一种微米级锂电池多孔铜箔制备方法及应用与流程

本发明涉及锂电池材料，具体是一种微米级锂电池多孔铜箔制备方法及应用。

背景技术：

1、二十一世纪，能源问题是制约经济全球化进程的关键因素，相较有限的化石能源，锂电池在高效的能源存储及转化能力领域展示出巨大的技术潜力和前景。锂电池能量比能量高、体积小、循环寿命高、无记忆效应、无污染等特点，被广泛应用于电动汽车、医疗健康、军事国防和航空航天等领域。尤其随着新能源汽车的快速发展，具备高能量密度、高功率密度和高安全性能的新型锂电池已成为当前人类共同追求的目标。采用普通平面铜箔作为负极集流体会因难以承受巨大容量而引起负极活性材料脱落和集流体的塑性变形，导致电池循环寿命减弱。

2、锂电池一般由正极、负极、电解液、隔膜和电池外包装组成。通过锂离子在内部来回嵌入和脱出实现能量的存储和释放。传统的铜箔集流体应用于锂电池时，一方面会因难以承受巨大容量而引起负极活性材料脱落和集流体的塑性变形，导致电池循环寿命减弱；另一方面充放电循环过程中会形成锂枝晶，并最终穿透隔膜造成安全隐患。用具有高比表面积、低电阻、良好的导电及优异力学性能的多孔铜箔作锂电池的集流体可以有效解决上述问题。多孔铜集流体因其巨大的比表面积不仅可以为活性材料提供更大缓冲空间，增大电池容量；而且可以有效增强多孔铜箔与活性材料两者之间的结合力，从而减小因电极材料脱落、粉化而引起的电池不可逆容量增加的现象，延长锂电池循环寿命。

3、目前制备多孔铜箔方法较多，最常见的主要是去合金法和模板法。去合金法通过调整两种金属之间的原子比例、腐蚀溶液类型(酸性或碱性)和浓度等利用合金元素活泼性不同的特征最终形成多孔铜箔。专利文献(cn110656297a，cn112635772a等)通过去合金法制备的多孔铜箔导电率提升60％，并且孔隙率达20-30％。但是孔隙率较低，孔径大小和分布难以控制。

4、常规模板法需要预先制备

5、多孔有机或无机的模板材料，然后通过化学或物理的方法将金属材料沉积到预先制备好的模板材料上，再去除模板，最终得到多孔铜箔。专利文献(cn113089032a，cn110492107a和cn109877470a)通过光刻处理和激光加工在不同基体上形成多孔结构，然后在模板上电沉积形成多孔铜箔。但其不仅操作和制备过程繁琐，成本高，而且结构特征严重受限原始模板。最重要的是其所得多孔铜箔机械强较差。而本发明采用的氢气泡模板法不仅无需制作高成本复杂的多孔模板、成本低、绿色环保、制备便捷快速，而且制造的多孔铜箔在不降低机械强度的前提下孔径大小和分布均匀。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种微米级锂电池多孔铜箔制备方法及应用，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种微米级锂电池多孔铜箔制备方法，包括以下步骤：

4、s1、原料选择：选择铜及纯硫酸为原料；

5、s2、清洗溶解，将铜放入双氧水中进行清洗，然后将清洗后的铜溶解到纯硫酸溶液内，得到硫酸铜电解液；

6、s3、在硫酸铜电解液中加入添加剂，得到电沉积电解液；

7、s4、选用无孔基体铜箔，并对其进行预处理；

8、s5、采用s3中的电沉积电解液对预处理后的铜箔进行电沉积，以得到多孔铜箔。

9、如上所述的微米级锂电池多孔铜箔制备方法：s2中的双氧水的浓度为1-5wt％，温度为20-30℃。

10、如上所述的微米级锂电池多孔铜箔制备方法：所述硫酸铜电解液中铜离子浓度为15-45g/l，硫酸浓度为90-130g/l。

11、如上所述的微米级锂电池多孔铜箔制备方法：所述添加剂为氯离子、聚乙二醇及羟乙基纤维素。

12、如上所述的微米级锂电池多孔铜箔制备方法：所述电沉积电解液中氯化合物以氯元素计的浓度为10-30mg/l，聚乙二醇浓度为5-20mg/l，羟乙基纤维素浓度为3-15mg/l。

13、如上所述的微米级锂电池多孔铜箔制备方法：s4中对无孔基体铜箔的预处理包括依次进行的酸洗、超声清洗及干燥处理。

14、如上所述的微米级锂电池多孔铜箔制备方法：s4中对无孔基体铜箔的预处理包括：选用厚度为4-10μm的无孔基体铜箔，将无孔基体铜箔在15wt％的硫酸溶液中进行清洗2-4s，将酸洗后的无孔基体铜箔用蒸馏水反复冲洗后再超声清洗15-35min，随后干燥，干燥温度25±3℃。

