CN114959804A - 一种光亮的细晶粒铜箔制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光亮的细晶粒铜箔制备方法，该制备方法包括以下步骤：S1将纯度≥99.95%的阴极铜铜板加入含有硫酸的溶铜罐中，将铜板溶解制备成硫酸铜溶液，经过多级过滤进入电解液罐存储；S2在电解液罐里面加入光亮剂、润湿剂、整平剂、细晶剂；S3将电解液罐中硫酸铜溶液输送到生箔机电解生箔；S4进行防氧化处理，制得光亮的细晶粒铜箔。该制备方法细晶剂使添加剂中各种基团和铜离子之间交互作用发生明显变化，阴极极化能力强，络合作用凸显，铜箔晶粒细密均匀，光泽度在150‑200GS，铜箔毛面的粗糙度Rz值在2微米以内，铜箔抗拉强度达480Mpa以上，从而达到铜箔高抗拉强度和延伸率，生产稳定性高的目的。
Description
技术领域
本发明涉及电解铜箔技术领域，具体来说，涉及一种光亮的细晶粒铜箔制备方法。
背景技术
从锂电铜箔的产业链分布看，锂电铜箔主要用于锂电池的负极制造，锂电池主要用于新能源汽车动力电池、3C数码以及储能系统。由于动力电池的需求持续增加，全球的锂电铜箔产量也呈逐年增长趋势。最简单的锂离子电池由正极、负极、隔膜、电解液和正负集流体组成。金属箔（铜箔、铝箔）是锂离子电池的主要材料，其作用是将电池活性物质产生的电流汇集起来，以便形成较大的电流输出，铜箔由于导电性强、质地柔软、制造工艺成熟，性价比高，价格相对低等特点，成为了锂电子电池负极集流体的首选。锂电池的生产过程中通常将负极浆料涂布在锂电铜箔上，再经过干燥、辊压、分切等工序，从而得到锂电池的负极极片。
锂电池的生产工艺、成本和最终产品的性能都和铜箔的抗拉强度、伸长率、表面粗燥度、厚度均匀性及外观质量等因素有着密切的关系。通常情况下，在混合动力和纯电动汽车中，纯电动汽车配备更多的电池单元，仅采用铜箔的重量就可以达到10Kg以上，因此，减轻电池上铜箔的质量一方面能有效的减少使用铜箔的原材料成本，另一方面，在电池容量不变的情况下，使用更轻的铜箔能有效减少单体电池质量从而提高电池的能量密度。目前市场降低铜箔质量的主流方式为减小铜箔的厚度，因此随着电动汽车对于续航能力、电池能力密度需求的提高，铜箔的轻薄化将成为主要发展趋势。
正是由于铜箔的轻薄化趋势，使得铜箔更需要提高抗拉强度，从电解铜箔的生产工艺分析，制造的铜箔晶粒越细密，铜箔表面就越光亮，其抗拉强度就越强。反知，目前很多铜箔抗拉强度不能满足锂电轻薄化发展需求，是因为制造工艺未能使铜箔晶粒更加细化。
为解决此技术中的问题，采用本发明所述的方案，通过多种添加剂的协同作用，获得晶粒细密均匀，力学性能优良的电解铜箔，以满足锂离子电池铜箔轻薄化发展趋势的需要。
发明内容
针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种光亮的细晶粒铜箔制备方法，能够克服现有技术的上述不足。
为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种光亮的细晶粒铜箔制备方法，包括以下步骤：
S1将纯度≥99.95%的阴极铜铜板加入含有硫酸的溶铜罐中，通入高温空气，将铜板溶解制备成硫酸铜溶液，经过多级过滤进入电解液罐存储；
S2在电解液罐里面加入添加剂，所述添加剂包括光亮剂、润湿剂、整平剂、细晶剂，所述细晶剂包括硫化物、醛类化合物和胺类化合物；
S3将电解液罐中硫酸铜溶液输送到生箔机进行电解生箔，生箔的电流密度为50-70A/平方分米；
S4电解生箔后在防氧化处理设备中采用铬酐水溶液进行防氧化处理，制得光亮的细晶粒铜箔。
进一步的，所述硫酸铜电解液中铜离子浓度为90-100克/升，硫酸含量为100-120克/升，所述硫酸铜电解液输送到生箔机的流量为40-50立方米/时，所述电解液在进入生箔机时温度为50-60℃。
进一步的，所述光亮剂、润湿剂、整平剂、细晶剂分别通过A桶、B桶、C桶、D桶添加。
