一种用于锂电铜箔无铬钝化的方法与流程

本发明涉及铜箔，具体为一种用于锂电铜箔无铬钝化的方法。

背景技术：

1、如何实现更高的能量密度、倍率性能以及更高的安全性始终是锂离子电池发展的主要方向。铜箔作为锂离子电池的负极集流体，要负责承载负极活性物质并将电流均匀的传递到负极材料上，所以锂电铜箔不仅需具有较高的机械性能、较强的导电性，而且要具备良好的抗氧化性能。

2、电解铜箔生产工艺过程中，为了使铜箔具有抗氧化性，表面钝化处理是铜箔生产工艺中重要的一环，钝化合格的铜箔不仅具有良好的抗氧化性能，而且原有的表面性能不会变化，有利于电池端做进一步处理。

3、锂电铜箔钝化目前最常用的是含铬钝化体系，钝化后能够在铜箔表面行成一层致密的氧化铬保护膜，将铜箔与空气隔绝，确保铜箔不被氧化。但该方法引入了铬元素，它不仅存在于铜箔产品表面，而且在生产过程中诸多工序都引入了铬元素。世界卫生组织等机构已将六价铬列为致癌物质，为了人体健康和环保，各国对铬的使用都有严格限制。所以，需要发明一种能无铬钝化锂电铜箔的方法，使铜箔具有同样优异的抗氧化和抗腐蚀能力。

4、现有无铬钝化铜材的工艺多种多样，常见的包括无机钝化剂、有机钝化剂。无机钝化剂主要采用钼酸盐、钨酸盐等，利用它们与铜的配位来形成钝化膜。有机钝化剂则通过溶液中的杂环等有机基团与铜配位，生成钝化膜。然而，这类钝化剂主要针对管材等单个零部件，针对多层卷绕铜箔钝化的钝化工艺非常少，而且已有的无铬钝化工艺存在钝化后铜箔局部变色、抗氧化有效期较短、箔面异味等问题。

5、为了解决上述技术中存在的问题。本发明提供了一种采用有机加无机的复配体钝化剂，使铜箔经钝化后具备较强的抗氧化性能。其中复配钝化剂包括成膜剂、助成膜剂、螯合剂、润湿剂四种功能剂，该钝化方法在钝化过程中可以形成致密的氧化膜，有效提高了铜箔的抗氧化能力。与现有技术相比，该新方法具有环境友好、抗腐蚀性强和耐久性高的优点。此外，本发明还提出了一套全面的检测无铬钝化后锂电铜箔抗氧化和抗腐蚀性能的检测方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于锂电铜箔无铬钝化的方法，该用于锂电铜箔无铬钝化的方法具体步骤如下：

2、步骤1、首先将锂电铜箔从阴极辊上剥离，经过过渡辊，进入钝化槽；

3、步骤2、在钝化槽中加入无铬钝化的钝化液；

4、步骤3、锂电铜箔在钝化槽中浸渍并施加阴极钝化电流；

5、步骤4、锂电铜箔通过挤液辊将箔面的钝化液挤压均匀后，经过风干装置将箔面液体吹干；

6、步骤5、锂电铜箔最后经过烘箱干燥，卷绕到收卷辊上成为成品锂电箔，经检验测试合格后入库。

7、优选的，所述无铬钝化的钝化剂是采用有机加无机的复配体钝化剂，加上纯水配制的钝化剂水溶液，钝化剂包括成膜剂、助成膜剂、螯合剂、润湿剂四种功能剂，该钝化方法在钝化过程中可以形成致密的氧化膜，提高铜箔的抗氧化性；

8、成膜剂，主要采用的是浓度为3-10g/l的苯骈三氮唑或甲基苯骈三氮唑，其可与铜原子行成配位键，在铜箔表面组成保护膜，使铜箔不被空气中的氧气氧化，钝化剂中的成膜剂，还包括钼酸盐、钨酸盐或者硅酸盐中的一种或者多种，其配制浓度为1-5g/l；

