[發明專利]極薄多層結構型納米孿晶銅箔及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202210547480.8
• 申請日: 2022-05-18
• 公開（公告）號: CN114908386A
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 唐云志;孫楨;樊小偉;陸冰滬;李大雙;譚育慧
• 申請（專利權）人: 江西理工大學;安徽銅冠銅箔集團股份有限公司
• 主分類號: C25D3/38
• 分類號: C25D3/38;C25D1/04;C25D5/10;C25D15/00;H01M4/66
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 劉亭亭

本發明涉及銅箔材料技術領域，公開了一種銅箔及其制備方法和應用。所述銅箔包括納米孿晶層，和位于所述納米孿晶層的兩側且每側至少一層的細晶層。所述銅箔的制備方法包括：依次使用含有銅離子的第一電鍍液?第二電鍍液?第一電鍍液進行三段直流電沉積，得到具有細晶層?納米孿晶層?細晶層結構的銅箔。本發明中利用鹵素離子、添加劑A、添加劑B和添加劑C協同作用，通過改變電解液的溫度和添加劑組合作用實現直流電沉積銅箔的晶粒尺寸梯度調控，獲得一種極薄多層結構型銅箔。本發明提供的銅箔具有高抗拉強度、高延伸率、表面粗糙度低和優良的導電性，能滿足鋰離子電池集流體材料極薄高強應用要求。

技術領域

本發明涉及銅箔材料技術領域，具體涉及一種極薄多層結構型納米孿晶銅箔及其制備方法和應用。

背景技術

隨著不可再生能源的不斷消耗，人類對于新能源的追求愈發突顯，鋰離子電池已成為未來新能源發展的主要方向。電子銅箔作為國際主流高能量密度鋰電池集流體材料，在當今社會發揮著重要作用。為實現高能量密度，制作電池時要求銅箔的厚度盡量減薄以增加活性負極材料含量，然而銅箔在極薄情況下易發生褶皺和斷裂，影響銅箔的表面質量與力學性能，導致銅箔與活性材料間的接觸性能、電極尺寸穩定性、平整性變差，最終影響負極制備的成品率、電池容量、內阻、導電性和循環壽命等。通常人們采用細晶強化的作用增加銅箔抗拉強度，但延伸率卻下降明顯，很難實現極薄銅箔的綜合力學性能提升。納米孿晶結構因其優異機械和物理性能在工程領域廣泛應用。但單一的納米孿晶層結構較為簡單。

位錯與孿晶界交互作用對納米孿晶材料的力學性能起著至關重要的作用，單一納米孿晶與多層結構納米孿晶相比，晶粒尺寸較大，沒有逐層變化尺寸，而制備條件對孿晶的生長有較大影響，例如溫度越低，納米孿晶晶粒尺寸越小，孿晶界密度越高，孿晶片層厚度越小，此外，單一結構晶粒大表層粗糙度大，影響銅箔材料的抗拉強度、延伸率等力學性能較差。

因此，亟待提供一種具有優異的綜合力學性能的銅箔。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術存在的銅箔的抗拉強度、延伸率、導電性和表面質量在極薄情況下無法兼得的問題，提供一種銅箔及其制備方法和應用，本發明提供的銅箔具有高抗拉強度、高延伸率、表面粗糙度低和優良的導電性，而且該方法操作方便，儀器設備簡單。

為了實現上述目的，本發明第一方面提供一種銅箔，所述銅箔包括納米孿晶層，和位于所述納米孿晶層的兩側且每側至少一層的細晶層。

本發明第二方面提供一種銅箔的制備方法，所述方法包括：依次使用含有銅離子的第一電鍍液-第二電鍍液-第一電鍍液進行三段直流電沉積，得到具有細晶層-納米孿晶層-細晶層結構的銅箔。

優選地，所述第一電鍍液包含硫酸銅、硫酸、鹵素離子和第一添加劑，其中，所述第一添加劑包含添加劑A、添加劑B和添加劑C；

優選地，所述第二電鍍液包含硫酸銅、硫酸、鹵素離子和第二添加劑；其中，所述第二添加劑包含添加劑B和添加劑C。

本發明第三方面提供一種上述第二方面所述的方法制得的銅箔。

本發明第四方面提供一種電池，該電池包括的集流體中含有上述第一方面或第三方面所述的銅箔。

通過上述技術方案，本發明能夠獲得如下有益效果：

本發明通過采用直流電沉積法，制備出一種微觀結構分布可調的具有細晶層-納米孿晶層-細晶層結構的銅箔，其內部孿晶片層能阻礙位錯運動使銅箔具有良好的強度，同時高位錯密度納米孿晶銅晶粒使銅箔保持良好的塑性、導電性和穩定性，另外層次化結構有助于改善銅箔延伸率，能夠大幅提升銅箔的綜合性能。從實施例可以看出，本發明提供的銅箔的表面粗糙度低至1.87μm，電阻率低至1.85×10^-8Ω·m，抗拉強度高達538MPa，延伸率高達4.81。