CN102337566A - 新能源动力电池用超薄电解铜箔的制造方法 - Google Patents

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杨剑文
廖平元
廖跃元
刘少华
叶铭
王俊锋
温秋霞
钟孟捷
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Abstract

本发明公开了一种新能源动力电池用超薄电解铜箔的制造方法；旨在提供一种细致紧密、光滑平整、光亮、低粗糙度、超薄电解铜箔的制造方法；其技术要点是：1)将经过清洗的铜料及硫酸、去离子水加入到溶铜罐中，向罐内鼓入压缩空气；2)向溶铜罐中加入羟乙基纤维素50～70ppm、2-巯基苯骈咪唑2～6ppm、硫脲6～10ppm、明胶30～40ppm后，加热到45～60℃，反应40～80min，生成硫酸铜水溶液；3)再向硫酸铜水溶液以每台生箔机100～200ml/min的添加量加入有机添加剂拌匀后，在电流密度为4500～5500A/m2进行电化学反应制成电解铜箔；属于铜箔制造技术领域。

Description

新能源动力电池用超薄电解铜箔的制造方法
技术领域
本发明涉及一种电解铜箔的制造方法，更具体地说，一种新能源动力电池用超簿电解铜箔的制造方法；属于铜箔制造技术领域。
背景技术
随着全球范围日益严峻的能源危机和环保压力，汽车的动力源将不得不逐步摆脱石油资源的束缚而采用一些新的能源取代，这直接推动着汽车产业的一次重大技术革命。只有以锂离子电池为动力的纯电动汽车才是我国在激烈的国际竞争中难得的一次历史机遇。通过发展电动汽车，中国有可能据此在全球汽车业第三次技术革命中走到世界前列。锂电汽车是我国在激烈的国际竞争中难得的一次历史机遇。锂电汽车将带来一场“能源革命”和“产业革命”。
动力电池的负极集流体由铜箔制造，铜箔在锂电池内既当负极材料的载体，又当负极材料收集与传输体。电解铜箔的发展一直追随着技术的发展，随着新能源动力电池的不断需求而发展，由此对电解铜箔的性能有了更高的要求，使电解铜箔向如下方面发展：超薄、高延伸率、高致密低轮廓、良好的厚度均匀性、高标准的产品一致性、大容量。经该工艺生产出的产品具有良好的抗拉、延伸率性能，与活性物质具有优良的结合强度等物理、化学特性，在提高锂离子电池电芯容量等方面有良好表现。
发明内容
本发明提供一种新能源动力电池用电解铜箔的制造方法，该方法制造的电解铜箔细致紧密、光滑平整、光亮、低粗糙度、超簿。
本发明的技术方案是这样的：一种新能源动力电池用超簿电解铜箔的制造方法，依次包括下述步骤：1)将经过清洗的铜料及硫酸、去离子水加入到溶铜罐中，向罐内鼓入压缩空气；2)向溶铜罐中加入羟乙基纤维素50～70ppm、2-巯基苯骈咪唑2～6ppm、硫脲6～10ppm、明胶30～40ppm后，加热到45～60℃，生成硫酸铜水溶液；3)再向硫酸铜水溶液以每台生箔机100～200ml/min的添加量加入有机添加剂拌匀后，在电流密度为4500～5500A/m2进行电化学反应，不断地从阴极析出原箔，制成新能源动力电池用超簿电解铜箔；
所述的有机添加剂含下述浓度的物质：羟乙基纤维素4～6g/L，2-巯基苯骈咪唑0.2～0.6g/L，硫脲0.5～1.5g/L，明胶2～3g/L。
上述的一种新能源动力电池用超簿电解铜箔的制造方法，步骤2)所述的硫酸铜水溶液中铜离子含量70～90g/L；硫酸含量100～130g/L。
上述的一种新能源动力电池用超簿电解铜箔的制造方法，所述的硫酸铜水溶液采用两道的过滤系统过滤。
上述的一种新能源动力电池用超簿电解铜箔的制造方法，所述的过滤系统由硅藻土过滤器以及精密过滤器组成。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1.本发明生产的新能源动力电池用电解铜箔细致紧密、光滑平整、光亮、低粗糙度、超簿。
2.本发明的电解铜箔技术指标是：(1)单位面积重量为70～75g/m2；(2)机械测量厚度＜10μm；(3)光毛面的粗糙度Rz＜1.6μm，毛面呈镜面状；(4)延伸率＞6.5％；(5)抗拉强度≥400N/mm2。与现有的铜箔相比，通过对电解液及添加剂工艺的改进，延伸率提高2％，机械厚度簿了1～2μm。
3.电解铜箔生产是一个对铜资源消耗比较大的产业，所以本发明对降低能耗具有重要的意义，动力锂电池的重量不仅比传统镍氢电池轻一半，体积也小20％，而且电池单体的电压是镍氢和钴镍电池的3倍，同时具有循环寿命长，自放电率小，无记忆效应和绿色环保等突出优点，符合国家的新能源政策。
