CN110093635B - 高强度电解铜箔及其使用该铜箔的各种制品 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高强度电解铜箔，其厚度为4～6微米，在常温下的拉伸强度在600～560MPa,在150℃加热15分钟后的拉伸强度在350～400MPa，且在常温下和在150℃加热15分钟后的延伸率达到3.5‑10％；且所述高强度电解铜箔的翘曲小于等于5mm。本发明还提供了使用该铜箔的各种制品。

Description

高强度电解铜箔及其使用该铜箔的各种制品
技术领域
本发明涉及一种高强度电解铜箔及其使用该铜箔的各种制品。
背景技术
目前，电解铜箔作为电子工业、新能源锂电池行业不可缺少的重要基础材料，其可以作为锂电池内的负极集流体，一般由传统的8微米厚度铜箔制备而成。将现有的8微米厚度铜箔替换为6微米以下，甚至4.5微米左右的铜箔，一方面可以增加电池的能源量密度，从而具有更广阔的市场前景。然而，现有技术中还不能提供满足强度要求的6微米及以下超薄铜箔。
发明内容
本发明提供了一种高强度电解铜箔及其使用该铜箔的各种制品，可以有效解决上述问题。
本发明是这样实现的：
一种高强度电解铜箔，其厚度为4～6微米，在常温下的拉伸强度在600～560MPa,在150℃加热15分钟后的拉伸强度在350～400MPa，且在常温下和在150℃加热15分钟后的延伸率达到3.5-10％；且所述高强度电解铜箔的翘曲小于等于5mm。
作为进一步改进的，所述高强度电解铜箔的翘曲通过将长宽大于15cm的铜箔样片亮面朝上放置于珍珠棉上；然后将圆盘取样器放置于铜箔样片上；按下手柄并顺时针旋转180°进行裁切形成圆形样品；用钢尺把圆形样品翻转至毛面朝上，最后用钢尺进行测量圆形样品边部的翘曲获得。
作为进一步改进的，所述高强度电解铜箔毛面的光泽度在130-250Gu。
作为进一步改进的，所述高强度电解铜箔亮面的光泽度在60-100Gu。
作为进一步改进的，所述高强度电解铜箔具有均匀的面密度，其面密度为30～60克/平方米。
本发明还提供一种锂离子二次电池集电体，包括上述的高强度电解铜箔。
本发明还提供一种锂离子二次电池，包括上述的锂离子二次电池集电体。
本发明还提供一种电磁屏蔽材料，其使用上述的高强度电解铜箔制备而成。
本发明的有益效果是：本发明提供的高强度电解铜箔其在拉伸强度、拉伸率以及翘曲方面的性能几乎可以达到现有的8微米～12微米的电解铜箔的性能要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明实施例提供生箔装置的结构示意图。
图2是本发明实施例提供生箔装置中阳极单元的部分结构示意图。
图3是本发明实施例提供生箔装置中阴极辊的部分结构示意图。
图4是本发明实施例提供生箔装置中清洗单元的部分结构示意图。
图5是本发明实施例提供生箔装置中传送单元的部分结构示意图。
图6是本发明实施例提供生箔装置中烘干冷却单元的结构示意图。
图7是本发明实施例提供的电解铜箔的制备方法流程图。
图8是本发明实施例提供的电解铜箔中亮面的扫描电镜照片。
图9是本发明实施例提供的电解铜箔中毛面的扫描电镜照片。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
参照图1所示，本发明实施例提供一种生箔装置100，包括：阳极单元10、阴极辊20、以及设置于所述阴极辊20一侧的清洗单元30、传送单元40、烘干冷却单元50、收卷单元60以及钝化槽80。所述阳极单元10与直流电源正极连接，所述阴极辊20与直流电源负极连接。
请参照图2，所述阳极单元10包括同轴心设置的两个圆弧形阳极槽11以及设置于所述圆弧形阳极槽11上的多块阳极板12。所述两个圆弧形阳极槽11之间的底部间隔设置，从而形成进液口13。所述多块阳极板12沿所述进液口13两侧至所述圆弧形阳极槽11两侧上端分别径向顺序拼接于所述圆弧形阳极槽11的表面。所述圆弧形阳极槽11的顶部设置有排液通道112。
