ES2836711T3 - Lámina de cobre electrolítico, electrodo que la comprende y batería de iones de litio que la comprende - Google Patents

Lámina de cobre electrolítico, electrodo que la comprende y batería de iones de litio que la comprende Download PDF

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Abstract

Una lámina de cobre electrolítico (70) caracterizada en que la lámina de cobre electrolítico (70) se compone de: un lado de tambor (701) y un lado depositado (702) opuesto al lado de tambor (701); donde una dureza de nanoindentación del lado de tambor (701) es igual o superior a 0,5 GPa e igual o inferior a 3,5 GPa, y la dureza de nanoindentación se representa por un valor medido con un sistema de nanoindentación que adopta un indentador Berkovich con un radio de curvatura igual o inferior a 50 nm y una profundidad de indentación de 300 nm; y una ligereza del lado de tambor (701) es igual o superior a 25 e igual o inferior a 75, y la ligereza de la lámina de cobre electrolítico se mide de conformidad con JIS Z 8722(2000).

Description

DESCRIPCIÓN
Lámina de cobre electrolítico, electrodo que la comprende y batería de iones de litio que la comprende
ANTECEDENTES
1. Campo de la divulgación
La presente divulgación se relaciona con una lámina de cobre electrolítico, más en particular con una lámina de cobre electrolítico para un electrodo de una batería de iones de litio y una batería de iones de litio que la comprende.
2. Descripción del estado de la técnica
Frente al rápido aumento de la demanda de los dispositivos electrónicos móviles, de vehículos eléctricos (EVs, por sus siglas en inglés), de vehículos eléctricos híbridos (HEVs, por sus siglas en inglés), etcétera, las baterías recargables de iones de litio (LiBs) con una alta densidad de energía eléctrica y una larga vida útil han suscitado mucho interés. Con una buena flexibilidad y una excelente conductividad, la lámina de cobre para su uso como electrodo de una batería de iones de litio ha sido uno de los focos del desarrollo de las baterías de iones de litio.
La lámina de cobre que se utiliza para la batería de iones de litio puede dividirse en una lámina de cobre laminado y una lámina de cobre electrolítico según sus métodos de preparación, en los que la lámina de cobre laminado tiene que someterse a repetidas etapas de laminación y recocido, lo que da lugar a un alto costo de producción y a que la lámina de cobre obtenida tenga un ancho limitado. En comparación con la lámina de cobre laminado, la lámina de cobre electrolítico tiene un bajo costo de fabricación y puede formarse en un tipo de lámina delgada. Por lo tanto, la lámina de cobre para una batería de iones de litio está hecha principalmente de la lámina de cobre electrolítico.
Por lo general, las características del lado del tambor y del lado depositado de la lámina de cobre electrolítico dependen del método de fabricación electrolítico, pero existe un problema en su uso debido a la diferencia entre el lado del tambor y el lado depositado. Por lo tanto, en la publicación N° 2018-0105476 de la solicitud de patente coreana se divulga un dispositivo para fabricar una lámina de cobre electrolítico en el que se realiza un revestimiento adicional de un lado del tambor a fin de que tenga las mismas características superficiales que un lado depositado en la fabricación de una lámina de cobre electrolítico para un colector de corriente de batería secundario. La lámina de cobre electrolítico se obtiene pulverizando un electrolito en la mitad superior de un tambor catódico que puede ser pulido. Sin embargo, no reveló ninguna información específica sobre las propiedades de la lámina de cobre electrolítico obtenida.
Para hacer un electrodo, generalmente se recubre una lámina de cobre electrolítico con un material activo en su superficie y luego se lamina. Según las condiciones de recubrimiento y prensado de la capa de material activo, pueden formarse daños como arrugas y grietas, e incluso roturas, en la lámina de cobre. Una vez que se producen estos daños, la tasa de rendimiento de la producción de la batería se reduce considerablemente y el rendimiento del ciclo de la batería de iones de litio también se reduce. Para superar los problemas, se han previsto algunos métodos. Por ejemplo, la publicación de la patente de Taiwán N° 201728764 divulga una lámina de cobre electrolítico con una buena durabilidad al limitar una relación de resistencias de tracción a dos velocidades de prueba diferentes. Aunque la mencionada lámina de cobre electrolítico puede prolongar la vida útil de la batería de iones de litio, la mencionada lámina de cobre electrolítico aún no podría evitar la rotura o el agrietamiento porque los límites en los que está recubierto y no está recubierto el material activo en la lámina de cobre electrolítico tienen que soportar diferentes tensiones durante el proceso de prensado. La tasa de rendimiento de la producción de la batería todavía es baja y se debe mejorar.
RESUMEN DE LA DIVULGACIÓN
En vista de que el método convencional tiene defectos técnicos, un objetivo de la divulgación instantánea es proporcionar una lámina de cobre electrolítico que tenga buenas propiedades mecánicas, reduciendo así la rotura de la lámina de cobre electrolítico para mejorar el rendimiento de producción de dicha lámina.
Para lograr el objetivo mencionado, la divulgación instantánea proporciona una lámina de cobre electrolítico que comprende un lado del tambor y un lado depositado opuesto al lado del tambor. La dureza de la nanoindentación del lado del tambor es igual o superior a 0,5 GPa e igual o inferior a 3,5 GPa, y la ligereza del lado del tambor es igual o superior a 25 e igual o inferior a 75. La dureza de la nanoindentación se representa por un valor que se mide a través de un sistema de nanoindentación que adopta un indentador Berkovich con un radio de curvatura igual o inferior a 50 nm, y el indentador presionó la superficie de la lámina de cobre electrolítico a una velocidad de 0,04 mm/seg. hasta una profundidad de indentación de 300 nm. Además, la ligereza de la superficie de la lámina de cobre electrolítico se mide de conformidad con el JIS Z 8722(2000).
Con la limitación de los rangos de la dureza de la nanoindentación y la ligereza del lado del tambor, la lámina de cobre electrolítico puede soportar la tensión generada por el prensado. Por lo tanto, se puede mitigar, incluso evitar, la formación de arrugas y de roturas, mejorando así el rendimiento de la producción, el rendimiento del ciclo y la vida útil de la batería de iones de litio que comprende la lámina de cobre electrolítico.
Una lámina de cobre electrolítico generalmente se fabrica suministrando una solución electrolítica de sulfato de cobre entre un ánodo y un tambor catódico, electrolizando la solución electrolítica de sulfato de cobre para depositar la lámina de cobre electrolítico en la superficie del tambor catódico, y luego la lámina de cobre electrolítico se desprende continuamente de la superficie del tambor catódico y se enrolla. La solución electrolítica de sulfato de cobre se compone principalmente de ácido sulfúrico y de sulfato de cobre. El ánodo es un ánodo dimensionalmente estable, que suele estar hecho de una placa de titanio recubierta de rutenio o de óxido de rutenio. El tambor catódico es generalmente un tambor hecho de titanio. Una superficie de la lámina de cobre electrolítico que entra en contacto con el tambor catódico se llama el lado del tambor y la otra superficie de la lámina de cobre electrolítico se llama el lado depositado.
