CN113322497B - 一种锂电池用双面光超薄电解铜箔及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种锂电池用双面光超薄电解铜箔及其制造方法，属于铜箔生产工艺技术领域。它解决了现有的锂电池专用铜箔的防氧化性能不佳的问题。本双面光超薄电解铜箔的制造方法包括溶解、过滤、添加、混合、生箔、裁切、酸洗、粗化、固化、微浊、电镀、烘烤等工艺。与现有技术相比，本制造方法获得的双面光超薄电解铜箔抗氧化性能好，同时抗拉强度具有保障。

Description

一种锂电池用双面光超薄电解铜箔及其制造方法
技术领域
本发明属于铜箔生产工艺技术领域，涉及一种锂电池用双面光超薄电解铜箔及其制造方法。
背景技术
锂电池用双面光超薄电解铜箔是专门应用于锂电池的一种特用铜箔。防氧化液是锂电箔一道很关键的工序，防氧化不过关的铜箔容易出现氧化情况，对铜箔品质存在很大的影响。现有技术对于锂电池铜箔进行微浊、粗化、固化的工艺导致了其氧化性能还存在提升性，所以对此展开工艺变化能够进一步提高铜箔的防氧化性能。
发明内容
本发明的目的是针对现有的锂电池专用铜箔的防氧化性能不佳的问题，而提出的一种锂电池用双面光超薄电解铜箔及其制造方法。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：
一种锂电池用双面光超薄电解铜箔的制造方法，包括以下步骤：
步骤1：取固体块状铜或含铜废料，放入溶铜塔内，倒入浓度为300～350g/L的硫酸，对其加热至60～70℃，恒温保持10分钟，获得含有硫酸铜的混合液；
步骤2：将硫酸铜的混合液导入到过滤池中，以沉淀过滤、活性炭过滤、生物膜过滤三道过滤程序获得过滤后的硫酸铜混合液，然后将硫酸铜混合液倒入到混合池中；
步骤3：在混合池中添加入20g/L的羟乙基纤维素、10g/L的糖精钠、15g/L的聚二硫二丙烷磺酸钠，充分搅拌均匀；
步骤4：将混合液引导至生箔机中，通过电镀生箔的形式形成铜箔带；
步骤5：通过开卷机对铜箔带进行开卷定位，然后通过裁切机将铜箔带的边缘多余部分裁剪；
步骤6：通过浓度为100g/L的稀硫酸对铜箔的表面进行酸洗作业；
步骤7：对铜箔的表面进行打磨粗化以及固化处理：
步骤8：通过微浊处理设备对铜箔的双侧光面进行浊化处理，蚀刻掉其表面上的一些铜，使其产生凹凸不平的形状，从而增加铜箔处理面的比表面积，该微浊处理设备所用到的微浊液由浓度为120g/L的双氧水、浓度为65g/L盐酸、浓度为330g/L硫酸在40～50℃的环境下混合得到；
步骤9：以电镀形式对铜箔依次完成镀镍、镀锌、镀铬的工艺，其中：镀镍过程中镍离子的浓度为4.2g/L，pH为11，电镀液的温度为40℃，电流密度为1.2A/dm2；镀锌过程中锌离子的浓度为4.5g/L，pH为11，电镀液的温度为45℃，电流密度为0.8A/dm2；镀铬过程中铬离子的浓度为2.0g/L，pH为12，电镀液的温度为40℃，电流密度为1.2A/dm2；
步骤10：将铜箔放入烘烤炉内进行烘烤15分钟，烘烤过程中前5分钟烘烤炉内的温度控制在800℃，中间5分钟烘烤炉内的温度控制在700℃，后5分钟烘烤炉内的温度控制在300℃。
在上述的一种锂电池用双面光超薄电解铜箔的制造方法中，所述的微浊处理设备包括通过支架固定设置的以下部件：储液箱、循环泵、过滤器、两个分流器、正向喷淋器、反向喷淋器、辊筒组件、辊动驱动元件、排液驱动装置；
