CN106968000A - 一种铜箔电解液及铜箔的生产方法和铜箔电解设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铜箔电解液及铜箔的生产方法和铜箔电解设备，包括以下按重量份计的物质组成：糊精0.5—15份；鱼皮胶原蛋白1—30份；硫脲1—25份；甘油10—50份；硫酸镍10—250份；电解液150—300份；其中，电解液硫酸浓度60‑110g/L,铜离子浓度60‑90g/L。本发明生产的电解铜箔在作为固态金属锂电正极集流体时，使其在耐化学腐蚀能力显著提高，两面活性物质和集流体接触紧密且均一，从而提升电池在充放电时的稳定性，使其在充放电过程中抵抗断裂及提升正极活性浆料凃附量的能力提高。

Description

一种铜箔电解液及铜箔的生产方法和铜箔电解设备

技术领域

本发明涉及铜箔电解技术领域，更具体地说是指一种铜箔电解液及铜箔的生产方法和铜箔电解设备。

背景技术

随着新能源汽车的发展，作为新能源汽车心脏部分的动力电池得到了空前的重视，而目前普遍采用的锂离子电池因其有限质量比容量和体积比容量，导致汽车的续航能力不足，制约着新能源汽车的进一步推广。随着消费电子产品和电动汽车技术的发展，开发具有更高能量密度的电池体系已成为当务之急。锂金属具有很高的质量(3860Ah/KG)和体积(2050Ah/L)能量密度，被用作锂电池的负极材料，此电池就是固态金属锂电池，可成倍提升新能源汽车的续航能力，前景广阔。

电解铜箔因其优异的导电性、物理性能及易于加工性被作为重要的导电材料而使用。锂离子电池负极集流体采用电解铜箔，正极集流体采用铝箔，而固态金属锂电池负极集流体采用锂或锂合金金属片，负极集流体采用铝箔或特殊电解铜箔，普通电池铜箔便在此电池上没有了应用空间，无论是双面光铜箔还是单面光、双面毛铜箔皆是如此。

固态金属锂电池正极由集流体及覆盖在集流体上的活性材料与导电载体等组成，集流体作为一种重要的电极材料，物理及化学性能尤为重要。因固态金属锂电正极需采用含硫等活性物质，充放电过程中易生成导电性极差的锂硫化合物，从而影响电池的循环寿命及电池容量，因铜离子可与硫形成具有导电性的铜硫化合物，从阻止锂硫化合物的形成。铝箔的厚度在12μm以上，极低的物理机械强度及两面光滑性，导致正极活性物质涂覆量减少及粘结不牢固，充放电过程中集流体容易断裂，影响电池的容量及安全等性能。普通电解铜箔因作为正极集流体，在电池充放电过程中会发生严重化学腐蚀，不利于电池的稳定性，较为常用的电池铜箔的两面粗糙度不均匀的单面光及两面皆光滑的双面光(Rz≤2μm)，会造成极片活性物质涂覆不均一及不牢固等问题，进而影响其充放电均匀性及稳定性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种铜箔电解液及铜箔的生产方法和铜箔电解设备。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种铜箔电解液，包括以下按重量份计的物质组成：

其中，电解液硫酸浓度60-110g/L,铜离子浓度60-90g/L。

其进一步技术方案为：一种铜箔电解液，包括以下按重量份计的物质组成：

其中，电解液硫酸浓度70-90g/L,铜离子浓度70-80g/L。

一种铜箔的生产方法，包括以下步骤：

步骤1、对电解设备设有的阴极辊进行抛光，再用清洗剂清洗其表面的抛光杂质及油污；清洁完毕，在电解设备上配制权利要求1或2所述的电解液；

步骤2、电解液配制完毕，并排放至电解槽内；电解设备通电，并启动阴极辊；阴极辊处于电解液内的表面不断结晶出铜箔，同时形成的电解铜箔不断地从阴极辊剥离，并且电解设备设有的收料机构对剥离的电解铜箔进行收料；在阴极辊析出铜箔的同时，电解设备也不断配制新的电解液来对析出铜离子的旧电解进行补充；同时，对电解液的流速控制在一定的范围内；

