高抗拉雙面光鋰電池電解銅箔添加劑新配方開發(fā)

徐建平，郭立功

（江西省江銅耶茲銅箔有限公司，江西 南昌 330096）

隨著科技發(fā)展，普通銅箔已經(jīng)不能滿足電子產(chǎn)品的生產(chǎn)要求，國(guó)內(nèi)銅箔生產(chǎn)企業(yè)并未完全掌握高性能電解銅箔的生產(chǎn)技術(shù)，尤其抗拉強(qiáng)度大于40kg/mm2的雙面光鋰電銅箔。添加劑的成分，以及銅箔生產(chǎn)的工藝條件，例如鍍液的濃度和溫度以及電流密度等，是影響銅箔性能的兩個(gè)主要因素。先進(jìn)的設(shè)備和優(yōu)良的添加劑才能生產(chǎn)高性能的電解銅箔[1]。

一定厚度的條件下,選擇合適的添加劑，進(jìn)行不同的配比，通過不同添加劑中的作用，改善銅箔性能，來獲得高抗拉雙面光鋰電池。作為鋰離子電池負(fù)極的重要組成部分，電解銅箔必須要有極好的導(dǎo)電性、附著性、耐折性和均勻的厚度，這就需要在制備電解銅箔的電解液中加入添加劑，來對(duì)電解銅箔表面進(jìn)行改性，從而改善鋰離子電池負(fù)極集流體的性能[2]。下面研究獲得制備具有高抗拉雙面光銅箔材料的添加劑配方。

1 添加劑配方開發(fā)

1.1 添加劑配方組成

聚二硫二丙烷磺酸鈉、聚乙二醇、羥乙基纖維素，能提高銅箔抗拉強(qiáng)度。甲基紫、剛果紅整平效果較好。適當(dāng)在電解液中添加Cl-，Cl-表現(xiàn)出比較強(qiáng)的去極化作用，從而提高了銅電沉積速率。電解液中添加有機(jī)硫化物能夠起到很好的整平及光亮作用。羥乙基纖維素能促使晶粒面向生長(zhǎng)，抑制針孔，但會(huì)引起銅箔翹曲。聚乙二醇等聚醚化合物，能細(xì)化晶粒。聚二硫二丙烷磺酸鈉細(xì)化晶粒,防止異常晶粒長(zhǎng)大。但過量會(huì)降低銅箔高溫抗拉強(qiáng)度和延伸率。骨膠具有細(xì)化晶粒和整平的效果，能夠保證銅箔具有一定的粗糙度和提高銅箔常溫抗拉強(qiáng)度和延伸率，但會(huì)降低高溫抗拉強(qiáng)度和延伸率。稀土元素的加入會(huì)使添加劑成分更加穩(wěn)定。

1.2 添加劑配比方案制定

根據(jù)不同添加劑作用效果不同，在保證傳統(tǒng)添加劑成分效果的基礎(chǔ)上，調(diào)配一組不同成分和濃度的添加劑配方。針對(duì)傳統(tǒng)配方的缺陷，按照骨膠1.5mg/L，聚二硫二丙烷磺酸鈉0.8mg/L，聚乙烯亞胺0.1mg/L，聚乙二醇1.0mg/L，甲基紫0.15mg/L，配比組成新的配方。

2 抗拉伸性對(duì)比實(shí)驗(yàn)

以本次開發(fā)的新添加劑配方為實(shí)驗(yàn)組，傳統(tǒng)配方作為對(duì)照組。制樣8μm（基重72±1g/㎡），利用SEM、微機(jī)控制萬能試驗(yàn)機(jī)和高溫拉伸機(jī)研究?jī)山M不同添加劑對(duì)電解銅箔組織性能的影響。

2.1 實(shí)驗(yàn)過程

在50℃水浴中，將100g五水硫酸銅溶解于蒸餾水。取20mL濃硫酸，邊攪拌邊加入，全部晶體溶解后，配成300mL基礎(chǔ)電解液。依照濃度稱取適量添加劑于燒杯中使用DI水配制成100mL溶液，在50℃水浴保溫待用。組裝好實(shí)驗(yàn)電解裝置，在溶液中分別按設(shè)計(jì)濃度使用實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組兩組添加劑進(jìn)行電解制樣。制備結(jié)束后，使用SEM、微機(jī)控制萬能試驗(yàn)機(jī)和高溫拉伸機(jī)研究?jī)山M電解銅箔性能。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

用高溫拉伸機(jī)和微機(jī)控制萬能試驗(yàn)機(jī)對(duì)實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組兩組電解銅箔，進(jìn)行抗拉伸性和延伸性測(cè)試，測(cè)試兩組銅箔的抗拉性和延伸性，測(cè)試結(jié)果如表1所示。

表1 拉伸性和延展性實(shí)驗(yàn)對(duì)比結(jié)果表

從表1中可以看出，實(shí)驗(yàn)組的拉伸性和延展性好于對(duì)照組，實(shí)驗(yàn)組制備出的銅箔內(nèi)應(yīng)力減少，銅箔缺陷小。兩組銅箔的外觀光亮度相近。使用SEM對(duì)鍍層表面放大1000倍可以明顯看出區(qū)別，如圖1和圖2所示。

從圖1和圖2兩組電解銅箔SEM對(duì)比，實(shí)驗(yàn)組更為平整均勻，對(duì)照組均勻程度較差。

圖1 實(shí)驗(yàn)組SEM＊1000

綜上所述，按照實(shí)驗(yàn)組添加劑配方，制備的電解銅箔效果更好，銅箔綜合性能最好，具有高抗拉性和均勻緊密的鍍層。

圖2 對(duì)照組SEM＊1000

3 結(jié)語

電解銅箔作為鋰離子電池制造，電子產(chǎn)品、電氣工業(yè)生產(chǎn)的主要原材料，其性能的優(yōu)劣影響著整個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在電解銅箔的制備中，添加劑起著極為重要的作用，添加不同成分添加劑，會(huì)直接影響到銅箔的性能，影響著電解銅箔電沉積層的形態(tài)和結(jié)構(gòu)。為滿足未來電子電氣等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需求，制備具有高抗拉性、高穩(wěn)定性能的電解銅箔是必然趨勢(shì)。