一种高性能铜膜处理工艺 |
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申请号 | CN202311869240.0 | 申请日 | 2023-12-29 | 公开(公告)号 | CN117822069A | 公开(公告)日 | 2024-04-05 |
申请人 | 江苏华旺新材料有限公司; | 发明人 | 张东方; 张翼; | ||||
摘要 | 本 发明 公开了一种高性能 铜 膜处理工艺,属于铜膜处理技术领域,包括以下步骤:将经预处理铜膜进行粗化、 固化 和 钝化 处理后,得钝化铜膜,将钝化铜膜浸入改性 硅 烷溶液中涂覆,经固化后完成高性能铜膜的处理工艺;其中,γ‑ 氨 丙基三乙 氧 基硅烷和苯基三甲氧基硅烷经 水 解 后制备得到超支化聚硅氧烷;然后以超支化聚硅氧烷为原料接枝二硫化 碳 ,得改性硅烷溶液,超支化结构配合戊二 醛 形成的C=N双键以及二硫化碳形成的二硫氨基结构,将硅氧烷 单体 和金属铜膜表面紧密螯合,硅氧烷单体结构中的硅烷氧基和有机官能团水解时生成硅醇,与无机物结合,形成硅氧烷,最终在铜膜表面生成单分子膜,具有隔绝氧化的能 力 ,提高铜膜的抗氧化性。 | ||||||
权利要求 | 1.一种高性能铜膜处理工艺,其特征在于,包括以下步骤: |
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说明书全文 | 一种高性能铜膜处理工艺技术领域[0001] 本发明属于铜膜处理技术领域,具体涉及一种高性能铜膜处理工艺。 背景技术[0002] PET复合铜膜是目前锂电池行业中用作取代电解铜膜的优质负极集流体材料,PET复合铜膜通过使用高分子材料替换铜,可节省约2/3的铜,量产后的生产成本,远远低于电解铜膜成本;其次,PET复合铜膜比传统铜膜更安全、更长寿、更高兼容,更加符合电池厂商提升锂电池安全性能的需要。 [0003] 但是,铜膜在室温下就会氧化变色,尤其是在高湿环境及含大量氯离子和硫的环境中,铜极易氧化变色,导致其物理性能下降,我国的电子行业标准(SJ/T11483‑2014)对锂离子电池用铜膜的抗氧化性制定了相关规定。 [0004] 目前铜膜表面氧化变色问题一般通过无机钝化、溶胶‑凝胶、有机分子吸附、表面涂覆等技术来解决。其中,无机钝化大多使用铬酸盐和磷酸盐,不环保;溶胶‑凝胶膜层容易影响铜箔的物理性能;水基铜箔抗氧化处理液因其环保优势而更受关注,有机分子水基防氧化处理液具有易合成、原料丰富易得、价格低廉等优点,目前利用有机分子吸附膜技术来防止铜箔表面氧化变色的研究报道较少,效果较好的苯并三氮唑具有一定的毒性及成本高,2‑巯基苯并咪唑的溶解度又较低。因此,现有的铜膜表面处理工艺需要改进。 发明内容[0005] 本发明的目的在于提供一种高性能铜膜处理工艺,以解决铜膜表面易发生氧化的问题。 [0006] 本发明的目的可以通过以下技术方案实现: [0007] 一种高性能铜膜处理工艺,包括以下步骤: [0009] 将钝化铜膜浸入改性硅烷溶液中涂覆,取出置于80‑120℃条件下固化0.5‑2.5h,完成高性能铜膜的处理工艺; [0010] 所述改性硅烷溶液通过如下步骤制得: [0012] 步骤S2、向超支化聚硅氧烷中加入去离子水和乙醇,常温搅拌5min,升温至60℃,加入戊二醛,搅拌分散15min,加入硼氢化钠,继续搅拌3h,降温至20℃,搅拌30min后加入二硫化碳,继续搅拌反应30min,得混液,向混液中加入乙醇水洗3次,得改性硅烷溶液。 [0013] 进一步地,步骤S2中所述超支化聚硅氧烷、去离子水、乙醇、戊二醛、硼氢化钠和二硫化碳的用量比为20g:200mL:150mL:2g:2.5g:6g。 [0014] 进一步地,所述超支化聚硅氧烷的制备过程: [0015] 步骤S11、向苯基三甲氧基硅烷中加入γ‑氨丙基三乙氧基硅烷、甲醇和四氢呋喃,常温搅拌5min,升温至55‑60℃,继续搅拌15min,加入盐酸调控pH为5.0‑5.4,恒温搅拌3h,再加入碳酸氢钠调控pH为7.2‑7.4,旋蒸除去溶剂和水,得超支化聚硅氧烷。 [0016] 进一步地,步骤S11中所述苯基三甲氧基硅烷、γ‑氨丙基三乙氧基硅烷、甲醇和四氢呋喃的用量比为0.1mo l:0.2mo l:100mL:50mL。 [0017] 进一步地,所述粗化、固化和钝化处理过程: [0018] 粗化:将经预处理铜膜进行电沉积粗化处理,粗化液配方:硫酸铜40g/L;浓硫酸2 40mL/L;钨酸钠0.1g/L;硫酸亚锡1g/L,电沉积条件:电流密度9‑12A/dm ;温度20‑40℃;时间8‑12s,处理后得粗化铜膜; [0019] 固化:将粗化铜膜进行电沉积固化处理,固化液配方:硫酸锌70g/L;硫酸镍27g/L;2 酒石酸锑钾3g/L;电沉积条件:电流密度3‑4A/dm ,时间20‑25s,温度为30‑45℃,处理后得固化铜膜; [0020] 钝化:将固化铜膜进行电沉积钝化处理,钝化液配方:钼酸钠8g/L;植酸2mL/L;电2 沉积条件:电流密度为0.2A/dm ,电沉积时间为10s,处理后得钝化铜膜。 [0021] 进一步地,所述铜膜的预处理过程: [0023] 进一步地,所述碱洗包括碱洗液,碱洗液的组成:1.2%‑1.5%NaOH,4%‑6%Na2CO3,4%‑6%Na3PO4,1%‑1.2%Na2SiO3,余量为去离子水。 [0024] 进一步地,所述酸洗包括酸洗液,酸洗液的组成:1%H2SO4,1.5%‑2%Na2S2O8,余量为去离子水。 [0025] 本发明的有益效果: [0026] 本发明中的铜膜处理工艺包括预处理、粗化、固化、钝化和表面硅氧化;首先,预处理工艺通过碱洗进行除油,酸洗取去除污垢和氧化膜;粗化工艺和固化工艺用于在铜膜表面沉积一层均匀、致密的铜瘤点颗粒,提高铜膜的比表面积,同时,提高后续铜膜与改性硅烷溶剂的结合力,进而辅助提升铜膜的抗氧化性能;钝化处理能够提升铜膜的耐腐蚀性能,辅助提高铜膜的抗氧化性。 [0027] 铜膜的表面硅氧化处理过程中,本发明制备了改性硅烷溶液,首先利用γ‑氨丙基三乙氧基硅烷和苯基三甲氧基硅烷作为硅氧烷单体,经过水解后制备得到超支化聚硅氧烷,然后以超支化聚硅氧烷为原料接枝二硫化碳,超支化结构配合戊二醛形成的C=N双键以及二硫化碳形成的二硫氨基结构,将硅氧烷单体和金属铜膜表面紧密螯合,硅氧烷单体结构中的硅烷氧基和有机官能团水解时生成硅醇,与无机物结合,形成硅氧烷,最终在铜膜表面生成单分子膜,具有隔绝氧化的能力,提高铜膜的抗氧化性。附图说明 [0028] 下面结合附图对本发明作进一步的说明。 [0029] 图1是本发明实施例4‑6和对比例1‑4中高性能铜膜的极化曲线; 具体实施方式[0030] 下面将结合本发明实施例,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。 [0031] 实施例1 [0032] 制备改性硅烷溶液: [0033] 步骤S1、向0.1mo l苯基三甲氧基硅烷中加入0.2mo lγ‑氨丙基三乙氧基硅烷、100mL甲醇和50mL四氢呋喃,常温搅拌5min,升温至55℃,继续搅拌15min,加入盐酸调控pH为5.0‑5.4,恒温搅拌3h,再加入碳酸氢钠调控pH为7.2,旋蒸除去溶剂和水,得超支化聚硅氧烷; [0034] 步骤S2、向20g超支化聚硅氧烷中加入200mL去离子水和150mL乙醇,常温搅拌5min,升温至60℃,加入2g戊二醛,搅拌分散15min,加入2.5g硼氢化钠,继续搅拌3h,降温至 20℃,搅拌30min后加入6g二硫化碳,继续搅拌反应30min,得混液,向混液中加入乙醇水洗3次,得改性硅烷溶液。 [0035] 实施例2 [0036] 制备改性硅烷溶液: [0037] 步骤S1、向0.1mo l苯基三甲氧基硅烷中加入0.2mo lγ‑氨丙基三乙氧基硅烷、100mL甲醇和50mL四氢呋喃,常温搅拌5min,升温至58℃,继续搅拌15min,加入盐酸调控pH为5.0‑5.4,恒温搅拌3h,再加入碳酸氢钠调控pH为7.3,旋蒸除去溶剂和水,得超支化聚硅氧烷; [0038] 步骤S2、向20g超支化聚硅氧烷中加入200mL去离子水和150mL乙醇,常温搅拌5min,升温至60℃,加入2g戊二醛,搅拌分散15min,加入2.5g硼氢化钠,继续搅拌3h,降温至 20℃,搅拌30min后加入6g二硫化碳,继续搅拌反应30min,得混液,向混液中加入乙醇水洗3次,得改性硅烷溶液。 [0039] 实施例3 [0040] 制备改性硅烷溶液: [0041] 步骤S1、向0.1mo l苯基三甲氧基硅烷中加入0.2mo lγ‑氨丙基三乙氧基硅烷、100mL甲醇和50mL四氢呋喃,常温搅拌5min,升温至60℃,继续搅拌15min,加入盐酸调控pH为5.0‑5.4,恒温搅拌3h,再加入碳酸氢钠调控pH为7.4,旋蒸除去溶剂和水,得超支化聚硅氧烷; [0042] 步骤S2、向20g超支化聚硅氧烷中加入200mL去离子水和150mL乙醇,常温搅拌5min,升温至60℃,加入2g戊二醛,搅拌分散15min,加入2.5g硼氢化钠,继续搅拌3h,降温至 20℃,搅拌30min后加入6g二硫化碳,继续搅拌反应30min,得混液,向混液中加入乙醇水洗3次,得改性硅烷溶液。 [0043] 实施例4 [0044] 一种高性能铜膜处理工艺,包括以下步骤:将铜膜进行预处理、粗化、固化、钝化和硅烷化处理: [0045] (1)预处理:将铜膜(厚度80μm)进行碱洗除油2min,然后利用去离子水冲洗铜膜表面1min,接着对铜膜表面进行酸洗30s,再利用去离子水冲洗1min,烘干,完成铜膜的预处理; [0046] 其中,碱洗包括碱洗液,碱洗液的组成:1.2%NaOH,4%Na2CO3,4%Na3PO4,1%Na2SiO3,余量为去离子水;其中,酸洗包括酸洗液,酸洗液的组成:1%H2SO4,1.5%Na2S2O8,余量为去离子水; [0047] (2)粗化:将经预处理铜膜进行电沉积粗化处理,粗化液配方:硫酸铜40g/L;浓硫2 酸40mL/L;钨酸钠0.1g/L;硫酸亚锡1g/L,电沉积条件:电流密度9A/dm ;温度20℃;时间8s,处理后得粗化铜膜; [0048] (3)固化:将粗化铜膜进行电沉积固化处理,固化液配方:硫酸锌70g/L;硫酸镍2 27g/L;酒石酸锑钾3g/L;电沉积条件:电流密度3A/dm ,时间20s,温度为30℃,处理后得固化铜膜; [0049] (4)钝化:将固化铜膜进行电沉积钝化处理,钝化液配方:钼酸钠8g/L;植酸2mL/L;2 电沉积条件:电流密度为0.2A/dm ,电沉积时间为10s,处理后得钝化铜膜; [0050] (5)硅烷化:将钝化铜膜浸入实施例1制备的改性硅烷溶液中涂覆,取出置于80℃条件下固化0.5h,完成高性能铜膜的处理工艺。 [0051] 实施例5 [0052] (1)预处理:将铜膜(厚度80μm)进行碱洗除油2min,然后利用去离子水冲洗铜膜表面1min,接着对铜膜表面进行酸洗30s,再利用去离子水冲洗1min,烘干,完成铜膜的预处理; [0053] 其中,碱洗包括碱洗液,碱洗液的组成:1.4%NaOH,5%Na2CO3,5%Na3PO4,1.1%Na2SiO3,余量为去离子水;其中,酸洗包括酸洗液,酸洗液的组成:1%H2SO4,1.7%Na2S2O8,余量为去离子水; [0054] (2)粗化:将经预处理铜膜进行电沉积粗化处理,粗化液配方:硫酸铜40g/L;浓硫2 酸40mL/L;钨酸钠0.1g/L;硫酸亚锡1g/L,电沉积条件:电流密度10A/dm ;温度30℃;时间 10s,处理后得粗化铜膜; [0055] (3)固化:将粗化铜膜进行电沉积固化处理,固化液配方:硫酸锌70g/L;硫酸镍2 27g/L;酒石酸锑钾3g/L;电沉积条件:电流密度3.5A/dm ,时间22s,温度为40℃,处理后得固化铜膜; [0056] (4)钝化:将固化铜膜进行电沉积钝化处理,钝化液配方:钼酸钠8g/L;植酸2mL/L;2 电沉积条件:电流密度为0.2A/dm ,电沉积时间为10s,处理后得钝化铜膜; [0057] (5)硅烷化:将钝化铜膜浸入实施例2制备的改性硅烷溶液中涂覆,取出置于110℃条件下固化2h,完成高性能铜膜的处理工艺。 [0058] 实施例6 [0059] (1)预处理:将铜膜(厚度80μm)进行碱洗除油2min,然后利用去离子水冲洗铜膜表面1min,接着对铜膜表面进行酸洗30s,再利用去离子水冲洗1min,烘干,完成铜膜的预处理; [0060] 其中,碱洗包括碱洗液,碱洗液的组成:1.5%NaOH,6%Na2CO3,6%Na3PO4,1.2%Na2SiO3,余量为去离子水;其中,酸洗包括酸洗液,酸洗液的组成:1%H2SO4,2%Na2S2O8,余量为去离子水; [0061] (2)粗化:将经预处理铜膜进行电沉积粗化处理,粗化液配方:硫酸铜40g/L;浓硫2 酸40mL/L;钨酸钠0.1g/L;硫酸亚锡1g/L,电沉积条件:电流密度12A/dm ;温度40℃;时间 12s,处理后得粗化铜膜; [0062] (3)固化:将粗化铜膜进行电沉积固化处理,固化液配方:硫酸锌70g/L;硫酸镍2 27g/L;酒石酸锑钾3g/L;电沉积条件:电流密度4A/dm ,时间25s,温度为45℃,处理后得固化铜膜; [0063] (4)钝化:将固化铜膜进行电沉积钝化处理,钝化液配方:钼酸钠8g/L;植酸2mL/L;2 电沉积条件:电流密度为0.2A/dm ,电沉积时间为10s,处理后得钝化铜膜; [0064] (5)硅烷化:将钝化铜膜浸入实施例3制备的改性硅烷溶液中涂覆,取出置于120℃条件下固化2.5h,完成高性能铜膜的处理工艺。 [0065] 对比例1 [0066] 对比例1为实施例4的对照组,将实施例4的硅烷化中实施例1制备的改性硅烷溶液的制备过程中的步骤S2去除,即改性硅烷溶液为实施例1中步骤S1制备的超支化聚硅氧烷,具体的高性能铜膜的处理工艺如下: [0067] 制备改性硅烷溶液: [0068] 步骤S1、向0.1mo l苯基三甲氧基硅烷中加入0.2mo lγ‑氨丙基三乙氧基硅烷、100mL甲醇和50mL四氢呋喃,常温搅拌5min,升温至55℃,继续搅拌15min,加入盐酸调控pH为5.0‑5.4,恒温搅拌3h,再加入碳酸氢钠调控pH为7.2,旋蒸除去溶剂和水,得改性硅烷溶液。 [0069] 一种高性能铜膜处理工艺,包括以下步骤:将铜膜进行预处理、粗化、固化、钝化和硅烷化处理: [0070] (1)预处理:将铜膜(厚度80μm)进行碱洗除油2min,然后利用去离子水冲洗铜膜表面1min,接着对铜膜表面进行酸洗30s,再利用去离子水冲洗1min,烘干,完成铜膜的预处理; [0071] 其中,碱洗包括碱洗液,碱洗液的组成:1.2%NaOH,4%Na2CO3,4%Na3PO4,1%Na2SiO3,余量为去离子水; [0072] 其中,酸洗包括酸洗液,酸洗液的组成:1%H2SO4,1.5%Na2S2O8,余量为去离子水; [0073] (2)粗化:将经预处理铜膜进行电沉积粗化处理,粗化液配方:硫酸铜40g/L;浓硫2 酸40mL/L;钨酸钠0.1g/L;硫酸亚锡1g/L,电沉积条件:电流密度9A/dm ;温度20℃;时间8s,处理后得粗化铜膜; [0074] (3)固化:将粗化铜膜进行电沉积固化处理,固化液配方:硫酸锌70g/L;硫酸镍2 27g/L;酒石酸锑钾3g/L;电沉积条件:电流密度3A/dm ,时间20s,温度为30℃,处理后得固化铜膜; [0075] (4)钝化:将固化铜膜进行电沉积钝化处理,钝化液配方:钼酸钠8g/L;植酸2mL/L;2 电沉积条件:电流密度为0.2A/dm ,电沉积时间为10s,处理后得钝化铜膜; [0076] (5)硅烷化:将钝化铜膜浸入上述制备的改性硅烷溶液中涂覆,取出置于80℃条件下固化0.5h,完成高性能铜膜的处理工艺。 [0077] 对比例2 [0078] 对比例2为实施例5的对照组,将实施例5的硅烷化过程的改性硅烷溶液替换为硅烷偶联剂K‑550,其余表面处理工艺不变,完成高性能铜膜的处理工艺。 [0079] 对比例3 [0080] 对比例3为实施例5的对照组,将实施例5的硅烷化过程的改性硅烷溶液替换为硅烷偶联剂K‑560,其余表面处理工艺不变,完成高性能铜膜的处理工艺。 [0081] 对比例4 [0082] 对比例4为实施例6的对照组,将实施例6的硅烷化过程去除,其余表面处理工艺不变,完成高性能铜膜的处理工艺。 [0083] 对实施例4‑实施例6和对比例1‑对比例4最终制备的铜膜进行性能测试,性能测试过程如下,结果如表1和附图1所示: [0085] 电极动电位极化检测:铜膜留出1cm2作为工作电极表面,其余部分用环氧树脂涂匀封装,三电极体系由铜膜工作电极、铂辅助电极和饱和甘汞参比电极组成。电位范围为±0.1V,扫描速率为5mV/s,扰动电位10mV.所有测试采用RST5O30F电化学工作站在3.5%(质量分数)的NaC l溶液中进行,极化曲线见附图1所示。 [0086] 表1 [0087] [0088] [0089] 由表1可以看出:按照本发明实施例4‑6的处理工艺制备的高性能铜膜具有更好的抗氧化性能,铜箔在240℃条件下烘烤30min后依然不会被氧化,并且不变色,而对比例1‑4中改变添加剂的种类会明显影响铜膜的抗氧化性能,使抗氧化性能明显降低。 [0090] 由附图1可以看出:相对于对比例4的空白对照,经实施例3的处理工艺处理后的铜膜的腐蚀电位正移,实施例3的硅烷化处理能够吸附在铜膜表面,从而形成一层致密的保护膜,阻断铜箔与腐蚀介质接触,从而达到防氧化的效果。实施例1‑3的腐蚀电流密度相当且远大于对比例1‑3的腐蚀电流密度,因此,按照本发明实施例4‑6的处理工艺制备的高性能铜膜具有更好的抗氧化性能。 [0091] 需要说明的是,在本文中,诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。 |