微浊液储存在储液箱内，经过循环泵抽液先经过过滤器的过滤然后从两个分流器分别引出到正向喷淋器和反向喷淋器内，并朝向输送辊组内喷出；
辊筒组件包括两个对称设置的侧架体和转动设置在两侧架体之间的三个输送辊，辊动驱动元件固定在侧架体上并用于驱动其中一个或多个输送辊转动，三个输送辊分为两个上辊体和一个下辊体，两个上辊体处于同一高度水平面上，下辊体处于两个上辊体的中间下方，下辊体同时处于储液箱的上方，铜箔带经过三个输送辊时呈现“V”形；
正向喷淋器与反向喷淋器分别从铜箔带的正面和反面喷洒微浊液；
下辊体内部具有空腔，空腔的轴向截面呈圆形，下辊体的周圈外壁开设有若干能够使微浊液流入空腔的缝隙，下辊体的两端设有用于使空腔内的微浊液排出的排口，下辊体的空腔侧壁上还轴向设有滑轨，空腔内通过该滑轨滑动设有能够将空腔内的微浊液从两侧排口刮出的刮板；
排液驱动装置包括活动件、排液驱动元件、固定设置在支架上的底架板、垂直固定设置在底架板上并相互错开的以下元件，分别为：竖架板、引导板、第一限位板、第二限位板；
第一限位板上开设有腰孔形限位槽，第二限位板上固定设有腰孔形限位块，腰孔形限位槽的尺寸大于腰孔形限位块的尺寸且腰孔形限位块从侧向延伸至腰孔形限位槽内，使两者之间形成腰孔形限位环槽，腰孔形限位块的外周圈还开设有一圈轴向限位环槽；
竖架板上转动设有两个驱动轴且这两个驱动轴到底架板的垂直距离一致，排液驱动元件对其中一个驱动轴输入转动动力，两个驱动轴的同向端部均设有驱动轮，两个驱动轮上紧绷套设有驱动带，驱动带呈腰孔形，驱动带的外圈设有外齿；
引导板的上开设有腰孔形引导槽，腰孔形引导槽的内壁上设有内齿，腰孔形引导槽的尺寸大于驱动带的尺寸且驱动带位于腰孔形引导槽内，腰孔形引导槽与驱动带之间形成腰孔形引导环槽；
活动件包括活动轴，活动轴的一端固定设有磁性体、另一端固定设有限位盘、中间端还固定套设有齿轮，活动轴活动设置在腰孔形限位环槽内，限位盘处于轴向限位环槽内，齿轮位于腰孔形引导环槽内并分别于内齿、外齿啮合；
刮板采用吸磁材质制成，磁性体随着活动轴移动后，刮板会在磁性吸附作用下随之移动使两者处于最相近位置，且磁性体的活动过程覆盖了刮板的活动范围；
排液驱动元件与辊动驱动元件之间通过伞状尺寸组件实现动力桥接，辊动驱动元件能将动力源传递给排液驱动元件。
一种由上述锂电池用双面光超薄电解铜箔的制造方法所制成的锂电池用双面光超薄电解铜箔，其抗拉强度＞400MPa，延伸性＞3％，抗氧化性提升20％。
与现有技术相比，本制造方法获得的双面光超薄电解铜箔抗氧化性能好，同时抗拉强度具有保障。
附图说明
图1是微浊处理设备在隐藏辊动驱动元件、排液驱动装置后的结构示意图；
图2是微浊处理设备在隐藏辊动驱动元件、排液驱动装置、分流器、喷淋器后的结构示意图；
图3是下辊体被截去部分后与排液驱动装置相互位置关系的上侧视角结构原理图；
图4是下辊体被截去部分后与排液驱动装置相互位置关系的侧向视角结构原理图；
图中，1、储液箱；2、循环泵；3、过滤器；4、分流器；5、正向喷淋器；6、反向喷淋器；7、辊筒组件；8、下辊体；9、空腔；10、排口；11、滑轨；12、刮板；13、底架板；14、竖架板；15、引导板；16、第一限位板；17、第二限位板；18、腰孔形限位环槽；19、轴向限位环槽；20、驱动轴；21、驱动轮；22、驱动带；23、腰孔形引导环槽；24、活动轴；25、磁性体；26、限位盘；27、齿轮。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
一种锂电池用双面光超薄电解铜箔的制造方法，包括以下步骤：
