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0510-88276101復合銅箔的4種主流制備方法介紹！
發(fā)布時間：2023-03-24瀏覽次數(shù)：載入中...
銅箔的抗拉強度、伸長率、表面粗糙度、表面質(zhì)量、厚度均勻性、抗氧化性和耐腐蝕性均會影響鋰電池的良品率、電池容量、內(nèi)阻和循環(huán)壽命，隨著市場對銅箔性能要求的不斷提升，鋰電銅箔經(jīng)歷了從多孔型電解銅箔、涂碳銅箔、高性能銅箔到超薄銅箔的發(fā)展。
近年來，能進一步提升電池能量密度、減輕電池重量、降低成本、提升安全性的復合銅箔產(chǎn)業(yè)化進程加速，有望成為未來負極集流體的主要材料。
復合銅箔是指在塑料薄膜 PET、PP、PI 等材質(zhì)表面上采用磁控濺射、蒸鍍、離子置換等方式，將銅均勻地鍍在塑料薄膜表面從而制作而成的一種新型材料。
財信證券預計 2025年滲透率將超 10%，2022-2025 年復合銅箔市場需求量有望從 1.98 億元增長至 169.19億元，年復合增長率高達 360%。
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前市場上復合銅箔制備方法主要包括一步法，兩步法，三步法。小編就帶大家了解一下這些主流的制備方法。
1. 兩步法：磁控濺射+水介質(zhì)電鍍
1）磁控濺射對高分子膜進行活化。由于PET/PP表面不導電，無法直接進行電鍍，需要先對高分子材料進行表面處理、活化，濺射形成方阻小于2Ω（厚度約為30nm-70nm）的金屬銅膜；
2）水介質(zhì)電鍍加厚金屬層至實現(xiàn)導電功能。在磁控濺射形成基礎銅膜后，通過水介質(zhì)電鍍的方法將兩邊銅層分別增厚至1μm左右，實現(xiàn)集流體導電的功能，與傳統(tǒng)銅箔工藝上具有相通性。
磁控濺射是一種物理相沉積（PVD）方法，將氬離子在真空+強電場條件下加速轟擊銅靶表面，使銅靶材發(fā)生濺射，濺射的銅原子沉積在PET基膜表面形成30-70nm的薄銅層。
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水介質(zhì)電鍍是指PET基膜經(jīng)過磁控濺射（真空蒸鍍）后有導電性，在電鍍液中正反兩面通電，進行金屬化沉積。
具體來說，將待鍍件接通陰極放入電解質(zhì)溶液（例如硫酸銅）中，將金屬板接通陽極（例如銅球），在外界直流電的作用下，金屬銅以二價銅離子的形式進入鍍液，并不斷遷移到陰極表面發(fā)生還原反應，在陰極上得到電子還原成金屬銅，逐步在鍍件上形成金屬銅鍍層。水電鍍速度快，生產(chǎn)效率高，微米級鍍銅可以一次成型。
雙邊夾卷式水平連續(xù)鍍膜設備
2. 三步法：磁控濺射+真空蒸鍍+水介質(zhì)電鍍
在磁控濺射后增加真空蒸鍍環(huán)節(jié)，目的是提高沉積速度，真空蒸鍍的沉積速度是磁控濺射的3-4倍，可以快速補足銅膜到適合電鍍的厚度。
圖片真空蒸鍍原理示意圖
兩步法和三步法的基本原理相同，但具體的性能、工藝成本、良率有所差別：
兩步法
三步法
性能
較好
真空蒸鍍顆粒更大、均勻度改善有限、存在燙損基膜的風險
良率
較好
真空蒸鍍存在高溫燙傷PET基底問題
生產(chǎn)效率
相對慢
較好
真空蒸鍍沉積效率更高，可以更快沉積至種子銅層厚度
生產(chǎn)成本
相對低
三步法新增蒸鍍設備（預計800萬元/臺）
3. 一步法：全濕法
通過對基膜進行清洗、粗化，提升表面粗糙度，然后以化學沉積的方式（不通電）在薄膜基材表面覆蓋一層均勻的金屬銅層。
一步法復合銅箔電鍍設備
4. 一步法：全干法
使用純磁控濺射工藝或開發(fā)磁控濺射和真空蒸鍍一體機鍍銅，通過多靶材、多腔體提高效率。
一步法可以提升良率、均勻性、自動化水平以及沉積純度。一步法工藝通過化學反應沉積/純真空鍍銅，不通電，省去水電鍍環(huán)節(jié)，可以解決邊緣效應，從而提升均勻性，使得幅寬做得更寬。
一步法不需要夾雜有機添加劑，沉積的是純銅，純度更高。一步法自動化程度高，提升良品率。但目前尚處于實驗室研發(fā)階段，速度較慢，成本較高。
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近年來，能進一步提升電池能量密度、減輕電池重量、降低成本、提升安全性的復合銅箔產(chǎn)業(yè)化進程加速，有望成為未來負極集流體的主要材料。
