箔材，做為集流體，是鋰電池除四大主材（正極材料、負極材料、電解液、隔膜）之外，很重要的一個生產(chǎn)材料。在電池空間一定的情況下，要提高電池的容量，就要增加正負極活性物質(zhì)的用量，從而正負極涂層增加，就只能減少隔膜和集流體的厚度。當然，并不是越薄越好，太薄的集流體容易斷裂，預(yù)熱收縮快。

今天我們主要說說這個負極集流體--銅箔的制作工藝。學過化學的小伙伴都知道，這里***主要的工藝就是電解。電解銅箔，是由電解液中的銅離子在光滑旋轉(zhuǎn)不銹鋼板（一般用鈦板）圓形陰極滾筒上沉積而成，銅箔緊貼陰極滾筒面的面稱為光面，而另一面稱為毛面。早年間我們用的比較多的是7μm的銅箔，而現(xiàn)在，6μm都已經(jīng)大量量產(chǎn)，甚至5μm以下的都已經(jīng)開始小試了。而國內(nèi)一般箔材廠，并不是單獨生產(chǎn)鋰電箔材，還有電子箔材，也就是用于計算機，PCB板等的銅箔。

1.溶銅

顧名思義，首先把原材料買回來，這里的原材料主要是銅線，銅料的表面積越大越好，銅料之間要有較小的縫隙，以增大反應(yīng)面積，把處理好的含量高達95%以上的銅線投入到放有硫酸的罐體中，并進行加熱，當然，這里要加入氧氣，通常壓縮空氣即可，我們叫鼓風，便于其進行氧化化合反應(yīng)，促進銅的溶解。這里我們主要查看來料的銅含量，反應(yīng)速度與槽內(nèi)銅料的總表面積有關(guān)，表面積越大，反應(yīng)速度加快。其次與風量有關(guān)，風量增加，反應(yīng)速度也加快。

2.過濾

經(jīng)過溶銅罐的銅線已經(jīng)溶成硫酸銅液體，當然，銅線里面難免會有一些雜質(zhì)，而我們鋰電池廠對雜質(zhì)又是深惡痛絕，加之成品檢測也會對雜質(zhì)有要求。所以溶銅結(jié)束后我們會對硫酸銅液體進行過濾，過濾掉里面的雜質(zhì)以及一些大的未溶解物。過濾分為多級，有初級過濾，篩網(wǎng)目數(shù)小，孔徑大，主要攔截其中的大的物質(zhì)；有硅藻土過濾，吸附一些雜質(zhì)；還有精密過濾，篩網(wǎng)目數(shù)大，孔徑小。由之前我們知道，銅線溶于硫酸，故而我們的過濾篩網(wǎng)材質(zhì)，需要選擇耐酸耐腐蝕的材質(zhì)，比如樹脂類，聚酯纖維等。

3.降溫

因為在溶銅時候的溫度較高，不可能直接把硫酸銅溶液流轉(zhuǎn)到后面，所以需要降溫，此外，也有一些添加劑需要加入，添加劑也是一個銅箔企業(yè)的核心，特別是添加劑的種類和配比。液體的降溫一般是雙層管道置換熱量，內(nèi)部流轉(zhuǎn)硫酸銅溶液，外層流轉(zhuǎn)冷卻水。

4.生箔鈍化

經(jīng)過降溫的硫酸銅液體到了***關(guān)鍵的一步，生箔。所謂生箔，就是電解銅還原成銅的過程。這里有陰極輥，陽極座，電解槽。陰極輥一般是鈦輥，表面比較光滑，粗糙度滿足要求；陽極座一般是純銅板；硫酸銅做為電解液。在直流電的作用下，陽離子移向陰極，陰離子移向陽極。在陰極上Cu2+得到2個電子還原成Cu，并在陰極輥上結(jié)晶形成生箔。粗銅中雜質(zhì)如比銅活潑的鐵和鋅等會隨銅一起溶解為離子(Zn和Fe)，由于這些離子與銅離子相比不易析出，所以電解時只要適當調(diào)節(jié)電位差即可避免這些離子在陰極上析出。比銅不活潑的雜質(zhì)如金和銀等沉積在電解槽的底部。具體反應(yīng)如下。

1.陽極反應(yīng)：

Cu — 2e- = Cu2+

Me — 2e-= Me2+

H2O — 2e- = 2H+ + 1/2O2

SO4 2- — 2e- = SO3 + 1/2O2

式中Me代表Fe、Ni、Pb、As、Sb等比Cu更負電性的金屬，它們從陽極上溶解進入溶液。H2O和SO4 2-失去電子的反應(yīng)由于其電位比銅正，故在正常情況下不會發(fā)生。貴金屬的電位更正，不溶解，而進入陽極泥。

2.陰極反應(yīng)：

Cu2+ + 2e = Cu

2H+ + 2e- = H2

Me2+ + 2e- = Me

在這些反應(yīng)中，具有標準電位比銅正、濃度高的金屬離子才可能在陰極上被還原，但它們在陽極不溶解，因此只有銅離子還原是陰極反應(yīng)的主要反應(yīng)。

銅離子得電子在陰極還原后，便生成了銅箔，暴露在空氣中的銅箔會氧化，所以會在同時添加鈍化液。一般銅箔用鉻酸鹽（或鋅鹽）溶液進行表面鈍化（即防氧化處理），使銅箔表面形成以鉻（或鉻鋅）為主體的結(jié)構(gòu)復(fù)雜的膜層，使銅箔不會因直接與空氣接觸而氧化變色，同時也提高了銅箔的耐熱性。這里銅箔的厚度由陰極電流密度和陰極輥的轉(zhuǎn)速所控制。

5.分切

通過生箔鈍化的箔材，通常是一米多的大卷。根據(jù)各鋰電池工廠的需求，分切成想要的長度，同時，對剛才生的箔材進行檢測，檢測表面是否光滑，是否有凹坑，是否有凸起等，對不合格的箔材進行回收處理。

6.檢測項目

主要的檢測項目有厚度、面密度、拉升強度/延展率、粗糙度、抗氧化、光亮度等。厚度就不說了，不管你要5μm，6μm，還是7μm，各有自己的要求，測試難度也不大，千分尺即可測試；面密度測試可選用方形或者圓形的一塊銅箔，稱重，然后計算即可；抗拉強度/延展率使用拉力機在正常檢測環(huán)境下即可檢測，像我們用的比較多的7μm銅箔，抗拉強度一般要達到400N/平方毫米，延展率4%以上；粗糙度，使用粗糙度測試儀即可，箔材分為毛面和光面，會有些差別；浸潤性，用達因筆即可，測試表面張力、浸潤性，達因筆簡單***；抗氧化性能則多是進行烘烤，然后觀其顏色變化。

總結(jié)上面所述，電解銅箔生產(chǎn)工序簡單，主要工序有三道：溶液生箔、表面處理和產(chǎn)品分切。其生產(chǎn)過程看似簡單，卻是集電子、機械、電化學為一體，并 且是對生產(chǎn)環(huán)境要求特別嚴格的一個生產(chǎn)過程。所以，電解銅箔行業(yè)并沒有一套標準通用的生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)，各生產(chǎn)商各顯神通，這也是影響國內(nèi)電解銅箔產(chǎn)能及品質(zhì)提升的一個重要瓶頸，加之客戶的要求不一，也造成了制造中很多中間產(chǎn)品銅箔的浪費，一次投入產(chǎn)出比甚至達不到80%，不得不把這些銅箔二次制造，浪費資源。未來，現(xiàn)在各廠家主要路線是朝著超薄和長收卷方向在進行優(yōu)化升級，相信這個行業(yè)會在規(guī)范化、標準化指導(dǎo)下，越來越好。

來源：Lithiuman江子才公眾號