專利名稱：銅箔生產連體機及其鋰離子電池用高粘結強度銅箔工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于銅箔生產技術領域，特別涉及一種銅箔生產連體機及其鋰離子電池用高粘結強度銅箔工藝，將雙面光的銅箔表面經過電沉積的處理，適當地改變表面粗糙度，增加與負極活性物質的接觸面積，減少界面的空隙，從而增加粘結強度，減少內阻，延長鋰離子電池的循環(huán)壽命。
背景技術：
一般的電解銅箔都有靠陰極輥的亮面及靠陽極的毛面，亮面的表面粗糙度約為Ra
0.2-0.4微米，Rz 1-1.5微米。厚度8微米銅箔毛面的表面粗糙度約為Rz 4-5微米，兩者之間的差距很大，造成鋰離子電池用銅箔負極活性材料的涂層厚度及附著力有很大的變化。負極片兩面的比容量及循環(huán)壽命也跟著有很大的差異。銅箔毛面是以柱狀的晶型成長，Rz 4-5微米晶粒的直徑在3-10微米左右，晶粒的峰與峰的距離在5-10微米之間。亮面的粗糙度則取決于拋光刷的粒度和拋光工藝。按一般的邏輯，粗糙度與負極 活性物質的粘結強度應成正比的關系?？墒鞘聦嵅⒉皇侨绱恕Ｔ蚴秦摌O活性物質如石墨的粒徑約在5-25微米之間，大多數在10微米左右。無論是毛面或是亮面，這么大的石墨顆粒是無法鑲進銅箔的晶粒之間。結果大部分的石墨顆粒只是坐落在銅箔的晶粒峰頂上，晶粒的峰頂成了唯一與活性物質的接觸面，晶粒之間的空隙圍困著空氣及氣體，成了負極內阻的主要來源之一。負極活性物質無論是水性或油性，在涂布后的烘烤過程，都會把所含的液體烘干掉。這些液體包括粘結劑可以占到原來活性物質60%的體積，失去這么多的體積，干燥的活性物質在銅箔表面產生了很大的內應力。這種內應力可以在涂布極片第一面的時候，銅箔或鋁箔產生翹曲來證明?；钚晕镔|的表面非常干燥，它與銅箔的界面就不一定那么干燥，甚至有些液體氣化后，被圍困在活性物質與銅箔晶粒之間的界面。這些氣體即使在之后的壓平工序，也出不去。壓平后活性物質的面密度增加，氣體更出不去，而且被壓縮的氣體產生更大的內應力。在充放電的循環(huán)過程，氣體也不斷地膨脹、收縮，內應力也逐漸的釋放，直到最后活性物質與銅箔脫離為止。這種現象可以解釋為何活性物質脫離最嚴重的區(qū)域總是在極片的中央地帶，而非在極片的邊緣。石墨的維式硬度在7-11 HV之間，而銅的硬度在77-99 HV之間。石墨比銅軟，所以在壓平的過程，有一部分的銅箔晶粒峰頂會插入石墨顆粒，但是被壓縮的氣體會阻擋插入的深度。這使得銅箔毛面的晶粒既有固錨的作用，又有圍氣的缺點如圖1。當表面粗糙太高，所圈圍住的氣體就越多。相反的，銅箔亮面沒有晶粒的固錨，粘結力會較差。但是亮面的氣體較少，只存在于活性物質的顆粒之間如圖2。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是針對上述問題提出一種銅箔生產連體機及其鋰離子電池用高粘結強度銅箔工藝，適當地改變銅箔表面粗糙度，增加與負極活性物質的接觸面積，減少界面的空隙。從而增加粘結強度，減少內阻，延長鋰離子電池的循環(huán)壽命。為了實現上述目的，本發(fā)明的技術方案是:
