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引言

铜箔是锂离子电池及印制电路板中关键性的导电材料。目前,我公司大部分的铜箔是用在锂离子电池负极材料上。随着锂离子电池朝着高容量化、薄型化、高密度化、高速化方向发展,铜箔也朝着具有超薄、低轮廓(铜箔表面粗糙度为2μm以下)、高强度、高延展性等高品质高性能的方向发展,而其性能与铜箔结构及表面处理密切相关。目前,先进的铜箔生产技术和铜箔表面处理技术都由美国和日本垄断。

铜箔分类

按厚度可以分为厚铜箔(大于70μm)、常规厚度铜箔(大于18μm而小于70μm)、薄铜箔(大于12μm而小于18μm)、超薄铜箔(小于12μm);

按表面状况可以分为单面处理铜箔(单面毛)、双面处理铜箔(双面粗)、光面处理铜箔(双面毛)、双面光铜箔(双光)和甚低轮廓铜箔(VLP铜箔)铜箔;

按生产方式可分为电解铜箔和压延铜箔。

1、电解铜箔是由电解液中的铜离子在光滑旋转不锈钢板(或钛板)圆形阴极滚筒上沉积而成,铜箔紧贴阴极滚筒面的面称为光面,而另一面称为毛面。

铜溶解的基本原理

铜溶解过程是将处理好的铜料加入到溶铜槽内,铜料的表面积越大越好,铜料之间要有较小的缝隙,以增大反应面积。加入一定数量的纯水和硫酸后,通入压缩空气进行氧化化合反应,生成硫酸铜溶液。其化学反应式为:

2Cu 2H2SO4 O2=2CuSO4 2H2O

该反应属固-液、固-气、液-气多相反应。反应速度与槽内铜料的总表面积有关,表面积越大,反应速度加快。其次与风量有关,风量增加,反应速度也加快。

制箔工序 -原料要求

铜箔厚度越薄,质量档次越高,要求电解液中的杂质含量越低。为了保证铜箔质量,铜材的纯度必须大于99.9%

制箔工序-设备

阴极辊 :

随着客户要求的提高与技术的发展,阴极辊直径由原来的1m、1.5m增加到2.2m、2.7m,宽度为1400mm~1500mm,材料现在多为纯钛。阴极辊具有良好的耐腐蚀性,而其表面质量直接影响到生(原)箔的表面质量和视觉效果,因此辊面粗糙度Ra<0·3μm。

制箔工序-设备

阳极座 :

阳极座为不溶性阳极,目前使用的材料,一种为铅锑合金(或铅银合金),另一种为钛。而前者随着使用时间的延长,合金腐蚀越来越多,致使极距不断增大,槽电压上升,电耗增加;同时由于腐蚀不很均匀,也影响极距的一致性,从而使铜箔均匀性亦差。 后者由钛基质和涂层组成。涂层是铱(56%)和钽(44%)混合物,这种阳极耐腐蚀性较好,在一定限度内槽电压基本不会升高,故生箔厚度均匀性好,但一次性投资较大。即使涂层受损减薄,也可通过重新涂覆得到修复。

生箔制造的基本原理

生箔制造是采用硫酸铜作电解液,其主要成分是Cu2 和H 。在直流电的作用下,阳离子移向阴极,阴离子移向阳极。在阴极上Cu2 得到2个电子还原成Cu,并在阴极辊上结晶形成生箔。电解液经过电解过程后,其Cu2 含量下降,H2SO4含量升高。电解液回到溶铜槽调整,使电解液Cu2 升高而H2SO4含量下降。通过电解和溶铜两个过程,电解液中的Cu2 和H2SO4含量保持平衡。

生箔制造中的工艺参数

电流密度 :

提高电流密度是提高产量的重要措施。目前生箔生产的电流强度在20000A~50000A,电流密度为5000A/m2~10000A/m2。电流密度的提高将使电化学极化及浓度极化增大,生成晶核数目增加,生箔结晶变细。

生箔制造中的工艺参数

铜离子浓度 :