所述进液口13包括多个间隔设置的分流导向板14，所述分流导向板14沿竖直方向设置于所述两个圆弧形阳极槽11之间，从而将所述进液口13分割为多个进液分流导向通道。每一进液分流导向通道上分别设置有阀门(图中未画出)，从而可以控制各自进液分流导向通道的流量大小。进而起到通过控制各自进液分流导向通道的流量，来实现对快速生产的超薄铜箔70整体面密度的精细控制，提高铜箔70横向均匀性，减少软皱，泡泡纱的产生。优选的，包括10～20块间隔设置的分流导向板14。本实施例中，包括15块间隔设置的分流导向板14，从而将所述进液口13分隔成16个均匀的进液分流导向通道。作为进一步改进的，所述排液通道112镶嵌在所述圆弧形阳极槽11中。更具体的，所述排液通道112的入口设置在所述圆弧形阳极槽11内弧面上端且设置在最顶部一块阳极板12的上方；所述排液通道112的出口设置在所述圆弧形阳极槽11的外弧面外侧且开口向下。
作为进一步改进的，所述导向分流板14为长方体结构，且分别连接两侧的圆弧形阳极槽11。
作为进一步改进的，所述阳极板12底面为与所述圆弧形阳极槽11内弧面贴合的弧形面，且相邻的阳极板12之间通过侧平面贴合连接。
作为进一步改进的，每一块阳极板12下表面设置有导电接口(图中未画出)，每一块阳极板12分别连接一个独立直流电源且由各自的独立直流电源调节输入电流。
作为进一步改进的，在圆弧形阳极槽11上对应导电接口的位置分别设置有导电通孔(图中未画出)。
请参照图3，所述阴极辊20包括用于生箔的辊面21以及设置于所述辊面21两侧的边部22；所述辊面21的表面粗糙度满足：Ra<0.2mm，Rz<1.5mm；所述边部22通过双氧水氧化处理形成。通过对所述辊面21进行精细研磨，从而可以有效消除快速生产的超薄铜箔70表面的针孔。另外，通过对所述边部22的处理也有利于解决快速生产的超薄铜箔70在剥离过程中易断掉的问题。
作为进一步改进的，所述边部22的宽度优选为20～30mm。在其中一个实施例中，所述边部22的宽度约为25mm。所述阴极辊20为钛辊。
所述阴极辊20可以通过以下方法制备而成：
S1，将所述阴极辊20的表面划分为生箔的辊面21以及设置于所述辊面21两侧的边部22；
S2，使用砂轮研磨辊面21，使所述辊面21的粗糙度满足：Ra<0.2mm，Rz<1.5mm；
S3，用双氧水氧化处理所述边部22。
作为进一步改进的，在步骤S2中，依次用80#、120#、220#、320#、400#、600#以及800#的砂轮研磨辊面21，使所述辊面21的粗糙度满足：Ra<0.2mm，Rz<1.5mm。
作为进一步改进的，在步骤S3中，所述用双氧水氧化处理所述边部22的步骤为：
通过双氧水擦拭并浸润所述边部22。
请参照图4，所述清洗单元30包括收集板31、设置于所述收集板31上的柔性接水板32、喷管33、以及并排设置于所述喷管33上的多个喷头34；每一喷头34的流量为20～30L/H，且压力0.25～0.30Mpa。在快速生产超薄铜箔70的过程中，因速度过快，清洗时间很短，因此需要加大水量清洗，同时还要保证大量的清洗水不能流入电解液中。
作为进一步改进的，所述柔性接水板32为PVC软板，且所述PVC软板的厚度为0.1～0.5mm。在其中一个实施例中，所述PVC软板的厚度为0.3mm，从而使得在不划伤箔面的情况下保证溶液浓度不会被稀释，有效解决快速生产的超薄铜箔70表面清洗问题。
作为进一步改进的，所述清洗单元30包括10～20个并排设置于所述喷管33上喷头34。优选的，所述清洗单元30包括14～16个并排设置于所述喷管33上喷头34。在其中一个实施例中，所述清洗单元30包括15个并排设置于所述喷管33上喷头34，且相邻两个喷头34之间交叉设置。
作为进一步改进的，所述清洗单元30可进一步包括挤水胶辊35，设置于所述喷头34的顶部，且与所述阴极辊20相切从而挤压铜箔70上残留的水份。
所述传送单元40包括直径均大于等于200mm且小于等于300mm的剥离辊41、第一传导辊42、第二传导辊43以及第三传导辊44。所述剥离辊41设置于所述清洗单元30的顶部，所述钝化槽80设置于所述剥离辊41的一侧，所述第二传导辊43设置于所述钝化槽80中，且所述第一传导辊42以及所述第三传导辊44对称设置于所述钝化槽80的顶部；所述第一传导辊42采用双对轴承。
在其中一个实施例中，每一传导辊42/43/44的直径均为250mm左右。快速生产的超薄铜箔70采用大辊径传导辊传导大于200mm，可以使箔面应力分散，有效的解决快速生产的超薄铜箔70在传导过程中容易起皱的问题。同时单个传导辊上使用双对轴承设计，尽可能减少本身阻力，可以采用较小的张力带动传导，进一步有效的解决快速生产的超薄铜箔70在传导过程中容易起皱的问题。
