專利名稱：一種硅基微通道上無電鍍鎳的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種硅基微通道上無電鍍鎳的方法，具體為一種無電 沉積鎳的無電鍍液配方和在硅基通微道上無電沉積鎳的方法，屬于微
機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)加工和無電鍍領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著MEMS的不斷發(fā)展，與之集成的片上高能微電池已經(jīng)成為人們 研究的熱點(diǎn)。具有低成本、高能量密度、微型化、循環(huán)壽命長、安全 性能好等優(yōu)點(diǎn)的高效綠色電源是科研人員追求的目標(biāo)。薄膜鋰電池由 于具有短距離內(nèi)鋰離子的快速輸運(yùn)能力使得其比傳統(tǒng)電池能提供更 大的電流密度和更高的輸出功率。影響電池容量的核心問題是離子交 換膜的有效面積，顯然，平面薄膜鋰電池因有效面積的限制而使其容 量過低，為此人們采用以硅微通道為襯底構(gòu)建3D (三維)鋰電池來提 高其容量。目前，已經(jīng)發(fā)展了諸如通過改善電極的形貌而采用的包括 層疊等方法來提高比表面積，從而增加其比輸出功率的工藝。然而， 要求進(jìn)一步縮小電池的體積而又能保持電池的容量不變，并且安全可 靠，目前的方法需進(jìn)一步改進(jìn)。
D. Golodnitsky等人提出利用微通道板作為框架材料，通過在微料制作電極，以混合聚合體為電解液從 而制作出3D鋰電池，但因工藝限制其深寬比只能達(dá)到約7.5 : l，難以 進(jìn)一步通過增加比表面積來提高電池容量。本發(fā)明采用圖形化硅微通 道化學(xué)深刻蝕技術(shù)來構(gòu)建3D鋰電池，其深寬比可以高達(dá)50 : 1，它可
以提供較平面襯底高出幾個數(shù)量級的表面積，使陰極和陽極產(chǎn)生較平 板襯底更好的活性。該3D薄膜電池的關(guān)鍵技術(shù)之一是三維結(jié)構(gòu)中的鎳
薄膜電流收集層的制作，它可以通過無電沉積來獲得金屬薄層，而且 成本較低，毒害性小，盡管在大襯底上的無電沉積技術(shù)已經(jīng)有較為廣 泛的研究，但是在幾個微米硅基微通道襯底上無電沉積鎳目前還是一 個技術(shù)性的挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了提供一種硅基微通道上無電鍍鎳的方法，以 解決3D薄膜鋰電池結(jié)構(gòu)中鎳薄膜電流收集層的關(guān)鍵技術(shù)，提出采用 以硅微通道為襯底并通過無電沉積鎳薄膜來實(shí)現(xiàn)高比表面積的3D電 流收集層制作。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn) 一種硅基微通道上無電鍍鎳的方法，包括以下步驟
1) 準(zhǔn)備好硅微通道樣品后，將制備好的微通道放入含有1%
Triton X-100 (聚乙二醇辛基苯基醚)的水溶液中浸潤10-30 秒。
2) 按六水合流酸鎳(NiS04. 6H20)1-2M/L、十二烷基硫酸鈉(Sodiumdodecyl sulfate) 10-20mg、氟化氨(野)2. 5-7. 5M/L、檸檬酸鈉 (Sodium citrate) 0. 2-0. 4M/L、氨水和硫酸銨0. 5-1M/L配置成溶 液，將步驟l)的微通道用去離子水清洗后放入溶液，溶液保持堿性 環(huán)境pH值在7.5-8.5,溫度控制在80-85攝氏度，沉積5-IO分鐘， 沉積完畢取出微通道用去離子水沖洗，得到高比表面積的3D電流收 集層。
