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锂电池重要材料铜箔的制造以及技术发展趋势

2018-03-15 11:21 次阅读

一, 铜箔的分类:

按厚度可以分为厚铜箔(大于70μm)、常规厚度铜箔(大于18μm而小于70μm)、薄铜箔(大于12μm而小于18μm)、超薄铜箔(小于12μm);

按表面状况可以分为单面处理铜箔(单面毛)、双面处理铜箔(双面粗)、光面处理铜箔(双面毛)、双面光铜箔(双光)和甚低轮廓铜箔(VLP铜箔)铜箔等。

(1)单面处理铜箔(单面毛):在电解铜箔中,生产量最大的品种是单面表面处理铜箔,它不仅是覆铜板多层板制造中使用量最大的一类电解铜箔,而且是应用范围最大的铜箔。

(2)双面处理铜箔(双面粗):主要应用于精细线路的多层线路板,其光面处理面具有较低的轮廓,此面与基材压合后制成的覆铜板,在蚀刻后可保持较高精度的线路。此类铜箔的需求量越来越大。

按应用范围划分:

(1)覆铜箔层压板(CCL)及印制线路板用铜箔(PCB):CCL及PCB是铜箔应用最广泛的领域。PCB目前已经成为绝大多数电子产品达到电路互连的不可缺少的主要组成部件。铜箔目前已经成为在电子整机产品中起到支撑、互连元器件作用的PCB的关键材料。目前,应用于CCL和PCB行业绝大部分是电解铜箔。

(2)锂离子二次电池用铜箔:根据锂离子电池的工作原理和结构设计,石墨和石油焦等负极材料需涂敷于导电集流体上。铜箔由于具有导电性好、质地较软、制造技术较成熟、价格相对低廉等特点,成为锂离子电池负极集流体首选。

(3)电磁屏蔽用铜箔:主要应用于医院、通信、军事等需要电磁屏蔽的部分领域,由于压延铜箔受幅宽的限制,电磁屏蔽铜箔多为电解铜箔。

按生产方式可分为电解铜箔和压延铜箔。

二, 锂离子电池用铜箔的生产方法

(1)压延铜箔:一般是由铜锭做原材料,经热压、回火韧化、削垢、冷轧、连续韧化、酸洗、压延及脱脂干燥等工序制成,生产难度大,设备精度高,因此成本也较高;其生产方式的主要区别在于轧机的选型,一般都采用进口轧机。

关键技术:压延铜箔要求具有更小的厚度偏差、更好的平整度以及残余应力,所以铜箔轧制是关键工序,轧制过程中的厚度、速度、张力和表面质量控制尤为重要。

压延铜箔表面处理工艺

(2)电解铜箔:电解铜箔是由电解液中的铜离子在光滑旋转不锈钢板(或钛板)圆形阴极滚筒上沉积而成,铜箔紧贴阴极滚筒面的面称为光面,而另一面称为毛面。

在直流电的作用下,电解机内的硫酸铜电解液中的二价铜离子还原成铜原子,并聚焦结晶在不断转动的光滑的阴极辊筒表面。

预处理:对生箔表面清洗,去除氧化以及对表面进行浸蚀的过程,一般采用硫酸,双氧水或者其混合溶液进行处理

防氧化处理:为了防止铜箔在存储、运输以及使用过程中遇到潮湿的空气以及过高的温度,对铜箔表面采用酸性或者碱性的防氧化处理,通直流电使得铜箔表面生产氧化膜,达到抗氧化的目的

烘干:彻底去除水分,同时不能对铜箔表面造成伤害

1,电解铜箔和压延铜箔的区别:

第一,二者制程工艺不同,电解是通过电镀工艺完成,压延铜是通过涂布方式生产;

第二,性能不一样,电解铜导电性好一些,压延铜绕曲性要好一些,一般有弯折要求的产品就用压延铜箔,压延铜箔单价比电解铜箔要贵;

第三,电解铜分子比较疏松,易断;压延铜分子紧密,柔性好,越薄柔性越好;含磷压延铜分子细腻,后处理电镀表观光亮,但柔性比纯压延铜差。

三,铜箔的检验:

要有厚度、标准质量、外观、抗张强度、剥离强度、抗高温氧化性、铜箔的质量电阻系数的技术性能要求,除以上7项主要性能要求外,有些厂家还有其他方面性能要求,如延伸率、耐折性、硬度、弹性系数、高温延伸性、表面粗糙度、蚀刻性、可焊性、铜箔的色相等等技术要求,各个厂家也有自己的检验标准和检验方法,在此就不在详述。

四,铜箔的技术发展趋势

随着能量密度的不断提升,动力电池厂商也对铜箔提出了更高的要求,超薄铜箔(≤6μm),高抗拉强度的铜箔,多孔铜箔,涂层铜箔等纷纷面世。

与多孔铝箔一样,尽管可以提高负极活性物质的负载量,让负极形成立体的导电网络,但在大规模生产中,还是不可避免的面临着巨大的困难需要解决,在涂布、碾压、、剪切、卷绕等方面还是存在一定的技术难度,需要广大同仁们一起努力去解决。

与涂层铝箔类似,具有涂层的铜箔也可以显著的降低接触内阻,提高粘结力,加速电解液浸润,改善低温性能,减少过程中的毛刺,对集流体保护等等,但就目前而言,和负极材料的匹配性还不是十分的理想,因此还没有大批量的使用,需要进一步的研究和优化。

小结:

本文主要介绍了铜箔的分类、制备工艺以及发展趋势,任何一种技术的发展,都离不开大量的重复性实验、验证、分析这些看似枯燥乏味的工作,而正是由于这些基础工作的不断积累,才能促进科学技术的不断进步。对于新能源这个崭新的行业,仍旧需要广大基层的工程师们不断的重复,最终完成产品的不断的更新换代,完成新能源的梦想。

原文标题:锂离子电池辅材系列之二 ~ 铜箔的制造以及技术发展趋势

文章出处:【微信号:Recycle-Li-Battery,微信公众号:锂电联盟会长】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

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