作为进一步改进的，所述传送单元40可以采用闭环控制使铜箔70的张力波动小于0.3KG，从而，可以有效解决因张力波动产生的泡泡沙。
请参照图5，作为进一步改进的，所述第一传导辊42包括传导辊主体420、第一轴承421、转轴422、第二轴承423以及支撑座424；所述第一轴承421套设于所述传导辊主体420以及所述转轴422之间；所述第一轴承421的两端通过所述第二轴承423设置于所述支撑座424上。
所述收卷单元60包括直径为250～350mm的收卷辊62，且其收卷张力控制在12-14kg之间。作为进一步改进的，所述收卷单元60进一步包括下压辊63，设置于所述收卷辊62的下方。本发明快速生产的超薄铜箔70收卷使用直径250～350mm的收卷辊，收卷张力控制在12-14之间，同时基于超薄铜箔70面密度的精细控制，在收卷的同时使用下面加下压辊63，使快速生产的超薄铜箔70收卷更平整密实无软纹，保证收长卷时端面一致性。
作为进一步改进的，所述收卷单元60进一步包括第四传导辊62设置于所述第三传导辊44远离所述第一传导辊42的一侧，且所述第四传导辊62、所述第三传导辊44以及第一传导辊42并排设置。所述收卷辊62设置于所述第四传导辊62远离所述第一传导辊42一侧的的下端。
请参照图6，所述烘干冷却单元50设置于所述钝化槽80以及所述收卷单元60之间；所述烘干冷却单元50包括靠近所述传送单元40设置的烘干单元51，以及靠近所述收卷单元60设置的冷却单元52；所述烘干单元51包括对称设置的上热风刀512以及下热风刀514，以及连接于所述上热风刀512以及所述下热风刀514的热风管道516；所述冷却单元52包括对称设置的上冷风刀522以及下冷风刀524，以及连接于所述上冷风刀522以及所述下冷风刀524的冷风管道526。本发明快速生产的超薄铜箔70箔面烘干采用双面风刀，前排使用高温热风均匀快速吹出，后排使用冷风均匀快速吹出，保证最快速度烘干及冷却。
作为进一步改进的，所述烘干单元51的流速为400m3/h，且温度为90～100℃。所述冷却单元52的流速为210m3/h，且温度为20～27℃。
请参照图7，本发明还提供一种电解铜箔的制备方法，包括以下步骤:
S4，硫酸铜电解液配置：将纯度为99.95％及以上的高纯铜线在硫酸溶液中加热溶解生成硫酸铜电解液；
S5，生箔制造；在所述硫酸铜电解液加入添加剂，并输送至生箔机的电解槽中进行电解生箔,其中；电解生箔的工艺参数为：电解液的温度控制在50～60℃，生箔过程中阳极板12的电流密度为38～45A/dm2，Cu2+浓度为90～95g/L，H2SO4浓度为100～110g/L，明胶浓度100-300ppm，硫酸高铈的浓度为0.5～10ppm，MESS的浓度为1～20ppm，SPS的浓度为10～50ppm，Cl-浓度的为10～30ppm；
S6，防氧化处理：将电解所得的铜箔进行防氧化处理；
S7，产品分切：经防氧化处理后的铜箔，进行裁剪分切并包装。
在步骤S5中，优选的，Cu2+浓度为92～95g/L，H2SO4浓度为105～108g/L，电解液的温度控制在55～60℃。所述明胶浓度150-250ppm，硫酸高铈的浓度为2～5ppm，MESS的浓度为10～15ppm。所述SPS的浓度为20～30ppm，Cl-浓度的为25～30ppm。含有硫酸高铈和MESS的水溶液A的结合，可以吸附在电极表面附近，有效提高阴极极化，细化晶粒，改变镀层晶粒尺寸，从而提高镀层硬度；含有SPS和Cl-的水溶液B的结合可以显著提高镀层的亮度。
在步骤S6中，所述将电解所得的铜箔进行防氧化处理的步骤包括：
S61，将电解所得的铜箔在CrO3+T(三氧化铬+葡萄糖)溶液中钝化，其中，钝化参数为：PH控制在3-3.5，温度控制在20-40℃，钝化电流控制在1-3A/dm2。因为4-6微米超薄铜箔的生产速度快，进过钝化槽80的时间缩短，之前使用的8-12微米制备方法已经不能满足4-6微米电解铜箔的生产要求，导致电解铜箔抗氧化失效。本发明现使用CrO3+T的配置工艺，PH控制在3-3.5，温度控制在20-40℃，钝化电流控制在1-3A，从而能有效解决抗氧化失效等异常情况的发生。
在步骤S61中，优选的，钝化参数为：温度控制在25-30℃，钝化电流控制在2A/dm2。
