锂离子电池用铜箔的质量管理

锂离子电池用铜箔的质量管理

车用锂离子电池的迅速发展使得电池行业对铜箔的质量要求越来越高。铜箔作为锂离子电池的关键原材料，其质量水平严重影响着锂离子电池的加工工艺和锂离子电池的质量。文章对铜箔质量问题进行了详细说明，对产生原因和质量管控方法进行了分析和研究，为优化锂离子电池的加工工艺、提升铜箔的质量和成品率提供了强有力的保障。

标签：锂离子电池；铜箔；质量管理

经过近20年的技术储备，中国的锂离子电池工艺已经完全成熟，锂离子电池不仅应用于手机等数码产品，更是广泛的用于私家车和大巴车系统，使得电动汽车走进了千家万户。中国自主品牌的电动汽车代表比亚迪，更是随着国家主席的出访，走出国门，走向世界。铜箔作为锂离子电池的重要原材料，在锂离子电池中作为负极集流体，充当负极电子流的收集与传输[1-3]，在2013年之前基本依赖于日韩进口，进口铜箔价格高，交期不确定，严重制约了锂离子电池的发展。车用锂离子电池的迅猛发展，推动了铜箔国产化的进度，国产铜箔化可以大幅降低锂离子电池的成本，使其更具市场竞争力。但是国产铜箔在生产工艺和制造过程控制上，尚待完善，成品率较低，铜箔的行业成品率水平在80%左右，所以提升国产电解铜箔的质量迫在眉睫。

1 电解铜箔的外观不良及其管控方法

电解铜箔在制造过程和存储过程由于加工工艺和存储环境的不同，往往会出现外观花纹和色差，以及外观凹凸点的质量问题。下面逐个阐述外观的影响因素、失效模式及管控方法。

1.1 外观花纹和色差

铜箔的外观花纹有多种表现形式，有条纹状花纹、人字形花纹、边缘局部条状花纹，这些不良品的产生和铜箔的多个制造工序有關。生箔过程的防氧化后的水洗能力不足或者喷嘴堵塞，防氧化电流不稳定，防氧化液浓度低等都会造成外观花纹以及外观色差问题。铜箔分切设备的辊表面脏污、设备漏油、员工用手直接触摸铜箔都会造成铜箔外观脏污。这类不良电解铜箔会造成锂离子电池的极片粘结力不均匀，影响锂离子电池的循环性能。因此，要解决这类外观问题，需要做下面几项控制：控制生箔工序的电流，使电流值稳定在工艺范围内；控制防氧化液的配比，使得浓度在合格范围；生产过程中每隔1小时对水洗喷嘴进行巡检，发现喷嘴堵塞，立即维修设备，并对不良铜箔进行标示，在分切时将不良品去除，防止不良铜箔流出到客户手里。

1.2 外观凹凸点

铜箔制造工艺的生箔和分切工序对环境洁净度要求较高，锂离子电池用铜

箔，非常薄，硫酸铜溶液中的异物和空气中的粉尘，以及收卷轴上的异物都能造成铜箔表面出现凹凸点。这类铜箔在制作锂离子电池时，会发生涂布机的喷头剐蹭到凹凸点致使涂覆工序断带，生产停产，轻微的凹凸点，不容易被员工识别，涂覆极片后存在导电性不一致的问题，做成锂离子电池后，会造成电池内阻高。所以铜箔的制造过程要严格控制粉尘，具体做法为：在溶铜工序增加3道精密过滤控制，彻底滤掉电解液中的杂质；在生箔和分切工序安装粉尘测试仪，使得车间粉尘度在十万级以内；规范车间员工通道和物流通道，将两种通道分开管控。以上方法的执行，可以有效降低异物造成的铜箔凹凸点，提升铜箔的成品率。

铜箔在制造过程中，除了外观问题，还存在着基重、粗糙度等性能不良。下面分別详细讲述两种性能不良的质量管控方法。

2 铜箔的性能不良及管控方法

2.1 基重不均

由于锂离子电池用的铜箔都比较薄，没有一种既精密又稳定的测试设备对铜箔的厚度进行测试，所以行业内普遍采用基重来表征铜箔的厚度。铜箔行业的基重水平在±3%波动，如果铜箔基重波动大，会使锂离子电池制造工序的涂覆厚度出现波动，造成极片厚度不均，影响电池之间的一致性。铜箔基重管控方法为：每日安排巡检，每4小时对铜离子浓度巡检一次，根据巡检结果，及时对铜离子浓度进行优化；安排检验人员巡检生箔工序的电流并进行记录，当生箔电流出现波动时，对铜箔基重进行检验，检验合格后方可转入下工序；对员工进行检验工作的培训，每生产一卷铜箔，安排检验员对铜箔的基重进行检测，将检测结果记录在案。

2.2 表面粗糙度不均

表面粗糙度是指加工表面上具有较小的间距和峰谷所组成的微观几何形状特性。国家标准要求动力电池使用的铜箔的粗糙度RZ值≤2um。如果铜箔的粗糙度超出标准，会造成锂离子电池的涂覆工艺异常，表现为：涂覆后的极片外观有凹坑。对粗糙度1.4um和2.1um的铜箔进行SEM检测，从SEM图片可以看出，不同粗糙度的铜箔的表面状态存在明显差异，粗糙度为1.4um的铜箔（图1），SEM图片显示出铜箔外观平整；粗糙度为2.1um的铜箔（图2），SEM图片显示出铜箔外观有明显凹坑点，经过涂覆工艺加工后，涂覆后的极片外观凹坑问题更加严重。表面凹坑的极片做成的锂离子电池存在一致性差，内阻高等问题[3]。所以铜箔制造过程应控制粗糙度≤2um。控制粗糙度的措施主要有：每3个月对铜箔的阴极辊进行离线打磨，打磨后用粗糙度仪器测试阴极辊的粗糙度，当阴极辊的粗糙度达到出厂要求时，方可投入生产。除了对阴极辊进行离线打磨，还需要增加在线打磨砂轮，在线打磨的砂轮的转速和功率等参数都纳入检验员的检验范围，并如实记录。此外还需对产出的铜箔进行粗糙度的测试，测试频次为一卷测试一次，一旦发现有不良品，立即进行降级处理。

3 结束语

本文对铜箔质量问题进行了详细说明，对质量问题的产生原因和失效模式以及管控方法进行了分析和研究，为铜箔制造业降低铜箔的质量问题，提升铜箔的成品率，优化锂离子电池的加工工艺提供了强有力的保障。

参考文献

[1]赵玲艳.锂离子电池用铜箔的应用与发展现状[J].有色金属加工，2008（01）：8-10.

[2]牛慧贤.铜箔在锂离子电池中的应用与发展现状[J].稀有金属，2005（06）：898-902.

[3]江鹏，于彦东.铜箔在锂离子二次电池中的应用与发展[J].中国有色金属学报，2012（12）：3504-3510.