一种6μm双面光锂离子电池铜箔改性处理工艺及其改性剂制备工艺的制作方法

本发明涉及电解铜箔表面改性技术领域，尤其涉及一种锂离子电池用表面改性铜箔处理工艺及其改性剂制备工艺。

背景技术：

自锂离子电池问世并进行产业化生产以来，以其容量大、电压高、循环性能好等优越性能在众多电池中脱颖而出，成为最理想、最有前途的电池，而铜箔则是锂离子电池不可或缺的负极载体材料。目前铜箔在锂离子电池使用中，充当负极活性载体，又充当电子收集与传导体，要求铜箔具有高可靠性、高导电性、高导热性。这就需要在生产过程中所制造出的铜箔的物理化学性能极佳，对后期处理提出了更高的要求。

目前对铜箔的处理工艺过程为：

1)生箔→酸洗→水洗→表面特殊处理→水洗→防氧化处理→水洗→干燥→收卷；

2)生箔→酸洗→水洗→表面活化处理→水洗→防氧化处理→水洗→干燥→收卷；

在上述生产工艺条件下制造的锂离子铜箔主要存在以下问题：第一，通常在碱性条件下采用化学法或电化学法的方法实现表面防护膜，在铜箔表面形成表面防护膜的过程中需引入cr⁶⁺，这样在产品生产过程中，铬离子就难免会成为环境隐患及环境污染因素；第二，经防氧化处理的铜箔在包装、运输、仓储中受环境影响及后续客户生产使用的储存、防氧化、除尘等条件限制，导致铜箔易产生氧化斑点或发霉，造成铜箔导电性、导热性、可焊接性大大降低或直接报废，使铜箔的有效期缩短；第三，防氧化处理的铜箔在锂离子电池涂布工艺过程中，铜箔润湿性偏低，导致乙炔黑、粘合剂(pvdf)、铜箔(锂电箔负极)凹陷处被架空，润湿性不足、粘合力不够、粘接强度不佳，局部涂布的均匀性不一致。

采用上述方法处理的铜箔抗氧化性能较好，但还是不够理想，还有很大的技术改进和提升空间；用上述方法处理铜箔时大多需引入cr⁶⁺，来提高防氧化的目的，但cr⁶⁺的引入对环境具有持久危险性，cr⁶⁺也很容易被人体吸收，人体一旦摄入可能致癌。中国环境标志技术要求中，对cr⁶⁺的控制已有明文的限制和要求。国内大部分企业的产品生产过程已禁止使用或限制使用某些特定化学物质，管理某些特定物质的含量：如cr⁶⁺，来降低铬元素对环境的负荷，减少产品生产过程对环境的污染。建立了防污、减废、以人为本、关爱员工、综合治理的产品生产方针。2013年欧洲会议和欧盟部长理事会共同批准《关于限制在电子电气设备中使用有害物质指令2002/95/ec》；欧盟reach法规修正提案中，明确拟增了cr⁶⁺的管理条款，并于2015年开始实施。

因此，现代锂离子铜箔生产制造需更先进的无铬化生产工艺和新型表面改性工艺，进行综合性能更优秀的锂离子铜箔的生产制造。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种可提高铜箔的综合性能、可消除铬元素对环境的污染、可提高铜箔抗氧化性和铜箔储存周期、能提高铜箔表面的可润湿性使乙炔黑、粘合剂(pvdf)、铜箔(锂电箔负极)粘合力的6μm双面光锂离子电池铜箔改性处理工艺及其改性剂制备工艺。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种6μm双面光锂离子电池铜箔改性处理工艺，其特征在于：按以下流程进行，生箔→酸洗→水洗→表面特殊处理→水洗→表面改性处理→水洗→干燥→收卷，其中，表面改性处理流程中，往处理槽加入改性剂，对锂电铜箔进行在线改性处理，改性温度为20～40℃、电流密度为30a～360a/m²、改性时间为3～35s、干燥烘烤温度为100～260℃；

