CN106086945A - 一种超薄型双面光电子铜箔的制备方法及所制备的铜箔 - Google Patents

一种超薄型双面光电子铜箔的制备方法及所制备的铜箔 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种超薄型双面光电子铜箔的制备方法及所制备的铜箔，所述方法包括：取烷基酚聚氧乙烯醚磺酸钠、1,3‑四氢噻唑‑2‑酮、胶原蛋白加入去离子水中溶解，得到超薄型铜箔生产用添加剂溶液；在20‑90℃的硫酸铜电解液温度下，每小时在每立方米电解液中加入5.0‑10.0L上述添加剂溶液，搅拌均匀后电解液进入电解槽；在所述电解槽中在2000～6000A/m2的电解电流密度将上述电解液进行电解，电化学反应后生成超薄型双面光电解铜箔。本发明工艺所制造出的超薄型双面光电子铜箔，拥有厚度薄且均匀，毛面粗糙度适中均匀，铜箔两面平整度光亮，铜箔表面张力大，能有效提高锂离子负极活性物质的粘接力，提高电池的电容量、充放电次数、使用寿命等方面性能。

Description

一种超薄型双面光电子铜箔的制备方法及所制备的铜箔
技术领域
本发明涉及一种超薄型双面光电子铜箔的制备方法及所制备的铜箔。
背景技术
锂离子二次电池是全球大力开发、提倡使用的绿色洁净能源，随着动力电源技术的发展，锂离子二次电池生产使用量日益增长。双面光超薄电解铜箔是高品质锂离子二次电池的负极制作关键材料，在电池中既充当负极活性物质的载体，又充当负极电子流的收集与传输体，其品质的优劣直接影响着锂电池的制作工艺及综合性能。近年来，随着国内新能源汽车的高速发展，锂离子电池作为汽车的动力源，朝着体积更小、容量更大的方向发展。电子铜箔作为锂离子电池负极载体和集流体，在固定电池体积下，其厚度越薄，铜箔越薄越能承载更多的负极活性物质。这就要求锂离子电池的负极载体铜箔更薄，以承载更多的负极材料，有益于增大电池容量及循环次数等性能，汽车续航能力越强。而传统的双面光电子铜箔因厚度相对较厚，负极材料填充少，电池容量不足。
传统铜箔生产工艺采用普通明胶与具有磺酸基的有机物(如聚二硫二丙烷磺酸钠)等混合型添加剂配合特定浓度电解液通过直流电源沉积的电沉积技术。
现有技术的缺点和不足是：
①现有铜箔生产技术生产6μm超薄型铜箔易撕边，成品率低于40％，造成生产成本偏高。
②传统技术产品铜箔厚度不均，制成电池后造成电池负极局部电阻偏大，造成电池充放电循环时局部过热而导致断带现象。
③传统技术产品铜箔表面润湿性低，约超过32×10-3N/m，锂电池负极活性粘接在表面易脱落，造成电池容量降低，循环次数急剧减少。
发明内容
本发明开发了一种超薄型(例如厚度6μm)双面光电子铜箔生产工艺，解决了传统6μm超薄型双面光电子铜箔生产工艺控制不稳，铜箔出现厚度不均，撕边、褶皱、成品率低的难题。
本发明还解决了传统工艺生产超薄型铜箔易撕边，成品率低难题，该工艺产品铜箔毛面晶粒更细致，粗糙度低，厚度薄且均匀一致，使得下游电池负极体容纳更多的活性物质，在负极上为解决电池的容量不足及充放电性能低难题降低了障碍。
本发明是这样实现的，一种超薄型双面光电子铜箔的制备方法，其包括以下步骤：
取烷基酚聚氧乙烯醚磺酸钠(例如辛基酚聚氧乙烯醚磺酸钠、壬基酚聚氧乙烯醚磺酸钠、十二烷基酚聚氧乙烯醚磺酸钠等)、1,3-四氢噻唑-2-酮、胶原蛋白加入去离子水中溶解，得到超薄型铜箔生产用添加剂溶液；
在20-90℃，优选40-60℃的硫酸铜电解液温度下，每小时在每立方米电解液中加入5.0-10.0L上述添加剂溶液，搅拌均匀后电解液进入电解槽；
在所述电解槽中在2000～6000A/m2，优选4000～5000A/m2的电解电流密度将上述电解液进行电解(电解时间一般为40～90秒)，电化学反应后生成超薄型双面光电解铜箔。所生成的超薄型双面光电解铜箔的厚度一般为4-10μm，优选5-7μm，更优选约6μm。铜箔厚度可通过控制电解设备的钛辊转速及电流大小控制，钛辊转速根据电流来调整。
在一个具体实施方式中，本发明的方法包括以下步骤：
取500～3000重量份，优选1000～2000重量份烷基酚聚氧乙烯醚磺酸钠、500～3000重量份，优选1000～2000重量份1,3-四氢噻唑-2-酮、300～2000重量份，优选500～1500重量份胶原蛋白加入1百万重量份去离子水中溶解，得到超薄型铜箔生产用添加剂溶液；
取硫酸铜电解液，优选，铜离子含量50-120g/L，优选70～100g/L，硫酸含量100～170g/L，优选80～200g/L，氯离子含量0.01～0.04g/L，优选0.02～0.03g/L；
在20-90℃，优选40-60℃的硫酸铜电解液温度下，每小时在每立方米电解液中加入5.0-10.0L添加剂溶液，搅拌均匀后电解液进入电解槽，优选供液流量为40-60m3/h；
在所述电解槽中在4000～5000A/m2的电解电流密度将上述电解液进行电解(电解时间一般为40～90秒)，电化学反应后生成超薄型双面光电解铜箔，即所述超薄型双面光电子铜箔产品。