4.本发明生产的铜箔明显提高锂电池的充电容量、次数、增加了使用寿命、也节省了能源消耗及生产成本等优点。
具体实施例
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明，但不构成对本发明的任何限制。
电解铜硫酸溶液的制造方法
首先将经过清洗的铜料及硫酸、去离子水加入到具有溶解能力的溶铜罐中，向罐内鼓入压缩空气，在加热(一般为45～60℃)条件下，使铜发生氧化，生成的氧化铜与硫酸发生反应，生成硫酸铜水溶液，当溶解到一定Cu2+浓度(一般为120～150g/L)时，进入储液罐，溶铜制液系统采用两道过滤系统，电解液经泵加压抽到硅藻土过滤器和精密过滤器中过滤，其中，过滤精度达到＜0.1μm以下，杂质含量在700ppm以下，电解液经过精密过滤器，然后进入板式换热器抽到高位槽。硅藻土能形成坚固的粒子结构滤饼状态，能使电解液中的细小颗粒或者胶状物质停留在格子骨架上，溶液能够达到洁净的程度，有效的清除系统中的有机杂质，使生产出来的铜箔保证高性能。把电解液抽到溶铜高位罐，在高位罐直接添加有机添加剂，经过高位罐搅拌机的充分搅拌均匀后，电解液送入生箔机进行电化学反应制成电解铜箔。在实际生产过程中，电解液都是循环使用的，不断地从阴极析出电解铜箔，不断消耗电解液中的铜，而由溶铜罐不断溶铜补充电解液中所消耗的铜，使之保持电解液中的铜含量平衡。这其中，利用活性炭吸附掉电解液中的有机物(包括有机添加剂)，机械过滤滤掉(截留)电解液中的固体颗粒物，形成一个连续电解铜箔生产过程。在储液罐中定时取样检测Cu2+、H2SO4的含量、浓度。
实施例1
按照上述制造方法得到的电解铜硫酸溶液，通过控制电解液中Cu2+的浓度在70g/L、H2SO4的浓度控制在100g/L，温度在45℃的条件进行电解，电解前在储液罐先加入羟乙基纤维素50ppm、2-巯基苯骈咪唑2ppm、硫脲6ppm、明胶30ppm的系统预加量，通过系统循环1h以后，以每台生箔机100ml/mim的添加量在高位槽添加，添加剂的每个单位组成如下：羟乙基纤维素4g/L、2-巯基苯骈咪唑0.2g/L、硫脲0.5g/L、明胶2g/L搅拌均匀后，电解液进入阳极槽；电解液在电场作用下，电流密度为4500A/m2，阳离子移向阴极，阴离子移向阳极，进行电化学反应，不断地从阴极析出原箔，制成新能源动力电池用超簿电解铜箔。
本发明的新能源动力电池用超簿电解铜箔经检测为：单位面积重量71±0.5g/m2，毛面粗糙度Rz为1.6μm，抗拉强度400N/mm2，毛面光洁度250GU，延长伸率6.5％。
实施例2
按照上述制造方法得到的电解铜硫酸溶液，通过控制电解液中Cu2+的浓度在85g/L、H2SO4的浓度控制在115g/L，温度在55℃的条件进行电解，电解前在储液罐先加入羟乙基纤维60ppm、2-巯基苯骈咪唑4ppm、硫脲8ppm、明胶35ppm的系统预加量，通过系统循环1h以后，以每台生箔机150ml/mim的添加量在高位槽添加，添加剂的每个单位组成如下：羟乙基纤维素5g/L、2-巯基苯骈咪唑0.4g/L、硫脲1g/L、明胶2.5g/L搅拌均匀后，电解液进入阳极槽；电解液在电场作用下，电流密度为5000A/m2，阳离子移向阴极，阴离子移向阳极，进行电化学反应，不断地从阴极析出原箔，制成新能源动力电池用超簿电解铜箔。
本发明的新能源动力电池用超簿电解铜箔经检测为：单位面积重量74±0.5g/m2，毛面粗糙度Rz为1.5μm，抗拉强度420N/mm2，毛面光洁度350GU，延长伸率7.0％。
实施例3
按照上述制造方法得到的电解铜硫酸溶液，通过控制电解液中Cu2+的浓度在90g/L、H2SO4的浓度控制在130g/L，温度在60℃的条件进行电解，电解前在储液罐先加入羟乙基纤维素70ppm、2-巯基苯骈咪唑6ppm、硫脲10ppm、明胶40ppm的系统预加量，通过系统循环1h以后，以每台生箔机200ml/mim的添加量在高位槽添加，添加剂的每个单位组成如下：羟乙基纤维素6g/L、2-巯基苯骈咪唑0.6g/L、硫脲1.5g/L、明胶3g/L搅拌均匀后，电解液进入阳极槽；电解液在电场作用下，电流密度为5500A/m2，阳离子移向阴极，阴离子移向阳极，进行电化学反应，不断地从阴极析出原箔，制成新能源动力电池用超簿电解铜箔。本发明的新能源动力电池用超簿电解铜箔经检测为：单位面积重量72±0.5g/m2，毛面粗糙度Rz为1.4μm，抗拉强度450N/mm2，毛面光洁度400GU，延长伸率8.0％。

