TWI553946B - 耐熱性鋰電池用銅箔及其製造方法 - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種鋰電池之銅箔及其製造方法，特別是指一種適用於鋰二次電池之負極材之耐熱性鋰電池用銅箔及其製造方法。
按，鋰二次電池多使用於可攜式電子產品例如智慧型手機、平板電腦、音樂播放器、數位相機等作為其動力源，隨著使用者對於可攜式電子產品的小型輕量化及高機能化需求，在該等可攜式電子產品中提供電源的鋰二次電池的特性也相對的被要求提升；舉例來說，鋰二次電池通常被要求提供更高的電容量的同時，還必須達到更小的尺寸以及更薄的厚度等。
一般可反覆充放電使用的鋰二次電池包括一正極、一負極、一分隔板以及一電解質；這類鋰二次電池能夠進行重複的充電/放電循環的原因在於，鋰離子於正極與負極之間的往復運動方式，使得在第一次充電循環中自正極活性材料所釋出的鋰離子能嵌入負極活性材料(如碳顆粒等)中，並能在用以傳導能量時再次從負極活性材料中釋出。
然而，當此類鋰二次電池被過度充電至超過一預定驅動電壓範圍之電壓，或係在充電狀態或高溫下進行電極與電解質之間的放熱反應時，由於電極與電解質之間的反應性會提高，造成電極
表面的劣化以及電解質的氧化。此外，亦有其他與電池安全性相關的問題，例如鋰金屬枝狀增生以及伴隨而來的分隔板破裂、快速放熱反應以及電池的爆炸等。
因此，本發明人有鑑於傳統的鋰二次電池實在有其改良的必要性，遂以其多年從事相關領域的創作設計及專業製造經驗，積極地針對鋰二次電池用銅箔特性進行改良研究，在各方條件的審慎考慮下，終於開發出本發明。
本發明針對現有技術存在之缺失，提出一種耐熱性鋰電池用銅箔及其製造方法，所製造的銅箔應用於鋰二次電池的負極活性材料時，不僅能防止銅箔的表面發生氧化，還能進一步提升鋰電池及使用鋰電池的電子裝置的安全性。
為實現上述目的，本發明採用以下技術方案：一種耐熱性鋰電池用銅箔，包括一銅箔及一耐熱複合金屬層，該銅箔具有一析出面，該耐熱複合金屬層形成於該析出面上，其中，該耐熱複合金屬層包含以鉻及鋅元素所形成的微細粗化粒子，且該耐熱複合金屬層中之鉻的附著量介於0.005至0.3mg/dm2，鋅的附著量介於0.03至2mg/dm2。
較佳地，該耐熱複合金屬層中之鉻的附著量介於0.02至0.3mg/dm2，鋅的附著量介於0.03至0.3mg/dm2。
在本發明的一實施例中，該耐熱複合金屬層進一步包含以鎳及鈷元素所形成的微細粗化粒子，且該耐熱複合金屬層中之鉻的附著量介於0.035至0.1mg/dm2，鋅的附著量介於0.05至0.5mg/dm2，鎳的附著量介於0.05至0.5mg/dm2，鈷的附著量介於0.03至0.5mg/dm2。
在本發明的一實施例中，該耐熱複合金屬層進一步包含以鎳、磷及銻元素所形成的微細粗化粒子，且該耐熱複合金屬層中
之鉻的附著量介於0.005至0.05mg/dm2，鋅的附著量介於0.2至2mg/dm2，鎳的附著量介於0.025至0.5mg/dm2，磷的附著量介於0.01至0.1mg/dm2，銻的附著量介於0.005至0.1mg/dm2。
本發明另提出一種耐熱性鋰電池用銅箔的製造方法，包括以下步驟：首先，提供一銅箔，其具有一析出面；接著，以電鍍方式於該析出面上形成一耐熱複合金屬層，其中該耐熱複合金屬層包含以鉻及鋅元素所形成的微細粗化粒子，且該耐熱複合金屬層中之鉻的附著量介於0.005至0.3mg/dm2，鋅的附著量介於0.03至2mg/dm2。
在本發明的一實施例中，在該以電鍍方式於該析出面上形成一耐熱複合金屬層的步驟中，係將該銅箔沉浸於包含濃度為1.5~3.5g/L之鉻離子以及濃度為350~750ppm之鋅離子的電鍍浴中進行電鍍，使該析出面上形成該耐熱複合金屬層。
