CN112864397A - 电解铜箔、电极及包含其的锂离子电池 - Google Patents

电解铜箔、电极及包含其的锂离子电池 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种电解铜箔、电极及包含其的锂离子电池。本发明的电解铜箔包含位于相反侧的一辊筒面及一沉积面，所述辊筒面及沉积面的峰度(Sku)各自为1.8至6.4，所述辊筒面及所述沉积面的界面展开面积比(Sdr)各自为0.06％至13％，且所述辊筒面及所述沉积面的表面性状长宽比(Str)各自为0.1至1。通过上述表面形貌，本发明的电解铜箔应用于锂离子电池能与活性材料之间具有良好的接着强度，进而提升锂离子电池的充放电循环寿命表现。

Description

电解铜箔、电极及包含其的锂离子电池
技术领域
本发明关于一种电解铜箔，尤指一种用于锂离子电池的电解铜箔。此外，本发明还关于一种包含上述电解铜箔的电极和锂离子电池。
背景技术
随着携带式电子装置(portable electronic devices,PED)、电动车(electricvehicles,EV)、混合动力车(hybrid electric vehicles,HEV)的普及化，兼具高电能密度、可快速充电、无记忆效应等优点的锂离子电池正被积极开发，以满足现今蓬勃发展的市场需求。
锂离子电池依靠锂离子在正、负极之间来回穿梭完成充、放电的工作，由于其电极通常是由含活性材料的浆料涂覆在集电体(例如铜箔)的表面上所制得，故铜箔的特性与质量成为影响锂离子电池的效能的重要因素之一。
充放电循环寿命表现(charge-discharge cycle life performance)是锂离子电池的重要指标，其是根据锂离子电池经过一系列的充放电循环后的电容量下降至初始电容量的80％所定义。由于锂离子电池在充放电过程中无可避免地会发生膨胀与收缩现象；倘若铜箔和活性材料之间缺乏足够的接着强度，活性材料于充放电的过程中很容易自铜箔的表面上剥离或脱落，缩短锂离子电池的充放电循环寿命。
因此，目前仍有待改善锂离子电池的充放电循环寿命表现，从而提升锂离子电池的市场价值。
发明内容
有鉴于此，本发明其中一目的在于提升电解铜箔与活性材料之间的接着强度，从而提升锂离子电池的充放电循环寿命表现及其市场价值。
为达成上述目的，本发明提供一种电解铜箔，其包含位于相反侧的一辊筒面(drumside)及一沉积面(deposited side)，其兼具以下表面特性：
(a)辊筒面及沉积面的峰度(Kurtosis，简称Sku)各自为1.8至6.4；
(b)辊筒面及沉积面的界面展开面积比(developed interfacial area ratio，简称Sdr)各自为0.06％至13％；以及
(c)辊筒面及沉积面的表面性状长宽比(texture aspect ratio，简称Str)各自为0.1至1。
由于本发明的电解铜箔的辊筒面及沉积面各自兼具上述三者表面特性，故本发明的电解铜箔应用于锂离子电池中能与活性材料之间具有良好的接着强度，进而改善与减缓活性材料于充放电的过程中容易自电解铜箔的表面上剥离或脱落的现象，优化锂离子电池的循环寿命表现。
依据本发明，所述电解铜箔的辊筒面及沉积面是指电解铜箔的二相反最外侧的表面，即所述辊筒面和沉积面皆位于电解铜箔的最外侧。故，通过控制电解铜箔的辊筒面及沉积面的表面形貌，能具体提升电解铜箔与活性材料之间的接着强度，延长锂离子电池的循环寿命。
于本说明书中，“峰度”是指衡量一表面的高度分布的尖锐度(sharpness)的指标；Sku越低代表此表面的高度分布越趋平整状，反之，Sku越高则代表此表面的峰或谷的尖锐度较高，亦即陡峭的峰或谷较多。依据本发明，电解铜箔的辊筒面及沉积面同时兼具适当的Sku能改善与减缓活性材料容易自电解铜箔的表面上剥离或脱落的现象，从而提升锂离子电池的可靠性(reliability)和耐久性(durability)。