电流强度增加,电解液的铜离子浓度也应相应增加,以保证电解需要。铜离子浓度大,铜箔更加致密,其硬度、强度和延伸率均较高。但也必须结合溶解度考虑,过分接近饱和浓度,易受温度微小波动引起异常结晶而影响产品质量。铜离子浓度一般控制在65g/L~100g/L为宜。 生箔制造中的工艺参数

硫酸浓度 :

硫酸铜溶液电解时,85%以上的电荷靠加入硫酸的H 传递,生产上以含酸90g/L~110g/L的硫酸铜溶液电解的生箔质量较好。低酸,则电流密度相对下降,易使材质疏松,延伸率下降;而含酸过高则铜箔硬度过大,发脆,并增加对设备的腐蚀。

电解液温度 :

升高电解液温度可提高电流密度:温度升高10℃,极限电流密度可提高10%。然而温度提高会降低阴极极化作用,使结晶变粗,造成金属箔电导率、弹性、硬度及强度下降。所以在生产中温度不宜有大的波动,一般控制在48℃~52℃。 后处理工序。

该工序主要有酸洗、粗化、固化、灰化与钝化、喷涂硅烷、烘干等过程 。 后处理工序-预处理 铜箔由于在运输和存储过程中容易受到油脂、汗迹等污染,而且表面活性大,容易在表面生成氧化层,所以铜箔在粗化处理前必须进行除油、酸洗处理。 后处理工序-粗化 预处理后的铜箔,如果直接与绝缘树脂基板压合,铜箔与基板的粘结强度不高,容易脱落;为了增加铜箔与基板的粘结力,必须对铜箔与基板结合的毛面进行粗化固化处理。粗化处理就是在铜箔毛面电镀一层瘤状的铜颗粒,不仅能增加铜箔毛面的表面积,还能与绝缘树脂基板材料产生机械紧固作用。粗化后的铜箔若直接用于压板生产,由于瘤状的铜颗粒比较松散,粗化层往往会与毛箔基体分离。所以粗化处理后的铜箔还要进行固化处理。

后处理工序

固化

固化处理就是在粗化层的瘤状颗粒间隙中沉积一层致密的金属铜,增大粗化层与毛箔基体的接触面,降低粗化层表面的粗糙度。微观上铜箔毛面粗化处理后,箔面凹凸不平,起伏极大,而经固化处理后铜箔表面较平坦。固化处理后,粗糙度虽有降低,但因增加了粗化层与毛箔的接触面积,导致处理层与绝缘基板材料的粘结强度却提高了,从根本上消除了处理层与毛箔分层的现象。

电解铜箔制造工艺(变压器原料之电解铜箔生产工艺)(1)

镀锌阻挡层

铜箔毛面通过镀锌处理后,形成一层阻挡层,以提高铜箔在自然空气中的防氧化能力,铜

箔镀锌后外观看上去会有变灰的感觉,经过一段时间的存放此灰色会转化为铜黄色,镀得锌越多铜箔则越黄。

表面钝化

镀阻挡层后的铜箔用铬酸盐(或铬酸盐和锌盐)溶液进行表面钝化(即防氧化处理) ,使铜

箔表面形成以铬(或铬锌)为主体的结构复杂的膜层,使铜箔不会因直接与空气接触而氧化变色,同时也提高了铜箔的耐热性(锌含量高一些,则耐高温较好),保证了铜箔能达到3个月的储存期限。

涂硅烷偶联剂处理

在防氧化处理后表面喷涂硅烷,一方面可提高铜箔常温下的抗氧化能力;另一方面在高温

压板时,硅烷能通过偶联使铜箔和树脂基材结合得更好,提高剥离强度。

后处理工序-烘干

为防止残留水分对铜箔的危害,最后还必须在不低于100℃下烘干,烘干时温度也不能太高。

分切工序

电解铜箔制造工艺(变压器原料之电解铜箔生产工艺)(2)

分切工序针对客户需求对成品铜箔进行分切分类,并包装好。

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