TWI780421B - 具有優異耐熱性之銅箔及包含其之鋰離子二次電池 - Google Patents

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Abstract

一種具有改善之熱學性質的電解銅箔。該銅箔係包括輥筒面及沉積面，兩面皆具有小於2μm之粗糙度Rz，且其中，當對該電解銅箔進行熱重分析(TGA)，且在TGA過程中達到主要溫度(T105wt%)時，該電解銅箔係具有105wt%之主要重量增加，其中，該T105wt%係為350℃至501℃之範圍內。TGA的特性係包含以速率5℃/min加熱以及速率為95mL/min之空氣氣流。銅箔至鎳箔的超音波焊接提供具低分離性之優異焊接處，進而為如鋰離子二次電池中之應用提供良好的機械及電性接觸。

Description

具有優異耐熱性之銅箔及包含其之鋰離子二次電池
本發明係關於具有高耐熱性之電解銅箔。本發明亦關於具有優異焊接性能之電解銅箔，例如對於焊接至鎳箔極耳具有良好之性能。
鋰離子二次電池係具有高能量及高功率密度之組合，使其作為可攜式電子裝置、電動工具、電動汽車(EVs)、能量儲存系統(ESS)、行動電話、平板電腦、航太應用、軍事應用、及鐵路之技術選擇。電動車(EVs)係包括混合動力電動車(HEVs)、插電式混合動力電動車(PHEVs)、及純電池電動車(BEVs)。若電動車(EVs)取代大部分以化石燃料(例如，汽油、柴油等)作為動力之運輸工具，則鋰離子二次電池將顯著減低溫室氣體排放。鋰離子二次電池之高能量效率亦可允許其用於各種電網應用中，包括改善從風、太陽、地熱及其他可再生來源收穫之能量的品質，因此有助於其更廣泛地用於建立永續能源的經濟。
因此，鋰離子二次電池引起商業企業以及政府和學術實驗室之基礎研究的強烈興趣。儘管近年來此領域之研究及發展已經很多，且鋰離子二次電池當前已在使用中，但仍然需要對於更高容量、更高電流生成以及可進行更多次 充放電循環從而延長其使用壽命的電池進行改進。此外，需要改善該等電池之重量以改善其在多種環境中之應用，諸如車輛、可攜式電子裝置及航太應用。
鋰離子二次電池通常包括沉積有活性材料之金屬箔之集電體，以及焊接至該金屬箔的金屬極耳，以提供與電池之電性連接。銅箔一般係用作該集電體，蓋因銅係電流之良好導體，並且鎳極耳一般係連接至銅箔，蓋因其很容易被焊接至銅上。由於對較低重量之電池的需求變得越來越迫切，需要更薄之集電體以降低鋰離子二次電池之尺寸及重量。此外，為了增加鋰離子二次電池之電容量，係將材料諸如矽(Si)、鍺(Ge)及錫(Sn)之材料混合或填充至電池中之高電容量活性材料裡。這些需求對製造步驟提出挑戰。舉例而言，用於製備電池之製程步驟可能包括將該銅箔暴露於高溫。於製程步驟之一者中，活性材料係以漿料形式沉積於該銅箔上，之後於烘箱中以約200℃之溫度乾燥。於另一步驟中，係使用超音波焊接結合鎳極耳，其係包括將銅與極耳疊堆在砧上，並使用音極(sonotrode)以介於1與15kHz之頻率將此等壓在一起。摩擦以使兩個工件的溫度局部地增加到接近熔化溫度，當該溫度冷卻至環境溫度時提供焊接。由於此等步驟發生於一般周圍環境中，該銅箔係暴露於氧氣中且可能被氧化。儘管該銅箔通常係包括如鉻層之防鏽層，但在一些情況下，這無法向銅箔提供足夠的保護。銅的氧化是可造成機械和電性故障的缺陷，例如，極耳脫落及更高的電流電阻。
因此，對於用於鋰離子二次電池中之銅箔仍存有改進的需要。具有高耐熱性且可承受超音波焊接的銅箔為未被滿足之需求，本文將解決上述未被滿足之需求。
通常，本文中所述之發明係關於一種銅箔，例如可用作鋰離子二次電池中之集電體之電解銅箔。所製備的銅箔具有優異的耐熱性，其適合於加工過程中進行超音波焊接和一般使用。