所述改性剂的制备原料包括：植酸钠、植酸、乳化剂op10、硅烷偶联剂(kh570)和无水乙醇；

将去离子水加入机械搅拌槽中，称取植酸钠加入搅拌槽中进行机械搅拌；将植酸加入加料桶，加水进行初溶解后再加入搅拌槽中；将乳化剂op10、硅烷偶联剂及无水乙醇混合，然后将所得的溶液加入机械搅拌槽中，加入去离子水稀释后搅拌1小时，保持温度＜45℃；最后过滤待用。

优选地，所述处理槽为立式处理槽，在处理槽内充有含所述改性剂的溶液，在溶液中设有导辊和两对竖放的惰性阳极，锂电铜箔的输入侧从其中一对惰性阳极之间穿过，绕过液下导辊后从另一对惰性阳极之间穿出，溶液的液位线位于两对惰性阳极的顶端之下，锂电铜箔位于处理槽之外的部分绕经有托辊。

或者，所述处理槽为卧式处理槽，在处理槽内充有含所述改性剂的溶液，在溶液中设有导辊和一对平放的惰性阳极，惰性阳极位于两导辊之间，锂电铜箔的输入侧绕经其中一导辊后进入惰性阳极之间，绕过另一导辊后输出；惰性阳极完全浸于溶液的液位线之下，锂电铜箔位于处理槽之外的部分绕经有托辊。

进一步地，对锂电铜箔进行在线改性处理时，改性温度为22～32℃、电流密度为40a～200a/m²、改性时间为3～20s、干燥烘烤温度为110～140℃。

一种锂离子电池铜箔改性剂制备工艺，其特征在于：包括以下原料，植酸钠、植酸、乳化剂op10、硅烷偶联剂和无水乙醇，制备过程为：

将去离子水加入机械搅拌槽中，称取植酸钠加入搅拌槽中进行机械搅拌；将植酸加入加料桶，加水进行初溶解后再加入搅拌槽中；将乳化剂op10、硅烷偶联剂及无水乙醇混合，然后将所得的溶液加入机械搅拌槽中，加入去离子水稀释后搅拌1小时，保持温度＜45℃；最后经0.3-0.5μm精密过滤器过滤待用。

较佳地，每1l改性溶液中各组分含量分别为：植酸钠为10～80g、植酸为20～110ml、乳化剂op10为5～40ml、硅烷偶联剂(kh570)为1～10ml、无水乙醇为150～300ml。

更佳地，每1l改性溶液中各组分含量分别为：植酸钠为30～70g、60％的植酸为40～80ml、乳化剂op10为5～15ml、硅烷偶联剂(kh570)为2～8ml、无水乙醇为150～300ml。

本发明通过采用特制的复合添加剂(改性剂)，以适合于标准铜箔、锂电铜箔、铜合金的表面改性，使用复合添加剂改性后不会改变原有金属的物理化学性能；而经本发明工艺处理的铜箔抗氧化性强、表面润湿性优、粘合性佳、保质时间长，减轻了储存压力；同时无需添加cr⁶⁺，消除cr⁶⁺对环境和人体的污染隐患，保证了企业的可持续发展，营造了安全健康的工作环境，为持续打造绿色生产型企业提供有力的技术保障。

附图说明

图1为铜箔改性处理工艺流程框图；

图2为立式改性处理锂电铜箔结构示意图；

图3为卧式改性处理锂电铜箔结构示意图；

图4为锂电铜箔表面sem(扫描电子显微镜)图。

图中，1为锂电铜箔，2为惰性阳极，3为液位线，4为托辊，5为导辊。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明做进一步说明：

实施例1，首先，改性剂溶液的配制：1)将40l去离子水加入机械搅拌槽中，称取6kg植酸钠加入搅拌槽中进行机械搅拌；2)将6l植酸(含量60％)加入加料桶，加水20l进行初溶解后再加入搅拌槽中；3)将500ml的乳化剂op10+1000ml硅烷偶联剂(kh570)+20l无水乙醇制成混合溶液；4)将步骤3)所得的溶液加入机械搅拌槽中，加入去离子水稀释至100l，搅拌1小时，保持温度＜45℃；5)将上述复合改性剂在0.3-0.5μm的精密过滤器进行过滤待用。

