CN104779367A - 耐热性锂电池用铜箔及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明披露一种耐热性锂电池用铜箔及其制造方法，该耐热性锂电池用铜箔包括一铜箔及一耐热复合金属层，该铜箔具有一析出面，该耐热复合金属层形成于该析出面上，其中该耐热复合金属层包含以铬及锌元素所形成的微细粗化粒子，且该耐热复合金属层中的铬的附着量介于0.02至0.3mg/dm2之间，锌的附着量介于0.03至2mg/dm2之间。本发明还披露一种耐热性锂电池用铜箔的制造方法，其包括以下步骤：提供一铜箔，具有一析出面；及以电镀方式在析出面上形成一耐热复合金属层，其中耐热复合金属层包含以铬及锌元素所形成的微细粗化粒子，且耐热复合金属层中的铬的附着量介于0.005至0.3mg/dm2之间，锌的附着量介于0.03至2mg/dm2之间。

Description

耐热性锂电池用铜箔及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种锂电池的铜箔及其制造方法，特别是指一种适用于锂二次电池的负极材的耐热性锂电池用铜箔及其制造方法。 
背景技术
按，锂二次电池多使用于便携式电子产品例如智能型手机、平板电脑、音乐播放器、数码相机等作为其动力源，随着使用者对于便携式电子产品的小型轻量化及高机能化需求，在这些可携式电子产品中提供电源的锂二次电池的特性也相对的被要求提升；举例来说，锂二次电池通常被要求提供更高的电容量的同时，还必须达到更小的尺寸以及更薄的厚度等。 
一般可反复充放电使用的锂二次电池包括一正极、一负极、一分隔板以及一电解质；这类锂二次电池能够进行重复的充电/放电循环的原因在于，锂离子于正极与负极之间的往复运动方式，使得在第一次充电循环中自正极活性材料所释出的锂离子能嵌入负极活性材料（如碳颗粒等）中，并能在用以传导能量时再次从负极活性材料中释出。 
然而，当此类锂二次电池被过度充电至超过一预定驱动电压范围的电压，或在充电状态或高温下进行电极与电解质之间的放热反应时，由于电极与电解质之间的反应性会提高，造成电极表面的劣化以及电解质的氧化。此外，还有其他与电池安全性相关的问题，例如锂金属枝状增生以及伴随而来的分隔板破裂、快速放热反应以及电池的爆炸等。 
因此，本发明人有鉴于传统的锂二次电池实在有其改良的必要性，遂以其多年从事相关领域的创作设计及专业制造经验，积极地针对锂二次电池用铜箔特性进行改良研究，在各方条件的审慎考虑下，终于开发出本发明。 
发明内容
本发明针对现有技术存在的缺陷，提出一种耐热性锂电池用铜箔及其制造方法，所制造的铜箔应用于锂二次电池的负极活性材料时，不仅能防止铜箔的表面发生氧化，还能进一步提升锂电池及使用锂电池的电子装置的安全性。 
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种耐热性锂电池用铜箔，包括一铜箔及一耐热复合金属层，该铜箔具有一析出面，该耐热复合金属层形成于该析出面上，其中，该耐热复合金属层包含以铬及锌元素所形成的微细粗化粒子，且该耐热复合金属层中的铬的附着量介于0.005至0.3mg/dm2，锌的附着量介于0.03至2mg/dm2。 
优选地，该耐热复合金属层中的铬的附着量介于0.02至0.3mg/dm2，锌的附着量介于0.03至0.3mg/dm2。 
在本发明的一实施例中，该耐热复合金属层进一步包含以镍及钴元素所形成的微细粗化粒子，且该耐热复合金属层中的铬的附着量介于0.035至0.1mg/dm2，锌的附着量介于0.05至0.5mg/dm2，镍的附着量介于0.05至0.5mg/dm2，钴的附着量介于0.03至0.5mg/dm2。 
在本发明的一实施例中，该耐热复合金属层进一步包含以镍、磷及锑元素所形成的微细粗化粒子，且该耐热复合金属层中的铬的附着量介于0.005至0.05mg/dm2，锌的附着量介于0.2至2mg/dm2，镍的附着量介于 0.025至0.5mg/dm2，磷的附着量介于0.01至0.1mg/dm2，锑的附着量介于0.005至0.1mg/dm2。 
