鋰電池用6微米超薄雙面光電解銅箔工藝分析

操聲躍

摘 要：銅箔是鋰電池與印制電路板中的重要導(dǎo)電材料，現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。本文簡(jiǎn)要分析了6微米超薄電解銅箔的生產(chǎn)制備方法，圍繞生產(chǎn)工藝參數(shù)設(shè)置、電解液流速流向設(shè)置、添加劑選擇與含量控制、防氧化處理等四個(gè)層面，探討了鋰電池用6微米超薄雙面光電解銅箔生產(chǎn)工藝的具體改進(jìn)策略，以供參考。

關(guān)鍵詞：6微米超薄電解銅箔；生產(chǎn)工藝；鋰電池

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.12.125

0 引言

在電子制造行業(yè)，各類電子通訊器件日益朝向小型化、大密度相互連接方向發(fā)展，對(duì)于制作鋰電池、印制電路板所需應(yīng)用到銅箔的規(guī)格與性能提出了更高的要求。其中厚度的銅箔被稱為超薄銅箔，這類電解銅箔的生產(chǎn)制造工藝較為復(fù)雜，需對(duì)其中存在的各類問(wèn)題進(jìn)行改進(jìn)，為規(guī)?；a(chǎn)提供指導(dǎo)意義。

1 6微米超薄電解銅箔的生產(chǎn)制備方法

其一是微蝕法，采用蝕刻方式降低銅箔厚度，使其符合超薄銅箔標(biāo)準(zhǔn)；其二是加成法，利用金屬化后的PI膜與超薄銅箔進(jìn)行電沉積反應(yīng)，但該方法將有可能使銅箔表面產(chǎn)生針孔，在熱循環(huán)條件下還有可能降低其抗剝離強(qiáng)度；其三是可剝離電解銅箔法，該方法利用或載體箔進(jìn)行電沉積反應(yīng)，制成超薄銅箔[1]。

2 鋰電池用6微米超薄雙面光電解銅箔生產(chǎn)工藝的改進(jìn)探討

（1）生產(chǎn)工藝參數(shù)設(shè)置。1）電流密度。在生產(chǎn)超薄電解銅箔的過(guò)程中，電解液成分、電沉積條件等因素都與銅箔的物理或化學(xué)性能存在密切關(guān)聯(lián)。其中電流密度將直接影響電解銅箔的表面結(jié)晶生長(zhǎng)形態(tài)，在+高純度酸性硫酸銅溶液中，電流密度的變化直接影響到沉積層生長(zhǎng)狀態(tài)，電流密度為、過(guò)電位為的結(jié)晶生長(zhǎng)形態(tài)為層狀；電流密度為、過(guò)電位為的結(jié)晶生長(zhǎng)形態(tài)為棱錐狀；隨著電流密度增大至、過(guò)電位增至，其沉積層生長(zhǎng)形態(tài)也會(huì)在原有層狀與棱錐狀的基礎(chǔ)上添加截短的棱錐狀。因此在工業(yè)化生產(chǎn)中需注重加強(qiáng)對(duì)電流密度的把控，保障電解銅箔結(jié)晶處于恰當(dāng)生長(zhǎng)形態(tài)。2）溫度。在生產(chǎn)制造電解銅箔的過(guò)程中，適當(dāng)加大溫度可起到提高電解銅箔生產(chǎn)強(qiáng)度的作用，能夠有效提高電解液電導(dǎo)率，降低電解液的黏度、過(guò)電位與電解槽槽壓，同時(shí)需在工業(yè)化生產(chǎn)中注重控制溫度，避免因溫度過(guò)高而加快電解液蒸發(fā)速率，造成能耗浪費(fèi)問(wèn)題。通常直流電解溫度保持在之間，在利用脈沖電解法制備銅箔時(shí)其最佳溫度為，當(dāng)溫度大于該數(shù)值時(shí)將導(dǎo)致電解銅箔陰極析氫，表面產(chǎn)生凹點(diǎn)；在利用脈沖電沉積法制備銅箔時(shí)，其適宜溫度為，避免溫度過(guò)高加劇陰極析氫、溫度過(guò)低無(wú)法發(fā)揮添加劑效用。3）添加劑?，F(xiàn)如今電解銅箔生產(chǎn)企業(yè)普遍應(yīng)用酸性硫酸鹽鍍銅電解液，具有工藝操作便捷、電流效率高、使用成本低等優(yōu)勢(shì)。在使用有機(jī)復(fù)合添加劑進(jìn)行電解銅箔生產(chǎn)時(shí)，主要包含以下幾種方法：其一是使用包含PEG、SP、硫脲、甲基硫代氨基甲?；榛撬徕c的有機(jī)復(fù)合添加劑制備銅箔，生產(chǎn)出的超薄雙面光電解銅箔其表面粗糙度；其二是選用SP、M、N、P-8000、MA-80、A01等有機(jī)物質(zhì)制成復(fù)合添加劑MA，可確保在的電流密度下獲得晶粒，提高銅箔的光亮效果與深鍍能力；其三是選用烷氧基二胺、氨基甲酸酯、咪唑啉基化合物配置成光亮劑，能有效提高銅鍍層的光亮性；其四是選取PEG、EDTA作為添加劑，均有助于增加銅箔表面膜應(yīng)力、降低其織構(gòu)程度；其五是選取聚丙烯酰胺作為光亮劑或整平劑，并將溫度控制在左右，可以有效降低銅箔表面粗糙度、提高表面光亮度與緊密性。

