一种电解铜箔制造设备的制作方法

本发明涉及铜箔制造领域，尤其涉及一种电解铜箔制造设备。

背景技术：

电解铜箔是覆铜板(ccl)及印制电路板(pcb)、锂离子电池制造的重要的材料。在当今电子信息产业高速发展中，电解铜箔被称为电子产品信号与电力传输、沟通的“神经网络”。2002年起，我国印制电路板的生产值已经越入世界第三位，作为pcb的基板材料———覆铜板也成为世界上第三大生产国。由此也使我国的电解铜箔产业在近几年有了突飞猛进的发展。

锂电池是利用储存在正极材料中的锂离子以及电子在充电放电过程中反向移动从而实现正常工作的，其主要结构为正极、负极和电解液。除了主要的四大部分外，用来存放正负极材料的集流体也是锂电池的重要组成部分，其主要功能是将电池活性物质产生的电流汇集起来，以便形成较大的电流对外输出。根据锂离子电池的工作原理和结构设计，正极和负极材料需涂覆于导电集流体上，因此集流体应与活性物质充分接触，并且内阻应尽可能小。

铜箔和铝箔具有良好的导电性、、已形成氧化保护膜、质地较软有利于粘结、制造技术较成熟、价格相对低廉等优势，因此被选择作为锂电池集流体的主要材料。锂电池的正极电位高，铝箔的氧化层比较致密，可防止集流体氧化，而铜在高电位下会发生嵌锂反应，不宜做正极集流体，正极集流体一般采用铝箔；而负极的电位低，铝箔在低电位下易形成铝锂合金，负极集流体一般采用铜箔，铜箔和铝箔之间不具备互替性。

作为锂电池的集流体的锂电铜箔，一般厚度通常在7-20μm之间。目前新能源汽车配备的铜箔厚度为8~12μm，整车铜箔的质量达到10kg以上。锂电铜箔厚度越小，意味着电池的重量将越轻。同时，更薄的锂电铜箔也意味着更小的电阻，则电池的性能也将得到提升。因此，减轻电池上铜箔的质量，降低铜箔原材料成本，同时提供更高的能量密度，成为动力锂电池用铜箔关键。

通过国家知识产权局网站检索得到关于电解铜箔的相关专利，有以下几种专利文献：

申请号为cn201320030034.6的实用新型专利，公开了一种电解铜箔的生产装置，包括阴极辊、半圆弧形阳极、位于阳极之上的上位槽、溶铜系统，阴极辊在弧形阳极中转动设置，阴极辊与弧形阳极之间设置的间隙形成阳极槽，阳极槽上端口位于阴极辊两侧，所述阳极槽设置有硫酸铜溶液流入端口和硫酸铜溶液流出端口，所述阳极槽硫酸铜溶液流入端口至少是阴极辊一个侧面的阳极槽上端口。本实用新型通过改变硫酸铜溶液的方向，用控制硫酸铜溶液在阴极辊表面的流速，控制铜箔表面的粗糙度以及铜箔铜离子的电解密度，降低了对过滤设备的要求，简化了生产工艺流程，使得生产控制过程简单、易操作，生箔设备简单，降低了生产成本，减少了污染物的排放，利于环保，具有显著的经济效益和社会效益。

申请号为cn201020517706.2的实用新型专利，公开了一种电解铜箔制造设备，具体涉及一种生产超薄锂电池负极集流体铜箔的铜箔制造设备，其包括一工控机及与所述工控机相连，并受其控制的吸附装置、剥离装置、第一张力检测装置、防氧化装置、水洗装置、第二张力检测装置、烘干箱和收卷装置，所述吸附装置、剥离装置、第一张力检测装置、防氧化装置、水洗装置、第二张力检测装置、烘干箱、收卷装置依次排列设置；本实用新型设计合理，有效缩短生产工序，提高工作效率，且采用张力控制方式保证能正常快速大批量化生产厚度为6μm的铜箔，且该铜箔具有优良的抗拉强度和延伸率，有利于锂电池制造中的应用，提高锂电池的质量。

