国家标准《锂离子电池用压延铜箔》编制说明.docx

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国家标准《锂离子电池用压延铜箔》编制说明

国家标准

GB/TXXXX－XX《锂离子电池用压延铜箔》

（讨论稿）编制说明

《锂离子电池用压延铜箔》标准起草小组

二○一六年五月

国家标准《锂离子电池用压延铜箔》

（讨论稿）编制说明

一、工作简况

1、任务来源

锂离子电池是最新发展起来的绿色能源，也是我国能源领域重点支持的高新技术产业。

压延铜箔是作为锂离子电池负极集流体的主要材料，其生产技术的发展和性能参数将直接影响锂离子电池的制作工艺、性能和生产成本。

目前国外压延铜箔的生产企业主要有：

日本日矿金属（Nipponmining）、日本福田金属箔粉公司（Fukuda）、日立电线公司（Hitachicable）、美国奥林黄铜（OlinBrass）等。

国内菏泽广源铜带有限公司、山东天和压延铜箔有限公司、中色奥博特铜铝业有限公司等逐渐开展锂离子电池用压延铜箔的研发与生产，形成规模化、行业化，且市场需求强劲。

国内主要生产锂离子电池企业有深圳比亚迪、天津捷威动力、天津力神、中航锂电、国联动力、深圳比克电池等百余家，对压延铜箔的使用及工艺性能具备深入的了解和掌握。

在生产企业和使用企业建立稳定供需关系的基础上，可共同对压延铜箔行业标准的技术内容和指标进行确定。

本标准制订的目的主要是规范锂离子电池用压延铜箔的生产与供货，为锂离子电池专用压延铜箔生产企业提供质量控制依据，而且为锂离子电池生产企业采购专用压延铜箔提供参考依据。

根据国标委综合〔2015〕59号和有色标委[2015]29号《关于转发2015年第二批有色金属国家、行业标准制（修）订项目计划的通知》，其中序号59（项目编号“20152292-T-610”）《压延铜箔》国家标准由菏泽广源集团山东天和压延铜箔有限公司、安徽鑫科新材料股份有限公司、中色奥博特铜铝业有限公司、绍兴市力博电气有限公司等负责起草，完成年限为2018年9月。

2、承担单位简况

菏泽广源铜带有限公司及山东天和压延铜箔有限公司为菏泽广源集团核心企业。

依托集团公司近30年铜带箔技术积累、人才积累和生产研发平台技术创新能力，引进了世界先进水平的高精电子压延铜箔生产设备和尖端实验检测仪器，建成了国内首条高精电子压延铜箔生产线，主要生产厚度0.006mm以上、宽度650mm以内的高精电子压延铜箔，年生产能力5000吨，是集高精电子压延铜箔产品生产、研发、销售、服务为一体的专业化生产企业。

研发的压延铜箔生产新工艺取得了国家专利授权，产品替代进口，填补了国内空白。

高精电子压延铜箔具有高传导性、高弯曲性、高耐化学性等特点，是制作挠性印制电路板、锂离子电池和电磁屏蔽等高端电子信息产品的功能性新材料，广泛应用于军工、航空航天、通讯、医疗器械以及办公智能化等高端信息化、智能化领域。

菏泽广源集团于2000年始参加国家及有色金属行业技术标准起草工作，拥有国家标准起草资格人员7人，负责及参与起草国家标准8项，行业标准5项，具有丰富的国家行业标准起草经验。

企业压延铜箔实验室面积3000平方米，配备国际先进水平的高精度检测仪器，包括进口SPECTROLAB直读光谱仪、ThermoICAP6300ICP光谱仪、日本电子扫描电子显微镜、AxioObserver.A1m金相显微镜、DDS-307电导率仪、万能拉伸试验机、附带恒温箱万能试验仪、耐折性测试仪、附着力测试仪、表面粗糙度仪等30多套台，价值近2000万元。

一流完善的物理性能检测及工艺性能测试设备，可满足锂离子电池用压延铜箔的各项性能检测需求。

3、主要工作过程

由于时间紧，任务重，标准制订计划任务正式下达后，立即成立了标准编制组，并落实起草任务，确定标准的主要起草人，拟定该标准的工作计划。

具体分工为：

菏泽广源集团山东天和压延铜箔有限公司总负责、市场和同行业信息收集、资料汇总及执笔；安徽鑫科新材料股份有限公司、中色奥博特铜铝业有限公司、绍兴市力博电气有限公司负责补充市场信息和标准数据的验证。