于本说明书中，“界面展开面积比”是指一表面在一特定范围下的展开面积(A1)相对于此表面在此特定范围下的投影面积(A0)的增加比例，其算式如下；Sdr越高代表此表面的表面积越高、倾斜面积越多，反之，Sdr越低代表此表面的表面积越低、倾斜面积越少，当Sdr为0代表此表面为完全平坦的表面，无倾斜面。
Figure BDA0002369278830000021
依据本发明，电解铜箔的辊筒面及沉积面同时兼具适当的Sdr能使电解铜箔与活性材料获得较佳的锚定效应(anchoring effect)，亦可有助于改善与减缓活性材料容易自电解铜箔的表面上剥离或脱落的现象，提升锂离子电池的可靠性和耐久性。
较佳的，电解铜箔的辊筒面及/或沉积面的Sdr可视需要进一步控制在1.5％至13％，此电解铜箔应用于锂离子电池中能有助于更进一步优化锂离子电池的可靠性和耐久性，进而提升充放电循环寿命表现。
于本说明书中，“表面性状长宽比”是指衡量一表面纹理(surface texture)在各方向上的一致性的指标，即，衡量此表面的各向同性(isotropy)和非均向性(anisotropy)的程度；Str的数值落在0至1之间，Str为0或趋近0代表此表面纹理呈强烈的非均向性，此表面呈现高度规律的表面形貌，反之，Str为1或趋近1代表此表面纹理呈强烈的各向同性，此表面呈现高度随机的表面形貌。较佳的，电解铜箔的辊筒面及/或沉积面的Str可为0.1至0.95。
较佳的，本发明的电解铜箔的杨氏模数(Young's modulus，E)可为29.4十亿帕斯卡(GPa)至88.2GPa。当电解铜箔的杨氏模数低于29.4GPa时，其电解铜箔于工艺中容易产生皱折(wrinkles)，缩短锂离子电池的充放电循环寿命；当电解铜箔的杨氏模数超过88.2GPa时，电解铜箔的结构较脆，致使电解铜箔于工艺中容易发生碎裂(cracking)或破裂(breaking)的问题，同样会缩短锂离子电池的充放电循环寿命。
于其中一实施态样中，所述电解铜箔可为电解沉积步骤后所生成的原箔，即所述电解铜箔为未经表面处理的原箔。于电解沉积步骤中，所述原箔可由含有硫酸及硫酸铜为主成分的铜电解液、含铱元素或其氧化物被覆的钛板作为不溶性阳极(dimensionallystable anode，DSA)、以钛制辊筒作为阴极辊筒(cathode drum)并于两极间通以直流电使铜电解液中的铜离子电解析出且沉积在钛制阴极辊筒上而后剥离所收卷而得。
于另一实施态样中，所述电解铜箔可为电解沉积步骤后再经表面处理的铜箔，此电解铜箔包含一原箔及设置于所述原箔上的一表面处理层，所述辊筒面及所述沉积面位于电解铜箔的最外侧。举例而言，所述电解铜箔的表面处理层可为一防锈处理层。具体来说，所述电解铜箔实质上不包含一粗化处理层，即，电解沉积步骤后所生成的原箔实质上不经过粗化处理，所述粗化处理的方式涵盖沉积粗糙化粒子(例如铜-钴-镍合金粒子或镀铜-镍-磷合金粒子)或黑化处理(black oxide treatment)；换言之，该电解铜箔亦可称之为“未经粗化的电解铜箔”。
本发明另提供一种锂离子电池的电极，其包含如前所述的电解铜箔，所述电解铜箔的辊筒面及沉积面亦各自兼具上述三者表面特性(Sku、Sdr及Str)。
再者，本发明还提供一种锂离子电池，其包含如前所述的电解铜箔，所述电解铜箔的辊筒面及沉积面亦各自兼具上述三者表面特性(Sku、Sdr及Str)。所述锂离子电池包含正极、负极及电解液；在一些实施例中，所述锂离子电池在正极和负极之间可通过隔离膜进行分隔。具体来说，本发明的锂离子电池尤指锂离子二次电池(lithium ion secondarybattery)。
依据本发明，所述电解铜箔可适用于作为锂离子电池的负极，亦可适用于锂离子电池的正极。所述电解铜箔可适合作为集电体(current collector)使用，在电解铜箔的一侧或两侧涂覆有至少一层活性材料，以制成锂离子电池的电极。
