在鋰離子電池中，正負(fù)極活性材料通過(guò)涂布到基材上，做成極片，之后通過(guò)卷繞或者疊片的方式組成電芯。這里面所用到的基材主要有銅箔和鋁箔，目前的鋰電池正極為鋁箔，負(fù)極為銅箔，這是因?yàn)樵陔娢惠^高的正極，銅容易被氧化，同時(shí)鋁箔的表面有一層致密的氧化層，在高電位下對(duì)內(nèi)部的鋁具有保護(hù)作用。本文主要聊聊負(fù)極常用的銅箔。

銅具有較高的機(jī)械強(qiáng)度和優(yōu)異的導(dǎo)電性能，在地殼中的含量約為0.01%，在自然界中多以銅礦石的形式存在。銅箔根據(jù)其制造方式的不同，可以分為電解銅和壓延銅，壓延銅的延展性很好，生產(chǎn)具有較高的技術(shù)難度，其制備所需工序較多，成本較高，國(guó)內(nèi)較少企業(yè)采用此法來(lái)生產(chǎn)，國(guó)際上做的較好的公司有美國(guó)的Olin brass, 日本日礦等公司。

目前電芯廠所用的銅箔多為電解法生產(chǎn)。1922年，Edison發(fā)明了連續(xù)電解銅箔的方法，并申請(qǐng)***，利用不斷旋轉(zhuǎn)浸沒(méi)在硫酸銅電解液中的金屬輥?zhàn)鳛殛帢O，不溶性金屬作為陽(yáng)極，此法的誕生標(biāo)志著電解銅產(chǎn)業(yè)的起步。1937年，美國(guó)的Anaconde銅廠將Edison的***用于生產(chǎn)實(shí)踐，成功生產(chǎn)出電解銅箔?？v觀電解銅箔的發(fā)展史，可以發(fā)現(xiàn)其始終跟隨著印刷電路板的趨勢(shì)，隨著鋰離子電池在消費(fèi)電子產(chǎn)品的大規(guī)模應(yīng)用，電解銅箔被帶入了一個(gè)嶄新的領(lǐng)域，作為負(fù)極的集流體，其良好的導(dǎo)電性，耐碾壓和低成本的特性，使其被迅速大規(guī)模的推廣應(yīng)用。現(xiàn)在隨著新能源汽車，5G和儲(chǔ)能的大規(guī)模推廣應(yīng)用，電解銅箔的需求量呈現(xiàn)出一個(gè)新的爆發(fā)。

電芯的設(shè)計(jì)者為了在保證安全，循環(huán)等性能的前提下，要盡可能多的提升電芯的體積能量密度，在有限的電芯殼子中，裝入更多的活性材料，我想作為負(fù)極的集流體銅箔，未來(lái)可能會(huì)朝著以下幾個(gè)方向發(fā)展：

1 極薄銅箔：這個(gè)趨勢(shì)現(xiàn)在已經(jīng)很明顯，從8um降低到6um，再到現(xiàn)在部分廠家小批量在導(dǎo)入的4.5um，也許未來(lái)還有4um以下的銅箔推向量產(chǎn)。這個(gè)作用也很明顯，就是盡可能的提升電芯的體積和質(zhì)量能量密度，但這對(duì)銅箔的制造和電芯的涂布控制，都提出了更高的要求，畢竟越薄的銅箔，其在涂布過(guò)程斷帶的風(fēng)險(xiǎn)也越高。

2 打孔銅箔：即通過(guò)化學(xué)腐蝕的方法，在銅箔的表面造出微孔，降低基材的重量，提升電芯的質(zhì)量能量密度，需要對(duì)孔徑的控制，刻蝕劑的種類進(jìn)行優(yōu)化，一是要防止孔徑過(guò)大，單面涂布漿料難以保持，二是要評(píng)估殘留刻蝕劑對(duì)電芯性能的影響，如循環(huán)，產(chǎn)氣等。

3 噴涂銅箔：這相當(dāng)于在塑料基材上，雙面鍍銅，這樣在既保留了集流體電子導(dǎo)電這塊的功能，同時(shí)也降低了基材的重量，提升電芯的質(zhì)量能量密度，但在制造過(guò)程中，可能會(huì)面臨冷壓，極耳焊接等工序的工藝的挑戰(zhàn)。

隨著新能源汽車滲透率的不斷提升，現(xiàn)有銅箔的產(chǎn)能也愈發(fā)不足，供需存在一定的缺口，預(yù)計(jì)未來(lái)銅箔行業(yè)會(huì)逐步的擴(kuò)產(chǎn)，來(lái)滿足動(dòng)力電芯的市場(chǎng)需求。

電解銅箔的制備主要分為溶銅，生箔和表面處理三步。溶銅過(guò)程即在溶銅槽中，將銅料和硫酸混合，反應(yīng)生成硫酸銅溶液，化學(xué)反應(yīng)式如下：

Cu+O₂→CuO

CuO+H₂SO₄→CuSO₄+H₂O

溶銅工序需要注意管控環(huán)境中的粉塵，原料液中的異物，防止后續(xù)沾在銅箔表面，產(chǎn)生凹凸點(diǎn)，這種情況可能會(huì)在涂布時(shí)候，掛到模頭，產(chǎn)生斷帶。所以在此步驟要增加過(guò)濾工序，徹底將溶液中的雜質(zhì)過(guò)濾掉。

將溶解銅工序得到的CuSO₄溶液作為電解液，利用大直徑的鈦輥?zhàn)鳛殛帢O，弧形的鉛合金板作為陽(yáng)極，控制電化學(xué)工藝參數(shù)，溶液中的銅離子就會(huì)在陰極析出，形成連續(xù)的銅層。通過(guò)陰極輥的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，沉積的銅箔會(huì)不斷的剝離成卷，得到生箔，示意如下圖：

銅箔有毛面和光面之分，同陰極輥接觸的光面，而與電解液直接接觸的是毛面，其SEM圖如下：

由于銅容易發(fā)生氧化，得到生箔后，還需要進(jìn)行粗化，鍍阻擋層和抗氧化層，以便于存儲(chǔ)運(yùn)輸。具體的過(guò)程示意圖如下：

由于不同廠家電芯的型號(hào)，生產(chǎn)工藝的差異，如卷繞，疊片等差異，對(duì)于基材銅鋁箔來(lái)說(shuō)，一個(gè)寬度很難為不同廠家所通用，所以需要在分切工序，分切成企業(yè)所需要的特定寬度。

來(lái)源：電池方舟

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