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(duì)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(jiǎn)稱UCF)在研究、分析及采取對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)魚鱗紋問題進(jìn)行研究、分析、采取的一些對(duì)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(chǎng)的作用下，銅離子在電場(chǎng)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(duì)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(duì)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(cè)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。