一种锂离子电池正极集流体的电化学粗化处理的方法技术

本发明专利技术涉及蚀刻技术领域，具体地说是一种锂离子电池正极集流体的电化学粗化处理的方法，包括以下步骤：首先，将锂离子电池正极集流体铝箔粗面在双极室阳离子膜电解槽进行电化学抛光处理；然后，在双极室阳离子膜电解槽中，以来源丰富价格低廉的硅酸钠溶液为粗化液，采用恒压电解方式对铝箔表面进行粗化；最后，将粗化后的铝箔清洗烘干，即可得到表面含有致密氧化铝薄膜的粗化铝集流体；本发明专利技术同现有技术相比，仅需一步电解即可制备出粗化效果好的铝箔，该方法高效、简便、无污染，可直接应用于工业化生产，能够解决干法刻蚀对设备的高要求和湿法刻蚀的钻刻严重、图形控制性及保真性较差，选择性高。

A method of electrochemical coarsening for cathode collector of lithium ion batteries

The invention relates to the field of etching technology, in particular to a method of electrochemical coarsening for cathode collector of lithium ion batteries, which includes the following steps: firstly, electrochemical polishing of the rough surface of cathode collector aluminum foil of lithium ion batteries in a bipolar chamber cationic membrane electrolyzer; secondly, in a bipolar chamber cationic membrane electrolyzer, sodium silicate with abundant sources and low prices has been used since then. The solution is coarsening liquid, and the aluminium foil surface is coarsened by constant voltage electrolysis method; finally, the coarsened aluminium foil can be washed and dried to obtain the coarsened aluminium collector with dense alumina film on the surface; Compared with the existing technology, the coarsening effect of aluminium foil can be prepared by one step electrolysis, which is efficient, simple and pollution-free, and can be directly applied to industrialization. Production can solve the high requirements of dry etching on equipment and the serious drilling of wet etching, poor graphics control and fidelity, and high selectivity.

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池正极集流体的电化学粗化处理的方法[
]本专利技术涉及蚀刻
，具体地说是一种锂离子电池正极集流体的电化学粗化处理的方法。[
技术介绍
]在目前的半导体制造领域中，铝金属作为一种常用的电互连的材料，用于形成金属互联线或接触衬垫等，被广泛应用于集成电路中。而随着技术的发展以及人们要求的提高，半导体芯片制造业中，芯片线宽越来越小，集成度越来越高，对机台的要求也越来越高。铝刻蚀是半导体制造领域的主要刻蚀工艺之一，其金属层大多使用纯铝、铝铜、铝硅、铝硅铜等合金，而铝刻蚀的主要作用就是将设计好的金属连线图形转移到产品上，从而实现连线或者栅极的作用。传统方法刻蚀主要为干法刻蚀和湿法刻蚀，但其缺点比较明显，干法刻蚀设备要求高，因此成本高，比如专利201610718552.5；而湿法刻蚀钻刻严重、对图形的控制性较差，不能用于小的特征尺寸，会产生大量的化学废液，比如专利201310263046.8。而电化学蚀刻可以克服普通蚀刻方法蚀刻速度慢、蚀刻深时侧蚀现象严重等确定，比如专利200610172613.9。锂离子电池用正极金属集流体起到导电和粘结的作用，但是由于会收到强氧化性有机电解液的腐蚀，导致电性能下降；光滑的铝箔与活性物质层之间的粘附性能差，因此既可以实现抗氧化能力又可以增加集流体的附着力是一个交加的选择。而专利201611117185.X采用喷气式化学进行粗化方法，粗化速度慢，且粗化液含有重金属离子，专利201310627045.7采用酸碱液清洗、含高氧化离子的转化液浸泡的形式进行粗化，不仅污染严重，而且工艺繁琐。因此，为了追求高环保、高效率的粗化方法，若能借助于铝箔电化学蚀刻的原理，采用双极室阳离子膜电解槽一步法粗化，并使得原料来源丰富价格低廉，且无重金属离子污染，将具有非常重要的意义。[
技术实现思路
]本专利技术的目的就是要解决上述的不足而提供一种锂离子电池正极集流体的电化学粗化处理的方法，能够解决干法刻蚀对设备的高要求和湿法刻蚀的钻刻严重、图形控制性及保真性较差，选择性高，且无重金属离子污染，原料来源丰富、价格低廉。为实现上述目的设计一种锂离子电池正极集流体的电化学粗化处理的方法，包括以下步骤：1)首先，将锂离子电池正极集流体铝箔粗面在双极室阳离子膜电解槽中，进行电化学抛光处理；2)然后，在双极室阳离子交换膜电解槽中，以硅酸钠溶液为粗化液，采用恒压电解方式对铝箔表面进行粗化；3)最后，将粗化后的铝箔清洗烘干，即得到表面含有致密氧化铝薄膜的粗化铝集流体。进一步地，步骤1)中，电化学抛光处理的工艺步骤中，抛光液的配制方法为，将120ml磷酸、32ml硫酸、8ml乙二醇，加水至400ml。进一步地，步骤1)中，电化学抛光处理的工艺步骤中，抛光工艺为，电流密度100-300mA/cm2，加热至90℃，在磁力搅拌下抛光。进一步地，步骤2)中，恒压电解粗化处理工艺步骤为：在双极室阳离子交换膜电解槽中，以硅酸钠溶液为阳极液，以氢氧化钠溶液为阴极液，以锂离子电池正极集流体铝箔为阳极，以惰性电极为阴极，采用恒压电解的方式在20-60℃下电解10-30min。进一步地，步骤2)中，所述双极室阳离子交换膜采用的阳离子膜为全氟磺酸离子交换膜，所述硅酸钠溶液的浓度为0.0001-0.1mol/L，所述氢氧化钠溶液的浓度为0.0001-0.1mol/L，所述惰性电极为不锈钢电极或钛电极，所述恒电压电解的电压为10-400V。进一步地，步骤3)中，粗化后的清洗烘干工艺步骤为：将粗化的铝箔用无水乙醇洗涤，直至pH接近中性，然后将其放入鼓风干燥箱中60-100℃烘干。本专利技术同现有技术相比，具有如下优点：(1)本专利技术由于制备过程中采用的阳离子膜具有一定的选择透过性，特别是Nafion系列全氟磺酸阳离子交换膜可以让阳极室中的Na+离子透过离子膜进入阴极室，从而消去了Na+离子杂质对粗化效果的影响；(2)本专利技术反应时间短，从具体的实施例中可以看出，其电解制备时间不足0.5h，即可得到粗化效果好的铝箔正极集流体，粗化处理简单，从而制备成本降低；(3)本专利技术由于仅需一步电解即可制备出粗化效果好的铝箔，该方法高效、简便、无污染，可直接应用于工业化生产；(4)通过本方法得到的正极集流体对电解液的耐腐蚀能力大大提高，且本集流体内含不规则凹坑，增大了集流体与活性物质层的粘结性能。[附图说明]图1是本专利技术实施例1中未处理铝箔的SEM图；图2是本专利技术实施例1中电化学抛光后铝箔的SEM图；图3是本专利技术实施例1中得到的50V粗化的铝的SEM图；图4是本专利技术实施例1中得到的100V粗化的铝的SEM图；图5是本专利技术实施例1中得到的150V粗化的铝的SEM图；图6是本专利技术实施例1中得到的200V粗化的铝的SEM图；图7是本专利技术实施例1中得到的250V粗化的铝的SEM图；图8是本专利技术实施例1中得到的300V粗化的的SEM图；图9是本专利技术实施例2中得到的常温粗化的铝的SEM图；图10是本专利技术实施例2中得到的35℃粗化的铝的SEM图；图11是本专利技术实施例2中得到的55℃粗化的铝的SEM图。[具体实施方式]本专利技术提供了一种锂离子电池正极集流体的电化学粗化处理的方法，具体包括如下步骤：首先将锂离子电池正极集流体铝箔粗面在双极室阳离子膜电解槽进行电化学抛光处理，然后在双极室阳离子膜电解槽中，以来源丰富价格低廉的硅酸钠溶液为粗化液，采用恒压电解方式对铝箔表面进行粗化，最后将粗化后的铝箔清洗烘干，即可得到表面含有致密氧化铝薄膜的粗化铝集流体。其中，电化学抛光处理的工艺步骤中，抛光液的配制：120ml磷酸+32ml硫酸+8ml乙二醇，加水至400ml；抛光工艺：电流密度100～300mA/cm2，加热至90℃，在磁力搅拌下抛光。恒压电解粗化处理工艺步骤如下，在双室阳离子膜电解槽中，以硅酸钠溶液为阳极液，以氢氧化钠溶液为阴极液，以锂离子电池正极集流体铝箔为阳极，以惰性电极为阴极，采用恒压电解的方式在20-60℃下电解10-30min；其中，双室阳离子交换膜采用的阳离子膜为全氟磺酸离子交换膜；硅酸钠溶液的浓度为0.0001-0.1mol/L；氢氧化钠溶液为浓度为0.0001-0.1mol/L；惰性电极为不锈钢电极、钛电极；恒电压电解的电压为10-400V。粗化后的清洗烘干工艺步骤如下：将粗化的铝箔用无水乙醇洗涤，直至pH接近中性，然后将其放入鼓风干燥箱中60-100℃烘干即可。下面结合具体实施例对本专利技术作以下进一步说明：本专利技术各实施例中所用的全氟磺酸阳离子交换膜是美国杜邦公司生产的Nafion全氟磺酸212型阳离子交换膜。实施例1一种锂离子电池正极集流体的电化学粗化处理的方法，具体包括如下步骤：(1)电化学抛光处理的工艺步骤如下。抛光液的配制：120ml磷酸+32ml硫酸+8ml乙二醇，加水至400ml；抛光工艺：电流密度100-300mA/cm2，加热至90℃，在磁力搅拌下抛光15min。(2)以硅酸钠溶液为阳极液，以氢氧化钠溶液为阴极液，以铝片为阳极，以惰性电极为阴极，采用恒压电解的方式在常温下电解10-30min；其中，惰性电极为DSA钛网；硅酸钠溶液浓度为0.00075mol/L；氢氧化钠溶液为浓度为0.001mol/L；阳离子膜为全氟磺酸阳离子交换膜；电解温度为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池正极集流体的电化学粗化处理的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)首先，将锂离子电池正极集流体铝箔粗面在双极室阳离子膜电解槽中，进行电化学抛光处理；2)然后，在双极室阳离子交换膜电解槽中，以硅酸钠溶液为粗化液，采用恒压电解方式对铝箔表面进行粗化；3)最后，将粗化后的铝箔清洗烘干，即得到表面含有致密氧化铝薄膜的粗化铝集流体。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池正极集流体的电化学粗化处理的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)首先，将锂离子电池正极集流体铝箔粗面在双极室阳离子膜电解槽中，进行电化学抛光处理；2)然后，在双极室阳离子交换膜电解槽中，以硅酸钠溶液为粗化液，采用恒压电解方式对铝箔表面进行粗化；3)最后，将粗化后的铝箔清洗烘干，即得到表面含有致密氧化铝薄膜的粗化铝集流体。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1)中，电化学抛光处理的工艺步骤中，抛光液的配制方法为，将120ml磷酸、32ml硫酸、8ml乙二醇，加水至400ml。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤1)中，电化学抛光处理的工艺步骤中，抛光工艺为，电流密度100-300mA/cm2，加热至90℃，在磁力搅拌下抛光。4.如权利要求1所述的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：张全生，张绍乙，张绍凡，闵凡奇，周敦凡，
申请(专利权)人：上海应用技术大学，
类型：发明
国别省市：上海,31