申请号为cn200510066433.8的发明专利，公开了一种210~400μm超厚电解铜箔及其复合工艺方法和设备/一种生产210~400μm超厚电解铜箔的复合工艺方法和设备，本发明的复合工艺设备是由阴极辊、阳极板槽、溢流槽、剥离辊、清洗段、防氧化处理段、烘干段、收卷段和支撑框架组成，其特征在于，所述的剥离辊与铜箔接触部分采用柔性材料，在剥离辊之后装有在线抛磨装置，抛磨装置中装有压辊和抛磨辊。本发明的复合工艺方法是将电解后的铜箔从阴极辊上剥离后经剥离辊到在线抛磨装置抛磨，然后经清洗、防氧化处理、烘干、收卷制成原箔，再经后处理制成210~400μm超厚电解铜箔。

申请号为cn201020517694.3的实用新型专利，公开了一种电解铜箔制造设备控制系统，其包括一主板模块及与该主板模块相连，并交互通讯的生箔伺服控制模块、传动张力控制模块、收卷张力控制模块和开关控制模块；本实用新型设计合理，巧妙将伺服控制技术和张力控制技术结合为一体，能对张力精确调控，避免铜箔出现厚薄不一、起皱和龟裂等不良现象，从整体上提高铜箔的性能，有利于锂电池制造中的应用，提升锂电池的质量和充放电循环特性，且制造成本低，利于推广。

申请号为cn200420118688.5的实用新型专利，公开了一种用于铜箔生产后处理过程中防氧化的装置，包括：输酸管道，其一端连接酸泵，另一端封闭；所述输酸管道上等间距垂直安装有若干平行的喷头；所述输酸管道的两端沿其轴向、可转动地固定于电解槽内壁。所述输酸管道和所述酸泵之间设置酸液流量控制阀门。所述输酸管道的两端与电解槽之间设置两“u”型支架，该“u”型支架的一侧固定于输酸管道，另一侧固定于电解槽，并使所述输酸管道可沿其轴向旋转。由于增加了该装置，并且合理地设置了喷头位置，从而使铜箔表面得以维持湿态，隔绝了空气，进而克服了铜箔氧化的问题，最终提高了电解铜箔表面的外观质量。

鉴于上述所述，锂电池中的铜箔对锂电池性能会造成很大的影响：1.表面粗糙大的电解铜箔与石墨等负极活性物质的接触性差，易产生涂布活性物质的脱落，直接影响电池寿命；2、当铜箔抗拉强度较高时，铜箔较硬，在将含有石墨活性物质的负极进行轧辊的过程中，铜箔无足够变形以适应活性物质表面特性，两者的接触性能变差；相反，抗拉强度较低时易使电极尺寸稳定性和平整性变差，易产生铜箔断裂。这些将导致负极材料成品率下降，影响电池容量、内阻及寿命；3、高性能锂电池的铜箔必须有足够的延伸率，如果延伸率低，在轧辊工序中铜箔将产生内应力，出现分裂，影响电池容量等；4、用于锂电池的铜箔外观必须洁净、平整，不允许有任何条纹、表面凹陷、斑点和机械拉伤，否则容易导致铜箔附着力下降，涂布出现漏箔点，两面涂布量不等；5、厚度均匀性对负极活性物质涂布量有直接影响。因为有缺陷的铜箔用到锂离子电池上，锂离子电池容易被击穿，会产生爆炸危险，在电池电化学反应过程中，因为铜箔的表面均匀度比较高，不容易产生局部腐蚀过多的情况。

基于上述情况，有必要研究一种能够制造质量薄、光洁度高，微观缺陷少，密度高的铜箔，以保证铜箔且具有优良的延伸率和抗拉强度。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种电解铜箔制造设备，本发明设计新颖，结构合理，通过将电解后的铜箔从阴极电解辊上剥离后经由预压、高频冲压以及碾压和抛光后得到质量薄、表面光洁度高、微观缺陷少、密度高的铜箔，且具有优良的延伸率和抗拉强度，有利于锂电池的使用，提升锂电池的质量。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种电解铜箔制造设备，包括依次设置的电解铜箔机构、剥离机构、粗辊预压机构、高频冲压机构、精辊碾压机构、抛磨机构和收料机构，所述高频冲压机构包括用于设置在铜箔一侧的弹性辊压装置以及用于设置在铜箔另一侧的高频冲压装置；所述抛磨机构包括用于铜箔正面抛磨的正面抛磨装置以及用于铜箔背面抛磨的背面抛磨装置。