步骤3、剥离后的电解铜箔经过一系列的表面处理，进入烘干箱烘干，收卷。

其进一步技术方案为：所述步骤1阴极辊抛光方法采用180目砂轮抛光2圈，然后再用600目的碳化硅抛光轮抛光20圈，使其表面粗糙度Rz达到2-3μm。

其进一步技术方案为：所述电解液设有的有机添加剂对电解铜箔的铜离子沉进行影响，以使铜箔的毛面粗糙度达到2-3μm。

其进一步技术方案为：所述电解液的温度为50-70℃，电解液的流速为1m/s—2m/s。

其进一步技术方案为：所述电解设备的通电区域电流密度为60-100A/dm²，阴极辊的运行线速度为10-15m/min，以使铜箔的厚度达到6.5-7.5μm。

一种铜箔电解设备，包括电解设备本体，所述设备本体设有阴极辊；所述阴极辊外侧设有真空装置；所述真空装置包括套合于阴极辊外侧的罩体；所述罩体与阴极辊之间形成有真空腔；所述真空腔设有与阴极辊接触且转向相反的逆向刷轮；所述罩体设有抽气口，且抽气口与设有的真空泵连接。

其进一步技术方案为：所述罩体与阴极辊的外周面接触处设有入口密封滚轮及出口密封滚轮；所述入口密封滚轮及出口密封滚轮均为软塑料材质，且与阴极辊表面紧密接触。

其进一步技术方案为：所述罩体两侧面包裹于阴极辊两端面，其与阴极辊接触处设有密封胶条。

本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明生产的电解铜箔在作为固态金属锂电正极集流体时，因其含有10-200ppm的镍成分，使其在耐化学腐蚀能力显著高于普通铜箔，又两面均一适中的粗糙度使其两面活性物质和集流体接触紧密且均一，从而提升电池在充放电时的稳定性，高抗拉强度及超薄特性适合大功率、大容量的固态金属锂电池，使其在充放电过程中抵抗断裂及提升正极活性浆料凃附量的能力大大超过铝箔，并显著优于普通单面光、双面光等电池铜箔。

一种铜箔电解设备，通过将真空装置安装于阴极辊外侧，使阴极辊与罩体之间形成有真空腔，并且真空腔内设置逆向刷轮；真空腔能让阴极辊无论在工作或者停机都能避免表面氧化，保持阴极辊表面的清洁度；逆向刷轮能对阴极辊进行擦拭，使阴极辊无需停机也能对其表面进行清洁，提高生产效率，降低生产成本。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

附图说明

图1为本发明铜箔的生产方法的方法流程图；

图2为本发明一种铜箔电解设备的结构示意图。

附图标记

10 电解设备本体 11 阴极辊

12 真空装置 121 罩体

122 真空腔 123 逆向刷轮

124 真空泵 125 抽气口

13 入口密封滚轮 14 出口密封滚轮

具体实施方式

为了更充分理解本发明的技术内容，下面结合具体实施例对本发明的技术方案进一步介绍和说明，但不局限于此。

一种铜箔电解液，包括以下按重量份计的物质组成：

其中，将糊精、鱼皮胶原蛋白、硫脲、甘油、硫酸镍溶解于电解液中，以使电解液的各成份的浓度为：

其中，电解液硫酸浓度60-110g/L,铜离子浓度60-90g/L。

优选的，一种铜箔电解液，包括以下按重量份计的物质组成：

其中，将糊精、鱼皮胶原蛋白、硫脲、甘油、硫酸镍溶解于电解液中，以使电解液的各成份的浓度为：

其中，电解液硫酸浓度70-90g/L,铜离子浓度70-80g/L。

在具体的配制操作中，按如下重量比称取原材料：糊精1-10kg、鱼皮胶原蛋白2-20kg、硫脲2-20kg、甘油20-40kg,硫酸镍20-200kg；将步称取好的糊精、鱼皮胶原蛋白、硫脲、甘油,硫酸镍分别溶解到200m³，温度为50-70℃的电解液中，使其浓度达到：糊精0.005-0.01g/L、鱼皮胶原蛋白0.002-0.02g/L、硫脲0.001-0.01g/L、甘油0.01-0.02g/L,硫酸镍0.1-1.0g/L。其中，电解液中硫酸浓度70-110g/L,铜离子浓度70-90g/L。

更加具体的，实施例1，在硫酸70g/L，铜离子70g/L的50℃电解液中加入一定浓度的添加剂：糊精0.005g/L、鱼皮胶原蛋白0.002g/L、硫脲0.001g/L、甘油0.01g/L,硫酸镍0.1g/L，以形成用于生产电解铜箔的电解液。

更加具体的，实施例2，硫酸90g/L，铜离子80g/L的60℃电解液中加入一定浓度的添加剂：糊精0.007g/L、鱼皮胶原蛋白0.010g/L、硫脲0.005g/L、甘油0.015g/L,硫酸镍0.5g/L，以形成用于生产电解铜箔的电解液。