於第一態樣中，本發明係提供一種電解銅箔，其係包含輥筒面及沉積面，其中，該輥筒面及沉積面兩者皆具有小於或等於2μm之十點平均粗糙度Rz，以及其中，當對該電解銅箔進行熱重分析(thermal gravimetric analysis,TGA)，且在TGA過程中達到主要溫度(primary temperature,T105wt%)時，該電解銅箔係具有105wt%之主要重量增加。該T105wt%係350℃至501℃之範圍內，且該TGA係包含以5℃/min之速率加熱以及速率為95mL/min之空氣氣流。
視需要，當在TGA過程中達到次要溫度(secondary temperature,T100.1wt%)時，該電解銅箔係具有100.1wt%的次要重量增加，其中，該T100.1wt%係130℃至230℃之範圍內。舉例而言，且視需要，其中該T100.1wt%係130℃至200℃之範圍內。視需要，該銅箔復包括位於該輥筒面及沉積面上之鉻層。
於一些情形中，該電解銅箔係於TGA過程中顯現轉折溫度(onset temperature,Tonset)，其中，該Tonset係300℃至430℃之範圍內。視需要，該Tonset係320℃至430℃之範圍內。視需要，該電解銅箔係具有0.068wt%/℃至0.313wt%/℃之範圍內之重量增加速率(Weight Increase Rate，WIR)，其中，該WIR係以式I定義：
Figure 109110012-A0305-02-0005-1
視需要，WIR係0.068wt%/℃至0.25wt%/℃之範圍內，例如0.068wt%/℃至0.20wt%/℃之範圍內。
於第二態樣中，本發明係提供一種鋰離子二次電池，其係包含根據第一態樣之電解銅箔以及塗佈於該電解銅箔上之活性材料，其中，該電解銅箔係焊接至鎳連接極耳。
本文所描述之電解銅箔係具有優異之耐熱性。此等性質係提供可於環境條件下使用超音波焊接加工之銅箔。
上述之總結並非試圖代表本發明之每一具體實施例或每一態樣。反之，前述總結僅提供本文中詳述之新穎態樣及特徵之示例。當結合所附圖式及申請專利範圍時，由下述用以實施本發明的代表性具體實施態樣和模式的詳細說明，上述特徵及優點與本發明的其他特徵及優點將是顯而易見的。
100:曲線
202、204:線性部分
由以下例示性實施態樣的說明結合參考附圖將更佳地理解本發明。
第1圖係顯示TGA曲線以例示性說明電解銅箔之一些特徵。
第2圖係顯示TGA曲線以例示性說明電解銅箔之其它特徵。
本發明可接受進行各種修飾及替代形式。藉由圖式中的示例顯示一些代表性具體實施態樣，並將於本文中詳細揭示。惟，應理解的是，本發明並不受所揭露之特定形式所限。反之，本發明涵蓋所有落入本發明之申請專利範圍所界定之精神及範圍內的修飾、等效物及替代物。
應明確理解，所有圖表及圖示之表述係僅為示意之用。於圖式之各個圖中，相同之數字係用以表示相似元件，以便理解所揭露之具體實施態樣。
本文描述的電解銅箔係使用輥筒沉積製成，且該電解銅箔具有輥筒面及沉積面。該銅箔係具有優異之耐熱性，且可用作鋰離子二次電池之集電體。該銅箔係具有控制為低於2μm的粗糙度Rz，並具有藉由TGA測定之特徵的熱學性質，例如，105wt%之主要重量增加係在350℃至501℃之溫度範圍內。銅箔與鎳箔極耳之間的超音波焊接可提供具低分離性之優異焊接處，以提供良好之機械及電性接觸。
如本文中所用，銅箔之「輥筒面」係於電沉積過程中與所用之輥筒接觸之銅箔表面，而「沉積面」係相對面或係於形成銅箔之電沉積過程中與電解液接觸之電解銅箔表面。此等術語係關於製造電解銅箔之製造方法，其係包括將轉動之輥筒組件部分地浸沒於含有銅離子之電解液中。因此，於電流作用下，銅離子被吸引至該輥筒並被還原，導致銅金屬鍍覆於該輥筒之表面上，並於該輥筒之表面上形成電解銅箔。於連續製程中，藉由旋轉該輥筒並隨著所形成之銅箔與該輥筒一起轉出該電解液時移除該銅箔。舉例而言，於連續製程中，該銅箔可隨著其形成而被拉離輥筒，並穿行於輥上或通過複數輥。
