一种轻型双面粗糙化特种铜箔的制备方法与流程

本发明涉及铜箔制备，具体为一种轻型双面粗糙化特种铜箔的制备方法。

背景技术：

1、近年来，随着新能源行业的快速发展，锂离子电池凭借其体积小、能量密度高备受青睐，被广泛应用于动力电池和储能领域，需求量逐年递增。锂电铜箔作为锂离子电池的关键材料之一，常被用作石墨、硅、锡以及钴锡合金等负极活性物质的载体，并起到汇集和传输电流的作用。

2、随着终端技术的不断迭代，对锂电铜箔也提出了更高的要求。为了解决用户续航里程焦虑，电池的能量密度需要进一步提升，这就要求锂电铜箔在6μm的基础上继续减薄减重，虽然市面已有4.5μm的锂电铜箔出现，但综合成品率并不高，成本始终无法降下来，以至于利润很低。据悉，负极活性物质与铜箔之间发生脱落的现象时有发生，原因在于受锂电铜箔工艺制程的限制，包括阴极辊抛磨工艺以及为解决抗拉强度和延伸率不满足要求而引入的多组分添加剂，致使所生产出来的铜箔两面的粗糙度和比表面积都比较低，无法与负极活性物质紧密结合，影响界面间的结合力。另外，每年因锂电池失火而造成的伤亡事故屡屡发生，消费者在购买相关电子产品和新能源汽车时也变得格外谨慎，如何提升锂电池的安全性能成为重要的研究方向，因此，本发明提出一种轻型双面粗糙化特种铜箔的制备方法，以解决上述提到的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种轻型双面粗糙化特种铜箔的制备方法，解决了上述背景技术提到的问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种轻型双面粗糙化特种铜箔的制备方法，具体包括以下步骤：

3、步骤一、原膜预处理：采用离子源对高分子聚合物薄膜的两面进行离子轰击，通过调整离子源的功率、处理时间来和惰性气体充气量来调控预处理效果，清洁薄膜表面，并适当活化和改性；

4、步骤二、制备种子层：通过真空磁控溅射技术，在经过预处理的高分子聚合物薄膜的两面沉积一层种子层，便于后续电镀加厚铜层步骤的实施，通过调整镀膜功率、时间和惰性气体充气量等来调控该功能层的厚度；

5、步骤三、水电镀加厚层：采用水电镀的方法，通过控制铜酸浓度、电流密度、添加剂浓度和运行车速，将种子层加厚至指定厚度；

6、步骤四、表面处理层：通过控制铜酸浓度、电流密度、添加剂浓度和运行车速，使材料两面具备合适的粗糙度和比表面积，并通过调控钝化电镀液的配方，使最终产品具有优异的抗氧化性能。

7、优选的，所述步骤一中的高分子聚合物薄膜可以是由聚酰亚胺、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二酯、聚四氟乙烯、聚丙烯腈等组分中的一种或几种形成的薄膜，厚度在3-18μm之间。

8、优选的，所述步骤一中的离子源处理包括但不限于霍尔离子源、阳极层离子源、电弧预处理、考夫曼离子源、icp离子源、电晕、电浆轰击，所用气体包括但不仅限于氩气、氮气、氧气、一氧化二氮、二氧化碳、一氧化碳和氢气，处理功率0.5-10kw，处理时间10-60s，惰性气体流量50-500sccm。

9、优选的，所述步骤二中的种子层制备采用真空镀膜技术，包括蒸发镀膜、磁控溅射镀膜、直流溅射镀膜以及离子镀膜等(包括电弧镀和hipims)，优选为磁控溅射镀膜，靶材材料可以是cu/ni/co/cr/zn/fe中的一种或几种，处理功率5-20kw，处理时间10-60s，惰性气体流量50-500sccm，使种子层厚度控制在5-100nm之间。

10、优选的，所述步骤三中的水电镀加厚层的制备方法包括酸法电镀加厚、碱法电镀加厚或者碱-酸复合电镀方法，电镀加厚的厚度为0.5-1.5μm。

11、优选的，所述步骤二和步骤三可以合并为一个步骤，采用真空蒸发镀膜的方式直接将铜层制备至指定厚度，厚度为0.5-2μm。

12、优选的，所述步骤四中的表面处理过程包括增加铜箔表面粗糙度和比表面积的粗化过程和固化过程，以及增加常温抗氧化能力的镀铬钝化过程。

13、优选的，所述酸法电镀加厚的主要成分为cuso4、h2so4、cl-、走位剂和光亮剂。其中走位剂为为胶原蛋白、羟乙基纤维素、聚乙烯亚胺、聚乙二醇、氨基磺酸、亚氨基二乙酸铵、聚醚胺、聚醚酰胺以及冠醚类化合物中的一种或几种；光亮剂为含硫的有机物，由硫脲、亚硫酸钠、硫化钠、聚二硫二丙烷磺酸钠以及n-羟乙基苯磺酸酰胺中的一种或几种。