本发明另提出一种耐热性锂电池用铜箔的制造方法，包括以下步骤：首先，提供一铜箔，其具有一析出面；接着，以电镀方式于该析出面上形成一耐热复合金属层，其中该耐热复合金属层包含以铬及锌元素所形成的微细粗化粒子，且该耐热复合金属层中的铬的附着量介于0.005至0.3mg/dm2，锌的附着量介于0.03至2mg/dm2。 
在本发明的一实施例中，在该以电镀方式于该析出面上形成一耐热复合金属层的步骤中，将该铜箔沉浸于包含浓度为1.5～3.5g/L的铬离子以及浓度为350～750ppm的锌离子的电镀浴中进行电镀，使该析出面上形成该耐热复合金属层。 
优选地，该耐热复合金属层中的铬的附着量介于0.02至0.3mg/dm2，锌的附着量介于0.03至0.3mg/dm2。 
在本发明的一实施例中，在该以电镀方式于该析出面上形成一耐热复合金属层的步骤中，将该铜箔沉浸于包含浓度为0.25～30g/L的锌离子、浓度为25～40g/L的镍离子、浓度为0.5～2.5g/L的钴离子、浓度为2.1～7.1g/L的磷离子、浓度为0.8～3.5g/L的铬离子、浓度为100～300ppm的铟离子以及浓度为21.5～34.5g/L的硼酸的电镀浴中进行电镀，使该析出面上形成该耐热复合金属层。 
优选地，该耐热复合金属层进一步包含以镍及钴元素所形成的微细粗化粒子，且该耐热复合金属层中的铬的附着量介于0.035至0.1mg/dm2，锌的附着量介于0.05至0.5mg/dm2，镍的附着量介于0.05至0.5mg/dm2，钴的附着量介于0.03至0.5mg/dm2。 
在本发明的一实施例中，在该以电镀方式于该析出面上形成一耐热复合金属层的步骤中，将该铜箔沉浸于包含浓度为0.4～30g/L的锌离子、浓度为0.1～7.5g/L的镍离子、浓度为30～50ppm的锑离子、浓度为0.25～1g/L的磷离子、浓度为0.5～2g/L的铬离子以及浓度为80～400ppm的镁离子的电镀浴中进行电镀，使该析出面上形成该耐热复合金属层。 
优选地，该耐热复合金属层进一步包含以镍、磷及锑元素所形成的微细粗化粒子，且该耐热复合金属层中的铬的附着量介于0.005至0.05mg/dm2，锌的附着量介于0.2至2mg/dm2，镍的附着量介于0.025至0.5mg/dm2，磷的附着量介于0.01至0.1mg/dm2，锑的附着量介于0.005至0.1mg/dm2。 
本发明至少具有以下有益效果：本发明利用一次或两次以上的特殊电镀浴的电镀程序于铜箔的析出面（matte side）成型的复合金属层，除了可防止铜箔表面的氧化外，本身还具有耐高温的效果，因此应用在锂二次电池上可提升其安全性，即便处于高温（200℃或更高）、过充电等严苛环境下也不会造成安全上的疑虑。 
以上关于本发明内容的说明及以下实施方式的说明系用以举例并解释本发明的原理，并且提供本发明的申请专利范围进一步的解释。 
具体实施方式
本发明主要提出一种耐热性锂电池用铜箔的制造方法，所制造的铜箔应用于锂二次电池的电极以及使用此锂电池的电子装置可，藉以提升使用上的安全性，并同时防止电池品质因为使用添加物而劣化，即便所述电极处于高温（200℃或更高）、过充电等严苛环境下也不会造成安全上的疑虑。以下将详细说明本发明的特点及本发明所采用的技术手段，本技术领域的普通技术人员可由本说明书的内容轻易了解本发明的优点和功效，并在不悖离本发明的精神下进行各种修饰与变更，以施行或应用本发明的方法。 
本发明所提出的耐热性锂电池用铜箔的制造方法至少包括以下步骤： 
首先，提供一铜箔，其具有一光泽面（Matte Side），下文中将此面称作析出面。所述铜箔（又称原料铜箔）例如是电解铜箔、压延铜箔等，本发明使用电解铜箔进行说明，其应用于锂二次电池的负极，可在电池放电化学反应发生时作为集中电子的导体。 
然后，将所述铜箔浸入到电镀液中，以电镀方式在析出面上成型一耐热复合金属层；在本实施例中，所述铜箔在进行电镀之前需进行一前处理步骤，将原料铜箔酸浸于10%硫酸溶液20秒，并使用去离子水将原料铜箔清洗干净。 
值得说明的是，所述耐热复合金属层包含以铬及锌元素所形成的微细粗化粒子，且该耐热复合金属层中的铬的附着量介于0.005至0.3mg/dm2，锌的附着量介于0.03至2mg/dm2。藉此，所述耐热复合金属层不仅可抑制铜箔表面的氧化，还可耐200℃或更高的高温，因此本发明具有耐热复合金属层的铜箔使用于锂二次电池时可提升其安全性。 
