一种复合微孔铜箔的制作方法
| 专利类型 | 发明公开 | 法律事件 | 公开; 实质审查; |
| 专利有效性 | 实质审查 | 当前状态 | 实质审查 |
| 申请号 | CN202410422068.2 | 申请日 | 2024-04-09 |
| 公开(公告)号 | CN118326468A | 公开(公告)日 | 2024-07-12 |
| 申请人 | 喆烯新材(北京)科技有限公司; | 申请人类型 | 企业 |
| 发明人 | 周素超; | 第一发明人 | 周素超 |
| 权利人 | 喆烯新材(北京)科技有限公司 | 权利人类型 | 企业 |
| 当前权利人 | 喆烯新材(北京)科技有限公司 | 当前权利人类型 | 企业 |
| 省份 | 当前专利权人所在省份：北京市 | 城市 | 当前专利权人所在城市：北京市房山区 |
| 具体地址 | 当前专利权人所在详细地址：北京市房山区燕山燕新南路18号院12号楼2层 | 邮编 | 当前专利权人邮编：102400 |
| 主IPC国际分类 | C25D5/56 | 所有IPC国际分类 | C25D5/56 ; C25D5/00 ; C25D3/38 ; H01M4/66 ; H01M4/80 |
| 专利引用数量 | 0 | 专利被引用数量 | 0 |
| 专利权利要求数量 | 10 | 专利文献类型 | A |
| 专利代理机构 | 北京沃杰永益知识产权代理事务所 | 专利代理人 | 孟宏伟; |
| 摘要 | 本公开提供一种复合微孔 铜 箔的制作方法，包括以下步骤：选用离子能够通过， 电子 不能通过的高分子 聚合物 膜状材料作为基材备用；电晕处理；油墨处理，分别对基材的两面进行油墨处理，以在基材表面形成多个相互间隔设置的油墨斑点；首次 镀 铜，对得到的表面具有多个油墨斑点的基材进行镀铜处理；铜层清洗，使油墨斑点处的油墨以及铜层均清洗干净，并且能够露出基材；再次镀铜，对镀铜基材再次进行镀铜处理。本公开能够有效解决现有的微孔铜箔容易造成液态浆料的大幅度流动，导致涂布机无法生产，而采用光束打孔的方式效率又十分低下，不利于大批量生产的问题。 | ||
| 权利要求 | 1.一种复合微孔铜箔的制作方法，其特征在于，包括以下步骤： |
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| 说明书全文 | 一种复合微孔铜箔的制作方法技术领域背景技术[0002] 锂离子电池负极集流体为铜箔，正极集流体为铝箔，在铜箔的两侧涂覆有负极材料，在铝箔的两侧涂覆有正极材料，中间通过隔膜隔离开正负极片。在实际生产过程中，正负极集流体具有两面材料厚度不均匀以及平整度较差的现象，以附图1中所示的情况为例，附图1中可以看出，负极A面涂料厚于B面涂料，且在正极A面涂料具有一个凸起，充电时，锂离子从正极材料中脱嵌，通过隔膜进入的负极材料中，但是由于负极B面涂料的涂覆量不够，不能给正极A面的涂料提供足够的负极材料吸纳锂离子，这些不能被负极材料吸纳的锂离子，就会在负极的表面沉积，形成枝晶，引起电池寿命快速衰减，枝晶还会引起安全问题。若在正极B面也出现凸起，那么问题则更加严重，锂离子会进一步的沉积，不止在负极沉积还会在正极沉积，进而引发更严重的后果。 [0003] 专利号为CN109056011A的专利文件公开了一种应用于高容量锂离子电池负极微孔铜箔的方法，这种方法生产出来的铜箔孔隙率为20％，孔径为10μm，专利号为CN116288142A的专利文件公开了一种电池用微孔铜箔的制备方法，这种方法制备出来的铜箔的孔密度是1～5㎜*1～5㎜，可以通过光束直径决定孔的直径，但经实验可得通过光束打孔所得到的孔的孔径均≥20μm。由于目前锂离子电池的行业的涂布方式为湿法涂布，即将含有溶剂的液态浆料均匀涂抹在基材(这里的基材指铜箔/铝箔)表面，通过干燥和固化形成薄膜，因此当孔径≥1μm时，浆料中的溶剂或者胶液会通过微孔迅速流至另一面，从而导致溶剂或者胶液粘在涂布辊上，导致涂布机无法生产。 