作为优选，所述电解铜机构包括电解池以及设置在电解池内的阳极板和阴极电解辊；所述阴极电解辊在含铜量于50～110g/l，含酸量于60～100g/l，温度于40-65℃流动硫酸铜溶液电解池中进行电解后在其阴极电解辊表面形成铜箔。采用此技术方案，用于成型厚度在10-15μm的铜箔。

作为优选，所述剥离机构包括剥离刀以及驱动剥离刀与阴极电解辊弹性连接的弹簧；所述剥离刀在弹簧的作用下始终与阴极电解辊连接用于剥离阴极电解辊上的铜箔。

作为优选，所述粗辊预压机构设置有多组对称的预压辊，多组所述的预压辊用于将剥离后的铜箔进行初步压实。采用此技术方案，用于将成型的初始铜箔辊压到8-10μm。

作为优选，所述弹性辊压装置包括底座以及设置在底座上的活动座和设置在活动座上的压辊，所述活动座通过导杆和弹簧与底座弹性连接；所述压辊受力带动连接的活动座在底座上进行弹性伸缩。采用此技术方案，有助于抵消高频冲压装置的冲压压力，防止冲压后导致铜箔变形或破裂；其中，压辊与铜箔接触的表面包裹有一层比铜硬比铁软的材料。

作为优选，所述高频冲压装置包括冲压座、驱动摆杆、驱动凸轮和驱动电机，所述驱动电机的转轴与驱动凸轮连接，所述驱动凸轮与驱动摆杆连接，所述驱动摆杆的一侧与定位块和复位弹簧连接，另一侧与冲压座内的冲压台连接，所述冲压台上均匀设置有若干个倾斜的冲压凸头，若干个所述的冲压凸头用于在粗辊后的铜箔表面冲压出若干个波浪型的可控凸凹；其中，冲压凸头的高度大于粗辊后的铜箔厚度的一半，小于铜箔的总厚度。采用此技术方案，用于在铜箔上成型可控的凸凹点，增加铜箔的延伸率、抗拉强度和密度。

作为优选，所述精辊碾压机构设置有多组对称的碾压辊，多组所述的碾压辊用于将冲压后的铜箔进行多级碾压，使其碾压到铜箔的目标厚度。采用此技术方案，用于碾压铜箔以及铜箔上的凸凹点，并将铜箔碾压平整，以增加铜箔的延伸率、抗拉强度和密度，使其微观缺陷少能够碾压更薄；其中，目标厚度为6-8μm。

作为优选，所述正面抛磨装置和/或背面抛磨装置包括设置在铜箔一侧的牵引辊以及设置在铜箔另一侧的抛磨辊，所述牵引辊的两侧设置有张紧轮；所述牵引辊在牵引铜箔时，由抛磨辊在铜箔的一侧进行抛磨；其中，抛磨辊的砂轮粒度设置在80～1200#，转速在500～3000转/分，摇摆的频率控制在50～300次/分，摇摆幅度≤5cm。采用此技术方案，有助于铜箔的表面进行抛磨，并且抛磨余量小，提高抛磨后的光洁度。

作为优选，所述收料机构包括导向辊和卷料辊。采用此技术方案，由导向辊将铜箔引导到卷料辊进行卷料。

作为优选，该设备中还设置有多组输送辊和光电传感器以及清洗头、防氧化处理、烘干机构和切边处理；多组所述的输送辊分别设置于剥离机构、粗辊预压机构、高频冲压机构、精辊碾压机构、抛磨机构和收料机构之间用于铜箔的输送；所述光电传感器用于设置在预压辊和碾压辊检测预压和碾压后的铜箔厚度；所述清洗头、烘干机构、防氧化处理和切边处理依次设置在抛磨机构和收料机构之间用于清洗抛磨后的铜箔，并将其进行洪干后再进行氧化处理、切边。