在一优选的实施例中，所述耐热复合金属层进一步包含以镍及钴元素所形成的微细粗化粒子，且该耐热复合金属层中的铬的附着量介于0.035至0.1mg/dm2，锌的附着量介于0.05至0.5mg/dm2，镍的附着量介于0.05至0.5mg/dm2，钴的附着量介于0.03至0.5mg/dm2。 
在另一优选的实施例中，该耐热复合金属层进一步包含以镍、磷及锑元素所形成的微细粗化粒子，且该耐热复合金属层中的铬的附着量介于0.005至0.05mg/dm2，锌的附着量介于0.2至2mg/dm2，镍的附着量介于0.025至0.5mg/dm2，磷的附着量介于0.01至0.1mg/dm2，锑的附着量介于0.005至0.1mg/dm2。 
请参考表一，本发明通过以下实验数据进一步给予详加说明与描述；如表一所示，实验例1～3使用不同组成的电镀液及电镀条件。 
［实验例1］ 
所述铜箔在以去离子水将附着的硫酸清洗干净后，浸入到液温为14～50℃、pH=1.5～4.5或9～12，且包含浓度为1.5～3.5g/L的铬离子以及浓度为350～750ppm的锌离子的电镀浴中，利用0.15～5.5安培/平方分米（A/dm2）的电流密度电镀2～4秒，使铜箔的析出面上完整成型本发明的耐热复合金属层；并且所述耐热复合金属层中的铬的附着量介于0.02至0.3mg/dm2，锌的附着量介于0.03至0.3mg/dm2，经测试其耐热能力为170℃、10分钟。 
［实验例2］ 
所述铜箔在以去离子水将附着的硫酸清洗干净后，浸入到液温为14～50℃、pH=1.5～4.5或9～12，且包含浓度为0.25～30g/L的锌离子、浓度为25～40g/L的镍离子、浓度为0.5～2.5g/L的钴离子、浓度为2.1～7.1g/L的磷离子、浓度为0.8～3.5g/L的铬离子、浓度为100～300ppm的铟离子以及浓度为21.5～34.5g/L的硼酸的电镀浴中，利用0.15～5.5安培/平方分米（A/dm2）的电流密度电镀2～4秒，使铜箔的析出面上完整成型本发明的耐热复合金属层；并且所述耐热复合金属层中的铬的附着量介于0.035至0.1mg/dm2，锌的附着量介于0.05至0.5mg/dm2，镍的附着量介于0.05至0.5mg/dm2，钴的附着量介于0.03至0.5mg/dm2，经测试其耐热能力为260℃、10分钟。 
［实验例3］ 
所述铜箔在以去离子水将附着的硫酸清洗干净后，浸入到液温为22.5～50℃、pH=1.8～5或9～12，且包含浓度为0.4～30g/L的锌离子、浓度 为0.1～7.5g/L的镍离子、浓度为30～50ppm的锑离子、浓度为0.25～1g/L的磷离子、浓度为0.5～2g/L的铬离子以及浓度为80～400ppm的镁离子的电镀浴中，利用0.15～5.5安培/平方分米（A/dm2）的电流密度电镀2～4秒，使铜箔的析出面上完整成型本发明的耐热复合金属层；并且所述耐热复合金属层中的铬的附着量介于0.005至0.05mg/dm2，锌的附着量介于0.2至2mg/dm2，镍的附着量介于0.025至0.5mg/dm2，磷的附着量介于0.01至0.1mg/dm2，锑的附着量介于0.005至0.1mg/dm2，经测试其耐热能力为200℃、120分钟。 
表一 
［比较例1］ 
比较例1使用一般业界常用的含浸法对铜箔进行抗氧化处理，具体地说，将所述铜箔浸入到液温为25～35℃、pH=2～3且包含浓度为0.6～1.0g/L的铬离子的处理溶液中含浸3～6秒，使铜箔的析出面上完整覆盖一抗氧化层；所述抗氧化层中的铬的附着量介于0.02至0.5mg/dm2，经测试后发现其耐热能力仅为140℃、10分钟。 
综上所述，本发明利用特殊电镀浴的电镀方式形成的复合金属层，除了可防止铜箔表面的氧化外，本身还具有耐高温的效果，因此应用在锂二次电池上可提升其安全性，即便处于高温（200℃或更高）、过充电等严苛环境下也不会造成安全上的疑虑。 
以上所述仅为本发明的优选可行实施例,非因此局限本发明的专利范围,故举凡运用本发明说明书内容所为的等效技术变化,均包含于本发明的权利要求保护范围内。 

Claims (11)

1.一种耐热性锂电池用铜箔，其特征在于，所述耐热性锂电池用铜箔包括：
一铜箔，具有一析出面；及
一耐热复合金属层，形成于所述析出面上；
