一种电池用微孔铜箔的制备方法与流程

本发明涉及金属箔加工，具体是涉及一种电池用微孔铜箔的制备方法。

背景技术：

1、铜箔是锂离子电池及印制电路板中关键性的导电材料。铜箔是一种阴质性电解材料，沉淀于电路板基底层上的一层薄的、连续的金属箔，它作为pcb的导电体，易粘合于绝缘层，接受印刷保护层，腐蚀后形成电路图样。铜箔由铜加一定比例的其他金属打制而成，铜箔一般有90箔和88箔两种，即为铜含量为90％和88％。

2、微孔指的是直径介于500nm～50μm的孔，传统微孔金属箔的制造方法有冲孔加工、蚀刻打孔，冲孔加工形成的孔径较大，一般在300μm以上，达不到微孔程度，而蚀刻打孔容易对环境造成污染，并且大多需要技术人员操作，效率低下，孔径密度调节不便，基于此，本发明提出一种环境污染较小、导电性较强的电池用微孔铜箔的制备方法。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种电池用微孔铜箔的制备方法。

2、本发明的技术方案是：一种电池用微孔铜箔的制备方法，包括以下步骤：

3、s1、表面除杂

4、取1～3根铜线置入容器瓶中，向容器瓶中依次加入100～200ml除杂液1、150～300ml除杂液2，反应10～15min以对铜线表面杂质进行去除，得到高纯度铜线，放置在水冷铜坩埚中，备用；将铜线放在水冷铜坩埚内能够有效保证铜材料不受污染，利于制造纯度较高的薄膜；

5、s2、制备复合铜箔

6、将步骤s1得到的高纯度铜线置入水冷钢坩埚中，取4～9μm的塑料基材预处理后倒置在位于所述水冷坩埚上方的旋转平台上，通过电子束对水冷钢坩埚内部预热10～20min，熔融后的高纯度铜线气化蒸发在所述塑料基材表面形成铜层，待所述铜层厚度达到50～60nm，然后在铜层表面电镀使得铜层厚度增加至1～2μm，得到复合铜箔；向所述电子束蒸镀机腔室内通入纯净度≥99.99％的氧气并保持真空度为1.29×10-3pa，所述电子束工作电压为10～15kv，电子束预热电流为25～30ma，真空室沉积温度为145～155℃；

7、s3、复合铜箔钝化

8、将步骤s2获得的复合铜箔取出后，对复合铜箔表面喷砂处理，然后向复合铜箔表面涂覆一层平均厚度为2～3mm的钝化处理层，紫外烘干10～30min，得到铜箔成品；

9、s4、光束旋转打孔

10、将步骤s3获得的铜箔成品放置在打孔工作台上，然后使光束经过聚焦透镜照射在铜箔成品表面，通过调节安装在xy运动平台上光束旋转器的参数对铜箔成品表面依次间隔打孔，得到微孔铜箔；

11、s5、包装

12、将步骤s4获得的微孔铜箔按照所需规格分切，并对成品质量检测，若检测达标则包装备用，若不达标则回收处理。

13、进一步地，步骤s1中，所述高纯度铜线的铜含量为99.0～99.5％；

14、说明：使用高含铜量的铜线能够有效提高微孔铜箔的纯度，同时能够充分利用铜线，有效实现成本降低，扩大电芯的降本空间。

15、进一步地，步骤s1中，所述除杂液1按照质量百分比计包括：3～5％的柠檬酸三钠、0.05～0.1％的苯并三唑、0.3～0.7％的烷基酚聚乙烯醚以及余量的水；

16、除杂液2按照质量百分比计包括：1.0～1.5％的碳酸氢钠、10～13％的硅藻土以及余量的水；

17、说明：上述除杂液一及除杂液二能够对铜导线中含有的杂质有效去除，其中，柠檬酸三钠能够迅速沉淀金属铜线表面的金属离子，防止污染物再次附着，而苯并三唑作为防腐蚀剂，能够有效防止铜线腐蚀，烷基酚聚乙烯醚能够对铜线起到稳定作用；碳酸氢钠与硅藻土能够中和铜表面残留的酸性物质，避免在铜线在空气中很快被二次氧化，硅藻土能够对容器瓶内部游离的铜锈离子吸附转移从而进一步保证铜线的纯度，同时硅藻土具备能明显增强制品的钢性和硬度的特性，能够进一步提升微孔铜箔的性能。

18、进一步地，步骤s2中，所述塑料基材预处理步骤包括：先将塑料基材浸泡到质量浓度为2.5～3.0％的无水偏硅酸钠溶液中清洗5～10min，然后用去离子水漂洗3～5min，最后用质量浓度为99.5～99.9％的无水乙醇溶液超声波清洗3～5min，取出自然晾干后装入真空室，备用；

19、说明：塑料基材先通过无水偏硅酸钠清洗能够去除表面的污垢并使污垢悬浮，不沉积在塑料基材表面，更易于清洁，然后无水乙醇能够对基材表面的油脂及其他有机物质进一步去除的同时也能对残留的去离子水进行吸附，更加利于铜箔在塑料基材表面铜层的形成。

