本發(fā)明涉及鋰離子電池材料，特別是針對電解銅箔抗拉強(qiáng)度調(diào)控的添加劑配方及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、鋰離子電池作為當(dāng)前能源存儲技術(shù)的主流，廣泛應(yīng)用于便攜式電子設(shè)備、電動汽車、儲能系統(tǒng)等領(lǐng)域。電池的性能，尤其是能量密度、循環(huán)壽命和安全性，直接取決于其內(nèi)部材料的質(zhì)量。在鋰離子電池的構(gòu)造中，銅箔作為負(fù)極集流體，承擔(dān)著電子傳輸和活性物質(zhì)支撐的雙重角色。因此，銅箔的物理和化學(xué)性能對電池的整體性能有著至關(guān)重要的影響。

2、銅箔的抗拉強(qiáng)度是衡量其機(jī)械性能的關(guān)鍵指標(biāo)，它直接關(guān)系到電池在充放電過程中的穩(wěn)定性和安全性?？估瓘?qiáng)度過低的銅箔在電池充放電循環(huán)中容易發(fā)生斷裂，導(dǎo)致電池內(nèi)部短路，影響電池的使用壽命和安全性。然而，傳統(tǒng)的銅箔生產(chǎn)過程中，添加劑的使用往往難以實(shí)現(xiàn)對銅箔抗拉強(qiáng)度的精確控制，這主要是由于添加劑種類繁多、作用機(jī)理復(fù)雜以及生產(chǎn)過程中難以精確控制添加劑的添加量和作用效果。

3、為了解決這一問題，研究人員和工程師們一直在探索新的添加劑配方和生產(chǎn)工藝，以實(shí)現(xiàn)對銅箔抗拉強(qiáng)度的精確調(diào)控。這些努力主要集中在以下幾個方面：一是開發(fā)新型添加劑，以改善銅箔的微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能；二是優(yōu)化添加劑的配比，以實(shí)現(xiàn)最佳的協(xié)同效應(yīng)；三是改進(jìn)電解工藝，以精確控制添加劑在電解液中的分布和作用。盡管已有一些研究取得了一定的進(jìn)展，但目前市場上仍缺乏一種能夠精確調(diào)控鋰電銅箔抗拉強(qiáng)度的添加劑配方?，F(xiàn)有的添加劑配方往往難以在不大范圍改動添加劑配方的情況下實(shí)現(xiàn)抗拉強(qiáng)度的任意控制，同時其常需要在提高抗拉強(qiáng)度時犧牲其他性能，如延展性、導(dǎo)電性或表面質(zhì)量，這限制了銅箔在高性能鋰離子電池中的應(yīng)用。

4、針對上述問題，本發(fā)明提出了一種全新的添加劑配方，旨在精確調(diào)控鋰電銅箔的抗拉強(qiáng)度。該配方不僅能夠滿足4-8微米不同厚度的銅箔生產(chǎn)，而且能夠?qū)崿F(xiàn)僅通過簡單調(diào)節(jié)添加劑流量和高抗劑的配比對銅箔抗拉強(qiáng)度在300-800mpa范圍內(nèi)的精確控制。該配方基于對添加劑作用機(jī)理的深入理解，通過精心設(shè)計(jì)的多組分協(xié)同作用，優(yōu)化配方，實(shí)現(xiàn)了對銅箔抗拉強(qiáng)度的精確控制。本發(fā)明的添加劑配方包括光亮劑、整平劑、走位劑和高抗劑等組分，具體成分涉及聚二硫二丙烷磺酸鈉、3-巰基丙烷磺酸鈉、羥乙基纖維素、聚丙烯酰胺、2-巰基苯并咪唑、氯離子、聚乙烯亞胺及其衍生物、二乙基硫脲、四氫噻唑硫酮-4-羧酸。

5、光亮劑(如sps和mps)通過在電解液中形成特定的吸附層，促進(jìn)銅離子的均勻沉積，細(xì)化銅箔晶粒，從而提高銅箔的抗拉強(qiáng)度和延伸率。走位劑(如peg和pam)在銅箔表面形成保護(hù)膜，抑制銅離子的非均勻沉積，降低表面粗糙度，提高銅箔的平整度。整平劑(如四氫噻唑硫酮分散液)確保添加劑在電解過程中均勻分布，避免局部濃度過高或過低，從而保證銅箔的均勻性和一致性。高抗劑(如聚乙烯亞胺及其衍生物、二乙基硫脲、hec)通過與銅離子形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，增強(qiáng)銅箔的晶格結(jié)構(gòu)，提高其抗拉強(qiáng)度。

