CN108950607A - 电沉积制备微米级多孔铜箔的电解液及用其制备微米级多孔铜箔的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电沉积制备微米级多孔铜箔的电解液及制备微米级多孔铜箔的方法，电解液中包含如下组分：硫酸铜100～250g/L、硫酸50～140g/L、氯离子20～60ppm、表面活性剂2～6ppm、与水不相溶的液体油脂1～5vol％、液体水包油型乳化剂1.6～5vol％。本发明的电解液在常规的硫酸铜硫酸溶液中，加入了适量的油脂类物质和水包油型乳化剂，在乳液分散均匀的电解液中进行电沉积，可直接制备出多孔状的铜箔；以本发明的方法制得的多孔铜箔为负极集流体，可以有效提升锂离子电池的能量密度、倍率性能及循环稳定性。

Description

电沉积制备微米级多孔铜箔的电解液及用其制备微米级多孔 铜箔的方法
技术领域
本发明涉及一种铜箔的制备方法，尤其涉及一种电沉积制备微米级多孔铜箔的电解液及用其制备微米级多孔铜箔的方法，属于锂离子电池技术领域。
背景技术
锂离子电池由于具有比能量大，工作电压高，安全性好，环境污染小等优点，在各种便携式电子设备，电动汽车和新能源存储等领域有广阔的应用前景。作为动力电池，随着电动汽车对续航里程不断提升的要求，对能量密度的要求也越来越高。就提升锂离子电池的能量密度而言，主要通过采用更高容量的正负极材料，更薄的集流体铜、铝箔，更薄的隔膜来实现。从安全性能考虑，为了减少电池内部正负极短路的可能性，进一步降低隔膜厚度受限。因此，改善电池的能量密度更多的要从电极材料和集流体方面考虑。
以锂离子电池的负极为例，目前商用的负极材料主要是碳类负极材料，分为石墨化碳、硬碳(难石墨化碳)和纳米碳材料等几种形式，其中以石墨应用最多。近年来锂离子电池的负极材料由传统的石墨负极向硅系列负极、锂金属负极方向发展。多孔铜箔可以有效改善硅系列材料充放电过程中的体积膨胀问题，也可以有效改善金属锂在充放电过程中的锂枝晶问题，同时，多孔铜箔还能够进一步降低集流体的质量。因此，近几年对多孔铜箔的制备研究和专利申请也越来越多，在此背景下寻找一种简单有效的多孔铜箔制备方法，对推动高能量密度电动汽车的发展具有重大意义。
发明内容
本发明针对锂离子电池用多孔铜箔的现有制备方法存在的不足，提供一种电沉积制备微米级多孔铜箔的电解液及用其制备微米级多孔铜箔的方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种电沉积制备微米级多孔铜箔的电解液，电解液中包含如下组分：硫酸铜100～250g/L、硫酸50～140g/L、氯离子20～60ppm、表面活性剂2～6ppm、与水不相溶的液体油脂1～5vol％、液体水包油型乳化剂1.6～5vol％。
进一步，所述表面活性剂为聚二硫二丙烷磺酸钠、3-巯基-1-丙烷磺酸钠、动物胶原蛋白(也称水解胶原蛋白或水解明胶)、羟乙基纤维素中的任意一种或多种的混合物。
进一步，所述液体油脂为豆油、汽油、柴油、煤油中的任意一种或多种的混合物。
进一步，所述液体水包油型乳化剂的HLB值大于10，优选聚乙二醇200、聚乙二醇400、脂肪酸聚氧乙烯醚以及吐温与司盘按照体积比(4～7):1混合制得的复配乳化剂中的任意一种。
本发明还要求保护使用上述的电解液制备微米级多孔铜箔的方法，包括如下步骤：
1)配制电解液：电解液中包含如下组分：硫酸铜100～250g/L、硫酸50～140g/L、氯离子20～60ppm、表面活性剂2～6ppm、液体油脂1～5vol％、液体水包油型乳化剂1.6～5vol％，使其分散均匀；
2)电沉积铜箔：采用稳压直流电源进行电沉积，控制电解液温度为43～56℃，电流大小为10～20A/dm2，电沉积时间为60～120s，于阴极上沉积多孔铜箔；
3)剥离、清洗：将沉积在阴极上的多孔铜箔剥离下来，于碱液中清洗除去表面的油脂，纯水洗净，烘干，即得。
进一步，步骤2)电沉积过程中采用表面抛光的金属钛板分别作为电沉积反应的阴、阳极。
进一步，步骤3)中所述的碱液为40～80g/L的氢氧化钠或氢氧化钾溶液。
本发明提供的电解液及制备方法的有益效果是：
1)本发明的电解液在常规的硫酸铜硫酸溶液中，加入了适量的油脂类物质和水包油型乳化剂，在乳液分散均匀的电解液中进行电沉积，可直接制备出多孔状的铜箔，见图1；
2)以本发明的方法制得的多孔铜箔为负极集流体，可以有效提升锂离子电池的能量密度、倍率性能及循环稳定性。
附图说明
图1为实施例1所得多孔铜箔的SEM图片；
具体实施方式
以下结合实例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1：
一种微米级多孔铜箔的制备方法，包括如下步骤：
1)配制电解液，包含如下组分：硫酸铜100g/L，硫酸80g/L，氯离子30ppm，聚二硫二丙烷磺酸钠4ppm，豆油5vol％，司盘-801vol％，吐温-804vol％，超声分散使乳液分散均匀；
2)电沉积铜箔：采用表面抛光的金属钛板分别作为电沉积反应的阴、阳极，其中阳极钛板大小为5cm×5cm，阴极钛板大小为1cm×1cm，在乳液分散均匀的状态下，采用稳压直流电源进行电沉积，控制电解液温度为43℃，电流大小为10A/dm2，电沉积时间120s，于阴极上沉积多孔铜箔；