参照图1，铜箔改性处理工艺的基本流程为，生箔→酸洗→水洗→表面特殊处理→水洗→表面改性处理→水洗→干燥→收卷。

改性处理时，一是采用式处理槽，参照图2，在处理槽内充有含所述改性剂的溶液，在溶液中设有导辊5和两对竖放的惰性阳极2，锂电铜箔1的输入侧从其中一对惰性阳极2之间穿过，绕过导辊5后从另一对惰性阳极2之间穿出，溶液的液位线3位于两对惰性阳极2的顶端之下，锂电铜箔1位于处理槽之外的部分绕经有托辊4。

二是采用卧式处理槽，参照图3，在处理槽内充有含所述改性剂的溶液，在溶液中设有导辊5和一对平放的惰性阳极2，惰性阳极2位于两导辊5之间，锂电铜箔1的输入侧绕经其中一导辊5后进入惰性阳极2之间，绕过另一导辊5后输出；惰性阳极2完全浸于溶液的液位线3之下，锂电铜箔1位于处理槽之外的部分绕经有托辊4。

对锂电铜箔1进行在线改性处理时，改性温度为22～32℃、电流密度为40a～200a/m²、改性时间为3～20s、干燥烘烤温度为110～140℃。

经复合改性剂用于铜箔表面改性处理后的锂电铜箔表面如图4所示，其完全能满足生产工艺要求，提高锂电铜箔表面的抗氧化性，提高锂电铜箔表面粘合润湿性，提升生产6μm双面光锂离子铜箔锂电箔多项指标，保证产品质量。经实验检测，铜箔中不含铬，检测含量均小于5ppm，降低了下游客户对环境污染的隐患；同时，提高了锂离子铜箔表面的涂布活性及润湿性，保证了涂布的均匀性和粘合度；另外，经本发明改性的锂离子铜箔明显提高了铜箔的抗氧化性，提高了存储周期。

实施例2，与实施例1所不同的地方在于，改性剂溶液的配制：1)将40l去离子水加入机械搅拌槽中，称取3kg植酸钠加入搅拌槽中进行机械搅拌；2)将4l植酸(含量60％)加入加料桶，加水15l进行初溶解后再加入搅拌槽中；3)将500ml的乳化剂op10+200ml硅烷偶联剂(kh570)+15l无水乙醇制成混合溶液；4)将步骤3)所得的溶液加入机械搅拌槽中，加入去离子水稀释至100l，搅拌1小时，保持温度＜45℃；5)将上述复合改性剂在0.3-0.5μm的精密过滤器进行过滤待用。

实施例3，与实施例1所不同的地方在于，改性剂溶液的配制：1)将40l去离子水加入机械搅拌槽中，称取6kg植酸钠加入搅拌槽中进行机械搅拌；2)将6l植酸(含量60％)加入加料桶，加水15l进行初溶解后再加入搅拌槽中；3)将500ml的乳化剂op10+5000ml硅烷偶联剂(kh570)+15l无水乙醇制成混合溶液；4)将步骤3)所得的溶液加入机械搅拌槽中，加入去离子水稀释至100l，搅拌1小时，保持温度＜45℃；5)将上述复合改性剂在0.3-0.5μm的精密过滤器进行过滤待用。

实施例4，与实施例1所不同的地方在于，改性剂溶液的配制：1)将30l去离子水加入机械搅拌槽中，称取7kg植酸钠加入搅拌槽中进行机械搅拌；2)将8l植酸(含量60％)加入加料桶，加水15l进行初溶解后再加入搅拌槽中；3)将1.5l的乳化剂op10+8l硅烷偶联剂(kh570)+30l无水乙醇制成混合溶液；4)将步骤3)所得的溶液加入机械搅拌槽中，加入去离子水稀释至100l，搅拌1小时，保持温度＜45℃；5)将上述复合改性剂在0.3-0.5μm的精密过滤器进行过滤待用。

以上已将本发明做一详细说明，以上所述，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能限定本发明实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖范围内。