各企业分工明确，紧密合作，共同完成标准的修订工作。

二、标准编制原则和确定标准主要内容的论据

1、标准编制原则

（1）本标准按照GB/T1.1-2009《标准化工作导则第一部分：

标准的结构和编写规则》的要求进行编写，并符合TCS2009《中国标准编写模板》国家标准的电子文本要求。

（2）标准由国内压延铜箔生产厂家联合制定，参考国外先进企业相关产品标准及《锂离子电池用电解铜箔》的技术指标，确定本标准中箔材的各项技术指标，反映了国内生产企业的产品质量现状及生产技术，便于指导生产，易于应用

（3）满足国内外客户对产品的技术需求。

2、确定标准主要内容的论据

2.1标准题目与适用范围

2.1.1本标准立项名称为“压延铜箔”，英文名为“RolledCopperFoil”。

现申请标准名称变更为“锂离子电池用压延铜箔”，英文名为“RolledCopperFoilforlithiumionbattery”。

首先，本标准项目做为项目计划时申报名称即为“锂离子电池用压延铜箔”，本标准的适用范围是锂离子电池负极集流体用压延铜箔，是用途专一的标准。

其次，根据国家科技部发布的国家十三五“重点基础材料技术提升与产业化”重点专项2016年度项目申报指南中4.1高性能高精度铜及铜合金板带材制造技术的内容，明确提出支持“动力电池集流体用超薄高纯铜带材的工业化制造成套技术”。

锂离子电池用压延铜箔作为该项目目标产品之一。

故修改本标准名称为“锂离子电池用压延铜箔”即切合了国家重大项目，又能真实反应本标准的专业性。

2.1.2规定了本标准适用范围，本标准适用于锂离子电池用压延铜箔，以利于用户选用。

2.2要求

2.2.1产品分类

产品分类是对锂离子电池用压延铜箔产品的牌号、状态、规格应符合的规定。

同时规定了产品标记办法。

相关情况分别说明如下：

（1）我国目前生产的压延铜箔是以标称厚度、宽度来划分不同的规格。

（2）通过调研，国内目前在锂离子电池用压延铜箔产品的实际应用中，主要有3个牌号，分别为TU1、TU2、TSn0.12，产品的供货状态为他硬态（HO4）。

因此，确定本标准的牌号为3个，硬态为本标准唯一状态。

（3）规格型号：

根据目前市场需求现状，确定本标准尺寸规格为：

厚度8～20μm，宽度300～650mm；经供需双方协商，也可供应其他状态、规格的产品。

（4）产品标示方法：

按产品名称、本标准编号、牌号（或代号）、状态、厚度和宽度的顺序表示。

标记示例如下：

用TU1（T11050）制造的、硬态（H04）、厚度为10um、宽度为600mm的压延铜箔标记为：

铜箔GB/TXXX-TU1H04-10×600

或铜箔GB/TXXX-T11050H04-10×600

2.2.2化学成分

化学成分的规定见表1。

表1化学成分

牌号

代号

化学元素（质量分数%）

Cu+Ag

P

Fe

Pb

Sn

Ni

S

TU1

T10150

≥99.97

0.002

0.004

0.003

0.002

0.002

0.004

TU2

T10180

≥99.97

0.002

0.004

0.003

0.002

0.002

0.004

TSn0.12

C14415

≥99.96

-

-

-

0.1～0.15

-

-

2.2.3尺寸偏差

单位面积质量是衡量压延铜箔尺寸均匀性的重要指标之一，按《印制板用铜箔试验方法》GB/T29847-2013中6.4的方法进行测量。

统计8μm、9μm、10μm、12μm、15μm、20μm六种常用规格的单位面积质量数据，每个规格共70组数据，得出中值及偏差范围。

牌号TU1、TU2、TSn0.12的化学成分相差很小，单位面积质量差别忽略不计。

厚度8μm的单位面积质量数据统计如表2所示，数据分布直方图如图1所示。

表28μm单位面积质量频数和频率分布表

组号

区间

中值

频数ni

频率fi

1

[66,67]

66.5

9

0.13

2

（67,68]