依据本发明，活性材料可区分为正极活性材料及负极活性材料。负极活性材料含有负极活性物质，负极活性物质可为含碳物质、含硅物质、硅碳复合物、金属、金属氧化物、金属合金或聚合物；较佳为含碳物质或含硅物质，但并非仅限于此。具体而言，所述含碳物质可为非石墨碳(non-graphitizing carbon)、焦炭(coke)、石墨(graphite)、玻璃状碳(glasslike carbon)、碳纤维(carbon fiber)、活性碳(activated carbon)、碳黑(carbonblack)或高聚煅烧物，但并非仅限于此；其中，焦炭包括沥青焦炭、针状焦炭或石油焦炭等；所述高聚煅烧物是通过于适当温度烧制酚醛树脂(phenol-formaldehyde resin)或呋喃树脂(furan resin)等高聚合物以便被碳酸化所得。所述含硅物质具有与锂离子一起形成合金的优异能力及从合金锂提取锂离子的优异能力，而且，当含硅物质用于锂离子二次电池时可以实现具有大能量密度的优点；含硅物质可与钴(Co)、铁(Fe)、锡(Sn)、镍(Ni)、铜(Cu)、锰(Mn)、锌(Zn)、铟(In)、银(Ag)、钛(Ti)、锗(Ge)、铋(Bi)、锑(Sb)、铬(Cr)、钌(Ru)、钼(Mo)或其组合并用，形成合金材料。所述金属或金属合金的元素可选自于下列所组成的群组：钴、铁、锡、镍、铜、锰、锌、铟、银、钛、锗、铋、锑、铬、钌及钼，但并非仅限于此。所述金属氧化物的实例为三氧化二铁、四氧化三铁、二氧化钌、二氧化钼和三氧化钼，但并非仅限于此。所述聚合物的实例为聚乙炔(polyacetylene)和聚吡咯(polypyrrole)，但并非仅限于此。
依据本发明，正极活性材料含有正极活性物质，所述正极活性物质亦可有多种选择，根据正极活性物质的不同，本发明的锂离子电池可为锂钴电池(LiCoO2 battery)、锂镍电池(LiNiO2 battery)、锂锰电池(LiMn2O4 battery)、锂钴镍电池(LiCoXNi1-XO2battery)或磷酸锂铁电池(LiFePO4 battery)等，但并非仅限于此。
依据本发明，电解液可包括溶剂、电解质或视情况添加的添加剂。电解液中的溶剂包括非水性溶剂，例如：碳酸乙烯酯(ethylene carbonate，EC)或碳酸丙烯酯(propylenecarbonate，PC)等环状碳酸酯类；碳酸二甲酯(dimethyl carbonate，DMC)、碳酸二乙酯(diethyl carbonate，DEC)或碳酸甲乙酯(ethyl methyl carbonate，EMC)等链状碳酸酯类；或是磺内酯类(sultone)，但并非仅限于此；上述溶剂可以单独使用也可以组合两种或多种溶剂一起使用。
依据本发明，锂离子电池可以是包含通过隔离膜堆栈的负极和正极的堆栈型锂离子电池，也可以是包含螺旋卷绕在一起的连续电极和隔离膜的螺旋卷绕型堆栈型锂离子电池，而没有特别的限制。根据不同应用产品，本发明的锂离子电池应用于笔记型个人计算机、移动电话、电动车、储能系统可制成例如圆柱型二次电池、方形二次电池或钮扣型二次电池，并无特别的限制。
附图说明
图1为实施例1至10的电解铜箔的生产流程的示意图。
具体实施方式
以下，列举数种实施例说明本发明的电解铜箔、电极和锂离子电池的实施方式，同时提供数种比较例作为对照，本领域技术人员可通过下方实施例和比较例的内容轻易理解本发明能达到的优点及效果。应当理解的是，本说明书所列举的实施例仅用于示范性说明本发明的实施方式，并非用于局限本发明的范围，本领域技术人员可以根据其通常知识在不悖离本发明的精神下进行各种修饰、变更，以实施或应用本发明的内容。
电解铜箔
实施例1至10：电解铜箔
实施例1至10是使用如图1所示的生产设备，并依序通过大致上雷同的电解沉积步骤和防锈处理步骤制得电解铜箔。
如图1所示，生产电解铜箔的设备包含电解沉积装置10、表面处理装置20和一系列导辊。所述电解沉积装置10包括钛制阴极辊筒11、不溶性阳极12、铜电解液13和入料管14。钛制阴极辊筒11可旋转并包括有经抛光轮111机械抛光的表面。不溶性阳极12设置于钛制阴极辊筒11的下方，其大致上围绕钛制阴极辊筒11的下半部分。所述钛制阴极辊筒11和不溶性阳极12彼此相间隔以容置由入料管14通入的铜电解液13。表面处理装置20包括处理槽21和设置于其中的阳极板22。此外，一系列的导辊包含第一导辊31、第二导辊32、第三导辊33、第四导辊34，其可供输送原箔、经表面处理的原箔和成品，最终于第四导辊34上收卷得到电解铜箔40。
