CN109728254B - 一种锂离子电池负极用多孔铜箔的制备技术 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锂离子电池负极用多孔铜箔的制备技术，采用化学腐蚀法在铜箔上获得多孔结构，步骤包括：在高分子绝缘薄膜上形成若干贯穿薄膜厚度的孔洞，将带孔的薄膜裹覆在一个钛阴极辊表面，钛阴极辊浸没在电解液槽内；将铜箔绕过上述钛阴极辊表面，钛阴极辊旋转使铜箔连续运动，同时在铜箔与钛阴极辊之间施加一个脉冲电压，铜箔为正极，钛阴极辊为负极；在电解液作用下，铜箔局部放电，位于与绝缘薄膜孔洞对应位置的铜箔溶解，在铜箔上形成与绝缘薄膜多孔结构一致的孔洞分布；之后经过去离子水清洗之后，获得多孔铜箔。

Description

一种锂离子电池负极用多孔铜箔的制备技术

技术领域

本发明涉及多孔铜箔制造行业，具体涉及一种锂离子电池负极用多孔铜箔的制备技术。

背景技术

随着经济与科学技术的高速进步，人类所面临的能源危机也日益严峻。在这样的背景下，对新能源的开发与研究受到了社会各界人士的广泛关注。锂离子电池作为一种新型储能材料，相较于按传统铅酸、镍氢等电池，具有电池能量密度大、平均输出电压高、无记忆性、充放电效率高、循环性能优越等多项优势，被广泛应用于数码产品、新能源汽车等日常生活领域，前景广阔。受益于新能源汽车与3C行业的不断发展，2017年，中国锂离子电池的产量首次超过100亿只，达100.73亿只，同比增长27.81%，产量居全球首位。

在锂离子电池制造业取得实质性飞跃的同时，锂离子电池的性能也受到了科研人员的关注，锂离子电池负极用高性能铜箔便包括其中。在锂离子电池中，铜箔主要有两大作用：一是活性材料的载体，即在铜箔上均匀涂覆活性材料石墨，在压力作用下粘合形成电池负极；二是负极电子的收集者与传导者，即通过铜箔表面将电子汇集起来。基于这两点基本要求，多孔铜箔应运而生——较大的表面积既可以提升负极活性材料与铜箔的粘附力，也可以增加负极汇集电子的效率；同时，多孔也降低了铜箔的质量，利于锂离子电池的小型化。

现阶段，制备锂离子电池负极用高性能多孔铜箔的方法主要包括机械方法与化学方法两大类，机械方法主要有机械冲孔与激光法两种，前者毛刺较多，后者则成本较高；化学方法较多，但总体看来，效率较低且灵活度不够。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明拟提供一种锂离子电池负极用多孔铜箔的制备技术。本发明工艺简单，成本较低，毛刺少，利于生产效率的提升。

本发明所采用的技术方案是：一种锂离子电池负极用多孔铜箔的制备技术，以铜箔为原材料，采用电化学腐蚀的方法，具体步骤如下：

1.在厚度50微米~1毫米的高分子绝缘薄膜上形成若干贯穿薄膜厚度的孔洞，使该绝缘薄膜具有多孔结构。在薄膜上形成多空孔结构不限于采用机械法、化学腐蚀法等；具体的比如采用机械冲孔方式冲出设定直径和间距的多孔结构。

2.将带孔的高分子绝缘薄膜裹覆在一个钛阴极辊表面，该钛阴极辊连接有旋转机构，可进行连续转动，该裹有薄膜的钛阴极辊浸没在电解液槽内。

3.将铜箔绕过上述裹有薄膜的钛阴极辊表面，使铜箔覆盖在薄膜表面，同时铜箔连接送卷装置及收卷装置，以达到连续制备所述多孔铜箔的目的。

4.启动送卷装置及收卷装置和钛阴极辊旋转机构使铜箔连续运动，同时在铜箔与钛阴极辊之间施加一个脉冲电压，铜箔为正极，钛阴极辊为负极。

5.铜箔连续绕过钛阴极辊表面时，由于旋转的钛阴极辊浸没在电解液中，电解液进入薄膜孔洞与铜箔局部接触，这时停止旋转钛阴极辊，让铜箔在电解液中停留一段时间；同时脉冲电压作用于铜箔与钛阴极辊之间，在电解液作用下，铜箔局部放电，位于与薄膜孔洞对应位置的铜箔溶解，在铜箔上形成一个个与薄膜多孔结构一致的孔洞分布；之后经过去离子水清洗之后，获得多孔铜箔。

进一步地，步骤4中施加的脉冲电压幅值2~5V，脉冲时间1~10s，间隔时间10~50s；且步骤5中钛阴极辊停止旋转，使铜箔浸没于电解液的持续时间为1~10分钟。本发明利用了微腐蚀电池原理，使铜箔局部被腐蚀，通过高分子绝缘膜孔内部的电解液使得铜箔与钛阴极辊形成微腐蚀电池，并利用脉冲电压实现电解腐蚀。