Normalmente, el estado de la superficie del tambor catódico en el momento inicial de la electrodeposición afecta significativamente a la dureza del lado del tambor de la lámina de cobre electrolítico. Después de que la lámina de cobre electrolítico se desprende de la superficie del tambor catódico que está en estrecho contacto con la lámina de cobre electrolítico, la superficie del tambor catódico queda expuesta al aire. El período de exposición depende de la velocidad de rotación del tambor catódico. Cuando se produce una lámina de cobre más gruesa, la velocidad de rotación del tambor catódico es más lenta, por lo que el período de exposición al aire es más largo. Por lo tanto, la superficie del tambor catódico sería muy seca. Cuando la superficie seca del tambor catódico entra de nuevo en contacto con la solución electrolítica de sulfato de cobre, el lado del tambor de la lámina de cobre electrolítico tendría una menor dureza porque la superficie del tambor catódico tiene discrepancias en el nivel de humectación. Como resultado de los repetidos estudios de los inventores, se ha descubierto que antes de que el tambor catódico esté a punto de sumergirse en la solución electrolítica de sulfato de cobre, la superficie del tambor catódico puede humedecerse rociando la misma solución electrolítica de sulfato de cobre sobre la superficie, aumentando así la dureza del lado del tambor de la lámina de cobre electrolítico producida.
Además, la lámina de cobre electrolítico convencional debe tener una estructura de varias capas (por ejemplo, de dos o tres capas) para cumplir los requisitos. La estructura de varias capas se forma en secuencia con diferentes componentes o con el componente con diferentes durezas. Sin embargo, la lámina de cobre electrolítico de la divulgación instantánea puede obtener las propiedades mecánicas deseadas sin tener que realizar múltiples procesos de formación; es decir, la lámina de cobre electrolítico es más adecuada para una batería de iones de litio y tiene un mayor potencial comercial.
Preferiblemente, la dureza de la nanoindentación del lado del tambor es igual o superior a 1,0 GPa e igual o inferior a 3,0 GPa.
La ligereza (L*) pertenece a uno de los tres elementos del sistema de colores definido en JIS Z 8729. Cuando la ligereza es mayor, el color es más brillante y más claro, más cercano al blanco. La ligereza de la lámina de cobre electrolítico está relacionada con el estado de la superficie del tambor catódico. Cuando el grado de oxidación del tambor catódico aumenta, la ligereza del lado del tambor de la lámina de cobre electrolítico es menor. Para eliminar una capa de óxido de la superficie del tambor catódico, la superficie del tambor catódico se pule utilizando un disco de pulido en línea cuando el tambor catódico se ha utilizado para producir una cierta longitud de lámina de cobre electrolítico (normalmente de 5.000 a 10.000 metros). Los discos de pulido de cada rama se clasifican en diferentes modelos basados en el tamaño de las partículas de los granos abrasivos de los discos de pulido. En esencia, cuanto más pequeño es el número de modelo, más grande es el tamaño de las partículas de los granos abrasivos de los discos de pulido. Los discos de pulido con el número de modelo más pequeño pueden utilizarse para eliminar rápidamente la capa de óxido de la superficie del tambor catódico, pero el lado del tambor de la lámina de cobre electrolítico obtenida posteriormente y depositada en el tambor catódico pulido tiene una mayor rugosidad superficial. Por el contrario, el disco de pulido con el número de modelo más grande es adecuado para el pulido fino, y el lado del tambor de la lámina de cobre electrolítico obtenida posteriormente y depositada en el tambor catódico pulido tiene una menor rugosidad superficial y una mayor ligereza. Preferiblemente, la ligereza del lado del tambor de la lámina de cobre electrolítico es igual o superior a 35 e igual o inferior a 65.
De conformidad con la divulgación instantánea, a una velocidad de cruceta de 50 mm/min, la resistencia a la tracción de la lámina de cobre electrolítico es igual o superior a 34 kgf/mm2. Para aplicar a una batería secundaria de iones de litio, la superficie de la lámina de cobre electrolítico se recubriría con un material activo, seguido de un proceso como el de prensado y corte. Si la resistencia a la tracción de la lámina de cobre electrolítico es demasiado baja, la lámina de cobre electrolítico puede generar arrugas, por lo que el material activo no puede cubrirse uniformemente en la superficie de la lámina de cobre electrolítico. Preferiblemente, la lámina de cobre electrolítico tiene una resistencia a la tracción de 34,1 kgf/mm2 a 34,8 kgf/mm2.
De acuerdo con la divulgación instantánea, la rugosidad de la superficie de la lámina de cobre electrolítico se expresa mediante una rugosidad media de diez puntos (Rz) definida en JIS B 0601-1994. Cuanto más lisa sea la superficie de la lámina de cobre electrolítico (es decir, cuanto menor sea la Rz), más fino será el cristal de la superficie de la lámina de cobre electrolítico. Por lo tanto, la superficie de la lámina de cobre electrolítico se incrementaría, así como también aumentaría la corriente. Sin embargo, si la superficie de la lámina de cobre electrolítico es demasiado lisa, la fuerza de adhesión entre el material activo y la superficie de la lámina de cobre electrolítico disminuiría, lo que podría causar la delaminación entre la capa de material activo y la lámina de cobre electrolítico, así como podría deteriorar el rendimiento de la batería de iones de litio. Para el lado del tambor, una Rz del lado del tambor es igual o mayor que 1,0 pm e igual o menor que 2,5 pm, preferiblemente igual o mayor que 1,2 pm e igual o menor que 2,0 pm. Para el lado depositado, un Rz del lado depositado es igual o mayor que 1,0 pm e igual o menor que 3,0 pm, preferiblemente igual o mayor que 1,4 pm e igual o menor que 2,0 pm.
En algunos casos, la dureza de la nanoindentación del lado depositado de la lámina de cobre electrolítico es igual o superior a 1,5 GPa e igual o inferior a 2,0 GPa.
De acuerdo con la divulgación instantánea, no hay ninguna limitación particular en el espesor de la lámina de cobre electrolítico. Preferiblemente, la lámina de cobre electrolítico tiene un grosor que puede ir de 3 pm a 105 pm. Más preferiblemente, la lámina de cobre electrolítico tiene un grosor que puede ir de 5 pm a 30 pm.
Para mejorar la función anticorrosiva de la lámina de cobre electrolítico, un tratamiento de superficie puede realizarse opcional y adicionalmente en la lámina de cobre electrolítico según sea necesario; por ejemplo, el tratamiento de superficie de la lámina de cobre electrolítico puede incluir cualquiera de los tratamientos anticorrosivos y un tratamiento de acoplamiento de silano o una combinación de ellos, pero no se limita a ello. En consecuencia, al menos uno de los lados del tambor y el lado depositado de la lámina de cobre electrolítico podría tener una capa anticorrosiva o una capa de acoplamiento de silano.
En cuanto al tratamiento anticorrosivo, un tratamiento anticorrosivo orgánico podría utilizar un compuesto de azol, o un tratamiento anticorrosivo inorgánico podría utilizar un cromato; por lo tanto, se forma una capa anticorrosiva inorgánica o una capa anticorrosiva orgánica en al menos uno de los lados del tambor y el lado depositado de la lámina de cobre electrolítico. Los componentes anticorrosivos se adherirían a la superficie de la lámina de cobre electrolítico mediante el método de recubrimiento por inmersión, pulverización, revestimiento o similar, pero no se limita a ello.