发明内容 [0004] 本公开所要解决的一个技术问题是：现有的微孔铜箔容易造成液态浆料的大幅度流动，导致涂布机无法生产，而采用光束打孔的方式效率又十分低下，不利于大批量生产。 [0005] 为解决上述技术问题，本公开实施例提供一种复合微孔铜箔的制作方法，包括以下步骤： [0007] 步骤S2：电晕处理，对基材进行电晕处理，扩大基材的张力； [0008] 步骤S3：油墨处理，将步骤S2得到的基材取出，分别对基材的两面进行油墨处理，以在基材表面形成多个相互间隔设置的油墨斑点； [0010] 步骤S5：铜层清洗，将步骤S4得到的镀铜基材进行清洗，使油墨斑点处的油墨以及铜层均清洗干净，并且能够露出基材； [0011] 步骤S6：再次镀铜，对步骤S5中得到镀铜基材再次进行镀铜处理，使铜层在基材上形成微孔铜箔。 [0013] 在一些实施例中，步骤S3中，选用喷墨打印的方式对基材进行油墨处理，油墨选用醇溶性油墨，步骤S2中基材经过电晕处理后，基材的达因值应大于醇溶性油墨的达因值。 [0014] 在一些实施例中，步骤S3中喷墨打印在基材上的油墨斑点为圆形油墨斑点，圆形油墨斑点的直径为0.1～10μm，相邻的圆形油墨斑点的横向和/或纵向间距为1～40μm。 [0016] 在一些实施例中，步骤S4中首次镀铜后的铜层厚度为50～60nm。 [0017] 在一些实施例中，步骤S5中采用超声清洗，加入清洗溶剂，超声功率为0.5～1.5kW，超声清洗时间为1～3分钟。 [0018] 在一些实施例中，步骤S6中再次镀铜采用电解铜的方式在镀铜基材表面再次镀铜。 [0019] 在一些实施例中，步骤S6包括： [0022] 在一些实施例中，复合微孔铜箔的制作方法还包括： [0023] 步骤S7：再次清洗，将步骤S6中的镀铜基材再次进行超声清洗，加入清洗溶剂，超声功率为0.5～1.5kW，超声清洗时间为1～3分钟。 [0024] 通过上述技术方案，本公开提供的一种复合微孔铜箔的制作方法，通过控制油墨斑点的大小即可控制微孔的孔径，不至使浆料中的溶剂与胶液流至另一面，使涂布辊能够正常运行，同时选用离子能够通过电子不能通过的高分子聚合物膜状材料能够使离子在两面进行自由迁移，使负极两面的材料均衡，不至锂离子堆积形成枝晶引发安全问题，同时附图说明 [0025] 为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0026] 图1是现有技术中正负极片的结构示意图； [0027] 图2是本公开实施例公开的步骤S3后得到的具有油墨斑点的基材的示意图； [0028] 图3是本公开实施例公开的步骤S4后表面镀有铜层的基材的示意图； [0029] 图4是图3中C部分的局部放大结构示意图； [0030] 图5是本公开实施例公开的步骤S5后清洗后的基材的示意图； [0031] 图6是本公开实施例公开的复合微孔铜箔的示意图； [0032] 图7是图6中所示的复合微孔铜箔的侧视图； [0033] 图8是图7所示微孔铜箔的应用图示意图； [0034] 图9是5μm湿法PE膜的局部结构放大示意图。 具体实施方式[0035] 下面结合附图和实施例对本公开的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本公开的原理，但不能用来限制本公开的范围，本公开可以以许多不同的形式实现，不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。 [0036] 本公开提供这些实施例是为了使本公开透彻且完整，并且向本领域技术人员充分表达本公开的范围。应注意到：除非另外具体说明，这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、材料的组分、数字表达式和数值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。 [0037] 需要说明的是，在本公开的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是大于或等于两个；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。 [0038] 此外，本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的部分。“垂直”并不是严格意义上的垂直，而是在误差允许范围之内。“平行”并不是严格意义上的平行，而是在误差允许范围之内。“包括”或者“包含”等类似的词语意指在该词前的要素涵盖在该词后列举的要素，并不排除也涵盖其他要素的可能。 [0039] 还需要说明的是，在本公开的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。当描述到特定器件位于第一器件和第二器件之间时，在该特定器件与第一器件或第二器件之间可以存在居间器件，也可以不存在居间器件。 [0040] 本公开使用的所有术语与本公开所属领域的普通技术人员理解的含义相同，除非另外特别定义。还应当理解，在诸如通用字典中定义的术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。 [0042] 结合图2‑9所示，本公开提供一种复合微孔铜箔的制作方法，包括以下步骤： [0043] 步骤S1：选用离子能够通过，电子不能通过的高分子聚合物膜状材料作为基材备用；这样即能方便基材两面的负极材料自由迁移，又不至使液态浆料透过微孔流至或者过快的流至另一面，能够避免液态浆料中的溶剂或者胶液粘在涂布辊上； [0044] 步骤S2：电晕处理，对基材进行电晕处理，扩大基材的张力；具体的，电晕处理机选用东莞尔谷光电科技有限公司生产的HSDY1000系列的电晕机，其电晕处理的工作原理及过程为本领域公知技术，这里不再进行说明； [0045] 步骤S3：油墨处理，将步骤S2得到的基材取出，分别对基材的两面进行油墨处理，以在基材表面形成多个相互间隔设置的油墨斑点； [0046] 步骤S4：首次镀铜，对步骤S3得到的表面具有多个油墨斑点的基材进行镀铜处理，使整个基材表面包括油墨斑点表面均镀有铜层； [0047] 步骤S5：铜层清洗，将步骤S4得到的镀铜基材进行清洗，使油墨斑点处的油墨以及铜层均清洗干净，并且能够露出基材；通过此次清洗能够将油墨以及油墨上附着的铜层清洗干净，将油墨处的基材露出； [0048] 步骤S6：再次镀铜，对步骤S5中得到镀铜基材再次进行镀铜处理，使铜层在基材上形成微孔铜箔。 [0049] 在一些实施方式中，步骤S1中，选用锂离子电池隔膜作为基材。锂离子电池隔膜具有优良的性能，能够允许离子通过而阻止电子与液态浆料通过，具体的，基材选用如图9所示的沧州明珠塑料股份有限公司生产的规格为厚度*宽度＝5μm*400mm，隔膜孔径为10～100nm之间，孔隙率40％左右的湿法PE隔膜,。 [0050] 在一些实施方式中，步骤S3中，选用喷墨打印的方式对基材进行油墨处理，油墨选用醇溶性油墨，步骤S2中基材经过电晕处理后，基材的达因值应大于醇溶性油墨的达因值。使用醇溶性油墨也是为了便于后续的清洗，同时，为了使油墨能够更好的附着在基材上，已知醇溶性油墨的达因值为36mN/m，基材本身表面达因值为32N/m，因此经过电晕处理的基材的表面达因值达到38～44mN/m，这样油墨的达因值就与基材的达因值接近且较小，从而达到最好的印刷效果。具体的，选用济南巨久化工染料有限公司生产的醇溶苯胺黑，电晕处理机的设置参数为：1～2mm，电晕电压5000～15000V，电晕功率为2～4kw，电晕速度为5～15m/min。 [0051] 在一些实施方式中，步骤S3中喷墨打印在基材上的油墨斑点为圆形油墨斑点，圆形油墨斑点的直径为0.1～10μm，相邻的圆形油墨斑点的横向和/或纵向间距为1～40μm。 [0052] 综上，本公开的复合微孔铜箔的铜层微孔的直径为0.1～10μm，而锂离子电池隔膜上微孔的直径为10～100nm。