3)剥离、清洗：将阴极钛板上沉积的多孔铜箔小心的剥离开，于40g/L的氢氧化钠溶液中除去表面油脂，最后用纯水漂洗干净，烘干即可。
实施例2：
一种微米级多孔铜箔的制备方法，包括如下步骤：
1)配制电解液，包含如下组分：硫酸铜160g/L，硫酸50g/L，氯离子20ppm，3-巯基-1-丙烷磺酸钠6ppm，汽油1vol％，司盘-800.2vol％，吐温-801.4vol％，使电解液快速流动循环使乳液分散均匀；
2)电沉积铜箔：采用表面抛光的金属钛板分别作为电沉积反应的阴、阳极，其中阳极钛板大小为5cm×5cm，阴极钛板大小为1cm×1cm，在乳液分散均匀的状态下，采用稳压直流电源进行电沉积，控制电解液温度为50℃，电流大小为15A/dm2，电沉积时间100s，于阴极上沉积多孔铜箔；
3)剥离、清洗：将阴极钛板上沉积的多孔铜箔小心的剥离开，于80g/L的氢氧化钠溶液中除去表面油脂，最后用纯水漂洗干净，烘干即可。
实施例3：
一种微米级多孔铜箔的制备方法，包括如下步骤：
1)配制1L电解液，包含如下组分：硫酸铜250g/L，硫酸140g/L，氯离子35ppm，动物胶原蛋白2ppm，煤油2vol％，聚乙二醇2vol％，搅拌使乳液分散均匀；
2)电沉积铜箔：采用表面抛光的金属钛板分别作为电沉积反应的阴、阳极，其中阳极钛板大小为5cm×5cm，阴极钛板大小为1cm×1cm，在乳液分散均匀的状态下，采用稳压直流电源进行电沉积，控制电解液温度为56℃，电流大小为20A/dm2，电沉积时间80s，于阴极上沉积多孔铜箔；
3)剥离、清洗：将阴极钛板上沉积的多孔铜箔小心的剥离开，于40g/L的氢氧化钾溶液中除去表面油脂，最后用纯水漂洗干净，烘干即可。
实施例4：
一种微米级多孔铜箔的制备方法，包括如下步骤：
1)配制电解液，包含如下组分：硫酸铜120g/L，硫酸110g/L，氯离子60ppm，羟乙基纤维素2ppm，动物胶原蛋白1ppm，柴油1.2vol％，脂肪酸聚氧乙烯醚2.4vol％，搅拌使乳液分散均匀；
2)电沉积铜箔：采用表面抛光的金属钛板分别作为电沉积反应的阴、阳极，其中阳极钛板大小为5cm×5cm，阴极钛板大小为1cm×1cm，在乳液分散均匀的状态下，采用稳压直流电源进行电沉积，控制电解液温度为56℃，电流大小为20A/dm2，电沉积时间60s，于阴极上沉积多孔铜箔；
3)剥离、清洗：将阴极钛板上沉积的多孔铜箔小心的剥离开，于80g/L的氢氧化钾溶液中除去表面油脂，最后用纯水漂洗干净，烘干即可。
实施例1～4所得铜箔经测试，铜箔厚度、孔径大小和孔隙率如表1所示。
表1 实施例1～4所得铜箔的测试数据
编号 铜箔厚度 孔径大小 孔隙率
实施例1 12.2μm 20-100μm 45％
实施例2 14.8μm 5-90μm 27％
实施例3 17.5μm 10-120μm 38％
实施例4 14.3μm 5-70μm 32％
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种电沉积制备微米级多孔铜箔的电解液，其特征在于，电解液中包含如下组分：硫酸铜100～250g/L、硫酸50～140g/L、氯离子20～60ppm、表面活性剂2～6ppm、与水不相溶的液体油脂1～5vol％、液体水包油型乳化剂1.6～5vol％。
2.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述表面活性剂为聚二硫二丙烷磺酸钠、3-巯基-1-丙烷磺酸钠、动物胶原蛋白、羟乙基纤维素中的任意一种或多种的混合物。
3.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述液体油脂为豆油、汽油、柴油、煤油中的任意一种或多种的混合物。
4.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述液体水包油型乳化剂为聚乙二醇200、聚乙二醇400、脂肪酸聚氧乙烯醚以及吐温与司盘按照体积比(4～7):1混合制得的复配乳化剂中的任意一种。
5.一种使用权利要求1～4中任一项所述的电解液制备微米级多孔铜箔的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)配制电解液：电解液中包含如下组分：硫酸铜100～250g/L、硫酸50～140g/L、氯离子20～60ppm、表面活性剂2～6ppm、液体油脂1～5vol％、液体水包油型乳化剂1.6～5vol％，使其分散均匀；
2)电沉积铜箔：采用稳压直流电源进行电沉积，控制电解液温度为43～56℃，电流大小为10～20A/dm2，电沉积时间为60～120s，于阴极上沉积多孔铜箔；
3)剥离、清洗：将沉积在阴极上的多孔铜箔剥离下来，于碱液中清洗除去表面的油脂，纯水洗净，烘干，即得。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤2)电沉积过程中采用表面抛光的金属钛板分别作为电沉积反应的阴、阳极。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中所述的碱液为40～80g/L的氢氧化钠或氢氧化钾溶液。
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