[发明专利]铜箔生产连体机及其锂离子电池用高粘结强度铜箔工艺

说明书

技术领域

本发明属于铜箔生产技术领域，特别涉及一种铜箔生产连体机及其锂离子电池用高粘结强度铜箔工艺，将双面光的铜箔表面经过电沉积的处理，适当地改变表面粗糙度，增加与负极活性物质的接触面积，减少界面的空隙，从而增加粘结强度，减少内阻，延长锂离子电池的循环寿命。

背景技术

一般的电解铜箔都有靠阴极辊的亮面及靠阳极的毛面，亮面的表面粗糙度约为Ra 0.2-0.4微米，Rz 1-1.5 微米。厚度8微米铜箔毛面的表面粗糙度约为Rz 4-5 微米，两者之间的差距很大，造成锂离子电池用铜箔负极活性材料的涂层厚度及附着力有很大的变化。负极片两面的比容量及循环寿命也跟着有很大的差异。

铜箔毛面是以柱状的晶型成长，Rz 4-5 微米晶粒的直径在3-10微米左右，晶粒的峰与峰的距离在5-10微米之间。亮面的粗糙度则取决于抛光刷的粒度和抛光工艺。按一般的逻辑，粗糙度与负极活性物质的粘结强度应成正比的关系。 可是事实并不是如此。原因是负极活性物质如石墨的粒径约在5-25微米之间，大多数在10微米左右。无论是毛面或是亮面，这么大的石墨颗粒是无法镶进铜箔的晶粒之间。结果大部分的石墨颗粒只是坐落在铜箔的晶粒峰顶上，晶粒的峰顶成了唯一与活性物质的接触面，晶粒之间的空隙围困着空气及气体，成了负极内阻的主要来源之一。

负极活性物质无论是水性或油性，在涂布后的烘烤过程，都会把所含的液体烘干掉。这些液体包括粘结剂可以占到原来活性物质60%的体积，失去这么多的体积，干燥的活性物质在铜箔表面产生了很大的内应力。这种内应力可以在涂布极片第一面的时候，铜箔或铝箔产生翘曲来证明。活性物质的表面非常干燥，它与铜箔的界面就不一定那么干燥，甚至有些液体气化后，被围困在活性物质与铜箔晶粒之间的界面。这些气体即使在之后的压平工序，也出不去。压平后活性物质的面密度增加，气体更出不去，而且被压缩的气体产生更大的内应力。在充放电的循环过程，气体也不断地膨胀、收缩，内应力也逐渐的释放，直到最后活性物质与铜箔脱离为止。这种现象可以解释为何活性物质脱离最严重的区域总是在极片的中央地带，而非在极片的边缘。

石墨的维式硬度在7-11 HV之间，而铜的硬度在77-99 HV之间。石墨比铜软，所以在压平的过程，有一部分的铜箔晶粒峰顶会插入石墨颗粒，但是被压缩的气体会阻挡插入的深度。 这使得铜箔毛面的晶粒既有固锚的作用，又有围气的缺点如图1。当表面粗糙太高，所圈围住的气体就越多。相反的，铜箔亮面没有晶粒的固锚，粘结力会较差。但是亮面的气体较少，只存在于活性物质的颗粒之间如图2。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题提出一种铜箔生产连体机及其锂离子电池用高粘结强度铜箔工艺，适当地改变铜箔表面粗糙度，增加与负极活性物质的接触面积，减少界面的空隙。从而增加粘结强度，减少内阻，延长锂离子电池的循环寿命。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

铜箔生产连体机，包括生箔机和后处理机，生箔机包括阴极辊、圆弧形阳极槽，阴极辊在阳极槽中转动设置，所述后处理机顺序连接包括铜箔预处理槽、第一水洗槽、钝化槽、第二水洗槽和收卷装置；其中，所述后处理机连接在生箔机之后，后处理机预处理槽中的铜箔导入辊与生箔机铜箔剥离辊的直线距离不大于3米，所述预处理槽中沿进槽方向铜箔的两个面分别设有粗化处理阳极板，同时在预处理槽中沿出槽方向铜箔的两个面分别设有固化处理阳极板。

进一步，所述阳极槽在阴极辊两侧的上端口设置为硫酸铜溶液进口，在阳极槽的底端设置有硫酸铜溶液出口。

进一步，所述固化处理阳极板与铜箔面平行设置，所述粗化处理阳极板与铜箔面沿铜箔行进方向呈0.5至5度夹角设置。

基于所述铜箔生产连体机的锂离子电池用高粘结强度铜箔工艺，包括将由生箔机剥离辊输送出来，双面粗糙度Rz小于1.7微米、Ra小于0.25微米的铜箔经铜箔导入辊送入所述后处理机进行双面粗化处理、双面固化处理、钝化处理和水洗，其中，所述双面粗化处理、双面固化处理同处于后处理机的预处理槽中，所述预处理槽中沿进槽方向铜箔的两个面分别设有粗化处理阳极板，同时在预处理槽中沿出槽方向铜箔的两个面分别设有固化处理阳极板，随着铜箔在预处理槽中先在两块粗化处理阳极板通过，后经过两块固化处理阳极板之间，所述铜箔的粗化处理、固化处理的工艺是：首先以电流密度   5 – 10 A/dm²进行粗化处理，然后以电流密度3 – 7 A/dm²进行固化处理，粗化处理和固化处理的溶液是以去离子水作为基本溶剂，其中：

硫酸铜       40-120   g/l