鋰電銅箔魚鱗紋研究與改善 —林敬根
2019-01-22
(惠州聯(lián)合銅箔電子材料有限公司,廣東省惠州市博羅縣湖鎮(zhèn)羅口順，516139）
? ? ? ? 摘要：?魚鱗紋是鋰離子電池用電解銅箔一項(xiàng)技術(shù)難題，產(chǎn)品在分切過程中（從收卷到收卷完成）未發(fā)現(xiàn)銅箔魚鱗紋，在產(chǎn)品包裝、檢驗(yàn)過程中未發(fā)現(xiàn)有魚鱗紋，出貨時(shí)無法發(fā)覺，但在客戶端來料檢驗(yàn)或者使用過程中，箔面出現(xiàn)魚鱗紋，經(jīng)涂布、對輥（輥壓）后極片會(huì)再次顯現(xiàn)魚鱗紋的初始形態(tài)導(dǎo)致極片報(bào)廢，本文闡述了惠州聯(lián)合銅箔公司(以下簡稱UCF)在研究、分析及采取對策改善魚鱗紋，提高產(chǎn)品質(zhì)量方面的一些經(jīng)驗(yàn)。? ? ? ?
?關(guān)鍵詞：?鋰電銅箔；魚鱗紋；紙管型變；傳動(dòng)裝置
? ? ? ? 1前言
? ? ? ? 隨著新能源動(dòng)力電池的井噴式發(fā)展，鋰離子電池用電解銅箔逐漸出現(xiàn)供不應(yīng)求的狀態(tài)，作為電池的負(fù)極載體，必須與漿料的粘附能力好，如果在負(fù)極涂布工段箔材出現(xiàn)魚鱗紋現(xiàn)象，客戶在使用該類型銅箔時(shí)易出現(xiàn)銅箔折皺或經(jīng)對輥后極片會(huì)再次顯現(xiàn)魚鱗紋的初始形態(tài)導(dǎo)致極片報(bào)廢，目前動(dòng)力電池對穩(wěn)定性、一致性要求非常高，此類不良客戶幾乎不可能接收使用，本文就惠州聯(lián)合銅箔在對魚鱗紋問題進(jìn)行研究、分析、采取的一些對策，改善產(chǎn)品質(zhì)量方面所做的努力。
? ? ? ? 魚鱗紋定義：形如魚鱗之排列，故又稱”魚鱗紋”，如同魚鱗片狀作二重線和三重線構(gòu)成的方形凹陷。
一、首先從銅箔微觀晶體結(jié)構(gòu)了解魚鱗紋構(gòu)造：
? ? ? ? 硫酸銅溶液在通電的DSA陽極與勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的陰極輥直流電場的作用下，銅離子在電場的作用下電解析出并沉積在陰極輥表面形成一定厚度的銅箔，即硫酸銅在直流電流作用下，銅離子被陰極輥”吸引”，得電子還原成金屬銅，其化學(xué)反應(yīng)方程式如下：
通過陰極輥的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，以陰極輥為載體，粘附陰極輥表面形態(tài)作為支撐而生長的為銅箔的光面，未依附于陰極輥的為銅箔的毛面：
光面SEM：?????????????????? 毛面SEM：
依附于陰極輥表面形態(tài)支撐生長的為銅箔的光面，陰極輥表面的主要成分為鈦，在銅箔生產(chǎn)過程中，由于陰極輥鈦固有形態(tài)的客觀條件作用直接復(fù)制在銅箔表面，從而形成上述光面晶體結(jié)構(gòu)紋路現(xiàn)象；
通常將沿陰極輥運(yùn)轉(zhuǎn)方向稱為銅箔縱向而垂直于陰極輥運(yùn)轉(zhuǎn)方向則稱之為銅箔橫向，如下圖所示：
?電解銅箔在生產(chǎn)過程中，以陰極輥為載體，縱向與陰極輥表面形態(tài)作為支撐而生長，橫向因無任何支撐，因此無固定形態(tài); 魚鱗紋往往在銅箔縱向方向隨重力塌陷，形成凹凸不平魚鱗凹陷。
? ? ? ? 魚鱗紋SEM圖：
? ? ? ? 通過魚鱗紋SEM與正常區(qū)域SEM比較，發(fā)現(xiàn)兩者在微觀銅箔微晶結(jié)構(gòu)方面幾乎無差異；
? ? ? ? 通過單位面積質(zhì)量、抗拉延伸率的對比：
附件一：正常區(qū)
附件二：魚鱗紋區(qū)
薄銅箔拉伸試驗(yàn)試驗(yàn)報(bào)告（魚鱗紋區(qū)）
銅箔卷號(hào)
試樣方向
試樣厚度a ? ? ? ?0.0081 mm
原始標(biāo)距Lo ? ? ?50 mm
試樣寬度b ? ? ? ?15 mm
通過上述比較可知，魚鱗紋區(qū)與正常區(qū)幾乎無明顯差異。
二、我司認(rèn)為受外力（重力）作用是產(chǎn)生魚鱗紋主因，原理如下： 
為了驗(yàn)證重力作用產(chǎn)生魚鱗紋，作如下實(shí)驗(yàn)比較（卷重＞130kg/卷）：
通過上述實(shí)驗(yàn)可知，卷狀銅箔正常放置木箱內(nèi)，隨著時(shí)間的推移產(chǎn)生魚鱗紋的現(xiàn)象越明顯，而豎立放置的銅箔幾乎未出現(xiàn)有魚鱗紋現(xiàn)象。
同時(shí)將上述實(shí)驗(yàn)銅箔在分切機(jī)臺(tái)上進(jìn)行反倒發(fā)現(xiàn)，卷狀銅箔表面有魚鱗紋的在里層魚鱗紋越發(fā)明顯，無法將銅箔展平。
根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，運(yùn)用頭腦風(fēng)暴法，得出如下兩項(xiàng)主要原因：①紙管抗壓強(qiáng)度不足；②在收卷過程中銅箔層數(shù)疊加有空氣殘留；于是設(shè)計(jì)如下改善對策
? 附件三：紙管含水率
附件四：紙管檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)
一、規(guī)格?
二、抽樣方法：（同一規(guī)格、同一批比例)
附件五：紙管試驗(yàn)檢測明細(xì)
? ? ? ? 為了驗(yàn)證上述加裝傳動(dòng)裝置排擠銅箔層數(shù)空氣能夠有效改善魚鱗紋，我司采用不同規(guī)格，＞150kg/卷銅箔在不同的環(huán)境下實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)如下：
再將上述的每卷銅箔在分切機(jī)臺(tái)反倒實(shí)驗(yàn)，觀察卷狀銅箔內(nèi)層，未有產(chǎn)生魚鱗紋；
通過上述的驗(yàn)證，證實(shí)采用加裝傳動(dòng)裝置設(shè)備、調(diào)整收卷水平、距離能有效降低魚鱗紋的生產(chǎn)；
通過上述措施實(shí)施惠州聯(lián)合銅箔在2017年至今，客戶抱怨魚鱗紋客訴大大降低。
三、結(jié)論
? ? ? ? 加裝傳動(dòng)裝置，調(diào)整收卷水平、距離，使得銅箔在收卷過程中，傳動(dòng)裝置與銅箔接觸增加貼合面積，進(jìn)而排擠銅箔層數(shù)中的空氣，使銅箔層數(shù)疊加更緊密，減少縫隙的產(chǎn)生，有效改善魚鱗紋現(xiàn)象。