這種硅基微通道的無電鎳沉積技術(shù)的特征是
A、 硅基微通道的制作工藝與MEMS工藝兼容，主要采用電化學(xué)制 程，成本低，操作簡單，實(shí)現(xiàn)容易；其微通道孔度均勻，比表面積和 深寬比較大。
B、 無電鍍鎳的鍍液配制簡單，所用藥品常見，價格低廉，成本 低，為無磷鍍液。該鍍液在鎳鍍層上殘留量極低，基本不會對電流收 集層產(chǎn)生影響，沉積的鎳薄膜分布均勻，結(jié)晶狀態(tài)好。


圖la:本發(fā)明硅微通道SEM圖片的頂視圖lb:本發(fā)明硅微通道SEM圖片的截面圖2a:本發(fā)明硅微通道無電電鍍鎳后SEM照片的頂視圖2b:本發(fā)明硅微通道無電電鍍鎳后SEM照片的截面圖3:本發(fā)明硅微通道的無電電鍍鎳后的EDS圖片；
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步闡述本發(fā)明，并給出實(shí)施例。 本發(fā)明實(shí)施例中所涉及的硅微通道為中國專利申請?zhí)枮?br> 200610025900.7所記載方法制備獲得的硅微通道。本實(shí)驗中，選用 的硅微通道的微通道孔為正方形，邊長為5微米，壁厚1微米，深 250微米，如圖1所示。 實(shí)施例1
準(zhǔn)備好硅微通道樣品后，將制備好的微通道放入含有1% Triton X-100 (聚乙二醇辛基苯基醚)的水溶液中浸潤10s。按六水合流酸 鎳(NiS04.6H20) 1M/L、十二烷基硫酸鈉(Sodium dodecyl sulfate) 10mg、氟化氨(歸)2.5M/L、檸檬酸鈉(Sodium citrate) 0. 2M/L、 氨水和硫酸銨0.5M/L配置成溶液，將步驟1)的微通道用去離子水 清洗后放入該溶液，溶液保持堿性環(huán)境PH值為8，溫度控制在85攝 氏度，沉積5分鐘，沉積完畢取出微通道用去離子水沖洗，得到高比 表面積的3D電流收集層。
實(shí)施例2
準(zhǔn)備好硅微通道樣品后，將制備好的微通道放入含有1% Triton X-100 (聚乙二醇辛基苯基醚)的水溶液中浸潤30 s。按六水合流 酸鎳(NiS04. 6H20) 2M/L、十二烷基硫酸鈉(Sodium dodecyl sulfate) 20mg、氟化氨(NH4F) 7. 5M/L、擰檬酸鈉(Sodium citrate) 0. 4M/L、 氨水和硫酸銨1M/L配置成溶液，將步驟1)的微通道用去離子水清 洗后放入溶液，溶液保持堿性環(huán)境PH值為8,溫度控制在85攝氏度， 沉積10分鐘，沉積完畢取出微通道用去離子水沖洗，得到高比表面積的3D電流收集層。 實(shí)施例3
準(zhǔn)備好硅微通道樣品后，將制備好的微通道放入含有1% Triton X-100 (聚乙二醇辛基苯基醚)的水溶液中浸潤20秒。按六水合流 酸鎳(NiS04. 6H20)1. 5M/L、十二烷基硫酸鈉(Sodium dodecyl sulfate) 15mg、氟化氨(歸)5M/L、檸檬酸鈉(Sodium citrate) 0. 3M/L、 氨水和硫酸銨0. 75M/L配置成溶液，將步驟l)的微通道用去離子水 清洗后放入溶液，溶液保持堿性環(huán)境PH值在8.3左右，溫度控制在 80攝氏度，沉積8分鐘，沉積完畢取出微通道用去離子水沖洗，得 到高比表面積的3D電流收集層。
實(shí)施例4
