锂离子电池用铜箔的质量管理.docx

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1、锂离子电池用铜箔的质量管理目录1 .前言12 .电解铜箔的主要质量问题22. 1.表面质量22.2. 厚度不均22.3. 成分和微观结构32.4. 表面粗糙度和尺寸精度43.电解铜箔的质量管理43.1. 电解铜箔的外观不良及其管控方法43. 1. 1.外观花纹和色差44. 1. 2.外观凹凸点53.2. 铜箔的性能不良及管控方法53.2. 1.基重不均53.2.2.表面粗糙度不均61 .前言铜箔作为锂离子电池的重要原材料，在锂离子电池中作为负极集流体，充 当负极电子流的收集与传输。目前，全球锂电池铜箔市场竞争激烈，主要生产商包括中国、日本、韩国 和美国等国家和地区的公司。我国锂电池铜箔在201

2、3年之前基本依赖于日韩进 口，进口铜箔价格高，交期不确定，严重制约了锂离子电池的发展。锂电池铜 箔的生产方法主要有理方法、化学方法和电化学方法。其中，物理方法包括轧 制法、拉伸法等，化学方法包括溅射法、电解法等，电化学方法则包括电沉积 法、阳极氧化法等。其中电解铜箔以其生产成本较低、应用规模庞大、表面粗糙度较低等特点 在市场占主导地位，6 m电解铜箔在锂电铜箔市场占有率2023年预期达到 70%；随着车用锂离子电池的迅猛发展，推动了铜箔国产化的进度，但是国产 铜箔在生产工艺和制造过程控制上，尚待完善，成品率较低，铜箔的行业成品 率水平在80%左右，所以提升国产电解铜箔的质量迫在眉睫。2 .电解

3、铜箔的主要质量问题3 . 1.表面质量电解铜箔的表面质量是衡量其质量的重要指标之一。常见的表面质量问题 包括：表面粗糙、存在颗粒、色差、划痕等。这些问题可能会影响到电解铜箔 的外观和使用性能。电解铜箔质量始终受生产过程中人、机、料、法、环的影响，而这些因素 始终处在变化中，最终影响产品质量稳定性。I、针孔：线路上如果出现针孔问题，容易使线路断路，造成整板报废。原因：1）阴极辐抛光之后，水洗不干净，辐而留有残存的磨料微纷和研磨剂，这 些没有导电功能，但是阻挡了铜离子析出，导致该部位有针孔出现。所以，阴 极辐磨好后一定要用有一定压力的水，把阴极辐面冲洗干净，保证把贴附在阴 极辐表面的微粉和研磨剂冲

4、洗出来，进入污水槽里。2）阴极辐在吊运、装槽过程中表面如果落上灰尘，导致出现针孔。3）表面抛光时间过长，光面抛得特别亮，使阴极表面氧化膜反而增厚了， 阴极极化反而降低，导致阴极电流密度减小，阴极析氢，在阴极辐上先析出的 是粉状的亚铜，造成铜箔光面的严重铜粉，因为阴极辐表面有较多的铜粉，影 响了铜离子的正常析出，造成铜箔结晶的位错、孔穴较多，有些成了针孔。4 . 2.厚度不均厚度不均可能会导致电解铜箔的性能不均匀，影响到电子产品的稳定性和 可靠性。电镀设备根据电解定律只能计件整个被镀零件表面上的平均厚度，实践证 明，甚至在于阴极距离完全相等的平面阴极上，电流密度和镀层的分布也是不 均匀的，在尖角

5、和边缘上的镀层厚度显然大于平均厚度，平面阴极中心表面上 的厚度显然小于平均厚度的偏差约20-30%,形状复杂的零件表面上这种偏差可 达到500-700%。其原因如下：1、在电镀时，及时是形状Z简单的平板零件，由于电流的边缘效应，电力 线容易在零件的尖角、边缘上集中，电流密度比较大，因此镀层厚度大于平均 厚度，而在中部电力线比较少，电流密度较小，因此镀层厚度小于平均厚度。2、对于形状不平的或者有深孔的复杂零件，出了电流的边缘效应外，电 镀设备厂家还由于形状不平俩处于阳极的距离不通，使他们彼此间的欧姆点电 阻也不同，电镀设备因而电流密度在形状不平处的分布也不相同，不同处与阳 极距离近，电阻小，电流

