CN101935854A - 电解铜箔用添加剂的制备方法、制品及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电解铜箔用添加剂的制备方法，其工艺为：按照1∶5∶0.5∶1的质量百分比分别称量硫脲、聚乙二醇、3-(苯骈噻唑-2-巯基)-丙烷磺酸钠、光泽添加剂，然后在3L的去离子水中45℃恒温加热，搅拌60min溶解，再用水稀释到37L，制得电解铜箔用添加剂。本发明还提供了一种电解铜箔用添加剂，其为制备6μ锂离子电池负极集流体电解铜箔用添加剂。用本发明添加剂制备铜箔毛面粗糙度为Rz＜2μm，光面粗糙度为Ra＜0.35μm，厚度为6±1μm，面密度为57±1.5g/m2，亲水性＞35，常温抗拉强度＞30kg/mm2，常温延伸率＞2％。
Description
技术领域
本发明涉及电池技术领域，具体涉及用于制备锂离子电池负极集流体电解铜箔的添加剂及其制备方法。
背景技术
电解铜箔作为电子基础材料，主要用于印刷线路板PCB上，但随着90年代初日本索尼开发成功锂离子电池，电解铜箔的另一用途即锂离子负极集流体。锂离子电池主要用于笔记本电脑、手机、数码像机、MP3等电子产品。目前锂电池已逐步向电动自行车、电动汽车等领域拓展，新能源汽车的发展被各国提到前所未有的高度，作为核心部件的动力锂电池拥有巨大的市场增长空间，且负极集流体电解铜箔的厚度要求小于10μ以下，以增大单位体积、质量锂电池的容量。锂电池的负极集流体由铜箔制造，铜箔在锂电池内既当负极碳粉材料的载体，又充当电子收集与传输体，因此锂电池在发展初期，选择压延铜箔来制作电池负极集流体，随着锂电池生产技术的进步和电解铜箔质量的提高，目前国外大部分锂电池厂家都采用电解铜箔制作电池集流体。近年来国产电解铜箔替代进口铜箔在锂电池上应用的技术研究工作已取得突破性进展。添加剂对电解铜箔的貌态及组织结构起到很大的影响。目前用于生产电解铜箔的添加剂有：1.无机添加剂，比如含砷、锑的无机添加剂，用于加大阴极极化和抑制金属异常生长以提高铜箔的弹性、强度、硬度和平滑感；2.有机添加剂，比如水解动物蛋白粉(明胶)和PEG，用于改善铜箔毛面峰谷形状。明胶或PEG在常温或高温下的伸长率剧烈下降，因此作为印刷线路板用会导致铜箔的性能下降。随着电子工业的发展，尤其是现在印刷线路的高密度和细窄电路，要求铜箔有高的抗拉强度、延伸率和低的粗糙度，选择和设计特定功能的添加剂就很重要。含砷、锑的添加剂有毒，对环境、人体有害，并且此类金属价格高，势必造成铜箔成本高。因此，目前，添加剂主要朝着更加环保、价格低廉的方向发展。
美国专利“20050555356”公开了一种用于制备低粗糙面电解铜箔的添加剂为：羟乙基纤维素、聚乙烯亚铵、3-巯基-1-丙烷磺酸钠、乙炔二醇、环氧乙烷、盐酸，配制成相对应的电解液填充到阴极铜间可制备厚度为18μm的电解铜箔，可见该添加剂还未能满足更薄的铜箔的要求。
中国专利“200710200119.3”公开了一种用于制备电解铜箔的有机添加剂，其组分为：聚二硫二丙烷磺酸钠1～750mg/L，聚乙二醇5～100ml/L，明胶1～3g/L，纤维素1～5g/L，二异丙醇胺2～10ml/L，其作用是减低电解铜毛面粗糙度，增加晶粒结晶致密度，并增加了抗拉强度、抗剥离强度，其主要是适应于8500A以上电流生产，并且需要和复杂的工艺及特定的电解液组合配置使用，尤其是未能满足制造厚度达到6μm的超薄电解铜箔的要求。
综上所述，制备高性能的电解铜箔，尤其是适用超薄铜箔如6μm以下的铜箔，其技术瓶颈在于电解铜箔的耐高温，面粗糙度，抗拉强度等。本发明针对此，主要从制备铜箔用的添加剂方面，克服这些技术难点。