15、如上所述的微米级锂电池多孔铜箔制备方法：s5中的电沉积处理包括：另取s1得到的铜为阳极，覆盖在平板钛表面的商用铜箔为阴极，温度为25±3℃，沉积时间为5-25s，电流密度为0.5-4a/cm2，极距为1-5cm。

16、如上述所述微米级锂电池多孔铜箔制备方法在制备锂电池中的应用。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

18、1.与现有制备多孔铜箔方法相比，不需要去制作高成本复杂多的孔模板。在锂电池铜箔后处理工艺中通过改变工艺参数和电沉积电解液便可制备出表面孔径均匀，低厚度(≤20μm)、高电导率的多孔铜箔。同时，所制备的三维多孔铜箔机械性能相较基体铜箔并无明显下降，铜沉积层和基体铜箔具备较强的结合力，无脱落，掉粉现象产生。

19、2.本发明改变了电解液成分，对整个铜箔后处理系统没有进行很大的改建，即使是现有的后处理系统也可以适用，且添加剂采用了对人体和环境无害的添加剂，且添加剂价格便宜。

20、3.所制备的三维多孔铜箔表面孔径均匀，孔面积占比高(35-65％)，使得多孔铜箔可以有效抑制理电池充放电过程中锂枝晶的生长，增强电池安全性和使用寿命。沉积层孔壁光滑致密，且结合力强，规则且致密的晶粒团簇有利于降低多孔铜箔表面粗糙度。

技术特征：

1.一种微米级锂电池多孔铜箔制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种微米级锂电池多孔铜箔制备方法，其特征在于，s2中的双氧水的浓度为1-5wt％，温度为20-30℃。

3.根据权利要求1所述的一种微米级锂电池多孔铜箔制备方法，其特征在于，所述硫酸铜电解液中铜离子浓度为15-45g/l，硫酸浓度为90-130g/l。

4.根据权利要求1所述的一种微米级锂电池多孔铜箔制备方法，其特征在于，所述添加剂为氯离子、聚乙二醇及羟乙基纤维素。

5.根据权利要求5所述的一种微米级锂电池多孔铜箔制备方法，其特征在于，所述电沉积电解液中氯化合物以氯元素计的浓度为10-30mg/l，聚乙二醇浓度为5-20mg/l，羟乙基纤维素浓度为3-15mg/l。

6.根据权利要求1所述的一种微米级锂电池多孔铜箔制备方法，其特征在于，s4中对无孔基体铜箔的预处理包括依次进行的酸洗、超声清洗及干燥处理。

7.根据权利要求6所述的一种微米级锂电池多孔铜箔制备方法，其特征在于，s4中对无孔基体铜箔的预处理包括：选用厚度为4-10μm的无孔基体铜箔，将无孔基体铜箔在15wt％的硫酸溶液中进行清洗2-4s，将酸洗后的无孔基体铜箔用蒸馏水反复冲洗后再超声清洗15-35min，随后干燥，干燥温度25±3℃。

8.根据权利要求1所述的一种微米级锂电池多孔铜箔制备方法，其特征在于，s5中的电沉积处理包括：另取s1得到的铜为阳极，覆盖在平板钛表面的商用铜箔为阴极，温度为25±3℃，沉积时间为5-25s，电流密度为0.5-4a/cm2，极距为1-5cm。

9.如权利要求1-8任意一项所述微米级锂电池多孔铜箔制备方法在制备锂电池中的应用。

技术总结
本发明涉及锂电池材料技术领域，具体是一种微米级锂电池多孔铜箔制备方法及应用，包括以下步骤：S1、原料选择：选择铜及纯硫酸为原料；S2、清洗溶解，将铜放入双氧水中进行清洗，然后将清洗后的铜溶解到纯硫酸溶液内，得到硫酸铜电解液；S3、在硫酸铜电解液中加入添加剂，得到电沉积电解液；S4、选用无孔基体铜箔，并对其进行预处理；S5、采用S3中的电沉积电解液对预处理后的铜箔进行电沉积，以得到多孔铜箔。与现有制备多孔铜箔方法相比，不需要去制作高成本复杂多的孔模板。在锂电池铜箔后处理工艺中通过改变工艺参数和电沉积电解液便可制备出表面孔径均匀，低厚度、高电导率的多孔铜箔。

技术研发人员：白忠波,贾亚鹏,刘二勇,孙万昌,蔡辉,彭肖林,冯宝鑫
受保护的技术使用者：灵宝华鑫铜箔有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15