CN108893763A - 一种防止锂离子产生锂晶枝的铜锌合金箔生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种防止锂离子产生锂晶枝的铜锌合金箔生产方法，属于电解铜箔技术领域。该方法包括酸洗、清洗、电沉积、沉积锌、清洗钝化、挤压、烘干步骤，由此生产出防止锂离子电池锂晶枝锌铜合金箔，该锌铜合金箔集流体均匀分布的锌原子缺陷可以作为金属锂沉积成核的诱导晶种，因而可以有效改善锂离子在集流体表面的分布，使锌铜合金箔中锌层晶体组织紧密均匀，分布整齐，厚度均匀偏差小于0.01um，附着力好，抗拉强度和延伸率均达到锂离子电池使用标准、表面可焊性优良，耐高温、耐腐蚀性能优良。

Description

一种防止锂离子产生锂晶枝的铜锌合金箔生产方法
技术领域
本发明属于铜箔加工生产技术领域，尤其涉及一种防止锂离子产生锂晶枝的铜锌合金箔生产方法。
背景技术
随着手机、数码产品、电动汽车的普及，锂离子电池在人们生活当中扮演着越来越重要的角色。低能量密度、循环寿命有限等使用问题常常被人们诟病，但是与这些问题相比，电池安全问题却是人们关注的焦点。
近些年，由于电池安全问题引发的事故比比皆是，很多问题造成的后果触目惊心，比如震惊业界的波音787“梦幻”客机锂电池起火事件，以及SamsungGalaxy Note 7 大范围的电池起火爆炸事件，给锂离子电池的安全性问题再次敲响了警钟。
一般来说，锂离子电池出现安全问题表现为燃烧甚至爆炸，出现这些问题的根源在于锂晶枝造成锂离子电池的爆炸产生的主要因素，除此之外，一些外部因素，如过充、火源、挤压、穿刺、短路等问题也会导致安全性问题。锂离子电池在充放电过程中会发热，如果产生的热量超过了电池热量的耗散能力，锂离子电池就会过热，电池材料就会发生SEI膜的分解、电解液分解、正极分解、负极与电解液的反应和负极与粘合剂的反应等破坏性的副反应。
铜锌合金箔的生产方法是在商业铜箔集流体表面修饰一层原子级均匀分布的人造锌缺陷。由于锌在金属锂中具有一定的溶解度，金属锂可以预先与锌原子形成固溶体，进而大幅降低金属锂与集流体间的沉积界面能。同时由于均匀分布的锌原子缺陷可以作为金属锂沉积成核的诱导晶种，因而可以有效改善锂离子在集流体表面的分布。从而减少锂晶枝造成锂离子电池的爆炸。
发明内容
本发明的目的是提供一种防止锂离子产生锂晶枝的铜锌合金箔生产方法。
锂离子电池主要由正极、负极、电解液、隔膜以及外部连接、包装部件构成。其中，正极、负极又包含活性电极物质、导电剂、粘结剂等，均匀涂布于铜箔和铝箔集流体上。
本发明是通过以下技术方案实现的，该防止锂离子产生锂晶枝的铜锌合金箔生产方法包括以下步骤：（1）酸洗：用分析纯硫酸与反渗透性水混合，溶液中氢离子80-100g/L，已完全清洗掉氧化铜；（2）清洗，采用雾化喷嘴进行水洗，并清洗干净，保证无酸残留；（3）铜锌合金箔采用电解液：硫酸锌10.0-12.0g/L、氢氧化钠120-140g/L、焦磷酸钾 80-85g/L，加入反渗透水通过搅拌器进行搅拌，通过精密过滤，加温30-35度，PH12-13；（4）通过添加沉积锌有机络合剂MNX-2011络合剂100ml/L、主光剂2-4ml/L、柔软剂4-6ml/L、辅助剂10-20ml/L，进行还原锌离子更加细腻、平整；电流密度采用30 A/dm2，阳极板采用锌块阳极蓝；（5）清洗锌铜合金箔采用反渗透清洗水浸泡，并循环使用；（6）钝化：有机钝化液：葡糖糖30-50g/L、苯并三氮唑0.1-0.2g/L；（7）挤压：采用橡胶辊对处理合金箔正向挤干；（8）热风烘干：采用高压加热风机进行吹干，保证无残留水分产生。
所述在步骤（3）中精过滤器过滤精度为0.1um，过滤棒采用熔喷式过滤棒。
所述在步骤（4）中阳极蓝主要补充部分锌离子，同时减少硫酸根的大量残留。
所述在步骤（4）中有机添加剂添加采用转子流量计量程200ml/min。
所述在步骤（7）中橡胶辊洛氏硬度65，橡胶辊主要材质三元乙丙。
所述在步骤（8）中高压风机采用流量1000-1200m3/h,风压1300-1500Mpa。
所述在步骤（8）中高压风机加热温度110-120度。
试验证明，按照上述生工艺，在铜箔上沉积70纳米锌层，金属锂可以预先与锌原子形成固溶体，进而大幅降低金属锂与集流体间的沉积界面能。同时由于均匀分布的锌原子缺陷可以作为金属锂沉积成核的诱导晶种，因而可以有效改善锂离子在集流体表面的分布。在两者相互作用下，通过此方法修饰的金属锂阳极性能得到了显著改善。
通过该集流体组装的对称电池可以稳定循环超过1000小时。并且，通过修饰的三维多孔集流体在沉积容量为10mAh cm-2的情况下，库仑效率可保持在98％以上。
本发明的有益效果：由于采用上述工艺方法，使该锌铜合金箔集流体均匀分布的锌原子缺陷可以作为金属锂沉积成核的诱导晶种，因而可以有效改善锂离子在集流体表面的分布。从而减少锂晶枝造成锂离子电池的爆炸。
锌铜合金箔中锌层晶体组织紧密均匀，分布整齐，厚度均匀偏差小于0.01um，附着力好，抗拉强度和延伸率均达到锂离子电池使用标准、表面可焊性优良，耐高温、耐腐蚀性能优良。
具体实施方式
一种防止锂离子产生锂晶枝的铜锌合金箔生产方法，主要采用化学沉积金属锌，使金属锂可以预先与锌原子形成固溶体，进而大幅降低金属锂与集流体间的沉积界面能。
其方法步骤包括：酸洗，用分析纯硫酸与反渗透性水混合，溶液中氢离子90g/L，完全清洗掉氧化铜；清洗，采用雾化喷嘴进行水洗，并清洗干净，保证无酸残留；铜锌合金箔采用电解液：硫酸锌11g/L、氢氧化钠130g/L、焦磷酸钾 80g/L，加入反渗透水通过搅拌器进行搅拌，通过精密过滤，加温30度，PH13；通过添加沉积锌有机络合剂MNX-2011络合剂100ml/L、主光剂3ml/L、柔软剂5ml/L、辅助剂15ml/L，进行还原锌离子更加细腻、平整；电流密度采用30 A/dm2，阳极板采用锌块阳极蓝；清洗锌铜合金箔采用反渗透清洗水浸泡，并循环使用；钝化：有机钝化液：葡糖糖40g/L、苯并三氮唑0.2g/L；挤压：采用橡胶辊对处理合金箔正向挤干；热风烘干：高压加热风机与风刀进行吹干，保证无残留水分产生。从而制成锌铜合金箔。
由此生产出的防止锂离子电池锂晶枝锌铜合金箔，该锌铜合金箔集流体均匀分布的锌原子缺陷可以作为金属锂沉积成核的诱导晶种，因而可以有效改善锂离子在集流体表面的分布。从而减少锂晶枝造成锂离子电池的爆炸。
锌铜合金箔中锌层晶体组织紧密均匀，分布整齐，厚度均匀偏差小于0.01um，附着力好，抗拉强度和延伸率均达到锂离子电池使用标准、表面可焊性优良，耐高温、耐腐蚀性能优良。