（2）電解液流速流向設(shè)置。在電解銅生產(chǎn)的過(guò)程中需應(yīng)用到生箔機(jī)設(shè)備，原有生箔機(jī)采用下進(jìn)上出配合溫差式內(nèi)循環(huán)進(jìn)液方式，電解液流速約為，但隨著生產(chǎn)時(shí)長(zhǎng)的推移其陽(yáng)極會(huì)在腐蝕作用下產(chǎn)生損耗，大電流狀態(tài)下槽電壓也會(huì)相應(yīng)升至。在此選用第四代生箔機(jī)作為生產(chǎn)設(shè)備，采用上進(jìn)下出、鈦銥陽(yáng)極生產(chǎn)模式，確保電解液達(dá)到的最佳工況流速，并將電流密度設(shè)為，配合SOUL-G、HEC、PEG等物質(zhì)制備成添加劑。經(jīng)由以上生產(chǎn)工藝參數(shù)設(shè)置，所生產(chǎn)的6微米超薄銅箔的常溫抗拉強(qiáng)度為38.56MPa、常溫延伸率為4.75%、表面粗糙度為2.58，其力學(xué)性能得到了顯著提升。

（3）加劑選擇與含量控制。在添加劑選擇上，擬選取SP、HEC、PEG以及明膠SOUL-G作為添加劑。其中SP作用于銅箔中的銅離子，其濃度變化將直接使銅箔結(jié)構(gòu)形態(tài)由錐形向?qū)訝畎l(fā)展，有助于降低銅箔表面的粗糙度、提高抗拉強(qiáng)度與延伸率，有效抑制針孔問(wèn)題，發(fā)揮整平劑與光亮劑效用。HEC作為一種非離子型表面活性劑能夠使晶粒保持橫向生長(zhǎng)，降低銅箔表面粗糙度、抑制針孔，提高其抗拉強(qiáng)度與延伸率，然而某種情況下HEC也有可能引起銅箔翹曲問(wèn)題，因此需注重加強(qiáng)含量控制。PEG有助于加強(qiáng)陰極極化現(xiàn)象、光滑晶粒，起到降低銅箔表面粗糙度、抑制雜質(zhì)金屬電沉積等作用，但其過(guò)量應(yīng)用也會(huì)導(dǎo)致銅箔的抗拉強(qiáng)度、延伸率有所下降。SOUL-G在沉積過(guò)程中電離成為陽(yáng)離子，隨電泳逐步向陰極移動(dòng)、吸附并放電，當(dāng)陰極吸附明膠累積到一定量時(shí)將加大電阻、抑制銅離子析出，起到抑制銅離子沉積作用。在針對(duì)添加劑進(jìn)行正交試驗(yàn)后，最終將添加劑的含量控制為PEG、HEC、SP以及明膠，確保銅箔各項(xiàng)性能達(dá)到最優(yōu)水平[2]。

（4）防氧化處理。通常鋰電池的使用溫度小于，因此在生產(chǎn)銅箔的過(guò)程中也要針對(duì)其進(jìn)行防氧化處理，保證銅箔在、30min條件下不產(chǎn)生變色。在此宜選用葡萄糖+鉻酸酐工藝進(jìn)行防氧化處理，經(jīng)由浸泡、輥壓擠、烘干等處理流程，確保銅箔表面涂層均勻、形成一層有機(jī)膜。實(shí)驗(yàn)證明應(yīng)用此工藝處理后，6微米超薄銅箔表面仍然呈現(xiàn)為銅黃色、色澤較為鮮艷，抗張力、抗拉伸、水平度、韌性、延伸率等指標(biāo)均保持良好，未出現(xiàn)氧化現(xiàn)象，能夠充分滿足鋰電池負(fù)極片烘烤與焊接要求，優(yōu)化銅箔充放電性能。

3 結(jié)論

本文針對(duì)鋰離子用超薄電解銅箔的生產(chǎn)工藝進(jìn)行了改進(jìn)優(yōu)化，試驗(yàn)結(jié)果證明超薄鋰電箔的性能與電解液流速流向、添加劑種類用量、防氧化處理等因素存在密切關(guān)聯(lián)，因此應(yīng)采用上進(jìn)液生產(chǎn)方式配合高流速、不溶性陽(yáng)極、完善銅箔表面防氧化處理，以此最大限度滿足超薄電解銅箔的工業(yè)化生產(chǎn)要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]張永清，吉毅松，孫麗紅.國(guó)內(nèi)外電解生箔機(jī)及銅箔發(fā)展情況的介紹[J].河北建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，31（04）.

[2]黃崛起.載體超薄銅箔的制備及其剝離形成過(guò)程電化學(xué)機(jī)理研究[D].江西理工大學(xué)，2012.