CN112144079B - 电解铜箔 - Google Patents

电解铜箔 Download PDF

Info

Publication number
CN112144079B
CN112144079B CN202010359727.4A CN202010359727A CN112144079B CN 112144079 B CN112144079 B CN 112144079B CN 202010359727 A CN202010359727 A CN 202010359727A CN 112144079 B CN112144079 B CN 112144079B
Authority
CN
China
Prior art keywords
copper foil
electrolytic copper
range
lithium ion
ion secondary
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010359727.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112144079A (zh
Inventor
黄慧芳
周瑞昌
赖耀生
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chang Chun Petrochemical Co Ltd
Original Assignee
Chang Chun Petrochemical Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chang Chun Petrochemical Co Ltd filed Critical Chang Chun Petrochemical Co Ltd
Publication of CN112144079A publication Critical patent/CN112144079A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112144079B publication Critical patent/CN112144079B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D1/00Electroforming
    • C25D1/04Wires; Strips; Foils
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D1/00Electroforming
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D7/00Electroplating characterised by the article coated
    • C25D7/06Wires; Strips; Foils
    • C25D7/0614Strips or foils
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D3/00Electroplating: Baths therefor
    • C25D3/02Electroplating: Baths therefor from solutions
    • C25D3/38Electroplating: Baths therefor from solutions of copper
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • H01M10/0525Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64Carriers or collectors
    • H01M4/66Selection of materials
    • H01M4/661Metal or alloys, e.g. alloy coatings
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12431Foil or filament smaller than 6 mils
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12431Foil or filament smaller than 6 mils
    • Y10T428/12438Composite

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)

Abstract

本公开涉及具有适合作为锂离子二次电池的集电体使用的特性的电解铜箔。该电解铜箔包括辊筒面及沉积面。该沉积面或该辊筒面的至少一者具有约0.03至约0.23范围内的均方根倾斜(RΔq)。以此方式,该铜箔具有良好的耐用性及可加工性,以及作为锂离子二次电池中的集电体的良好效能。

