[发明专利]电沉积制备微米级多孔铜箔的电解液及用其制备微米级多孔铜箔的方法

说明书

本发明涉及一种电沉积制备微米级多孔铜箔的电解液及制备微米级多孔铜箔的方法，电解液中包含如下组分：硫酸铜100～250g/L、硫酸50～140g/L、氯离子20～60ppm、表面活性剂2～6ppm、与水不相溶的液体油脂1～5vol％、液体水包油型乳化剂1.6～5vol％。本发明的电解液在常规的硫酸铜硫酸溶液中，加入了适量的油脂类物质和水包油型乳化剂，在乳液分散均匀的电解液中进行电沉积，可直接制备出多孔状的铜箔；以本发明的方法制得的多孔铜箔为负极集流体，可以有效提升锂离子电池的能量密度、倍率性能及循环稳定性。

技术领域

本发明涉及一种铜箔的制备方法，尤其涉及一种电沉积制备微米级多孔铜箔的电解液及用其制备微米级多孔铜箔的方法，属于锂离子电池技术领域。

背景技术

锂离子电池由于具有比能量大，工作电压高，安全性好，环境污染小等优点，在各种便携式电子设备，电动汽车和新能源存储等领域有广阔的应用前景。作为动力电池，随着电动汽车对续航里程不断提升的要求，对能量密度的要求也越来越高。就提升锂离子电池的能量密度而言，主要通过采用更高容量的正负极材料，更薄的集流体铜、铝箔，更薄的隔膜来实现。从安全性能考虑，为了减少电池内部正负极短路的可能性，进一步降低隔膜厚度受限。因此，改善电池的能量密度更多的要从电极材料和集流体方面考虑。

以锂离子电池的负极为例，目前商用的负极材料主要是碳类负极材料，分为石墨化碳、硬碳(难石墨化碳)和纳米碳材料等几种形式，其中以石墨应用最多。近年来锂离子电池的负极材料由传统的石墨负极向硅系列负极、锂金属负极方向发展。多孔铜箔可以有效改善硅系列材料充放电过程中的体积膨胀问题，也可以有效改善金属锂在充放电过程中的锂枝晶问题，同时，多孔铜箔还能够进一步降低集流体的质量。因此，近几年对多孔铜箔的制备研究和专利申请也越来越多，在此背景下寻找一种简单有效的多孔铜箔制备方法，对推动高能量密度电动汽车的发展具有重大意义。

发明内容

本发明针对锂离子电池用多孔铜箔的现有制备方法存在的不足，提供一种电沉积制备微米级多孔铜箔的电解液及用其制备微米级多孔铜箔的方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种电沉积制备微米级多孔铜箔的电解液，电解液中包含如下组分：硫酸铜100～250g/L、硫酸50～140g/L、氯离子20～60ppm、表面活性剂2～6ppm、与水不相溶的液体油脂1～5vol％、液体水包油型乳化剂1.6～5vol％。

进一步，所述表面活性剂为聚二硫二丙烷磺酸钠、3-巯基-1-丙烷磺酸钠、动物胶原蛋白(也称水解胶原蛋白或水解明胶)、羟乙基纤维素中的任意一种或多种的混合物。

进一步，所述液体油脂为豆油、汽油、柴油、煤油中的任意一种或多种的混合物。

进一步，所述液体水包油型乳化剂的HLB值大于10，优选聚乙二醇200、聚乙二醇400、脂肪酸聚氧乙烯醚以及吐温与司盘按照体积比(4～7):1混合制得的复配乳化剂中的任意一种。

本发明还要求保护使用上述的电解液制备微米级多孔铜箔的方法，包括如下步骤：

1)配制电解液：电解液中包含如下组分：硫酸铜100～250g/L、硫酸50～140g/L、氯离子20～60ppm、表面活性剂2～6ppm、液体油脂1～5vol％、液体水包油型乳化剂1.6～5vol％，使其分散均匀；

2)电沉积铜箔：采用稳压直流电源进行电沉积，控制电解液温度为43～56℃，电流大小为10～20A/dm²，电沉积时间为60～120s，于阴极上沉积多孔铜箔；

3)剥离、清洗：将沉积在阴极上的多孔铜箔剥离下来，于碱液中清洗除去表面的油脂，纯水洗净，烘干，即得。

进一步，步骤2)电沉积过程中采用表面抛光的金属钛板分别作为电沉积反应的阴、阳极。