Entre los ejemplos de este compuesto de azol cabe citar un compuesto a base de triazol como el triazol, el benzotriazol, el toliltriazol, el carboxibenzotriazol, el benzotriazol sustituido por cloro, el 3-amino-1, 2, 4-triazol, 4-amino-1, 2, 4-triazol, o sus derivados; un compuesto a base de tiazol como el tiazol, el isotiazol, el 2-amino-4-metiltiazol, o sus derivados; o un compuesto a base de imidazol como el imidazol, el 2-aminobenzimidazol, el 2-mercapto-1-metilimidazol, el 1-(2-hidroxietil)-2-metilimidazol, el 1-(2-cloroetil)-2-metilimidazol, o sus derivados. El tratamiento orgánico anticorrosivo puede utilizar al menos uno de los compuestos de azol mencionados.
El tratamiento de acoplamiento de silano adopta un agente de acoplamiento de silano para tratar la superficie de la lámina de cobre electrolítico. El agente de acoplamiento de silano puede incluir, pero no se limita a, un compuesto representado por la fórmula química: Y-(R')n-Si(OR)3; donde la Y se selecciona del grupo que consiste en: un grupo glicidílico (es decir epoxídico), un grupo amino, un grupo epoxiciclohexilo, un grupo uramino, un grupo carbamato, un grupo éster malónico, un grupo carboxilo, un grupo mercapto, un grupo ciano, un grupo acetoxi, un grupo acriloxi, un grupo metilacriloxi, un grupo clorometilfenilo, un grupo piridilo, un grupo vinilo, un grupo dialquilamino, un grupo fenilalquilamino y un grupo imidazolilo; donde la n es el número entero 0 o 1; donde la R' se selecciona del grupo que consiste en: un grupo de metileno, un grupo de etileno, un grupo de propileno, y un grupo de fenileno sustituido por un grupo de etilo o un grupo de propilo, donde el grupo de fenileno está unido a Y; y donde R se selecciona del grupo que consiste en: un grupo de metilo, un grupo de etilo, y un grupo de alquilo lineal o ramificado de C3 a C6. Concretamente, el agente de acoplamiento del silano puede ser un silano basado en epoxi, un silano basado en amino, un silano basado en metacriloxi, un silano basado en vinilo o un silano basado en mercapto. El tratamiento de acoplamiento de silano puede realizarse utilizando uno o más agentes de acoplamiento de silano.
La divulgación instantánea proporciona además un electrodo que comprende las mencionadas láminas de cobre electrolítico. Preferiblemente, el electrodo es un electrodo negativo.
Específicamente, el electrodo comprende además al menos un aglutinante y al menos un material activo.
Por ejemplo, el aglutinante puede ser, pero no está limitado a, poli-1,1-difluoroeteno (abreviatura: PVDF), poli(ácido acrílico), carboximetilcelulosa (abreviatura: CMC), caucho de estireno butadieno (abreviatura: SBR), poliimida (abreviatura: PI), alcohol polivinílico o cualquier combinación de ellos.
La lámina de cobre electrolítico es especialmente adecuada para ser un colector de corriente de un electrodo negativo, y el colector de corriente de un electrodo negativo es adecuado para una batería secundaria de iones de litio. Generalmente, uno o ambos lados de la lámina de cobre electrolítico están recubiertos con un material activo de electrodo negativo (denominado simplemente como "material activo"). El material activo puede formarse en una o más capas sobre el colector de corriente de electrodos negativos o alrededor de dicho colector, y el material activo suele contener un material de carbono.
El material activo hace que el electrodo tenga un buen rendimiento de ciclo. Por ejemplo, el material activo puede comprender un material de carbono, un material de silicio, un metal, un óxido metálico, una aleación metálica, un polímero o cualquier combinación de estos. Preferiblemente, el material activo es el material de carbono o el material de silicio.
Específicamente, el material de carbono puede ser, pero no está limitado a, un carbono no grafitizante, un coque, un grafito, un carbono similar al vidrio, una fibra de carbono, un carbono activado, un negro de humo o un material calcinado de alto polímero. Entre ellos, el coque comprende un coque de brea, un coque en forma de aguja o un coque de petróleo; el material calcinado de alto polímero se obtiene quemando un alto polímero como una resina de fenol-formaldehído o una resina de furano a una temperatura adecuada, y el alto polímero quemado es carbonatado.
Cuando el material de silicio se utiliza para ser el material activo del ánodo negativo, el material de silicio tendría una excelente capacidad para formar una aleación con iones de litio y tendría una excelente capacidad para extraer iones de litio de una aleación de litio. Además, una batería de iones de litio que comprenda el material de silicio puede tener una gran densidad de energía. El material de silicio puede formar un material de aleación con cobalto (Co), hierro (Fe), estaño (Sn), níquel (Ni), cobre (Cu), manganeso (Mn), zinc (Zn), indio (In), plata (Ag), titanio (Ti), germanio (Ge), bismuto (Bi), estibio (Sb), cromo (Cr), rutenio (Ru), molibdeno (Mo), o cualquier combinación de ellos.
Específicamente, el metal o los elementos de la aleación metálica se pueden seleccionar del grupo formado por: cobalto (Co), hierro (Fe), estaño (Sn), níquel (Ni), cobre (Cu), manganeso (Mn), zinc (Zn), indio (In), plata (Ag), titanio (Ti), germanio (Ge), bismuto (Bi), estibio (Sb), cromo (Cr), rutenio (Ru) y molibdeno (Mo), pero no se limita a ellos. Algunos ejemplos de óxido de metal pueden ser, pero no se limitan a, óxido de hierro (III) (Fe2O3), óxido de hierro (II, III) (Fe3O4), óxido de rutenio (IV) (RuO2), óxido de molibdeno (IV) (MoO2), u óxido de molibdeno (VI) (MoO3).
Específicamente, el polímero puede ser, pero no está limitado a, poliacetileno o polipirrol.
Además, el electrodo puede comprender un aditivo auxiliar según sea necesario sin afectar la función del electrodo de la divulgación instantánea. El aditivo auxiliar puede ser, pero no está limitado a, hidróxido de litio (LiOH) o ácido oxálico (H2C2O4).
La divulgación instantánea proporciona además una batería de iones de litio que se compone del mencionado electrodo para una batería de iones de litio como un electrodo negativo, un electrodo positivo y una solución electrolítica. En algunos casos, se puede insertar un separador entre el electrodo positivo y el electrodo negativo de la batería de iones de litio.