Description

电解铜箔
技术领域
本公开涉及具有高耐用性及可加工性的电解铜箔。本公开也涉及使用该电解铜箔制备的锂离子二次电池。
背景技术
锂离子二次电池具备高能量及高功率密度,使其作为便携式电子装置、电动工具、电动汽车(EVs)、能量储存系统(ESS)、移动电话、平板电脑、航空航天应用、军事应用、及铁路的技术选择。电动车(EVs)包括混合动力电动车(HEVs)、插电式混合动力电动车(PHEVs)、及纯电池电动车(BEVs)。若电动车(EVs)取代大部分以化石燃料(例如,汽油、柴油等)作为动力的运输工具,则锂离子二次电池将显著减少温室气体排放。锂离子二次电池的高能量效率亦可允许其用于各种电网应用中,包括改善从风、太阳、地热及其他可再生来源收获的能量的品质,因此有助于其更广泛地用于建立可持续能源的经济。
因此,锂离子二次电池引起商业企业以及政府和学术实验室的基础研究的强烈兴趣。尽管近年来此领域的研究及发展已经大量存在,且锂离子二次电池当前已在使用中,但对于关于更高容量、更高电流生成以及可进行更多次充放电循环从而延长其使用寿命的改善仍存在需求。此外,需要改善该等电池的重量以改善其在多种环境中的应用,诸如车辆、便携式电子装置及航空航天应用。
锂离子二次电池通常包括沉积有活性材料的金属箔的集电体。铜箔一般用作该集电体,盖因铜是电流的良好导体。由于对较低重量的电池的需求变得越来越迫切,需要更薄的集电体以降低锂离子二次电池的尺寸及重量。此外,为了增加锂离子二次电池的电容量,将诸如硅(Si)、锗(Ge)及锡(Sn)的材料混合或填充至电池中的高电容量活性材料里,但此会加剧该活性材料的膨胀及收缩以及其所接触的铜箔上的应力。再者,于一些近期的进展中,为了增加电池的电容量,将用作电极的铜箔折叠或弯曲卷绕。如果铜箔在电池使用过程中不能承受该活性材料的膨胀及收缩,或不能承受电池制造过程中的折叠及卷绕,则该电池的循环特性受到负面影响。
因此,对于用于锂离子二次电池中的铜箔仍存有改进的需要。是以,对于具有改善的可加工性及耐用性的更薄铜箔存在着需求,其中,当该铜箔与活性材料相结合以制备锂离子二次电池时,不会因该铜箔与该活性材料之间分离而在充放电的高度循环下失效,或因铜箔破裂而失效。为了满足降低锂离子二次电池的重量并增加其电容量的目标,需要更薄的铜箔以于电池的制造过程中或在电池的使用过程中不失效。
发明内容
通常,本文中所述的发明涉及一种铜箔,例如可用作锂离子二次电池中的集电体的电解铜箔。所制备的铜箔为具有改善的可加工性及耐用性的优异特性。该等铜箔具有受控的表面特性,例如受控的表面粗糙度,当其被制成电池时具有延长的循环寿命。此外,藉由控制铜箔中的氢含量,业经发现改善。
在第一方面,本发明包含一种电解铜箔,其包含辊筒面及沉积面,其中,该沉积面与该辊筒面的至少一者具有以约0.03至约0.23范围内的均方根倾斜(RΔq)为特征的表面粗糙度。另一方面,该沉积面与该辊筒面的至少一者具有以约0.03至0.19范围内的RΔq为特征的表面粗糙度。任选地,该电解铜箔的沉积面与该辊筒面各自具有约0.03至约0.23范围内的RΔq。任选地,该电解铜箔的氢含量低于约百万分之五十(50ppm)。任选地,该氢含量为约10ppm至约47ppm的范围内。任选地,该氢含量为约10ppm至约40ppm的范围内。任选地,该电解铜箔还包含形成于其外部的防锈层以具有防锈形成的外部的电解铜箔。例如,该防锈层选自由锌、铬、镍、钴、钼、钒、其合金、及其组合所组成群组的一种金属;或是有机防锈层。
根据本发明的第一方面的一些特性包括下列内容。任选地,该电解铜箔具有约10μm-1至约36μm-1的范围内的疲劳寿命/厚度。任选地,该电解铜箔具有约25至约75kg/mm2范围内的抗拉强度。任选地,该电解铜箔具有约2%至35%范围内的伸长率。任选地,该电解铜箔具有约2μm至约25μm范围内的厚度。任选地,该电解铜箔实质上不包含粗化处理层。
在第二方面,本发明包含用于锂离子二次电池的集电体,其包含电解铜箔,举例而言,如本发明的第一方面所述的电解铜箔。
在第三方面,本发明包含锂离子二次电池,其包含集电体,举例而言,如本发明的第二方面所述的集电体。任选地,该电解铜箔的沉积面与该辊筒面各自具有约0.03至约0.23范围内的均方根倾斜(RΔq)。任选地,该电解铜箔包含低于50ppm的氢含量。
本文中所描述的电解铜箔用于锂离子二次电池时,展现优异特性。除了可制造具有高电容量的轻型二次电池外,使用这些电解铜箔制备的电池亦具有优异的充放电循环特性。举例而言,于锂离子二次电池的大量充放电循环过程中,该铜箔与活性材料不会分离或破碎。未受限于特定机制,其意味这些改善的至少一部分是由于该铜箔与活性材料之间的优异粘附力,以及该铜箔中断裂/失效点的数量减少。
上述的总结并非试图代表本公开的每一实施方案或每一态样。反之,前述总结仅提供本文中详述的新颖实施方案及特征的示例。当结合所附图式及权利要求书时,由下述用以实施本发明的代表性实施态样和模式的详细说明,上述特征及优点与本公开的其他特征及优点将是显而易见的。
附图说明
由以下例示性实施例的说明结合参考附图将更佳地理解本揭露。
图1是显示均方根倾斜参数(RΔq)的图。
图2是显示叠片式锂离子电池的组件的透视图。
图3是显示钮扣型锂离子二次电池的组件的截面透视图。
图4显示制备铜箔的制程。
本公开可接受进行各种修饰及替代形式。藉由图式中的示例显示一些代表性实施态样,并将于本文中详细揭示。但应理解,本发明并不受所公开的特定形式所限。反之,本公开涵盖所有落入本发明的权利要求书所界定的精神及范围内的修饰、等效物及替代物。
应明确理解,所有图表及图示的呈递仅为示意之用。于图式的各个图中,相同的数字用以表示相似元件,以便理解所公开的实施态样。
符号说明
10 表面形貌 12 取样长度
210 外袋 212、318、416 阳极
214、316 隔离膜 216、314 阴极
220 阳极耳 222 阴极耳
310 圆柱形电池壳 312 阳极帽
320 垫片 400 铜箔
402 电解质源 404 辊筒组件
412 辊筒 414 流体连接管
418 防锈处理器 420 气刀
422 铜箔卷绕轴 430 电解质
450 导辊。
具体实施方式
