CN102255065A - 软包或聚合物锂离子动力电池用镀银负极耳的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种软包或聚合物锂离子动力电池用镀银铜极耳的制备方法。本发明的软包或聚合物锂离子动力电池用镀银负极耳的制备方法，其步骤在于：1)选材：选择铜含量在99.9％以上的T1或T2或T3等规格纯铜卷材；2)片材：把所述铜卷材裁切成成品极耳尺寸；3)镀银预处理：所述切成成品极耳尺寸的片材经过打磨、去油、酸洗、去离子水清洗，去除所述片材表面的油污、氧化层及其他杂质，使所述片材表面洁净平整；4)镀银：对所述片材的极耳外露区进行电镀银处理，镀银层控制在5～10um；5)制所述极耳前的预处理：在制铜镀银极耳前，对所述片材的铜镀银极耳片材PP胶区与焊接区进行打磨、酸洗、水清洗再次处理；6)制作铜镀银极耳。本发明与现有技术相比：(1)银的附着力比镍附着力强，铜表面镀银，不易起皮起泡，保障了极耳的使用寿命；(2)银的电导率高于铜、镍等，减少了电池的接触电阻。
Description
技术领域：
本发明涉及一种软包或聚合物锂离子动力电池用镀银铜极耳的制备方法。
背景技术：
能源和环境是人类社会赖以生存和发展而极为重要的物质基础，世界各国自先后建立在石油、煤炭和天然气等化石燃料基础上的能源体系形成后，极大地推动了人类社会的繁荣、进步和发展；但是，随着当今世界各国所遭遇到的各种不幸灾难事实的惨痛教训和人类科学预测能力的不断提高，全球村民愈来愈感觉到其前进道路上正面临着严峻的两难困境：不可再生的化石燃料将逐渐枯竭，能源危机的风暴愈演演烈；化石燃料的大量开采和使用，造成了环境的严重污染及生态的破坏。因此，世界各国纷纷寻找能源安全的战略措施，大力开发以太阳能、风能、水电、核电等多元化能源体系，并极其重视发展以锂离子电池为动力模块的电动汽车，采用以电代石油，减少二氧化碳的排放，同时又能储存电网低电谷，可谓取得一举三得的收益。
最近中国有关部委指出，中国到2020年国内汽车的保有量将达到2亿辆，届时能源安全和环境污染将出现严重危机，因此，传统燃料汽车的节能减排和新能源汽车的产业化就成为亟待解决的重要课题。
近期由中国国家科技部牵头的《电动汽车科技发展“十二五”专项规划》已制定完毕；根据此规划，小型化和汽车电气化是中国汽车未来发展的两大方向，2015年中国电动汽车保有量计划达到100万辆；另外，由中国国家工信部牵头制定的《节能与新能源汽车发展规划》已经完成；据此规划，今后10年，将投入1000亿扶持资金，国内将累计直接增加投资5万亿元......；2020年中国新能源汽车销售目标规模可能是全球第一。
锂离子动力电池的新突破已经使纯电动汽车的生产成本大大降低，性能也有了很大的提高，市场化近在眼前；刻不容缓地推动锂离子动力电池的产业化，带动新能源电动汽车产业化是符合我国国情的战略选择；推广纯电动汽车是我国在激烈的国际竞争中难得的一次历史机遇；锂离子动力电池的产业化将使我国有可能据此在全球新能源产业发展中实现跨越式的发展，并走在世界前列，将可能成为“电动汽车王国”。
对于军工而言，衡量尖端武器性能好坏的重要标志之一是动力装置，例如鱼雷、潜艇、导弹等，而锂离子电池具有非常好的性能，能量密度高，质量轻，可促进武器向灵活、机动的方向发展，可以预言不久，将批量采用锂离子动力电池代替传统的碱性电池和铅酸电池。
动力电严重，电池整体温度过高，使得电池容易热失控，从而导致电池循环池的应用，一般都是通过串并联组合成高电压大电流的电池组。极耳是电池与外界能量传递的载体，常规的锂离子电池正极采用铝极耳、负极采用镍极耳。铝极耳的电导率为369000S/um，镍极耳的电导率为140000S/um，大电流放电时，由于镍极耳电导率低，极耳发热性能等变差。