14、优选的，所述碱法电镀加厚的主要成分为cu2p2o7、k4p2o7、h4p2o7和光亮剂。光亮剂为柠檬酸铵、氨水(30％)、二氧化硒、2-巯基苯并咪唑和5-羧基苯并三唑中的一种或几种。

15、优选的，所述的电镀加厚过程，若选为碱法电镀和酸法电镀组合的方式，中间需增加水洗和挤水的功能，防止窜液，影响加厚效果。

16、优选的，所述步骤四的表面处理过程，其中提升粗糙度和比表面积的粗化过程中含有添加剂，主要成分为钼酸钠、钨酸钠、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮以及聚吡咯中的一种或几种。

17、优选的，所述步骤四的表面处理过程，开卷时需经过酸洗去除表面氧化层。在各个独立环节中间需增加水洗和挤水的功能，包括酸洗与粗化之间、粗化与固化之间、固化与钝化之间，经过钝化处理后的铜箔经过水洗后，烘干并收卷。

18、有益效果

19、本发明提供了一种轻型双面粗糙化特种铜箔的制备方法。与现有技术相比具备以下有益效果：

20、该轻型双面粗糙化特种铜箔的制备方法，采用相同厚度的高分子聚合物薄膜代替原有电解铜箔，可降低单位面积的重量，提升电池的能量密度。经过双面粗糙化处理的铜箔，其粗粗糙和比表面积相比常规的锂电铜箔都有显著的提升，增大了与活性材料的接触面积，一方面有效提高了单位面积内锂金属的负载量，提升电池的能量密度，另一方面也增强了与活性材料的结合强度，降低脱落风险。在电池发生内短路时，中间的高分子聚合物薄膜受热会迅速熔断，阻止电流流通和升温，从而提升电池的安全性能。

技术特征：

1.一种轻型双面粗糙化特种铜箔的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种轻型双面粗糙化特种铜箔的制备方法，其特征在于：所述步骤一中的高分子聚合物薄膜可以是由聚酰亚胺、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二酯、聚四氟乙烯、聚丙烯腈等组分中的一种或几种形成的薄膜，厚度在3-18μm之间。

3.根据权利要求1所述的一种轻型双面粗糙化特种铜箔的制备方法，其特征在于：所述步骤一中的离子源处理包括但不限于霍尔离子源、阳极层离子源、电弧预处理、考夫曼离子源、icp离子源、电晕、电浆轰击，所用气体包括但不仅限于氩气、氮气、氧气、一氧化二氮、二氧化碳、一氧化碳和氢气，处理功率0.5-10kw，处理时间10-60s，惰性气体流量50-500sccm。

4.根据权利要求1所述的一种轻型双面粗糙化特种铜箔的制备方法，其特征在于：所述步骤二中的种子层制备采用真空镀膜技术，包括蒸发镀膜、磁控溅射镀膜、直流溅射镀膜以及离子镀膜，靶材材料可以是cu/ni/co/cr/zn/fe中的一种或几种，处理功率5-20kw，处理时间10-60s，惰性气体流量50-500sccm，使种子层厚度控制在5-100nm之间。

5.根据权利要求1所述的一种轻型双面粗糙化特种铜箔的制备方法，其特征在于：所述步骤三中的水电镀加厚层的制备方法包括酸法电镀加厚、碱法电镀加厚或者碱-酸复合电镀方法，电镀加厚的厚度为0.5-1.5μm。

6.根据权利要求1所述的一种轻型双面粗糙化特种铜箔的制备方法，其特征在于：所述步骤四中的表面处理过程包括增加铜箔表面粗糙度和比表面积的粗化过程和固化过程，以及增加常温抗氧化能力的镀铬钝化过程。

技术总结
本发明公开了一种轻型双面粗糙化特种铜箔的制备方法，本发明涉及铜箔制备技术领域。该轻型双面粗糙化特种铜箔的制备方法，采用相同厚度的高分子聚合物薄膜代替原有电解铜箔，可降低单位面积的重量，提升电池的能量密度。经过双面粗糙化处理的铜箔，其粗粗糙和比表面积相比常规的锂电铜箔都有显著的提升，增大了与活性材料的接触面积，一方面有效提高了单位面积内锂金属的负载量，提升电池的能量密度，另一方面也增强了与活性材料的结合强度，降低脱落风险。

技术研发人员：吕吉庆,杨红光
受保护的技术使用者：九江德福科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17