作为优选，所述抛磨辊与活动座连接，所述活动座通过导杆和弹簧与底座弹性连接。采用此技术方案，有助于控制抛磨力度。

作为优选，所述正面抛光装置和背面抛光装置可根据工艺要求设置多段抛磨。

作为优选，所述剥离刀由绝缘的陶瓷或塑料制成，其剥离刀连接阴极电解辊的一侧低于阴极电解辊的最高点。采用此技术方案，减少剥离后的铜箔与剥离刀连接。

本发明的有益效果是：

1.本发明设计合理，能够有效提高铜箔的表面光洁度；

2.抛磨余量小、微观缺陷少；

4.密度高，质量薄，有助于生产厚度在6μm的铜箔；

5.增加延伸率和抗拉强度；

6.本发明设计新颖，结构合理，通过将电解后的铜箔从阴极电解辊上剥离后经由预压、高频冲压以及碾压和抛光后得到质量薄、表面光洁度高、微观缺陷少、密度高的铜箔，且具有优良的延伸率和抗拉强度，有利于锂电池的使用，提升锂电池的质量。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明涉及的结构示意图；

图2为本发明涉及的高频冲压机构结构示意图；

图3为本发明涉及的冲压凸头示意图；

图4为本发明涉及的生产流程示意图。

图中标号说明：电解铜箔机构1，剥离机构2，粗辊预压机构3，高频冲压机构4，精辊碾压机构5，抛磨机构6，收料机构7，弹性辊压装置8，高频冲压装置9，铜箔10，输送辊11，光电传感器12，清洗头13，防氧化处理14，烘干机构15，切边处理16，电解池101，阳极板102，阴极电解辊103，剥离刀201，弹簧202，预压辊301，碾压辊501，牵引辊601，抛磨辊602，张紧轮603，导向辊701，卷料辊702，底座801，活动座802，压辊803，冲压座901，驱动摆杆902，驱动凸轮903，驱动电机904，定位块905，复位弹簧906，冲压台907，冲压凸头908。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述：

参照图1至图4所示，一种电解铜箔制造设备，包括依次设置的电解铜箔机构1、剥离机构2、粗辊预压机构3、高频冲压机构4、精辊碾压机构5、抛磨机构6和收料机构7，所述高频冲压机构4包括用于设置在铜箔10一侧的弹性辊压装置8以及用于设置在铜箔10另一侧的高频冲压装置9；所述抛磨机构6包括用于铜箔10正面抛磨的正面抛磨装置以及用于铜箔10背面抛磨的背面抛磨装置。

作为优选，所述电解铜机构1包括电解池101以及设置在电解池101内的阳极板102和阴极电解辊103；所述阴极电解辊103在含铜量于50～110g/l，含酸量于60～100g/l，温度于40-65℃流动硫酸铜溶液电解池101中进行电解后在其阴极电解辊103表面形成铜箔10。采用此技术方案，用于成型厚度在10-15μm的铜箔10。

作为优选，所述剥离机构2包括剥离刀201以及驱动剥离刀201与阴极电解辊103弹性连接的弹簧202；所述剥离刀201在弹簧202的作用下始终与阴极电解辊103连接用于剥离阴极电解辊103上的铜箔10。

作为优选，所述粗辊预压机构3设置有多组对称的预压辊301，多组所述的预压辊301用于将剥离后的铜箔10进行初步压实。采用此技术方案，用于将成型的初始铜箔10辊压到8-10μm。

作为优选，所述弹性辊压装置8包括底座801以及设置在底座801上的活动座802和设置在活动座802上的压辊803，所述活动座802通过导杆和弹簧与底座801弹性连接；所述压辊803受力带动连接的活动座802在底座801上进行弹性伸缩。采用此技术方案，有助于抵消高频冲压装置9的冲压压力，防止冲压后导致铜箔10变形或破裂；其中，压辊803与铜箔10接触的表面包裹有一层比铜硬比铁软的材料。

