高抗拉双光锂电铜箔及其生产工艺的制作方法

本发明属于铜箔生产技术领域，涉及一种高抗拉双光锂电铜箔及其生产工艺。

背景技术：

高抗拉锂电铜箔对提升锂电池的电池容量有很大的作用，随着锂电池的电池容量密度要求的提升，高抗拉的锂电箔已经成为锂电铜箔发展的主要方向。

在现有制造锂电箔的技术中，添加剂主要有羟乙基纤维素(hec)、胶原蛋白、光亮剂(聚二硫二丙烷磺酸钠(sps)或3～巯基～1～丙烷磺酸钠)等添加制造生产，此配方的抗拉强度不能满足客户对高抗拉铜箔的要求，此条件抗拉在430mpa以下，延伸在4％，因此在现有添加剂的基础上进行改进工艺从而得到更高抗拉强度的锂电铜箔是十分具有必要的。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有的锂电箔抗拉强度不足的问题，而提出的一种高抗拉双光锂电铜箔及其生产工艺。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：

一种高抗拉双光锂电铜箔的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：取铜线和硫酸，放入溶铜塔中，溶解后得到混合硫酸铜溶液，其中：硫酸的浓度为340～360g/l，溶铜塔内的环境温度为35～40℃；

步骤2：混合硫酸铜溶液溢流到污液塔内，经过污液泵的抽液效果后先流入到过滤器中进行过滤功效，获得纯净硫酸铜溶液，然后再将纯净硫酸铜溶液压入到净液塔内；

步骤3：通过计量泵将添加剂塔中的添加剂以计量化的形式打入到净液塔内，搅拌均匀，获得电解液，此时净液塔内该添加剂的各项成分浓度为：5～15g/l的整平剂——羟乙基纤维素(hec)、2～13g/l的除应力剂——糖精钠、4～15g/l的光亮剂——聚二硫二丙烷磺酸钠(sps)、4～10g/l的聚乙二醇(peg)、2～10mg/l的聚乙烯亚胺、3～9g/l的2-巯基吡啶、7～15g/l的2-氨基噻唑；

步骤4：通过净液泵将电解液抽至生箔机内，经过电镀生箔工艺后，获得铜箔半成品，余废料回流到溶铜塔或污液塔内；

步骤5：对铜箔半成品的表面进行酸洗工艺，该酸洗过程采用浓度为130～140g/l的稀硫酸；

步骤6：通过砂纸对铜箔半成品的表面进行打磨粗化处理；

步骤7：通过电辊对铜箔半成品的表面进行固化处理；

步骤8：以电镀形式对铜箔半成品依次完成镀镍、镀锌、镀铬的工艺，其中：镀镍过程中镍离子的浓度为3.2g/l～4.5g/l，ph为10～11.5，电镀液的温度为35℃～40℃，电流密度为0.8～1.5a/dm2；镀锌过程中锌离子的浓度为4.9g/l～6.0g/l，ph为10～11.5，电镀液的温度为35℃～40℃，电流密度为0.5～0.9a/dm2；镀铬过程中铬离子的浓度为1.5g/l～2.5g/l，ph为10～11.5，电镀液的温度为25℃～35℃，电流密度为0.8～1.2a/dm2；

步骤9：对铜箔半成品表面的镀锌镍铬防氧化层外喷涂硅烷偶联剂，完成涂硅烷工艺；

步骤10：铜箔半成品进行烘烤处理，得到铜箔成品；

步骤11：通过绕卷包装机对铜箔成品进行收卷包装。

在上述的一种高抗拉双光锂电铜箔的生产工艺中，步骤3中所述的羟乙基纤维素(hec)浓度为10g/l、糖精钠浓度为8g/l、聚二硫二丙烷磺酸钠(sps)浓度为8g/l。

在上述的一种高抗拉双光锂电铜箔的生产工艺中，步骤3中所述的聚乙二醇(peg)的浓度为5g/l、聚乙烯亚胺的浓度为5mg/l、2-巯基吡啶的浓度为5g/l、2-氨基噻唑的的浓度为10g/l。