本文所制造的物品涉及电解铜箔,其具有可量化的特征且其用作集电体时提供良好的效能。举例而言,这些电解铜箔可与活性材料组合以提供用于锂离子二次电池的阳极。该等电解铜箔的实施态样具有特定范围内的表面粗糙度,其中,RΔq介于约0.03与0.23之间。该等电解铜箔的一些实施态样具有小于约50ppm的氢含量。藉由使用如本文所述的实施态样的电解铜箔,可构建具有如大量充放电循环的改善效能的锂离子二次电池。
该等电解铜箔具有影响其特性及用于电池时的最终效能的表面纹理或特征。此类特征之一是表面粗糙度,藉由“均方根倾斜(root mean square slope)”(RΔq)量化。图1是显示以垂直位置函数Z(x)表示的表面形貌(surface topography)10的绘图。RΔq表示取样长度12上的局部倾斜dZ/dX的均方根。高RΔq表示表面起伏(surface undulation)的坡度较高,而较低的RΔq表示表面起伏的坡度较低。
电解铜箔亦有着诸多可能的变量,当将该铜箔并入电池中时,该变量会影响其特性和效能。该铜箔中氢的量可影响铜的结晶以及该电解铜箔的物理特性。因此,在一些实施态样中,控制该电解铜箔的氢含量。当该铜箔的氢含量高于50ppm时,与氢含量小于约50ppm时相比,前者在充放电过程中更易于该铜箔上形成皱褶及裂痕。因此,于一些实施态样中,抑制或维持低的氢含量,诸如低于约50ppm(例如,介于约10ppm至约47ppm之间或介于约10ppm至约40ppm之间)。这改善了该电解铜箔的可加工性及耐用性。
如本文中所用,铜箔的“辊筒面”是在电沉积过程中与所用的辊筒相接触的铜箔表面,而“沉积面”是相对侧或是在形成铜箔的电沉积过程中与电解液接触的电解铜箔的表面。这些术语涉及生产电解铜箔的制造方法,其包括将转动的辊筒组件部分地浸没于含有铜离子的电解液中。因此,于电流的作用下,铜离子被吸引至该辊筒并被还原,导致铜金属镀覆于该辊筒的表面上,于该辊筒的表面上形成电解铜箔。如此形成的铜箔于连续制程中,藉由旋转该辊筒并随着该辊筒一起转出该电解液时移除。举例而言,该铜箔可随着其形成而被拉离辊筒,并于连续工艺中穿行或通过辊。
如下所述,于一些实施态样中,举例而言,电解铜箔最终与电池中的活性材料接触之侧的表面粗糙度RΔq,经选择为介于约0.03与0.23之间。不受限于具体理论,如以RΔq表示的电解铜箔的表面粗糙度,可以下述方式影响该电解铜箔。当RΔq高时,例如高于约0.23时,该铜箔中潜在的断裂或破碎点的数量可能增加。这导致铜箔更易碎,其可比具有低于约0.23的RΔq的电解铜箔更易断裂。此外,较高的RΔq与该电解铜箔表面上更陡峭的谷及压痕相关,使得该谷的空间可能变得更窄。因此,若RΔq大于约0.23时,在形成电极时以粘稠浆料或糊料形式用于电解铜箔表面的活性材料,无法深入地渗入至该铜箔的谷中。换言之,较高的RΔq与较陡的谷相关,且沉积的活性材料的高表面张力阻止该活性材料到达谷底,并降低该活性材料与该铜箔表面的整体紧密接触程度。这减低了该表面对活性材料的粘附力。相反地,若铜箔较平,例如若电解铜箔的RΔq小于约0.23,则潜在的断裂点的量减少。因该活性材料与该电解铜箔之间出现更多接触,该涂层亦可更为有效或均匀。但若表面粗糙度过低,例如RΔq小于0.03,则该活性材料与表面之间的粘附力下降,且可能出现该活性材料从该电解铜箔脱离、分离及脱层。表面粗糙度过高(RΔq>0.23)或过低(RΔq<0.03)的可能影响为该电解铜箔及由其形成的电极的可加工性、延展性及耐用性较差。
在一些实施态样中,该电解铜箔的RΔq可藉由辊筒的表面参数来控制。举例而言,在一些实施态样中,该辊筒表面的晶粒度、晶粒度分布及晶界的数目可用以调节RΔq。辊筒可轻易地作成具有受控的晶粒度、晶粒度分布及晶粒密度,且而可控制该电解铜箔的辊筒面上的RΔq。晶粒密度可藉由“晶粒度数(grain size number)”来量化,其中,较大的数字对应于较高的晶粒密度,而较小的数字对应于较低的晶粒密度。晶粒度数可使用标准测试方法JIS G0552测定。在一些实施态样中,该电解铜箔的RΔq可藉由在沉积制程中使用的电解质的组成来控制。一些可影响RΔq的电解质组分包括而不限于硫酸、氯离子、促进剂、抑制剂及其组合。在一些实施态样中,电解铜箔实质上不包含粗化处理层,所述粗化处理层是指经黑化处理层及粗化粒子层。
图2显示未组装的叠片式锂离子电池组件,其可包含如该等实施态样中所述的电解铜箔。可藉由提供由活性材料、导电添加剂、粘合剂及溶剂所组成的阳极浆料,混合该浆料并涂布于本文所述的电解铜箔的表面上以制备叠片式锂离子二次电池。依据加工的需求,该涂布可为连续涂布或断续涂布。粘附于烘箱中加热(如,160℃)经涂布浆料的电解铜箔。从烘箱中取出后,将该铜箔压在相对的辊之间,最后切割为可用以制备叠片式电池的片材。于此叠片式电池中,该铜箔作为阳极的集电体。该电池包括容纳电池组件的外袋210。阳极212包括电解铜箔,且该铜箔于其辊筒面及沉积面均与活性材料接触。该电池亦包括隔离膜214及阴极216。该电池以如图所示的堆叠的方式构建,其中,阳极212于隔离膜214的一侧接触该隔离膜,而阴极216于隔离膜214的相对侧接触该隔离膜。该包含阳极212、隔离膜214及阴极216的层压体容纳在外袋210中。阳极212具有阳极耳220,其用作该二次电池的端子。阴极216具有阴极耳222,其用作该二次电池的另一端子。
图3显示具有局部切面的未组装组件,以例示性说明钮扣型锂离子二次电池。该电池包括容纳有电池的附加组件的圆柱形电池壳310。圆柱形电池壳310的顶部是开放的并以阳极帽312封盖。圆柱形阴极314置于圆柱形电池壳310内。隔离膜316置于阴极314上。阳极318置于隔离膜316上。阳极帽312压抵在垫片320上,而该垫片320压抵在阴极314上,以确保阴极314与阳极318电绝缘。于此钮扣型锂离子二次电池中,该铜箔制成阴极314的集电体。
因此,在一些实施态样中,使用该铜箔制成的电极可形成阴极,且涂布于其上的活性材料即为阴极材料。在一些其它实施态样中,使用铜箔制成的电极可形成阳极,且涂布于其上的活性材料即为阳极材料。