6、密度就大。镀层就厚，反之，喔出的镀层波，甚至在口径较小的深孔出，由于电力线 达不到内壁表面，而沉积不上镀层。每台行车由两个挂钩构成,分别为A钩和B钩,A钩上是待镀工件,B钩是用来 实现工件的交换。行车交换工位，由B钩先将槽中空钩提起,然后再将A钩中挂件 放入槽中,这样很容易实现将工件送到下一台行车,完成下面的工艺流程。在行车1工艺流程中有化学脱脂这一环节,由于化学脱脂时间长,则有AB槽 切换功能。行车1第一次将工件放入A槽进行脱脂,完成一个循环后,行车第二次 将工件放入B槽,然后提起A槽中的工件进入下一道工艺。这样可以节省工作时间,提高工作效率。化学脱脂、电解脱脂、预镀银、镀 银、防变色、活化

7、、镀锡、中和以及上下料的时间由触摸屏随意调整。2. 3.成分和微观结构如果电解铜箔中含有杂质，可能会影响到其导电性能和耐腐蚀性能。晶粒 过大会导致电解铜箔的机械性能、导电性能下降，也会影响到其耐腐蚀性能。按照生产工艺的不同，铜箔可分为压延铜箔和电解铜箔。压延铜箔采用轧 制、热处理工艺获得所需的厚度和必要的力学性能。随着轻薄化要求越来越高, 电解工艺替代压延工艺用于生产厚度在8 m以下的铜箔，即电解铜箔。电 解铜箔的生产工艺如图2所示，该工艺首先将原料铜溶解，制成硫酸铜溶液作 为电解液。后续的电沉积工艺以不溶性材料（铅银合金或者涂层钛板等）为阳极， 以光滑的不锈钢板（或钛板）滚筒作为阴极辐，阴极

8、辐底部浸在硫酸铜电解液中恒 速旋转。通入直流电后，电解液中的铜离子被还原成铜原子，沉积在阴极辐表 面形成生箔。之后，对生箔进行粗化、固化、耐热、耐腐蚀、防氧化等表面处 理，经过分切、检测后制成电解铜箔成品。铜箔的厚度由阴极电流密度和阴极 辐的转速控制。紧贴阴极辐表面称为光面，另一面称为毛面。在锂离子电池的 生产工艺中，负极材料被涂敷在展开的铜箔上。所以，电解铜箔在满足厚度要 求的同时，还需要控制显微组织使之达到所需的力学性能。2. 4.表面粗糙度和尺寸精度表面粗糙度过大可能会影响到电解铜箔的外观和使用性能。尺寸精度不足 可能会导致电解铜箔在加工和使用过程中出现位置不准确、配合不良等问题。电解铜

9、箔粗糙度标准电解铜箔的表面粗糙度是评定电解铜箔质量的重要指标之一，也是电解铜 箔应用的一个关键因素。目前，电解铜箔的粗糙度标准主要依据以下两种测量 方法来确定：LRA值RA值是表面粗糙度的重要指标之一，一般用微米(IIm)表示。RA值越小， 表面越光滑。常用的RA值标准包括IoIIm、7Im、5Im和3Im等。例如，3m 的RA值标准意味着电解铜箔表面的平均粗糙度小于3mo2. Rz 值RZ值是另一种重要的表面粗糙度测量指标，一般用微米(Ilm)表示。与RA 值不同的是，RZ值还包含了表面凸起和凹陷的深度。通常，RZ值越小，表面越 光滑。在硬度高的电解铜箔中，RA值不一定是最好的衡量标准，因此