較佳地，該耐熱複合金屬層中之鉻的附著量介於0.02至0.3mg/dm2，鋅的附著量介於0.03至0.3mg/dm2。
在本發明的一實施例中，在該以電鍍方式於該析出面上形成一耐熱複合金屬層的步驟中，係將該銅箔沉浸於包含濃度為0.25~30g/L之鋅離子、濃度為25~40g/L之鎳離子、濃度為0.5~2.5g/L之鈷離子、濃度為2.1~7.1g/L之磷離子、濃度為0.8~3.5g/L之鉻離子、濃度為100~300ppm之銦離子以及濃度為21.5~34.5g/L之硼酸的電鍍浴中進行電鍍，使該析出面上形成該耐熱複合金屬層。
較佳地，該耐熱複合金屬層進一步包含以鎳及鈷元素所形成的微細粗化粒子，且該耐熱複合金屬層中之鉻的附著量介於0.035至0.1mg/dm2，鋅的附著量介於0.05至0.5mg/dm2，鎳的附著量介於0.05至0.5mg/dm2，鈷的附著量介於0.03至0.5mg/dm2。
在本發明的一實施例中，在該以電鍍方式於該析出面上形成一耐熱複合金屬層的步驟中，係將該銅箔沉浸於包含濃度為
0.4~30g/L之鋅離子、濃度為0.1~7.5g/L之鎳離子、濃度為30~50ppm之銻離子、濃度為0.25~1g/L之磷離子、濃度為0.5~2g/L之鉻離子以及濃度為80~400ppm之鎂離子的電鍍浴中進行電鍍，使該析出面上形成該耐熱複合金屬層。
較佳地，該耐熱複合金屬層進一步包含以鎳、磷及銻元素所形成的微細粗化粒子，且該耐熱複合金屬層中之鉻的附著量介於0.005至0.05mg/dm2，鋅的附著量介於0.2至2mg/dm2，鎳的附著量介於0.025至0.5mg/dm2，磷的附著量介於0.01至0.1mg/dm2，銻的附著量介於0.005至0.1mg/dm2。
本發明至少具有以下有益效果：本發明利用一次或兩次以上之特殊電鍍浴之電鍍程序於銅箔的析出面(matte side)成型的複合金屬層，除了可防止銅箔表面之氧化外，本身還具有耐高溫的效果，因此應用在鋰二次電池上可提升其安全性，即便係處於高溫(200℃或更高)、過充電等嚴苛環境下也不會造成安全上的疑慮。
以上關於本發明內容的說明及以下實施方式的說明係用以舉例並解釋本發明的原理，並且提供本發明之申請專利範圍進一步的解釋。
本發明主要提出一種耐熱性鋰電池用銅箔的製造方法，所製造的銅箔應用於鋰二次電池的電極以及使用此鋰電池的電子裝置可，藉以提升使用上的安全性，並同時防止電池品質因為使用添加物而劣化，即便所述電極係處於高溫(200℃或更高)、過充電等嚴苛環境下也不會造成安全上的疑慮。以下將詳細說明本發明
的特點及本發明所採用的技術手段，熟習此項技藝者可由本揭露書的內容輕易了解本發明的優點和功效，並在不悖離本發明的精神下進行各種修飾與變更，以施行或應用本發明的方法。
本發明所提出的耐熱性鋰電池用銅箔的製造方法至少包括以下步驟：首先，提供一銅箔，其具有一光澤面(Matte Side)，下文中將此面稱作析出面。所述銅箔(又稱原料銅箔)例如是電解銅箔、壓延銅箔等，本發明係使用電解銅箔進行說明，其應用於鋰二次電池的負極，可在電池放電化學反應發生時作為集中電子的導體。
然後，將所述銅箔浸入到電鍍液中，以電鍍方式於析出面上成型一耐熱複合金屬層；在本實施例中，所述銅箔在進行電鍍之前需進行一前處理步驟，係將原料銅箔酸浸於10%硫酸溶液20秒，並使用去離子水將原料銅箔清洗乾淨。
值得說明的是，所述耐熱複合金屬層包含以鉻及鋅元素所形成的微細粗化粒子，且該耐熱複合金屬層中之鉻的附著量介於0.005至0.3mg/dm2，鋅的附著量介於0.03至2mg/dm2。藉此，所述耐熱複合金屬層不僅可抑制銅箔表面之氧化，更可耐200℃或更高之高溫，因此本發明具有耐熱複合金屬層的銅箔使用於鋰二次電池時可提升其安全性。