利用图1所示的生产电解铜箔的设备，制造实施例1至10的电解铜箔的方法统一说明如后。
首先，配制用于电解沉积步骤的铜电解液，在进行电解沉积步骤时，钛制阴极辊筒11等速定轴旋转，并在钛制阴极辊筒11和不溶性阳极12上施加电流，使得铜电解液13中的铜离子在阴极辊筒11的表面电解沉积形成原箔，而后将原箔自阴极辊筒11上剥离并引导至第一导辊31上。
于此，铜电解液的配方和电解沉积的工艺条件如下：
(1)铜电解液的配方：
硫酸铜(CuSO4·5H2O)：约340克/升(g/L)、
硫酸：约80g/L、
氯离子(源自于盐酸，购自RCI Labscan Ltd.)：约35mg/L、
葡萄糖(glucose，购自JUNSEI CHEMICAL)：约2.9mg/L至4.6mg/L、及
亚乙基硫脲(ethylene thiourea，简称ETU，购自Sigma-Aldrich)：约0.9mg/L至2.4mg/L。
(2)电解沉积的工艺条件：
钛制阴极辊筒11的线速：约2公尺/分钟(m/min)、
铜电解液13的温度：约46℃、及
电流密度：约48安培/平方分米(A/dm2)。
于电解沉积的步骤中，所述钛制阴极辊筒11于定轴旋转的同时，抛光轮111除了定轴旋转外，另同时沿抛光轮111的转轴的延伸方向来回平移，由此利用抛光轮111对钛制阴极辊筒11的表面进行机械抛光，以去除钛制阴极辊筒11上的氧化物(例如一氧化钛或二氧化钛)，从而改变电解沉积的原箔的表面特性。
于此，机械抛光的工艺条件如下：
抛光轮111的类型：翼片抛光轮(flap buff)，Kure Grinding Wheel公司制造，其具有多个研磨片呈放射状环绕设置于其轴体外、
抛光轮111的型号(grit#)：600至3000、
抛光轮111的线速：约300m/min、及
抛光轮111的平移速率：约每分钟往返15次(counts per minute，cpm)至60cpm。
随后，电解沉积步骤后所生成的原箔通过第一导辊31、第二导辊32输送至表面处理装置20中进行防锈处理，使原箔浸入充满铬防锈液的处理槽21中，再施以电解沉积形成铬防锈层。
于此，铬防锈液的配方和防锈处理的工艺条件如下：
(1)铬防锈液的配方：
铬酸(CrO3)：1.0g/L。
(2)防锈处理的工艺条件：
液温：25℃、
电流密度：约0.5A/dm2、及
处理时间：约2秒。
经上述条件完成防锈处理后，将经防锈处理的原箔导引至第三导辊33加以烘干，并于第四导辊34上收卷得到厚度约6微米(μm)的电解铜箔50。
根据上述方法，生产实施例1至10的电解铜箔的工艺差异主要在于抛光轮的平移速率以及铜电解液中葡萄糖和ETU的含量，其工艺参数分别列于下表1中。
应注意的是，上述生产电解铜箔的方法仅用以例示说明获得本发明的电解铜箔的方法，并非限定本发明的电解铜箔必须利用上述方法进行制备。
应说明的是，不论电解沉积步骤后是否对原箔进行后续表面处理，本说明书中以电解沉积步骤的原箔与钛制阴极辊筒和铜电解液的相对位置定义电解铜箔的二相反最外侧。于其中一实施态样中，针对电解沉积后不进行表面处理的工艺，所述电解铜箔即为电解沉积后所收卷的原箔，靠近钛制阴极辊筒的原箔的表面称为“辊筒面”，靠近铜电解液的原箔的表面称为“沉积面”，所述辊筒面和沉积面皆位于电解铜箔的最外侧。于另一实施态样中，针对电解沉积后再进行单面表面处理的工艺，所述电解铜箔具有一原箔及设置于该原箔上的一表面处理层，以针对靠近钛制阴极辊筒的原箔的表面进行单面表面处理为例进行说明，“辊筒面”是指表面处理层的外表面，此表面处理层的外表面位于相反于原箔的一侧，“沉积面”是指原箔在电解沉积时靠近铜电解液的表面，所述辊筒面和沉积面皆位于电解铜箔的最外侧。于又一实施态样中，针对电解沉积后再进行双面表面处理的工艺，所述电解铜箔具有一原箔及设置于该原箔上的二表面处理层，此时，“辊筒面”是指其中一表面处理层的外表面，其是相反于原箔在电解沉积时靠近钛制阴极辊筒的表面；“沉积面”是指另一表面处理层的外表面，该另一表面处理层的外表面是相反于原箔在电解沉积时靠近铜电解液的表面，所述辊筒面和沉积面也都位于电解铜箔的最外侧。
