本發(fā)明涉及鋰離子電池，尤其涉及一種銅箔及其制備方法和包含其的負(fù)極、鋰離子電池。

背景技術(shù)：

1、隨著電動(dòng)汽車保有量和可再生能源裝機(jī)量的不斷提升，對(duì)鋰離子電池的需求正在迅速增加。

2、電解銅箔由于其優(yōu)秀的導(dǎo)電性，廣泛應(yīng)用于鋰離子電池負(fù)極集流體，同時(shí)，由于其較好的力學(xué)性能，也是電池制造和使用時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力的主要承擔(dān)者。

3、當(dāng)今鋰離子電池發(fā)展的主要趨勢(shì)是提升能量密度和安全性。傳統(tǒng)石墨負(fù)極的理論比容量只有372ah/kg，而新型硅碳負(fù)極有望實(shí)現(xiàn)超過3000wh/kg的能量密度，負(fù)極材料的迭代將會(huì)是未來一段時(shí)間內(nèi)提升電池能量密度的主要途徑。然而，硅碳負(fù)極材料體積會(huì)隨著鋰離子脫嵌/嵌入發(fā)生明顯的收縮/膨脹，這一現(xiàn)象導(dǎo)致了電池充放電過程中的體積變化，從而對(duì)作為應(yīng)力載體的銅箔產(chǎn)生反復(fù)的拉伸。傳統(tǒng)的銅箔集流體在這一過程中容易由于過度拉伸而斷裂，導(dǎo)致電池內(nèi)部發(fā)生短路，影響電池的安全性和使用壽命。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種銅箔及其制備方法和包含其的負(fù)極、鋰離子電池，以解決現(xiàn)有銅箔作為集流體在電池充放電過程中容易由于過度拉伸而斷裂的問題。

2、根據(jù)本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明提供一種銅箔，銅箔包括超細(xì)晶粒和納米孿晶，銅箔的平均晶粒尺寸為0.2-0.4μm，面積加權(quán)平均晶粒尺寸為0.3-0.8μm，銅箔中由ebsd測(cè)量得到的納米孿晶晶粒比例大于50％。

3、進(jìn)一步地，銅箔的延伸率大于5％。

4、進(jìn)一步地，銅箔的抗拉強(qiáng)度為600-900mpa。

5、進(jìn)一步地，銅箔的厚度為4-10μm。

6、根據(jù)本發(fā)明的第二方面，本發(fā)明還提供一種銅箔的制備方法，該制備方法包括如下步驟：

7、利用脈沖電源在預(yù)定的脈沖寬度和占空比下對(duì)電解液進(jìn)行電解處理得到原箔；脈沖電源的電流密度為8000～15000a/m2，脈沖寬度為1～50ms，占空比為1％～30％；電解液包括電解添加劑，電解添加劑包括含量為12-20mg/l的光亮劑、含量為4-10mg/l的輔助光亮劑、含量為2-8mg/l的整平劑、含量為2-10mg/l的聚乙二醇和含量為6-30mg/l的抑制劑；

8、將原箔洗滌、鈍化，得到電解銅箔。

9、進(jìn)一步地，電解液還包含銅離子60-120g/l、硫酸90-150g/l和氯離子20-40mg/l。進(jìn)一步地，光亮劑包括有機(jī)硫化物；優(yōu)選地，光亮劑包括聚二硫二丙烷磺酸鈉、聚二硫二乙烷磺酸鈉和3-巰基-1-丙烷磺酸鈉中的一種或多種。

10、進(jìn)一步地，輔助光亮劑包括含氮的有機(jī)硫化物；優(yōu)選地，輔助光亮劑包括聚異硫脲丙烷磺酸內(nèi)鹽、3-苯并噻唑基-2-硫醇丙烷磺酸鈉、n,n-二甲基-丙烷磺酸鈉和四氫噻唑硫酮中的一種或多種。

11、進(jìn)一步地，整平劑包括含氮小分子化合物；優(yōu)選地，整平劑包括2-巰基吡啶2-、氨基-4-甲基苯并噻唑和三環(huán)唑中的一種或多種。

12、進(jìn)一步地，聚乙二醇的分子量為4000-10000。

13、進(jìn)一步地，抑制劑包括聚醚類化合物，聚醚類化合物的分子量小于等于2000；優(yōu)選地，抑制劑包含分子量為400-1000的聚乙二醇、分子量為800-2000的聚丙二醇和分子量為400-1000的乙二醇和丙二醇的共聚物中的一種或多種。