在一較佳的實施例中，所述耐熱複合金屬層進一步包含以鎳及鈷元素所形成的微細粗化粒子，且該耐熱複合金屬層中之鉻的附著量介於0.035至0.1mg/dm2，鋅的附著量介於0.05至0.5mg/dm2，鎳的附著量介於0.05至0.5mg/dm2，鈷的附著量介於0.03至0.5mg/dm2。
在另一較佳的實施例中，該耐熱複合金屬層進一步包含以鎳、磷及銻元素所形成的微細粗化粒子，且該耐熱複合金屬層中之鉻的附著量介於0.005至0.05mg/dm2，鋅的附著量介於0.2至2mg/dm2，鎳的附著量介於0.025至0.5mg/dm2，磷的附著量介於
0.01至0.1mg/dm2，銻的附著量介於0.005至0.1mg/dm2。
請參考表一，本發明藉由以下實驗數據進一步給予詳加說明與描述；如表一所示，實驗例1~3係使用不同組成的電鍍液及電鍍條件。
所述銅箔在以去離子水將附著之硫酸清洗乾淨後，係浸入到液溫為14~50℃、pH=1.5~4.5或9~12，且包含濃度為1.5~3.5g/L之鉻離子以及濃度為350~750ppm之鋅離子的電鍍浴中，利用0.15~5.5安培/平方公寸(A/dm2)之電流密度電鍍2~4秒，使銅箔的析出面上完整成型本發明的耐熱複合金屬層；並且所述耐熱複合金屬層中之鉻的附著量介於0.02至0.3mg/dm2，鋅的附著量介於0.03至0.3mg/dm2，經測試其耐熱能力為170℃、10分鐘。
所述銅箔在以去離子水將附著之硫酸清洗乾淨後，係浸入到液溫為14~50℃、pH=1.5~4.5或9~12，且包含濃度為0.25~30g/L之鋅離子、濃度為25~40g/L之鎳離子、濃度為0.5~2.5g/L之鈷離子、濃度為2.1~7.1g/L之磷離子、濃度為0.8~3.5g/L之鉻離子、濃度為100~300ppm之銦離子以及濃度為21.5~34.5g/L之硼酸的電鍍浴中，利用0.15~5.5安培/平方公寸(A/dm2)之電流密度電鍍2~4秒，使銅箔的析出面上完整成型本發明的耐熱複合金屬層；並且所述耐熱複合金屬層中之鉻的附著量介於0.035至0.1mg/dm2，鋅的附著量介於0.05至0.5mg/dm2，鎳的附著量介於0.05至0.5mg/dm2，鈷的附著量介於0.03至0.5mg/dm2，經測試其耐熱能力為260℃、10分鐘。
所述銅箔在以去離子水將附著之硫酸清洗乾淨後，係浸入到液溫為22.5~50℃、pH=1.8~5或9~12，且包含濃度為0.4~30g/L之鋅離子、濃度為0.1~7.5g/L之鎳離子、濃度為30~50ppm之銻
離子、濃度為0.25~1g/L之磷離子、濃度為0.5~2g/L之鉻離子以及濃度為80~400ppm之鎂離子的電鍍浴中，利用0.15~5.5安培/平方公寸(A/dm2)之電流密度電鍍2~4秒，使銅箔的析出面上完整成型本發明的耐熱複合金屬層；並且所述耐熱複合金屬層中之鉻的附著量介於0.005至0.05mg/dm2，鋅的附著量介於0.2至2mg/dm2，鎳的附著量介於0.025至0.5mg/dm2，磷的附著量介於0.01至0.1mg/dm2，銻的附著量介於0.005至0.1mg/dm2，經測試其耐熱能力為200℃、120分鐘。
比較例1係使用一般業界常用的含浸法對銅箔進行抗氧化處理，具體地說，係將所述銅箔浸入到液溫為25~35℃、pH=2~3且包含濃度為0.6~1.0g/L之鉻離子的處理溶液中含浸3~6秒，使銅箔的析出面上完整覆蓋一抗氧化層；所述抗氧化層中之鉻的附著量介於0.02至0.5mg/dm2，經測試後發現其耐熱能力僅為140℃、
10分鐘。