作为优选，所述高频冲压装置9包括冲压座901、驱动摆杆902、驱动凸轮903和驱动电机904，所述驱动电机904的转轴与驱动凸轮903连接，所述驱动凸轮903与驱动摆杆902连接，所述驱动摆杆902的一侧与定位块905和复位弹簧906连接，另一侧与冲压座901内的冲压台907连接，所述冲压台907上均匀设置有若干个倾斜的冲压凸头908，若干个所述的冲压凸头908用于在粗辊后的铜箔10表面冲压出若干个波浪型的可控凸凹；其中，冲压凸头908的高度大于粗辊后的铜箔10厚度的一半，小于铜箔10的总厚度。采用此技术方案，用于在铜箔10上成型可控的凸凹点，增加铜箔10的延伸率、抗拉强度和密度。

作为优选，所述精辊碾压机构5设置有多组对称的碾压辊501，多组所述的碾压辊501用于将冲压后的铜箔10进行多级碾压，使其碾压到铜箔10的目标厚度。采用此技术方案，用于碾压铜箔10以及铜箔10上的凸凹点，并将铜箔10碾压平整，以增加铜箔10的延伸率、抗拉强度和密度，使其微观缺陷少能够碾压更薄；其中，目标厚度为6-8μm。

作为优选，所述正面抛磨装置和/或背面抛磨装置包括设置在铜箔10一侧的牵引辊601以及设置在铜箔601另一侧的抛磨辊602，所述牵引辊601的两侧设置有张紧轮603；所述牵引辊601在牵引铜箔10时，由抛磨辊602在铜箔10的一侧进行抛磨；其中，抛磨辊602的砂轮粒度设置在80～1200#，转速在500～3000转/分，摇摆的频率控制在50～300次/分，摇摆幅度≤5cm。采用此技术方案，有助于铜箔10的表面进行抛磨，并且抛磨余量小，提高抛磨后的光洁度。

作为优选，所述收料机构7包括导向辊701和卷料辊702。采用此技术方案，由导向辊701将铜箔10引导到卷料辊702进行卷料。

作为优选，该设备中还设置有多组输送辊11和光电传感器12以及清洗头13、防氧化处理14、烘干机构15和切边处理16；多组所述的输送辊11分别设置于剥离机构2、粗辊预压机构3、高频冲压机构4、精辊碾压机构5、抛磨机构6和收料机构7之间用于铜箔10的输送；所述光电传感器12用于设置在预压辊301和碾压辊501检测预压和碾压后的铜箔10厚度；所述清洗头13、烘干机构15、防氧化处理14和切边处理16依次设置在抛磨机构6和收料机构7之间用于清洗抛磨后的铜箔10，并将其进行洪干后再进行氧化处理、切边。

作为优选，所述抛磨辊602与活动座802连接，所述活动座802通过导杆和弹簧与底座801弹性连接。采用此技术方案，有助于控制抛磨力度。

作为优选，所述正面抛光装置和背面抛光装置可根据工艺要求设置多段抛磨。

作为优选，所述剥离刀201由绝缘的陶瓷或塑料制成，其剥离刀201连接阴极电解辊103的一侧低于阴极电解辊103的最高点。采用此技术方案，减少剥离后的铜箔10与剥离刀201连接。

作为优选，所述高频冲压机构4所冲压出的凹凸点不仅有助于精辊碾压机构5碾压平整，而且有助于增加铜箔10的延伸率，便于精辊碾压机构5将铜箔10碾压到目标厚度。

具体实施例

在实际使用时，如图1、图4所示，由常规电解铜箔机构中的阴极电解辊电解生产12μm厚度的毛铜箔，然后由剥离刀将其从阴极电解辊上剥离，通过输送辊将其输送至粗辊预压机构中，由预压辊滚压毛铜箔，将其毛铜箔初步辊压到8μm，然后，由高频冲压机构在预压后的铜箔表面冲压成型5-6μm左右的凹凸点，再将带有凹凸点的铜箔输送至精辊碾压机构，由精辊碾压机构中的多个碾压辊将其凹凸点碾压平整以及将铜箔碾压到6μm，然后，将其输送至抛磨机构，由抛磨机构进行正反抛磨，使抛磨后的铜箔表面光洁，然后在进行常规的水洗、烘干、防氧化处理和切边，最后将其收纳到卷料辊上。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。