请参照图8-9，本发明还提供一种通过上述方法获得电解铜箔，其厚度为4～6微米，在常温下的拉伸强度在600～560MPa,在150℃加热15分钟后的拉伸强度在350～400MPa，且在常温下和在150℃加热15分钟后的延伸率达到3.5-10％；且所述高强度电解铜箔的翘曲小于等于5mm。所述高强度电解铜箔的翘曲通过将长宽大于15cm的铜箔样片亮面朝上放置于珍珠棉上；然后将圆盘取样器放置于铜箔样片上；按下手柄并顺时针旋转180°进行裁切形成圆形样品；用钢尺把圆形样品翻转至毛面朝上，最后用钢尺进行测量圆形样品边部22的翘曲获得。
作为进一步改进的，所述高强度电解铜箔毛面的光泽度在130-250Gu。
作为进一步改进的，所述高强度电解铜箔亮面的光泽度在60-100Gu。
作为进一步改进的，所述高强度电解铜箔具有均匀的面密度，其面密度为30～60克/平方米。
本发明还提供一种使用上述高强度电解铜箔的锂离子二次电池集电体及锂离子二次电池。
另外，本发明还提供一种使用上述高强度电解铜箔制备而成的一种电磁屏蔽材料。
实施例：将纯度为99.95％的高纯铜线在硫酸溶液中加热溶解生成硫酸铜电解液；在所述硫酸铜电解液加入添加剂，并输送至生箔机的电解槽中进行电解生箔,其中；电解生箔的工艺参数为：电解液的温度控制在58℃，Cu2+浓度为94g/L，H2SO4浓度为106g/L，明胶浓度150ppm，硫酸高铈的浓度为4ppm，MESS的浓度为12ppm，SPS的浓度为25ppm，Cl-浓度的为28ppm；通过控制生箔过程中阳极板的电流密度分别获得4微米、4.5微米、5微米以及6微米的铜箔。将各种铜箔进行测试数据如下：
Figure GDA0002700690230000111
以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (8)

1.一种高强度电解铜箔，其特征在于，其厚度为4~6微米，在常温下的拉伸强度在600~560MPa,在150℃加热15分钟后的拉伸强度在350~400MPa，且在常温下和在150℃加热15分钟后的延伸率达到3.5-10％；且所述高强度电解铜箔的翘曲小于等于5mm；且所述高强度电解铜箔为通过以下方法制备得到：
S1，硫酸铜电解液配置：将纯度为99.95%及以上的高纯铜线在硫酸溶液中加热溶解生成硫酸铜电解液；
S2，生箔制造；在所述硫酸铜电解液加入添加剂，并输送至生箔机的电解槽中进行电解生箔, 其中；电解生箔的工艺参数为：电解液的温度控制在50~60℃，生箔过程中阳极板的电流密度为38~45A/dm 2，Cu2+浓度为90~95g/L，H2SO4浓度为100~110g/L，明胶浓度100-300ppm，硫酸高铈的浓度为0.5~10ppm，MESS的浓度为1~20ppm，SPS的浓度为10~50ppm，Cl-浓度的为10~30ppm；
S3，防氧化处理：将电解所得的铜箔进行防氧化处理，其中，所述将电解所得的铜箔进行防氧化处理的步骤包括：将电解所得的铜箔在CrO3与葡萄糖溶液中钝化，其中，钝化参数为：pH控制在3-3.5，温度控制在20-40℃，钝化电流控制在1-3A/dm 2；
S4，产品分切：经防氧化处理后的铜箔，进行裁剪分切并包装。
2.如权利要求1所述的高强度电解铜箔，其特征在于，所述高强度电解铜箔的翘曲通过将长宽大于15cm的铜箔样片亮面朝上放置于珍珠棉上；然后将圆盘取样器放置于铜箔样片上；按下手柄并顺时针旋转180°进行裁切形成圆形样品；用钢尺把圆形样品翻转至毛面朝上，最后用钢尺进行测量圆形样品边部的翘曲获得。
3.如权利要求2所述的高强度电解铜箔，其特征在于，所述高强度电解铜箔毛面的光泽度在130-250 Gu。
4.如权利要求2所述的高强度电解铜箔，其特征在于，所述高强度电解铜箔亮面的光泽度在60-100 Gu。
5.如权利要求1所述的高强度电解铜箔，其特征在于，所述高强度电解铜箔具有均匀的面密度，其面密度为30~60克/平方米。
6.一种锂离子二次电池集电体，其特征在于，包括如权利要求1-5任一项所述的高强度电解铜箔。
7.一种锂离子二次电池，其特征在于，包括如权利要求6所述的锂离子二次电池集电体。
8.一种电磁屏蔽材料，其特征在于，使用如权利要求1-5任一项所述的高强度电解铜箔。
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