9、钝化剂中的助成膜剂，为无机物磷酸盐，其浓度为1-3g/l；

10、螯合剂为有机酸，具体物质为苯甲酸、草酸、单宁酸、酒石酸或者柠檬酸其中一种或多种，其浓度为5-10g/l；

11、润湿剂为十二烷基磺酸钠或十六烷基三甲基溴化铵其中的一种或两种配合物，为了使钝化液与铜箔充分接触，配制成浓度为0.5-1g/l。

12、优选的，钝化剂水溶液，是将复配体钝化剂包括成膜剂、助成膜剂、螯合剂、润湿剂四种功能剂加入到纯水中，并通过加入氢氧化钠溶液，控制钝化剂的ph制为3-5之间。

13、优选的，所述钝化槽中安装有2个及以上的液下辊，使铜箔在钝化剂中充分浸渍。

14、优选的，所述钝化槽中，在靠近锂电铜箔的光面和毛面各安装一块阳极板，使无铬钝化液能够通过钝化电流在锂电铜箔的光、毛面行成一层牢固的氧化膜。

15、优选的，所述钝化槽中钝化阳极板，在靠近锂电铜箔光面施加的钝化电流为3-8a，在靠近锂电铜箔毛面施加的钝化电流为5-10a。

16、优选的，所述钝化槽出口设计有挤液辊，挤去铜箔表面多余的钝化液。

17、优选的，所述钝化风干装置是安装在钝化槽后端的装置，通过风刀，将铜箔光、毛面风干。

18、优选的，所述加热烘箱是由多条加热电阻丝组成，安装于锂电铜箔收卷的前端，结合风刀及电热能，使铜箔表面干燥，防止铜箔表干不足造成的变色、粘连、异味问题。

19、优选的，所述加热烘箱可设置烘烤温度100-150℃，用于加速铜箔表面干燥。

20、优选的，检验测试包括锂电铜箔的钝化膜外观检测，锂电铜箔表面润湿性测试，锂电铜箔在恒温恒湿环境中的抗氧化测试，锂电铜箔盐雾环境中抗腐蚀测试；

21、锂电铜箔的钝化膜外观检测，是将无铬钝化剂钝化后的锂电铜箔卷，放入鼓风干燥箱，烘烤温度为60-100℃，烘烤时间20-30小时，烘烤完成后锂电铜箔卷箔面不能变色，表面不能粘性，钝化膜不能有异味；

22、锂电铜箔经无铬钝化剂钝化后，表面润湿性测试方法是采用光学水滴角测试仪，将水滴到锂电铜箔的钝化膜上，测试接触角的度数需达到40-60度范围；

23、锂电铜箔经无铬钝化剂钝化后，恒温恒湿的环境中的抗氧化测试方法是将a4样的铜箔置于恒温恒湿试验箱中，设置温度40-60℃，设置湿度在90％-95％，静置24小时，铜箔样品表面需无氧化点和腐蚀点；

24、锂电铜箔经无铬钝化剂钝化后，盐雾环境中抗腐蚀测试方法是将无铬钝化的锂电铜箔卷状样品放置于盐雾试验箱中，使用盐水喷雾试验机将氯化钠溶液以雾状喷淋到铜箔箔面上，所述的盐雾浓度为5％-10％，试验机温度为30-50℃，试验时间为72小时，试验完成后取出锂电铜箔卷观测，其表面需无变色，无氧化点和腐蚀点。

25、与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明将含氮杂环苯骈三氮唑或甲基苯骈三氮唑加入钼酸盐-硅酸盐复配物中，作为铜箔初始成膜的成膜剂，再加入磷酸盐作为助成膜剂，提高钝化膜的致密性的同时提高钝化膜的刚性，解决了锂电铜箔钝化后长期存储的耐久性和稳定性问题，改善了钝化后铜箔烘烤出现局部变色异常，解决了锂电铜箔钝化后箔面存在粘性的问题，铜箔卷样存在的异味问题。与普通技术相比，本技术方案主要解决了钝化剂造成的环境污染问题，铜箔表面含铬的问题。

26、本发明的钝化剂钝化后的锂电铜箔，在恒温烘箱180℃烘烤15分钟，箔面不会出现变色异常，按国标法在5％的盐雾中放置72h后，锂电铜箔表面正常，箔面润湿性良好，导电性良好，钝化后铜箔可正常应用于锂离子电池领域。本发明的锂电池专用铜箔无铬钝化剂，未使用铬、砷等有毒物质，钝化工艺简单，钝化剂副产物对环境友好，且钝化成本较低，有利于实现可持续发展。