一种电池外壳镀膜材料及其制备方法 【技术领域】
本发明涉及一种对电池进行改进的技术，具体地讲涉及一种电池镀膜材料及其制备方法。
背景技术：
镍氢电池、锂离子电池等作为一种新型高性能的绿色电池，在电动车辆和混合动力车上正在逐步得到应用，形成新的发展动力；这类电池在实际应用时，往往需要通过串联方式组装成电池组，由于这类电池的外壳一般为导电的金属材料，所以在电池组的组装和使用过程中，往往会由于电解液泄漏等原因引发短路，造成危险：使得电池组在组装和使用过程中的安全性和可靠性不佳。
另外，目前Al2O3、AlN等薄膜材料已在很多领域得到应用。例如，Al2O3薄膜材料在光学领域用于光纤掺杂，在机械领域用于镀覆在汽车发动机活塞上使之耐磨性得到提高，从而延长使用寿命；而AlN薄膜材料在机械、光学、电子元器件、声表面波器件制造和高频宽带通信等领域有着广阔的应用前景。虽然这些材料在很多领域已经得到应用，但Al2O3、AlN等薄膜材料在电池领域的应用尚未见报道。
【发明内容】
本发明的目的是针对现有技术存在的上述缺陷提供的一种电池外壳镀膜材料及其制备方法。
本发明不仅将Al2O3、AlN材料运用于电池领域，而且运用溅射法在电池外壳表面镀覆薄膜材料，所镀覆的薄膜材料可以有效的解决因电解液泄露等原因引发的短路问题，从而显著提高电池组在组装和使用过程中的安全性和可靠性。
本发明的一种电池外壳镀膜材料，是用含金属铝的化合物制备而成。
其中金属铝的化合物选自Al2O3或AlN。
本发明的一种电池外壳镀膜材料，其制备方法包括步骤：
基体抛光、基体清洗和溅射法镀膜。
本发明提供的一种电池外壳镀膜材料的制备方法为溅射镀膜，溅射前将溅射室气压抽至1×10-10Pa～8.0×10-5Pa，并通入氩气预溅射10min～45min。
本发明的一种电池外壳镀膜材料的制备方法，其中溅射法镀膜的溅射条件为：
选择的靶材为纯度99％～100％的铝靶；选择纯度96％～99.9999％的反应气体；工作气压保持在1×10-10Pa～2Pa；基片温度为50℃～500℃；铝靶和基片的间距为2cm～6cm；射频功率为40W～200W；溅射时间为10min～60min。
所述反应气体选择O2或N2。
上述制备方法中：
基体抛光是对即将被镀膜的基片进行打磨、抛光，使表面平整光滑；基体清洗是将经过抛光后的基片依次用丙酮、乙醇、蒸馏水进行超声波振荡清洗。其中，基片为电池外壳，电池外壳材料为不锈钢材料。
所使用的溅射法镀膜仪器为：磁控溅射仪。
上述溅射条件是通过大量实验确定的，而且采用上述溅射条件使得本发明制备的电池外壳上的薄膜经测试具有高电阻率，绝缘性能优异的特点。
溅射法镀膜具体操作步骤为：
(1)接通冷却水，开启电源。将基片放置于样品托上固定，然后放置于进样室的样品托架上；
(2)开启机械泵，对溅射室和进样室预抽，当真空度范围低于20Pa时，关闭预抽阀，打开电磁阀，开启分子泵，同时将载有基片的样品架从进样室送进溅射室，之后关闭溅射室与进样室之间的真空阀，抽真空至真空度低于8.0×10-5Pa；
(3)将气体质量流量计置于阀控位，通入Ar气，调节气体流量和真空阀关闭程度，使真空度达到1×10-10Pa～2Pa；
(4)射频电源预热后开启，加高压，调节匹配电容，直至溅射室起辉，对铝靶材进行预溅射，10min～45min后，在计算机上设置溅射工作条件：
选择的靶材为纯度99％～100％的铝靶；选择反应气体的纯度96％～99.9999％的气体；工作气压保持在1×10-10Pa～2Pa，基片温度为50℃～500℃，靶和基片间距为2cm～6cm，射频功率为40W～200W，溅射时间为10min～60min；利用计算机控制转盘和挡板的转动开始工作；