进一步的，所述光亮剂包括聚二硫二丙烷磺酸钠、苯基聚二硫丙烷磺酸钠、不同基团的硫脲中的一种或多种，润湿剂包括聚乙二醇或聚丙二醇，整平剂包括明胶、胶原蛋白中的一种或两种。
进一步的，所述细晶剂中硫化物、醛类化合物、胺类化合物的质量比为3:1:2。
进一步的，所述硫化物包括2-巯基苯并咪唑或二乙基二硫代氮基甲酸钠巯基苯并噻唑，所述醛类化合物包括苯甲醛或甲氧基苯甲醛，所述胺类化合物包括聚乙烯亚胺或烷基化多亚烷基亚胺。
进一步的，所述光亮剂在整个电解液体系中含量为10-20 mg/L，润湿剂在整个电解液体系中含量为5-10mg/L，整平剂在整个电解液体系中含量为20-30mg/L，细晶剂在整个电解液体系中含量为5-20mg/L。
本发明的有益效果：本发明的光亮的细晶粒铜箔制备方法使电解液中铜酸浓度和液温更加合理，添加剂中各功能剂控制精准灵活，细晶剂使添加剂中各种基团和铜离子之间交互作用发生明显变化，阴极极化能力强，络合作用凸显，铜箔晶粒细密均匀，光泽度在150-200GS范围，铜箔毛面的粗糙度Rz值在2微米以内，铜箔抗拉强度达到480Mpa以上，从而达到铜箔高抗拉强度和延伸率，生产稳定性高的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。
图1是根据本发明实施例所述的光亮的细晶粒铜箔制备方法的流程示意图；
图2是根据本发明实施例所述的光亮的细晶粒铜箔制备方法生产的细晶粒铜箔的SEM图；
图中：1、溶铜罐；2、电解液罐；3、生箔机；4、防氧化处理设备；5、A桶；6、B桶；7、C桶；8、D桶。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，根据本发明实施例所述的光亮的细晶粒铜箔制备方法，包括以下步骤：
S1将纯度≥99.95%的阴极铜铜板加入含有硫酸的溶铜罐1中，通入高温空气，将铜板溶解制备成硫酸铜溶液，经过多级过滤进入电解液罐2存储；
S2在电解液罐里面加入添加剂，所述添加剂包括光亮剂、润湿剂、整平剂、细晶剂，所述细晶剂包括硫化物、醛类化合物和胺类化合物；
S3将电解液罐中硫酸铜溶液输送到生箔机3进行电解生箔，生箔的电流密度为50-70A/平方分米；
S4电解生箔后在防氧化处理设备4中采用铬酐水溶液进行防氧化处理，制得光亮的细晶粒铜箔。
以上所述硫酸铜电解液中铜离子浓度为90-100克/升，硫酸含量为100-120克/升，所述硫酸铜电解液输送到生箔机3的流量为40-50立方米/时，所述电解液在进入生箔机时温度为50-60℃。
以上所述光亮剂、润湿剂、整平剂、细晶剂分别通过A桶5、B桶6、C桶7、D桶8添加。
以上所述光亮剂包括聚二硫二丙烷磺酸钠、苯基聚二硫丙烷磺酸钠、不同基团的硫脲中的一种或多种，润湿剂包括聚乙二醇或聚丙二醇，整平剂包括明胶、胶原蛋白中的一种或两种。
以上所述细晶剂中硫化物、醛类化合物、胺类化合物的质量比为3:1:2。
以上所述硫化物包括2-巯基苯并咪唑或二乙基二硫代氮基甲酸钠巯基苯并噻唑，在电镀时被还原成巯基化合物，进一步还原为胱氨酸，在有其它添加剂同时存在协同作用，发挥光亮作用，所述醛类化合物包括苯甲醛或甲氧基苯甲醛，在阴极上被电解还原为羟基醛，使电沉积的电位更负，阴极极化增强，晶粒更加细化，所述胺类化合物包括聚乙烯亚胺或烷基化多亚烷基亚胺，其在金属表面上形成的配合物后使金属离子的放电更加困难，增大反应的过电压，利于新晶核的形成，最终使铜箔晶粒细小。
以上所述光亮剂在整个电解液体系中含量为10-20 mg/L，润湿剂在整个电解液体系中含量为5-10mg/L，整平剂在整个电解液体系中含量为20-30mg/L，细晶剂在整个电解液体系中含量为5-20mg/L。
为了方便理解本发明的上述技术方案，以下通过具体使用方式上对本发明的上述技术方案进行详细说明。
实施例1
将纯度≥99.95%的阴极铜铜板或铜线加入含有硫酸的溶铜罐中，用螺杆风机鼓入高温空气，将铜溶解制备成硫酸铜溶液，硫酸铜溶液经过多级过滤进入电解液罐存储，在电解液罐中加入添加剂，电解液罐中铜离子浓度为93克/升，硫酸含量为110克/升，电解液中氯离子浓度为25毫克/升，将流量为45立方米/时，温度为56℃的电解液输送到生箔机，生产6微米的铜箔，生箔电流密度为60A/平方分米，生箔后经过防氧化液钝化最终制得成品铜箔。