比较例1至9：电解铜箔
比较例1至9作为实施例1至10的对照，其虽大致上采用如同实施例1至10所采用的方法生产电解铜箔，但其抛光轮的平移速率、铜电解液中葡萄糖和ETU的含量各有不同，其分别列于下表1中。
除了上述工艺差异外，比较例1至4及比较例6至9皆沿用如上述实施例1至10的翼片抛光轮进行机械抛光，但比较例5改采用盘片抛光轮(disc buff，Kure Grinding Wheel公司制造)进行机械抛光，所述盘片抛光轮中的多个研磨片沿其纵向平行排列设置于其轴体外。
表1：于生产实施例1至10(E1至E10)和比较例1至9(C1至C9)的电解铜箔时，抛光轮的型号#与平移速率以及铜电解液中葡萄糖和ETU的含量。
型号# 平移速率(cpm) 葡萄糖(mg/L) ETU(mg/L)
E1 2000 30 2.9 1.2
E2 2000 30 4.6 1.2
E3 2000 30 3.8 1.2
E4 2000 30 3.8 2.4
E5 2000 15 3.8 1.2
E6 2000 60 3.8 1.2
E7 800 30 3.8 1.2
E8 3000 30 3.8 1.2
E9 2000 25 3.8 0.9
E10 2000 30 4.6 2.0
C1 2000 30 1.5 1.2
C2 2000 30 6.9 1.2
C3 2000 30 3.8 0.6
C4 2000 30 3.8 3.6
C5 2000 30 3.8 1.2
C6 2000 10 3.8 1.2
C7 2000 80 3.8 1.2
C8 600 30 3.8 1.2
C9 4000 30 3.8 1.2
试验例1：表面特性
本试验例是将上述实施例1至10和比较例1至9的电解铜箔作为待测样品，利用激光显微镜观察各电解铜箔的沉积面和辊筒面的表面纹理并拍摄其影像，再根据ISO 25178-2(2012)方法分析得到各电解铜箔的表面特性(Sku、Sdr及Str)，其结果列于下表2中。
于此，表面特性所用的仪器与分析条件如下：
(1)仪器：
激光显微镜：LEXT OLS5000-SAF，由Olympus制造、及
物镜：MPLAPON-100xLEXT。
(2)分析条件：
光源的波长：405纳米、
物镜倍率：100倍(100x)、
光学变焦：1.0倍(1.0x)、
观察面积：129μm×129μm、
分辨率：1024像素×1024像素、
条件：去除自动倾斜(auto tilt removal)、
滤镜：无滤镜、
温度：24±3℃、及
相对湿度：63±3％。
试验例2：杨氏模数
本试验例是将上述实施例1至10和比较例1至9的电解铜箔分别裁切为相等大小的待测样品，根据IPC-TM-650方法，利用材料试验机进行拉伸试验，得到以X轴为应变(ε)、Y轴为应力(σ)的曲线图(stress-strain curve)，于应变为0.5％(即，ε＝0.005)处画一条平行于Y轴的直线，该曲线与此直线的交叉点即为屈服强度(yield strength，σy)。
接着，以算式[杨氏模数(E)＝(屈服强度(σy)/应变(ε)]计算得到各电解铜箔的杨氏模数，其分析结果列于下表2中。
于此，所选用的仪器与分析条件如下：
(1)仪器：
材料试验机：AG-I，购自岛津公司(Shimadzu Corporation)。
(2)分析条件：
样品尺寸：100mm(长度)×12.7mm(宽度)、
温度：室温(约25℃)、
夹头间距(chuck distance)：50mm、及
横梁速度(crosshead speed)：50mm/min。
表2：E1至E10和C1至C9的电解铜箔的沉积面与辊筒面的Sku、Sdr及Str与杨氏模数，以及实施例1B至10B和比较例1B至9B的锂离子电池中电解铜箔的沉积面与辊筒面与负极活性材料之间的接着强度与充放电循环寿命。
Figure BDA0002369278830000101
