一种4.5微米高延展性铜箔的制备方法
阅读说明：本技术 一种4.5微米高延展性铜箔的制备方法 (Preparation method of 4.5-micron high-ductility copper foil ) 是由 董朝龙 江泱 范远朋 于 2021-09-06 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种4.5微米高延展性铜箔的制备方法,该制备方法包括以下步骤：S1将纯度≥99.95%的阴极铜铜板或铜线加入含有硫酸的溶铜罐中,加热,将铜溶解制备成硫酸铜溶液；S2硫酸铜溶液经过多级过滤后进入电解液罐存储；S3在电解液罐中加入添加剂,所述添加剂包括光亮剂、走位剂、整平剂、同时含有聚乙二醇(PEG)和含有铵盐的改性基团的添加剂P；S4在电解液罐里加入盐酸水溶液；S5将电解液罐中的硫酸铜电解液输送到生箔机进行电解生箔。本发明的制备方法使铜箔结晶晶粒整体略微增大,晶粒均匀性提高,减少了晶界对位错的滑移阻碍,晶粒的取向中有利滑移面增加,提升了铜箔的塑性,从而达到实现铜箔高延展性的目的。(The invention discloses a preparation method of a 4.5-micron high-ductility copper foil, which comprises the following steps: s1, adding a cathode copper plate or copper wire with the purity of more than or equal to 99.95% into a copper dissolving tank containing sulfuric acid, heating, and dissolving copper to prepare a copper sulfate solution; s2, the copper sulfate solution is filtered in multiple stages and then enters an electrolyte tank for storage; s3, adding additives into the electrolyte tank, wherein the additives comprise brightening agents, displacement agents, leveling agents, and additives P which simultaneously contain polyethylene glycol (PEG) and modified groups containing ammonium salts; s4, adding a hydrochloric acid aqueous solution into the electrolyte tank; s5, the copper sulfate electrolyte in the electrolyte tank is conveyed to a foil forming machine to carry out electrolytic foil forming. The preparation method of the invention slightly enlarges the whole crystal grains of the copper foil, improves the uniformity of the crystal grains, reduces the slippage obstruction of the crystal boundary to dislocation, increases the slippage face in the orientation of the crystal grains, and improves the plasticity of the copper foil, thereby achieving the purpose of realizing the high ductility of the copper foil.)
技术领域
本发明涉及电解铜箔技术领域，具体来说，涉及一种4.5微米高延展性铜箔的制备方法。
背景技术