Específicamente, la solución electrolítica puede estar compuesta por un disolvente y un electrolito disuelto en el disolvente. Opcionalmente, la solución electrolítica puede contener también un aditivo de ser necesario. El disolvente incluye un disolvente no acuoso como un carbonato cíclico, un carbonato de cadena y una sultona, pero no está limitado a ello. Por ejemplo, el carbonato cíclico puede ser carbonato de etileno (EC) o carbonato de propileno (PC); el carbonato de cadena puede ser carbonato de dimetilo (DMC), carbonato de dietilo (DEC) o carbonato de etilo y metilo (EMC). El disolvente puede estar compuesto por un solo componente o una combinación de dos o más componentes para formar mezclas de disolventes. Por ejemplo, las mezclas de disolventes pueden comprender un disolvente de alta constante dieléctrica como el carbonato de etileno o el carbonato de propileno y un disolvente de baja viscosidad como el carbonato de dimetilo, el carbonato de dietilo o el carbonato de etilo y metilo, por lo que las mezclas de disolventes tienen una alta solubilidad en el electrolito y una alta conductividad iónica.
La solución electrolítica puede utilizarse en su forma original o en forma de gel que está hecho de una mezcla de la solución electrolítica y un material polimérico. El separador puede sumergirse en la solución electrolítica, o se puede disponer la solución electrolítica en capas que se encuentran entre el separador y el electrodo negativo y entre el separador y el electrodo positivo. En algunos casos, el material de polímero preferido puede ser un polímero que incluya difluoruro de vinilideno con una alta estabilidad de redox. En otros casos, el material de polímero puede estar formado por acrilatos monofuncionales como acrilatos, metacrilatos monofuncionales como metacrilatos, acrilatos multifuncionales como diacrilatos o triacrilatos, metacrilatos multifuncionales como dimetacrilatos o trimetacrilatos, acrilonitrilo, metacrilonitrilo u otros monómeros. Preferiblemente, se puede polimerizar el material de polímero con los acrilatos o los metacrilatos porque los acrilatos o los metacrilatos son fáciles de polimerizar y tienen una alta reactividad polimérica.
De conformidad con la divulgación instantánea, no hay ninguna limitación particular en las estructuras o en los tipos de la batería de iones de litio. La batería de iones de litio puede ser una celda apilada que se apila por una secuencia de un electrodo negativo, de un separador y de un electrodo positivo. La batería de iones de litio también puede ser una celda en espiral que comprende un electrodo positivo continuo, un electrodo negativo continuo y un separador enrollados en espiral. Además, no hay ninguna limitación particular en las formas de la batería de iones de litio. La batería de iones de litio puede ser una batería secundaria cilíndrica para un ordenador portátil personal, una batería secundaria cúbica para un teléfono móvil o una batería secundaria en forma de botón (es decir, en forma de moneda). Un paquete de la batería de iones de litio puede ser, entre otras cosas, una típica lata de aluminio, una lata de acero inoxidable o una película laminada.
Otros objetivos, ventajas y características novedosas de la divulgación se harán más evidentes a partir de la descripción detallada que sigue a continuación cuando se tome en conjunto con los dibujos adjuntos.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La FIG. 1 es una vista esquemática del proceso para hacer una lámina de cobre electrolítico de la divulgación instantánea.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA DIVULGACIÓN
De aquí en adelante, un experto en la técnica puede fácilmente darse cuenta de las ventajas y efectos de la divulgación instantánea con los ejemplos siguientes. Por lo tanto, debe entenderse que las descripciones propuestas aquí son sólo ejemplos preferibles únicamente a título ilustrativo, no con la intención de limitar el alcance de la divulgación.
El modelo de instrumento utilizado en los siguientes ejemplos:
1. Sistema de nanoindentación: Sistema de nanoindentación XPW XPW291 fabricado por MTS; 2. Espectrofotómetro: CM-2500c fabricado por Konica Minolta;
3. Instrumento de medición de la rugosidad de la superficie tipo a: SE 1700 fabricado por Kosaka Laboratory;
4. Máquina de ensayos de tracción: AG-I fabricada por SHIMADZU Corporation;
5. Máquina de prensado: BCR-250 fabricada por Shyh Horng Machinery Industrial; y
6. Sistema de prueba de carga y descarga de la celda de batería: Serie 4000 fabricada por Maccor.
Materiales utilizados en los siguientes ejemplos:
1. Gelatina de bajo peso molecular DV: comprada a Nippi Inc.;
2. 3-mercaptopropanosulfonato de sodio: comprado a Hopax Chemicals Manufacturing Company Ltd.;
3. Ácido clorhídrico: comprado a RCI Labscan Ltd.;
4. Tiourea: comprado a Panreac Química SAU; y
5. Negro de humo: Super P® comprado a la tecnología UBIQ.
Fabricación de las láminas de cobre electrolíticas
Preparación de una solución electrolítica de sulfato de cobre para un baño electrolítico:
Un alambre de cobre se disuelve en una solución acuosa de ácido sulfúrico al 50% en peso para preparar una solución esencial que incluye sulfato de cobre (CuSO4 • 5 H2O) y ácido sulfúrico. En la solución esencial, una concentración del sulfato de cobre es de 320 g/litro (g/l) y una concentración del ácido sulfúrico es de 100 g/l. A continuación, se añaden 5,5 mg de gelatina de bajo peso molecular DV, 3 mg de 3-mercaptopropanosulfonato de sodio, 0,01 mg de tiourea y 25 mg de ácido clorhídrico en cada litro de la solución esencial para formar la solución electrolítica de sulfato de cobre para el baño electrolítico.
Lámina de cobre electrolítico del Ejemplo 1
Con referencia a la Figura 1, antes de que el tambor catódico giratorio 10 se sumergiera en el baño electrolítico que comprende una solución electrolítica de sulfato de cobre 30, un aparato de pulverización 40 pulverizó una solución de pulverización 401 a una temperatura de 550C sobre una región aún no sumergida de la superficie del tambor catódico 10 con una distribución parabólica a un flujo de 5 L/min. El aparato de pulverización 40 se instaló a una distancia de unos 5 cm del tambor catódico 10 y tenía un ángulo de elevación de 45 grados. La solución de pulverización 401 tenía los mismos ingredientes con las mismas concentraciones que los de la solución electrolítica de sulfato de cobre 30.
El tambor catódico 10 giraba en sentido contrario a las agujas del reloj a una velocidad lineal de 1 metro/min, y el tambor catódico 10 se pulía mecánicamente con un disco de pulido 50 (número de modelo: 2000, fabricado por Kure Grinding Wheel) a una velocidad de rotación de 300 rpm para eliminar las impurezas de la superficie del tambor catódico 10. La presión que se aplica al tambor catódico 10 por el disco de pulido 50 se controlaba mediante una corriente de carga de un motor de accionamiento rotativo de pulido (no se muestra en la Fig. 1), y la corriente de carga se estableció en 1,2 A.
En el baño electrolítico establecido a 50°C, una corriente con una densidad de corriente de 50 A/dm2 fluía entre el tambor catódico 10 y la placa anódica 20 que estaba dispuesta a lo largo de la superficie curva del tambor catódico 10. Por lo tanto, los iones de cobre contenidos en la solución electrolítica de sulfato de cobre 30 se electrodepositaron en la superficie curva del tambor catódico 10 para fabricar la lámina de cobre electrolítico 70. Después, la lámina de cobre electrolítico 70 se despegó del tambor catódico 10 y una serie de rodillos guía 60 la enrolló continuamente. La lámina de cobre electrolítico 70 tenía un lado del tambor 701 y un lado depositado 702 opuesto al lado del tambor 701. La lámina de cobre electrolítico 70 tenía un espesor de 8 pm.