由表二可以看出，本發明利用特殊電鍍浴之電鍍方式形成的複合金屬層，除了可防止銅箔表面之氧化外，本身還具有耐高溫的效果，因此應用在鋰二次電池上可提升其安全性，即便係處於高溫(200℃或更高)、過充電等嚴苛環境下也不會造成安全上的疑慮。
以上所述僅為本發明之較佳可行實施例，非因此侷限本發明之專利範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖示內容所為之等效技術變化，均包含於本發明之範圍內。
Claims (6)
- 一種耐熱性鋰電池用銅箔，包括：一銅箔，具有一析出面；及一耐熱複合金屬層，係形成於該析出面上；其中，該耐熱複合金屬層包含以鉻、鋅、鎳及鈷元素所形成的微細粗化粒子，且該耐熱複合金屬層中之鉻的附著量介於0.035至0.1mg/dm2，鋅的附著量介於0.05至0.5mg/dm2，鎳的附著量介於0.05至0.5mg/dm2，鈷的附著量介於0.03至0.5mg/dm2。
- 一種耐熱性鋰電池用銅箔，包括：一銅箔，具有一析出面；及一耐熱複合金屬層，係形成於該析出面上；其中該耐熱複合金屬層進一步包含以鉻、鋅、鎳、磷及銻元素所形成的微細粗化粒子，且該耐熱複合金屬層中之鉻的附著量介於0.005至0.05mg/dm2，鋅的附著量介於0.2至2mg/dm2，鎳的附著量介於0.025至0.5mg/dm2，磷的附著量介於0.01至0.1mg/dm2，銻的附著量介於0.005至0.1mg/dm2。
- 一種耐熱性鋰電池用銅箔的製造方法，包括以下步驟：提供一銅箔，具有一析出面；及以電鍍方式於該析出面上形成一耐熱複合金屬層，其中該耐熱複合金屬層包含以鉻、鋅、鎳及鈷元素所形成的微細粗化粒子，且該耐熱複合金屬層中之鉻的附著量介於0.035至0.1mg/dm2，鋅的附著量介於0.05至0.5mg/dm2，鎳的附著量介於0.05至0.5mg/dm2，鈷的附著量介於0.03至0.5mg/dm2。
- 如請求項3所述的耐熱性鋰電池用銅箔的製造方法，其中在該以電鍍方式於該析出面上形成一耐熱複合金屬層的步驟中，係將該銅箔沉浸於包含濃度為0.25~30g/L之鋅離子、濃度為25~40g/L之鎳離子、濃度為0.5~2.5g/L之鈷離子、濃度為2.1~7.1g/L之磷離子、濃度為0.8~3.5g/L之鉻離子、濃度為100~300ppm 之銦離子以及濃度為21.5~34.5g/L之硼酸的電鍍浴中進行電鍍，使該析出面上形成該耐熱複合金屬層。
- 一種耐熱性鋰電池用銅箔的製造方法，包括以下步驟：提供一銅箔，具有一析出面；及以電鍍方式於該析出面上形成一耐熱複合金屬層，其中該耐熱複合金屬層包含以鉻、鋅、鎳、磷及銻元素所形成的微細粗化粒子，且該耐熱複合金屬層中之鉻的附著量介於0.005至0.05mg/dm2，鋅的附著量介於0.2至2mg/dm2，鎳的附著量介於0.025至0.5mg/dm2，磷的附著量介於0.01至0.1mg/dm2，銻的附著量介於0.005至0.1mg/dm2。
- 如請求項5所述的耐熱性鋰電池用銅箔的製造方法，其中在該以電鍍方式於該析出面上形成一耐熱複合金屬層的步驟中，係將該銅箔沉浸於包含濃度為0.4~30g/L之鋅離子、濃度為0.1~7.5g/L之鎳離子、濃度為30~50ppm之銻離子、濃度為0.25~1g/L之磷離子、濃度為0.5~2g/L之鉻離子以及濃度為80~400ppm之鎂離子的電鍍浴中進行電鍍，使該析出面上形成該耐熱複合金屬層。
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Citations (1)
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