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电沉积通孔铜箔数值模拟与实验研究

2021-04-19费翔昱宫本奎董志超冯锐孙玉梅聂继伟

电镀与涂饰 2021年5期

费翔昱,宫本奎,*,董志超, ,冯锐,孙玉梅,聂继伟

(1.山东理工大学材料科学与工程学院,山东 淄博 255049;2.北京理工大学先进结构技术研究院,北京 100081)

锂离子电池在储能方面潜力巨大,在交通、电子、通信等领域应用广泛。近年来,随着新能源汽车、便携式电子设备的发展,人们对锂离子电池性能提出了更高的要求[1]。集流体作为锂离子电池的重要组成部分,起着承载活性物质和汇集输出电流的作用[2],其中负极集流体多使用铜箔。与压延铜箔相比,电解铜箔不仅能够满足能量密度、倍率性能等要求,而且生产成本更低[3],因而被大量使用。为提高锂离子电池的能量密度、倍率性能,降低锂电池内阻,减少铜箔粉化,提高箔材的表面粘附力[1,4],一些学者对集流体材料在厚度和结构方面开展了广泛而深入的研究[1-2]。目前,集流体材料厚度呈减薄趋势,期望减小集流体占比[5];结构方面以多孔材料为主,有泡沫金属[6]、光子晶体[7]等,加工工艺较为复杂。

通孔铜箔作为多孔材料的一种,目前的制备方法有机械冲孔[8]、蚀刻[9-10]、激光加工[1,11]等,这些都是在已制造的铜箔基础上进行二次加工。与其他多孔材料相比,通孔铜箔的加工工艺较为简单,但制造成本与无孔铜箔相比明显增加。采用电沉积法一次成型制备通孔铜箔操作简单,得到的铜箔具有一般微孔铜箔的特点,且制造成本较二次加工方式显著降低,但存在厚度不均匀、表面粉化等问题。本文采用有限元方法,以Comsol Multiphysics软件模拟了通孔铜箔的电沉积过程,研究了通孔铜箔厚度分布和镀液中铜离子浓度变化。……

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