如本文中所用，「主要溫度」係定義為進行熱重分析(TGA)時，該主要溫度對應之重量%位於銅箔重量變化程度較高的區段；「次要溫度」係定義為進行TGA時，該次要溫度對應之重量%位於銅箔重量變化程度較低的區段。於本文中，電解銅箔的重量增加達到101wt%以上係定義為重量變化程度較高之區段，亦稱為「主要重量增加」，其原因為銅箔主體開始氧化，而電解銅箔的重量增加為101wt%以下係定義為銅箔重量變化程度較低的區段，亦稱為「次要重量增加」，其原因為銅箔的表面處理物質之氧化。
於一些具體實施態樣中，該電解銅箔包括形成於其表面上之防鏽層，其可保護該電解銅箔免於諸如由於腐蝕之劣化。防鏽層可藉由任何已知方法製備，係包括令所形成之電解銅箔浸沒於或穿過含有形成防鏽層之添加劑的溶 液，或將金屬或合金層鍍覆(例如，電鍍)於所形成之電解銅箔上。舉例而言，包括鋅、鉻、鎳、鈷、鉬、釩及其組合之任一者或多者之電鍍浴；或形成防鏽層之有機化合物。過程可為連續且係製備該電解銅箔之整體製程的一部分。於一些具體實施態樣中，該防鏽層之厚度係約1奈米(nm)，例如，介於約0.1nm與約10.0nm之間，或介於約0.5nm與約2nm之間。
根據一些具體實施態樣之電解銅箔的一個典型特徵係表面粗糙度。如本文所用，「粗糙度」係指表面在正交於實際表面之方向上與理想、完美平滑的表面的偏差。各種量化粗糙度的方法係該領域中已知者。舉例而言，十點平均粗糙度(ten-point average roughness)Rz係基於在取樣長度上對表面進行輪廓分析的表面粗糙度。計算最高的五個頂點與最低的五個頂點的總和予以平均。此係以式II表示：
Figure 109110012-A0305-02-0008-2
於式II中：Rp1、Rp2、Rp3、Rp4及Rp5係為L中最高的頂點至第五高的頂點的高度；而Rv1、Rv2、Rv3、Rv4及Rv5係為L中最低的頂點至第五低的頂點的深度。
於一些具體實施態樣中，業經發現Rz係調整銅箔對活性材料之接著性。不受限於任何具體理論，建議的是，具有非常低的Rz無法為活性材料至銅箔提供足夠的的錨固力，而具有過高的Rz無法形成均勻塗層。可藉由例如下述之接著良率測試來測試接著性。於一些具體實施態樣中，該電解銅箔之輥筒面及沉積面兩者之Rz皆小於或等於2.0μm，例如，介於約2.0μm與約1.0μm之間，或2.0、1.9、1.8、1.6、1.7、1.6、1.5、1.4、1.3、1.2、1.1或1.0μm。
根據一些具體實施態樣之電解銅箔的另一個典型特徵係耐熱性。此等性質可藉由「熱重分析(Thermogravimetic Analysis)」、「熱重力分析(Thermal Gravimetric Analysis)」或「TGA」測定，其係指藉由令材料隨時間改變溫度並觀察其質量變化而描述該材料特性的方法。質量的正向變化(重量增加)及質量的負向變化(重量減少)兩者皆可能發生。舉例而言，於一些情況下，材料由於脫附作用(desorption)或分解作用(decomposition)而失去如水或CO2之小分子，從而導致其重量減少。於其它情況下，材料的重量可能例如透過與環境的化學反應而增加，如氧化作用。藉由謹慎地控制加熱速率及環境，可繪製材料的質量與時間關係圖，稱為TGA曲線。該曲線係為材料之特徵，其由於在受控加熱中的獨特進程或質量變化顯示或響應了材料組成，而能定義材料。此外，可進一步分析TGA曲線以找出特定特徵，例如，與材料組成及結構相關的不同斜率、反曲點(inflection points)及區域。因此，當令材料經歷受控之加熱程序及環境時，其質量可能有一些增加及減少，可進一步對其分析以揭示並定義該材料的獨特特徵。
對根據一些具體實施態樣之電解銅箔進行TGA分析，並記錄為第1圖所示之TGA曲線100。使用5℃/min之升溫速率及速率為95mL/min之空氣氣流(例如，接近海平面之環境空氣)進行分析。該分析顯示了於圖中註釋之一些特徵。