步骤1：取固体块状铜或含铜废料，放入溶铜塔内，倒入浓度为300～350g/L的硫酸，对其加热至60～70℃，恒温保持10分钟，获得含有硫酸铜的混合液；
步骤2：将硫酸铜的混合液导入到过滤池中，以沉淀过滤、活性炭过滤、生物膜过滤三道过滤程序获得过滤后的硫酸铜混合液，然后将硫酸铜混合液倒入到混合池中；
步骤3：在混合池中添加入20g/L的羟乙基纤维素、10g/L的糖精钠、15g/L的聚二硫二丙烷磺酸钠，充分搅拌均匀；
步骤4：将混合液引导至生箔机中，通过电镀生箔的形式形成铜箔带；
步骤5：通过开卷机对铜箔带进行开卷定位，然后通过裁切机将铜箔带的边缘多余部分裁剪；
步骤6：通过浓度为100g/L的稀硫酸对铜箔的表面进行酸洗作业；
步骤7：对铜箔的表面进行打磨粗化以及固化处理：
步骤8：通过微浊处理设备对铜箔的双侧光面进行浊化处理，蚀刻掉其表面上的一些铜，使其产生凹凸不平的形状，从而增加铜箔处理面的比表面积，该微浊处理设备所用到的微浊液由浓度为120g/L的双氧水、浓度为65g/L盐酸、浓度为330g/L硫酸在40～50℃的环境下混合得到；
步骤9：以电镀形式对铜箔依次完成镀镍、镀锌、镀铬的工艺，其中：镀镍过程中镍离子的浓度为4.2g/L，pH为11，电镀液的温度为40℃，电流密度为1.2A/dm2；镀锌过程中锌离子的浓度为4.5g/L，pH为11，电镀液的温度为45℃，电流密度为0.8A/dm2；镀铬过程中铬离子的浓度为2.0g/L，pH为12，电镀液的温度为40℃，电流密度为1.2A/dm2；
步骤10：将铜箔放入烘烤炉内进行烘烤15分钟，烘烤过程中前5分钟烘烤炉内的温度控制在800℃，中间5分钟烘烤炉内的温度控制在700℃，后5分钟烘烤炉内的温度控制在300℃。
由以上工艺制成的锂电池用双面光超薄电解铜箔，抗拉强度＞400MPa，延伸性＞3％，抗氧化性相比之前提升20％。
另外，申请人发现，在生产双光面铜箔时，微浊液需要分别对铜箔的正反面进行喷淋，而铜箔在这道工序中需要辊筒来进行运输。在喷淋过程中，以铜箔带作为分界面：相对于辊筒背处分界面一侧的微浊液会自流到最下方滴落；而与辊筒同处于分界面一侧的微浊液却会堆积在铜箔与辊筒所形成的“V”形夹角最低处，倘若不及时排除，那么这一面的铜箔经过此处时会被大量的微浊液过度浊化，影响加工的品质。
对此，本发明提供的微浊处理设备经过了如下设计：
如图1和图2所示，微浊处理设备包括通过支架固定设置的以下部件：储液箱1、循环泵2、过滤器3、两个分流器4、正向喷淋器5、反向喷淋器6、辊筒组件7、辊动驱动元件、排液驱动装置；
微浊液储存在储液箱1内，经过循环泵2抽液先经过过滤器3的过滤然后从两个分流器4分别引出到正向喷淋器5和反向喷淋器6内，并朝向输送辊组内喷出；
辊筒组件7包括两个对称设置的侧架体和转动设置在两侧架体之间的三个输送辊，辊动驱动元件固定在侧架体上并用于驱动其中一个或多个输送辊转动，三个输送辊分为两个上辊体和一个下辊体8，两个上辊体处于同一高度水平面上，下辊体8处于两个上辊体的中间下方，下辊体8同时处于储液箱1的上方，铜箔带经过三个输送辊时呈现“V”形；
正向喷淋器5与反向喷淋器6分别从铜箔带的正面和反面喷洒微浊液。
因为双光面铜箔的两面都需要喷洒微浊液，所以本设计采用了正向喷淋器5与反向喷淋器6分别对经过输送辊的铜箔带正反两面进行喷洒，而从图1就可直观看出：从铜箔带内侧喷入的微浊液与外侧喷入的不同，外侧是会直接流到下方储液箱1内的，所以并不会产生很大的影响，而内侧喷入的微浊液因为被铜箔带本身以及下辊体8的阻挡，所以这部分液体只能从辊体的两侧缓慢排出，这对微浊这道工艺来说会产生一定量的影响，所以对此本设计的目的是就是为了让这部分液体以更快的效率从两侧排出，因此引入了以下设计方案：