如本文中所用,材料的“抗拉强度”是其在失效之前可经受的抗拉应力的最大值。如本文中所用,材料的“伸长率”是其在失效之前可经受的最大伸长量。优选地,该电解铜箔具有约25至75kg/mm2范围内的抗拉强度。优选地,该电解铜箔具有约2%至35%范围内的伸长率。可用于量测抗拉强度及伸长率两者的标准测试方法记载于标准测试方法IPC-TM-6502.4.18中。举例而言,可使用万能试验机进行测试,万能试验机可例举如取自岛津公司(Shimadzu Corporation)制造的AG-I型测试机。
如本文中所用,“防锈层”是应用至金属的涂层,其可保护有涂层的金属免于诸如由于腐蚀的劣化。在一些实施态样中,该电解铜箔包括形成于其表面上的防锈层,使得其具有防锈的外部。防锈层可藉由任何已知方法制备,包括令所形成的电沉积片材浸没于或穿过含有形成防锈层的添加剂的溶液,或将金属或合金电镀于所形成的电沉积片材上。举例而言,包括锌、铬、镍、钴、钼、钒及其组合的任一者或多者的电镀浴;或形成防锈层的有机化合物。过程可以是连续的且是制备该电解铜箔的整体工艺的一部分。
充放电测试是指下述测试:施加横跨电池的阳极及阴极的电势以对该电池充电;随后将该阴极与阳极与负载连结,并令电流穿过该负载以将该电池放电。充放电表示一次充放电循环。可进行该测试以模拟电池于重复使用方面的表现。“循环寿命”或“充放电循环寿命”定义为电池在其标称电容量低于其初始额定电容量的80%之前可执行的充放电循环次数。
应理解,于本公开的范畴内,上述及下述提及的技术特征(诸如实施例)可自由且相互组合以形成新的或优选的技术方案,为简洁起见省略。
[实施例及比较例]
1.电解铜箔的制备
藉由图4中描述的工艺制备电解铜箔,该图显示使用辊筒组件404,并由电解质源402供应的电解质形成铜箔400。铜箔400电沉积于转动的辊筒412上,辊筒412部分地浸没于电解质430中,电解质430源自电解质源402并由流体连接管414供应。在阳极416与辊筒412间的电流的影响下,其中辊筒412作为阴极,含于电解质430的铜离子被还原并沉积于旋转的辊筒412的表面上。将铜箔400从辊筒412移除,并透过导辊450馈入。透过防锈处理器418进一步处理所得铜箔400,经由气刀420减薄,并收集在铜箔卷绕轴422上。对于该等实施例,辊筒412选择为具有介于7与9之间的晶粒度数(JIS G 0551-2013),而对于一些比较例,亦包括一些具有低于7或高于9的晶粒度数的辊筒。
藉由将铜线溶解于硫酸水溶液(50重量%)中,以制备含有280g/L的硫酸铜(CuSO4·5H2O)的硫酸铜电解液。将最终的硫酸浓度控制为几种数值以作成40至60g/L硫酸范围内的几种测试溶液。亦使用具有低于40g/L硫酸及高于60g/L硫酸的一些对照测试溶液。加入盐酸(RCI Labscan Ltd)以提供几种氯离子浓度为15至25mg/L范围内的电解质测试溶液。亦制备具有低于15mg/L氯离子及高于25mg/L氯离子的一些对照测试溶液。额外的组分包括3.7mg/L的脱乙酰壳多糖(Chitosan,MW=5000,Sigma-Aldrich,MO)作为抑制剂以及2.1mg/L的3,3'-硫代双-1-丙磺酸二钠盐(TBPS,Sigma-Aldrich,MO)作为促进剂。
沉积条件:硫酸铜电解质的液体温度为约43℃,且电流密度为约55A/dm2
如上所述,于制造铜箔之后,铜箔的表面使用抗腐蚀材料处理,藉由导辊以连续模式令该铜箔通过含有防锈镀浴的防锈处理器418。该防锈镀浴含有每升1.5g的三氧化铬(CrO3,获自Sigma-Aldrich),于25℃及电流密度为约0.5A/dm2。镀覆时间为2秒。
2.叠片式锂离子二次电池
如下所述制备叠片式锂离子二次电池并令其进行高c速率充放电测试。该铜箔用作阳极的集电体。
阴极浆料及阳极浆料使用N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)作为溶剂而制备。阴极浆料配制为具有195重量%(195g的NMP:100g的阴极材料)的液固比。阳极浆料的液固比为60重量%(60g的NMP:100g的阳极材料)。阴极材料及阳极材料成分显示于表1中。
表1–阴极及阳极的配方
Figure BDA0002473641340000091
将阴极浆料涂布于铝箔上,并将阳极浆料涂布于该铜箔上。溶剂蒸发后,将阳极及阴极压制并切割为所需的尺寸。将阴极与阳极交替堆叠,并将隔离膜(Celgard Company)夹置于其间,再置于由层叠膜模塑的容器中。该容器填充有电解质(LBC322-01H,由深圳新宙邦科技股份有限公司制造),并将其密封以形成电池。叠片式电池的尺寸为41mm×34mm×53mm。
就高c速率充放电测试而言,充电模式是恒定电流恒定电压(CCCV)模式,其中充电电压为4.2V,且充电电流为5C。其中,“C”是C速率(C-Rate),且是指电池相对于其最大电容量被充放电的速率。放电模式为恒定电流(CC)模式,放电电压为2.8V,且放电电流为5C。该等电池的充放电测试在高温下(于55℃)执行。
表2显示设计为例示性说明电解铜箔的两个表面(沉积面及辊筒面)皆涂覆有活性材料的实施态样的实验。该设计探讨控制变量对于电解铜箔的特性及叠片式电池的充放电特性的影响。表中由左至右栏显示钛辊筒表面的晶粒度数、硫酸浓度(g/L)、氯化物浓度(ppm)、单位面积重量(g/m2)及厚度(μm)的控制参数。该电解铜箔的所得特性或特征亦显示于各栏中,从左至右为:沉积面的RΔq、辊筒面的RΔq及氢浓度(ppm)。叠片式锂离子电池的测试结果列于最末两栏中:疲劳寿命(循环)、疲劳寿命/厚度的商(μm-1)以及充放电循环测试结果(循环)。该等实施态样的该等参数及所得特性的各自范围列示于第二行中。下方各行列出9个实施例(E.1至E.9)及6个比较例(C.1至C.6)。数据显示,当该电解铜箔的辊筒面或沉积面的至少一者的RΔq介于0.03至0.23范围内时,使用该铜箔制备的叠片式锂离子电池的特性优于RΔq落在此范围的外的铜箔。数据亦显示,当氢含量低于约50ppm时,使用该铜箔制备的叠片式锂离子电池的特性优于氢含量为>50ppm的铜箔。
表2-设计为例示性说明电解铜箔的两个表面涂布有活性材料的实施态样的实验
Figure BDA0002473641340000111