发明内容
本发明的目的是：提供一种电解铜箔用添加剂的制备方法，其步骤简单，条件易于控制，成本低。
本发明的目的还在于，提供一种采用上述方法制备的电解铜箔用添加剂，其适用于制备超薄型电解铜箔，尤其是用于生产6μ锂离子电池负极集流体电解铜箔，并且由本发明的的添加剂制备的铜箔具有双面粗糙度低、延伸率高，抗拉强度高，厚度均匀。
本发明采用的具体技术方案是：
电解铜箔用添加剂的制备方法，其包括如下工艺步骤：
(1)称量：按照重量配比为1∶5∶0.5∶1分别称量硫脲、聚乙二醇、3-(苯骈噻唑-2-巯基)-丙烷磺酸钠、光泽添加剂；
(2)溶解：在3aL的去离子水中加入步骤(1)所称量的硫脲、聚乙二醇、3-(苯骈噻唑-2-巯基)-丙烷磺酸钠、光泽添加剂，充分溶解，得混合液；
(3)稀释：用水稀释步骤(2)所述混合液至37aL，得到电解铜箔用添加剂；
所述a取值为正数。
前述电解铜箔用添加剂的制备方法，所述步骤(3)还包括：在45℃恒温加热，搅拌60min溶解。
采用前述电解铜箔用添加剂的制备方法制得的电解铜箔用添加剂包括以下组成成分：
硫脲 10～30mg/l；
聚乙二醇 50～100mg/l；
光泽添加剂 10～30mg/l；
3-(苯骈噻唑-2-巯基)-丙烷磺酸钠 3～10mg/l；
前述电解铜箔用添加剂，所述的光泽添加剂为氟碳表面活性剂。所述的氟碳表面活性剂；所述氟碳表面活性剂具体地为：阴离子、阳离子、非离子、两性氟碳表面活性剂的一种或多种；
所述的氟碳表面活性剂优先选择非离子型氟碳表面活性剂；
所述的非离子表面活性剂为乙氧基类非离子型氟碳表面活性剂。
前述电解铜箔用添加剂，所述的电解铜箔添加剂为应用于制备6μ锂离子电池负极集流体电解铜箔用添加剂。
前述电解铜箔用添加剂，所述的电解铜箔用添加剂应用于制备电池负极集流体电解铜箔时其添加量为10～80ml/min。
本发明的电解铜箔用添加剂用于制备超薄电解铜箔，电解液中铜含量50～90g/L；硫酸含量80～150g/L；氯离子含量80～100mg/l，电解过程中将上述的添加剂连续添加到电解液中，通过电化学反应，就可得到超薄的铜箔。
本发明中添加了光泽添加剂，其为氟碳表面活性剂，其作用在于提高铜箔的流平性从而降低铜箔面的粗糙度，同时降低了电解液的表面张力，提高负极的浸润性能，从而大大提高电解铜箔的电化性能。
本发明添加剂的作用原理是：通过对电解液添加剂的配方进行改进，在添加剂中引进了氟碳表面活性剂，此配方中含有O、N、S等杂原子和不饱和键、共轭键，在一定程度上增大了阴极极化，改善了低电流密度区的光亮度和整平性，拓宽了使用温度。
本发明添加剂及其配比可以减低电解铜箔毛面粗糙度、增加增加晶粒的结晶密度、并增加了抗拉强度、抗剥离强度。通过合理添加本发明添加剂，使得制备的铜箔，其质量可达：毛面粗糙度为Rz＜2μm，光面粗糙度为Ra＜0.35μm，厚度为6±1μm，面密度为57±1.5g/m2，亲水性＞35，常温抗拉强度＞30kg/mm2，常温延伸率＞2％。
具体实施方式
实施例1
本发明提供的一种电解铜箔用添加剂的制备方法，其包括如下工艺步骤：
(1)称量：称量100mg硫脲、500mg聚乙二醇、50mg 3-(苯骈噻唑-2-巯基)-丙烷磺酸钠、100mg光泽添加剂；
(2)溶解：在装有3L的去离子水的烧瓶中加入步骤(1)所称量的硫脲、聚乙二醇、3-(苯骈噻唑-2-巯基)-丙烷磺酸钠、光泽添加剂，在45℃恒温加热，搅拌60min，充分溶解，得混合液；
(3)稀释：用水稀释步骤(2)所述混合液至10L，得到电解铜箔用添加剂。