準(zhǔn)備好硅微通道樣品后，將制備好的微通道放入含有1% Triton X-100 (聚乙二醇辛基苯基醚)的水溶液中浸潤10秒。按六水合流 酸鎳(NiS04.6H20) 2M/U十二烷基硫酸鈉(Sodium dodecyl sulfate) 15mg、氟化氨(歸)5. 5M/L、檸檬酸鈉(Sodium citrate) 0. 2M/L、 氨水和硫酸銨0.5M/L配置成溶液，將步驟1)的微通道用去離子水 清洗后放入溶液，溶液保持堿性環(huán)境PH值在8，溫度控制在85攝氏 度，沉積10分鐘，沉積完畢取出微通道用去離子水沖洗，得到高比 表面積的3D電流收集層。上述實(shí)施例1-4中涉及無電鍍液除非特別聲明，其總體積都為
200毫升，其硅微通SEM形貌如圖la、圖lb;無電鍍鎳后的Ni/Si-MCP 如圖2a、圖2b， Ni/Si-MCP的ESD測試圖譜如圖3。
圖la、圖lb分別是本發(fā)明采用MEMS方法通過電化學(xué)陽極腐蝕 的硅微通道的SEM頂視圖和截面圖。從該圖可以看出我們可以通過 調(diào)整硅襯底上掩膜圖案以及刻蝕時間等條件來控制硅微通道的開孔 形狀與尺寸，本實(shí)施例中的硅微通道開孔形狀為方形，邊長約5微米， 壁厚約1微米，深約250微米米；圖案規(guī)則，微通道內(nèi)壁光滑。
圖2a、圖2b分別是Ni/Si-MCP的SEM頂視圖和截面圖。從圖中 可以看出，規(guī)則的硅微通道內(nèi)壁被一薄層物質(zhì)均勻覆蓋，說明本發(fā)明 采用的無電鍍方法獲得的鍍層均勻，催化劑顆粒分散度高。圖3是硅 微通道鍍鎳后的內(nèi)壁上EDS圖片，對其的EDS測試結(jié)果中只有M和 Pd峰出現(xiàn)，而沒有Si的EDS特征峰，說明硅微通道表面己經(jīng)被均勻 覆蓋了金屬鎳薄膜，且其上均勻地分散著高催化活性的金屬Pd顆粒。
權(quán)利要求
1、一種硅基微通道上無電鍍鎳的方法，包括以下步驟1)將制備好的硅微通道放入含有1％Triton X-100的水溶液中浸潤10～30秒。2)按六水合流酸鎳1-2M/L、十二烷基硫酸鈉10-20mg、氟化氨2.5-7.5M/L、檸檬酸鈉0.2-0.4M/L、氨水和硫酸銨0.5-1M/L配置成溶液，將步驟1)的微通道用去離子水清洗后放入溶液，溫度控制在80-85攝氏度，沉積5-10分鐘，沉積完畢取出微通道用去離子水沖洗，得到高比表面積的3D電流收集層。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硅基微通道上無電鍍鎳的方法， 其特征在于步驟2)的溶液保持堿性環(huán)境pH值在7.5-8.5，
全文摘要
本發(fā)明公開了一種硅基微通道上無電鍍鎳的方法，包括以下步驟將制備好的微通道放入含有1％聚乙二醇辛基苯基醚的水溶液中浸潤10～30秒。將六水合流酸鎳、十二烷基硫酸鈉、氟化氨、檸檬酸鈉、氨水和硫酸銨配置成溶液，將步驟1)的微通道用去離子水清洗后放入溶液，溶液保持堿性環(huán)境pH值在7.5-8.5，溫度控制在80-85攝氏度，沉積5-10分鐘，沉積完畢取出微通道用去離子水沖洗，從而得到高比表面積的3D電流收集層。這種硅基微通道的無電鎳沉積技術(shù)的有益效果是成本低，操作簡單，實(shí)現(xiàn)容易；其微通道孔度均勻，比表面積和深寬比較大。
文檔編號H01M4/28GK101538704SQ20091004798
公開日2009年9月23日 申請日期2009年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月20日
發(fā)明者王連衛(wèi), 苗鳳娟, 陶佰睿 申請人:華東師范大學(xué)