如图4所示，下辊体8内部具有空腔9，空腔9的轴向截面呈圆形，下辊体8的周圈外壁开设有若干能够使微浊液流入空腔9的缝隙，下辊体8的两端设有用于使空腔9内的微浊液排出的排口10，下辊体8的空腔9侧壁上还轴向设有滑轨11，空腔9内通过该滑轨滑动设有能够将空腔9内的微浊液从两侧排口10刮出的刮板12；而排液驱动装置用于驱动刮板12均匀地在空腔9内来回活动。
如上技术手段，首先，将下辊体8的内部设置成具有空腔9的形式，且其周圈外壁有具有微浊液流入空腔9的缝隙，所以这时候微浊液就会先流到空腔9中，然后在空腔9内设计一个刮板12，来回刮动过程中就会将微浊液以很快的速度从两侧排口10处排出。
但是，如何驱动刮板12的来回运动又形成了一个难题，倘若将驱动刮板12运动的机构设置在空腔9内，那么因为空间的局限性会非常难以实现，而且驱动刮板12运动的机构还需要动力来源，一般动力来源都得配备电线来将电能输入，但又由于下辊体8本身是时刻在进行转动的，所以又没办法引用电线，所以，申请人经过探究后，认为驱动刮板12运动的机构应该设计在下辊体8的外侧，然后又构思到隔空的运动传输，采用磁铁的形式是一个非常好的选择，所以，经过探讨设计出了以下结构：
如图3和图4所示，排液驱动装置包括活动件、排液驱动元件、固定设置在支架上的底架板13、垂直固定设置在底架板13上并相互错开的以下元件，分别为：竖架板14、引导板15、第一限位板16、第二限位板17；
第一限位板16上开设有腰孔形限位槽，第二限位板17上固定设有腰孔形限位块，腰孔形限位槽的尺寸大于腰孔形限位块的尺寸且腰孔形限位块从侧向延伸至腰孔形限位槽内，使两者之间形成腰孔形限位环槽18，腰孔形限位块的外周圈还开设有一圈轴向限位环槽19；
竖架板14上转动设有两个驱动轴20且这两个驱动轴20到底架板13的垂直距离一致，排液驱动元件对其中一个驱动轴20输入转动动力，两个驱动轴20的同向端部均设有驱动轮21，两个驱动轮21上紧绷套设有驱动带22，驱动带22呈腰孔形，驱动带22的外圈设有外齿；
引导板15的上开设有腰孔形引导槽，腰孔形引导槽的内壁上设有内齿，腰孔形引导槽的尺寸大于驱动带22的尺寸且驱动带22位于腰孔形引导槽内，腰孔形引导槽与驱动带22之间形成腰孔形引导环槽23；
活动件包括活动轴24，活动轴24的一端固定设有磁性体25、另一端固定设有限位盘26、中间端还固定套设有齿轮27，活动轴24活动设置在腰孔形限位环槽18内，限位盘26处于轴向限位环槽19内，齿轮27位于腰孔形引导环槽23内并分别于内齿、外齿啮合；
刮板12采用吸磁材质制成，磁性体25随着活动轴24移动后，刮板12会在磁性吸附作用下随之移动使两者处于最相近位置，且磁性体25的活动过程覆盖了刮板12的活动范围。
排液驱动装置的运作原理如下：首先，排液驱动元件对驱动轴20输入转动动力，驱动轴20转动后，经过驱动轮21的转化，驱动带22就会开始活动，在外齿的带动作用下，齿轮27就会一边自转一边在腰孔形引导环槽23内公转，这个运动过程类似于机械学中的行星轮结构，本发明的目就是为了以齿轮27的公转来实现活动件的运动，活动件运动的过程中，磁性体25也就会进行位置改变，进而带动刮板12在下辊体8的空腔9内活动，将空腔9内的微浊液刮除。
