电解铜箔生产常见问题及处理 (锂电铜箔行业经常出现的异常问题)

定义:铜箔从阴极辊表面剥离时,因各种原因造成铜箔边部某一点被撕裂,铜箔边缘出现豁口或破损。人们把这种现象叫撕边

判定方法:用米尺测量,豁口造成铜箔有效宽度符合用户要求,判为成品。如果有效宽度达不到用户要求,判为废品。

危害:铜箔出现撕边,首先造成生产无法正常进行,极易造成废品。铜箔有撕边,在表面处理线上极易造成铜箔断裂在机列处理槽里,导致停机、停产。有撕边的铜箔在处理机的导电辊上极易造成电击的严重后果,铜箔撕边增加生产操作的困难和生产人员的精神压力,人始终处于高度紧张的状态。因为在电解槽上铜箔出现撕边,如果发现的不及时,处理的不快,不精准。容易造成铜箔在阴极辊上撕断,或造成大豁口。还容易出现因处理不及时撕断的铜箔随阴极辊转入电解槽里,与阳极板连接,造成短路,电击伤阴极辊的严重后果。铜箔撕边是所有生产厂家不好对付的问题。

产生原因:

(1)电解槽开始生产时阴极辊表面温度低,阴极过电位小,导致析氢,铜箔结晶粗糙、发脆、发糟。阴极辊边部的密封胶圈,使电解槽的盖板与阴极辊距离偏大,电解槽排风口也在此处。造成阴极辊面边部通过的风量最多,风速最大,阴极辊边部散热快,冷却快,腐蚀的也快。相同的时间阴极辊边部腐蚀的比里边严重,边部表面比里面要粗糙一些,边部温度也最低,这就容易造成边部析氢,导致铜箔边部结晶更加粗糙、发脆、发糟。铜箔脆没有韧性,延伸率低,一碰就裂口,造成撕边。解决办法;新开槽时,待阴极辊表面温度升上来后再开始送电生产。解决阴极辊边部易腐蚀的问题,可以把电解槽排风口的位置改到辊面的方向。还要改变电解槽盖板的几何形状,保证盖板的封闭效果和均匀性,最好给电解槽上加盖。

(2)阴极辊面边沿有划、刻、碰伤,阴极辊面边沿与端面相交的90度尖角有刻、碰伤。这些伤痕使此处不能正常的沉积铜,即使有铜沉积在伤口处,此处的铜箔结合的也不结实,伤口处铜箔是断开的,表面看是相连接在一起,实际处在半连不连状态,一碰就容易断裂。铜箔在阴极辊上剥离时,一到此处边部就断开了,向里边撕裂形成了撕边。

有的撕边如果操作工不能将其立即处理,将会造成铜箔被撕断。并且留在阴极辊上的铜箔不能及时剥离下来,会再一次进入电解槽里,造成与阳极连接短路,使阴极辊表面被电击伤的严重后果。尖角处有伤不能与密封胶圈紧密接触,达不到密封效果,有缝隙,电解液从缝隙进入密封槽里,有电解液的地方必有铜沉积。这种密封方式的电解槽没有副阴极,密封槽里是不允许进入电解液的,进入电解液必然在此处的密封槽里沉积铜。

此处沉积的铜与进入电解液这个通道上沉积的铜和阴极辊面上的铜箔是连在一起的,密封槽里沉积的铜有的与阴极辊端面沉积的铜相连,我们把这种铜叫做根。当铜箔剥离到此处时,由于铜箔边部结晶一般比较疏松,延伸率偏低,不抗拉。铜箔剥离时不能把铜根拉出来,而是铜箔自己从铜根处撕裂了。因为铜箔边部的抗拉力大大的小于根与阴极辊相结合的力,根是长在端面上,铜箔长在辊面上,铜箔拉不掉铜根,造成边部撕裂。铜根仍然牢固地长在尖角上,或阴极辊面的端面。阴极辊运转到下一个周期它还是这样,周而复始。有的铜根徒手用力拉都拉不下来,因为它与阴极辊结合的牢固。需要用刀划、铲才能把铜根去掉,凭着铜箔是拉不下来的,出现这种铜根一般需用专用工具,把铜根处理掉。

辊面被刻、划、碰伤的情况,轻微可以用磨辊的方法磨去,如果磨辊磨不掉这些伤痕,还要用其它方法对辊面进行修复,如:用砂布把辊面磨去几道,严重的可以车一刀,尖角损伤太严重的可以补焊,补焊后再上车床车。