目前动力电池选择的极耳也有正极用铝极耳，负极用铜极耳、或者镀镍铜极耳。铜极耳的电导率是584000S/um，其导电性能优异，能解决极耳发热严重的问题，但是使用铜极耳或镀镍铜极耳，仍然存在以下问题：
1)铜易被氧化腐蚀，即便是在室温下储存，只要有湿度，铜就容易氧化成碱式碳酸铜和氧化铜。使得铜极耳表面阻抗变大，导致电池接触内阻增大，且内阻不一致。
2)镍的电导率低，表面镀镍可以解决铜氧化问题，但是降低了负极耳的电导率；
3)铜镀镍对铜的处理要求极高，镀液的纯净程度和杂质对镀层的影响也很大，容易导致镀层附着力差，起皮，起泡，麻点，黑点等，一旦起皮起泡的镀层脱落，则镀镍的目的失效，铜仍然容易氧化。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题是克服目前锂离子动力电池所存在的不足，而发明的一种锂离子动力电池用极耳材料及其制作方法。
本发明的另一目的是提供一种锂离子电池极耳材料可以应用于高倍率或大电流放电的锂离子动力电池。
本发明的目的通过如下技术方案来实现：本发明的软包或聚合物锂离子动力电池用镀银负极耳的制备方法，其步骤在于：
1)选材：选择铜含量在99.9％以上的T1或T2或T3等规格纯铜卷材；
2)裁片：把所述铜卷材裁切成成品极耳尺寸；
3)镀银预处理：所述片材经过打磨、去油、酸洗、去离子水清洗，去除片材表面的油污、氧化层及其他杂质，使片材表面洁净平整；
4)镀银：对片材的极耳外露区进行电镀银处理，镀银层控制在5～10um；
5)制极耳前的预处理：在制铜镀银极耳前，对片材的极耳胶区与焊接区进行打磨、酸洗、水清洗再次处理；
6)制作铜镀银极耳。
本发明所述镀银预处理步骤包括：
1)打磨：先用400目砂纸打磨片材表面，将发黑、发绿的氧化层、杂质等处理掉，然后再用800目、1000目砂纸抛光所述片材，保障片材表面均匀、光滑，无针孔、气泡等；
2)去油：将经过1)处理的片材用丙酮浸泡1-2h，然后用去离子水清洗片材1次，清洗时间2-10s，除去片材表面的油污；清洗时间2-10s，以彻底去除片材表面的杂质；
3)酸洗：将经过2)处理的片材放在稀盐酸中浸泡，浸泡时间30s，然后在用去离子水清洗，清洗时间2-10s，清洗3次，以彻底去述片材表面的离子杂质。
本发明所述镀银首先进行预镀银步骤，其方法：
1)预镀液的配制：KCN含量70-80g/L，KAg(CN)2含量5-7g/L，溶剂为去离子水；
2)预镀：将片材中需要镀银的区域带电浸入预镀液中，在室温下，用电流密度Dk＝1.0A/dm2预镀银10s。
所述预镀银步骤完成后，进行氰化镀厚银，其方法：
1)镀液的配制：KCN含量110g/L，KAg(CN)2含量66.5g/L，K2CO3含量15g/L，银开缸剂10ml/L，银湿润剂2ml/L，溶剂为去离子水；
2)镀银：将片材预镀过的区域带电浸入镀液中，在室温下，用电流密度Dk＝2.0A/dm2镀银6min；取出用去离子水冲洗2次。
本发明所述氰化镀厚银步骤完成后，进行钝化，其方法：
1)钝化液的配制：重铬酸钾(K2Cr2O7)含量15g/L，硝酸15ml/L，溶剂为去离子水；
2)钝化：将镀银过的区域浸泡在钝化液中30s进行钝化，取出用去离子水冲洗1次后，再用超声波纯水清洗2min，取出后用在70℃下烘烤20min即电镀完成。
本发明所述制极耳前的预处理的步骤：
1)铜镀银极片极耳胶区与焊接区的打磨：打磨时先用400目的粗砂纸对其表面进行打磨，然后再用1000目的细砂纸进抛光处理，经打磨后的铜镀银极片极耳胶区与焊接区，其表面露出纯铜的真实紫红色，并且表面光滑平整；打磨过程中须防止损伤电镀银区；