本实施例的铜箔用于金属固态锂电池，需要有优异的性能才能符合要求，其中：辊面粗糙度Rz/μm:2.0-3.0；

毛面粗糙度Rz/μm：2.0-3.0；

常温抗拉强度N/cm²/:45000-60000；

常温延伸率％：3-6；

镍含量％：0.001-0.02。

除了上述的性能要求外，还有有其它的优异性能，在此就不一一列举。同时，由上述数据可知用于金属固态锂电池的铜箔需要有两面粗糙度均一，耐化学腐蚀，物理性能优异，超薄且极好的导电性等特点。所以，生产本铜箔的方法如下：

铜箔的生产方法，包括以下步骤：

步骤1、对电解设备设有的阴极辊进行抛光，再用清洗剂清洗其表面的抛光杂质及油污；清洁完毕，在电解设备上配制上述的电解液；

步骤2、电解液配制完毕，并排放至电解槽内；电解设备通电，并启动阴极辊；阴极辊处于电解液内的表面不断结晶出铜箔，同时形成的电解铜箔不断地从阴极辊剥离，并且电解设备设有的收料机构对剥离的电解铜箔进行收料；在阴极辊析出铜箔的同时，电解设备也不断配制新的电解液来对析出铜离子的旧电解进行补充，保持电解液各成分的浓度不变(其中，旧的电解液不断的回收利用，配制适合生产的新电解液，在此过程中，新旧电解液流动，形成流速)；同时，对电解液的流速控制在一定的范围内(优选的，电解液的流速为1m/s—2m/s)；

步骤3、剥离后的电解铜箔经过一系列的表面处理，进入烘干箱烘干，收卷。

在阴极辊剥离出来的铜箔的表面的粗糙度、整体的强度等都是满足不了使用要求的，铜箔还要进行表面处理。其中表面处理包括多次水洗、酸洗；表面的固化、粗化；表面镀锌、氧化；等等工艺处理才能达到使用要求。

其中，步骤1阴极辊抛光方法采用180目砂轮抛光2圈，然后再用600目的碳化硅抛光轮抛光20圈，使其表面粗糙度Rz达到2-3μm，以满足阴极辊生产要求。

还有，电解液设有的有机添加剂(即上述的糊精、鱼皮胶原蛋白、硫脲、甘油,硫酸镍)对电解铜箔的铜离子沉积进行影响，从而达到影响铜箔中铜原子结晶织构，以使铜箔的毛面粗糙度达到2-3μm，保证铜箔的物理性能达到45000-60000N/cm²，延伸率达到3％-6％。

另外，在生产中，电解液的温度尤为重要，温度控制不好，就会生产不到合乎要求的铜箔，其中电解的温度控制在50-70℃。

在具体生产中，电流密度和阴极辊的运行线速度都会影响到铜离子在阴极辊堆积厚度。所以，电流密度和阴极辊的运行线速度都要控制在合理的范围，优选的，电解设备的通电区域电流密度为60-100A/dm²，阴极辊的运行线速度为10-15m/min，以使铜箔的厚度达到6.5-7.5μm。

在具体的生产中，阴极辊洁净度对铜箔的生产尤为重要，还有阴极辊是金属钛制造而成，暴露在空气中会导致氧化等，这对铜箔的生产会造成影响。此外，在清洁阴极辊时，经常要停机才能进行清洁，会降低生产效率，增加成本。

一种铜箔电解设备，包括电解设备本体10，所述设备本体10设有阴极辊11；所述阴极辊11外侧设有真空装置12；所述真空装置12包括套合于阴极辊11外侧的罩体121；所述罩体121与阴极辊11之间形成有真空腔122；所述真空腔122设有与阴极辊11接触且转向相反的逆向刷轮123；所述罩体121设有与真空泵124连接的抽气口125。罩体121直接扣在阴极辊11外侧，即是快捷式的可拆结构，罩体121与阴极辊11接触处密封联接。真空腔122在真空泵124作用下抽成真空，能避免阴极辊11氧化，保持阴极辊11的洁净度。真空腔122的逆向刷轮123相对于阴极辊11逆向转动，对阴极辊11进行擦拭。