第1圖中所示之一個特徵為主要溫度，其係定義為材料增加到原始重量之105%時的溫度，表示為T105wt%。不受限於任何具體理論，據信，重量增加至約105wt%處，銅箔大部分的重量增加係由於該銅箔主體之氧化。因此，T105wt%可作為該銅箔主體之氧化耐性的指標。舉例而言，第一銅箔具有高於第二銅箔的T105wt%，顯示該第一銅箔對於銅箔主體之氧化耐性高於該第二銅箔。此外，由於TGA提供固定之加熱速率，較高之T105wt%可表示整體銅箔之氧化速率較慢。
於一些具體實施態樣中，該T105wt%值在350℃至501℃之範圍內。應明確理解，此等範圍是連續的且可以介於350℃與501℃之間且包括350℃及 501℃在內的任意值表示。舉例而言但不限於：此範圍內的任意值，且視需要高於375℃、400℃、425℃、450℃或475℃；以及此範圍內的任意值，且視需要低於475℃、450℃、425℃、400℃或375℃。
第1圖中顯示的另一特徵係次要重量增加，其係重量增加至起始重量之100.1%。圖中顯示為T100.1wt%。T100.1wt%可視為銅箔首次開始經歷重量增加之溫度。不受限於任何具體理論，其可以認為當此次要重量增加係由於該銅膜表面(如銅箔上之防鏽層)的氧化。較高之T100.1wt%亦可表示該銅箔表面氧化之延遲，或防鏽層之氧化動力學較慢。
於一些具體實施態樣中，該T100.1wt%係在130℃至230℃之範圍內。於一些其它具體實施態樣中，該T100.1wt%係在130℃至200℃之範圍內。應理解，此係包括介於邊界值之間且包括邊界值的任意值。舉例而言，此等範圍內的任意值，且視需要高於140℃、150℃、160℃、170℃、180℃、190℃、200℃、210℃或220℃；以及此等範圍內且視需要低於220℃、210℃、200℃、190℃、180℃、170℃、160℃、150℃或140℃的任意值。
第2圖係顯示可從TGA曲線100推導的電解銅箔的另一特徵。該特徵係轉折(onset)溫度，圖中顯示為Tonset。此係該銅箔重量開始以高速率增加之溫度。轉折溫度係藉由外推曲線100的初始線性部分202及曲線100的後續線性部分204而確定。交點即為Tonset。Tonset係使用軟體「TA通用分析(TA Universal Analysis)」自動計算。不受限於具體理論，其可以認為當第一銅箔具有高於第二銅箔之Tonset時，顯示第一銅箔之銅箔主體對開始氧化的耐性較高。
於一些具體實施態樣中，該Tonset在300℃至430℃之範圍內。應理解，此係包括介於邊界值之間且包括邊界值的任意值。舉例而言：此等範圍內之任意值，且視需要高於300℃、310℃、320℃、330℃、340℃、350℃、360℃、370℃、380℃、390℃、400℃、410℃或420℃；以及此等範圍內之任意值，且視 需要低於430℃、420℃、410℃、400℃、390℃、380℃、370℃、360℃、350℃、340℃、330℃、320℃或310℃。
線性部分204之斜率亦為該銅箔之特徵。舉例而言，一些銅箔可能具有較高之斜率，而其它可能具有較低之斜率。此斜率之近似值係重量增加速率或如式I所示之WIR：
Figure 109110012-A0305-02-0011-3
此係近似值之原因為，Tonset不會在100wt%處出現而是在由線性部分202之斜率確定之略高值(>100.1wt%)。由於線性部分202之斜率通常較小，例如介於約0wt/℃與0.0004wt%/℃之間，因此WIR係線性部分204之斜率的有效近似值。不受限於具體理論，其可以認為當第一銅箔具有高於第二銅箔之WIR或線性部分204之斜率時，顯示與WIR或線性部分204之斜率較低之第二銅箔相比，第一銅箔之銅箔主體對於氧化較為敏感。