20、进一步地，步骤s2中，所述电镀步骤为：向电解槽中倒入质量浓度为13.5～14.5％的硫酸铜溶液，取纯铜板作阳极，表面覆盖有铜膜的塑料基材作阴极，外加10～50v的直流电反应5～10min，使得溶液中的铜离子绕阴极表面结晶生成复合铜箔；纯铜板的含铜量为99.0～99.5％；

21、说明：采用电镀方式对铜层厚度进行进一步的增厚，使其满足铜箔所需厚度。

22、进一步地，步骤s3中，所述喷砂处理参数包括：以30～90次/min的速率向复合铜箔表面喷射砂粉混合物，喷涂距离10～15cm、送砂量60～70rpm，喷涂3～5min；

23、说明：喷砂粗化兼有表面净化作用，借以除去氧化皮、锈斑和其他附着物。喷砂不仅能将表面清理干净，并能使表面粗糙，而且还能使表面产生一定的残余应力，增大接触面积从而更加利于后期的复合铜箔表面的钝化处理。

24、更进一步地，所述砂粉混合物按照质量份数计包括10～15份棕刚玉粉体、3～5份石英砂粉体以及5～7份的水；

25、说明：棕刚玉具有纯度高，结晶好，流动性强，线膨胀系数低，耐腐蚀的特点，尤其是其远高于传统刚玉的性价比；石英砂具备绝缘效果，有较强的抗腐蚀能力，在增加复合铜箔表面与钝化涂层之间的附着力的同时也能够有效避免复合铜箔表面出现腐蚀的情况，水分的加入使得砂体对复合铜箔表面的冲击作用减小，在满足增加复合铜箔表面积的同时也对复合铜箔表面起到了保护作用。

26、进一步地，步骤s3中，向复合铜箔表面涂覆钝化处理层的为：将复合铜箔放入装有钝化处理液的放置槽内，常温浸泡5～10min，然后取出，并使用硅烷联剂与酞酸酯联剂按照体积比为1：1混合得到的悬浮液进行淋洗，所述悬浮液流速为15～30l/min，所述淋洗时间为3～5min；

27、说明：钝化处理液对复合铜箔表面处理能够有效避免成品出现氧化的情况，取出后利用硅烷联剂与酞酸酯联剂按照体积比为1：1混合得到的悬浮液进行淋洗能够有效提高复合铜箔的电性能、抗老化性能，同时悬浮液能够提升材料的粘结性，便于将其应用在电池内部。

28、进一步地，步骤s3中，所述钝化处理液的配方为：质量百分比为5～7％的聚乙烯吡咯烷酮、质量百分比为0.3～0.5％的氢氟酸、质量百分比为8～10％的铬酸锌以及余量的水；

29、说明：上述配方的钝化处理液能够使得复合铜箔表面生成致密的氧化层，使铜箔具备抗氧化性能，能够有效抑制成品表面变质，同时具备优良的抗酸碱性，并且上述成分对环境污染较小，更加环保。

30、进一步地，步骤s4中，通过调节光束直径与聚焦镜头数量对微孔直径进行调整，通过激光输出能量、激光脉冲重复频率对微孔深度进行调整，通过调整xy向移速对孔密度进行调整；所述孔密度为1～5mm×1～5mm；

31、说明：通过对光束直径决定孔直径，想得到不同的小孔直径换取聚焦镜头，调节激光输出能量和脉冲重复频率对孔深度进行调节，满足不同微孔制备的需求。

32、本发明的有益效果是：

33、(1)本发明通过采用复合铜箔来代替传统电解铜箔的制备方式，能够有效降低原材料的使用，并且由于复合铜膜中部分铜采用塑料基材进行替换，减少了铜含量、减轻了电池的重量，增加了电池的能量密度，并且由于中间部分采用塑料基材具备绝缘特性，能够有效提升电池的安全性能。

34、(2)本发明通过电子束蒸镀机生成的镀层由于电子束加热能够使铜线快速升温，使得蒸发速率提高，结晶细致，并且电子束蒸发粒子动能较大更加利于铜膜与金属基材的结合，对塑料基材依次用无水偏硅酸钠溶液、去离子水以及无水乙醇清洗能够使得镀层与基体结合力更好，分布更加均匀。

35、(3)本发明后期对复合铜箔表面喷砂处理，然后向复合铜箔表面涂覆一层平均厚度为2～3mm的钝化处理层，前期的喷砂处理不仅能将表面清理干净，并能使表面粗糙，使表面产生一定的残余应力，增大可接触面积从而有效提升复合铜箔表面钝化处理的效果，用硅烷联剂与酞酸酯联剂按照体积比为1：1混合得到的悬浮液对钝化处理液处理后的复合铜箔进行淋洗能够有效提高复合铜箔的电性能、抗老化性能，导电性更好，同时采用特定的钝化处理液对环境污染较小，更加环保。