銅箔生產連體機，包括生箔機和后處理機，生箔機包括陰極輥、圓弧形陽極槽，陰極輥在陽極槽中轉動設置，所述后處理機順序連接包括銅箔預處理槽、第一水洗槽、鈍化槽、第二水洗槽和收卷裝置；其中，所述后處理機連接在生箔機之后，后處理機預處理槽中的銅箔導入輥與生箔機銅箔剝離輥的直線距離不大于3米，所述預處理槽中沿進槽方向銅箔的兩個面分別設有粗化處理陽極板，同時在預處理槽中沿出槽方向銅箔的兩個面分別設有固化處理陽極板。進一步，所述陽極槽在陰極輥兩側的上端口設置為硫酸銅溶液進口，在陽極槽的底端設置有硫酸銅溶液出口。進一步，所述固化處理陽極板與銅箔面平行設置，所述粗化處理陽極板與銅箔面沿銅箔行進方向呈0.5至5度夾角設置。基于所述銅箔生產連體機的鋰離子電池用高粘結強度銅箔工藝，包括將由生箔機剝離輥輸送出來，雙面粗糙度Rz小于1.7微米、Ra小于0.25微米的銅箔經銅箔導入輥送入所述后處理機進行雙面粗化處理、雙面固化處理、鈍化處理和水洗，其中，所述雙面粗化處理、雙面固化處理同處于后處理機的預處理槽中，所述預處理槽中沿進槽方向銅箔的兩個面分別設有粗化處理陽極板，同時在預處理槽中沿出槽方向銅箔的兩個面分別設有固化處理陽極板，隨著銅箔在預處理槽中先在兩塊粗化處理陽極板通過，后經過兩塊固化處理陽極板之間，所述銅箔的粗化處理、固化處理的工藝是:首先以電流密度5 - 10 A/dm2進行粗化處理，然后以電流密度3 - 7 A/dm2進行固化處理，粗化處理和固化處理的溶液是以去離子水作為基本溶劑，其中:
硫酸銅40-120 g/1
硫酸60-100 g/1
溫度20-40°C 。進一步，所述粗化處理和固化處理在用同一種溶液處理完成。進一步，所述鈍化處理的溶液是以去離子水作為基本溶劑，其工藝參數為:
錫酸鈉6-20 g/1
氫氧化鈉 8 g/1 溫度30-60°C
電流密度 0.5 - 1.5 A/dm2。進一步，所述鈍化處理的溶液是以去離子水作為基本溶劑，其工藝參數為:
硫酸亞錫 10-25 g/1
硫酸銅3-7 g/1
硫酸90 - 110 g/1
甲酚磺酸 l-2g/l 溫度常溫
電流密度 0.5 - 1.5 A/dm2。進一步，所述鈍化處理的溶液是以去離子水作為基本溶劑，其工藝參數為:
焦磷酸亞錫10-25 g/1焦磷酸鋅30-45 g/1
焦磷酸鈉200 - 300 g/1
明膠l_2g/l
溫度30-60°C
電流密度0.5 - 1.5 A/dm2。進一步，所述固化處理陽極板與銅箔面平行設置，所述粗化處理陽極板與銅箔面沿銅箔行進方向呈0.5至5度夾角設置。本發(fā)明與現有技術相比具有如下優(yōu)點:
1.使用連體機改變了生箔機與后處理機分開的歷史，提高了生產優(yōu)良率；
2.通過用同一種硫酸銅的溶液作為粗化液及固化液，簡化了生產工藝流程，使得控制過程簡單、易操作；
3.所用的溶液不含砷化合物。所用硫酸銅溶液不含砷化合物，減少了污染物的排放，利于環(huán)保，具有顯著的經濟效益和社會效益；
4.高粘結強度銅箔(HBCF)有細小的銅顆粒，在壓平的工序大部分鑲嵌到負極活性物質材料里面，增加了與活性物質的粘結力。減少了銅箔與活性物質脫離的機會；
5.高粘結強 度銅箔(HBCF)增加了接觸面積，增加了集流的通道，也縮短了集流的距離。不但減少了銅箔晶粒間的空隙，也減少了與活性物質間的空隙，從而減少了內阻。下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作一詳細描述。


圖1銅箔毛面與負極活性物質的界面示意 圖2銅箔亮面與負極活性物質的界面示意 圖3高粘結強度銅箔(HBCF)與負極活性物質的界面示意 圖4銅箔生產連體處理機示意 圖5粗化陽極與銅箔位置關系示意圖，圖4的A部放大圖。