(3)电解槽排风位置不正确,造成阴极辊边部腐蚀速度快,阳极板边部屏蔽密封的不好,漏电,即阳极板边部电流能导到阴极辊的端面上。造成阴极辊边部电流密度偏大,而阴极辊边部的电解液循环量本来就偏少,铜箔结晶粗糙、疏松、偏厚、发糟、不结实,在铜箔从阴极辊上剥离时易出现撕边。

阳极板边部屏蔽的太多,使阴极辊边部电流密度偏小,造成铜离子沉积量少,铜箔边部太薄,而且疏松破碎,容易出现撕边。阴极辊边部电解液循环量不足并有涡流现象,也能引起铜箔边部粗糙,易于造成铜箔撕边。铜箔边部破碎,在剥离时最容易造成撕边。

(4) 阴极辊边部密封,实质是密封阴极辊表面与端面相交的90度尖角,让密封胶圈把尖角紧紧包裹起来,只要把尖角密封住了,尖角上不导电,无电解液,尖角上就不会长铜。这样才能使辊面上的铜箔与端面长的铜根不相连,铜箔在边部没有铜根拉着,剥离就比较顺畅了,铜箔就不会出现撕边。阴极辊表面研磨得非常光滑,铜箔很容易从阴极辊上剥离下来,出现撕边的主要原因是阴极辊边部的尖角没有密封住,铜箔与尖角上长的铜根连上了,尖角处长铜就等于把铜箔这个点焊在阴极辊上了,铜箔很难从这个点上剥离,当铜箔从阴极辊上剥离时每到这个点就会出现撕边。尖角处沉积铜的原因主要有:

一是阴极辊尖角上有伤,伤口里的表面是粗糙的,此点沉积的铜与阴极辊结合是比较牢固的,尖角上缺肉,表面不光滑,尖角不完整,使密封胶圈不能紧紧的将此处包裹起来,没有密封住。造成此处渗入电解液,在缺肉点上沉积铜,并与阴极辊表面的铜箔相连。铜箔从阴极辊上剥离在此处拉不掉铜根,反而被铜根把铜箔拉断,出现撕边;二是密封胶圈表面不光滑,有缺口,或有飞边、疙瘩,使胶圈与阴极辊尖角有缝隙,不能将尖角密封,电解液从胶圈上的缺陷处进入密封槽里,在阴极辊的端面上沉积铜,并顺着进液的渠道长铜,这种铜本身比较结实,与阴极辊结合的比较牢固,直接与铜箔相连,铜箔从阴极辊上剥离时必然撕边。

三是密封胶圈硬度较大,阴极辊的尖角不能凹入胶圈里,即胶圈包不住阴极辊边部的尖角。尖角上即能导电,又能接触到电解液。密封胶圈硬度小一些,阴极辊边部的尖角能凸入密封胶圈里,使尖角接触不到电解液,也就不能长铜了,只要尖角上不长铜,一般情况铜箔不会产生撕边。

在阴极辊边部某点沉积的铜粒,即没有根的铜粒,铜箔在剥离时如果能把铜粒拉下来最好,如果拉不下来,就是一个小豁口,铜箔被铜粒拉住了,剥离不下来,造成铜箔撕边。即使较厚的铜箔能把尖角上的铜粒拉下来,也极易造成铜箔的压眼、压坑,因为这种铜粒非常疏松,一碰就散花了,散得到处都是细小的铜粒,拣都拣不起来。 解决阴极辊边部密封的问题要做好以下几项工作;一要保证阴极辊表面尖角的完整无损,与辊面一样十分平整光滑;二要保证密封胶圈有非常好的弹性,适当的硬度,表面光滑平整,无一丝飞边毛刺和凹坑刻伤,既表面不多肉,不缺肉,直径要均匀一致;三要保证密封槽的宽度和深度均匀一致,密封槽与密封胶圈接触部分必须十分光滑平整,保证与密封胶圈紧密的最佳配合,使密封胶圈严严实实封住阴极辊面的尖角,使尖角凹入密封胶圈里。四要做好阳极板边、端部的屏蔽,防止阳极边部电力线传导到阴极辊端部,避免长铜。这里最关键的是电解槽和阳极板的加工制作精度,安装精度,能否达到十分精准的水平,材料要选择优质的。密封胶圈的材料要耐酸、耐热,耐老化性能好,冷热变型小,硬度不要大。

(5)电解工艺不正常,铜浓度过低,酸浓度过高,液温度过低,或过高,这些因素都能使铜箔结晶出现不同程度的粗糙,发脆,延伸率低等质量问题。如果其中几个因素同时存在,铜箔必然粗糙,铜箔出现粗糙时,边部一定比里面严重,所以容易造成铜箔撕边。可以通过降低电流密度来进行临时性的调整,最终解决问题还是提高铜离子浓度,保证工艺参数的准确、稳定。这里一个十分重要的问题,是对溶铜技术的认识、理解的问题,关系到能不能准确的掌握溶铜生产。

