一种微孔铜箔的制作方法、微孔铜箔及其制作设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电子材料领域，尤其是涉及应用于锂电池的一种微孔铜箔的制作方法、微孔铜箔及其制作设备。
【背景技术】
[0002]锂离子电池是目前广泛使用的一种二次技术，具有容量大、体积小、重量轻等优点。现有的锂离子电池中，通常使用铜箔作为负极的电集流体，在铜箔表面涂布负极材料，形成负极；铝箔作为正极的电集流体，在铝箔表面涂布正极材料，形成正极；正极与负极通过隔膜隔开后叠合，形成锂离子电池。
[0003]目前锂离子电池工业中最常用的负极材料通常是石墨、半石墨化的碳材料，负极集流体通常是铜箔，在铜箔两面涂布负极材料，形成负极。但是由于涂布工艺的技术限制，涂布在铜箔两面的负极材料厚度往往不一致，甚至相差很大。使用锂离子电池时，铜箔两面的负极材料分别与相应位置的正极材料发生电化学反应，通常较薄的负极与正极发生电化学反应至全部消耗的时候，反应也随之停止；同时，较厚的负极仍然继续参与反应以提供电能。但是，此时提供的电能较少，在一定程度上降低了电池的工作效率，因而往往不能满足人们的实际需要，并且造成资源浪费。
[0004]目前技术中，有一种用通孔铜箔制作的电池，该电池中的铜箔可连通铜箔两侧的反应池，具体是:在负极材料较薄一侧的反应池中，当负极材料完全消耗后，通过通孔将另一侧的反应材料迀移过来，实现铜箔两侧的反应池同时反应。但是，目前的通孔铜箔的制备工艺存在一定缺陷。现有制备通孔铜箔的方法有下述几种方式，一是用模具对铜箔进行打孔，缺点是模具要求精度高，且模具很容易损坏，造成制造成本高；二是用针打孔，也就是用锥形件直接对锥孔，但由于铜箔较薄，打孔易变形，且通孔表面有毛刺，不利于后续涂布。也有部分厂家使用了铜网布作为负极集流体，但是铜网布的一个问题是，生产时需将金属铜拉丝，然后再将铜丝纺织成网布，成本较高，而且网布所用的铜丝丝径较粗，一定程度降低了电池单位重量电容量，降低电池性能，且金属网不能用涂布机来涂布电池浆料，只能用双面对压方式附着电池浆料，其生产效率低。
[0005]中国专利文献102931414A公开了一种锂离子电池集流体用铜箔的制备工艺。其特点是，包括如下步骤:首先在电解铜箔的电沉积辊表面上进行局部绝缘处理，形成网点状的图形，然后再进行电解铜箔的电沉积工艺，沉积后得到的铜箔即为与电绝缘区域的网点图形一致的网孔状箔片。该网孔状的铜箔，用于锂离子电池负极集流体，可连通铜箔两侧的两个反应池，但是存在一定的问题，一方面是由于在电沉积辊表面上进行局部绝缘处理，形成网点状的图形，该图形突出于电沉积辊表面，从而该铜箔在剥离于电沉积辊表面时容易破损；另一方面用这种方式制作出来的微孔铜箔，其形状为网状的，网状微孔铜箔其在用涂布机涂布，容易被拉变形，故该铜箔不适合于用涂布机涂布，只能将负极材料使用双面对压的方式附于其表面，因此，负极材料容易从铜箔表面脱落，影响使用。
【发明内容】
[0006]本发明提供一种微孔铜箔的制作方法、微孔铜箔及其制作设备，能克服制备具孔状铜箔的工艺缺陷，使采用该制作方法生产出的微孔铜箔具有厚度合适、不易变形和不易破损的优点；该微孔铜箔适用于涂布机涂布，能使负极材料不易脱落。
[0007]第一方面，本发明实施例提供一种微孔铜箔的制作方法，包括以含有铜离子的溶液为电解液，采用预制的微孔阴极辊为阴极，阳极槽为阳极，通过电化学反应，在所述微孔阴极辊表面上连续电解沉积金属铜，形成微孔铜箔；所述微孔阴极辊是指在阴极辊与电解液相接触的表面上设有若干个非金属点状物的阴极辊。
[0008]进一步地，所述微孔阴极辊的制作方法是先在阴极辊外表面打出盲孔或通孔，然后，再使用非金属材料将所述盲孔或通孔填满，并将微孔阴极辊外表面打磨光滑，制成所述微孔阴极辊。
[0009]进一步地，所述微孔阴极辊的制作方法是在阴极辊外表面喷射出点状非金属材料，所述非金属材料具有黏性从而直接粘附于所述阴极辊外表面，干涸后形成点状物，制成微孔阴极辊；或在所述阴极辊外表面预先在预定位置涂布粘结剂以粘结不具有黏性的所述非金属颗粒材料，制成微孔阴极辊。
[0010]进一步地，使用收卷机构将所述微孔铜箔连续地从所述微孔阴极辊上剥离并收卷待用。
[0011]第二方面，本发明实施例提供一种微孔铜箔，所述微孔铜箔是根据所述制作方法制得的微孔铜箔。
[0012]第三方面，本发明实施例提供一种制作微孔铜箔的设备，包括机架，所述机架上设有阳极槽，所述阳极槽通过铜排与电源的正极连接，所述阳极槽上方设有与电源负极连接的阴极辊，所述阴极辊是微孔阴极辊，所述微孔阴极辊是指在阴极辊与电解液接触的表面上设有若干个非金属点状物的阴极辊。