(5)溅射过程完成后，关闭射频源和加热电源，关闭气体流量计，十分钟后关闭射频电源。加热炉降温后，关闭分子泵，频率下降至200Hz后关闭高真空阀。再关闭电磁阀及机械泵，最后关闭总控制电源和冷却水。
电阻率的测试方法为：将绝缘薄膜镀覆在电池外壳表面，并将外壳表面留有一部分不做镀覆，将该外壳表面不做镀膜的一小部分作为一个电极，在薄膜的上面用溅射法镀上一层很薄的金属金，作为另一个电极。使用薄膜电阻测试仪在两个探针接触的电极之间施加一个电压，使薄膜中有微小电流通过，根据电压，电流值作出V-I特性曲线，由欧姆定律推导：直线的斜率就是薄膜的电阻R。又因为R＝ρL/S，所以ρ＝RS/L，其中ρ为电阻率，L为薄膜厚度，S为薄膜的有效面积，根据平行电容器的原理，薄膜的有效面积为金属金电极所对应的面积。
本发明的一种电池外壳镀膜材料的制备方法明显优于目前镀膜常用的电镀等化学方法：
采用物理方法--溅射法，操作简单；成本较低、过程容易控制，具有良好的环保性，可以保证镀覆在电池外壳上的薄膜致密而均匀，且电阻率高，绝缘性能优异，进一步保证了膜层的绝缘性。
【具体实施方式】
实施例1：
本实施例采用的溅射法镀膜仪器为：磁控溅射仪。
本实施例利用溅射法在电池外壳镀覆一层Al2O3薄膜，使用地靶材为纯度99.9％的铝靶。
溅射法镀膜具体操作步骤：
(1)接通冷却水，开启电源。将基片放置于样品托上固定后放置于进样室样品托架上。
(2)开启机械泵，对溅射室和进样室预抽，真空度为7Pa时，关闭预抽阀，打开电磁阀，开启分子泵，同时将载有基片的样品架从进样室送进溅射室，之后关闭溅射室与进样室之间的真空阀，抽真空至真空度6×10-5Pa。
(3)将气体质量流量计置于阀控位，通入Ar气，调节气体流量和真空阀关闭程度，使真空度达到工作气压0.8Pa。
(4)射频电源预热后开启，加高压，调节匹配电容，直至溅射室起辉，对靶材进行预溅射20min以清洗靶面，在计算机上，设置溅射工作参数：
选择纯度为99.9％的高纯氧气为反应气体，工作气压保持在0.8Pa；基片温度为50℃，铝靶和基片间距为2cm；射频功率为40W，溅射时间为15min；
利用计算机控制转盘和挡板的转动开始工作。
(5)溅射过程完成后，关闭射频源和加热电源，关闭气体流量计，10min后关闭射频电源。加热炉降温后，关闭分子泵，频率下降至200Hz后关闭高真空阀。再关闭电磁阀及机械泵，最后关闭总控制电源和冷却水。
本实施例采用上述方法制备的Al2O3薄膜的电阻率为2×1013Ω·m。
实施例2：
溅射法镀膜仪器：磁控溅射仪。
本实施例利用溅射法在电池外壳表面镀覆一层AlN薄膜，使用的靶材为纯度99.9％的铝靶。
溅射法镀膜具体操作步骤：
(1)接通冷却水，开启电源。将基片放置于样品托上固定后放置于进样室样品托架上。
(2)开启机械泵，对溅射室和进样室预抽，真空度为10Pa时，关闭预抽阀，打开电磁阀，开启分子泵，同时将载有基片的样品架从进样室送进溅射室，之后关闭溅射室与进样室之间的真空阀，抽真空至真空度7.0×10-5Pa。
(3)将气体质量流量计置于阀控位，通入Ar气，调节气体流量和真空阀关闭程度，使真空度达到所需的工作压强0.8Pa。
(4)射频电源预热后开启，加高压，调节匹配电容，直至溅射室起辉，对靶材进行预溅射15min后，在计算机上，设置溅射工作参数：
