VPI（高真空SD-650系列磁控溅射镀膜仪）助力电池储能材料研究 技术案例

电池储能行业发展趋势：复合膜与材料密度优化

当今电池储能技术（锂离子电池、固态电池、钠离子电池等）迅猛发展，引发了一场“电池革命”。行业不断追求更高的能量密度、更长的循环寿命以及更高的安全性能，而这些进步很大程度上依赖于电池新材料的创新。高质量的薄膜电极和功能涂层在提升电池性能方面起着关键作用——例如，通过在电极表面构建复合薄膜，可以提高界面稳定性并降低副反应，从而延长电池寿命。

尤其值得关注的是复合膜材料在电池中的应用研究。复合膜将多种材料集成于微观层次，可同时发挥各组分的优势。例如，有机-无机复合薄膜既具备高导电性又兼具机械柔性，被用于改善电极性能。此外，研究人员也在探索降低材料密度的方法来优化电池性能：通过引入多孔结构或轻质材料，使电极薄膜总体密度降低，在保证活性物质作用的同时减轻重量。这种设计有望提高电池的比能量（每单位质量储能），对便携式和航空航天储能器件尤为重要。然而，材料密度降低往往伴随薄膜强度或附着力下降等挑战，需要先进工艺手段来平衡重量和结构稳定性。

VPI高真空镀膜设备性能概览

Vision Precision Instruments（简称 VPI）是一家专注于真空镀膜和材料科学仪器的高科技企业，自2004年成立以来已为全球超过3000家高校、科研机构和企业提供高质量的真空镀膜解决方案。作为国内真空镀膜行业的先行者，VPI提供多种系列产品，包括高真空磁控溅射系统、直流离子溅射仪及热蒸发镀膜仪等，能够满足多样化的材料研究需求。

VPI镀膜设备的核心性能特点：

• 超高真空腔体：采用高效真空泵系统，在数分钟内即可将真空度抽至10^-4 Pa量级，极限真空可达5×10^-5 Pa。如此高的真空环境确保了沉积过程中的纯净度，最大程度降低薄膜杂质含量，从源头上保证了薄膜质量。

• 薄膜均匀性控制：VPI系统配备旋转样品台等均匀沉积设计，利用圆形磁场磁控溅射技术，实现厚度高度一致、致密附着的镀膜。旋转基片沉积将空间非均匀性转化为时间均匀性，大幅提升了薄膜厚度分布的一致性。实际应用中可获得厚度偏差在±5%以内的均匀薄膜。

• 材料兼容性：设备同时配备直流（DC）和射频（RF）溅射电源，可兼容从导体到绝缘体的各类靶材。例如，直流溅射适用于金属等导电材料，射频溅射则可用于氧化物、氮化物等绝缘材料，从而大大拓展了可沉积薄膜材料的范围。同时，腔体设计支持安装多个靶位，实现在一次真空循环中连续镀制不同材料，为多层功能膜和复合膜的制备提供了便利。

• 多源蒸发能力：针对需要热蒸发工艺的材料，VPI的热蒸发镀膜仪提供多源蒸发配置。多个蒸发源（如钼舟、电子束蒸发坩埚等）可以顺序或同时蒸发不同材料，无需反复开闭真空即可沉积多层膜。这种设计在制备多层结构或合金薄膜时尤为实用，确保不同材料在同一真空环境下完成沉积，避免界面氧化或污染。

• 离子辅助沉积（IAD）：VPI高端镀膜系统可选配离子源，实现离子辅助沉积工艺。通过在沉积过程中引入高能离子束轰击基片，能够      “压实” 薄膜结构，获得更高密度、更低应力的膜层。离子辅助沉积所形成的致密薄膜在环境稳定性、机械耐久性等方面显著提升；同时离子束还能用于镀膜前原位清洗和表面预处理，增强薄膜与基底的结合力。

• 多源多工艺集成：VPI的部分设备将磁控溅射与热蒸发等工艺结合在一台系统中。例如VPI的SD系列既可进行溅射又可进行蒸发涂覆，在同一腔体内灵活切换工艺。

• 精密控制与安全：内置复合真空计实时监测真空度，精密阀控系统调节气体流量，保证溅射过程的稳定可控。触摸屏人机界面提供直观的参数设定与流程监控，并配有水冷循环、过压保护等安全措施，确保设备在高真空、高功率运行时的可靠性。