67.5

21

0.30

3

（68,69]

68.5

29

0.41

4

（69,70]

69.5

11

0.16

图18μm单位面积质量频数直方图

由图表可知，8μm的单位面积质量≥66g/m2，均介于66～70g/m2之间，68g/m2为中值，公差范围为±2.0g/m2，指标制定合理，属于成熟产品。

厚度9μm的单位面积质量数据统计如表3所示，数据分布直方图如图2所示。

表39μm单位面积质量频数和频率分布表

组号

区间

中值

频数ni

频率fi

1

[74.5,75.5]

75

6

0.09

2

（75.5,76.5]

76

8

0.11

3

（76.5,77.5]

77

27

0.39

4

（77.5,78.5]

78

20

0.29

5

（78.5,79.5]

79

9

0.13

图29μm单位面积质量频数直方图

由图表可知，9μm的单位面积质量≥74.5g/m2，均介于74.5～79.5g/m2之间，77g/m2为中值，公差范围为±2.5g/m2，指标制定合理，属于成熟产品。

厚度10μm的单位面积质量数据统计如表4所示，数据分布直方图如图3所示。

表410μm单位面积质量频数和频率分布表

组号

区间

中值

频数ni

频率fi

1

[83.5,84.5]

84

4

0.06

2

（84.5,85.5]

85

11

0.16

3

（85.5,86.5]

86

26

0.37

4

（86.5,87.5]

87

18

0.26

5

（87.5,88.5]

88

11

0.16

图310μm单位面积质量频数直方图

由图表可知，10μm的单位面积质量≥83.5g/m2，均介于83.5～88.5g/m2之间，86g/m2为中值，公差范围为±2.5g/m2，指标制定合理，属于成熟产品。

厚度12μm的单位面积质量数据统计如表5所示，数据分布直方图如图4所示。

表512μm单位面积质量频数和频率分布表

组号

区间

中值

频数ni

频率fi

1

[103.5,104.5]

104

5

0.07

2

（104.5,105.5]

105

12

0.17

3

（105.5,106.5]

106

22

0.31

4

（106.5,107.5]

107

20

0.29

5

（107.5,108.5]

108

11

0.16

图412μm单位面积质量频数直方图

由图表可知，12μm的单位面积质量≥103.5g/m2，均介于103.5～108.5g/m2之间，106g/m2为中值，公差范围为±2.5g/m2，指标制定合理，属于成熟产品。

厚度15μm的单位面积质量数据统计如表6所示，数据分布直方图如图5所示。

表615μm单位面积质量频数和频率分布表

组号

区间

中值

频数ni

频率fi

1

[128.5,129.5]

129

12

0.17

2

（129.5,130.5]

130

16

0.23

3

（130.5,131.5]

131

15

0.21

4

（131.5,132.5]

132

15

0.21

5

（132.5,133.5]

133

12

0.17

图515μm单位面积质量频数直方图

由图表可知，15μm的单位面积质量≥128.5g/m2，均介于128.5～133.5g/m2之间，131g/m2为中值，公差范围为±2.5g/m2，指标制定合理，属于成熟产品。

厚度20μm的单位面积质量数据统计如表7所示，数据分布直方图如图6所示。

表720μm单位面积质量频数和频率分布表

组号

区间

中值

频数ni

频率fi

1

[173，174]

173.5

7

0.10

2

（174,175]

174.5

8

0.11

3

（175,176]

175.5

11

0.16

4

（176,177]

176.5

19

0.27

5

（177,178]

177.5

12

0.17

6

（178,179]

178.5

3

0.04

图620μm单位面积质量频数直方图

由图表可知，20μm的单位面积质量≥173g/m2，均介于173～179g/m2之间，176g/m2为中值，公差范围为±3.0g/m2，指标制定合理，属于成熟产品。

因此，单位面积质量及偏差范围见表8。

表8单位面积质量（单位：

g/m2）

牌号

厚度

μm

样品

数量

中值及偏差

TU1、TU2、TSn0.12

8

70

68±2.0

9

70

77±2.5

10

70

86±2.5

12

70

106±2.5

15

70

131±2.5

20

70

176±3.0

2.2.4室温力学性能

力学性能是衡量锂离子电池用压延铜箔的重要指标之一，关乎电池负极的生产通过性及电池整体寿命。

力学性能可以通过拉伸试验进行测试，测得抗拉强度和断后伸长率。

基于生产实际情况和客户不同侧重点需求，对现有产品抽样实测，按合金牌号共分两种TU1、TU2性能一致，TSn0.12性能偏强；厚度规格方面8~10μm（含10μm）性能近似，归为一档；10μm~20μm性能近似，归为一档。