具體實施例方式圖1圖2是一般銅箔毛面與光面的負極活性物質的界面示意圖，圖中標號I是負極活性物質(5-25微米之間，大多數在10微米左右)，標號2是粘接劑，標號3是銅箔毛面(Rz 4-5微米，晶粒的直徑在3-10微米左右，晶粒的峰與峰的距離在5-10微米之間)，標號4是銅箔亮面(表面粗糙度約為Ra 0.2-0.4微米，Rz 1-1.5微米)。圖3是高粘結強度銅箔(HBCF)與負極活性物質的界面示意圖，其中銅箔毛面Rz 1.5-2微米。實施例1:
銅箔生產連體處理機，參見圖4和圖5，包括生箔機5和后處理機6，生箔機包括陰極輥5-1、圓弧形陽極槽5-2，陰極輥在陽極槽中轉動設置，所述后處理機順序連接包括銅箔預處理槽6-1、第一水洗槽6-2、鈍化槽6-3、第二水洗槽6-4和收卷裝置6_5 ;其中，所述后處理機連接在生箔機之后，后處理機預處理槽中的銅箔輸入輥7與生箔機銅箔剝離輥8的直線距離不大于3米，所述預處理槽中沿進槽方向銅箔9的兩個面分別設有粗化處理陽極板10，同時在預處理槽中沿出槽方向銅箔的兩個面分別設有固化處理陽極板11。
為了提高對銅箔毛面粗糙度的控制，本實施例進一步的優(yōu)化方案是，所述陽極槽在陰極輥兩側的上端口 5-2-1設置為硫酸銅溶液進口，在陽極槽的底端設置有硫酸銅溶液出口 5-2-2，上端口通過管道與硫酸銅溶液上位槽12連接，硫酸銅溶液13從陽極槽的上端口流入，從陽極槽的底端的硫酸銅溶液出口流出，此種結構可以非常方便的控制硫酸銅溶液在陽極槽中的流速，實現對銅箔毛面粗糙度的控制。為了達到銅箔預處理的效果，本實施例進一步的優(yōu)化方案是，所述固化處理陽極板與銅箔面平行設置，固化處理陽極板與銅箔面的距離在35mm至60mm之間，優(yōu)化距離是50mm ;在所述粗化處理陽極板與銅箔面沿銅箔行進方向呈0.5至5度的夾角14設置，夾角最佳角度是2度。所述粗化處理陽極板與銅箔面最近一端的距離在35mm至60mm之間，優(yōu)化距離是40mm。實施例2:
鋰離子電池用高粘結強度銅箔工藝，本工藝是基于實施例1銅箔生產連體機的鋰離子電池用高粘結強度銅箔的后處理工藝，實施例1的后處理機內容應作為本實施例中的后處理機的內容，所述后處理工藝包括將由生箔機剝離輥輸送出來，雙面粗糙度Rz小于1.7微米、Ra小于0.25微米的銅箔經銅箔導入輥送入所述后處理機進行雙面粗化處理、雙面固化處理、水洗、雙面鈍化處理和水洗，其中，所述雙面粗化處理、雙面固化處理同處于后處理機的預處理槽中，所述預處理槽中沿進槽方向銅箔的兩個面分別設有粗化處理陽極板，同時在預處理槽中沿出槽方向銅箔的兩個面分別設有固化處理陽極板，隨著銅箔在預處理槽中先在兩塊粗化處理陽極板通過，后經過兩塊固化處理陽極板之間，所述銅箔的粗化處理、固化處理的工藝是:粗化處理陽極板與銅箔之間以電流密度5 - 10 A/dm2通電，對銅箔行粗化處理，固化處理陽極板與銅箔之間以電流密度3 - 7 A/dm2通電，對銅箔進行固化處理，粗化處理和固化處理的溶液是以去離子水作為基本溶劑，其中:
硫酸銅40-120 g/1
硫酸60-100 g/1`
溫度20-40°C 。本實施例進一步的優(yōu)化方案是，所述粗化處理和固化處理在一個槽中用同一種溶液完成。實施例中的鈍化處理可以是目前后處理中通常的防氧化鈍化處理。所述固化處理陽極板與銅箔面平行設置，固化處理陽極板與銅箔面的距離在35mm至60mm之間，優(yōu)化距離是50mm ;在所述粗化處理陽極板與銅箔面沿銅箔行進方向呈0.5至5度的夾角設置，夾角最佳角度是2度。所述粗化處理陽極板與銅箔面最近一端的距離在35mm至60_之間，優(yōu)化距離是40_。實施例3:
由于通常的防氧化鈍化處理都是含鉻的防氧化鈍化處理，因為鉻是致癌物，無論是酸性或堿性的鉻酸溶液，都不能滿足環(huán)境保護的要求。含鉻的產品在歐盟(RoHS)及美國都是禁止進口。在中國也已列入零排放的廢水標準。因此，本實施例是在實施例2的基礎上的進一步優(yōu)化的方案，所述鈍化處理的溶液是以去離子水作為基本溶劑，其工藝參數為:錫酸鈉6-20 g/1
氫氧化鈉 8 g/1溫度30-60°C
電流密度 0.5 - 1.5 A/dm2，
電沉積厚度小于0.5微米。其中，錫酸鈉是市場的標準化工產品。實施例4:
本實施例是在實施例2的基礎上的進一步優(yōu)化的方案，所述鈍化處理的溶液是以去離子水作為基本溶劑，其工藝參數為:
硫酸亞錫 10-25 g/1 硫酸銅3-7 g/1
硫酸90 - 110 g/1
甲酚磺酸 l_2g/l 溫度常溫
電流密度0.5 - 1.5 A/dm2。電沉積厚度小于0.5微米。 其中，硫酸亞錫、硫酸銅是市場的標準化工產品。實施例5:
本實施例是在實施例2的基礎上的進一步優(yōu)化的方案，所述鈍化處理的溶液是以去離子水作為基本溶劑，其工藝參數為:
焦磷酸亞錫10-25 g/1
焦磷酸鋅30-45 g/1
焦磷酸鈉200 - 300 g/1
明膠l_2g/l
溫度30-60°C
電流密度0.5 - 1.5 A/dm2
電沉積厚度小于0.5微米。其中，焦磷酸亞錫、焦磷酸鋅是市場的標準化工產品。實施例3至4改變了只能用鉻氧化層作為銅箔鈍化層的歷史，通過用錫合金簡化了生產工藝流程，使得控制過程簡單、易操作，減少了污染物的排放，利于環(huán)保，具有顯著的經濟效益和社會效益。目前市場上的雙面毛銅箔只是粗化處理亮面，毛面是不做處理的，也就是一般所說的反轉銅箔(RTF)。這種銅箔只解決了亮面的問題，但是毛面仍有圍氣內阻大的問題。要徹底解決前述的問題，只有把銅箔兩面的粗糙度都降到亮面粗糙度的水平，然后一起做粗化及固化的處理。本發(fā)明即是以雙面光的銅箔，兩面的表面粗糙度Rz都在1.7微米以下，Ra在0.25微米以下,經過粗化及固化,讓表面粗糙度Rz控制在2微米以下,Ra在0.3微米以下，制成高粘結強度銅箔(HBCF)。粗化的顆粒直徑都在0.1微米以下，并布滿銅箔表面。這些細小的銅顆粒在壓平的工序，基本上大部分鑲嵌到負極活性物質材料里面，增加了與活性物質的粘結力。它增加了接觸面積，增加了集流的通道，也縮短了集流的距離。不但減少了銅箔晶粒間的空隙，也減少了與活性物質間的空隙，從而減少了內阻如圖3。本發(fā)明方法采用連體機的設備，并且用同一種硫酸銅的溶液作為粗化液及固化液如說明書附圖。改變了傳統(tǒng)的生箔機與后處理機分開的方式，也改變了粗化液與固化液必須不同的工藝。徹底顛覆了傳統(tǒng)的銅箔制造方法，簡化了生產的流程。同時也解決了鋰離子電池的粘結強度和內 阻的問題，增加了鋰離子電池的循環(huán)壽命。
權利要求
1.銅箔生產連體機，包括生箔機和后處理機，生箔機包括陰極輥、圓弧形陽極槽，陰極輥在陽極槽中轉動設置，所述后處理機順序連接包括銅箔預處理槽、第一水洗槽、鈍化槽、第二水洗槽和收卷裝置；其特征在于，所述后處理機連接在生箔機之后，后處理機預處理槽中的銅箔導入輥與生箔機銅箔剝離輥的直線距離不大于3米，所述預處理槽中沿進槽方向銅箔的兩個面分別設有粗化處理陽極板，同時在預處理槽中沿出槽方向銅箔的兩個面分別設有固化處理陽極板。