Claims (5)

1.一种新能源动力电池用超簿电解铜箔的制造方法，其特征在于，依次包括下述步骤：
1)将经过清洗的铜料及硫酸、去离子水加入到溶铜罐中，向罐内鼓入压缩空气；
2)向溶铜罐中加入羟乙基纤维素50～70ppm、2-巯基苯骈咪唑2～6ppm、硫脲6～10ppm、明胶30～40ppm后，加热到45～60℃，反应40～80min，生成硫酸铜水溶液；
3)再向硫酸铜水溶液以每台生箔机100～200ml/min的添加量加入有机添加剂拌匀后，加热到45～60℃，在电流密度为4500～5500A/m2进行电化学反应，不断地从阴极析出原箔，制成新能源动力电池用超簿电解铜箔；
所述的有机添加剂含下述浓度的物质：羟乙基纤维素4～6g/L，2-巯基苯骈咪唑0.2～0.6g/L，硫脲0.5～1.5g/L，明胶2～3g/L。
2.根据权利要求1所述的一种新能源动力电池用超簿电解铜箔的制造方法，其特征在于，步骤2)所述的硫酸铜水溶液中铜离子含量70～90g/L。
3.根据权利要求1所述的一种新能源动力电池用超簿电解铜箔的制造方法，其特征在于，步骤2)所述的硫酸铜水溶液中硫酸含量100～130g/L。
4.根据权利要求1所述的一种新能源动力电池用超簿电解铜箔的制造方法，其特征在于，所述的硫酸铜水溶液采用两道的过滤系统过滤。
5.根据权利要求4所述的一种新能源动力电池用超簿电解铜箔的制造方法，其特征在于，所述的过滤系统由硅藻土过滤器以及精密过滤器组成。
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