimide-based composite copper current collector [7]

                  Yun 等  [17]  用射频磁控溅射在聚合物薄膜上镀                  针孔率高、成本较高等挑战。当前主要通过基膜
              铜，发现由于杂质在共溅射过程中嵌入                   Cu 导电层，       表面活化预处理、溅射工艺参数（如功率、气压等）
              造成反应位点增加，充放电容量低于纯铜箔。当溅                            优化、新型设备研发（双面卷绕磁控溅射镀膜设备
              射时间低于      30 min 时，铜层厚度低，容易因电解液                  等）来解决以上问题。
              腐蚀而出现高界面电阻，导致首圈放电电位更高。                             1.2 电化学镀
              因此相对应的全干法一步制造溅射铜层厚度至少                                  电化学镀膜生产时预先金属化的聚合物衬底
                                                                                         [22]
              达到   700 nm。                                      在电解质溶液（例如          CuSO 4 ）中连接阴极，钛板作
                  磁控溅射具有器件设置简单、过程易于控制、                          为阳极，为电化学反应提供电子传递的场所，外加
              附着力强、沉积速率快、升温速率慢、衬底损伤小                            电源通过阳极将电子传递到电解液中，驱动电解液
              等优势 ，在解决锂离子电池无序生长的有害枝                             中的离子发生还原反应。为尽量减少其他阳离子
                     [18]
                [19]
                                       [20]
              晶 、电极与电解质副反应 、高界面电阻                    [21]  等界   的干扰确保金属镀层铜纯度较高，维持电镀金属阳
              面问题具有极大商业价值和市场前景。但仍存在                             离子的浓度恒定至关重要。
              一定的缺点，例如惰性离子对靶材的轰击局限在特                                 电化学镀铜在复合铜集流体的制备过程中具
              定区域处，靶材利用率有待提高。另外，由于真空                            有沉积效率高、生产速度快、镀铜结构均匀、成本
              度要求在     0.01～1 Pa 下才能出现辉光放电现象，本                  较低等优势，但因其受限于无法在薄膜不导电区域
              底真空度要求更低，镀膜前期的抽真空和结束后破                            沉积铜层，难以有效弥补磁控溅射预金属化出现的
              真空取样品需要等待较长时间从而造成生产效率                             孔洞缺陷，且对设备操作和环境要求高，需关注张
              较低。磁控溅射作为打底关键步骤，直接影响着后                            力控制及移动速度，易出现熔穿及断膜现象。
              续镀铜质量和整体良率，目前面临着结合力较差、                                 Niu 等  [23]  对空气等离子体处理后的        PP  薄膜进
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