Figure BDA0002369278830000111
电解铜箔的表面特性讨论
如上表2所示，实施例1至10的电解铜箔同时兼具以下三者表面特性：
(a)辊筒面及沉积面的Sku各自为1.8至6.4；
(b)辊筒面及沉积面的Sdr各自为0.06％至13％；以及
(c)辊筒面及沉积面的Str各自为0.1至1。
相反的，比较例1至9的电解铜箔的辊筒面及沉积面则未能同时兼具上述三者表面特性。具体来说，比较例1及比较例2的电解铜箔的沉积面的Sku超出1.8至6.4的范围；比较例8及比较例9的电解铜箔的辊筒面的Sdr超出0.06％至13％的范围；比较例5及比较例6的电解铜箔的沉积面的Str也超出0.1至1的范围。
此外，比较例3及比较例4的电解铜箔的沉积面除了Sku超出1.8至6.4的范围之外，其Sdr也超出0.06％至13％的范围；比较例7的电解铜箔的辊筒面的Sku和Sdr亦均超出上述范围；比较例5及比较例6的电解铜箔的辊筒面的Sku、Str分别超出1.8至6.4、0.1至1的范围。
电极
实施例1A至10A、比较例1A至9A：负极
上述实施例1至10、比较例1至9的电解铜箔的二相反最外侧的表面(即，上述辊筒面和沉积面)可进一步涂覆有含有负极活性物质的负极浆料，以制成锂离子电池用的负极。
具体来说，所述负极可大致上经由如下所述的步骤制得。
首先，以100：60的固液比，将100g的负极活性材料与60g的溶剂(N-甲基吡咯烷酮(NMP))混合，配制成负极浆料。于此，负极活性材料的配方(各组分的含量以整体负极活性材料的总重为100wt％计)如下：
93.9wt％的负极活性物质(介相石墨粉，(MGP)、
1wt％的导电添加剂(导电碳黑粉末，Super
Figure BDA0002369278830000112
)、
5wt％的溶剂黏结剂(聚偏二氟乙烯，PVDF 6020)、及
0.1wt％的草酸。
接着，将上述负极浆料分别涂覆在电解铜箔的辊筒面和沉积面上，并于烘箱中烘干；再使用碾压机将其密度碾压至1.5克/立方公分(g/cm3)，获得负极。
于此，制作负极的工艺条件如下：
涂覆速率：5m/min、
涂覆厚度：各约200μm、
烘干温度：约160℃、
碾压速率：1m/min、
辗压压力：3000磅/平方吋(psi)、
碾压机的辊子尺寸：250mm(外径，
Figure BDA0002369278830000121
)×250mm(宽度)、
辊子硬度：62至65HRC、
辊子材料：高碳铬轴承钢(SUJ2)。
据此，选用实施例1至10和比较例1至9的电解铜箔可分别经由如上所述的方法，制成实施例1A至10A和比较例1A至9A的负极。
试验例3：接着强度
本试验例将上述实施例1A至10A的负极各自裁切成100mm×50mm(沿其纵向方向(MD)×沿其宽度方向(TD))的尺寸大小，分别获得各待测样品；同理，比较例1A至9A的负极也是经由如前所述的方法获得各待测样品，以作为评估电解铜箔与负极活性材料之间的接着强度的对照样品。
接着，使用同款胶带分别黏贴在各待测样品中位于两侧的负极活性材料的外表面上，并以万能试验机量测各待测样品中电解铜箔的辊筒面和沉积面各自与负极活性材料之间的接着强度。
若胶带从负极活性材料上撕除时，负极活性材料自电解铜箔的表面上剥离，判断电解铜箔的表面与负极活性材料之间的接着强度不足，于上表2中以“×”表示。若胶带从负极活性材料上撕除时，负极活性材料未自电解铜箔上剥离，则判断电解铜箔的表面与负极活性材料之间具有良好的接着强度，判定通过接着强度测试，于上表2中以“○”表示。
于此，接着强度的分析条件如下：
万能试验机：TKS-20N，由IMADA制造、
试验温度：约15℃至35℃、
胶带：810D，购自3M、
撕除角度：自负极活性材料的表面以90°撕除胶带、及
撕除速率：50mm/min。
锂离子电池
实施例1B至10B、比较例1B至9B：锂离子电池
上述实施例1A至10A、比较例1A至9A的负极可进一步与正极搭配，分别制成实施例1B至10B、比较例1B至9B的锂离子电池。
具体来说，所述锂离子电池的正极可大致上经由如下所述的步骤制得。