2.根據權利要求1所述的銅箔生產連體機，其特征在于，所述陽極槽在陰極輥兩側的上端口設置為硫酸銅溶液進口，在陽極槽的底端設置有硫酸銅溶液出口。
3.根據權利要求1所述的銅箔生產連體機，其特征在于，所述固化處理陽極板與銅箔面平行設置，所述粗化處理陽極板與銅箔面沿銅箔行進方向呈0.5至5度夾角設置。
4.鋰離子電池用高粘結強度銅箔工藝，包括將由生箔機剝離輥輸送出來，雙面粗糙度Rz小于1.7微米、Ra小于0.25微米的銅箔經銅箔導入輥送入后處理機進行雙面粗化處理、雙面固化處理、鈍化 處理和水洗，其特征在于，所述雙面粗化處理、雙面固化處理同處于后處理機的預處理槽中，所述預處理槽中沿進槽方向銅箔的兩個面分別設有粗化處理陽極板，同時在預處理槽中沿出槽方向銅箔的兩個面分別設有固化處理陽極板，隨著銅箔在預處理槽中先在兩塊粗化處理陽極板通過，后經過兩塊固化處理陽極板之間，所述銅箔的粗化處理、固化處理的工藝是:首先以電流密度5 - 10 A/dm2進行粗化處理，然后以電流密度3 - 7 A/dm2進行固化處理，粗化處理和固化處理的溶液是以去離子水作為基本溶劑，其中: 硫酸銅40-120 g/1 硫酸60-100 g/1 溫度20-40°C 。
5.根據權利要求4所述的鋰離子電池用高粘結強度銅箔工藝，其特征在于，所述粗化處理和固化處理用同一種溶液處理完成。
6.根據權利要求4所述的鋰離子電池用高粘結強度銅箔工藝，其特征在于，所述鈍化處理的溶液是以去離子水作為基本溶劑，其工藝參數為: 錫酸鈉6-20 g/1 氫氧化鈉8 g/1 溫度30-60°C 電流密度0.5 - 1.5 A/dm2 。
7.根據權利要求4所述的鋰離子電池用高粘結強度銅箔工藝，其特征在于，所述鈍化處理的溶液是以去離子水作為基本溶劑，其工藝參數為: 硫酸亞錫10-25 g/1 硫酸銅3-7 g/1 硫酸90 - 110 g/1 甲酚磺酸l_2g/l溫度常溫 電流密度0.5 - 1.5 A/dm2。
8.根據權利要求4所述的鋰離子電池用高粘結強度銅箔工藝，其特征在于，所述鈍化處理的溶液是以去離子水作為基本溶劑，其工藝參數為: 焦磷酸亞錫10-25 g/1 焦磷酸鋅30-45 g/1 焦磷酸鈉200 - 300 g/1 明膠l_2g/l 溫度30-60°C電流密 度0.5 - 1.5 A/dm2 。
全文摘要
本發(fā)明一種銅箔生產連體機及其鋰離子電池用高粘結強度銅箔工藝，包括生箔機和后處理機，所述后處理機連接在生箔機之后，后處理機的處理槽銅箔輸入輥與生箔機銅箔剝離輥的直線距離不大于3米，后處理機的預處理槽中沿銅箔的兩個面分別設有粗化處理陽極板和固化處理陽極板。其后處理工藝包括將由生箔機輸送出來，雙面粗糙度Rz小于1.7微米、Ra小于0.25微米的銅箔進行雙面粗化處理、固化處理、鈍化處理和水洗。本發(fā)明通過用同一種硫酸銅的溶液作為粗化液及固化液，簡化了生產工藝流程，使得控制過程簡單、易操作提高了成品率。所用硫酸銅溶液不含砷化合物，減少了污染物的排放，利于環(huán)保，具有顯著的經濟效益和社會效益。
文檔編號C25D1/04GK103160867SQ201310075420
公開日2013年6月19日 申請日期2013年3月11日 優(yōu)先權日2013年3月11日
發(fā)明者鄭金財, 楊初坤, 劉有堅, 袁智斌 申請人:福建清景銅箔有限公司