电解铜箔生产工艺(内部)

铜箔生产工艺金象铜箔有限公司技术部2011.2.20主要内容™引言™铜箔分类™电解铜箔制造工序™电解铜箔后处理工序™电解铜箔分切工序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。2、压延铜箔一般是由铜锭做原材料，经热压、回火韧化、削垢、冷轧、连续韧化、酸洗、压延及脱脂干燥等工序制成。压延铜箔与电解铜箔的比较压延铜箔表面更为平滑，且致密度较高，大多用于挠性印制电路板，压延铜箔为片状晶结构，在柔韧性方面要优于柱状织结构的电解铜箔，电解铜箔则主要应用于刚性印制电路板及锂电池制造中，在生产过程中电解铜箔比压延铜箔有较简化的生产流程，以及更低的生产成本，所以，如果在对铜箔韧性无特殊的情况，选用电解铜箔的较多。电解铜箔工艺™目前国内外大都采用辊式阴极、不溶性阳极以连续法生产电解铜箔：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Ra0·3μm。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。标准箔经过粗固化处理后双光箔镀锌阻挡层™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，并包装好谢谢！