在上述的一种高抗拉双光锂电铜箔的生产工艺中，步骤8中所述镍离子的浓度为3.5g/l，ph为10，电镀液的温度为38℃，电流密度为1.0a/dm2；镀锌过程中锌离子的浓度为5.0g/l，ph为10，电镀液的温度为38℃，电流密度为0.8a/dm2；镀铬过程中铬离子的浓度为2.0g/l，ph为10，电镀液的温度为30℃，电流密度为1.0a/dm2。

在上述的一种高抗拉双光锂电铜箔的生产工艺中，步骤4中余废料通过回收系统回流至溶铜塔或污液塔内，该回收系统包括入料泵组件、颗粒过滤装置、第一出料泵组件、第二出料泵组件，入料泵组件用于将含铜冲洗水抽至颗粒过滤装置中；该颗粒过滤装置包括具有内腔的过滤箱，过滤箱的中部固定设有一具有若干过滤孔的过滤盘，过滤盘将内腔分为上腔和下腔，上腔的侧壁开设有方槽形的第一出口，下腔的侧壁开设有第二出口，第一出口与第一出料泵组件对接，第二出口与第二出料泵组件对接，第一出料泵组件将物料运送至溶铜塔内，第二出料泵组件将物料运送至污液塔内，过滤箱的内部纵向滑动设有与第一出口对齐的刮料板，刮料板通过一刮料驱动组件驱动移动，刮料板能将过滤板上方的杂质从第一出口中刮出；刮料驱动组件包括横向转动设置在过滤箱上的刮料驱动丝杆、固定设置在过滤箱上并用于驱动刮料驱动丝杆旋转的刮料驱动电机，刮料板的侧端固定设有刮料驱动块，刮料驱动块上开设有刮料螺纹，刮料螺纹与刮料驱动丝杆对接；下腔侧壁还纵向滑动设有从动块，从动块与驱动块对齐，且从动块与驱动块之间转动设有一清料辊，清料辊上设有毛刷，清料辊上方的毛刷贴合在过滤盘的下表面，驱动块上固定设有清料驱动电机，清料驱动电机的输出轴与清料辊对接。

一种由上述高抗拉双光锂电铜箔的生产工艺制备而成的高抗拉双光锂电铜箔，它的厚度为6μm，抗拉强度＞650mpa，延伸性＞3.5％。

与现有技术相比，本生产工艺获得的铜箔抗拉强度相较于之前具有极大的提升，同时铜箔的粗糙度更低，柔顺度更好。

附图说明

图1是本高抗拉双光锂电铜箔的生产工艺中形成波铜箔半成品的流程工艺图。

图2是过滤箱在隐藏部分外壳后的上侧视角结构示意图；

图3是过滤箱在隐藏部分外壳后的下侧视角结构示意图；

图中，1、过滤箱；2、过滤盘；3、过滤孔；4、第一出口；5、第二出口；6、刮料板；7、刮料驱动丝杆；8、刮料驱动电机；9、刮料驱动块；10、清料辊；11、毛刷；12、清料驱动电机。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

首先，对本发明生产流程各个步骤的因果做出一个详细地阐述，然后区分出关键步骤相对于现有技术做出的改进。

高抗拉双光锂电铜箔的生产工艺，包括以下步骤：

步骤1：取铜线和硫酸，放入溶铜塔中，溶解后得到混合硫酸铜溶液，其中：硫酸的浓度为340～360g/l，溶铜塔内的环境温度为35～40℃；

该步骤用以将固体化的原料铜线溶解成硫酸铜溶液，主要目的是使cu² 处于游离状态，便于形成后续电解液；

步骤2：混合硫酸铜溶液溢流到污液塔内，经过污液泵的抽液效果后先流入到过滤器中进行过滤功效，获得纯净硫酸铜溶液，然后再将纯净硫酸铜溶液压入到净液塔内；

该步骤是因为原料铜线中含有杂质，所以需要将杂质先尽可能过滤掉，过滤器一般除了配备过滤网外，还会配备活性炭以将杂质吸附；

步骤3：通过计量泵将添加剂塔中的添加剂以计量化的形式打入到净液塔内，搅拌均匀，获得电解液，此时净液塔内该添加剂的各项成分浓度为：5～15g/l的整平剂——羟乙基纤维素(hec)、2～13g/l的除应力剂——糖精钠、4～15g/l的光亮剂——聚二硫二丙烷磺酸钠(sps)、4～10g/l的聚乙二醇(peg)、2～10mg/l的聚乙烯亚胺、3～9g/l的2-巯基吡啶、7～15g/l的2-氨基噻唑；