所述加入电解液储液罐中的添加剂，光亮剂在整个电解液体系中含20mg/L，润湿剂在整个电解液体系中含8mg/L，整平剂在整个电解液体系中含15mg/L，细晶剂在整个电解液体系中含5mg/L。
产出4000-5000米成品铜箔4卷，经质检合格后，取样进行化验检测，铜箔平均光泽度为165GS，毛面平均粗糙度Rz为1.3微米，通过在150℃下烘烤10分钟，测得平均抗拉强度为512MPa，平均延伸率为6.8%。通过电子背散射衍射分析平均晶粒尺寸为0.7微米。
实施例2
将纯度≥99.95%的阴极铜铜板或铜线加入含有硫酸的溶铜罐中，用螺杆风机鼓入高温空气，将铜溶解制备成硫酸铜溶液，硫酸铜溶液经过多级过滤进入电解液罐存储，在电解液罐中加入添加剂，电解液罐中铜离子浓度为93克/升，硫酸含量为110克/升，电解液中氯离子浓度为25毫克/升，将流量为45立方米/时，温度为56℃的电解液输送到生箔机，生产6微米的铜箔，生箔电流密度为60A/平方分米，生箔后经过防氧化液钝化最终制得成品铜箔。
所述加入电解液储液罐中的添加剂，光亮剂在整个电解液体系中含20mg/L，润湿剂在整个电解液体系中含8mg/L，整平剂在整个电解液体系中含15mg/L，细晶剂在整个电解液体系中含10mg/L。
产出4000-5000米成品铜箔4卷，经质检合格后，取样进行化验检测，铜箔平均光泽度为176GS，毛面平均粗糙度Rz为1.2微米，通过在150℃下烘烤10分钟，测得抗拉强度为547MPa，延伸率为6.6%。通过电子背散射衍射分析平均晶粒尺寸为0.5微米。
实施例3
将纯度≥99.95%的阴极铜铜板或铜线加入含有硫酸的溶铜罐中，用螺杆风机鼓入高温空气，将铜溶解制备成硫酸铜溶液，硫酸铜溶液经过多级过滤进入电解液罐存储，在电解液罐中加入添加剂，电解液罐中铜离子浓度为93克/升，硫酸含量为110克/升，电解液中氯离子浓度为25毫克/升，将流量为45立方米/时，温度为56℃的电解液输送到生箔机，生产6微米的铜箔，生箔电流密度为60A/平方分米，生箔后经过防氧化液钝化最终制得成品铜箔。
所述加入电解液储液罐中的添加剂，光亮剂在整个电解液体系中含20mg/L，润湿剂在整个电解液体系中含8mg/L，整平剂在整个电解液体系中含15mg/L，细晶剂在整个电解液体系中含15mg/L。
产出4000-5000米成品铜箔4卷，经质检合格后，取样进行化验检测，铜箔平均光泽度为180GS，毛面平均粗糙度Rz为1.2微米，通过在150℃下烘烤10分钟，测得抗拉强度为552MPa，延伸率为6.7%。通过电子背散射衍射分析平均晶粒尺寸为0.5微米。
实施例4
将纯度≥99.95%的阴极铜铜板或铜线加入含有硫酸的溶铜罐中，用螺杆风机鼓入高温空气，将铜溶解制备成硫酸铜溶液，硫酸铜溶液经过多级过滤进入电解液罐存储，在电解液罐中加入添加剂，电解液罐中铜离子浓度为93克/升，硫酸含量为110克/升，电解液中氯离子浓度为25毫克/升，将流量为45立方米/时，温度为56℃的电解液输送到生箔机，生产6微米的铜箔，生箔电流密度为60A/平方分米，生箔后经过防氧化液钝化最终制得成品铜箔。
所述加入电解液储液罐中的添加剂，光亮剂在整个电解液体系中含10mg/L，润湿剂在整个电解液体系中含8mg/L，整平剂在整个电解液体系中含15mg/L，细晶剂在整个电解液体系中含20mg/L。
产出4000-5000米成品铜箔4卷，经质检合格后，取样进行化验检测，铜箔平均光泽度为175GS，毛面平均粗糙度Rz为1.2微米，通过在150℃下烘烤10分钟，测得抗拉强度为535MPa，延伸率为6.9%。通过电子背散射衍射分析平均晶粒尺寸为0.6微米。
实施例5