於一些具體實施態樣中，WIR係在0.068wt/℃至0.313wt%/℃之範圍內。於一些具體實施態樣中，WIR係在0.068wt/℃至0.25wt%/℃之範圍內。於一些具體實施態樣中，WIR係在0.07wt/℃至0.15wt%/℃之範圍內。舉例而言：此等範圍內且超過0.075、0.1、0.125、0.15、0.175、0.20、0.225、0.25、0.275或0.30之任意值；以及此等範圍內且低於0.30、0.275、0.25、0.225、0.20、0.175、0.15、0.125、0.10或0.075之任意值，如0.068wt/℃至0.25wt%/℃。
於一些具體實施態樣中，該電解銅箔之熱學特徵及Rz可藉由在電沉積及防鏽鍍覆期間使用之各種電解質中的痕量雜質(trace impurities)或添加劑而控制。舉例而言，於一些具體實施態樣中，加入或存在於該電沉積電解質中之任一種或多種痕量金屬(例如，鋯及鈦)以及如顆粒之痕量雜質(例如，灰塵 或陽極汙泥)可改變Rz及熱學性質。於一些具體實施態樣中，用於施加防鏽層之防鏽金屬(如CrO3)之濃度、pH值和總碳含量(Total Carbon Content，TOC)以及於防鏽層施加過程中施加的電流可能影響該銅箔的Rz及熱學性質。不受限於具體理論，其可以認為此等痕量雜質可能可改變銅箔之結構，其係藉由摻入雜質或藉由以Rz及熱學性質表現之方式調整銅箔之結構(例如，包括該防鏽層之銅箔主體及表面)。
於一些具體實施態樣中，該電解銅箔可作為電池之集電體(例如，鋰離子二次電池)。該電池可包括焊接之鎳連接極耳，例如藉由超音波焊接而焊接。此等電解銅箔可用於裝置中，例如需要電力進行操作之任何項目或組件。舉例而言，需要小且輕的電池之獨立的、分離的和移動式組件及裝置。無限制地，此等可包括載具(汽車、電車、公車、卡車、船、潛水艇、飛機)、電腦(例如，微控制器、筆記型電腦、平板電腦)、電話(例如，智慧型手機、無線固定電話)、個人健康監控及維持設備(例如，血糖監控器、心律調整器)、工具(例如，電鑽、電鋸)、照明器(例如，手電筒、應急照明、指示牌)、手持型量測裝置(例如，酸鹼度計、空氣監控裝置)以及居住單位(例如，太空艙中、拖車中、房屋中、飛機內、潛水艇內)。
應理解，於本發明之範疇內，上述及下述提及的技術特徵(諸如實施例)可自由且相互組合以形成新的或較佳的技術方案，為簡潔起見，省略之。
實施例
I.電解銅箔的製備
溶解銅線於硫酸(50wt%)水溶液中以製備電解質，得到含有80g/L之硫酸銅(CuSO4．5H2O)及110g/L之硫酸的硫酸銅電解質溶液。向每公升的硫酸銅電解質中加入3mg的3-巰基丙磺酸鹽(MPS，由聚和國際股份有限公司製 造)、25mg的鹽酸(由RCI Labscan Ltd.製造)、5.5mg的低分子量凝膠(SV，由Nippi,Inc.製造)、6.25mg的硫酸鋯(由Sigma Aldrich製造)及0.39mg的N,N'-二乙基硫脲(由Alfa Aesar®製造)。該電解質中受控的其它痕量組成包括鋯離子(0至10ppm之範圍內)及鈦離子(0至15ppm之範圍內)之至少一者。該電解質中亦包括顆粒雜質，其係控制在介於200至500顆粒/mL(個/mL)之間的範圍內。懸浮雜質可包括但不限於，陽極汙泥及金屬雜質之水解產物。
主體銅箔係藉由在轉動之輥筒上電沉積而製備，該輥筒係部分地浸入上述電解質溶液中。該輥筒係作為與陽極電極相對之陰極，其係造成該電解質中之銅離子以連續方式沉積於該輥筒上。使用50A/dm2之電流密度並控制電解質溶液的溫度為約50℃，以製備具有約8μm厚度之銅箔。
於製造主體銅箔之後，該主體銅箔之兩面均以鉻鍍覆處理。鉻鍍覆浴係含有CrO3作為主要組分，其濃度係在介於2與100g/L之範圍內變動。此外，該鉻鍍覆浴之pH係在介於pH值1與6之範圍內變動。總有機碳(TOC)係控制在50至100ppm的範圍內。CrO3之具體濃度、pH值及TOC係顯示於表1及表2中。該整體銅箔係於2 ASD(A/dm2)電鍍1秒，同時該鉻鍍覆浴係維持在25℃。