首先，以100：195的固液比，将100g的正极活性材料与195g的NMP混合，配制成正极浆料。于此，正极活性材料的配方(各组分的含量是以整体正极活性材料的总重为100wt％计)如下：
89wt％的正极活性物质(LiCoO2)、
5wt％的导电添加剂(片状石墨(flaked graphite，KS6)、
1wt％的导电添加剂(导电碳黑粉末，Super
Figure BDA0002369278830000131
)、及
5wt％的聚偏二氟乙烯(PVDF 1300)。
接着，将正极浆料涂覆在铝箔上，待溶剂蒸发后，将所述正极和负极裁切至特定大小，再将正极和负极之间夹着微孔性隔离膜(型号Celgard 2400，由Celgard公司制造)交替堆栈，放置于充满电解液(型号LBC322-01H，购自新宙邦科技股份有限公司)的压合模具中，密封形成层压型锂离子电池。所述层压型锂离子电池的尺寸为41mm×34mm×53mm。
试验例4：循环寿命表现
本试验例是将选用上述实施例1B至10B和比较例1B至9B的锂离子电池作为待测样品，进行充放电循环测试。
于此，充放电循环测试的分析条件如下：
充电模式：恒定电流-恒定电压(constant current-constant voltage，CCCV)、
放电模式：恒定电流(constant current，CC)的放电模式、
充电电压：4.2伏特(V)、
充电电流：5C、
放电电压：2.8V、
放电电流：5C、及
测试温度：约55℃。
在锂离子电池经过一系列的充放电循环后，当其电容量下降至初始电容量的80％所执行的充放电循环次数，定义为锂离子电池的充放电循环寿命。实施例1B至10B的锂离子电池(分别包含实施例1至10的电解铜箔)和比较例1B至9B的锂离子电池(分别包含比较例1至9的电解铜箔)经由上述充放电循环测试后所记录的结果亦列于上表2中。
根据上述制法可见，实施例1B至10B的锂离子电池和比较例1B至比较例9B的锂离子电池的差异仅在于其负极所用的电解铜箔，故锂离子电池的充放电循环寿命表现主要是归因于各电解铜箔的特性。
实验结果讨论
根据上表2的结果，由于实施例1至10的电解铜箔的辊筒面及沉积面皆同时兼具三者表面特性(即，Sku、Sdr、Str均控制在适当的范围)；故在实施例1A至10A的负极中，其电解铜箔的辊筒面及沉积面与负极活性材料之间皆能具有足够的接着强度，即，电解铜箔的辊筒面及沉积面皆能通过接着强度测试；据此，实施例1B至10B的锂离子电池的充放电循环寿命皆可达800次以上。
反观比较例1至9的电解铜箔，由于其辊筒面及沉积面未同时兼具上述三者表面特性，故比较例1A至9A的负极存在电解铜箔的辊筒面及沉积面至少其中一者与负极活性材料之间接着强度不足的问题，致使比较例1B至9B的锂离子电池的充放电循环寿命皆未能达到800次，甚至未能达到700次的程度。由此可见，比较例1B至9B的锂离子电池的充放电循环寿命表现明显劣于实施例1B至10B的锂离子电池的充放电循环寿命表现。
进一步细究上表2的结果可知，比较例1及比较例2的电解铜箔的沉积面的Sku分别低于1.8之下限值及高于6.4的上限值，故比较例1及比较例2的电解铜箔的沉积面皆未能通过接着强度测试，致使比较例1B及比较例2B的锂离子电池的充放电循环寿命未能达700次以上。再观比较例8及比较例9，比较例8及比较例9的电解铜箔的辊筒面的Sdr分别低于0.06％的下限值及高于13％的上限值，故此二电解铜箔的辊筒面也未能通过接着强度测试，致使比较例8B及比较例9B的锂离子电池的充放电循环寿命未能达700次。再观比较例5及比较例6，比较例5及比较例6的电解铜箔的沉积面的Str皆低于0.1的下限值，故此二电解铜箔的沉积面也未能通过接着强度测试，比较例5B及比较例6B的锂离子电池的充放电循环寿命表现不佳。