Claims (7)

1.一种防止锂离子产生锂晶枝的铜锌合金箔生产方法，其特征在于方法包括以下步骤：（1）酸洗：用分析纯硫酸与反渗透性水混合，溶液中氢离子80-100g/L；（2）清洗，采用雾化喷嘴进行水洗；（3）铜锌合金箔采用电解液：硫酸锌10.0-12.0g/L、氢氧化钠120-140g/L、焦磷酸钾 80-85g/L，加入反渗透水通过搅拌器进行搅拌，通过精密过滤，加温30-35度，PH12-13；（4）通过添加沉积锌有机络合剂MNX-2011络合剂100ml/L、主光剂2-4ml/L、柔软剂4-6ml/L、辅助剂10-20ml/L，进行还原锌离子更加细腻、平整；电流密度采用30 A/dm2，阳极板采用锌块阳极蓝；（5）清洗锌铜合金箔采用反渗透清洗水浸泡，并循环使用；（6）钝化：有机钝化液：葡糖糖30-50g/L、苯并三氮唑0.1-0.2g/L；（7）挤压：采用橡胶辊对处理合金箔正向挤干；（8）热风烘干：采用高压加热风机进行吹干。
2.如权利要求1所述的一种防止锂离子产生锂晶枝的铜锌合金箔生产方法，其特征在于所述在步骤（3）中精过滤器过滤精度为0.1um，过滤棒采用熔喷式过滤棒。
3.如权利要求1所述的一种防止锂离子产生锂晶枝的铜锌合金箔生产方法，其特征在于所述在步骤（4）中阳极蓝主要补充部分锌离子，同时减少硫酸根的大量残留。
4.如权利要求1所述的一种防止锂离子产生锂晶枝的铜锌合金箔生产方法，所述在步骤（4）中有机添加剂添加采用转子流量计量程200ml/min。
5.如权利要求1所述的一种防止锂离子产生锂晶枝的铜锌合金箔生产方法，其特征在于所述在步骤（7）中橡胶辊洛氏硬度65，橡胶辊主要材质三元乙丙。
6.如权利要求1所述的一种防止锂离子产生锂晶枝的铜锌合金箔生产方法，其特征在于所述在步骤（8）中高压风机采用流量1000-1200m3/h,风压1300-1500Mpa。
7.如权利要求1所述的一种防止锂离子产生锂晶枝的铜锌合金箔生产方法，其特征在于所述在步骤（8）中高压风机加热温度110-120度。
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