[发明专利]一种提高锂电池负极铜箔集电极电性能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂电池器件及锂电池材料制造技术领域，具体涉及一种提高锂电池负极铜箔集电极电性能的方法。

背景技术

锂电池负极材料把握动力电池安全性命脉，在锂离子电池负极材料中，除石墨化中间相碳微球(MCMB)、无定形碳、硅或锡类占据小部分市场份额外，天然石墨和人造石墨占据着90％以上的负极材料市场份额。石墨化碳材料、无定形碳材料、氮化物、硅基材料、锡基材料、新型合金和其它材料。

锂离子电池主要由正极、负极、隔膜和电解液组成。充电时加在电池两极的电势迫使正极的嵌锂化合物释放出锂离子,通过隔膜后嵌入六方片层结构的石墨负极中；放电时锂离子则从片层结构的石墨中析出,重新和正极的嵌锂化合物结合,锂离子的移动产生了电流。锂离子电池的结构和充放电过程化学反应原理虽然很简单,然而在实际的商业化应用中需要考虑很多问题。例如,正负极材料的导电性能、充放电电位、活性、脱插锂的结构稳定性能、倍率性能和安全性能等,以及电解液的稳定性、导电性和环境适应性等。

除上述因素外,锂离子电池的内阻必须足够小,只有这样才能保证使用的可靠性和较长的循环寿命。这不仅取决于正负极活性,而且与集流体有着相当大的关系。锂离子电池集流体的主要材料是金属箔(如铜箔、铜箔),其功用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输出,因此集流体应与活性物质充分接触,并且内阻应尽可能小,这也是锂离子电池为什么选用价格较高的铜箔和铜箔的主要原因。铜箔具有良好的导电性、柔韧性和适中的电位,耐卷绕和辗压,生产技术较成熟,因而成为锂离子电池负极集流体的首选材料。

锂电池负极集电极铜箔目前还没有国际标准和国家技术标准，铜箔行业生产厂商都是参照《国际电子线路互联与封装协会有关铜箔的技术标准》(标准编号：IPC-4652)中的甚低轮廓度铜箔(VLPC)的规定执行；锂电池行业一般要求铜箔表面粗糙度Rz≦2.5um。

目前的锂电池用负极集电极铜箔有两种，分别是压延铜箔和电解铜箔。传统工艺生产制造的电解铜箔特点是：(1)铜箔析出面为柱状晶体组织(2)晶粒粗大(3)结晶缺陷多(4)表面较为粗糙，Rz≧3um。

甚低轮廓电解铜箔生产工艺不同于传统电解铜箔的是对铜箔中结晶结构的空穴、重排、双晶等结晶缺陷所占的比例(浓度)加以控制，主要手段是采用新型添加剂和制箔条件(电解工艺条件)的改进，注重的是铜箔的综合特性，表面粗糙度可达到Rz≦2.5，但电性能(电流密度)会有所降低。传统方法处理后的铜箔表面粗糙度如表1所示。

表1.传统电解铜箔表面粗糙度表

锂离子电池用电解铜箔作为锂离子电池的负极集流体,铜箔在电池中既充当负极活性物质的载体,又充当负极电子流的收集与传输体,因此,铜箔集流体对锂离子电池的电化学性能有很大的影响，即必须具有良好的导电性,表面能均匀地涂敷负极材料而不脱落。因此研究改善负极集流体铜箔导电性能及表面粗糙度性能，对锂离子电池充放电循环性能的提高具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种提高锂电池负极铜箔集电极电性能的方法，具体地是利用真空等离子镀膜技术在锂电池负极集电极铜箔上沉积一层纳米铜薄膜，再对铜薄膜表面进行离子源轰击处理，用以提高锂电池负极材料与集电极铜箔的附着力。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种提高锂电池负极铜箔集电极电性能的方法，利用真空等离子镀膜技术在锂电池负极集电极铜箔上沉积一层纳米铜薄膜，再对铜薄膜表面进行离子源轰击处理，用以提高锂电池负极材料与集电极铜箔的附着力。

作为本发明较优的方案，进一步地，该方法包含有如下步骤：

a、利用卷绕式真空磁控溅射镀膜设备，将要处理的8-16um厚度传统锂电池负极集电极用铜箔在净化房内裁切到需要的尺寸，然后将所述裁切后的待镀膜铜箔装入所述卷绕式真空磁控溅射镀膜设备内；

b、操作所述卷绕式真空磁控溅射镀膜设备，调整设备至镀铜薄膜及离子源轰击处理的工艺条件；

c、调整所述卷绕式真空磁控溅射镀膜设备的卷绕系统，将处于所述卷绕式真空磁控溅射镀膜设备的放卷辊上的待镀膜铜箔展开，调整铜箔卷绕张力以使镀膜铜箔可在放卷辊上稳定运行；

d、利用所述卷绕式真空磁控溅射镀膜设备在所述待镀膜铜箔表面沉积一定厚度的铜薄膜，待镀膜铜箔经过等离子沉积铜薄膜后，粗糙的表面凹坑被填平，表面粗糙度降低；