高抗拉雙面光鋰電池電解銅箔添加劑新配方開發

徐建平，郭立功

（江西省江銅耶茲銅箔有限公司，江西 南昌 330096）

隨著科技發展，普通銅箔已經不能滿足電子產品的生產要求，國內銅箔生產企業并未完全掌握高性能電解銅箔的生產技術，尤其抗拉強度大于40kg/mm2的雙面光鋰電銅箔。添加劑的成分，以及銅箔生產的工藝條件，例如鍍液的濃度和溫度以及電流密度等，是影響銅箔性能的兩個主要因素。先進的設備和優良的添加劑才能生產高性能的電解銅箔[1]。

一定厚度的條件下,選擇合適的添加劑，進行不同的配比，通過不同添加劑中的作用，改善銅箔性能，來獲得高抗拉雙面光鋰電池。作為鋰離子電池負極的重要組成部分，電解銅箔必須要有極好的導電性、附著性、耐折性和均勻的厚度，這就需要在制備電解銅箔的電解液中加入添加劑，來對電解銅箔表面進行改性，從而改善鋰離子電池負極集流體的性能[2]。下面研究獲得制備具有高抗拉雙面光銅箔材料的添加劑配方。

1 添加劑配方開發

1.1 添加劑配方組成

聚二硫二丙烷磺酸鈉、聚乙二醇、羥乙基纖維素，能提高銅箔抗拉強度。甲基紫、剛果紅整平效果較好。適當在電解液中添加Cl-，Cl-表現出比較強的去極化作用，從而提高了銅電沉積速率。電解液中添加有機硫化物能夠起到很好的整平及光亮作用。羥乙基纖維素能促使晶粒面向生長，抑制針孔，但會引起銅箔翹曲。聚乙二醇等聚醚化合物，能細化晶粒。聚二硫二丙烷磺酸鈉細化晶粒,防止異常晶粒長大。但過量會降低銅箔高溫抗拉強度和延伸率。骨膠具有細化晶粒和整平的效果，能夠保證銅箔具有一定的粗糙度和提高銅箔常溫抗拉強度和延伸率，但會降低高溫抗拉強度和延伸率。稀土元素的加入會使添加劑成分更加穩定。

1.2 添加劑配比方案制定

根據不同添加劑作用效果不同，在保證傳統添加劑成分效果的基礎上，調配一組不同成分和濃度的添加劑配方。針對傳統配方的缺陷，按照骨膠1.5mg/L，聚二硫二丙烷磺酸鈉0.8mg/L，聚乙烯亞胺0.1mg/L，聚乙二醇1.0mg/L，甲基紫0.15mg/L，配比組成新的配方。

2 抗拉伸性對比實驗

以本次開發的新添加劑配方為實驗組，傳統配方作為對照組。制樣8μm（基重72±1g/㎡），利用SEM、微機控制萬能試驗機和高溫拉伸機研究兩組不同添加劑對電解銅箔組織性能的影響。

2.1 實驗過程

在50℃水浴中，將100g五水硫酸銅溶解于蒸餾水。取20mL濃硫酸，邊攪拌邊加入，全部晶體溶解后，配成300mL基礎電解液。依照濃度稱取適量添加劑于燒杯中使用DI水配制成100mL溶液，在50℃水浴保溫待用。組裝好實驗電解裝置，在溶液中分別按設計濃度使用實驗組和對照組兩組添加劑進行電解制樣。制備結束后，使用SEM、微機控制萬能試驗機和高溫拉伸機研究兩組電解銅箔性能。

2.2 實驗結果

用高溫拉伸機和微機控制萬能試驗機對實驗組和對照組兩組電解銅箔，進行抗拉伸性和延伸性測試，測試兩組銅箔的抗拉性和延伸性，測試結果如表1所示。

表1 拉伸性和延展性實驗對比結果表

從表1中可以看出，實驗組的拉伸性和延展性好于對照組，實驗組制備出的銅箔內應力減少，銅箔缺陷小。兩組銅箔的外觀光亮度相近。使用SEM對鍍層表面放大1000倍可以明顯看出區別，如圖1和圖2所示。

從圖1和圖2兩組電解銅箔SEM對比，實驗組更為平整均勻，對照組均勻程度較差。

圖1 實驗組SEM＊1000

綜上所述，按照實驗組添加劑配方，制備的電解銅箔效果更好，銅箔綜合性能最好，具有高抗拉性和均勻緊密的鍍層。

圖2 對照組SEM＊1000

3 結語

電解銅箔作為鋰離子電池制造，電子產品、電氣工業生產的主要原材料，其性能的優劣影響著整個產業的發展。在電解銅箔的制備中，添加劑起著極為重要的作用，添加不同成分添加劑，會直接影響到銅箔的性能，影響著電解銅箔電沉積層的形態和結構。為滿足未來電子電氣等產業的發展需求，制備具有高抗拉性、高穩定性能的電解銅箔是必然趨勢。