10、需要使用 RZ值进行测量。3.电解铜箔的质量管理为了确保电解铜箔的质量符合要求，生产过程中需要严格控制各项工艺参 数，并对产品质量进行严格检测。同时，对于出现的质量问题，需要及时采取 措施进行改进和优化，提高产品质量水平。3.1. 电解铜箔的外观不良及其管控方法电解铜箔在制造过程和存储过程由于加工工艺和存储环境的不同，往往会 出现外观花纹和色差，以及外观凹凸点的质量问题。下面逐个阐述外观的影响 因素、失效模式及管控方法。3.1.1. 外观花纹和色差铜箔的外观花纹有多种表现形式，有条纹状花纹、人字形花纹、边缘局部 条状花纹，这些不良品的产生和铜箔的多个制造工序有关。生箔过程的防氧化 后的水洗能力

11、不足或者喷嘴堵塞，防氧化电流不稳定，防氧化液浓度低等都会 造成外观花纹以及外观色差问题。铜箔分切设备的辐表面脏污、设备漏油、员 工用手直接触摸铜箔也会造成铜箔外观脏污。这类不良电解铜箔会造成锂离子 电池的极片粘结力不均匀，影响锂离子电池的循环性能。因此，要解决这类外 观问题，需要做下面几项控制：1）控制生箔工序的电流，使电流值稳定在工艺范围内；2）控制防氧化液的配比，使得浓度在合格范围；3）生产过程中每隔1小时对水洗喷嘴进行巡检，发现喷嘴堵塞，立即维修 设备，并对不良铜箔进行标示，在分切时将不良品去除，防止不良铜箔流出到 客户手里。3. 1.2.外观凹凸点铜箔制造工艺的生箔和分切工序对环境洁净

12、度要求较高，锂离子电池用铜 箔，非常薄，硫酸铜溶液中的异物和空气中的粉尘，以及收卷轴上的异物都能 造成铜箔表面出现凹凸点。这类铜箔在制作锂离子电池时，会发生涂布机的喷 头副蹭到凹凸点致使涂覆工序断带，生产停产，轻微的凹凸点，不容易被员工 识别，涂覆极片后存在导电性不一致的问题，做成锂离子电池后，会造成电池 内阻高。所以铜箔的制造过程要严格控制粉尘，具体做法为：1）在溶铜工序增加3道精密过滤控制，彻底滤掉电解液中的杂质；2）在生箔和分切工序安装粉尘测试仪，使得车间粉尘度在十万级以内；3）规范车间员工通道和物流通道，将两种通道分开管控。以上方法的执行，可以有效降低异物造成的铜箔凹凸点，提升铜箔的成

13、品 率。3. 2.铜箔的性能不良及管控方法3. 2. 1.基重不均由于锂离子电池用的铜箔都比较薄，没有一种既精密又稳定的测试设备对 铜箔的厚度进行测试，所以行业内普遍采用基重来表征铜箔的厚度。铜箔行业 的基重水平在3%波动，如果铜箔基重波动大，会使锂离子电池制造工序的涂 覆厚度出现波动，造成极片厚度不均，影响电池之间的一致性。铜箔基重管控 方法为：每日安排巡检，每4小时对铜离子浓度巡检一次，根据巡检结果，及 时对铜离子浓度进行优化；安排检验人员巡检生箔工序的电流并进行记录，当 生箔电流出现波动时，对铜箔基重进行检验，检验合格后方可转入下工序；对 员工进行检验工作的培训，每生产一卷铜箔，安排检验

14、员对铜箔的基重进行检 测，将检测结果记录在案。3. 2. 2.表面粗糙度不均表面粗糙度是指加工表面上具有较小的间距和峰谷所组成的微观几何形状 特性。国家标准要求动力电池使用的铜箔的粗糙度RZ值W2m.如果铜箔的 粗糙度超出标准，会造成锂离子电池的涂覆工艺异常，表现为：涂覆后的极片 外观有凹坑。所以铜箔制造过程应控制粗糙度W2m0控制粗糙度的措施主要 有：每3个月对铜箔的阴极辐进行离线打磨，打磨后用粗糙度仪器测试阴极辐 的粗糙度，当阴极辐的粗糙度达到出厂要求时，方可投入生产。除了对阴极辐 进行离线打磨，还需要增加在线打磨砂轮，在线打磨的砂轮的转速和功率等参 数都纳入检验员的检验范围，并如实记录。此外还需对产出的铜箔进行粗糙度 的测试，测试频次为一卷测试一次，一旦发现有不良品，立即进行降级处理。