该步骤就是本发明相比于现有技术做出最大的改进，通过该步骤的改进使最终得到的铜箔抗拉强度得到了质的提升，现有技术一般只是单纯添加了胶原蛋白、羟乙基纤维素(hec)、聚二硫二丙烷磺酸钠(sps)或3-巯基-1-丙烷磺酸钠来提高产品的抗拉强度；

而经过发明人的研究，发现聚乙二醇(peg)、聚乙烯亚胺、2-巯基吡啶、2-氨基噻唑作为铜箔的添加剂，不仅可以提高铜箔的抗拉强度，也可以降低铜箔的粗糙度；

其中：聚乙二醇(peg)可以增大阴极的极化，对阴极有极好的润湿作用，能消除产生的气泡避免了针孔的产生；聚乙烯亚胺在铜箔的生产过程中会随着电解液的电镀产生亮斑，但会影响铜箔的抗拉强度；2-巯基吡啶能提高抗拉效果，但其亮度偏低、粗度太高；2-氨基噻唑有提升抗拉的作用，但在使用过程中铜箔易撕边，剥离效果不佳；

将四者按照一定配比混合使用后，原先产生的缺陷会相互弥补，同时能够提高产出铜箔的抗拉强度；

步骤4：通过净液泵将电解液抽至生箔机内，经过电镀生箔工艺后，获得铜箔半成品；

该步骤后原料就已经生产了铜箔，后续就要对铜箔进行处理加工；

步骤5：对铜箔半成品的表面进行酸洗工艺，该酸洗过程采用浓度为130～140g/l的稀硫酸；

该过程用于将铜箔半成品表面的氧化层进行处理，以保证后序对铜箔半成品表面表面电镀过程中，其表面处于光滑无杂质的状态；

步骤6：通过砂纸对铜箔半成品的表面进行打磨粗化处理；

同样，打磨处理是为了提高铜箔表面的光滑度，清除其表面的氧化层；

步骤7：通过电辊对铜箔半成品的表面进行固化处理；

固化处理可以使铜箔能防止粗化形成的“树枝”状的结晶层脱落，固化之后形成“瘤状”结构，可提高铜箔与基材的结合力；

步骤8：以电镀形式对铜箔半成品依次完成镀镍、镀锌、镀铬的工艺，其中：镀镍过程中镍离子的浓度为3.2g/l～4.5g/l，ph为10～11.5，电镀液的温度为35℃～40℃，电流密度为0.8～1.5a/dm2；镀锌过程中锌离子的浓度为4.9g/l～6.0g/l，ph为10～11.5，电镀液的温度为35℃～40℃，电流密度为0.5～0.9a/dm2；镀铬过程中铬离子的浓度为1.5g/l～2.5g/l，ph为10～11.5，电镀液的温度为25℃～35℃，电流密度为0.8～1.2a/dm2；

