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锂电池用6微米超薄双面光电解铜箔工艺分析

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锂电池用6微米超薄双面光电解铜箔工艺分析

144 电子技术 0 引言 在电子制造行业,各类电子通讯器件日益朝向小型化、大密度相 互连接方向发展,对于制作锂电池、印制电路板所需应用到铜箔的规 格与性能提出了更高的要求。其中厚度 的铜箔被称为超薄铜箔, 这类电解铜箔的生产制造工艺较为复杂,需对其中存在的各类问题进 行改进,为规模化生产提供指导意义。 1 6微米超薄电解铜箔的生产制备方法 其一是微蚀法,采用蚀刻方式降低铜箔厚度,使其符合超薄铜箔 标准;其二是加成法,利用金属化后的PI膜与超薄铜箔进行电沉积 反应,但该方法将有可能使铜箔表面产生针孔,在热循环条件下还有 可能降低其抗剥离强度;其三是可剥离电解铜箔法,该方法利用 或 载体箔进行电沉积反应,制成超薄铜箔 [1] 。 2 锂电池用6微米超薄双面光电解铜箔生产工艺的改 进探讨 (1)生产工艺参数设置。1)电流密度。在生产超薄电解铜箔的 过程中,电解液成分、电沉积条件等因素都与铜箔的物理或化学性能 存在密切关联。其中电流密度将直接影响电解铜箔的表面结晶生长形 态,在 高纯度酸性硫酸铜溶液中,电流 密度的变化直接影响到 沉积层生长状态,电流密度为 、过电位为 的 结晶生长形态为层状;电流密度为 、过电位为 的 结晶生长形态为棱锥状;随着 电流密度增大至 、过电位增至 ,其沉积层生长形 态也会在原有层状与棱锥状的基础上添加截短的棱锥状。因此在工业 化生产中需注重加强对电流密度的把控,保障电解铜箔结晶处于恰当 生长形态。2)温度。在生产制造电解铜箔的过程中,适当加大温度 可起到提高电解铜箔生产强度的作用,能够有效提高电解液电导率, 降低电解液的黏度、过电位与电解槽槽压,同时需在工业化生产中注 重控制温度,避免因温度过高而加快电解液蒸发速率,造成能耗浪费 问题。通常直流电解温度保持在 之间,在利用脉冲电解法制 备铜箔时其最佳温度为 ,当温度大于该数值时将导致电解铜箔阴 极析氢,表面产生凹点;在利用脉冲电沉积法制备铜箔时,其适宜温 度为 ,避免温度过高加剧阴极析氢、温度过低无法发挥添加剂效 用。3)添加剂。现如今电解铜箔生产企业普遍应用酸性硫酸盐镀铜 电解液,具有工艺操作便捷、电流效率高、使用成本低等优势。在使 用有机复合添加剂进行电解铜箔生产时,主要包含以下几种方法 其一是使用包含 PEG、 SP、 硫 脲、 甲基硫代氨基甲酰基丙烷磺酸钠的有机复合添加剂制 备铜箔,生产出的超薄双面光电解铜箔其表面粗糙度 ;其二 是选用SP、M、N、P-8000、MA-80、A01等有机物质制成复合添加 剂MA,可确保在 的电流密度下获得晶粒,提高铜箔的光亮 效果与深镀能力;其三是选用烷氧基二胺、氨基甲酸酯、咪唑啉基化 合物配置成光亮剂,能有效提高铜镀层的光亮性;其四是选取PEG、 EDTA作为添加剂,均有助于增加铜箔表面膜应力、降低其织构程度; 其五是选取聚丙烯酰胺作为光亮剂或整平剂,并将温度控制在 左 右,可以有效降低铜箔表面粗糙度、提高表面光亮度与紧密性。 (2)电解液流速流向设置。在电解铜生产的过程中需应用到生 箔机设备,原有生箔机采用下进上出配合温差式内循环进液方式,电 解液流速约为 s m/ 8 . 