腰孔形引导环槽23和腰孔形限位环槽18的设计机理基于两点成线的原理，当活动件有两个点分别处于腰孔形引导环槽23和腰孔形限位环槽18内时，活动件就会相对稳定，它会在两者的限位作用下相互克服运动过程中产生的扭矩。可以把活动件本身就想象成一根线段，倘若只是单纯的一点(齿轮27所在的那一点)确定，而另一点是没办法确定，那么这条直线是存在不确定性的，当两点都明确处于某两个位置后，活动件的运动过程的各个阶段也就完全是确定性的了。
而为了防止活动件的轴向方向上脱离，腰孔形限位块的轴向限位环槽19关键就体现了出来，因为活动件尾端的限位盘26处于该轴向限位环槽19内，所以活动件就不会脱离。
另外，排液驱动元件与辊动驱动元件之间还通过伞状尺寸组件实现动力桥接，辊动驱动元件能将动力源传递给排液驱动元件，而辊动驱动元件采用普通的电机和变速器即可。这样，辊动驱动元件的动能提供可以省下一个驱动电机，直接通过辊动驱动元件来变向地提供其动力即可。
磁性体25其实只要在一定范围内来回活动即可，除了本发明提供的结构外，采用例如简单的曲柄滑块机构、丝杆机构也均能实现目的，但是曲柄滑块机构必然会需要多设计引入一个气缸，而丝杆机构为了实现磁性体25的来回活动有需要引入可以进行正转和反转功能并具有控制程序的伺服电机，这些技术方案都没办法直接通过辊动驱动元件来直接获取驱动能源，所以本发明经过多方面设计后，才提供了这种排液驱动装置。
应该理解，在本发明的权利要求书、说明书中，所有“包括……”均应理解为开放式的含义，也就是其含义等同于“至少含有……”，而不应理解为封闭式的含义，即其含义不应该理解为“仅包含……”。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (2)

1.一种锂电池用双面光超薄电解铜箔的制造方法，包括以下步骤：
步骤1：取固体块状铜或含铜废料，放入溶铜塔内，倒入浓度为300～350g/L的硫酸，对其加热至60～70℃，恒温保持10分钟，获得含有硫酸铜的混合液；
步骤2：将硫酸铜的混合液导入到过滤池中，以沉淀过滤、活性炭过滤、生物膜过滤三道过滤程序获得过滤后的硫酸铜混合液，然后将硫酸铜混合液倒入到混合池中；
步骤3：在混合池中添加入20g/L的羟乙基纤维素、10g/L的糖精钠、15g/L的聚二硫二丙烷磺酸钠，充分搅拌均匀；
步骤4：将混合液引导至生箔机中，通过电镀生箔的形式形成铜箔带；
步骤5：通过开卷机对铜箔带进行开卷定位，然后通过裁切机将铜箔带的边缘多余部分裁剪；
步骤6：通过浓度为100g/L的稀硫酸对铜箔的表面进行酸洗作业；
步骤7：对铜箔的表面进行打磨粗化以及固化处理：
步骤8：通过微浊处理设备对铜箔的双侧光面进行浊化处理，蚀刻掉其表面上的一些铜，使其产生凹凸不平的形状，从而增加铜箔处理面的比表面积，该微浊处理设备所用到的微浊液由浓度为120g/L的双氧水、浓度为65g/L盐酸、浓度为330g/L硫酸在40～50℃的环境下混合得到；
步骤9：以电镀形式对铜箔依次完成镀镍、镀锌、镀铬的工艺，其中：镀镍过程中镍离子的浓度为4.2g/L，pH为11，电镀液的温度为40℃，电流密度为1.2A/dm2；镀锌过程中锌离子的浓度为4.5g/L，pH为11，电镀液的温度为45℃，电流密度为0.8A/dm2；镀铬过程中铬离子的浓度为2.0g/L，pH为12，电镀液的温度为40℃，电流密度为1.2A/dm2；
步骤10：将铜箔放入烘烤炉内进行烘烤15分钟，烘烤过程中前5分钟烘烤炉内的温度控制在800℃，中间5分钟烘烤炉内的温度控制在700℃，后5分钟烘烤炉内的温度控制在300℃；