3.钮扣型锂离子二次电池
如下所述制备钮扣型锂离子二次电池并令其进行高c速率充放电测试。该铜箔用作阴极的集电体。
阴极浆料使用N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)作为溶剂而制备。阴极浆料制成液固比为60重量%(60g的NMP:100g的阴极材料)。阴极材料成分显示于表3中。
表3–阴极的配方
Figure BDA0002473641340000121
将该阴极浆料涂布于该电解铜箔上,蒸发溶剂后,将该阴极压制并冲压为合适尺寸以制备电池。此后,将阴极与阳极(锂金属)堆叠及在二者之间夹置隔离膜(CelgardCompany),并置于钮扣型电池的圆柱形电池罐或钮扣电池的容器部分内。该容器填充有电解质(LBC322-01H,由深圳新宙邦科技股份有限公司制造),并将其密封以形成电池。该钮扣型电池的直径为20mm,且高度为3.0mm。
就充放电测试而言,充电模式为恒定电流恒定电压(CCCV)模式,其中充电电压为1.8V,且充电电流为1C。放电模式为恒定电流(CC)模式,放电电压为0.01V,且放电电流为1C。该等电池的充放电测试在45℃执行。
表4列出了来自两个使用钮扣型锂离子二次电池的实验数据。数据列出与表2中相同的测试参数及效果,但于最末栏中包括a.沉积面及b.辊筒面的充放电循环测试。该测试显示,当该沉积面或该辊筒面涂覆有活性材料且该表面具有介于约0.03与约0.23间的RΔq时,测试侧的充放电循环测试得以改善。举例而言,实施例12(E.12)的辊筒面的RΔq为0.22,该辊筒面的充放电循环测试为325次循环,而在RΔq为0.27的沉积面E.12中,该沉积面的充放电循环测试仅为119次循环。
表4-设计为例示性说明电解铜箔的一个表面涂布有活性材料的实施态样的实验
Figure BDA0002473641340000131
4.测试方法
单位面积重量及厚度
单位面积重量是每单位面积的重量。使用100mm X 100mm的测试试样测定面积。重量藉由微量天平(AG-204型,Mettler Toledo International Inc.)测定,且单位面积重量通过重量除以面积而计算。
厚度从下式计算:
厚度=M/(Aρ):厚度以微米(μm)计,M是以克(g)计的样本重量,A是以平方公尺(m2)计的样本面积,且ρ为样本密度。所使用的电解铜箔的密度为8.909g/cm3
均方根倾斜(RΔq)
RΔq使用标准测试方法JIS B 0601-2001测试。使用SE 500系列表面粗糙度测量仪(Kosaka Laboratory Ltd)量测表面横截面。测试试样为电解铜箔的100mm X 100mm样本。测试条件如下:针尖的半径=2μm,针尖的角度=90°,扫描速度=0.5mm/s,截断值(λc)=0.8mm,且评测长度=4mm。
氢含量
使用配有非分散性红外线侦测器(NDIR)的氧/氮/氢分析仪(EMGA-930,HoribaLtd.)量测氢含量。
疲劳寿命(Nf,循环)
疲劳寿命使用标准方法IPC-TM-650 2.4.2.1测试。简而言,该方法包括将薄带形式的测试试样(例如,电解铜箔)附接至悬挂有配重的支架,随后使用具有设定直径的心轴(mandrel)快速上下振动该测试试样的中心。测试使用3FDF型疲劳延展性测试仪(JovilUniversal Manufacturing Company)进行。测试试样为12.7mm X 200mm电解铜箔条。测试条件如下:心轴直径=0.8mm,振动速度=100次振动/分钟,用于提供张力的配重=84.6g。为了测试,用胶带将试样附接至样品架上,使得其不能从该样品架上滑动。此外,对于取样方向,切割每一试样,使得其长边(200mm)平行于机器方向。
如本文中所用,术语“包含”关于所要求保护的发明必要的组合物、方法及其各自组分,但该术语可包括未具化的元件而无论其是否为必要。
如本文中所用,术语“主要由...组成”是指给定实施态样所需的彼等元件。该术语允许不实质上影响本发明所主张的实施态样的基本及新颖或功能特征的元件的存在。
术语“由...组成”是指本文所述的组合物、方法及其各自组分,其不包含任何于该实施态样的描述中未述及的元件。
如本说明书及所附权利要求书中所用,除非上下文中明确指出,否则单数形式“一”及“该”包括复数形式。因此,举例而言,关于“该方法”的描述包括一种或多种方法,及/或本文所述类型的步骤及/或在阅读本公开等之后,对于所属领域技术人员而言是显而易见的。同样,除非上下文明确指出,否则词语“或”旨在包括“及”。
除了操作的实施例或另外说明以外,在所有情况下,本文中用以表示成分数量及反应条件的数字应理解为皆以术语“约”修饰。术语“约”可意指所指代的值的±5%(例如,±4%、±3%、±2%、±1%)。
若提供一数值范围,则介于该范围的上限与下限之间的每一数字数值且包括该范围的上限及下限,视为于本文中揭露。应理解,本文中引述的任何数字范围包括该范围所涵盖的所有子范围。例如,“1至10”的范围旨在包括介于所引用的最小值1与最大值10之间的全部子范围且包括该最小值及最大值;换言之,具有等于或大于1的最小值以及等于或小于10的最大值。因为所公开的数值范围是连续的,故其包括介于该最小值与最大值之间的每一个值。除非另外明确说明,否则本说明书中具化的各种数值范围为近似值。
除非本文另外定义,否则本申请案中使用的科技术语应具有与该领域技术人员所一般理解的意义。再者,除非文中另有要求,否则单数的术语应包括复数,且复数的术语应包括单数。
应理解,本发明并不限于本文所述的特定方法、态样及试剂等,且这些可变。本文所用的术语仅用于描述特定实施态样的目的,且不试图限制本发明的范畴,该范畴仅为权利要求书所界定。
本文中公开的任何包括ASTM、JIS方法的专利、专利申请案及出版物藉由引用而明确并入本文以作描述及揭露目的之用,例如,这些出版物中描述的方法可与本发明结合使用。这些出版物仅因为其在本申请案的申请日的前公开而提供。这方面的任何内容皆不应理解为承认本发明人无权凭藉先前的发明或出于任何其它原因而先于这些公开。所有关于日期的叙述或对这些文件内容的陈述基于申请人可获得的讯息,而不构成对该等日期或这些文件内容的正确性的承认。