2)酸洗：采用稀盐酸对打磨区进行酸洗；
3)去离子水清洗：采用去离子水对经过2)处理的铜镀银极片进行漂洗三次，完全去除铜镀银极片表面的残留的各种杂质；
4)表面处理：在制极耳前须对经过3)处理的铜镀银极片进行表面处理；处理液为强氧化剂溶液，其配料及比例为：硼酸(H3BO3)∶氟化钠(NaF)∶三氧化铬(CrO3)∶重铬酸钾(K2Cr2O7)＝1∶2∶8∶2；
5)水清洗：对经过④处理的铜镀银极片采用去离子水漂洗三次，去除其表面残留的各种离子杂质。
本发明所述处理好的铜镀银极片制作成极耳，其制作方法如下：
1)用PET及双面胶固定在极耳片料的正反极耳胶区加贴极耳胶：依据制设计的极耳图纸尺寸，采用PET，双面胶进行定位，在所述极耳片料正反极耳胶区加贴极耳胶；
2)所述极耳热压：依据极耳胶特性，调试好热压温度，时间，气压；温度控制在140-165℃之间，时间为60-240秒，气压控制在0.2～0.7Mpa；在调试好参数后进行热压作业，通过热压，把极耳胶紧密地热复合在铜基材上；
3)冷却：热压完后须冷却8～10分钟；
4)裁切：对冷却后的极耳依据图纸尺寸采用裁刀进行裁切，把其多余部份裁切掉，经裁切后，制成成品极耳。
本发明与现有技术相比，具有的优点和积极效果是：
(1)制作工艺简单；
(2)银的电导率为625000S/um，相比镀镍铜极耳，其电导率更高，降低电池的接触电阻，提高极耳的焊接能力；
(3)银具有良好的延展性能，可以保证极耳材料具有一定的柔韧性，使极耳材料具有良好的机械性能；
(4)银的附着力比镍附着力强，铜表面镀银，不易起皮起泡，保障了极耳的使用寿命。
具体实施方式
本发明所采用的技术方案是：
1)选材：目的是①防止铜极耳中含有的其他杂质在电池内部发生化学、电化学副反应；②铜极耳中含有杂质越少，其电导率越高，电池阻抗越低，有利于电池电性能的发挥；
选择铜含量在99.9％以上的T1、T2、T3等规格纯铜，可以解决上述的两个问题。
2)片材：依据极耳设计图纸尺寸要求，把铜卷材按图纸要求裁切成成品极耳小片尺寸；
3)镀银预处理：预处理经过打磨、去油、酸洗、去离子水清洗，可以去除铜片材表面的油污、氧化层及其他杂质，保证铜片材表面洁净平整，镀银时增强表面的附着力，防止银镀层与铜片结合力不良，出现起皮，起泡，剥落等不良现象，保障镀银层的品质；
4)镀银：依据极耳图纸要求，对极耳外露区进行电镀银处理，镀银层控制在5～10um；此镀层厚度既可以有效防止表面氧化，同时又能保证极小的界面阻抗；
5)制极耳前的预处理：镀银后铜片材未镀银区存在再次被氧化，有油污的可能，因此在制铜镀银极耳前，须对铜镀银极片极耳胶区与焊接区进行再次处理；目的是①保证铜基材极耳胶区与极耳胶粘接良好，结合紧密，有着足够的附着力；②电芯内部的铜极耳焊接区不会有氧化层或杂质与电芯极片发生电化学反应；
6)制作极耳。
其中：
一、铜片的选材与片材：
铜片选择T2规格，铜含量为不小于99.95％，按设计图纸尺寸，将铜卷材裁切成长280mm宽100mm的片材。
二、镀银铜片预处理：
1、打磨：先用400目砂纸打磨铜片表面，将发黑、发绿的氧化层、杂质等处理掉，然后再用800目、1000目砂纸抛光铜片，保障铜片表面均匀、光滑，无针孔、气泡等。
2、去油：将铜片用丙酮浸泡1-2h，然后用去离子水清洗铜片1次，清洗时间2-10s，除去铜片表面的油污；清洗时间2-10S，以彻底去除铜片表面的杂质；
3、酸洗：将清洗过的极耳放在稀盐酸中浸泡，浸泡时间30S，然后在用去离子水清洗，清洗时间2-10S，
清洗3次，以彻底去除铜片表面的离子杂质；
三、镀银：
1、预镀银：