8~10μm采用8μm、9μm、10μm各30组数据，共计90组数据进行统计分析。

牌号TU1、TU2数据统计如表9及表10所示，数据分布直方图如图7及图8所示。

表9TU1、TU2产品8~10μm抗拉强度频数和频率分布表

组号

区间

组中值x′i

频数ni

频率fi

1

（380,400]

390

5

0.06

2

（400,420]

410

10

0.11

3

（420,440]

430

19

0.21

4

（440,460]

450

25

0.28

5

（460,480]

470

23

0.26

6

（480,500]

490

8

0.09

合计

90

表10TU1、TU2产品8~10μm断后伸长率频数和频率分布表

组号

区间

频数ni

频率fi

1

[0.8%,0.9%]

31

0.34

2

（0.9%,1.0%]

40

0.44

3

（1.0%,1.1%]

16

0.18

4

（1.1%,1.2%]

3

0.03

合计

90

图7TU1、TU2产品8~10μm抗拉强度频数直方图

图8TU1、TU2产品8~10μm断后伸长率频数直方图

由图表可知，TU1、TU2材料抗拉强度均在380MPa以上，大部分分布于440MPa~480MPa之间，鉴于客户方要求和生产加工率可选择余地大，抗拉强度可不设定上限；断后伸长率都在0.8%以上，大部分介于0.9%~1.0%之间。

因此TU1、TU2产品8~10μm抗拉强度≥380MPa，断后伸长率≥0.8%，指标制定合理，属于成熟产品。

牌号TSn0.12数据统计如表11及表12所示，数据分布直方图如图9及图10所示。

表11TSn0.12产品8~10μm抗拉强度频数和频率分布表

组号

区间

组中值x′i

频数ni

频率fi

1

（400,420]

410

6

0.07

2

（420,440]

430

12

0.13

3

（440,460]

450

21

0.23

4

（460,480]

470

26

0.29

5

（480,500]

490

20

0.22

6

（500,520]

510

5

0.06

合计

90

表12TSn0.12产品8~10μm断后伸长率频数和频率分布表

组号

区间

频数ni

频率fi

1

[1.0,1.1]

18

0.20

2

（1.1,1.2]

18

0.20

3

（1.2,1.3]

19

0.21

4

（1.3,1.4]

18

0.20

5

（1.4,1.5]

17

0.19

合计

90

图9TSn0.12产品8~10μm抗拉强度频数直方图

图10TSn0.12产品8~10μm断后伸长率频数直方图

由图表可知，TSn0.12材料抗拉强度均在400MPa以上，大部分分布于440MPa~480MPa之间，可到达的最高强度较TU2、TU2高，抗拉强度可不设定上限；断后伸长率都在1.0%，大部分介于1.2%~1.3%之间。

因此TSn0.12产品8~10μm抗拉强度≥400MPa，断后伸长率≥1.0%，指标制定合理，属于成熟产品。

10~20μm采集12μm、15μm、20μm厚材料各30组数据，共计90组数据进行分析。

牌号TU1、TU2数据统计如表13及表14所示，数据分布直方图如图11及图12所示。

表13TU1、TU2产品10~20μm抗拉强度频数和频率分布表

组号

区间

组中值x′i

频数ni

频率fi

1

（400,420]

410

6

0.07

2

（420,440]

430

20

0.22

3

（440,460]

450

38

0.42

4

（460,480]

470

19

0.21

5

（480,500]

490

6

0.07

6

（500,520]

510

1

0.01

合计

90

表14TU1、TU2产品10~20μm断后伸长率频数和频率分布表

组号

区间

频数ni

频率fi

1

[1.0,1.1]

29

0.32

2

（1.1,1.2]

32

0.36

3

（1.2,1.3]

19

0.21

4

（1.3,1.4]

7

0.08

5

（1.4,1.5]