根据上述结果可见，若电解铜箔的其中一最外侧的表面(辊筒面或沉积面)的Sku、Sdr及Str三者未同时控制在适当的范围内，则此最外侧的表面与负极活性材料之间会缺乏足够的接着强度，致使负极活性材料于充放电的过程中很容易自电解铜箔的表面上剥离或脱落，严重缩短锂离子电池的充放电循环寿命。换句话说，电解铜箔的Sku、Sdr及Str三者表面特性缺一不可；举例而言，若仅控制电解铜箔的沉积面的Sku及Sdr而未控制此沉积面的Str，电解铜箔(如比较例5及比较例6)的沉积面与负极活性材料之间仍缺乏足够的接着强度，致使锂离子电池的充放电循环寿命表现被劣化；同样地，若仅控制电解铜箔的辊筒面的Sdr及Str而未控制此沉积面的Sku，电解铜箔(如比较例1及比较例2)的沉积面与负极活性材料之间仍缺乏足够的接着强度，利用此种电解铜箔的锂离子电池的充放电循环寿命表现仍明显较差。
此外，由上表2中比较例3及比较例4的电解铜箔的表面特性可见，其沉积面的Sku及Sdr分别超出1.8至6.4的范围及0.06％至13％的范围，显见其沉积面与负极活性材料之间缺乏足够的接着强度，致使比较例3B及比较例4B的锂离子电池无法获得所期望的充放电循环寿命。同样地，由上表2中比较例7的电解铜箔及其所对应的比较例7B的锂离子电池的接着强度和充放电循环寿命等结果可见，当未适当控制辊筒面的Sku及Sdr，比较例7B的锂离子电池亦缺乏所期望的接着强度和充放电循环寿命表现；再由上表2中比较例5及比较例6的电解铜箔及其所对应的比较例5B及比较例6B的锂离子电池的接着强度和充放电循环寿命等结果可见，当未适当控制辊筒面的Sku及Str，比较例5B及比较例6B的锂离子电池亦缺乏所期望的接着强度和充放电循环寿命表现。
再者，进一步比较实施例1至10的电解铜箔的三者表面特性可见，将沉积面及辊筒面的Sdr控制在1.5％至13％的范围(如实施例1、实施例3、实施例5至7及实施例9)，能进一步提升这些电解铜箔与负极活性材料之间的接着强度，进而延长实施例1B、实施例3B、实施例5B至7B及实施例9B的锂离子电池的充放电循环寿命达1000次以上。
除了上述电解铜箔的表面特性之外，比较例1至4的电解铜箔的杨氏模数也超出29.4GPa至88.2GPa的范围。对比较例1及比较例3的电解铜箔而言，由于其杨氏模数较低，致使其电解铜箔不仅无法兼具良好的表面特性之外，更容易产生皱折，从而缩短比较例1B及3B的锂离子电池的充放电循环寿命；而对比较例2及比较例4的电解铜箔而言，由于其杨氏模数过高，电解铜箔的结构较脆，反而容易发生碎裂或破裂的问题，亦会缩短比较例2B及比较例4B的锂离子电池的充放电循环寿命。反之，实施例1至10的电解铜箔的杨氏模数落在适当的范围，故其电解铜箔不易于工艺中产生皱折或碎裂、破裂等问题；由此再次证实，实施例1B至10B的锂离子电池能获得优于比较例1B至9B的锂离子电池的充放电循环寿命表现。
综上所述，本发明通过调控电解铜箔的辊筒面及沉积面的三者表面特性(Sku、Sdr及Str)，能具体提升电解铜箔的辊筒面及沉积面各自与活性材料之间的接着强度，从而延长锂离子电池的充放电循环寿命，提升其电池效能。

Claims (8)

1.一种电解铜箔，其包含位于相反侧的一辊筒面及一沉积面，其特征在于，所述辊筒面及该沉积面的峰度各自为1.8至6.4，所述辊筒面及所述沉积面的界面展开面积比各自为0.06％至13％，且所述辊筒面及所述沉积面的表面性状长宽比各自为0.1至1。
2.如权利要求1所述的电解铜箔，其特征在于，所述电解铜箔的杨氏模数为29.4十亿帕斯卡至88.2十亿帕斯卡。
3.如权利要求1所述的电解铜箔，其特征在于，所述辊筒面及所述沉积面的界面展开面积比各自为1.5％至13％。
4.如权利要求1所述的电解铜箔，其特征在于，所述辊筒面及所述沉积面的表面性状长宽比各自为0.1至0.95。
5.如权利要求1至4中任一项所述的电解铜箔，其特征在于，所述电解铜箔包含一原箔及设置于所述原箔上的一表面处理层，所述辊筒面及所述沉积面位于最外侧。
6.如权利要求1至4中任一项所述的电解铜箔，其特征在于，所述电解铜箔实质上不包含一粗化处理层。
7.一种锂离子电池的电极，其特征在于包含如权利要求1至6中任一项所述的电解铜箔。
8.一种锂离子电池，其特征在于包含如权利要求7所述的电极。
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