本发明进一步涉及通过上述方法制备的超薄型双面光电子铜箔。
本发明还涉及用于制造超薄型双面光电解铜箔的添加剂溶液，其包括1百万重量份去离子水以及溶于所述去离子水中的500～3000重量份，优选1000～2000重量份烷基酚聚氧乙烯(醚)磺酸钠、500～3000重量份，优选1000～2000重量份1,3-四氢噻唑-2-酮、300～2000重量份，优选500～1500重量份胶原蛋白。
本发明优点
1、本发明工艺所制造出的超薄型双面光电子铜箔，拥有厚度薄且均匀，毛面粗糙度适中均匀，铜箔两面平整度光亮，铜箔表面张力大，能有效提高锂离子负极活性物质的粘接力，提高电池的电容量、充放电次数、使用寿命等方面性能。
2、本发明使用的添加剂溶液由多种有机物组成，比传统工艺混合添加多步骤混合更加便利可靠，溶液中各组分浓度易于控制，生产铜箔不易撕边，成品率超过70％，远高于传统工艺产品。
附图说明
图1是电解铜箔生产装置示意图。
图1中，10代表电解槽进液管道，20代表生箔机，30代表钛辊，40代表进液口，50代表回液口，60代表电解液回液管道，70代表铜箔收卷，100代表添加剂罐，200代表电解液制备系统，300代表电解槽体，400代表剥离的铜箔。
电解液制备系统200制备的电解液通过管道10向生箔机20进液口输送，途中，添加剂通过管道10注入到电解液中混合通过进液口40进入到生箔机20，在直流电的作用下，电解液中铜离子电沉积在钛辊30表面上，通过剥离形成铜箔400，在70铜箔收卷上收成铜箔卷，生箔机槽体的电解液通过出液口50回流到电解液制备系统。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一
请参阅图1，本发明第一实施方式提供的超薄型双面光电子铜箔的制备，即6μm超薄型双面光电子铜箔的制造方法，其包括以下步骤。
将配置好的添加剂以7.5L/h通过计量泵注入电解槽进液管道，在流体运输过程中与电解液制备系统中的电解液充分混合均匀后进入电解槽；
所述电解液的流量为40-60m3/h，添加剂溶液与所述电解液混合进入电解槽后，在4000～5000A/m2的电流密度下电解60秒，所述电解液在电场作用下，阴离子移向阳极，阳离子移向电解槽的阴极辊，在其表面进行电化学沉积制成高延伸性双面光亮的超薄型电解铜箔。
所述添加剂溶液的制成：取1500g烷基酚聚氧乙烯醚磺酸钠(辛基酚聚氧乙烯醚磺酸钠)、取1500g 1,3-四氢噻唑-2-酮、1000g胶原蛋白加入1立方米去离子水中溶解，得到超薄型铜箔生产用添加剂溶液。
硫酸铜电解液中，铜离子含量80g/L，硫酸含量160g/L，氯离子含量0.03g/L，所述硫酸铜电解液温度为50～55℃。
本例的电解槽具有进液口和出液口，并结合相应的进液管道与出液管道，所述电解液实行动态往复循环，以保证所述电解液温度及各种物质成分浓度的动态平衡。
本例所制备的超薄型双面光电子铜箔的毛面与光面一样成镜面状，表面平整无褶皱，经过测试，铜箔晶粒的结晶为细腻的层状结构，铜箔的厚度5.9～7.1um，毛面表面粗糙度Rz为1.50um，抗拉强度为45.8Kgf/m2，延伸率为7.9％，润湿性≥50×10-3N/m(采用表面张力参数表征)，厚度均匀，无撕边现象。
实施例二
参照实施例一的制作方法进行制备铜箔产品，所述电解液温度50～55℃，各物质成分浓度分别为：铜离子浓度85g/L、硫酸浓度170g/L、氯离子浓度0.03g/L，所述电解液流量为40-60m3/h，所述添加剂流量为7.0L/h，添加剂溶液的配方是：2.0g/L烷基酚聚氧乙烯醚磺酸钠(辛基酚聚氧乙烯醚磺酸钠)，2.0g/L 1,3-四氢噻唑-2-酮、1.5g/L胶原蛋白。
本例所制备的锂电池铜箔的毛面与光面一样成镜面状，表面平整无褶皱，经过测试，铜箔晶粒的结晶为细腻的层状结构，铜箔的厚度5.9～7.1um，毛面表面粗糙度Rz为1.56um，抗拉强度为50.3Kgf/m2，延伸率为8.7％，润湿性≥50×10-3N/m，厚度均匀，无撕边现象。
实施例三
参照实施例一的制作方法进行制备铜箔产品，所述电解液温度50～55℃，各物质成分浓度分别为：铜离子浓度75g/L、硫酸浓度165g/L、氯离子浓度0.03g/L，所述电解液流量为40-60m3/h，所述添加剂流量为8.0L/h，添加剂溶液的配方是：1.0g/L烷基酚聚氧乙烯磺酸钠(壬基酚聚氧乙烯醚磺酸钠)，1.0g/L 1,3-四氢噻唑-2-酮、0.5g/L胶原蛋白。
本例所制备的超薄型双面光电子铜箔的毛面与光面一样成镜面状，表面平整无褶皱，经过测试，铜箔晶粒的结晶为细腻的层状结构，铜箔的厚度5.9～7.1um，毛面表面粗糙度Rz为1.43um，抗拉强度为45.6Kgf/m2，延伸率为7.8％，润湿性≥50×10-3N/m，厚度均匀，无撕边现象。
对比例一
用如实施例1的铜箔制造装置制造铜箔，只是不添加本发明的添加剂溶液，结果，所生产6μm超薄型铜箔易撕边，成品率低于40％。