3

0.03

合计

90

图11TU1、TU2产品10~20μm抗拉强度频数直方图

图12TU1、TU2产品10~20μm断后伸长率频数直方图

由图表可知，TU1、TU2材料抗拉强度均在400MPa以上，大部分分布于440MPa~480MPa之间，鉴于客户方要求和生产加工率可选择余地大，抗拉强度可不设定上限；断后伸长率都在1.0%以上，数量最多的介于1.1%~1.2%。

因此TU1、TU2产品10~20μm抗拉强度≥400MPa，断后伸长率≥1.0%，指标制定合理，属于成熟产品。

牌号TSn0.12数据统计如表15及表16所示，数据分布直方图如图13及图14所示。

表15TSn0.12产品10~20μm抗拉强度频数和频率分布表

组号

区间

组中值x′i

频数ni

频率fi

1

[420,440]

430

17

0.19

2

（440,460]

450

34

0.38

3

（460,480]

470

26

0.29

4

（480,500]

490

12

0.13

5

（500,520]

510

1

0.01

合计

90

表16TSn0.12产品10~20μm断后伸长率频数和频率分布表

组号

区间

频数ni

频率fi

1

[1.5,1.6]

11

0.12

2

（1.6,1.7]

17

0.19

3

（1.7,1.8]

25

0.28

4

（1.8,1.9]

23

0.26

5

（1.9,2.0]

14

0.16

合计

90

图13TSn0.12产品10~20μm抗拉强度频数直方图

图14TSn0.12产品10~20μm断后伸长率频数直方图

由图表可知，TSn0.12材料抗拉强度均在420MPa以上，大部分分布于440MPa~480MPa之间，可到达的最高强度较TU2、TU2高，抗拉强度可不设定上限；TSn0.12韧性较TU1、TU2好，在材料较厚的情况下的制样影响小，所以其断后伸长率都在1.5%以上，数量最多的介于1.7%~1.8%。

因此TSn0.12产品10~20μm抗拉强度≥420MPa，断后伸长率≥1.5%，指标制定合理，属于成熟产品。

2.2.5表面润湿张力

表面润湿张力值是铜箔的一项重要指标，目前，在锂离子电池使用过程中，活性物质与集流体之间的粘附效果与电池所能承受的放电电流或电池的循环使用寿命息息相关。

铜箔的表面润湿张力值是通过达因值来描述。

达因数是一个力学单位，即dyn,工程学中常用于测量粘度和表面张力。

用达因笔（规格型号为：

30-44）对铜箔表面张力进行测试，达因笔在铜箔上划线，能够在铜箔上留下痕迹，不出现收缩的迹象所对应的达因笔的数值则为该铜箔表面对应的张力。

见图15、16达因笔的达因液及上述测试方法符合国标GB/T22638.4-2008《铝箔试验方法》第4部分：

表面润湿张力的测定。

本次标准制定过程中对产品表面达因值进行了大量的实验测试，测试结果汇总见表17、18、19、20，数据分析见图17、18、19。

图15达因值40

图16达因值39

表17达因值实际测试统计表

牌号

状态

样品数量

达因值检测结果范围/mN/m

TU1

H04

70

39～42

TU2

70

TSn0.12

70

表18TU1达因值频数频率分布表

组号

区间

频数ni

频率fi

1

2

3

4

40

41

42

39

45

20

5

0

0.61

0.29

0.07

0.03

合计

70

表19TU1达因值频数频率分布表

组号

区间

频数ni

频率fi

1

2

3

4

40

41

42

39

46

18

5

1

0.66

0.26

0.07

0.01

合计

70

表20TSn0.12达因值频数频率分布表

组号

区间

频数ni

频率fi

1

2

3

4

40

41

42

39

50

15

5

0

0.71

0.17

0.07

0.04

合计

70

图17TU1达因值

图18TU2达因值

图19TSn0.12达因值

上述数据表示指标合理，产品制造工艺成熟稳定，工序控制能力较强。

因此，本标准中TU1、TU2和TSn0.12，表面润湿张力值规定为：

≥40mN/m。

2.2.6表面粗糙度

表面粗糙度是指铜箔表面上具有较小间距的峰和谷所组成的微观几何形状特性。

压延铜箔因具有双面光的特性，其表面粗糙度用轮廓算术平均偏差（Ra）表示，轮廓算术平均偏差（Ra）是在取样长度内轮廓偏距绝对值的算