表1及表2係列述如上所述製備的數種電解銅箔。藉由TGA分析分析電解銅箔之表面粗糙度，並列述特徵性T105wt%、T100.1wt%、Tonset、WIR及Rz值。該銅箔係以活性材料塗覆，並測量該活性材料之接著性，其亦列述於表中。藉由超音波焊接連接鎳極耳，亦評估並列出其對銅箔之接著。
表1：銅箔之實施例
Figure 109110012-A0101-12-0012-4
1「O」係表示良率為100%，「△」係表示良率係為等於或高於80%但低於100%，「X」係表示良率低於80%。
2「O」係表示銅與鎳箔保持連接，「X」係表示銅箔與鎳箔分離，“-”係表示因為活性材料之接著性太差而未進行測試。
表2：銅箔之比較例
Figure 109110012-A0101-12-0013-5
1「O」係表示良率為100%，「△」係表示良率係為等於或高於80%但低於100%，「X」係表示良率低於80%。
2「O」係表示銅與鎳箔保持連接，「X」係表示銅箔與鎳箔分離，“-”係表示因為活性材料之接著性太差而未進行測試。
此等結果顯示銅箔之熱學特徵及Rz特徵如何影響性能，例如活性材料及超音波焊接處之接著。舉例而言，若Tonset為330℃或更高，或者T105wt%為350℃或更高，其係表示銅整體氧化作用有所遲滯且主體銅箔對氧化作用具有高耐性，則超音波焊接處一直是良好的。於C3及C4兩個實驗中，Tonset及T105wt%為較高的350℃，但由於接著良率測試的結果差，因此未收集超音波焊接數據，使此等銅箔不適用於其預期目的。還應注意的是，於C3及C4之實驗中，T105wt%非常高，超過501℃，可表示該銅箔之一些結構或組成的改變會對接著造成不利影響，例如，摻入未檢測出的或無法檢測出的雜質。亦應注意的是，於C3及C4中的Rz係高於全部其它實驗(超過2μm)且可能為前述暗示的結構或組成變化的體現。關於WIR數據，通常發現在WIR低的情況下，表示對氧化作用的敏感度較低或氧化動力學較慢，則超音波焊接結果良好。舉例而言，於E1、E3、E4、E6、E8及E10至E21中，WIR值皆為0.10或更低，而在全部的比較例(除未進行超音波測試之C3及C4之外)中，WIR值皆超過0.15。
II.測試方法
熱重分析(TGA)
表1及表2列出的熱重分析係使用TA InstrumentsSDT 2960型分析儀。將大約15至30mg的銅箔樣品裝入樣品架，並以95mL/min之空氣氣流(21vol%氧氣，79vol%氮氣)下進行分析，同時以5℃/min之速率從室溫加熱至1000℃。將原始數據以重量(%)對溫度(℃)作圖，亦使用TA專用之通用分析軟體 分析。當使用者選擇「Y處之曲線值(Curve value at Y)」功能之後輸入特定重量(例如，105wt%及100.1wt%)時，此商用軟體會提供該曲線上對應的溫度(例如，T105wt%及T100.1wt%)。取得T105wt%及T100.1wt%之實際值後，首先選擇「轉折點(onset point)」功能，隨後藉由輸入100.1的下限重量以及105的上限重量以界定計算區間，藉此得到Tonset。
顆粒分析
溶液中之顆粒分析係使用具有KS42AF檢測器之Rion KE-40B1型顆粒分析儀予以分析。在10ml/min之體積速度下分析10ml電解質溶液之樣品。於每次分析後，洗滌分析管柱。記錄尺寸為0.3至0.5μm之範圍內的顆粒的顆粒平均數。
總有機碳(TOC)
使用ANALYTIK JENA MULTIN/C型分析儀測量TOC。以0.5ml/min之體積速度分析5ml之電解質溶液。
超音波焊接
使用Texsonic UWM-M1000型超音波焊接機將銅箔焊接至鎳箔。焊接係以功率800W和頻率35khz下進行。用水沖洗工件，並目視檢查以確定工件之間是否出現任何分離。