选择纯度为99.9999％的高纯氮气为反应气体，工作气压保持在0.8Pa，铝靶和基片的间距为4cm；基片温度为500℃，射频功率为200W，溅射时间为20min。
利用计算机控制转盘和挡板的转动开始工作。
(5)溅射过程完成后，关闭射频源和加热电源，关闭气体流量计，10min后关闭射频电源。加热炉降温后，关闭分子泵，频率下降至200Hz后关闭高真空阀。再关闭电磁阀及机械泵，最后关闭总控制电源和冷却水。
本实施例采用上述方法制备的AlN薄膜的电阻率为2×1010Ω·m。
实施例3
本实施例采用的溅射法镀膜仪器为：磁控溅射仪。
本实施例利用溅射法在电池外壳镀覆一层Al2O3薄膜，使用的靶材为纯度99.9％的铝靶。
溅射法镀膜具体操作步骤：
(1)接通冷却水，开启电源。将基片放置于样品托上固定后放置于进样室样品托架上。
(2)开启机械泵，对溅射室和进样室预抽，真空度为11pa时，关闭预抽阀，打开电磁阀，开启分子泵，同时将载有基片的样品架从进样室送进溅射室，之后关闭溅射室与进样室之间的真空阀，抽真空至真空度5×10-5Pa。
(3)将气体质量流量计置于阀控位，通入Ar气，调节气体流量和真空阀关闭程度，使真空度达到工作气压为2Pa。
(4)射频电源预热后开启，加高压，调节匹配电容，直至溅射室起辉，对靶材进行预溅射30min以清洗靶面，在计算机上，设置溅射工作参数：
选择纯度为98％的高纯氧气为反应气体，工作气压保持在2Pa；基片温度为300℃，靶和基片的间距为5cm；射频功率为100W，溅射时间为10min。
利用计算机控制转盘和挡板的转动开始工作。
(5)溅射过程完成后，关闭射频源和加热电源，关闭气体流量计，10min后关闭射频电源。加热炉降温后，关闭分子泵，频率下降至200Hz后关闭高真空阀。再关闭电磁阀及机械泵，最后关闭总控制电源和冷却水。
本实施例采用上述方法制备的Al2O3薄膜的电阻率为2×1012Ω·m。
实施例4
本实施例采用的溅射法镀膜仪器为：磁控溅射仪。
本实施例利用溅射法在电池外壳镀覆一层Al2O3薄膜，使用的靶材为纯度为99.9％的铝靶。
溅射法镀膜具体操作步骤：
(1)接通冷却水，开启电源。将基片放置于样品托上固定后放置于进样室样品托架上。
(2)开启机械泵，对溅射室和进样室预抽，真空度为13Pa时，关闭预抽阀，打开电磁阀，开启分子泵，同时将载有基片的样品架从进样室送进溅射室，之后关闭溅射室与进样室之间的真空阀，抽真空至真空度7×10-5Pa。
(3)将气体质量流量计置于阀控位，通入Ar气，调节气体流量和真空阀关闭程度，使真空度达到工作气压1×10-10Pa。
(4)射频电源预热后开启，加高压，调节匹配电容，直至溅射室起辉，对靶材进行预溅射30min以清洗靶面，在计算机上，设置溅射工作参数：
选择纯度为96％的高纯氧气为反应气体，工作气压保持在1×10-10Pa；基片温度为300℃，靶和基片的间距为6cm；射频功率为120W，溅射时间为60min；
利用计算机控制转盘和挡板的转动开始工作。
(5)溅射过程完成后，关闭射频源和加热电源，关闭气体流量计，十分钟后关闭射频电源。加热炉降温后，关闭分子泵，频率下降至200Hz后关闭高真空阀。再关闭电磁阀及机械泵，最后关闭总控制电源和冷却水。
本实施例采用上述方法制备的Al2O3薄膜的电阻率为1.5×1012Ω·m。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管本领域的技术人员阅读本申请后，参照上述实施例对本发明进行种种修改或变更，但这些修改或变更，均在申请待批本发明的权利申请要求保护范围之内。