将纯度≥99.95%的阴极铜铜板或铜线加入含有硫酸的溶铜罐中，用螺杆风机鼓入高温空气，将铜溶解制备成硫酸铜溶液，硫酸铜溶液经过多级过滤进入电解液罐存储，在电解液罐中加入添加剂，电解液罐中铜离子浓度为93克/升，硫酸含量为110克/升，电解液中氯离子浓度为25毫克/升，将流量为45立方米/时，温度为56℃的电解液输送到生箔机，生产6微米的铜箔，生箔电流密度为60A/平方分米，生箔后经过防氧化液钝化最终制得成品铜箔。
所述加入电解液储液罐中的添加剂，光亮剂在整个电解液体系中含20mg/L，润湿剂在整个电解液体系中含8mg/L，整平剂在整个电解液体系中含15mg/L，细晶剂在整个电解液体系中含0mg/L。
产出4000-5000米成品铜箔4卷，经质检合格后，取样进行化验检测，铜箔平均光泽度为160GS，毛面平均粗糙度Rz为1.4微米，通过在150℃下烘烤10分钟，测得平均抗拉强度为483MPa，平均延伸率为7.2%。通过电子背散射衍射分析平均晶粒尺寸为0.85微米。
综上所述，借助于本发明的上述技术方案，使电解液中铜酸浓度和液温更加合理，添加剂中各功能剂控制精准灵活，细晶剂使添加剂中各种基团和铜离子之间交互作用发生明显变化，阴极极化能力强，络合作用凸显，如图2所示，
铜箔晶粒细密均匀，光泽度在150-200GS范围，铜箔毛面的粗糙度Rz值在2微米以内，铜箔抗拉强度达到480Mpa以上，从而达到铜箔高抗拉强度和延伸率，生产稳定性高的目的。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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)
1.一种光亮的细晶粒铜箔制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1将纯度≥99.95%的阴极铜铜板加入含有硫酸的溶铜罐（1）中，通入高温空气，将铜板溶解制备成硫酸铜溶液，经过多级过滤进入电解液罐（2）存储；
S2在电解液罐里面加入添加剂，所述添加剂包括光亮剂、润湿剂、整平剂、细晶剂，所述细晶剂包括硫化物、醛类化合物和胺类化合物；
S3将电解液罐中硫酸铜溶液输送到生箔机（3）进行电解生箔，生箔的电流密度为50-70A/平方分米；
S4电解生箔后在防氧化处理设备（4）中采用铬酐水溶液进行防氧化处理，制得光亮的细晶粒铜箔。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硫酸铜电解液中铜离子浓度为90-100克/升，硫酸含量为100-120克/升，所述硫酸铜电解液输送到生箔机（3）的流量为40-50立方米/时，所述电解液在进入生箔机时温度为50-60℃。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述光亮剂、润湿剂、整平剂、细晶剂分别通过A桶（5）、B桶（6）、C桶（7）、D桶（8）添加。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述光亮剂包括聚二硫二丙烷磺酸钠、苯基聚二硫丙烷磺酸钠、不同基团的硫脲中的一种或多种，润湿剂包括聚乙二醇或聚丙二醇，整平剂包括明胶、胶原蛋白中的一种或两种。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述细晶剂中硫化物、醛类化合物、胺类化合物的质量比为3:1:2。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硫化物包括2-巯基苯并咪唑或二乙基二硫代氮基甲酸钠巯基苯并噻唑，所述醛类化合物包括苯甲醛或甲氧基苯甲醛，所述胺类化合物包括聚乙烯亚胺或烷基化多亚烷基亚胺。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述光亮剂在整个电解液体系中含量为10-20 mg/L，润湿剂在整个电解液体系中含量为5-10mg/L，整平剂在整个电解液体系中含量为20-30mg/L，细晶剂在整个电解液体系中含量为5-20mg/L。
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