[0013]进一步地，在所述微孔阴极辊与电解液接触的表面设有若干盲孔或通孔，在所述盲孔或通孔内设有非金属材料，所述非金属材料的外表面与所述微孔阴极辊的外表面平齐。
[0014]进一步地，在所述微孔阴极辊与电解液接触的表面设有若干凸出于所述微孔阴极辊的表面的非金属点状颗粒。
[0015]进一步地，所述阳极槽内壁设有阳极板，所述阳极板由铅或铅合金制作而成。
[0016]进一步地，所述阳极槽为阳极板，所述阳极板由钛或钛合金制作而成。
[0017]本发明实施例的有益效果包括，在阴极辊表面通过打孔并填满非金属材料，或喷射点状非金属材料的方法制作微孔阴极辊，在生产中使用该微孔阴极辊能克服制备具孔状铜箔的工艺缺陷，使采用该制作方法生产出的微孔铜箔具有厚度合适、不易变形和不易破损的优点；该微孔铜箔适用于涂布机涂布，能使负极材料不易脱落。
【附图说明】
[0018]图1为本发明中微孔铜箔的制作方法流程示意图。
[0019]图2为本发明中微孔铜箔的制作设备实施例一的结构示意图。
[0020]图3为本发明中微孔铜箔的制作设备实施例二的结构示意图。
[0021]图4为图2或图3中微孔阴极辊一种实施例的截面局部放大结构示意图。
[0022]图5为图2或图3中微孔阴极辊另一种实施例的截面局部放大结构示意图。
[0023]图6为图2或图3中微孔阴极辊再一种实施例的截面局部放大结构示意图。
【具体实施方式】
[0024]在本发明的描述中，需要理解的是，术语中“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、
“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0025]在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“若干”的含义是两个或两个以上。
[0026]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步详细的描述。
[0027]请参见图1，图1揭示的是一种微孔铜箔的制作方法，包括:
步骤103、以微孔阴极辊为阴极，阳极槽为阳极，通过电化学反应，在所述微孔阴极辊表面上连续电解沉积金属铜，形成微孔铜箔。
[0028]其中，金属铜的电解沉积过程是:铜的水化离子扩散到所述微孔阴极辊与所述电解液相接触的表面；接着水化铜离子，包括失去部分水化膜，使铜离子与所述微孔阴极辊表面足够接近；然后铜离子在所述微孔阴极辊发生还原反应，形成部分失水的吸附离子；被还原的吸附离子接下来失去全部水化层，成为液态金属中的金属原子；最后铜原子排列成一定形状的金属晶体，连续电解沉积后形成一定厚度的铜箔。
[0029]优选地，在步骤103之前，还可包括步骤101、准备含有铜离子的电解液。所述电解液由铜料溶解于溶剂而制成，铜料可以是电解铜、废铜线或铜米，通常采用硫酸作为溶剂。铜料溶于硫酸后形成的电解液经过溶液净化处理后，待用。
[0030]优选地，在步骤103之前，还可包括步骤102、预制微孔阴极辊。所述微孔阴极辊是指在阴极辊与电解液相接触的表面上设有若干个非金属点状物的阴极辊。所述阴极辊的制作方法可以是先在阴极辊外表面打出盲孔或通孔，然后，再使用非金属材料将所述盲孔或通孔填满，并将微孔阴极辊外表面打磨光滑，制成所述微孔阴极辊；也可以是在阴极辊外表面喷射出点状非金属材料，所述非金属材料具有黏性从而直接粘附于所述阴极辊外表面，干涸后形成点状物，制成微孔阴极辊，或在所述阴极辊外表面预先在预定位置涂布粘结剂以粘结不具有黏性的所述非金属颗粒材料，制成微孔阴极辊。
[0031]优选地，在步骤103之后，还可包括步骤104、使用收卷机构将所述微孔铜箔连续地从所述阴极辊上剥离收卷，剥离至收卷前使用水洗单元对所述微孔铜箔进行清洗，
优选地，在步骤103之后，还可包括步骤105、收卷后，所述微孔铜箔表面具有两个不同外观的面，一面是光亮的，符合粘合负极材料的要求；另一面是具有绒状的粗糙面，需要经过表面处理才能达到粘合负极材料的要求。表面处理的方法是先将所述微孔铜箔进行预处理，即对所述微孔铜箔的表面进行清洗，以去除氧化膜，恢复其表面活性。再对所述微孔铜箔进行粗化处理，即以所述微孔铜箔作为阴极，在含有铜离子的电解液中进行至少一次电沉积。粗化处理包括两个过程，先经过粗化，即将颗粒状或树枝状铜沉积在所述微孔铜箔的表面，再进行封闭，即在第一层粗糙的铜表面再电沉积一层光滑的铜层。接着进行阻挡层处理，即在所述微孔铜箔表面再沉积一层其他金属，如锌、黄铜或镍等，目的是提高所述微孔铜箔的耐热性及高温剥离强度。下一步是进行防氧化处理，即在所述微孔铜箔表面镀上防氧化膜，如以锌或铬为主体的防氧化膜。接着可以进行有机化处理，也可以省略此步骤。最后是进行烘干处理