所述光泽添加剂为氟碳表面活性剂，具体为：阴离子、阳离子、非离子、两性氟碳表面活性剂。本实施例选择乙氧基类非离子型氟碳表面活性剂。
实施例2
(1)称量：称量200mg硫脲、1000mg聚乙二醇、100mg 3-(苯骈噻唑-2-巯基)-丙烷磺酸钠、200mg非离子型氟碳表面活性剂；
(2)溶解：在装有3L的去离子水的烧瓶中加入步骤(1)所称量的硫脲、聚乙二醇、3-(苯骈噻唑-2-巯基)-丙烷磺酸钠、非离子型氟碳表面活性剂，在45℃恒温加热，搅拌60min，充分溶解，得混合液；
(3)稀释：用水稀释步骤(2)所述混合液至10L，得到电解铜箔用添加剂。
实施例3
(1)称量：称量300mg硫脲、1500mg聚乙二醇、150mg3-(苯骈噻唑-2-巯基)-丙烷磺酸钠、300mg非离子型氟碳表面活性剂；
(2)溶解：在装有3L的去离子水的烧瓶中加入步骤(1)所称量的硫脲、聚乙二醇、3-(苯骈噻唑-2-巯基)-丙烷磺酸钠、非离子型氟碳表面活性剂，在45℃恒温加热，搅拌60min，充分溶解，得混合液；
(3)稀释：用水稀释步骤(2)所述混合液至10L，得到电解铜箔用添加剂。
实施例4
(1)称量：称量100mg硫脲、500mg聚乙二醇、50mg 3-(苯骈噻唑-2-巯基)-丙烷磺酸钠、100mg非离子型氟碳表面活性剂；
(2)溶解：在装有3L的去离子水的烧瓶中加入步骤(1)所称量的硫脲、聚乙二醇、3-(苯骈噻唑-2-巯基)-丙烷磺酸钠、非离子型氟碳表面活性剂，在45℃恒温加热，搅拌60min，充分溶解，得混合液；
(3)稀释：用水稀释步骤(2)所述混合液至10L，得到电解铜箔用添加剂。
实施例5
(1)称量：称量140mg硫脲、700mg聚乙二醇、70mg3-(苯骈噻唑-2-巯基)-丙烷磺酸钠、140mg非离子型氟碳表面活性剂；
(2)溶解：在装有3L的去离子水的烧瓶中加入步骤(1)所称量的硫脲、聚乙二醇、3-(苯骈噻唑-2-巯基)-丙烷磺酸钠、非离子型氟碳表面活性剂，在45℃恒温加热，搅拌60min，充分溶解，得混合液；
(3)稀释：用水稀释步骤(2)所述混合液至10L，得到电解铜箔用添加剂。
实施例6
(1)称量：称量500mg硫脲、1000mg聚乙二醇、100mg3-(苯骈噻唑-2-巯基)-丙烷磺酸钠、500mg非离子型氟碳表面活性剂；
(2)溶解：在装有3L的去离子水的烧瓶中加入步骤(1)所称量的硫脲、聚乙二醇、3-(苯骈噻唑-2-巯基)-丙烷磺酸钠、非离子型氟碳表面活性剂，在45℃恒温加热，搅拌60min，充分溶解，得混合液；
(3)稀释：用水稀释步骤(2)所述混合液至10L，得到电解铜箔用添加剂。
实施例7
(1)称量：称量60mg硫脲、300mg聚乙二醇、30g 3-(苯骈噻唑-2-巯基)-丙烷磺酸钠、60mg两性氟碳表面活性剂；
(2)溶解：在装有3L的去离子水的烧瓶中加入步骤(1)所称量的硫脲、聚乙二醇、3-(苯骈噻唑-2-巯基)-丙烷磺酸钠、两性氟碳表面活性剂，在45℃恒温加热，搅拌60min，充分溶解，得混合液；
(3)稀释：用水稀释步骤(2)所述混合液至10L，得到电解铜箔用添加剂。
实施例8
(1)称量：称量140mg硫脲、700mg聚乙二醇、70mg 3-(苯骈噻唑-2-巯基)-丙烷磺酸钠、140mg阳离子型氟碳表面活性剂；
(2)溶解：在装有3L的去离子水的烧瓶中加入步骤(1)所称量的硫脲、聚乙二醇、3-(苯骈噻唑-2-巯基)-丙烷磺酸钠、阳离子型氟碳表面活性剂，在45℃恒温加热，搅拌60min，充分溶解，得混合液；
(3)稀释：用水稀释步骤(2)所述混合液至10L，得到电解铜箔用添加剂。