本发明的铜箔孔径和间距可以通过所使用的高分子绝缘膜的孔结构进行调控。本发明使用电化学腐蚀法，产品毛刺少。且本发明可连续运转，生产效率显著提升。

附图说明

图1为本发明各实施例的多孔铜箔制备流程及所用装置示意图。

图2为本发明各实施例通过机械冲孔方式制备出来的具有多孔的聚合物薄膜。

图3为覆有聚合物薄膜的钛阴极辊，当连接有铜箔的部位浸没在电解液中时，其径向截面示意图，此时电解液通过覆盖在钛阴极辊表面的聚合物薄膜上的孔洞与铜箔局部接触。

其中1为生产电解铜箔的流水线中的钛阴极辊，2为铜箔，3为送卷轮，4为覆有带孔聚合物薄膜的钛阴极辊， 5为铜电解液槽，6为去离子水槽，7为收卷轮，8为转向辊B，9为转向辊A，10为聚合物薄膜，11为聚合物薄膜上的通孔，12为铜电解液。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例进一步说明本发明。

本发明下面各实施例中，用来制备多孔铜箔的铜箔，均为电解铜箔。且本发明以下各实施例中，在制备多孔铜箔时，均是将从电解设备出来的电解铜箔连接在多孔铜箔的制备装置上，使得生产线上电解铜箔的制备和本发明多孔铜箔的形成连续进行，生产效率显著提升。

各实施例的制备流程及所用装置示意图如附图1所示，用来制备多孔铜箔的装置包括送卷轮、钛阴极辊、铜电解液槽、转向辊A及转向辊B、去离子水槽、收卷轮、以及用以给钛阴极辊以及铜箔两端施加脉冲电压的电源，其中钛阴极辊置于铜电解液槽中、转向辊B置于去离子水槽。

本发明各实施例制备多孔电解铜箔的具体操作流程如下所述。

1）首先准备好一种厚度50微米~1毫米的高分子绝缘薄膜，下面各实施例采用绝缘的聚合物薄膜：采用机械冲孔方式，聚合物薄膜上冲出设定直径和间距的多孔结构，形成若干贯穿薄膜厚度的孔洞，该具有多孔结构的聚合物薄膜如附图2 所示。2）将该具有多孔结构的聚合物薄膜覆在制备多孔铜箔装置的钛阴极辊表面；3）如附图1所示，将电解铜箔从生产电解铜箔的流水线中的钛阴极辊上产出后，连接到本发明制备多孔铜箔装置的送卷轮上，然后依次连接到表面覆有聚合物薄膜的钛阴极辊、转向辊A及转向辊B、之后连接到收卷轮；4）在铜电解液槽中注满铜电解液、去离子水槽注满去离子水，使覆有聚合物薄膜的钛阴极辊中连接有铜箔的部位浸没在铜电解液中、转向辊B中连接有铜箔的部位浸没于去离子水中；5）转动送卷轮及收卷轮和钛阴极辊使电解铜箔连续运动，同时打开电源，在电解铜箔与制备多孔铜箔装置的钛阴极辊之间施加一个脉冲电压，铜箔为正极，钛阴极辊为负极；6）由于钛阴极辊连接有铜箔的部位浸没在电解液中，电解液通过覆盖在钛阴极辊表面的聚合物薄膜上的孔洞与铜箔局部接触（如附图3所示），这时脉冲电压作用于铜箔与该钛阴极辊之间，在电解液作用下，铜箔局部放电，位于与薄膜孔洞对应位置的铜箔溶解，在铜箔上形成一个个与薄膜多孔结构一致的孔洞分布；之后经过转向辊A送至转向辊B，经过去离子水槽中去离子水清洗之后，由收卷轮收卷，获得多孔铜箔。

实施例1

采用机械冲孔方式，在厚度50微米的绝缘的聚合物薄膜上冲出直径100微米和间距500微米的正方形排列的通孔结构，将该具有多孔结构的聚合物薄膜覆在制备多孔铜箔装置的钛阴极辊表面，将电解铜箔连接到送卷轮上，然后依次连接到表面覆有聚合物薄膜的钛阴极辊、转向辊A及转向辊B、之后连接到收卷轮，在铜电解液槽中注满铜电解液、去离子水槽注满去离子水，使覆有聚合物薄膜的钛阴极辊中连接有铜箔的部位浸没在铜电解液中、转向辊B中连接有铜箔的部位浸没于去离子水中；转动送卷轮及收卷轮和钛阴极辊使电解铜箔连续运动，同时打开电源，在电解铜箔与制备多孔铜箔装置的钛阴极辊之间施加一个幅值2V，脉冲时间1s，间隔时间10s的脉冲电压，铜箔为正极，钛阴极辊为负极；铜箔浸没于电解液的持续时间为10分钟。由于钛阴极辊连接有铜箔的部位浸没在电解液中，电解液通过覆盖在钛阴极辊表面的聚合物薄膜上的孔洞与铜箔局部接触，这时脉冲电压作用于铜箔与该钛阴极辊之间，在电解液作用下，铜箔局部放电，位于与薄膜孔洞对应位置的铜箔溶解，在铜箔上形成一个个与薄膜多孔结构一致的孔洞分布；之后经过转向辊A送至转向辊B，经过去离子水槽中去离子水清洗之后，由收卷轮收卷，获得多孔铜箔。采用扫描电镜测试铜箔孔径为98.2＋/－2.1微米和间距503.6＋/－5.8微米。