14、進(jìn)一步地，聚乙二醇與聚醚類化合物的質(zhì)量比為1:2-1:4。

15、進(jìn)一步地，電解處理的溫度為50-60℃；所述電解處理過程中，電解液的上液流量為40-50m3/h。

16、根據(jù)本發(fā)明的第三方面，本發(fā)明還提供一種負(fù)極，包括負(fù)極集流體，負(fù)極集流體包括金屬箔，該金屬箔包括上述第一方面任意實(shí)施方式提供的銅箔。

17、根據(jù)本發(fā)明的第四方面，本發(fā)明還提供一種鋰離子電池，包括負(fù)極，該負(fù)極包括上述第三方面任意實(shí)施方式提供的負(fù)極。

18、本發(fā)明提供的技術(shù)方案具有如下有益效果：

19、本發(fā)明提供的銅箔具有高度細(xì)化的晶粒尺寸，且通過在微觀晶粒構(gòu)造引入納米孿晶結(jié)構(gòu)能調(diào)控電解銅箔的機(jī)械性能。納米孿晶具有的共格晶界不但能夠有效阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，起到強(qiáng)化材料的作用，當(dāng)形變應(yīng)力足夠高時(shí)，位錯(cuò)也可以在共格孿晶界面滑移，從而有效提高了材料的塑性和加工硬化能力，能保證電解銅箔具有高延伸率。

20、本發(fā)明一種銅箔的制備方法采用脈沖電鍍技術(shù)，相比于傳統(tǒng)的直流電鍍技術(shù)工藝，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對(duì)結(jié)晶微觀結(jié)構(gòu)的可控調(diào)整。采用脈沖電鍍技術(shù)構(gòu)造出不同微觀晶粒尺寸的電解銅箔。通過調(diào)節(jié)電源參數(shù)，包括峰值電流、脈沖寬度和占空比，可以改變微觀銅晶粒的生長(zhǎng)周期和應(yīng)力釋放過程，從而調(diào)節(jié)晶粒尺寸的大小和納米孿晶比例，使電解銅箔的抗拉強(qiáng)度在600-900mpa區(qū)間內(nèi)可調(diào)整。

技術(shù)特征：

1.一種銅箔，其特征在于，所述銅箔包括超細(xì)晶粒和納米孿晶，所述銅箔的平均晶粒尺寸為0.2-0.4μm，面積加權(quán)平均晶粒尺寸為0.3-0.8μm，所述銅箔中由ebsd測(cè)量得到的納米孿晶晶粒比例大于50％。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅箔，其特征在于，所述銅箔的延伸率大于5％。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的銅箔，其特征在于，所述銅箔的抗拉強(qiáng)度為600-900mpa。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅箔，其特征在于，所述銅箔的厚度為4-10μm。

5.一種銅箔的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括如下步驟：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述電解液還包含銅離子60-120g/l、硫酸90-150g/l和氯離子20-40mg/l。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述光亮劑包括有機(jī)硫化物；優(yōu)選地，所述光亮劑包括聚二硫二丙烷磺酸鈉、聚二硫二乙烷磺酸鈉和3-巰基-1-丙烷磺酸鈉中的一種或多種；

8.根據(jù)權(quán)利要求5至7中任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，所述電解處理的溫度為50-60℃；所述電解處理過程中，電解液的上液流量為40-50m3/h。

9.一種負(fù)極，包括負(fù)極集流體，所述負(fù)極集流體包括金屬箔，其特征在于，所述金屬箔包括權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的銅箔。

10.一種鋰離子電池，包括負(fù)極，其特征在于，所述負(fù)極包括權(quán)利要求9所述的負(fù)極。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種銅箔及其制備方法和包含其的負(fù)極、鋰離子電池。銅箔包括超細(xì)晶粒和納米孿晶，平均晶粒尺寸為0.2?0.4μm，面積加權(quán)平均晶粒尺寸為0.3?0.8μm，銅箔中納米孿晶晶粒比例大于50％。本發(fā)明銅箔通過脈沖電鍍技術(shù)制得，該技術(shù)能控制銅箔中平均晶粒尺寸和納米孿晶的比例，使銅箔具有高抗拉強(qiáng)度和高延伸率。本發(fā)明銅箔的制備方法同時(shí)采用特定電解液，能使銅箔的抗拉強(qiáng)度達(dá)600?900MPa，延伸率大于5％。將本發(fā)明的銅箔應(yīng)用于鋰離子電池中能降低負(fù)極材料在充放電循環(huán)后的體積膨脹率，防止負(fù)極材料在充放電過程中由于反復(fù)體積變化導(dǎo)致銅箔破裂，提高電池的循環(huán)壽命和安全性。

技術(shù)研發(fā)人員：葛洪鑫,江泱,羅佳,邵宇,潘登,占俊雄
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：2025/1/6