十點平均粗糙度(Rz)
使用表面粗糙度測量儀(Kosaka Laboratory Ltd；SE 600系列)檢測銅箔之輪廓。探針尖端之直徑為2μm，且該尖端之錐角為90°。評估長度(L)為4.0mm，且輪廓曲線(contour curve)的濾波器截止值為fh(λ c)=0.8mm。使用標準測試方法JIS B 0601-1994獲得Rz。
接著良率測試
使用粉末形式之矽基合金活性材料(平均粒徑為0.1至10um)。以90wt%的矽基合金活性材料與10wt%的作為黏著材料之聚醯亞胺基黏著劑製備電極粉末混合物。藉由分散該電極粉末於N-甲基吡咯烷酮(NMP)中形成漿料。以每分鐘5公尺之速度塗佈該漿料於銅箔表面上，直到厚度為200μm，之後以140℃之烘箱乾燥10分鐘。
隨後壓製電極(銅箔+活性材料)。壓制機之輥的尺寸為φ 250mm×250mm，其硬度為62至65°HRC，且其材料係為高碳鉻承軸鋼(SUJ2)。使用1m/min的壓製(壓延(calendering))速度以及2000psi之壓力。切割電極(壓製後)以獲得10片尺寸為200mm x 20mm(長x寬)之測試樣品片。將3M Scotch® MagicTM膠帶黏貼至每個測試樣品的表面，之後使用IMADA公司製造之DS2-20N型測力器以50mm/min的速度將該膠帶從每個測試樣品上剝離。觀察該膠帶，如果沒有活性材料被帶走，則該樣品片視為「通過」。如果有任何活性材料從該銅箔上脫落，則該樣品片視為「失敗」。測試完全部10個樣品片之後，計算良率並進一步分類如下：
「O」係表示全部10個測試片皆通過，或通過率為100%；
「△」係表示8個或9個測試片通過，或通過率等於或大於80%但小於100%；
以及，
「X」係表示少於8個測試片通過，或通過率小於80%。
耐候性
藉由切割銅箔為15cm X 15cm尺寸之正方形以製備樣品，之後將其置於恆溫恆濕之測試箱中。該測試箱係設定為溫度80℃及80%RH之相對濕 度(RH)。留置該樣品在箱中24小時。隨後使用目視檢查以確定該樣品是否變色。發現表1或表2中列述之實施例及比較例中皆未顯現任何變色。
耐熱性
藉由切割銅箔為15cm X 15cm尺寸之正方形以製備樣品。放置該樣品於200℃之烘箱中10分鐘。隨後使用目視檢查以確定該樣品是否變色。發現表1或表2中列述之實施例及比較例中皆未顯現任何變色。
如本文中所用，術語“包含”係關於所要求保護的發明必要的組成物、方法及其各自組分，但該術語可包括未具化之元件而無論其是否為必要。
如本文中所用，術語“主要由...組成”係指代給定具體實施例所需之彼等元件。該術語係允許不實質上影響本發明所主張之具體實施例的基本及新穎或功能特徵的元件之存在。
術語“由...組成”係指代本文中揭示之組成物、方法及其各自組分，其係不包含任何於該具體實施例之描述中未述及之元件。
如本說明書及所附申請專利範圍中所用，除非上下文中明確指出，否則單數形式「一」及「該」係包括複數形式。因此，舉例而言，關於「該方法」之描述係包括一種或多種方法，及/或本文所述類型的步驟及/或在閱讀本揭露等之後，對於所屬領域具有通常知識者而言是顯而易見的。同樣，除非上下文明確指出，否則詞語「或」係旨在包括「及」。
除了操作的實施例或另外說明以外，在所有情況下，本文中用以表示成分數量及反應條件的數字應理解為皆以術語「約」修飾。術語「約」可意為所指代之值的±5%(例如，±4%、±3%、±2%、±1%)。
若提供一數值範圍，則介於該範圍之上限與下限之間的每一數字數值且包括該範圍之上限及下限，係視為於本文中揭露。應理解，本文中引述之 任何數字範圍係試圖包括該範圍所涵蓋之所有子範圍。例如，「1至10」之範圍係旨在包括界於所引用之最小值1與最大值10之間的全部子範圍且包括該最小值及最大值；換言之，具有等於或大於1之最小值以及等於或小於10之最大值。因為所揭露之數字範圍係連續者，故其係包括介於該最小值與最大值之間的每一個值。除非另外明確說明，否則本說明書中具化之各種數值範圍為近似值。