Claims (11)

1.一种电解铜箔,包含辊筒面及沉积面,其特征在于,所述沉积面与所述辊筒面各自具有0.03至0.23范围内的均方根倾斜(RΔq),其中,所述电解铜箔包含低于百万分之50的氢含量。
2.根据权利要求1所述的电解铜箔,其特征在于,所述均方根倾斜(RΔq)为0.03至0.19的范围内。
3.根据权利要求1所述的电解铜箔,其特征在于,所述氢含量为10ppm至47ppm的范围内。
4.根据权利要求1所述的电解铜箔,其特征在于,所述氢含量为10ppm至40ppm的范围内。
5.根据权利要求1所述的电解铜箔,其特征在于,所述电解铜箔具有10次·μm-1至36次·μm-1范围内的疲劳寿命循环/厚度。
6.根据权利要求1所述的电解铜箔,其特征在于,所述电解铜箔具有25至75kg/mm2范围内的抗拉强度。
7.根据权利要求1所述的电解铜箔,其特征在于,所述电解铜箔具有2%至35%范围内的伸长率。
8.根据权利要求1所述的电解铜箔,其特征在于,所述电解铜箔具有2μm至25μm的范围内的厚度。
9.一种用于锂离子二次电池的集电体,包含根据权利要求1所述的电解铜箔,其用于与活性材料接触。
10.一种锂离子二次电池,包含根据权利要求9 所述的集电体及与其接触的活性材料。
11.根据权利要求10 所述的锂离子二次电池,其特征在于,所述电解铜箔包含低于百万分之50的氢含量。
CN202010359727.4A 2019-06-27 2020-04-29 电解铜箔 Active CN112144079B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/455,011 US10619262B1 (en) 2019-06-27 2019-06-27 Electrodeposited copper foil
US16/455011 2019-06-27