Claims (5)

1.一种超薄型双面光电子铜箔的制备方法，其包括以下步骤：
取烷基酚聚氧乙烯醚磺酸钠、1,3-四氢噻唑-2-酮、胶原蛋白加入去离子水中溶解，得到超薄型铜箔生产用添加剂溶液；
在20-90℃，优选40-60℃的硫酸铜电解液温度下，每小时在每立方米电解液中加入5.0-10.0L上述添加剂溶液，搅拌均匀后电解液进入电解槽；
在所述电解槽中在2000～6000A/m2，优选4000～5000A/m2的电解电流密度将上述电解液进行电解，电化学反应后生成超薄型双面光电解铜箔。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所生成的超薄型双面光电解铜箔的厚度为4-10μm，优选5-7μm，更优选约6μm。
3.一种超薄型双面光电子铜箔的制备方法，其包括以下步骤：
取500～3000重量份，优选1000～2000重量份烷基酚聚氧乙烯醚磺酸钠、500～3000重量份，优选1000～2000重量份1,3-四氢噻唑-2-酮、300～2000重量份，优选500～1500重量份胶原蛋白加入1百万重量份去离子水中溶解，得到超薄型铜箔生产用添加剂溶液；
取硫酸铜电解液，优选，铜离子含量50-120g/L，优选70～100g/L，硫酸含量100～170g/L，优选80～200g/L，氯离子含量0.01～0.04g/L；
在20-90℃，优选40-60℃的硫酸铜电解液温度下，每小时在每立方米电解液中加入5.0-10.0L添加剂溶液，搅拌均匀后电解液进入电解槽，优选供液流量为40-60m3/h；
在所述电解槽中在4000～5000A/m2的电解电流密度将上述电解液进行电解，电化学反应后生成超薄型双面光电解铜箔，即所述超薄型双面光电子铜箔产品。
4.通过权利要求1-3中任一项所述的方法制备的超薄型双面光电子铜箔。
5.一种用于制造超薄型双面光电解铜箔的添加剂溶液，其包括1百万重量份去离子水以及溶于所述去离子水中的500～3000重量份，优选1000～2000重量份烷基酚聚氧乙烯(醚)磺酸钠、500～3000重量份，优选1000～2000重量份1,3-四氢噻唑-2-酮、300～2000重量份，优选500～1500重量份胶原蛋白。
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