復合銅箔是指在塑料薄膜 PET、PP、PI 等材質(zhì)表面上采用磁控濺射、蒸鍍、離子置換等方式，將銅均勻地鍍在塑料薄膜表面從而制作而成的一種新型材料。
財信證券預計 2025年滲透率將超 10%，2022-2025 年復合銅箔市場需求量有望從 1.98 億元增長至 169.19億元，年復合增長率高達 360%。
前市場上復合銅箔制備方法主要包括一步法，兩步法，三步法。小編就帶大家了解一下這些主流的制備方法。
1. 兩步法：磁控濺射+水介質(zhì)電鍍
1）磁控濺射對高分子膜進行活化。由于PET/PP表面不導電，無法直接進行電鍍，需要先對高分子材料進行表面處理、活化，濺射形成方阻小于2Ω（厚度約為30nm-70nm）的金屬銅膜；
2）水介質(zhì)電鍍加厚金屬層至實現(xiàn)導電功能。在磁控濺射形成基礎銅膜后，通過水介質(zhì)電鍍的方法將兩邊銅層分別增厚至1μm左右，實現(xiàn)集流體導電的功能，與傳統(tǒng)銅箔工藝上具有相通性。
磁控濺射是一種物理相沉積（PVD）方法，將氬離子在真空+強電場條件下加速轟擊銅靶表面，使銅靶材發(fā)生濺射，濺射的銅原子沉積在PET基膜表面形成30-70nm的薄銅層。
水介質(zhì)電鍍是指PET基膜經(jīng)過磁控濺射（真空蒸鍍）后有導電性，在電鍍液中正反兩面通電，進行金屬化沉積。
具體來說，將待鍍件接通陰極放入電解質(zhì)溶液（例如硫酸銅）中，將金屬板接通陽極（例如銅球），在外界直流電的作用下，金屬銅以二價銅離子的形式進入鍍液，并不斷遷移到陰極表面發(fā)生還原反應，在陰極上得到電子還原成金屬銅，逐步在鍍件上形成金屬銅鍍層。水電鍍速度快，生產(chǎn)效率高，微米級鍍銅可以一次成型。
圖片水介質(zhì)電鍍原理示意圖
雙邊夾卷式水平連續(xù)鍍膜設備
2. 三步法：磁控濺射+真空蒸鍍+水介質(zhì)電鍍
在磁控濺射后增加真空蒸鍍環(huán)節(jié)，目的是提高沉積速度，真空蒸鍍的沉積速度是磁控濺射的3-4倍，可以快速補足銅膜到適合電鍍的厚度。
真空蒸鍍是一種物理相沉積（PVD）方法，把金屬熔化成液態(tài)，形成金屬蒸汽開始揮發(fā)，然后把蒸汽中銅原子冷凝在PET表面沉積和成長。
圖片真空蒸鍍原理示意圖
兩步法和三步法的基本原理相同，但具體的性能、工藝成本、良率有所差別：
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兩步法 |
三步法 |
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性能 |
較好 |
真空蒸鍍顆粒更大、均勻度改善有限、存在燙損基膜的風險 |
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良率 |
較好 |
真空蒸鍍存在高溫燙傷PET基底問題 |
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生產(chǎn)效率 |
相對慢 |
較好 |
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生產(chǎn)成本 |
相對低 |
三步法新增蒸鍍設備（預計800萬元/臺） |
兩步法
三步法
性能
較好
真空蒸鍍顆粒更大、均勻度改善有限、存在燙損基膜的風險
良率
較好
真空蒸鍍存在高溫燙傷PET基底問題
生產(chǎn)效率
相對慢
較好
真空蒸鍍沉積效率更高，可以更快沉積至種子銅層厚度
生產(chǎn)成本
相對低
三步法新增蒸鍍設備（預計800萬元/臺）
3. 一步法：全濕法
通過對基膜進行清洗、粗化，提升表面粗糙度，然后以化學沉積的方式（不通電）在薄膜基材表面覆蓋一層均勻的金屬銅層。
一步法復合銅箔電鍍設備
4. 一步法：全干法
使用純磁控濺射工藝或開發(fā)磁控濺射和真空蒸鍍一體機鍍銅，通過多靶材、多腔體提高效率。
一步法可以提升良率、均勻性、自動化水平以及沉積純度。一步法工藝通過化學反應沉積/純真空鍍銅，不通電，省去水電鍍環(huán)節(jié)，可以解決邊緣效應，從而提升均勻性，使得幅寬做得更寬。
一步法不需要夾雜有機添加劑，沉積的是純銅，純度更高。一步法自動化程度高，提升良品率。但目前尚處于實驗室研發(fā)階段，速度較慢，成本較高。
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