[发明专利]一种硫酸铜溶液逆向流动生产电解铜箔的方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于电解铜箔生产技术领域，特别涉及一种硫酸铜溶液逆向流动生产电解铜箔的方法及系统，将传统的阳极槽中的硫酸铜溶液由下而上的流动，改为由上而下的流动，通过改变硫酸铜溶液的方向和流速控制铜箔表面的质量，为铜箔的生产带来了意想不到的好效果，彻底摆脱了只能用添加剂控制铜箔表面质量的历史。

背景技术

目前，电解铜箔的生产已经淘汰了不环保、容易侵蚀的铅阳极，改用表面设有导电涂覆层的钛铱阳极，但是无论使用铅阳极还是钛铱阳极，其生产工艺基本没有改变，阳极槽中的硫酸铜溶液始终是从阳极槽的底端输入，从阳极槽的上端口流出回流到溶铜装置。在传统的生产设备和工艺中铜箔的生产是这样的：将表面粗糙度Ra≤0.4μm的阴极辊，其轴线以下浸泡在加入有含铜量在70-110g/L,含酸量80-130g/L,温度在40-65℃流动硫酸铜溶液的阳极槽中，在阴极辊和阳极之间通入电流，根据电镀原理阴极辊在流动硫酸铜溶液浸泡部分表面就会镀上铜晶粒，根据电镀常数：1.186g/A-h，在电流一定的情况下阴极辊表面所镀铜箔的厚度取决于阴极辊在硫酸铜溶液中电镀的时间，转动阴极辊改变阴极辊在硫酸铜溶液中的转速就可以改变阴极辊表面所镀铜箔的厚度，随着阴极辊的转动并连续不断的将镀在阴极辊表面上的铜箔揭下就可以得到不同厚度的铜箔。铜箔贴于阴极辊表面的一侧称为光面，镀层面称为毛面，由于电镀过程中的极化作用，在铜箔的毛面将产生像山峰一样的不规则的铜晶粒，铜箔越厚，其毛面的铜晶粒越大，粗糙度也越大。生产工艺中是通过加入添加剂（明胶或改性明胶、硫脲等）的方法控制铜箔毛面的粗糙度Rz。生产工艺复杂极难控制，是铜箔生产的瓶颈，也是各铜箔制造厂保密的专有技术，同时由于在硫酸铜溶液中加入了大量的添加剂，当硫酸铜溶液回流到溶铜装置时，为了提高硫酸铜溶液的质量，就要滤掉上述添加剂，需增加多套过滤设备，增加了过滤器的负担。又由于在硫酸铜溶液中的铜离子被电镀到阴极辊的过程中析氧，会产生大量的气泡，气泡也会影响电镀的效果。由于硫酸铜溶液是向上流动，气泡被硫酸铜溶液从阳极槽的上端口带出，形成硫酸烟气氧化刚刚从阴极辊揭下的铜箔表面，为解决这一问题需要在阳极槽口设置大排量的抽风口，使得铜箔生产设备复杂，控制难度大。

从1955年Yates商业化电解铜箔以来，其生产工艺基本没有改变，一直都是以下进液上溢流的方式生产。这种方式主要是在维持铜离子和添加剂的浓度，对于槽中的流体力学问题没有良好的解决方案。

电解铜箔不论是用高位槽或耐酸泵来供给硫酸铜溶液，流速一般都在0.5米/秒以下。所得的铜箔结晶是柱状的结构，。虽然用光亮添加剂可以改变常温下的结晶结构及物性，在高温下却很不稳定。它的抗拉强度衰减很大。因为是利用晶格产生缺陷，容易产生针孔及翘曲。这种铜箔不适合做高档的电路板及锂电池。

在电解铜箔的过程中，铜原子在阴极表面沉积，氧气泡在阳极表面生成并被下进液带到液面。连同硫酸铜产生酸雾，对铜箔表面及操作工都是极大的损害，必须用很强的抽风设备来维持车间的洁净。

下进液在进液口附近产生很大的乱流，它的雷诺数远超过2000。虽然很多生产商在进液管的设计下了很大的功夫，仍然不能解决厚薄不均的现象。必须依赖进液阀门及屏蔽板来调节厚度，而这种调节法只是暂时的，非常不稳定，每一两天就得调一次。屏蔽板只能用一次到两次，它的费用更是高的吓人。对连续生产更是一个很头疼的问题。

下进液有封闭式及开放式两种，前者是百分之百的新液，后者同时使用新旧液。无论哪一种方式，都无法准确的控制左右两边阳极的流量。只能假设两边各有一半的流量，其可控性很低。

下进液最大的缺点是阳极槽硫酸铜溶液出口端液面的铜离子及添加剂浓度是电解过的老液，浓度较低，在液面也累积了很多气泡，使得液面的电阻较大。两者合并后，使得液面的电流密度低于液面下。这个现象在阴极辊进入液面时，不利晶核的生成。在较严重的情况下，是造成铜箔翘曲及针孔的一大因素。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题提出一种硫酸铜溶液逆向流动生产电解铜箔的方法及系统技术方案，将传统的阳极槽中的硫酸铜溶液由下而上的流动，改为由上而下的流动，提高流速，为铜箔的生产带来了意想不到的好效果，彻底摆脱了只能用添加剂控制铜箔表面质量的历史。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：