(6)电解槽上的挤液(水)辊端部不平整,凸凹长短不齐,或长度微长。有的挤液辊安装靠着胶圈太紧了,顶着胶圈,经常出现挤撞密封胶圈的现象,使胶圈经常处于翻动状态。胶圈翻动时将铜箔边沿拉起,有的撕出小口,当铜箔剥离时,在小口处容易造成撕边。挤液(水)辊发纣,在铜箔表面处于时转时不转状态,不转时辊面与铜箔处于滑动摩擦状态,容易把铜箔边部擦破,当铜箔从阴极辊上剥离时造成撕边。

(7)电解铜箔生产明胶添加多了,铜箔发脆,发糟,边部更脆,更糟,一碰就裂口。阴极辊边部生产的铜箔的延伸率更低,铜箔与阴极辊的结合力大于铜箔的抗拉力,铜箔边部的抗拉力小于铜箔与阴极辊的结合力,铜箔边部从阴极辊上剥离不下来,造成撕边。

解决方法:可以加入适量的盐酸来调整明胶的作用,同时暂时停止加胶,或适量的减少加胶量。增大活性炭过滤能力,提高铜箔的延伸率,铜箔质量正常之后,再恢复正常工艺加胶量。

(8)电解液里硫脲和明胶添加多了,铜箔结晶反而粗大,发脆,拉应力增大。有机物在阴极辊表面反复进行吸附、脱附,逐渐形成复杂的分子,在阴极表面构成了分子层,使铜的初始结晶混乱,晶核成长起来的结晶相互发生碰撞,造成原子排列没有连续性,晶核变形较大。铜箔从阴极辊上剥离后打卷,如果铜箔边部破碎不整齐,铜箔从阴极辊上剥离后打卷能够造成边部裂口,极易导致撕边。如有其它东西刮碰,会造成铜箔在阴极辊上撕断,其主要原因是铜箔特别脆,特别糟。出现这种情况时,电解液里的有机物含量肯定是相当高的,同时存在电解液很脏的可能性。有可能是活性炭过滤方面出了问题,失去了吸附明胶作用。有资料介绍8#活性炭可以去出硫酸铜水溶液里的硫脲,可采用5—50#的活性炭,用1.3—6ppm的添加量试一试。

(9) 铜箔边部太薄了,抗拉力极低,抗拉力小于铜箔从阴极辊上剥离力。铜箔从阴极辊上剥离时,没把铜箔从阴极辊上剥离下来,铜箔的边部却被撕断了。造成这种问题的原因,可能是阴极辊与阳极板没有对正,阴极辊安装时偏向一边了,电流密度偏小,使铜箔一边太薄了,而另一边电流密度偏大,铜箔又太厚了。薄的这边容易出现撕边,还有阴极辊边部的电解液循环量太小了,也会出现边部偏薄的问题。阳极边部导电不好,也出现铜箔边部薄的问题,边部薄抗拉力小,容易造成铜箔撕边。

(10)阴极辊爬行。阴极辊在运转时密封胶条刮碰阳极板边部屏蔽塑料档板,造成相互摩擦,使阴极辊转动的阻力增大,旋转时一敦一敦的爬行。铜箔收卷是均速运动,阴极辊一敦一敦的爬行,使铜箔的张力不均,松一下,紧一下,在剥离时铜箔一抖一抖的。此时如遇到铜箔边部有某个轻微缺陷,便会造成铜箔边部的撕裂。如阴极辊不爬行,铜箔边部的这些轻微缺陷是不会造成铜箔撕边的。

造成阴极辊爬行的另一个原因是阴极辊轴头上的导电铜环的电刷调得太紧了,碳刷向抱闸一样紧紧地抱着导电铜头,使阴极辊转动的阻力非常大,时间长了铜头被电刷磨出几条沟。这种过大的摩擦力造成阴极辊转动的阻力相当大,导致阴极辊旋转时爬行,同时给驱动电机增大能耗,阴极辊轴头导电最好采用银块与导电油配合的方法,它省电、省材料,不发热,维修费用少。但,必须与磨辊方式结合起来。

(11)活性炭使用时间长失效了,或活性炭在过滤槽里没有装好,成袋装的没有落好,不紧密,电解液从缝隙间流过,没有经过活性炭层过滤,活性炭对电解液没起作用,造成电解液里的残胶没有被吸附去出,电解液里残胶太多了。这些残胶在电解时被夹杂在铜箔里,使铜箔延伸率低,特别脆,没有韧性,一拉就断裂,边部一碰就撕边。解决办法是更换活性炭,或重新填装活性炭,让活性炭起作用。采用可溶阳极的必须设置阳极泥沉降槽,防止阳极泥污染活性炭。

