鋰電銅箔魚鱗紋研究與改善 —林敬根
2019-01-22
(惠州聯合銅箔電子材料有限公司,廣東省惠州市博羅縣湖鎮羅口順，516139）
? ? ? ? 摘要：?魚(yu)鱗紋(wen)是(shi)鋰離子電池用電解銅(tong)箔一項技術(shu)難(nan)題，產(chan)(chan)品在分切(qie)過程中(zhong)（從收卷到收卷完成）未發(fa)現銅(tong)箔魚(yu)鱗紋(wen)，在產(chan)(chan)品包裝、檢驗過程中(zhong)未發(fa)現有(you)魚(yu)鱗紋(wen)，出(chu)貨(huo)時(shi)無法(fa)發(fa)覺，但在客戶端來料檢驗或者使用過程中(zhong)，箔面(mian)出(chu)現魚(yu)鱗紋(wen)，經涂布、對輥（輥壓）后(hou)極片會再次顯現魚(yu)鱗紋(wen)的(de)初始形態導致極片報廢，本文闡述(shu)了惠州聯合(he)銅(tong)箔公司(以下簡稱UCF)在研究、分析及(ji)采取(qu)對策(ce)改善(shan)魚(yu)鱗紋(wen)，提高產(chan)(chan)品質量方面(mian)的(de)一些經驗。? ? ? ?
?關鍵詞：?鋰電銅箔；魚鱗紋；紙管型變；傳動裝置(zhi)
? ? ? ? 1前言
? ? ? ? 隨著新能源動力電池的井噴式發展，鋰離子電池用電解銅箔逐漸出現供不應求的狀態，作為電池的負極載體，必須與漿料的粘附能力好，如果在負極涂布工段箔材出現魚鱗紋現象，客戶在使用該類型銅箔時易出現銅箔折皺或經對輥后極片會再次顯現魚鱗紋的初始形態導致極片報廢，目前動力電池對穩定性、一致性要求非常高，此類不良客戶幾乎不可能接收使用，本文就惠州聯合銅箔在對魚鱗紋問題進行研究、分析、采取的一些對策，改善產品質量方面所做的努力。
? ? ? ? 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成的方形凹陷。
一、首先從銅箔微觀晶體結構了解魚鱗紋構造：
? ? ? ? 硫酸銅溶液在通電的DSA陽極與勻速轉動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，其化學反應方程式如下：
通(tong)過陰(yin)極(ji)輥的(de)連續轉動，以陰(yin)極(ji)輥為載體，粘附陰(yin)極(ji)輥表面(mian)形(xing)態作為支撐而(er)生長的(de)為銅箔(bo)的(de)光面(mian)，未依(yi)附于陰(yin)極(ji)輥的(de)為銅箔(bo)的(de)毛面(mian)：
光面(mian)SEM：?????????????????? 毛(mao)面(mian)SEM：
依附于陰(yin)極(ji)輥表(biao)面(mian)形態(tai)支撐(cheng)生(sheng)長的(de)(de)為銅(tong)箔的(de)(de)光(guang)面(mian)，陰(yin)極(ji)輥表(biao)面(mian)的(de)(de)主要(yao)成分為鈦，在(zai)銅(tong)箔生(sheng)產(chan)過程中，由(you)于陰(yin)極(ji)輥鈦固有形態(tai)的(de)(de)客觀條件作用直接復制在(zai)銅(tong)箔表(biao)面(mian)，從而形成上述(shu)光(guang)面(mian)晶體(ti)結構紋(wen)路現象；
通常將沿陰極輥運轉方向稱為銅箔縱向而(er)垂直于陰極輥運轉方向則稱之(zhi)為銅箔橫向，如下圖所示：
?電解銅箔在生產過程中，以陰極輥為載體，縱向與陰極輥表面形態作為支撐而生長，橫向因無任何支撐，因此無固定形態; 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與正常區域SEM比較，發現兩者在微觀銅箔微晶結構方面幾乎無差異；
? ? ? ? 通過單位面積質量、抗拉延伸率的對比：
附件一：正常區
附件二(er)：魚鱗(lin)紋區
薄銅(tong)箔(bo)拉伸試驗試驗報告（魚鱗(lin)紋區）
銅箔卷號(hao)
試樣方(fang)向(xiang)
試(shi)樣厚度a ? ? ? ?0.0081 mm
原(yuan)始標距Lo ? ? ?50 mm
試(shi)樣寬度b ? ? ? ?15 mm
通過上述比較可(ke)知(zhi)，魚鱗紋區(qu)與正(zheng)常區(qu)幾乎(hu)無明顯差(cha)異(yi)。
二、我司認為受外力（重力）作用是產生魚鱗紋主因，原理如下： 
為了(le)驗證重(zhong)力(li)作用產(chan)生魚鱗紋，作如(ru)下實(shi)驗比較（卷(juan)重(zhong)＞130kg/卷(juan)）：
通過(guo)上述(shu)實驗可知(zhi)，卷狀銅箔正常(chang)放(fang)置木箱(xiang)內(nei)，隨著時間的推移產生魚鱗紋的現(xian)象越明顯，而(er)豎立放(fang)置的銅箔幾乎未出(chu)現(xian)有(you)魚鱗紋現(xian)象。
同時(shi)將(jiang)上述實驗銅(tong)箔(bo)在分切機臺上進行反倒發現，卷狀(zhuang)銅(tong)箔(bo)表面有魚鱗紋(wen)的在里(li)層魚鱗紋(wen)越發明顯，無法將(jiang)銅(tong)箔(bo)展平。
根據(ju)上述(shu)實驗結果，運用頭腦(nao)風暴(bao)法，得出(chu)如下(xia)兩項主要原(yuan)因：①紙管抗壓強度不足；②在(zai)收卷過程中銅(tong)箔(bo)層數疊(die)加有空氣殘留；于(yu)是設計如下(xia)改善對策(ce)
? 附件三：紙管含水率
附件四：紙(zhi)管(guan)檢驗標準
一、規格?
二、抽樣方法：（同一(yi)規格(ge)、同一(yi)批(pi)比例)
附件五：紙管試驗檢測明(ming)細
? ? ? ? 為了驗證上述加裝傳動裝置排擠銅箔層數空氣能夠有效改善魚鱗紋，我司采用不同規格，＞150kg/卷銅箔在不同的環境下實驗，實驗如下：
再將上述的(de)每卷銅箔(bo)(bo)在分切機臺(tai)反倒實驗，觀察卷狀銅箔(bo)(bo)內層(ceng)，未有產生魚鱗紋；
通過(guo)上述的(de)驗(yan)證，證實采用加裝(zhuang)傳動裝(zhuang)置(zhi)設備(bei)、調整收卷水平、距離能有效降低魚鱗(lin)紋的(de)生產(chan)；
通過上述措施實施惠州聯(lian)合銅箔(bo)在(zai)2017年至今，客戶抱(bao)怨魚(yu)鱗(lin)紋客訴大大降(jiang)低。
三、結論(lun)
? ? ? ? 加裝傳動裝置，調整收卷水平、距離，使得銅箔在收卷過程中，傳動裝置與銅箔接觸增加貼合面積，進而排擠銅箔層數中的空氣，使銅箔層數疊加更緊密，減少縫隙的產生，有效改善魚鱗紋現象。