随着电动汽车、智能手机的迅速发展,锂离子电池的需求得到了很大的提升。其中,高能量密度的锂离子电池是当前市场急需的产品,同时也是研究的一个重要方向,而制备高强高延的锂电铜箔是提高能量密度的必要途径。2004年卢柯课题组报道的纳米孪晶铜箔的成功制备,让高强高延铜箔的研制看到了曙光。该方法使用脉冲电流控制形成纳米孪晶结构,与工业现用直流电镀方法比较,工艺更为复杂,质量与工艺控制还需要进一步工业化。因此,本研究针对锂电铜箔的高强高延需求,探索直流条件下制备等轴纳米孪晶铜的方法和孪晶生长的机理;研究不同添加剂在电沉积铜箔时的作用机制;在表征铜箔纳米孪晶组织的基础上,进一步在纳米孪晶铜箔表面制备铜钼防护层,防止腐蚀的产生。本文在直流电作用下,通过使用明胶和聚二硫二丙烷磺酸钠(SPS)复合添加剂,首次成功制备了等轴纳米孪晶铜。结构表征发现:通过添加剂种类的改变,可以在直流电条件下控制纳米铜箔的晶粒形貌,进一步控制纳米孪晶的片层结构:无添加剂下制备的是柱状晶铜,明胶添加剂下制备的是柱状纳米孪晶铜,然而明胶-SPS下制备的是等轴纳米孪晶铜。这种等轴纳米孪晶铜具备764 MPa的极高强度,比柱状纳米孪晶铜高出大约40%。表明极高强度的铜箔可以从等轴纳米孪晶中获得,而不是柱状纳米孪晶。铜箔的晶体取向与电镀添加剂的种类和数量有密切关系。无添加剂制备的柱状晶铜箔表现为(220)择优取向;明胶添加剂制备的柱状纳米孪晶铜表现为(111)择优取向;明胶-SPS复配添加剂制备的等轴纳米孪晶铜表现为(111)和(200)两种取向。实验表明沿着择优取向生长的晶粒被明胶和SPS的复合竞争吸附效应所阻碍,这很好的解释了SPS加入后柱状晶向等轴晶转变的现象。纳米孪晶的形成与电解液中明胶与酸的相互作用有关。计时电位曲线显示:明胶在电沉积的过程中起极化作用,这可能源于其带正电的基团吸附于阴极和其复杂结构的综合效应。氯离子在明胶溶液中有去极化效果,SPS在明胶-SPS-Cl~-溶液中起到极化效果。这可能是由于带负电的氯离子和带正电的明胶离子的吸附导致明胶的极化作用下降,而SPS、氯离子以及明胶复合吸附增加了铜离子还原第一步的难度。紫外实验表明,明胶在酸中消耗,且这种消耗随着温度的升高增加,而明胶在阴极表面的反复吸附与消耗导致电化学曲线显示高低电位的循环波动,类似于脉冲电镀产生的电位,进而导致应力的积聚与释放。XPS图谱显示铜箔表面含有少量的N-H键,这可能是由于明胶分解后残留在铜箔中。为了保护直流电镀法制备的纳米孪晶铜箔,文中首次通过直流电沉积的方式在铜基底上沉积了铜钼薄膜。电化学曲线显示,柠檬酸能大大增加铜的还原电位;同时当电位超过-0.75V时,钼开始还原,且随着电流密度的增大,电位值增大。薄膜表面观察发现,随着电流密度的增加,薄膜颗粒大小明显增加,且出现团聚现象;同时,薄膜中铜的含量由94.95%转变为97.36%,钼的含量由3.4%转变为1.8%,这种现象可能是高电流密度下氢气的产生导致的。