箔材，做為集流體，是鋰電池除四大主材（正極材料、負(fù)極材料、電解液、隔膜）之外，很重要的一個(gè)生產(chǎn)材料。在電池空間一定的情況下，要提高電池的容量，就要增加正負(fù)極活性物質(zhì)的用量，從而正負(fù)極涂層增加，就只能減少隔膜和集流體的厚度。當(dāng)然，并不是越薄越好，太薄的集流體容易斷裂，預(yù)熱收縮快。

今天我們主要說(shuō)說(shuō)這個(gè)負(fù)極集流體--銅箔的制作工藝。學(xué)過(guò)化學(xué)的小伙伴都知道，這里***主要的工藝就是電解。電解銅箔，是由電解液中的銅離子在光滑旋轉(zhuǎn)不銹鋼板（一般用鈦板）圓形陰極滾筒上沉積而成，銅箔緊貼陰極滾筒面的面稱為光面，而另一面稱為毛面。早年間我們用的比較多的是7μm的銅箔，而現(xiàn)在，6μm都已經(jīng)大量量產(chǎn)，甚至5μm以下的都已經(jīng)開(kāi)始小試了。而國(guó)內(nèi)一般箔材廠，并不是單獨(dú)生產(chǎn)鋰電箔材，還有電子箔材，也就是用于計(jì)算機(jī)，PCB板等的銅箔。

1.溶銅

顧名思義，首先把原材料買回來(lái)，這里的原材料主要是銅線，銅料的表面積越大越好，銅料之間要有較小的縫隙，以增大反應(yīng)面積，把處理好的含量高達(dá)95%以上的銅線投入到放有硫酸的罐體中，并進(jìn)行加熱，當(dāng)然，這里要加入氧氣，通常壓縮空氣即可，我們叫鼓風(fēng)，便于其進(jìn)行氧化化合反應(yīng)，促進(jìn)銅的溶解。這里我們主要查看來(lái)料的銅含量，反應(yīng)速度與槽內(nèi)銅料的總表面積有關(guān)，表面積越大，反應(yīng)速度加快。其次與風(fēng)量有關(guān)，風(fēng)量增加，反應(yīng)速度也加快。

2.過(guò)濾

經(jīng)過(guò)溶銅罐的銅線已經(jīng)溶成硫酸銅液體，當(dāng)然，銅線里面難免會(huì)有一些雜質(zhì)，而我們鋰電池廠對(duì)雜質(zhì)又是深惡痛絕，加之成品檢測(cè)也會(huì)對(duì)雜質(zhì)有要求。所以溶銅結(jié)束后我們會(huì)對(duì)硫酸銅液體進(jìn)行過(guò)濾，過(guò)濾掉里面的雜質(zhì)以及一些大的未溶解物。過(guò)濾分為多級(jí)，有初級(jí)過(guò)濾，篩網(wǎng)目數(shù)小，孔徑大，主要攔截其中的大的物質(zhì)；有硅藻土過(guò)濾，吸附一些雜質(zhì)；還有精密過(guò)濾，篩網(wǎng)目數(shù)大，孔徑小。由之前我們知道，銅線溶于硫酸，故而我們的過(guò)濾篩網(wǎng)材質(zhì)，需要選擇耐酸耐腐蝕的材質(zhì)，比如樹(shù)脂類，聚酯纖維等。

3.降溫

因?yàn)樵谌茔~時(shí)候的溫度較高，不可能直接把硫酸銅溶液流轉(zhuǎn)到后面，所以需要降溫，此外，也有一些添加劑需要加入，添加劑也是一個(gè)銅箔企業(yè)的核心，特別是添加劑的種類和配比。液體的降溫一般是雙層管道置換熱量，內(nèi)部流轉(zhuǎn)硫酸銅溶液，外層流轉(zhuǎn)冷卻水。

4.生箔鈍化

經(jīng)過(guò)降溫的硫酸銅液體到了***關(guān)鍵的一步，生箔。所謂生箔，就是電解銅還原成銅的過(guò)程。這里有陰極輥，陽(yáng)極座，電解槽。陰極輥一般是鈦輥，表面比較光滑，粗糙度滿足要求；陽(yáng)極座一般是純銅板；硫酸銅做為電解液。在直流電的作用下，陽(yáng)離子移向陰極，陰離子移向陽(yáng)極。在陰極上Cu2+得到2個(gè)電子還原成Cu，并在陰極輥上結(jié)晶形成生箔。粗銅中雜質(zhì)如比銅活潑的鐵和鋅等會(huì)隨銅一起溶解為離子(Zn和Fe)，由于這些離子與銅離子相比不易析出，所以電解時(shí)只要適當(dāng)調(diào)節(jié)電位差即可避免這些離子在陰極上析出。比銅不活潑的雜質(zhì)如金和銀等沉積在電解槽的底部。具體反應(yīng)如下。