En algunos casos, la lámina de cobre electrolítico 70 puede ser tratada posteriormente, por ejemplo mediante la rugosidad de la superficie, con un tratamiento anticorrosivo y mediante el revestimiento metálico o de aleaciones metálicas. El tratamiento anticorrosivo podría realizarse mediante un revestimiento eléctrico con una solución de cromato a una temperatura de 31,5°C La solución de cromato comprende ácido crómico con una concentración de 1,5 g/l. La corriente utilizada en el revestimiento eléctrico tenía una densidad de corriente de 0,5 A/dm2. Una vez terminado el tratamiento, el lado del tambor 701 y el lado depositado 702 tenían, cada uno, respectivamente, una capa inorgánica anticorrosiva compuesta de cromatos.
Lámina de cobre electrolítico del Ejemplo 2
El proceso utilizado para fabricar la lámina de cobre electrolítico del Ejemplo 2 fue similar al proceso utilizado para fabricar la lámina de cobre electrolítico del Ejemplo 1. Las diferencias entre ambos procesos fueron que el disco de pulido con el número de modelo 2000 utilizado en el Ejemplo 1 se sustituyó por el disco de pulido con el número de modelo 1500; y la temperatura de la solución de pulverización cambió de 550C a 450C.
Lámina de cobre electrolítico del Ejemplo 3
El proceso utilizado para fabricar la lámina de cobre electrolítico del Ejemplo 3 fue similar al proceso utilizado para fabricar la lámina de cobre electrolítico del Ejemplo 1. La diferencia entre ambos procesos fue que el flujo de la solución de pulverización cambió de 5 L/min a 10 L/min.
Lámina de cobre electrolítico del Ejemplo 4
El proceso utilizado para fabricar la lámina de cobre electrolítico del Ejemplo 4 fue similar al proceso utilizado para fabricar la lámina de cobre electrolítico del Ejemplo 2. La diferencia entre ambos procesos fue que el flujo de la solución de pulverización cambió de 5 L/min a 10 L/min.
Lámina de cobre electrolítico del Ejemplo 5
El proceso utilizado para fabricar la lámina de cobre electrolítico del Ejemplo 5 fue similar al proceso utilizado para fabricar la lámina de cobre electrolítico del Ejemplo 4. Las diferencias entre ambos procesos fueron que el flujo de la solución de pulverización cambió de 10 L/min a 20 L/min; y la temperatura de la solución de pulverización cambió de 450C a 550C.
Lámina de cobre electrolítico del Ejemplo 6
El proceso utilizado para fabricar la lámina de cobre electrolítico del Ejemplo 6 fue similar al proceso utilizado para fabricar la lámina de cobre electrolítico del Ejemplo 1. Las diferencias entre ambos procesos fueron que el flujo de la solución de pulverización cambió de 5 L/min a 20 L/min; y la temperatura de la solución de pulverización cambió de 550C a 450C.
Lámina de cobre electrolítico del Ejemplo Comparativo 1
Comparado con el proceso utilizado para fabricar la lámina de cobre electrolítico del Ejemplo 1, el proceso utilizado para fabricar la lámina de cobre electrolítico del Ejemplo Comparativo 1 tuvo el mismo paso de pulir el tambor catódico y el mismo paso de electrodepositar la lámina de cobre electrolítico, pero no tuvo el paso de pulverizar la solución de pulverización sobre la superficie del tambor catódico. El proceso utilizado para fabricar la lámina de cobre electrolítico del Ejemplo Comparativo 1 fue el siguiente.
Antes de sumergir el tambor catódico en el baño electrolítico que comprende una solución electrolítica de sulfato de cobre, el tambor catódico se giró en sentido contrario a las agujas del reloj a una velocidad lineal de 1 metro/min, y el tambor catódico se pulió mecánicamente con un disco de pulido (número de modelo: 1500, fabricado por Kure Grinding Wheel) a una velocidad de rotación de 300 rpm. La presión aplicada al tambor catódico por el disco de pulido se controlaba mediante una corriente de carga de un motor de accionamiento rotativo de pulido, y la corriente de carga se estableció en 1,2 A.
En el baño electrolítico cuya temperatura es de 50°C, una corriente con una densidad de corriente de 50 A/dm2 fluía entre el tambor catódico y la placa anódica que estaba dispuesta a lo largo de la superficie curva del tambor catódico. Por lo tanto, los iones de cobre contenidos en la solución electrolítica de sulfato de cobre se electrodepositaron en la superficie curva del tambor catódico para fabricar la lámina de cobre electrolítico. Después, la lámina de cobre electrolítico se desprendió del tambor catódico y una serie de rodillos guía la enrolló continuamente. La lámina de cobre electrolítico tenía un espesor de 8 pm.
Lámina de cobre electrolítico del Ejemplo Comparativo 2
El proceso utilizado para fabricar la lámina de cobre electrolítico del Ejemplo Comparativo 2 fue similar al proceso utilizado para fabricar la lámina de cobre electrolítico del Ejemplo 3. La diferencia entre ambos procesos era que la temperatura de la solución de pulverización cambió de 550C a 70°C.
Lámina de cobre electrolítico del Ejemplo Comparativo 3
El proceso utilizado para fabricar la lámina de cobre electrolítico del Ejemplo Comparativo 3 fue similar al proceso utilizado para fabricar la lámina de cobre electrolítico del Ejemplo 4. La diferencia entre ambos procesos era que la temperatura de la solución de pulverización cambió de 450C a 30°C.
Lámina de cobre electrolítico del Ejemplo Comparativo 4
El proceso utilizado para fabricar la lámina de cobre electrolítico del Ejemplo Comparativo 4 fue similar al proceso utilizado para fabricar la lámina de cobre electrolítico del Ejemplo 3. La diferencia entre ambos procesos era que el flujo de la solución de pulverización cambió de 10 L/min a 1 L/min.
Lámina de cobre electrolítico del Ejemplo Comparativo 5
El proceso utilizado para fabricar la lámina de cobre electrolítico del Ejemplo Comparativo 5 fue similar al proceso utilizado para fabricar la lámina de cobre electrolítico del Ejemplo 5. La diferencia entre ambos procesos era que el flujo de la solución de pulverización cambió de 20 L/min a 50 L/min.
Lámina de cobre electrolítico del Ejemplo Comparativo 6
El proceso utilizado para fabricar la lámina de cobre electrolítico del Ejemplo Comparativo 6 fue similar al proceso utilizado para fabricar la lámina de cobre electrolítico del Ejemplo 5. La diferencia entre ambos procesos era que el flujo de la solución de pulverización cambió de 20 L/min a 65 L/min.
Lámina de cobre electrolítico del Ejemplo Comparativo 7
El proceso utilizado para fabricar la lámina de cobre electrolítico del Ejemplo Comparativo 7 fue similar al proceso utilizado para fabricar la lámina de cobre electrolítico del Ejemplo 6. La diferencia entre ambos procesos era que el disco de pulido con el número de modelo 2000 utilizado en el Ejemplo 6 se sustituyó por el disco de pulido con el número de modelo 1000.
Lámina de cobre electrolítico del Ejemplo Comparativo 8
El proceso utilizado para fabricar la lámina de cobre electrolítico del Ejemplo Comparativo 8 fue similar al proceso utilizado para fabricar la lámina de cobre electrolítico del Ejemplo 6. La diferencia entre los procesos era que el disco de pulido con el número de modelo 2000 utilizado en el Ejemplo 6 se sustituyó por el disco de pulido con el número de modelo 2500.
Análisis 1: dureza de la nanoindentación de las superficies de las láminas de cobre electrolítico
Las láminas de cobre electrolítico de los Ejemplos que van del Ejemplo 1 al Ejemplo 6 y de los Ejemplos Comparativos que van del Ejemplo Comparativo 1 al Ejemplo Comparativo 8 se analizaron por la dureza superficial de los lados del tambor y de los lados depositados de las láminas de cobre electrolítico con el sistema de nanoindentación.
El sistema de nanoindentación adoptó un indentador Berkovich con un radio de curvatura igual o inferior a 50 nm. El indentador presionó las superficies analizadas de la lámina de cobre electrolítico a una velocidad de 0,04 mm/seg. Debido a la interferencia causada por la planitud de la superficie, el valor medido y obtenido del prensado inicial sería superior al valor real. A medida que la profundidad de la indentación se hacía más profunda, el valor medido se hacía gradualmente más estable, lo que se consideró como el valor verdadero de la dureza de la superficie. Por lo tanto, la dureza superficial de la divulgación instantánea la representaba el valor medido a una profundidad de indentación de 300 nm. La dureza de nanoindentación de los lados del tambor y los lados depositados de las láminas de cobre electrolítico de los Ejemplos que van del Ejemplo 1 al Ejemplo 6 y de los Ejemplos Comparativos que van del Ejemplo Comparativo 1 al Ejemplo Comparativo 8 se mostró en la Tabla 1.
Análisis 2: ligereza de las superficies de las láminas de cobre electrolítico
Según la norma JIS Z 8722(2000), las láminas de cobre electrolítico de los Ejemplos que van del 1 al 6 y de los Ejemplos Comparativos que van del 1 al 8 se analizaron para determinar la ligereza de los lados del tambor de las láminas de cobre electrolítico utilizando el espectrofotómetro CM-2500c, que fue fabricado por Konica Minolta, y adoptando el modo de "Métodos de Medición del Color - Objetos reflectantes y transmisores". La ligereza de los lados del tambor de las láminas de cobre electrolítico de los Ejemplos que van del 1 al 6 y de los Ejemplos Comparativos que van del 1 al 8 se mostró en la Tabla 1.
Análisis 3: rugosidad de la superficie de las láminas de cobre electrolítico
De conformidad con la norma JIS B 0601 -1994, las láminas de cobre electrolítico de los Ejemplos que van del 1 al 6 y de los Ejemplos Comparativos que van del 1 al 8 se analizaron para la rugosidad de la superficie de los lados del tambor y de los lados depositados de las láminas de cobre electrolítico utilizando el instrumento de medición de la rugosidad de la superficie tipo a. La rugosidad de la superficie de la divulgación instantánea se representó por la rugosidad media de diez puntos (Rz). La Rz de los lados del tambor y de los lados depositados de las láminas de cobre electrolítico de los Ejemplos que van del 1 al 6 y de los Ejemplos Comparativos que van del 1 al 8 se mostró en la Tabla 1.
Análisis 4: resistencia a la tracción de las láminas de cobre electrolítico
Se midió la carga máxima de la resistencia a la tracción extrayendo muestras de prueba con una longitud de 100 mm y una anchura de 12,7 mm de las láminas de cobre electrolítico obtenidas de los Ejemplos que van del Ejemplo 1 al Ejemplo 6 y de los Ejemplos Comparativos que van del Ejemplo Comparativo 1 al Ejemplo Comparativo 8, y se realizó un ensayo de resistencia a la tracción a una distancia de 50 mm y a una velocidad de cruceta de 50 mm/min según la norma IPC-TM-6502.4.18, que se conoce como la resistencia a la tracción a temperatura ambiente. La temperatura ambiente era de 250C. Las resistencias a la tracción de las láminas de cobre electrolítico de los Ejemplos que van del 1 al 6 y de los Ejemplos Comparativos que van del 1 al 8 se mostraron en la Tabla 1.
Tal y como se indica en la Tabla 1, los Ejemplos se expresan como E; los Ejemplos Comparativos se expresan como C; y la dureza de la nanoindentación de la superficie se abrevia como dureza superficial.
Tabla 1: Dureza superficial, ligereza, Rz y resistencia a la tracción de los Ejemplos que van del 1 al 6 y de los Ejemplos Comparativos que van del 1 al 8
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Tal y como se muestra en la Tabla 1, a partir de los resultados de las comparaciones de los Ejemplos que van del 1 al 6 y de los Ejemplos Comparativos que van del 1 al 8, una capa fina de la solución electrolítica de sulfato de cobre podría formarse preliminarmente en el tambor catódico rociando una solución para humedecer la superficie del tambor catódico antes de que éste se sumerja en la solución electrolítica de sulfato de cobre. Con la capa fina de la solución electrolítica de sulfato de cobre, se aumentaría la cobertura de los puntos de nucleación para los iones de cobre en la superficie del tambor catódico. Por lo tanto, la superficie del tambor catódico tendría un efecto de electrificación más uniforme, de modo que las tasas de crecimiento de la rejilla de cobre en diferentes posiciones de la superficie del tambor catódico también serían más uniformes. Como resultado, la dureza de la superficie del lado del tambor de la lámina de cobre electrolítico aumentaría.
Además, demostró que los flujos y las temperaturas de la solución de pulverización y el número de modelo del disco de pulido afectarían a las características de las láminas de cobre electrolítico.
Cuando el flujo es demasiado bajo, la capa fina obtenida de la solución electrolítica de sulfato de cobre en la superficie del tambor catódico tendría un grosor demasiado fino o un área demasiado pequeña. Por lo tanto, el efecto de aumentar la dureza del lado del tambor de la lámina de cobre electrolítico no sería evidente. Por otra parte, si el flujo es demasiado alto, la capa fina obtenida de la solución electrolítica de sulfato de cobre en la superficie del tambor catódico tendría muchas burbujas adheridas, por lo que se reduciría el número de puntos de nucleación para el cobre. Por lo tanto, el efecto de aumentar la dureza del lado del tambor de la lámina de cobre electrolítico no sería evidente. Preferiblemente, el flujo de la solución de pulverización oscila entre 1 L/min y 65 L/min; más preferiblemente, el flujo de la solución de pulverización oscila entre 5 L/min y 20 L/min.
Cuando la temperatura de la solución de pulverización es demasiado baja, la condición es desfavorable a la hora de generar puntos de nucleación. Por lo tanto, el efecto de aumentar la dureza del lado del tambor de la lámina de cobre electrolítico obtenida no sería evidente. Por otra parte, si la temperatura es demasiado alta, la superficie del tambor catódico se oxidaría fácilmente; por consiguiente, la ligereza del lado del tambor de la lámina de cobre electrolítico obtenida disminuiría. Preferiblemente, la temperatura de la solución de pulverización oscila entre 30°C y 70°C; más preferiblemente, la temperatura de la solución de pulverización oscila entre 450C y 550C.
Cuando el número de modelo del disco de pulido utilizado para pulir el tambor catódico es demasiado pequeño, la ligereza del lado del tambor de la lámina de cobre electrolítico obtenida es demasiado baja. Por otra parte, cuando el número de modelo del disco de pulido utilizado para pulir el tambor catódico es demasiado grande, la ligereza del lado del tambor de la lámina de cobre electrolítico obtenida es demasiado alta. Preferiblemente, el número de modelo del disco de pulido es el Modelo 1500 y el Modelo 2000.
Fabricación de electrodos y de baterías de iones de litio
Las láminas de cobre electrolítico de los Ejemplos que van del 1 al 6 y de los Ejemplos Comparativos que van del 1 al 8 se utilizaron respectivamente para fabricar los electrodos de los Ejemplos que van del 7 al 12 y los Ejemplos Comparativos que van del 9 al 16 utilizando el siguiente proceso.
La suspensión de electrodos negativos estaba compuesta por 100 partes en peso de materiales sólidos de electrodos negativos y 60 partes en peso de 1 -metil-2-pirrolidona (NMP). Basándose en el peso total de los materiales sólidos de electrodos negativos, los materiales sólidos de electrodos negativos comprendían el 93,9 % en peso de polvo de grafito mesofásico (MGP) como material activo de electrodos negativos, el 1 % en peso de negro de humo, el 5 % en peso de poli-1,1-difluoroeteno (PVDF 6020) y el 0,1 % en peso de ácido oxálico.
La suspensión de electrodos negativos se recubrió sobre las láminas de cobre electrolítico a una velocidad de 5 m/min hasta formar una capa con un espesor de 200 pm sobre las láminas de cobre electrolítico de los Ejemplos que van del 1 al 6 y los Ejemplos Comparativos que van del 1 al 8, respectivamente. Tras completar el revestimiento, las láminas de cobre electrolítico revestidas se secaron a una temperatura de 160°C, y a continuación se obtuvieron los electrodos de los Ejemplos que van del Ejemplo 7 al Ejemplo 12 y de los Ejemplos Comparativos que van del Ejemplo Comparativo 9 al Ejemplo Comparativo 16.
Análisis 5: prueba de prensado de las láminas de cobre electrolítico
Con el fin de observar si había alguna rotura en el límite entre la región recubierta con la suspensión de electrodos negativos y la región no recubierta con la suspensión de electrodos negativos de la lámina de cobre electrolítico, los electrodos de los Ejemplos que van del 7 al 12 y de los Ejemplos Comparativos que van del 9 al 16 se laminaron con un disco de la máquina de prensado a una velocidad de 1 m/min y una a una presión de 3000 libras por pulgada cuadrada (psi). El disco hecho de acero de rodamientos con alto contenido de carbono y cromo (SUJ2) tenía un diámetro de 250 mm y una dureza Rockwell (HRC) de 62 a 65 grados. Los resultados de los electrodos de los Ejemplos que van del 7 al 12 y de los Ejemplos Comparativos que van del 9 al 16 se mostraron en la Tabla 2.
Los electrodos de los Ejemplos que van del 7 al 12 y de los Ejemplos Comparativos que van del 9 al 16 se utilizaron respectivamente para fabricar las baterías de iones de litio utilizando el siguiente proceso.
Tomaremos como ejemplo la batería de iones de litio que comprende el electrodo del Ejemplo 7: La suspensión de electrodos positivos estaba compuesta por 100 partes en peso de materiales sólidos de electrodos positivos y 195 partes en peso de NMP. Basándose en el peso total de los materiales sólidos de electrodos positivos, los materiales sólidos de electrodos positivos comprendían un 89% en peso de óxido de litio y cobalto (LiCoO2) como material activo de electrodos positivos, un 5% en peso de grafito en escamas (KS6), un 1% en peso de polvo de carbono conductor (Super P®) y un 5% en peso de poli-1,1-difluoroeteno (PVDF 1300).
La suspensión de electrodos positivos se cubrió con láminas de aluminio para formar una capa con un grosor de 250 pm. Después de completar el revestimiento, la lámina de aluminio revestida se secó a una temperatura de 160°C, y entonces se obtuvo el electrodo positivo.
Los electrodos positivos y los electrodos del Ejemplo 7, que eran como los electrodos negativos, se apilaron alternativamente para formar un cuerpo laminado con un separador microporoso respectivo entre cada dos electrodos positivos y negativos sucesivos. El cuerpo laminado se depositó en un molde de prensa lleno de una solución electrolítica (la relación de volumen de EC a DMC era de 1 : 1) y se empaquetó para formar una batería de iones de litio de tipo apilado. La batería de iones de litio de tipo apilado tenía un tamaño de 41 mm X 34 mm X 53 mm.
Análisis 6: prueba de la vida útil de las baterías de iones de litio
Las baterías de iones de litio que comprenden los electrodos de los Ejemplos que van del 7 al 12 y de los Ejemplos Comparativos que van del 9 al 16, respectivamente, se procesaron con pruebas de carga y descarga a una temperatura de 550C. La etapa de carga se procesó bajo un modo de voltaje constante y de corriente constante (CCCV), en el que la tensión de carga era de 4,2 V, y la corriente de carga era de 5 C. La etapa de descarga se procesó bajo un modo de corriente constante (CC), en el que la tensión de descarga era de 2,8 V, y la corriente de descarga era de 5 C.
La vida útil se definió como los tiempos de los ciclos de carga y descarga realizados cuando la capacidad de la batería de iones de litio cayó al 80% de su capacidad inicial.
Tabla 2: prueba de prensado de los electrodos de los Ejemplos que van del 7 al 12 y de los Ejemplos Comparativos que van del 9 al 16 y ciclo de vida de las pruebas de carga y descarga de las baterías de iones de litio que comprenden los Ejemplos que van del 7 al 12 y los Ejemplos Comparativos que van del 9 al 16
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Tal y como se muestra en la Tabla 2, todos los electrodos de los Ejemplos que van del 7 al 12 no se rompieron durante el proceso de prensado porque los electrodos de los Ejemplos que van del 7 al 12 respectivamente comprendían las láminas de cobre electrolítico de los Ejemplos que van del 1 al 6, y las láminas de cobre electrolítico de los Ejemplos que van del 1 al 6 tenían un cierto rango de dureza superficial y un cierto rango de ligereza de los lados del tambor. Esto demuestra que el electrodo de la divulgación instantánea tiene una buena propiedad mecánica.
Tal y como se muestra en la Tabla 2, todas las baterías de iones de litio que comprenden los electrodos de los Ejemplos que van del 7 al 12, respectivamente, tenían una mayor vida útil. Se demuestra que la batería de iones de litio de la divulgación instantánea tiene un excelente rendimiento de ciclo, por lo que la batería de iones de litio de la divulgación instantánea tendría una vida útil más larga.
Por el contrario, los electrodos del Ejemplo Comparativo 9, y de los Ejemplos Comparativos que van del 11 al 13 que respectivamente comprendían las láminas de cobre electrolítico del Ejemplo Comparativo 1, y de los Ejemplos Comparativos que van del 3 al 5 todavía se rompían después del prensado. Aunque los electrodos del Ejemplo Comparativo 10 y de los Ejemplos Comparativos que van del 14 al 16, que comprendían respectivamente las láminas de cobre electrolítico del Ejemplo Comparativo 2 y de los Ejemplos Comparativos que van del 6 al 8, no se rompieron después del prensado, las baterías de iones de litio que los comprendían seguían teniendo un rendimiento de ciclo deficiente.
Se demuestra que los electrodos de los Ejemplos Comparativos que van del 9 al 16 no tenían las mismas propiedades que los electrodos de los Ejemplos que van del 7 al 12 porque los electrodos de los Ejemplos Comparativos que van del 9 al 16 comprendían respectivamente las láminas de cobre electrolítico de los Ejemplos Comparativos que van del 1 al 8, los cuales no controlaban su dureza superficial y la ligereza de los lados del tambor en un cierto rango.
Además, las láminas de cobre electrolítico de los Ejemplos que van del 1 al 6 podían obtener la dureza de superficie y la ligereza deseadas sin someterse a múltiples procesos de formación, y las láminas de cobre electrolítico cumplían los requisitos de las baterías de iones de litio. Por lo tanto, la lámina de cobre electrolítico de la divulgación instantánea tiene un mayor potencial para el comercio porque es fácil de fabricar.

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Una lámina de cobre electrolítico (70) caracterizada en que la lámina de cobre electrolítico (70) se compone de:
un lado de tambor (701) y un lado depositado (702) opuesto al lado de tambor (701); donde una dureza de nanoindentación del lado de tambor (701) es igual o superior a 0,5 GPa e igual o inferior a 3,5 GPa, y la dureza de nanoindentación se representa por un valor medido con un sistema de nanoindentación que adopta un indentador Berkovich con un radio de curvatura igual o inferior a 50 nm y una profundidad de indentación de 300 nm; y
una ligereza del lado de tambor (701) es igual o superior a 25 e igual o inferior a 75, y la ligereza de la lámina de cobre electrolítico se mide de conformidad con JIS Z 8722(2000).
2. La lámina de cobre electrolítico (70) según la reivindicación número 1, donde la dureza de nanoindentación del lado de tambor (701) es igual o superior a 1,0 GPa e igual o inferior a 3,0 GPa.
3. La lámina de cobre electrolítico (70) según la reivindicación número 1 o la número 2, donde una resistencia a la tracción de la lámina de cobre electrolítico (70) es igual o superior a 34 kgf/mm2.
4. La lámina de cobre electrolítico (70) según cualquiera de las reivindicaciones que van de la número 1 a la número 3, donde la lámina de cobre electrolítico (70) también se compone de una capa anticorrosión inorgánica que está formada sobre al menos uno de los lados del tambor (701) y del lado depositado (702).
5. La lámina de cobre electrolítico (70) según la reivindicación número 4, donde la capa anticorrosión inorgánica comprende un cromato.
6. La lámina de cobre electrolítico (70) según cualquiera de las reivindicaciones que van de la número 1 a la número 5, donde la lámina de cobre electrolítico (70) también se compone de una capa anticorrosión orgánica que está formada sobre al menos uno de los lados del tambor (701) y del lado depositado (702).
7. La lámina de cobre electrolítico (70) según la reivindicación número 6, donde la capa anticorrosión orgánica se compone de un compuesto de azol.
8. Un electrodo para una batería de iones de litio que se compone de: la lámina de cobre electrolítico (70) según cualquiera de las reivindicaciones que van de la número 1 a la número 7, de un aglutinante y de un material activo.
9. El electrodo según la reivindicación número 8, donde el material activo se compone de un material de carbono, de un material de silicio, de un metal, de un óxido metálico, de una aleación metálica, de un polímero o de cualquier combinación de estos.
10. Una batería de iones de litio que se compone de: un electrodo positivo, un electrodo negativo y una solución electrolítica; donde el electrodo negativo es el electrodo tal y como se presenta en las reivindicaciones número 8 o número 9.
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CN116288543A (zh) * 2023-01-16 2023-06-23 九江德福科技股份有限公司 一种多孔铜箔的电解生箔方法
CN117305919B (zh) * 2023-09-25 2024-07-12 广东盈华电子科技有限公司 一种高耐热锂电池用双光铜箔的制备方法
CZ2026113A3 (cs) * 2023-11-07 2026-04-08 Astemo, Ltd Způsob výroby pokoveného prvku a pokovený prvek

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3370624B2 (ja) * 1999-08-24 2003-01-27 三井金属鉱業株式会社 キャリア箔付電解銅箔及びその電解銅箔を使用した銅張積層板
JP4439081B2 (ja) * 2000-05-31 2010-03-24 日本電解株式会社 電解銅箔の製造方法とそれに用いる装置
JP5666839B2 (ja) * 2010-06-30 2015-02-12 古河電気工業株式会社 ２次電池用負極、負極集電体、２次電池及びこれらの製造方法
CN102181889B (zh) * 2011-04-08 2012-07-04 联合铜箔(惠州)有限公司 一种电解铜箔用添加剂、电解铜箔生产工艺和电解铜箔
CN202193865U (zh) * 2011-08-23 2012-04-18 灵宝华鑫铜箔有限责任公司 一种生箔机防氧化槽
JP5705381B2 (ja) * 2013-02-28 2015-04-22 三井金属鉱業株式会社 黒色化表面処理銅箔、黒色化表面処理銅箔の製造方法、銅張積層板及びフレキシブルプリント配線板
US9287566B1 (en) * 2015-04-17 2016-03-15 Chang Chun Petrochemical Co., Ltd. Anti-curl copper foil
CN204982121U (zh) * 2015-08-27 2016-01-20 灵宝华鑫铜箔有限责任公司 一种带喷淋管的抛光机
US9397343B1 (en) * 2015-10-15 2016-07-19 Chang Chun Petrochemical Co., Ltd. Copper foil exhibiting anti-swelling properties
US9709348B2 (en) * 2015-10-27 2017-07-18 Chang Chun Petrochemical Co., Ltd. Heat-dissipating copper foil and graphene composite
JP6067910B1 (ja) 2015-11-04 2017-01-25 古河電気工業株式会社 電解銅箔、その電解銅箔を用いたリチウムイオン二次電池
CN205974704U (zh) * 2016-08-29 2017-02-22 灵宝华鑫铜箔有限责任公司 一种生箔机阴极辊喷淋装置
KR20180105476A (ko) * 2017-03-15 2018-09-28 케이씨에프테크놀로지스 주식회사 샤이니 면이 추가 도금된 동박을 제조하는 장치
CN107419303A (zh) * 2017-08-31 2017-12-01 九江德福电子材料有限公司 一种预防铜箔白斑形成的生箔机

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