0 ,但随着生产时长的推移其阳极会在腐蚀作用下 产生损耗,大电流状态下槽电压也会相应升至 V 8 。在此选用第四代生 箔机作为生产设备,采用上进下出、钛铱阳极生产模式,确保电解液 达到 s m/ 2 的最佳工况流速,并将电流密度设为 ,配合 SOUL-G、 HEC、 PEG等物质制备成添加剂。经由 以上生产工艺参数设置,所生产的6微米超薄铜箔的常温抗拉强度为 38.56MPa、常温延伸率为4.75、表面粗糙度为2.58 m ,其力学性能 得到了显著提升。 (3)加剂选择与含量控制。在添加剂选择上,拟选取SP、 HEC、PEG以及明胶SOUL-G作为添加剂。其中SP作用于铜箔中的 铜离子,其浓度变化将直接使铜箔结构形态由锥形向层状发展,有助 于降低铜箔表面的粗糙度、提高抗拉强度与延伸率,有效抑制针孔问 题,发挥整平剂与光亮剂效用。HEC作为一种非离子型表面活性剂能 够使晶粒保持横向生长,降低铜箔表面粗糙度、抑制针孔,提高其抗 拉强度与延伸率,然而某种情况下HEC也有可能引起铜箔翘曲问题, 因此需注重加强含量控制。PEG有助于加强阴极极化现象、光滑晶粒, 起到降低铜箔表面粗糙度、抑制杂质金属电沉积等作用,但其过量应 用也会导致铜箔的抗拉强度、延伸率有所下降。SOUL-G在沉积过程 中电离成为阳离子,随电泳逐步向阴极移动、吸附并放电,当阴极吸 附明胶累积到一定量时将加大电阻、抑制铜离子析出,起到抑制铜离 子沉积作用。在针对添加剂进行正交试验后,最终将添加剂的含量控 制为 PEG、 HEC、 SP以及 明胶,确 保铜箔各项性能达到最优水平 [2] 。 (4)防氧化处理。通常锂电池的使用温度小于 C 0 150 ,因此在 生产铜箔的过程中也要针对其进行防氧化处理,保证铜箔在 C 0 160 、 30min条件下不产生变色。在此宜选用葡萄糖铬酸酐工艺进行防氧 化处理,经由浸泡、辊压挤、烘干等处理流程,确保铜箔表面涂层均匀、 形成一层有机膜。实验证明应用此工艺处理后,6微米超薄铜箔表面 仍然呈现为铜黄色、色泽较为鲜艳,抗张力、抗拉伸、水平度、韧性、 延伸率等指标均保持良好,未出现氧化现象,能够充分满足锂电池负 极片烘烤与焊接要求,优化铜箔充放电性能。 3 结论 本文针对锂离子用超薄电解铜箔的生产工艺进行了改进优化,试 验结果证明超薄锂电箔的性能与电解液流速流向、添加剂种类用量、 防氧化处理等因素存在密切关联,因此应采用上进液生产方式配合高 流速、不溶性阳极、完善铜箔表面防氧化处理,以此最大限度满足超 薄电解铜箔的工业化生产要求。 参考文献 [1]张永清,吉毅松,孙丽红.国内外电解生箔机及铜箔发展情况的 介绍[J].河北建筑工程学院学报,2013,3104. [2]黄崛起.载体超薄铜箔的制备及其剥离形成过程电化学机理研究 [D].江西理工大学,2012. 锂电池用 6 微米超薄双面光电解铜箔工艺分析 操声跃 (铜陵市华创新材料有限公司,安徽 铜陵 244000) 摘 要铜箔是锂电池与印制电路板中的重要导电材料,现已实现规模化生产。本文简要分析了6微米超薄电解铜箔的生产制备方法,围绕生 产工艺参数设置、电解液流速流向设置、添加剂选择与含量控制、防氧化处理等四个层面,探讨了锂电池用6微米超薄双面光电解铜箔生产工 艺的具体改进策略,以供参考。 关键词6微米超薄电解铜箔;生产工艺;锂电池 DOI10.16640/ki.37-1222/t.2019.12.125

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