从锂电铜箔的产业链分布看，锂电铜箔主要用于锂电池的负极集流体，锂电池主要用于新能源汽车动力电池、3C数码以及储能系统。由于动力电池的需求持续增加，全球的锂电铜箔产量也呈逐年增长趋势。最简单的锂离子电池由正极、负极、隔膜、电解液和正负集流体组成。金属箔（铜箔、铝箔）是锂离子电池的主要材料，其作用是将电池活性物质产生的电流汇集起来，以便形成较大的电流输出，铜箔由于导电性强、质地柔软、制造工艺成熟，性价比高等特点，成为了锂电子电池负极集流体的首选。锂电池的生产过程中通常将负极浆料涂布在锂电铜箔上，再经过干燥、辊压、分切等工序，从而得到锂电池的负极极片。
锂电池的生产工艺、成本和最终产品的性能都和铜箔的抗拉强度、延展性、表面粗燥度、厚度均匀性及外观质量等因素有着密切的关系。通常情况下，在混合动力和纯电动汽车中，纯电动汽车配备更多的电池单元，仅采用铜箔的重量就可以达到10Kg以上，因此，减轻电池上铜箔的质量一方面能有效的减少使用铜箔的原材料成本，另一方面，在电池容量不变的情况下，使用厚度越薄的铜箔越能有效减少单体电池质量，从而提高电池的能量密度。如本案中所指的4.5微米铜箔，相对于目前市场主流的6微米铜箔，能量密度能提升10%以上。
减小铜箔厚度目前是提升锂电池电芯能量密度的主流方式之一，因此随着电动汽车对于续航能力、电池能力密度需求的提高，铜箔的轻薄化已成为主要发展趋势。正是由于铜箔的轻薄化趋势，使得铜箔更需要具备较高的延展性和抗拉伸强度，但是4.5微米铜箔因其相对较薄，材料的延展性较低，在同种工艺条件下4.5微米铜箔相对于6微米铜箔延伸率低30%左右。综上所述，要提升锂离子电池的能量密度，将锂离子电池材料中负极集流体材料铜箔的厚度减薄是优选方案，铜箔减薄后为了满足锂电池生产工艺及使用要求，就需要提升铜箔的延展性。
为解决此技术中的问题，从电解铜箔的生产工艺分析，单位面积内的晶粒数量减少，晶粒减少所以晶界数量也随之减少，对位错运动的阻碍作用减弱，有利于位错的滑移，有利于塑性提升。反知，目前很多铜箔延展性和抗拉强度不能满足锂电轻薄化发展需求，是因为铜箔制造的配方工艺未能使铜箔结晶结构最优化。采用本发明所述的方案，通过多种添加剂的协同作用，以及加入同时含有聚乙二醇（PEG）和含有铵盐的改性基团的添加剂P，配合盐酸水溶液中氯离子的作用，在调控阴极表面活性、界面附着力，改善铜沉积过程中晶粒的尺寸和均匀性起着重要的作用，并可以增加结晶强度，减少晶界缺陷，达到增大铜箔延伸率目的，以满足锂离子电池铜箔轻薄化发展趋势的需要。
发明内容
针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种4.5微米高延展性铜箔的制备方法，能够克服现有技术的上述不足。
为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种4.5微米高延展性铜箔的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1将纯度≥99.95%的阴极铜铜板或铜线加入含有硫酸的溶铜罐中，加热，将铜溶解制备成硫酸铜溶液；
S2硫酸铜溶液经过多级过滤后进入电解液罐存储；
S3在电解液罐中加入添加剂，所述添加剂包括光亮剂、走位剂、整平剂、同时含有聚乙二醇（PEG）和含有铵盐的改性基团的添加剂P，所述光亮剂为含硫的有机物，由聚二硫二丙烷磺酸钠和醇硫基丙烷磺酸钠混合而成，所述走位剂含聚乙烯醇或冠醚类化合物，所述整平剂为明胶、聚乙烯亚胺或四氢噻唑硫酮中的一种或两种以上；
S4在电解液罐里加入盐酸水溶液；
S5将电解液罐中的硫酸铜电解液输送到生箔机进行电解生箔。
进一步的，所述S1中加热方式为用螺杆风机向溶铜罐中鼓入高温空气。
进一步的于，所述S2中多级过滤是将硫酸铜溶液经过硅藻土过滤器进行粗滤，再经过保安精密过滤器进行精滤。
进一步的，所述S3过程中，在电解液罐中加入添加剂是分别通过A桶、B桶、C桶、D桶，按照不同浓度和需求量通过添加剂泵加入的，所述的A桶、B桶、C桶、D桶分别盛放光亮剂、走位剂、整平剂、同时含有聚乙二醇（PEG）和含有铵盐的改性基团的添加剂P。
进一步的，所述S3中的光亮剂中聚二硫二丙烷磺酸钠配制浓度为40-60毫升/升、醇硫基丙烷磺酸钠配制浓度为60-70毫升/升，往电解液罐的输送流量为0.5-2升/时，走位剂配制浓度为10-20毫升/升，加入到电解液罐的输送流量为1-2升/时，整平剂配制浓度为20-30克/升，加入到电解液罐的输送流量为2-3升/时，同时含有聚乙二醇（PEG）和含有铵盐的改性基团添加剂P中聚乙二醇（PEG）配制浓度为5-15毫升/升、铵盐配制浓度为10-20毫升/升，加入到电解液罐的输送流量为1-2升/时。
