CN106987871A - 一种应用于凝胶聚合物锂离子电池的三维多孔电解铜箔的生产方法 - Google Patents

一种应用于凝胶聚合物锂离子电池的三维多孔电解铜箔的生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种应用于凝胶聚合物锂离子电池的三维多孔电解铜箔的生产方法，属于电解铜箔生产技术领域。包括电解液采用99.9%阴极铜，与分析纯硫酸进行有氧反应制成纯净硫酸铜溶液，溶液采用RO膜等离子水进行稀释。电解液中铜含量为150g/L、硫酸含量为80g/L；将电解液加热到55度，电解液添加的有机混合添加剂包括：四氢噻唑硫酮（H1）、聚二硫二丙烷磺酸钠（SP）、二甲基‑二硫甲酰胺磺酸钠（DPS）、食用明胶和37%盐酸溶液。由本发明生产的三维多孔电解铜箔组织结构呈现三维状，分布均匀，厚度均匀性偏差小于0.12um,抗拉强度10kg/mm2，透光率45%。

Description

一种应用于凝胶聚合物锂离子电池的三维多孔电解铜箔的生 产方法
技术领域
本发明属于电解铜箔生产技术领域，尤其涉及一种应用于凝胶聚合物锂离子电池的三维多孔电解铜箔的生产方法。
背景技术
由于石油资源日趋短缺，并且燃烧石油的内燃机尾气排放对环境的污染越来越严重，环境保护已经刻不容缓，现在新能源汽车需求越来越大，大众对其动力性能需求越来越明显，从而研发出了以凝胶聚合物为主的锂离子电池作为动力来源，而凝胶聚合物锂离子电池负极集流体一般采用三维多孔电解铜箔。
在制作该凝胶聚合物锂离子电池时，要保持电解液对高密度的石墨等活性物质进行浸润，但作为锂离子电池来说，本身就是一个定容反应装置，这样电解液就只能定量的注入。所以如何让高密度石墨等活性物质与电解液重新浸润，直接影响到电池的生产成本和电池性能，如影响到锂离子电池的二次充放电效率。
同时柴油机的尾气排放，航天液压油的净化，石油的分离等都已离不开金属多孔材料的应用。目前，三维多孔电解铜箔已被广泛应用在净化过滤领域。
该三维多孔电解铜箔，主要是以满足针对制作凝胶聚合物锂离子电池电解液亲润快速以及利用三维多孔金属材料的过滤和分离原理而提出，作为该三维多孔电解铜箔应该具有厚度均匀性一致、三维性和可透光性可调的铜箔。
发明内容
本发明的目的是提供应用于凝胶聚合物锂离子电池的三维多孔电解铜箔的生产方法。
该三维多孔电解铜箔由以下技术方案实现的：（1）采用钛筒对铜离子进行还原从而得到铜原子；（2）采用海绵抛光轮对钛筒进行粗抛；（3）采用钛涂铱作为电解阳极板；（4）电解液采用99.9%阴极铜，与分析纯硫酸进行有氧反应制成纯净硫酸铜溶液，溶液采用RO膜等离子水进行稀释；（5）电解液中铜含量为150g/L、硫酸含量为80g/L；电流密度34A/dm2；（6）将电解液加热到55度，电解液添加的有机混合添加剂包括食用骨胶、37%盐酸溶液、四氢噻唑硫酮（H1）、聚二硫二丙烷磺酸钠（SP）、二甲基-二硫甲酰胺磺酸钠（DPS）；（7）电解液采用粗过滤器进行对过滤。
所述在步骤（2）中采用60目、80目、240目海绵抛光轮进行对钛筒进行粗抛，利用粗糙分度仪进行测量钛筒光泽度。
所述在步骤（6）中1000ml水中加入8-15ppm的四氢噻唑硫酮（H1）、聚二硫二丙烷磺酸钠（SP）、二甲基-二硫甲酰胺磺酸钠（DPS）有机添加剂。
所述在步骤（6）中1000ml水中加入5-10ppm的食用骨胶。
所述在步骤（6）中1000ml水中加入3-5ppm的37%盐酸溶液。
所述在步骤（7）中粗过滤器过滤精度为0.1um。
在生产实际中，发现采用60目、80目、240目海绵抛光轮对钛辊进行粗抛，在电解液铜150g/L，酸80g/L,电流密度34A/dm2，同时采用均一浓度的四氢噻唑硫酮（H1）、聚二硫二丙烷磺酸钠（SP）、二甲基-二硫甲酰胺磺酸钠（DPS），食用骨胶，37%盐酸溶液进行电解得到以下数据。如表1。
通过表1发现，在工艺参数稳定的前提下，采用80目，240目的海绵抛光轮可以满足生产要求，但在产品应用环节，孔的透光性对产品要求更高，所以选用80目海绵抛光轮对钛筒进行粗抛是最好的工艺参数要求。
同时在生产过程中，采用80目海绵抛光轮对钛筒进行粗抛，在电解液铜150g/L，酸80g/L,电流密度34A/dm2，同时采用不同浓度的四氢噻唑硫酮（H1）、聚二硫二丙烷磺酸钠（SP）、二甲基-二硫甲酰胺磺酸钠（DPS），添加定量浓度的食用骨胶和37%盐酸溶液进行电解得到以下数据，如表2。
表2 不同浓度H1、SP、DPS对三维多孔铜箔性能的影响