6、本發(fā)明的添加劑配方不僅提升了銅箔的力學(xué)性能，還顯著改善了銅箔的表面質(zhì)量和電化學(xué)性能。通過調(diào)整各組分的比例和電解參數(shù)，本發(fā)明的添加劑配方能夠滿足不同應(yīng)用場景對銅箔性能的嚴(yán)格要求，為鋰離子電池行業(yè)提供了一種高性能、高效率的銅箔生產(chǎn)方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提出了一種基于多組分協(xié)同作用的添加劑配方及其應(yīng)用，旨在解決現(xiàn)有添加劑配方無法大范圍精確調(diào)控鋰電銅箔抗拉強(qiáng)度的問題。

2、本申請的第一方面提供了一種電解銅箔用添加劑配方，包括光亮劑、整平劑、走位劑和高抗劑等組分，以重量份計(jì)，添加劑配方包括聚二硫二丙烷磺酸鈉10-100份、3-巰基丙烷磺酸鈉30-70份、聚乙二醇10-30份、聚丙烯酰胺0-10份、四氫噻唑硫酮分散液3-10份、氯離子15-35份、聚乙烯亞胺及其衍生物15-35份、二乙基硫脲30-60份、羥乙基纖維素5-25份。

3、進(jìn)一步地，上述聚乙二醇的平均分子量為10000。

4、進(jìn)一步地，以重量份計(jì)，添加劑配方包括聚二硫二丙烷磺酸鈉20-80份、3-巰基丙烷磺酸鈉35-65份、聚乙二醇10-20份、聚丙烯酰胺0-8份、四氫噻唑硫酮分散液3-8份、氯離子15-30份、聚乙烯亞胺及其衍生物15-30份、二乙基硫脲30-45份、羥乙基纖維素5-20份。進(jìn)一步地，以添加劑在配方中配置的含量計(jì)，所述聚二硫二丙烷磺酸鈉在添加劑配方中的含量為10-100g/l；所述3-巰基丙烷磺酸鈉在添加劑配方中的含量為30-70g/l；所述聚乙二醇在添加劑配方中的含量10-30ml/l；所述聚丙烯酰胺在添加劑配方中的含量0-10g/l；所述四氫噻唑硫酮分散液在添加劑配方中的含量3-10g/l；所述氯離子在添加劑配方中的含量15-35ml/l；所述聚乙烯亞胺及其衍生物在添加劑配方中的含量15-35g/l；所述二乙基硫脲在添加劑配方中的含量30-60g/l；所述羥乙基纖維素在添加劑配方中的含量5-25g/l。

5、本申請的第二方面，提供了一種創(chuàng)新的多組分協(xié)同作用添加劑配方使用的電解參數(shù)，包括銅離子濃度、硫酸濃度、電解液上液流量、電解溫度及電流密度。

6、進(jìn)一步地，上述電解參數(shù)具體為75g/l-95g/l，硫酸濃度100g/l-140g/l，電解液上液流量35m3/h-45m3/h，電解溫度為47-52℃，電鍍的電流密度為6500-7000a/m2。