①预镀液的配制：KCN含量70-80g/L，KAg(CN)2含量5-7g/L，溶剂为去离子水；
②预镀：按设计尺寸，将铜片中需要镀银的区域带电浸入预镀液中，在室温下，用电流密度
DK＝1.0A/dm2预镀银10s；
2、氰化镀厚银：
①镀液的配制：KCN含量110g/L，KAg(CN)2含量66.5g/L，K2CO3含量15g/L，银开缸剂10ml/L，
银湿润剂2ml/L，溶剂为去离子水；
②镀银：将铜片预镀过的区域带电浸入镀液中，在室温下，用电流密度DK＝2.0A/dm2镀银6min；取出用去离子水冲洗2次；
3、钝化：
①钝化液的配制：重铬酸钾(K2Cr2O7)含量15g/L，硝酸15ml/L，溶剂为去离子水；
②钝化：将镀银过的区域浸泡在钝化液中30s进行钝化，取出用去离子水冲洗1次后，再用超声波纯水清洗2min，取出后用在70℃下烘烤20min即电镀完成；
四、制极耳前的预处理：
镀银后铜片材未镀银区存在再次被氧化，有油污的可能，
a、铜镀银片材极耳胶区与焊接区的打磨：打磨时先用400目的粗砂纸对其表面进行打磨，然后再用1000目的细砂纸进抛光处理，经打磨后的铜镀银片材极耳胶区与焊接区，其表面露出纯铜的真实紫红色，并且表面光滑平整；打磨过程中防止损伤电镀银区；
b、酸洗：采用稀盐酸对打磨区进行酸洗；
c、去离子水清洗：采用去离子水对片材进行漂洗三次，完全去除片材表面的残留的各种杂质；
d、表面处理：为保证极耳胶与铜片材粘接良好，结合紧密，同时能耐强HF酸的腐蚀，在制极耳前须进行表面处理；处理液为强氧化剂溶液，其配料及比例为：硼酸(H3BO3)∶氟化钠(NaF)∶三氧化铬(CrO3)∶重铬酸钾(K2Cr2O7)＝1∶2∶8∶2，通过处理后能增加极耳胶与铜基材间的表面附着力，同时能提高铜基材的表面抗腐蚀能力；
e、水清洗：对处理后的铜镀银极耳片料采用去离子水漂洗三次，去除其表面残留的各种离子杂质；
五、极耳制作：
把处理好的铜镀银极耳片材制作成极耳，其制作方法如下：
a、采用PET及双面胶固定在极耳正反极耳胶区加贴极耳胶：依据制极耳图纸尺寸，采用PET，双面胶进行定位，在铜镀银极耳片材正反极耳胶区加贴极耳胶；
b、极耳热压：依据极耳胶特性，调试好热压温度，时间，气压；温度一般控制在140-165℃之间，时间为60-240秒，气压控制在0.2～0.7Mpa；在调试好参数后就可进行热压作业，通过热压，可以把极耳胶紧密地热复合在铜基材上；
c、冷却：热压完后须冷却8～10分钟；
d、裁切：对冷却后的极耳依据图纸采用裁刀进行裁切，把其多余部份裁切掉，经裁切后，就是一成品极耳了。
尽管对本发明的特征及其优势已经描述了很多，然而可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构想做其他多种相应的改变，而所有这些改变都应属于本发明的权利要求保护的范围。
Claims (7)
1.一种软包或聚合物锂离子动力电池用镀银负极耳的制备方法，其步骤在于：
1)选材：选择铜含量在99.9％以上的T1或T2或T3等规格纯铜卷材；
2)片材：把所述铜卷材裁切成成品极耳尺寸；
3)镀银预处理：所述片材经过打磨、去油、酸洗、去离子水清洗，去除片材表面的油污、氧化层及其他杂质，使所述片材表面洁净平整；
4)镀银：对经过3)处理的片材的极耳外露区进行电镀银处理，镀银层控制在5～10um；
5)制极耳前的预处理：在制铜镀银极耳前，对经过4)处理的片材的极耳胶区与焊接区进行打磨、酸洗、水清洗再次处理；
6)制作铜镀银极耳。
2.根据权利要求1所述的软包或聚合物锂离子动力电池用镀银负极耳的制备方法，其特征在于所述镀银预处理步骤包括：