该步骤电镀后铜箔表面不再容易被氧化；

步骤9：对铜箔半成品表面的镀锌镍铬防氧化层外喷涂硅烷偶联剂，完成涂硅烷工艺；

该步骤在铜箔外层具有硅烷层后，耐腐蚀性提高；

步骤10：铜箔半成品进行烘烤处理，得到铜箔成品；

该步骤将铜箔多余的水份烘干，然后就可以进行包装出货了；

步骤11：通过绕卷包装机对铜箔成品进行收卷包装；

包装成卷带状的成品铜箔，正式可以出货销售。

以上就是本发明整个工艺过程的步骤，为了便于了解步骤3中添加剂的改进后所达到的效果，申请人特意做出了一些试验，并将试验得到的铜箔性能进行了测试。

试验1(现有技术1)：

步骤1：取铜线和硫酸，放入溶铜塔中，溶解后得到混合硫酸铜溶液，其中：硫酸的浓度为350g/l，溶铜塔内的环境温度为38℃；

步骤2：混合硫酸铜溶液溢流到污液塔内，经过污液泵的抽液效果后先流入到过滤器中进行过滤功效，获得纯净硫酸铜溶液，然后再将纯净硫酸铜溶液压入到净液塔内；

步骤3：通过计量泵将添加剂塔中的添加剂以计量化的形式打入到净液塔内，搅拌均匀，获得电解液，此时净液塔内该添加剂的各项成分浓度为：10g/l的羟乙基纤维素(hec)、8g/l的糖精钠、8g/l的聚二硫二丙烷磺酸钠(sps)；

步骤4：通过净液泵将电解液抽至生箔机内，经过电镀生箔工艺后，获得铜箔半成品；

步骤5：对铜箔半成品的表面进行酸洗工艺，该酸洗过程采用浓度为140g/l的稀硫酸；

步骤6：通过砂纸对铜箔半成品的表面进行打磨粗化处理；

步骤7：通过电辊对铜箔半成品的表面进行固化处理；

步骤8：以电镀形式对铜箔半成品依次完成镀镍、镀锌、镀铬的工艺，其中：镀镍过程中镍离子的浓度为3.8g/l，ph为10，电镀液的温度为38℃，电流密度为1.0a/dm2；镀锌过程中锌离子的浓度为5.0g/l，ph为10，电镀液的温度为38℃，电流密度为0.8a/dm2；镀铬过程中铬离子的浓度为2.0g/l，ph为10，电镀液的温度为30℃，电流密度为1.0a/dm2；

步骤9：对铜箔半成品表面的镀锌镍铬防氧化层外喷涂硅烷偶联剂，完成涂硅烷工艺；

步骤10：铜箔半成品进行烘烤处理，得到铜箔成品。

试验2(现有技术2)：

与试验1相比，试验2将步骤3中糖精钠的浓度提升到了12g/l，聚二硫二丙烷磺酸钠(sps)的浓度提升到了16g/l。

试验3：

与试验1相比，试验3在步骤3中额外提供了5g/l的聚乙二醇(peg)、5mg/l的聚乙烯亚胺、5g/l的2-巯基吡啶、10g/l的2-氨基噻唑。

试验4：

与试验1相比，试验4将步骤3中糖精钠的浓度提升到了12g/l，聚二硫二丙烷磺酸钠(sps)的浓度提升到了16g/l，并额外提供了5g/l的聚乙二醇(peg)、5mg/l的聚乙烯亚胺、5g/l的2-巯基吡啶、10g/l的2-氨基噻唑。

试验5：

与试验1相比，试验5在步骤3中额外提供了10g/l的聚乙二醇(peg)、10mg/l的聚乙烯亚胺、9g/l的2-巯基吡啶、15g/l的2-氨基噻唑。

试验6：

与试验1相比，试验6在步骤3中额外提供了5mg/l的聚乙烯亚胺。

试验7：

与试验1相比，试验7在步骤3中额外提供了5g/l的2-巯基吡啶。

试验8：

与试验1相比，试验8在步骤3中额外提供了10g/l的2-氨基噻唑。

然后，发明人对8个试验所获得的铜箔成品进行了各方面的性能测试，得到了以下表格。

表1

由表1可以看出：

试验1和试验2的现有技术中单纯地添加羟乙基纤维素、糖精钠、聚二硫二丙烷磺酸钠(sps)只能使铜箔的抗拉强度只能处于410mpa以下；

而试验3、试验4、试验5中同时添加了聚乙二醇(peg)、聚乙烯亚胺、2-巯基吡啶、2-氨基噻唑后，铜箔的抗拉强度就会提升到650mpa以上，同时铜箔的表面会拥有着更优良的光泽度；