其中，所述耐热复合金属层包含以铬元素及锌元素所形成的微细粗化粒子，且所述耐热复合金属层中的铬的附着量介于0.005至0.3mg/dm2之间，锌的附着量介于0.03至2mg/dm2之间。
2.根据权利要求1所述的耐热性锂电池用铜箔，其特征在于，所述耐热复合金属层中的铬的附着量介于0.02至0.3mg/dm2之间，锌的附着量介于0.03至0.3mg/dm2之间。
3.根据权利要求1所述的耐热性锂电池用铜箔，其特征在于，所述耐热复合金属层进一步包含以镍元素及钴元素所形成的微细粗化粒子，且所述耐热复合金属层中的铬的附着量介于0.035至0.1mg/dm2之间，锌的附着量介于0.05至0.5mg/dm2之间，镍的附着量介于0.05至0.5mg/dm2之间，钴的附着量介于0.03至0.5mg/dm2之间。
4.根据权利要求1所述的耐热性锂电池用铜箔，其特征在于，所述耐热复合金属层进一步包含以镍元素、磷元素及锑元素所形成的微细粗化粒子，且所述耐热复合金属层中的铬的附着量介于0.005至0.05mg/dm2之间，锌的附着量介于0.2至2mg/dm2之间，镍的附着量介于0.025至0.5mg/dm2之间，磷的附着量介于0.01至0.1mg/dm2之间，锑的附着量介于0.005至0.1mg/dm2之间。
5.一种耐热性锂电池用铜箔的制造方法，其特征在于，所述耐热性锂电池用铜箔的制造方法包括以下步骤：
提供一铜箔，所述铜箔具有一析出面；及
以电镀方式在所述析出面上形成一耐热复合金属层，其中所述耐热复合金属层包含以铬元素及锌元素所形成的微细粗化粒子，且所述耐热复合金属层中的铬的附着量介于0.005至0.3mg/dm2之间，锌的附着量介于0.03至2mg/dm2之间。
6.根据权利要求5所述的耐热性锂电池用铜箔的制造方法，其特征在于，以电镀方式在所述析出面上形成一耐热复合金属层的步骤中，将所述铜箔沉浸于包含浓度为1.5～3.5g/L的铬离子以及浓度为350～750ppm的锌离子的电镀浴中进行电镀，使得在所述析出面上形成所述耐热复合金属层。
7.根据权利要求6所述的耐热性锂电池用铜箔的制造方法，其特征在于，所述耐热复合金属层中的铬的附着量介于0.02至0.3mg/dm2之间，锌的附着量介于0.03至0.3mg/dm2之间。
8.根据权利要求5所述的耐热性锂电池用铜箔的制造方法，其特征在于，在以电镀方式于所述析出面上形成一耐热复合金属层的步骤中，将所述铜箔沉浸于包含浓度为0.25～30g/L的锌离子、浓度为25～40g/L的镍离子、浓度为0.5～2.5g/L的钴离子、浓度为2.1～7.1g/L的磷离子、浓度为0.8～3.5g/L的铬离子、浓度为100～300ppm的铟离子以及浓度为21.5～34.5g/L的硼酸的电镀浴中进行电镀，使得在所述析出面上形成所述耐热复合金属层。
9.根据权利要求8所述的耐热性锂电池用铜箔的制造方法，其特征在于，所述耐热复合金属层进一步包含以镍元素及钴元素所形成的微细粗化粒子，且所述耐热复合金属层中的铬的附着量介于0.035至0.1mg/dm2之间，锌的附着量介于0.05至0.5mg/dm2之间，镍的附着量介于0.05至0.5mg/dm2之间，钴的附着量介于0.03至0.5mg/dm2之间。
10.根据权利要求5所述的耐热性锂电池用铜箔的制造方法，其特征在于，在以电镀方式于所述析出面上形成一耐热复合金属层的步骤中，将所述铜箔沉浸于包含浓度为0.4～30g/L的锌离子、浓度为0.1～7.5g/L的镍离子、浓度为30～50ppm的锑离子、浓度为0.25～1g/L的磷离子、浓度为0.5～2g/L的铬离子以及浓度为80～400ppm的镁离子的电镀浴中进行电镀，使得在所述析出面上形成所述耐热复合金属层。
11.根据权利要求10所述的耐热性锂电池用铜箔的制造方法，其特征在于，所述耐热复合金属层进一步包含以镍元素、磷元素及锑元素所形成的微细粗化粒子，且所述耐热复合金属层中的铬的附着量介于0.005至0.05mg/dm2之间，锌的附着量介于0.2至2mg/dm2之间，镍的附着量介于0.025至0.5mg/dm2之间，磷的附着量介于0.01至0.1mg/dm2之间，锑的附着量介于0.005至0.1mg/dm2之间。
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