7、本申請的第三方面，提供了一種電解銅箔，該電解銅箔滿足以下條件：抗拉強(qiáng)度在300-800mpa之間，延伸率3-16％。

8、提供了一種電解銅箔，所述電解銅箔滿足以下條件：厚度為4-8μm。

9、提供了一種電解銅箔，所述電解銅箔滿足以下條件：光澤度為100-400gs。

10、提供了一種電解銅箔，所述電解銅箔滿足以下條件：毛面表面粗糙度ra為0.15-0.25μm，光面表面粗糙度ra為0.25-0.35μm。

11、提供了一種電解銅箔，所述電解銅箔滿足以下條件：電阻率≤0.021ω·m。

12、提供了一種電解銅箔，所述電解銅箔滿足以下條件：接觸角≤50°。

13、提拱了一種電解銅箔，所述電解銅箔滿足以下條件：晶粒尺寸0.3-0.7μm。

14、本申請的第四方面，提供了一種電解銅箔，該電解銅箔采用上述任一種的生產(chǎn)方法得到。

技術(shù)特征：

1.一種鋰離子電池用銅箔的添加劑配方，其特征在于：包括光亮劑、整平劑、走位劑和高抗劑，所述光亮劑包含有聚二硫二丙烷磺酸鈉和3-巰基丙烷磺酸鈉，所述整平劑為2-巰基苯并咪唑和氯離子，所述走位劑包含有羥乙基纖維素和聚丙烯酰胺，所述高抗劑包含有聚乙烯亞胺及其衍生物、二乙基硫脲和四氫噻唑硫酮-4-羧酸，且各組分按照重量份如下：所述添加劑配方包括聚二硫二丙烷磺酸鈉10-100份、3-巰基丙烷磺酸鈉30-70份、2-巰基苯并咪唑0-10份、氯離子15-35份、羥乙基纖維素5-25份、聚丙烯酰胺0-10份、聚乙烯亞胺及其衍生物15-35份、二乙基硫脲30-60份、四氫噻唑硫酮-4-羧酸2-15份。

2.根據(jù)權(quán)利要求1至6所述的一種多組分協(xié)同作用添加劑配方，其特征在于：所述物質(zhì)在添加劑配方中的含量分別為：聚二硫二丙烷磺酸鈉10-100g/l、3-巰基丙烷磺酸鈉30-70g/l、2-巰基苯并咪唑0-10g/l、氯離子15-35g/l、羥乙基纖維素5-25g/l、聚丙烯酰胺0-10g/l、聚乙烯亞胺及其衍生物15-35g/l、二乙基硫脲30-60g/l、四氫噻唑硫酮-4-羧酸2-15g/l。

3.一種創(chuàng)新的多組分協(xié)同作用添加劑配方使用的電解參數(shù)，其特征在于：所述電解參數(shù)包括銅離子濃度、硫酸濃度、電解液上液流量、電解溫度及電流密度。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電解參數(shù)，其特征在于，所述電解參數(shù)具體為銅離子濃度70g/l-100g/l，硫酸濃度90g/l-140g/l，電解液上液流量30m3/h-50m3/h，電解溫度為45-55℃，電鍍的電流密度為5000-8000a/m2。

5.一種電解銅箔，其特征在于，該電解銅箔滿足以下條件：具有80℃、48h的熱歷程的狀態(tài)后的抗拉強(qiáng)度在300-800mpa之間，延伸率3％-16％；厚度為4μm-8μm。

6.提供了一種電解銅箔，所述電解銅箔滿足以下條件：光澤度為100-500gs；毛面表面粗糙度ra≤0.30μm，光面表面粗糙度ra≤0.30μm。

7.提供了一種電解銅箔，所述電解銅箔滿足以下條件：電阻率≤0.021ω·m，接觸角≤50°。

8.提拱了一種電解銅箔，所述電解銅箔滿足以下條件：晶粒尺寸0.3-0.7μm。

9.提供了一種電解銅箔，所述電解銅箔滿足以下條件：通過變溫測試(將銅箔置于烘箱中，溫度由25℃提升至100℃、125℃或150℃，提升時間為35min，在100℃、125℃或150℃保溫180min，再經(jīng)過125min將溫度降至25℃)，抗拉強(qiáng)度變溫測試前后均≤

10.根據(jù)權(quán)利要求10至16中任一項(xiàng)所述的電解銅箔，其特征在于，所述銅箔用于制造鋰離子二次電池負(fù)極集流體。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種鋰離子電池用銅箔的添加劑配方及其電解銅箔，該配方能夠精確調(diào)控銅箔的抗拉強(qiáng)度至300至800MPa。配方包括光亮劑、整平劑、走位劑和關(guān)鍵組分高抗劑，由聚二硫二丙烷磺酸鈉(SPS)、3?巰基丙烷磺酸鈉(MPS)、羥乙基纖維素(HEC)、聚丙烯酰胺(PAM)、2?巰基苯并咪唑、氯離子、聚乙烯亞胺及其衍生物、二乙基硫脲、四氫噻唑硫酮?4?羧酸(TTCA)組成。通過對配方的優(yōu)化，僅調(diào)節(jié)添加劑流量及高抗劑用量，就能實(shí)現(xiàn)抗拉強(qiáng)度的精確調(diào)節(jié)。本發(fā)明還涉及與添加劑配方相匹配的電解參數(shù)，以適應(yīng)不同規(guī)格銅箔的生產(chǎn)需求，提升力學(xué)性能、表面質(zhì)量和電化學(xué)性能。

技術(shù)研發(fā)人員：文敏,葛洪鑫,羅佳,宮鑫,江中,江泱
受保護(hù)的技術(shù)使用者：九江德?？萍脊煞萦邢薰?br/>技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23