通过表2发现，随有机添加剂浓度的增加，多孔电解铜箔孔隙率有上升到下降的过程，考虑在实际生产运用过程中抗拉保持8-13kg/mm2三维多孔铜箔可以满足，为使透光性达到最佳，选择浓度10ppm的四氢噻唑硫酮（H1）、聚二硫二丙烷磺酸钠（SP）、二甲基-二硫甲酰胺磺酸钠（DPS）浓度的有机添加剂最为合适。
在生产过程中，在电解液铜150g/L，酸80g/L,电流密度34A/dm2，同时采用10ppm浓度的四氢噻唑硫酮（H1）、聚二硫二丙烷磺酸钠（SP）、二甲基-二硫甲酰胺磺酸钠（DPS），添加不同浓度的食用骨胶，定量浓度37%盐酸溶液进行电解得到以下数据，如表3。
表3 不同浓度食用明胶对三维多孔铜箔性能的影响
通过表3发现，低浓度的食用明胶对抗拉强度有很大影响，考虑生产实际运用情况，选择5ppm浓度食用明胶能使三维多孔铜箔的卷绕收卷以及透光性能达到最佳。
在生产过程中，在电解液铜150g/L，酸80g/L,电流密度34A/dm2，同时采用10ppm浓度的四氢噻唑硫酮（H1）、聚二硫二丙烷磺酸钠（SP）、二甲基-二硫甲酰胺磺酸钠（DPS），添加5ppm浓度的食用骨胶，不同浓度37%盐酸溶液进行电解得到以下数据，如表4。
表4 不同浓度37%盐酸对三维多孔铜箔性能的影响
通过表4发现，盐酸浓度对厚度颗粒粒径的有很大帮助，考虑三维多孔电解铜箔厚度上的均一性，所以选择3ppm浓度的37%盐酸溶液使三维多孔电解铜箔厚度均一性能达到最佳。
以上实施透光率测量是通过以下技术手段测得，采用国产厂家生产的DR81透光率仪表进行在线记录数据进行得出。
本发明实施的最佳状态就是使用80目海绵抛光轮对钛筒进行表面粗抛，并使用10ppm浓度的四氢噻唑硫酮（H1）、聚二硫二丙烷磺酸钠（SP）、二甲基-二硫甲酰胺磺酸钠（DPS），添加5ppm食用明胶和3ppm37%盐酸溶液混合添加电解液中，其中电解液中铜150g/L，酸80g/L,电流密度34A/dm2，可以生产出性能稳定，透光率稳定，厚度均匀的三维多孔电解铜箔，特别解决了在实际运用中涂布断裂、透光率低的矛盾。
本发明的有益效果：由本发明生产一种应用于凝胶聚合物锂离子电池以及过滤的三维多孔电解铜箔，该三维多孔电解铜箔组织结构呈现三维状，分布均匀，厚度均匀性偏差小于0.12um,抗拉强度10kg/mm2，透光率45%。
附图说明
图1为本发明工艺生产出的三维多孔电解铜箔的电子显微镜电镜图
图2为本发明生产出的三维多孔电解铜箔与传统的电解铜箔以及现延伸涂炭电解铜箔，经锂离子电池实验数据检测对比
在图2中：
◆红色表示为三维多孔电解铜箔
◆黑色为涂炭电解铜箔
◆蓝色为普通电解铜箔
具体实施方式
电解钛筒抛光设备是采用磨床改造，保证研磨轮与钛辊同步进行抛光，以达到抛磨均匀度以及洁净度平整，抛光过程采用RO反渗透膜处理的去离子水湿法研磨，并采用海绵抛光轮80目方式进行研磨，达到辊面粗糙度均匀。
电解液制备就是采用99.9%阴极铜、分析纯硫酸和RO反渗透去离子水加入溶铜罐中，在温度为55度的恒温条件下，向溶铜罐内连续通入氧气，经过氧化反应过程，最终得到硫酸铜水溶液。在三维多孔电解铜箔生产过程中，电解液都是循环使用的，不断的从阴极钛筒上析出三维多孔铜箔，从而不断的消耗电解液中的铜，而由溶铜罐不断溶铜补充电解液中消耗的铜，使电解液中的铜含量始终保持平衡。在电解液制备过程中不但要保证电解液连续不断的循环，还要及时根据三维多孔电解铜箔生产量调整溶铜的速率以此来稳定控制电解液成分，电解液的成分：铜含量为150g/L、硫酸含量为80g/L、电解液温度为55度，三维多孔电解铜箔采用有机混合添加剂包括：H1、SP、DPS，其中在1000ml体积份的电解液中加入10ppm质量份的有机混合添加剂H1、 SP、DPS和5pm食用明胶，3pm37%盐酸溶液，搅拌均匀后，随电解液泵均匀添并进入阳极槽，该有机混合添加剂流量为50mL/min；电解液在电场作用下，电流密度为34A/dm2，进行电化学反应，并通过有机添加剂改变铜原子结晶的结构电子迁移方式以及链接结构，从而制成一种应用于凝胶聚合物锂离子电池以及过滤的三维多孔电解铜箔。
实验证明，该三维多孔电解铜箔呈现三维状，分布均匀，厚度均匀性偏差小于0.12um,抗拉强度10kg/mm2，透光率45%。尤其是三维状、高透光率，填补了其他电解铜箔无法满足锂离子电池在电池循环性能效率的提高，避免了锂离子电池充放电不稳定等问题，为动力能源系统提供了一个持久安全可靠的动力来源，保证了锂离子电池动力性能稳定，增强了锂离子电池的市场竞争力，降低了生产成本。