1.陽(yáng)極反應(yīng)：

Cu — 2e- = Cu2+

Me — 2e-= Me2+

H2O — 2e- = 2H+ + 1/2O2

SO4 2- — 2e- = SO3 + 1/2O2

式中Me代表Fe、Ni、Pb、As、Sb等比Cu更負(fù)電性的金屬，它們從陽(yáng)極上溶解進(jìn)入溶液。H2O和SO4 2-失去電子的反應(yīng)由于其電位比銅正，故在正常情況下不會(huì)發(fā)生。貴金屬的電位更正，不溶解，而進(jìn)入陽(yáng)極泥。

2.陰極反應(yīng)：

Cu2+ + 2e = Cu

2H+ + 2e- = H2

Me2+ + 2e- = Me

在這些反應(yīng)中，具有標(biāo)準(zhǔn)電位比銅正、濃度高的金屬離子才可能在陰極上被還原，但它們?cè)陉?yáng)極不溶解，因此只有銅離子還原是陰極反應(yīng)的主要反應(yīng)。

銅離子得電子在陰極還原后，便生成了銅箔，暴露在空氣中的銅箔會(huì)氧化，所以會(huì)在同時(shí)添加鈍化液。一般銅箔用鉻酸鹽（或鋅鹽）溶液進(jìn)行表面鈍化（即防氧化處理），使銅箔表面形成以鉻（或鉻鋅）為主體的結(jié)構(gòu)復(fù)雜的膜層，使銅箔不會(huì)因直接與空氣接觸而氧化變色，同時(shí)也提高了銅箔的耐熱性。這里銅箔的厚度由陰極電流密度和陰極輥的轉(zhuǎn)速所控制。

5.分切

通過(guò)生箔鈍化的箔材，通常是一米多的大卷。根據(jù)各鋰電池工廠的需求，分切成想要的長(zhǎng)度，同時(shí)，對(duì)剛才生的箔材進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)表面是否光滑，是否有凹坑，是否有凸起等，對(duì)不合格的箔材進(jìn)行回收處理。

6.檢測(cè)項(xiàng)目

主要的檢測(cè)項(xiàng)目有厚度、面密度、拉升強(qiáng)度/延展率、粗糙度、抗氧化、光亮度等。厚度就不說(shuō)了，不管你要5μm，6μm，還是7μm，各有自己的要求，測(cè)試難度也不大，千分尺即可測(cè)試；面密度測(cè)試可選用方形或者圓形的一塊銅箔，稱重，然后計(jì)算即可；抗拉強(qiáng)度/延展率使用拉力機(jī)在正常檢測(cè)環(huán)境下即可檢測(cè)，像我們用的比較多的7μm銅箔，抗拉強(qiáng)度一般要達(dá)到400N/平方毫米，延展率4%以上；粗糙度，使用粗糙度測(cè)試儀即可，箔材分為毛面和光面，會(huì)有些差別；浸潤(rùn)性，用達(dá)因筆即可，測(cè)試表面張力、浸潤(rùn)性，達(dá)因筆簡(jiǎn)單***；抗氧化性能則多是進(jìn)行烘烤，然后觀其顏色變化。

總結(jié)上面所述，電解銅箔生產(chǎn)工序簡(jiǎn)單，主要工序有三道：溶液生箔、表面處理和產(chǎn)品分切。其生產(chǎn)過(guò)程看似簡(jiǎn)單，卻是集電子、機(jī)械、電化學(xué)為一體，并 且是對(duì)生產(chǎn)環(huán)境要求特別嚴(yán)格的一個(gè)生產(chǎn)過(guò)程。所以，電解銅箔行業(yè)并沒(méi)有一套標(biāo)準(zhǔn)通用的生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)，各生產(chǎn)商各顯神通，這也是影響國(guó)內(nèi)電解銅箔產(chǎn)能及品質(zhì)提升的一個(gè)重要瓶頸，加之客戶的要求不一，也造成了制造中很多中間產(chǎn)品銅箔的浪費(fèi)，一次投入產(chǎn)出比甚至達(dá)不到80%，不得不把這些銅箔二次制造，浪費(fèi)資源。未來(lái)，現(xiàn)在各廠家主要路線是朝著超薄和長(zhǎng)收卷方向在進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，相信這個(gè)行業(yè)會(huì)在規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化指導(dǎo)下，越來(lái)越好。

來(lái)源：Lithiuman江子才公眾號(hào)

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