实施例9
(1)称量：称量200mg硫脲、1000mg聚乙二醇、100mg 3-(苯骈噻唑-2-巯基)-丙烷磺酸钠、200mg阴离子型氟碳表面活性剂；
(2)溶解：在装有3L的去离子水的烧瓶中加入步骤(1)所称量的硫脲、聚乙二醇、3-(苯骈噻唑-2-巯基)-丙烷磺酸钠、阴离子型氟碳表面活性剂，在45℃恒温加热，搅拌60min，充分溶解，得混合液；
(3)稀释：用水稀释步骤(2)所述混合液至10L，得到电解铜箔用添加剂。
采用上面9个实施例所制备的添加剂应用于制备电解铜箔：
采用电解液：铜含量50～90g/L；硫酸含量80～150g/L；氯离子含量80～100mg/l，进行电解，电解过程中将实施例中所述的电解铜箔用添加剂连续添加到电解液中，添加量为10～80ml/min，通过电化学反应，就得到超薄的铜箔。经检测，本发明实施例制备的铜箔质量见下表：
铜箔质量检测表
由表可知，本发明的添加剂适用于制备6μm的超薄电解铜箔，所制备的电解铜箔毛面粗糙度为Rz＜2μm，光面粗糙度为Ra＜0.35μm，厚度为6±1μm，面密度为57±1.5g/m2，亲水性＞35，常温抗拉强度＞30kg/mm2，常温延伸率＞2％。
本发明并不限于上述实施例，凡采用与上述实施例相同或者相似的技术方案，达到本发明目的的其他方案，均在本发明保护范围之内。
Claims (9)
1.电解铜箔用添加剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)称量：按照重量份配比为1∶5∶0.5∶1分别称量硫脲、聚乙二醇、3-(苯骈噻唑-2-巯基)-丙烷磺酸钠、光泽添加剂；
(2)溶解：在3aL的去离子水中加入步骤(1)所称量的硫脲、聚乙二醇、3-(苯骈噻唑-2-巯基)-丙烷磺酸钠、光泽添加剂，充分溶解，得混合液；
(3)稀释：用水稀释步骤(2)所述混合液至37aL，得到电解铜箔用添加剂；
所述a取值为正数。
2.根据权利要求1所述的电解铜箔用添加剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)还包括：
加热并恒温在45℃，搅拌60-80min，使各组分充分溶解。
3.一种根据权利要求1或2所述制备方法制得的电解铜箔用添加剂，其在于，其包括以下重量比的原料组分：
硫脲 10～30mg/l；
聚乙二醇 50～100mg/l；
光泽添加剂 10～30mg/l
3-(苯骈噻唑-2-巯基)-丙烷磺酸钠 3～10mg/l。
4.根据权利要求3所述的电解铜箔用添加剂，其特征在于，所述的光泽添加剂为氟碳表面活性剂。
5.根据权利要求4所述的电解铜箔用添加剂，其特征在于所述的氟碳表面活性剂阴离子、阳离子、非离子、两性氟碳表面活性剂的一种或多种。
6.根据权利要求4所述的电解铜箔用添加剂，其特征在于所述的氟碳表面活性剂优先选择非离子型氟碳表面活性剂。
7.一种权利要求3所述电解铜箔用添加剂的应用，其特征在于，其用于制备6μ锂离子电池负极集流体电解铜箔。
8.根据权利要求7所述电解铜箔用添加剂的应用，其特征在于，其包括如下步骤：在制备电池负极集流体电解铜箔时，在电解液电解过程逐次添加所述的电解铜箔用添加剂，其添加量和添加速度为10～80ml/min。
9.根据权利要求8所述电解铜箔用添加剂的应用，其特征在于，所述电解液为：电解液铜含量50-90g/L；硫酸含量80-150g/L；氯离子含量80～100mg/l。
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