Claims (3)

1.一种应用于凝胶聚合物锂离子电池的三维多孔电解铜箔的生产方法，其特征在于该生产方法包括以下步骤：（1）采用采用海绵抛光轮80目方式进行研磨，达到辊面粗糙度均匀；（2）电解液采用99.9%阴极铜，与分析纯硫酸进行有氧反应制成纯净硫酸铜溶液，溶液采用RO膜等离子水进行稀释；（3）电解液中铜含量为150g/L、硫酸含量为80g/L；（4）将电解液加热到55度，电解液添加的有机混合添加剂包括：有机配合添加剂四氢噻唑硫酮（H1）、聚二硫二丙烷磺酸钠（SP）、二甲基-二硫甲酰胺磺酸钠（DPS）和食用明胶、37%盐酸溶液，该有机混合添加剂流量为50mL/min，拌匀后，电解液进入阳极槽；（5）电解液采用粗过滤器进行对过滤；（6）电解液在电场作用下，电流密度为34A/dm2，阳离子移向阴极，阴离子移向阳极，进行电化学反应，并通过有机添加剂改变铜原子结晶的结构电子迁移方式以及链接结构，从而制成一种应用于凝胶聚合物锂离子电池以及过滤的三维多孔电解铜箔。
2.根据权利要求1所述的一种应用于凝胶聚合物锂离子电池的三维多孔电解铜箔的生产方法，其特征在于在步骤（4）中1000ml体积份的电解液中加入10ppm质量份的四氢噻唑硫酮（H1）、聚二硫二丙烷磺酸钠（SP）、二甲基-二硫甲酰胺磺酸钠（DPS）混合有机添加剂；以及5ppm食用明胶、3ppm37%盐酸溶液。
3.根据权利要求1所述的一种应用于凝胶聚合物锂离子电池的三维多孔电解铜箔的生产方法，其特征在于在步骤（5）中粗过滤器过滤精度为0.1um。
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