由于在涂布时，负极浆料粘度高，表面张力大，无法通过微孔从铜箔的一面渗透至另一面，但装配至电芯外壳里注液以后，电解液的粘度低，表面张力小，锂离子就能够通过微孔从铜箔的一面渗透至另一面，锂离子的直径小于1nm，因此无论是复合微孔铜箔的铜层微孔还是锂离电池隔膜上的微孔都能够供大量的离子同时穿过。 [0053] 在一些实施方式中，步骤S4中首次镀铜采用磁控溅射的方式在基材的表面进行镀铜，靶材为纯度为99.99％的纯铜。由于基材具有绝缘的性能，因此需要使用磁控溅射的方式在基材表面进行首次镀铜，以为后续的再次镀铜做准备，具体的，选用成都鑫南机械设备‑4 ‑4有限公司生产的ZZ500‑C系列的磁控溅射镀膜机，设置本底真空度为4*10 Pa～6*10 Pa，溅射气压为0.2Pa～0.4Pa，靶材与基材之间的距离为40mm～60mm，溅射功率为4.5～6.5kw。 [0054] 在一些实施方式中，步骤S4中首次镀铜后的铜层厚度为50～60nm。 [0055] 在一些实施方式中，步骤S5中采用超声清洗，加入清洗溶剂，超声功率为0.5～1.5kw，超声清洗时间为1～3分钟。具体的，清洗溶剂选用乙醇，以便将醇溶性油墨洗下，当然，也可以使用其他醇溶剂。 [0056] 在一些实施方式中，步骤S6中再次镀铜采用电解铜的方式在镀铜基材表面再次镀铜。 [0057] 在一些实施方式中，步骤S6包括： [0058] A.电镀液配制，以去离子水为溶剂，按照硫酸铜的浓度为200g/L，浓硫酸的浓度为60g/L，进行搅拌配置； [0059] B.电沉积镀铜，以纯度为99.99％的铜作为阳极靶材，将步骤S5处理后的镀铜基材2 放入电镀液中进行电沉积镀铜，表观电流密度为2A/cm，电沉积的时间为27～45分钟。 [0060] 经过上述两个步骤，得到的铜层的厚度为1.5～2.5μm。 [0061] 在一些实施方式中，复合微孔铜箔的制作方法还包括： [0062] 步骤S7：再次清洗，将步骤S6中的镀铜基材再次进行超声清洗，加入清洗溶剂，超声功率为0.5～1.5kW，超声清洗时间为1～3分钟。具体的，清洗溶剂选用乙醇，以将复合微孔铜箔表面的杂质清洗干净。 [0063] 在一些实施方式中，复合微孔铜箔的制作方法还包括： [0064] 步骤S8：性能检测，渗透性检测： [0066] 实施例： [0067] [0068] [0069] 从实施例1到实施例9结果来看，采用锂离子电池隔膜作为复合微孔铜箔的基材，碳酸钠饱和溶液能从铜箔微孔穿过，从隔膜微孔穿过，到达反面，但穿透时间在30min以上，完全不影响涂布生产，随着隔膜孔隙率的增大，穿过时间越短，实际应用孔隙率40％左右为宜，这是目前锂离子电池隔膜的常规孔隙率；铜箔微孔孔隙率从10μm降低为2μm，对透过时间没有明显影响； [0070] 对比例1采用聚酰亚胺薄膜作为基材，碳酸钠饱和溶液很难穿透基材，不具备复合微孔铜箔的特性； [0071] 对比例2采用聚四氟乙烯薄膜作为基材，碳酸钠饱和溶液很难穿透基材，不具备复合微孔铜箔的特性； [0072] 对比例3采用聚丙烯薄膜作为基材，碳酸钠饱和溶液很难穿透基材，不具备复合微孔铜箔的特性； [0073] 对比例4采用聚乙烯薄膜作为基材，碳酸钠饱和溶液很难穿透基材，不具备复合微孔铜箔的特性； [0074] 对比例5在金属铜箔上直接冲压出8μm的小孔，碳酸钠饱和溶液瞬间穿透铜箔，不适宜涂布生产。 [0075] 至此，已经详细描述了本公开的各实施例。为了避免遮蔽本公开的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。 [0076] 虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本公开的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改或者对部分技术特征进行等同替换。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。 |
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