罩体121与阴极辊11的外周面接触处设有入口密封滚轮13及出口密封滚轮14；所述入口密封滚轮13及出口密封滚轮14均为软塑料材质，且与阴极辊11表面紧密接触。

罩体121两侧面包裹于阴极辊11两端面，其与阴极辊11接触处设有密封胶条。

于其他实施例中，入口密封滚轮13及出口密封滚轮14均为多个轮组，且轮组的表面均设有具有吸附作用的软质塑料，能将阴极辊11外侧的杂物清理干净。

于其他实施例中，电解设备还设有用于移动真空装置12的移动机构。移动机构包括动力件，与动力件传动联接的传动杆，动力件带动传动杆以使真空装置12与阴极辊11的相互配合。比如，动力件为步进电动机，传动杆为丝杆组件，真空装置12与丝杆组件的丝杆螺母联接，启动步进电动机就能控制真空装置12靠近或远离阴极辊11，从而实现真空装置12与阴极辊11便捷的可拆式联接，方便使用。还有，控制步进电机的转动还可以控制真空装置12与阴极辊11之间的距离，有利于实现真空腔的真空度。

综上所述，本发明生产的电解铜箔在作为固态金属锂电正极集流体时，因其含有10-200ppm的镍成分，使其在耐化学腐蚀能力显著高于普通铜箔，又两面均一适中的粗糙度使其两面活性物质和集流体接触紧密且均一，从而提升电池在充放电时的稳定性，高抗拉强度及超薄特性适合大功率、大容量的固态金属锂电池，使其在充放电过程中抵抗断裂及提升正极活性浆料凃附量的能力大大超过铝箔，并显著优于普通单面光、双面光等电池铜箔。

一种铜箔电解设备，通过将真空装置安装于阴极辊外侧，使阴极辊与罩体之间形成有真空腔，并且真空腔内设置逆向刷轮；真空腔能让阴极辊无论在工作或者停机都能避免表面氧化，保持阴极辊表面的清洁度；逆向刷轮能对阴极辊进行擦拭，使阴极辊无需停机也能对其表面进行清洁，提高生产效率，降低生产成本。

上述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种铜箔电解液，其特征在于，包括以下按重量份计的物质组成：

其中，所述电解液硫酸浓度60-110g/L,铜离子浓度60-90g/L。

2.根据权利要求1所述的一种铜箔电解液，其特征在于，包括以下按重量份计的物质组成：

其中，所述电解液硫酸浓度70-90g/L,铜离子浓度70-80g/L。

3.一种铜箔的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、对电解设备设有的阴极辊进行抛光，再用清洗剂清洗其表面的抛光杂质及油污；清洁完毕，在电解设备上配制权利要求1或2所述的电解液；

步骤2、电解液配制完毕，并排放至电解槽内；电解设备通电，并启动阴极辊；阴极辊处于电解液内的外周面不断结晶析出形成铜箔，同时形成的电解铜箔不断地从阴极辊剥离，并且电解设备设有的收料机构对剥离的电解铜箔进行收料；在阴极辊析出铜箔的同时，电解设备也不断配制新的电解液来对析出铜离子的旧电解进行补充；还有，电解液在电解槽内形成有流速；

步骤3、剥离后的电解铜箔经过一系列的表面处理，进入烘干箱烘干，收卷。

4.根据权利要求3所述的一种铜箔的生产方法，其特征在于，所述步骤1阴极辊抛光采用180目砂轮抛光2圈，然后再用600目的碳化硅抛光轮抛光20圈，使其表面粗糙度Rz达到2-3μm。

5.根据权利要求3所述的一种铜箔的生产方法，其特征在于，所述电解液设有的有机添加剂对电解铜箔的铜离子沉积进行影响，以使铜箔的毛面粗糙度达到2-3μm。

6.根据权利要求3所述的一种铜箔的生产方法，其特征在于，所述电解液的温度为50-70℃，电解液的流速为1m/s—2m/s。

7.根据权利要求3所述的一种铜箔的生产方法，其特征在于，所述电解设备的通电区域电流密度为60-100A/dm²，阴极辊的运行线速度为10-15m/min，以使铜箔的厚度达到6.5-7.5μm。

8.一种铜箔电解设备，包括电解设备本体，其特征在于，所述设备本体设有阴极辊；所述阴极辊外侧设有真空装置；所述真空装置包括套合于阴极辊外侧的罩体；所述罩体与阴极辊之间形成有真空腔；所述真空腔设有与阴极辊接触且转向相反的逆向刷轮；所述罩体设有抽气口，且抽气口与设有的真空泵连接。

9.根据权利要求8所述的一种铜箔电解设备，其特征在于，所述罩体与阴极辊的外周面接触处设有入口密封滚轮及出口密封滚轮；所述入口密封滚轮及出口密封滚轮均为软塑料材质，且与阴极辊表面紧密接触。

10.根据权利要求8所述的一种铜箔电解设备，其特征在于，所述罩体两侧面包裹于阴极辊两端面，其与阴极辊接触处设有密封胶条。