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112144079A CN112144079A (zh) 2020-12-29
CN112144079B true CN112144079B (zh) 2021-12-10

Family

ID=70223709

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010359727.4A Active CN112144079B (zh) 2019-06-27 2020-04-29 电解铜箔

Country Status (9)

Country Link
US (1) US10619262B1 (zh)
EP (1) EP3757256B1 (zh)
JP (1) JP6823219B2 (zh)
KR (1) KR102223003B1 (zh)
CN (1) CN112144079B (zh)
ES (1) ES2964560T3 (zh)
HU (1) HUE064261T2 (zh)
PL (1) PL3757256T3 (zh)
TW (1) TWI707986B (zh)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001152267A (ja) * 1999-11-18 2001-06-05 Kobe Steel Ltd 銅合金圧延箔
CN1341164A (zh) * 1999-12-28 2002-03-20 三井金属鉱业株式会社 电沉积铜箔
CN103911633A (zh) * 2013-01-07 2014-07-09 长春石油化学股份有限公司 电解铜箔及其制法
CN106687623A (zh) * 2014-09-02 2017-05-17 三井金属矿业株式会社 黑化表面处理铜箔和带有载体箔的铜箔
CN107113971A (zh) * 2015-08-12 2017-08-29 古河电气工业株式会社 高频电路用铜箔、覆铜层压板、印刷布线基板
WO2018110579A1 (ja) * 2016-12-14 2018-06-21 古河電気工業株式会社 表面処理銅箔および銅張積層板
CN109786752A (zh) * 2017-11-14 2019-05-21 长春石油化学股份有限公司 电解铜箔及其制造方法以及包括该电解铜箔的二次电池
CN109868490A (zh) * 2017-12-04 2019-06-11 长春石油化学股份有限公司 用于锂二次电池集电器的铜箔