进一步的，所述S4中在电解液罐里加入盐酸水溶液，是通过添加剂泵向电解液罐中加入E桶中的盐酸水溶液实现的。
进一步的，所述S4中盐酸水溶液浓度为0.1%-0.3%，加入电解液罐的流量为2-5升/时，控制电解液中氯离子浓度在30-40mg/L。
进一步的，所述S5中硫酸铜电解液中铜离子浓度为80-90克/升，硫酸含量为110-120克/升,所述硫酸铜电解液流量为40-50立方米/时，所述电解液温度为50-60℃。
进一步的，所述S5中生箔机电流值为20000A-30000A。
本发明的有益效果：本发明的制备方法使铜箔结晶晶粒整体略微增大，晶粒均匀性提高，减少了晶界对位错的滑移阻碍，晶粒的取向中有利滑移面增加，提升了铜箔的塑性，从而达到实现铜箔高延展性的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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。
图1是根据本发明实施例所述制备方法的流程图；
图中：1、溶铜罐，2、电解液罐，3、生箔机，4、A桶，5、B桶，6、C桶，7、D桶，8、E桶。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，根据本发明实施例所述的4.5微米高延展性铜箔的制备方法，包括以下步骤：
S1将纯度≥99.95%的阴极铜铜板或铜线加入含有硫酸的溶铜罐1中，加热，将铜溶解制备成硫酸铜溶液；
S2将S1得到的硫酸铜溶液经过多级过滤后进入电解液罐2存储；
S3在电解液罐2中加入添加剂，所述添加剂包括光亮剂、走位剂、整平剂、同时含有聚乙二醇和含有铵盐的改性基团的添加剂P，所述光亮剂为含硫的有机物，由聚二硫二丙烷磺酸钠和醇硫基丙烷磺酸钠混合而成，所述走位剂含聚乙烯醇或冠醚类化合物，所述整平剂为明胶、聚乙烯亚胺或四氢噻唑硫酮中的一种或两种以上；
S4在电解液罐2里加入盐酸水溶液；
S5将电解液罐2中的硫酸铜电解液输送到生箔机3进行电解生箔。
以上所述S1中加热方式为用螺杆风机向溶铜罐1中鼓入高温空气。
以上所述S2中多级过滤是将硫酸铜溶液经过硅藻土过滤器进行粗滤，再经过保安精密过滤器进行精滤。
以上所述S3中在电解液罐2中加入添加剂，是分别通过A桶4、B桶5、C桶6、D桶7，按照不同浓度和需求量通过添加剂泵加入的，所述的A桶4、B桶5、C桶6、D桶7分别盛放光亮剂、走位剂、整平剂、同时含有聚乙二醇PEG和含有铵盐的改性基团的添加剂P。
以上所述S3中的光亮剂中聚二硫二丙烷磺酸钠配制浓度为40-60毫升/升、醇硫基丙烷磺酸钠配制浓度为60-70毫升/升，加入到电解液罐2的输送流量为0.5-2升/时，走位剂配制浓度为10-20毫升/升，加入到电解液罐2的输送流量为1-2升/时，整平剂配制浓度为20-30克/升，加入到电解液罐2的输送流量为2-3升/时，同时含有聚乙二醇和含有铵盐的改性基团添加剂P中聚乙二醇配制浓度为5-15毫升/升、铵盐配制浓度为10-20毫升/升，加入到电解液罐2的输送流量为1-2升/时。
以上所述S4中在电解液罐2里加入盐酸水溶液，是通过E桶，按照不同浓度和需求量通过添加剂泵向电解液罐2中加入的。
以上所述S4中盐酸水溶液浓度为0.1%-0.3%，加入电解液罐的流量为2-5升/时，控制电解液中氯离子浓度在30-40mg/L。
以上所述S5中硫酸铜电解液中铜离子浓度为80-90克/升，硫酸含量为110-120克/升,所述硫酸铜电解液流量为40-50立方米/时，所述电解液温度为50-60℃。
以上所述S5中生箔机3电流值为20000-30000A。
在具体使用时，本发明的制备方法电解生箔速率为6-10米/分钟，所制备铜箔的单位面积质量为38-42克/平方米。所制备铜箔光面粗糙度Ra≤0.30微米，毛面粗糙度Rz为1-2.5微米，长期生产中4.5微米铜箔的延展性可达8-10%，抗拉强度能达到33kg/mm²以上。
综上所述，借助于本发明的上述技术方案，使铜箔结晶晶粒整体略微增大，晶粒均匀性提高，减少了晶界对位错的滑移阻碍，晶粒的取向中有利滑移面增加，提升了铜箔的塑性，从而达到实现铜箔高延展性的目的。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。