(12)铜箔边部超厚,在收卷时操作者把边部超厚部分撕掉,保证铜箔收卷直径的一致,如果不把边部超厚的部分撕掉,铜箔在收卷时边部直径比里边会越来越大,使铜箔边部形成喇叭口,铜箔收卷直径大的这一点受力最大,因为收卷的全部拉力都集中在边部这一点上,当这一点承受不了这么大力的时候,受力点向里边扩延,铜箔的边部被拉伸。铜箔卷边部的胀力也是极大的,可以把边部胀裂,形成撕边。操作者为了防止这种问题的发生,提前把铜箔边部偏厚的部分撕掉,但有时撕不好撕多了,反而造成了人为的撕边。

(13) 电解液脏,使铜箔粗糙,为了解决粗糙问题,没有经验的人采用增大明胶的添加量,如果控制不好,反而使明胶含量偏高。导致铜箔更加粗糙、发脆、发糟,这样的铜箔肯定易撕边。凡是引起铜箔粗糙、发脆、发糟,都易造成铜箔撕边。如果几个不利的因素同时出现二个或三个,铜箔撕边会非常严重。出现这种情况时最有效的办法是滴加盐酸水溶液,要少加,切勿多加。

(14)阴极辊表面抛光时间过长,即抛老了。实际把阴极辊表面给拉毛了,即表面积增大了。使铜箔的内应力增大了,造成铜箔打卷,如果工艺又出现不正常情况,铜箔发脆,边缘破碎,铜箔在打卷时卷曲的力就把边部撕开了,说明打卷的铜箔非常脆,铜箔打卷时只要剥离下来,离开阴极辊铜箔边部就向里边自动卷曲,有时把铜箔在阴极辊上就撕断了,造成铜箔撕边是自然的了。

(15)密封胶圈直径的大小要与阴极辊端部的密封槽相吻合,胶圈直径大了会滚出密封槽,掉入电解槽里,造成停产。胶圈直径小了,不能把阴极辊面的尖角密封住,起不到密封效果,使端面和尖角暴露,造成长铜根,导致铜箔在此撕边。胶圈过大压在辊面上多了,使铜箔剥离时边部被胶圈阻挡,铜箔边向内卷曲,边部刮碰胶圈,极容易造成铜箔撕边。密封槽太小,密封胶圈容易往外掉,没有起到密封效果,导致铜箔撕边。密封槽大了,密封胶圈压不到阴极辊的倒角上,没有起到密封倒角的作用,造成铜箔撕边。

(16)阴极辊边部的密封胶圈和端板与阳极边部配合的不好,电解液从极间向阴极辊端部渗透量过大,造成阴极辊边部电解液供给量过多,使铜箔边部偏厚。收卷后铜箔边部形成喇叭口,引起边部裂边。

(17)电解槽的副阴极电流偏小,阳极漏到阴极辊端部的电流不能全部被副阴极消耗掉,被阴极辊边部接受,造成铜箔边部长铜根。主要问题还是密封胶圈没有把阴极辊的倒角密封住,提高副阴极电流密度就可以解决长铜根的问题。

(18)生产超薄铜箔容易撕边,超薄铜箔本身的抗拉强度就低,边部就更低了。解决方法是阴极辊边部的密封一定做好,同时保证阳极边部的电解液流量和电流协调,不要使铜箔边部过于薄,要把副阴极的电流强度调整好。

(19)阴极辊边部表面粗糙,与铜箔结合力大,铜箔从阴极辊上剥离力大,铜箔从阴极辊上的剥离力小于铜箔与阴极辊的结合力,造成铜箔撕边。阴极辊在研磨时一定要把边部磨好,有的边部研磨的时间短,没有磨好。有的密封端板高于阴极辊面,造成研磨片被翘起磨不到辊边,影响阴极辊边部表面的研磨质量,磨得不平整光滑。有的工厂没有爱琢磨事,善于总结经验的人对阴极辊边部进行修复,达不到最佳的效果。

(20)铜箔撕边有的是工艺方面的问题,导致产品结晶不细致,延伸率低。有的是设备结构不合理,相互配合不佳导致不该长铜地方长铜。有的是材料不适合,不好用,起不到密封的作用,造成不允许长铜地方长铜。有的是没有经验,出了问题不知道怎么处理。有的是管理不严、不细、不科学,有的是不懂盲干,该干的不干,工作没做到位,造成铜箔撕边。