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                      行業新聞

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                      復合銅箔的4種主流制備方法介紹!

                      發布時間:2023-03-24瀏覽次數:載入中...
                      銅箔的抗拉強度、伸長率、表面粗糙度、表面質量、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、內阻和循環壽命,隨著市場對銅箔性能要求的不斷提升,鋰電銅箔經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業化進程加速,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)水介質電鍍加厚金屬層至實現導電功能。在磁控濺射形成基礎銅膜后,通過水介質電鍍的方法將兩邊銅層分別增厚至1μm左右,實現集流體導電的功能,與傳統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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                      復合銅箔真空鍍膜設備

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                       水介質電鍍是指PET基膜經過磁控濺射(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,生產效率高,微米級鍍銅可以一次成型。     


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                      圖片水介質電鍍原理示意圖


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                      雙邊夾卷式水平連續鍍膜設備

                      2. 三步法:磁控濺射+真空蒸鍍+水介質電鍍

                      在磁控濺射后增加真空蒸鍍環節,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,形成金屬蒸汽開始揮發,然后把蒸汽中銅原子冷凝在PET表面沉積和成長。

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                      圖片真空蒸鍍原理示意圖


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                      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。


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                      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,省去水電鍍環節,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階段,速度較慢,成本較高。      
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