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH079069B2 (ja) * 1986-03-12 1995-02-01 ブラザー工業株式会社 機械的性質の優れた銅被膜の形成方法
US5863410A (en) 1997-06-23 1999-01-26 Circuit Foil Usa, Inc. Process for the manufacture of high quality very low profile copper foil and copper foil produced thereby
JP3850155B2 (ja) 1998-12-11 2006-11-29 日本電解株式会社 電解銅箔、二次電池の集電体用銅箔及び二次電池
JP3850321B2 (ja) 2002-03-19 2006-11-29 日本電解株式会社 二次電池
JP2006305819A (ja) * 2005-04-27 2006-11-09 Konica Minolta Medical & Graphic Inc 平版印刷版材料用支持体及び平版印刷版材料
FR2890785A1 (fr) * 2005-09-15 2007-03-16 Batscap Sa Dispositif de stockage d'energie electrique comprenant une couche barriere de protection du collecteur
US20080174016A1 (en) * 2006-12-28 2008-07-24 Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd. Flexible Printed Wiring Board and Semiconductor Device
JP5351461B2 (ja) 2008-08-01 2013-11-27 日立電線株式会社 銅箔及び銅箔製造方法
KR20140078883A (ko) * 2012-12-18 2014-06-26 주식회사 엘지화학 이차전지의 집전체용 전해동박의 제조 방법
KR101767242B1 (ko) * 2014-06-09 2017-08-10 한양대학교 산학협력단 수소 원자 또는 수소 이온을 함유하는 단결정 금속막 및 그 제조방법
KR101733408B1 (ko) * 2016-11-11 2017-05-10 일진머티리얼즈 주식회사 이차전지용 전해동박 및 그의 제조방법
JP7356209B2 (ja) * 2017-03-31 2023-10-04 Jx金属株式会社 表面処理銅箔、樹脂層付き表面処理銅箔、キャリア付銅箔、積層体、プリント配線板の製造方法及び電子機器の製造方法
JP6582156B1 (ja) * 2018-02-23 2019-09-25 古河電気工業株式会社 電解銅箔、並びに該電解銅箔を用いたリチウムイオン二次電池用負極、リチウムイオン二次電池、銅張積層板及びプリント配線板

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001152267A (ja) * 1999-11-18 2001-06-05 Kobe Steel Ltd 銅合金圧延箔
CN1341164A (zh) * 1999-12-28 2002-03-20 三井金属鉱业株式会社 电沉积铜箔
CN103911633A (zh) * 2013-01-07 2014-07-09 长春石油化学股份有限公司 电解铜箔及其制法
CN106687623A (zh) * 2014-09-02 2017-05-17 三井金属矿业株式会社 黑化表面处理铜箔和带有载体箔的铜箔
CN107113971A (zh) * 2015-08-12 2017-08-29 古河电气工业株式会社 高频电路用铜箔、覆铜层压板、印刷布线基板
WO2018110579A1 (ja) * 2016-12-14 2018-06-21 古河電気工業株式会社 表面処理銅箔および銅張積層板
CN109786752A (zh) * 2017-11-14 2019-05-21 长春石油化学股份有限公司 电解铜箔及其制造方法以及包括该电解铜箔的二次电池
CN109868490A (zh) * 2017-12-04 2019-06-11 长春石油化学股份有限公司 用于锂二次电池集电器的铜箔

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"三维表面粗糙度的均方根斜率评定";李成贵等;《仪器仪表学报》;19991231;第20卷(第6期);644-647 *
"电解铜箔亲水性研究";许石亮等;《有色金属加工》;20060630;第35卷(第3期);1-6 *

Also Published As

Publication number Publication date
HUE064261T2 (hu) 2024-02-28
KR102223003B1 (ko) 2021-03-05
EP3757256A1 (en) 2020-12-30
JP2021006662A (ja) 2021-01-21
US10619262B1 (en) 2020-04-14
EP3757256B1 (en) 2023-10-11
TW202100806A (zh) 2021-01-01
TWI707986B (zh) 2020-10-21
PL3757256T3 (pl) 2024-02-19
KR20210002342A (ko) 2021-01-07
JP6823219B2 (ja) 2021-01-27
ES2964560T3 (es) 2024-04-08
CN112144079A (zh) 2020-12-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111525138B (zh) 具有优异接着性的铜箔
CN114846645A (zh) 包含氧化的集流体的锂二次电池用负极及其制造方法
JP7402780B2 (ja) 優れた耐熱性を有する銅箔
CN112144079B (zh) 电解铜箔
US10991948B1 (en) Surface-treated copper foil for lithium-ion secondary batteries

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant