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题目:锂离子电池负极集流体铜箔粗化、钝化过程的研究

  摘要

本文对电沉积制备出的集流体铜箔进行表面粗化、钝化处理,并对粗化过程中形成树枝晶的机理进行了研究。粗化处理是在含钛离子及钨离子的硫酸、硫酸铜电解浴中,在极限电流密度附近或以上条件下进行阴极电解,形成铜的突起物,然后再电沉积一层覆盖层;最后进行表面防腐蚀处理。在电沉积粗化层工艺的研究中着重研究了电流密度、铜离子浓度、添加剂及电镀时间对粗化层的影响。利用扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)方法对铜箔表面粗化过程中添加Ti4+前后所电沉积的树枝晶的表面形貌、织构进行了研究,讨论了Ti4+的作用和形成树枝晶的机理。结果表明,在加入Ti4+前后都能形成树枝晶,随着电流密度的增加树枝状结构越明显;Ti4+的加入使得在较低的电流密度下形成树枝晶;XRD结果表明树枝晶的主要择优取向为(220)和(111)晶面。同时研究了硫酸亚锡作为添加剂下对粗化层的影响,结果表明添加硫酸亚锡可以有效改善铜箔表面粗糙度。在电流密度、硫酸亚锡浓度、钨酸钠浓度这三因素中,电流密度对粗化层影响最大,其次为硫酸亚锡浓度。随着电流密度和硫酸亚锡浓度的增加,粗化层表面粗糙度逐渐提高。在硫酸亚锡1.5g/L、钨酸钠0.1g/L、电流密度50A/dm2时沉积的粗化层效果较好,粗糙度较大且分布均匀,表面粗糙度Ra值为0.5μm,比未粗化试样提高400%。对铜箔表面采用铬酸盐钝化处理,通过盐水浸泡、阳极氧化、热氧化等多种方法对处理结果进行了测试、研究。结果表明:经铬酸盐钝化处理可以提高铜箔的耐大气腐蚀、盐水腐蚀、热氧化和酸性盐溶液腐蚀性能,其中NaCl浓度为2g/L、H2SO4浓度为15ml/L、CrO4浓度为80g/L时,可以获得良好的综合性能。