[发明专利]一种高抗拉强度铜箔及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有高抗拉强度铜箔，所述铜箔具有800 MPa以上的抗拉强度；所述铜箔沿生长方向的微观组织含有2类不同尺寸的大晶粒和小晶粒，且大晶粒内部含有纳米孪晶结构；大小晶粒相互包围形成拓扑排布结构，致密度大于99.99%；且所述铜箔的晶粒内含有硫掺杂原子，掺杂浓度为5~50 ppm。本发明还公开了该具有高抗拉强度铜箔的制备方法，采用电解法，电解液中使用同时含有乙烯硫脲分解产物与乙烯硫脲的添加剂。所述乙烯硫脲分解产物为通过循环电镀获取：采用初始电解液进行循环电镀，当循环量达到大于等于初始电解液量10倍时，形成所述乙烯硫脲分解产物。本制备方法利用乙烯硫脲分解产物与乙烯硫脲共存在电沉积铜箔过程中发挥协同作用提升铜箔抗拉强度。

技术领域

本发明涉及铜箔领域，涉及一种高抗拉强度电解铜箔及其制备方法。

技术背景

电解铜箔由于具有优良的导热性、低电阻，同时制造技术成熟、产量大、成本低，是新能源行业锂离子电池的基础功能性材料。与常规碱性电池和镍镉、镍氢电池相比，锂离子电池具有体积小、质量轻、能量密度高、寿命持久、充电速度快、形态可设计等优点，因此近年来成为电子产品、电动工具和动力汽车的首选电源，锂离子电池产业也发展为我国能源领域重点支持的高新技术产业。铜箔在锂离子电池中发挥着负极集流体和活性材料载体的作用，与其在传统印刷电路板的应用场景相比，电池的循环充放电环境对铜箔的粗糙度、和力学性能提出了更高要求，而且铜箔的质量占电池整体的质量要尽可能小。随着锂离子电池产品向高安全性、高可靠性、高功率密度和低成本方向发展，锂离子电池用铜箔势必向高性能、低厚度和低成本方向发展。

当铜箔厚度持续减薄时，为了满足应用过程的张力水平，要求铜箔强度提高，以抵消截面积变小的不利影响。因此迫切需要开发高抗拉强度的铜箔以满足锂离子电池的发展。虽然已有较多的技术方案通过使用各种添加剂来调控电解过程中铜箔的组织形貌、结构和致密度以提高铜箔抗拉强度，但这方面的研究还不成熟，依旧缺乏一种具有极高抗拉强度的铜箔及其对应的制备技术。

发明内容

本发明的目的是针对现有的铜箔抗拉强度不够高的问题，提出一种高抗拉铜箔及其制备方法。

本发明公开的铜箔具有800 MPa以上的抗拉强度，该铜箔沿生长方向（也即厚度方向）微观组织具有如下特征：（1）显微组织含有2类不同尺寸的晶粒，一类是尺寸在500~1000nm且内部含有纳米孪晶结构的大晶粒，另一类是尺寸在50~100 nm的小晶粒；（2）显微组织中大晶粒与小晶粒相互包围，也即大晶粒周围有许多小晶粒、同时小晶粒周围有大晶粒，形成拓扑排布结构；（3）致密度大于99.99%；（4）晶粒内含有硫掺杂原子，掺杂浓度为5~50ppm。

本发明还公开了一种上述具有高抗拉强度铜箔的制备方法，采用电解法即电沉积法，在该制备方法中，电解液中含有添加剂，所述添加剂同时含有乙烯硫脲分解产物与乙烯硫脲。

其中所述乙烯硫脲在电解液中的浓度为：在电解过程中通过持续加入保持0.5-15mg/L。

其中所述乙烯硫脲分解产物为通过循环电镀获取，通过循环电镀获取所述乙烯硫脲分解产物的方法为：采用初始电解液进行循环电镀，所述初始电解液的循环量达到大于或等于初始电解液量的10倍时，该过程所形成的乙烯硫脲分解产物即为所述乙烯硫脲分解产物。其中所述初始电解液含有添加剂乙烯硫脲浓度为0.5-15mg/L。

其中，所述电解液在电解过程中通过补充硫酸铜持续满足：Cu²⁺的浓度为60-120g/L，H₂SO₄浓度为60-110g/L，Cl^-浓度为10-30mg/L。

更为具体的，本发明还公开了上述电解法制备的具体步骤，其中电沉积采用电解循环系统，所述电解循环系统不包含具有吸附能力的过滤器。具体步骤至少包含如下：