1)打磨：先用400目砂纸打磨片材表面，将发黑、发绿的氧化层、杂质等处理掉，然后再用800目、1000目砂纸抛光片材，保障片材表面均匀、光滑，无针孔、气泡等；
2)去油：将经过1)处理的片材用丙酮浸泡1-2h，然后用去离子水清洗片材1次，清洗时间2-10s，除去片材表面的油污；清洗时间2-10s，以彻底去除片材表面的杂质；
3)酸洗：将经过2)处理的片材放在稀盐酸中浸泡，浸泡时间30s，然后在用去离子水清洗，清洗时间2-10s，清洗3次，以彻底去除所述片材表面的离子杂质。
3.根据权利要求1所述的软包或聚合物锂离子动力电池用镀银负极耳的制备方法，其特征在于镀银首先进行预镀银步骤，其方法：
1)预镀液的配制：KCN含量70-80g/L，KAg(CN)2含量5-7g/L，溶剂为去离子水；
2)预镀：将片材中需要镀银的区域带电浸入预镀液中，在室温下，用电流密度Dk＝1.0A/dm2预镀银10s。
4.根据权利要求3所述的软包或聚合物锂离子动力电池用镀银负极耳的制备方法，其特征在于预镀银步骤完成后，进行氰化镀厚银，其方法：
1)镀液的配制：KCN含量110g/L，KAg(CN)2含量66.5g/L，K2CO3含量15g/L，银开缸剂10ml/L，银湿润剂2ml/L，溶剂为去离子水；
2)镀银：将片材预镀过的区域带电浸入镀液中，在室温下，用电流密度Dk＝2.0A/dm2镀银6min；取出用去离子水冲洗2次。
5.根据权利要求4所述的软包或聚合物锂离子动力电池用镀银负极耳的制备方法，其特征在于氰化镀厚银步骤完成后，进行钝化，其方法：
1)钝化液的配制：重铬酸钾(K2Cr2O7)含量15g/L，硝酸15ml/L，溶剂为去离子水；
2)钝化：将镀银过的区域浸泡在钝化液中30s进行钝化，取出用去离子水冲洗1次后，再用超声波纯水清洗2min，取出后用在70℃下烘烤20min即电镀完成。
6.根据权利要求1所述的软包或聚合物锂离子动力电池用镀银负极耳的制备方法，其特征在于制极耳前的预处理的步骤：
1)铜镀银极耳片材极耳胶区与焊接区的打磨：打磨时先用粗400目的砂纸对其表面进行打磨，然后再用1000目的细砂纸进抛光处理，经打磨后的所述铜镀银极耳片材极耳胶区与焊接区，其表面露出纯铜的真实紫红色，并且表面光滑平整；打磨过程中防止损伤电镀银区；
2)酸洗：采用稀盐酸对打磨区进行酸洗；
3)去离子水清洗：采用去离子水对所述铜镀银极耳片材进行漂洗三次，完全去除所述铜镀银极耳片材表面的残留的各种杂质；
4)表面处理：在制极耳前须对铜镀银极耳片材进行表面处理；处理液为强氧化剂溶液，其配料及比例为：硼酸(H3BO3)∶氟化钠(NaF)∶三氧化铬(CrO3)∶重铬酸钾(K2Cr2O7)＝1∶2∶8∶2；
5)水清洗：对处理后的所述铜镀银极耳片材采用去离子水漂洗三次，去除其表面残留的各种离子杂质。
7.根据权利要求1所述的软包或聚合物锂离子动力电池用镀银负极耳的制备方法，其特征在于处理好的铜镀银极耳片材制作成极耳，其制作方法如下：
1)用PET及双面胶固定在所述极耳正反极耳胶区加贴极耳胶：依据制所述极耳图纸尺寸，采用PET，双面胶进行定位，在所述极耳片材正反极耳胶区加贴极耳胶；
2)所述极耳热压：依据极耳胶特性，调试好热压温度，时间，气压；温度一般控制在140-165℃之间，时间为60-240秒，气压控制在0.2～0.7Mpa；在调试好参数后进行热压作业，通过热压，把极耳胶紧密地热复合在铜基材上；
3)冷却：热压完后须冷却8～10分钟；
4)裁切：对冷却后的所述极耳依据图纸尺寸采用裁刀进行裁切，把其多余部份裁切掉，经裁切后，制成成品极耳。
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