实施例2

采用机械冲孔方式，在厚度1毫米的绝缘聚合物薄膜上冲出直径500微米和间距1000微米的正三角形排列的通孔结构，将该具有多孔结构的聚合物薄膜覆在制备多孔铜箔装置的钛阴极辊表面，将电解铜箔连接到送卷轮上，然后依次连接到表面覆有聚合物薄膜的钛阴极辊、转向辊A及转向辊B、之后连接到收卷轮，在铜电解液槽中注满铜电解液、去离子水槽注满去离子水，使覆有聚合物薄膜的钛阴极辊中连接有铜箔的部位浸没在铜电解液中、转向辊B中连接有铜箔的部位浸没于去离子水中；转动送卷轮及收卷轮和钛阴极辊使电解铜箔连续运动，同时打开电源，在电解铜箔与制备多孔铜箔装置的钛阴极辊之间施加一个幅值5V，脉冲时间10s，间隔时间50s的脉冲电压，铜箔为正极，钛阴极辊为负极；铜箔浸没于电解液的持续时间为1分钟。由于钛阴极辊连接有铜箔的部位浸没在电解液中，电解液通过覆盖在钛阴极辊表面的聚合物薄膜上的孔洞与铜箔局部接触，这时脉冲电压作用于铜箔与该钛阴极辊之间，在电解液作用下，铜箔局部放电，位于与薄膜孔洞对应位置的铜箔溶解，在铜箔上形成一个个与薄膜多孔结构一致的孔洞分布；之后经过转向辊A送至转向辊B，经过去离子水槽中去离子水清洗之后，由收卷轮收卷，获得多孔铜箔。采用扫描电镜测试铜箔孔径为519.1＋/－10.1微米和间距1021.6＋/－9.2微米。

Claims (4)

1.一种锂离子电池负极用多孔铜箔的制备方法，其特征在于，采用化学腐蚀法在铜箔上获得多孔结构，包括以下步骤：

步骤一：在高分子绝缘薄膜上形成若干贯穿薄膜厚度的孔洞，使该绝缘薄膜具有多孔结构；

步骤二：将带孔的高分子绝缘薄膜裹覆在一个钛阴极辊表面，该钛阴极辊连接有旋转机构，可进行连续转动，该裹有薄膜的钛阴极辊浸没在电解液槽内；

步骤三：将铜箔绕过上述裹有薄膜的钛阴极辊表面，使铜箔覆盖在薄膜表面，同时铜箔连接送卷装置及收卷装置，以达到连续制备所述多孔铜箔的目的；

步骤四：启动送卷装置及收卷装置和钛阴极辊旋转机构使铜箔连续运动，同时在铜箔与钛阴极辊之间施加一个脉冲电压，铜箔为正极，钛阴极辊为负极；

步骤五：铜箔连续绕过钛阴极辊表面时，由于旋转的钛阴极辊浸没在电解液中，电解液进入所述绝缘薄膜的孔洞与铜箔局部接触，这时停止旋转钛阴极辊，让铜箔在电解液中停留一段时间；同时脉冲电压作用于铜箔与钛阴极辊之间，在电解液作用下，铜箔局部放电，位于与绝缘薄膜孔洞对应位置的铜箔溶解，在铜箔上形成与绝缘薄膜多孔结构一致的孔洞分布；之后经过去离子水清洗之后，获得多孔铜箔。

2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池负极用多孔铜箔的制备方法，其特征在于：所述高分子绝缘薄膜厚度50微米～1毫米。

3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池负极用多孔铜箔的制备方法，其特征在于：所述步骤一为采用机械冲孔方式在高分子绝缘薄膜上冲出设定直径和间距的多孔结构。

4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池负极用多孔铜箔的制备方法，其特征在于：步骤四中施加的脉冲电压幅值2～5V，脉冲时间1～10s，间隔时间10～50s；且步骤五中钛阴极辊停止旋转、使铜箔浸没于电解液的持续时间为1～10分钟。

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