试验6中只是额外添加了聚乙烯亚胺，可以看出单纯添加聚乙烯亚胺甚至会导致铜箔的抗拉强度相较于之前更弱，但是铜箔的粗糙度会更低，光泽度更好；

试验7中只是额外添加了2-巯基吡啶，虽然铜箔的抗拉强度有所提升，但是其表面粗糙度会更差；

试验8中只是额外添加了2-氨基噻唑，铜箔的抗拉强度提升到了接近650mpa，但是裁切的过程十分困难，容易导致撕裂。

所以，由该高抗拉双光锂电铜箔的生产工艺制备而成的高抗拉双光锂电铜箔，它的厚度为6μm，抗拉强度＞650mpa，延伸性＞3.5％。相比于传统的技术该工艺条件下得到的锂电铜箔的强度得到了很大的提升。

另外，因为回流过程中的物料主要成分是固态cu、硫酸铜、硫酸的混合液，此次回流主要的目的是将固态cu和硫酸回流到溶铜池内进行二次反应。经过申请人的经验得知，该混合液中固态cu有大颗粒状态和小颗粒状态。其中，大颗粒状的固态cu需要回流到溶铜池进行二次溶铜反应，因为大颗粒状的固态cu体积大所以溶解过程比较缓慢，而小颗粒状的固态cu实际上直接回流到溶铜之后的输送通道中经过较短时间的溶解过程就会转化成游离的cu² 。所以，将物料进行筛选处理，将大颗粒状的固态cu分离开后送往溶铜池中，并将小颗粒状的固态cu分离开并直接送入输送通道中，会更为高效地提高产率。

对此，发明还提出了以下技术方案：

如图2和图3所示，步骤4中余废料通过回收系统回流至溶铜塔或污液塔内，该回收系统包括入料泵组件、颗粒过滤装置、第一出料泵组件、第二出料泵组件，入料泵组件用于将含铜冲洗水抽至颗粒过滤装置中；该颗粒过滤装置包括具有内腔的过滤箱1，过滤箱1的中部固定设有一具有若干过滤孔3的过滤盘2，过滤盘2将内腔分为上腔和下腔，上腔的侧壁开设有方槽形的第一出口4，下腔的侧壁开设有第二出口5，第一出口4与第一出料泵组件对接，第二出口5与第二出料泵组件对接，第一出料泵组件将物料运送至溶铜塔内，第二出料泵组件将物料运送至污液塔内，过滤箱1的内部纵向滑动设有与第一出口4对齐的刮料板6，刮料板6通过一刮料驱动组件驱动移动，刮料板6能将过滤板上方的杂质从第一出口4中刮出；刮料驱动组件包括横向转动设置在过滤箱1上的刮料驱动丝杆7、固定设置在过滤箱1上并用于驱动刮料驱动丝杆7旋转的刮料驱动电机8，刮料板6的侧端固定设有刮料驱动块9，刮料驱动块9上开设有刮料螺纹，刮料螺纹与刮料驱动丝杆7对接；下腔侧壁还纵向滑动设有从动块，从动块与驱动块对齐，且从动块与驱动块之间转动设有一清料辊10，清料辊10上设有毛刷11，清料辊10上方的毛刷11贴合在过滤盘2的下表面，驱动块上固定设有清料驱动电机12，清料驱动电机12的输出轴与清料辊10对接。

运作过程中，过滤盘2作为过滤媒介会使小颗粒的固态铜以及硫酸铜混合液从过滤孔3流过，然后从第二出口5流出以送回至溶铜池之后的流通通道中(也可以直接流入到污液塔内)，而大颗粒的固态铜会被过滤盘2阻挡，然后间隔一定时间就需要通过刮料板6将遗留在过滤盘2上的固态铜从第一出口4扫出，然后送回至溶铜池内，这两个回流过程中，将余料中固态铜根据大小筛分，以最优选地进行反应。

同时，因为固态铜有可能会堵住过滤孔3，所以本设计还在过滤盘2的下方设计了清料辊10，清料辊10的移动过程与刮料板6同步，且清料辊10在移动的过程中还会转动，以将过滤孔3内的固态铜由下往上顶出。

应该理解，在本发明的权利要求书、说明书中，所有“包括……”均应理解为开放式的含义，也就是其含义等同于“至少含有……”，而不应理解为封闭式的含义，即其含义不应该理解为“仅包含……”。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。