除非本文另外定義，否則本申請案中使用之科技術語應具有與彼等具通常知識者所一般理解之意。再者，除非文中另有要求，否則單數之術語應包括複數，且複數之術語應包括單數。
應理解，本發明並不限於本文所述之特定方法、方案及試劑等，且此等可變。本文所用之術語係僅用於揭示特定具體實施態樣之目的，且不試圖限制本發明之範疇，該範疇僅為申請專利範圍所界定。
本文中揭露之任何包括ASTM、JIS方法的專利、專利申請案及出版物係藉由引用而明確併入本文以作描述及揭露目的之用，例如，此等出版物中描述之方法可與本發明結合使用。此等出版物僅因為其在本申請案之申請日之前公開而提供。這方面之任何內容皆不應理解為承認本發明人無權憑藉先前之發明或出於任何其它原因而先於此等揭露。所有關於日期之報告或對此等文件內容之陳述係基於申請人可獲得之訊息，而不構成對該等日期或此等文件內容之正確性的承認。
100:曲線

Claims (10)

  1. 一種電解銅箔，其係包含輥筒面及沉積面、以及防鏽層；其中，該輥筒面及沉積面皆具有介於2μm至1μm間之十點平均粗糙度Rz，且其中，當對該電解銅箔進行熱重分析(TGA)，且在TGA過程中達到主要溫度(T105wt%)時，該電解銅箔係具有105wt%之主要重量增加，其中，T105wt%係為350℃至501℃之範圍內，以及其中，該TGA係包含以5℃/min之速率加熱以及速率為95mL/min之空氣氣流。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電解銅箔，其中，當在TGA過程中達到次要溫度(T100.1wt%)時，該電解銅箔係具有100.1wt%之次要重量增加，其中，該T100.1wt%係為130℃至230℃之範圍內。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之電解銅箔，其中，該T100.1wt%係為130℃至200℃之範圍內。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之電解銅箔，復包含位於該輥筒面及沉積面上之鉻層。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之電解銅箔，其中，該電解銅箔係在TGA過程中顯現轉折溫度(Tonset)，其中，該Tonset係為300℃至430℃之範圍內。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之電解銅箔，其中，該Tonset係為320℃至430℃之範圍內。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之電解銅箔，其中，該電解銅箔係具有0.068wt%/℃至0.313wt%/℃之範圍內的重量增加速率(WIR)，其中，該WIR係由式I定義：
    Figure 109110012-A0305-02-0022-4
  8. 如申請專利範圍第7項所述之電解銅箔，其中，該WIR係為0.068wt%/℃至0.2wt%/℃之範圍內。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之電解銅箔，其中，該WIR係為0.068wt%/℃至0.1wt%/℃範圍內。
  10. 一種鋰離子二次電池，其係包含如申請專利範圍第1項所述之電解銅箔以及塗佈於該電解銅箔上之活性材料，其中，該電解銅箔係焊接至鎳連接極耳。
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