步骤8中所述的微浊处理设备包括通过支架固定设置的以下部件：储液箱(1)、循环泵(2)、过滤器(3)、两个分流器(4)、正向喷淋器(5)、反向喷淋器(6)、辊筒组件(7)、辊动驱动元件、排液驱动装置；
微浊液储存在储液箱(1)内，经过循环泵(2)抽液先经过过滤器(3)的过滤然后从两个分流器(4)分别引出到正向喷淋器(5)和反向喷淋器(6)内，并朝向输送辊组内喷出；
辊筒组件(7)包括两个对称设置的侧架体和转动设置在两侧架体之间的三个输送辊，辊动驱动元件固定在侧架体上并用于驱动其中一个或多个输送辊转动，三个输送辊分为两个上辊体和一个下辊体(8)，两个上辊体处于同一高度水平面上，下辊体(8)处于两个上辊体的中间下方，下辊体(8)同时处于储液箱(1)的上方，铜箔带经过三个输送辊时呈现“V”形；
正向喷淋器(5)与反向喷淋器(6)分别从铜箔带的正面和反面喷洒微浊液；
下辊体(8)内部具有空腔(9)，空腔(9)的轴向截面呈圆形，下辊体(8)的周圈外壁开设有若干能够使微浊液流入空腔(9)的缝隙，下辊体(8)的两端设有用于使空腔(9)内的微浊液排出的排口(10)，下辊体(8)的空腔(9)侧壁上还轴向设有滑轨(11)，空腔(9)内通过该滑轨(11)滑动设有能够将空腔(9)内的微浊液从两侧排口(10)刮出的刮板(12)；
所述的排液驱动装置包括活动件、排液驱动元件、固定设置在支架上的底架板(13)、垂直固定设置在底架板(13)上并相互错开的以下元件，分别为：竖架板(14)、引导板(15)、第一限位板(16)、第二限位板(17)；
第一限位板(16)上开设有腰孔形限位槽，第二限位板(17)上固定设有腰孔形限位块，腰孔形限位槽的尺寸大于腰孔形限位块的尺寸且腰孔形限位块从侧向延伸至腰孔形限位槽内，使两者之间形成腰孔形限位环槽(18)，腰孔形限位块的外周圈还开设有一圈轴向限位环槽(19)；
竖架板(14)上转动设有两个驱动轴(20)且这两个驱动轴(20)到底架板(13)的垂直距离一致，排液驱动元件对其中一个驱动轴(20)输入转动动力，两个驱动轴(20)的同向端部均设有驱动轮(21)，两个驱动轮(21)上紧绷套设有驱动带(22)，驱动带(22)呈腰孔形，驱动带(22)的外圈设有外齿；
引导板(15)的上开设有腰孔形引导槽，腰孔形引导槽的内壁上设有内齿，腰孔形引导槽的尺寸大于驱动带(22)的尺寸且驱动带(22)位于腰孔形引导槽内，腰孔形引导槽与驱动带(22)之间形成腰孔形引导环槽(23)；
活动件包括活动轴(24)，活动轴(24)的一端固定设有磁性体(25)、另一端固定设有限位盘(26)、中间端还固定套设有齿轮(27)，活动轴(24)活动设置在腰孔形限位环槽(18)内，限位盘(26)处于轴向限位环槽(19)内，齿轮(27)位于腰孔形引导环槽(23)内并分别于内齿、外齿啮合；
刮板(12)采用吸磁材质制成，磁性体(25)随着活动轴(24)移动后，刮板(12)会在磁性吸附作用下随之移动使两者处于最相近位置，且磁性体(25)的活动过程覆盖了刮板(12)的活动范围；
排液驱动元件与辊动驱动元件之间通过伞状尺寸组件实现动力桥接，辊动驱动元件能将动力源传递给排液驱动元件。
2.一种根据权利要求1中所述的锂电池用双面光超薄电解铜箔的制造方法所制成的锂电池用双面光超薄电解铜箔，其特征在于：它的抗拉强度＞400MPa，延伸性＞3％。
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