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1、1李建国李建国载体铜箔的制备及性能研究载体铜箔的制备及性能研究福建新嵛柔性材料科技有限公司福建新嵛柔性材料科技有限公司201020304前言前言结果与讨论结果与讨论制备工艺制备工艺结论结论3铜箔种类及应用 铜箔是现代电子行业不可替代的基础材料,按照制造工艺可分为压延铜箔、电解铜箔、载体铜箔等。-T/CPCA1001-2022电子电路术语电子电路术语标准标准定义定义。铜箔按下游需求可以分为标准铜箔、锂电铜箔和电磁屏蔽用铜箔。标准铜箔:是普遍应用于电子信息产业,是铜箔第一大应用领域;锂电铜箔:主要用于消费类锂电池、动力类锂电池及储能用锂电池,为铜箔第二大应用领域;电磁屏蔽用铜箔:主要应用于医院、通
2、信、军事等需要电磁屏蔽等部分领域,其比重较小。名称演变:镀铜膜复合基材名称演变:镀铜膜复合基材-复合铜箔复合铜箔-载体铜箔;随着产业的发展壮大,;随着产业的发展壮大,建议规范名称,为今后制定行业标准、国家标准进行术语和定义规范。建议规范名称,为今后制定行业标准、国家标准进行术语和定义规范。前言结论01结果与讨论制备工艺4 厚度为为锂电池铜箔主要性能指标之一,厚度越薄,单位面积铜箔质量越轻,电池能量密度越高;但随着锂电池铜箔产品厚度变薄,可能影响锂电池的安全性。为此,在确保电池安全性的前提下,锂电池铜箔厚度越薄,质量减轻,单位质量电池所含有的活性物质越多,电池容量越大。此外,厚度的均匀性、抗拉强
3、度、延伸率、延伸率、表面润湿性等特性,都决定着锂电池铜箔能否商用,对其容量大小、良品率的高低、电阻的大小、使用寿命具有直接影响。目的:研制一种采用有机薄膜或铝箔做载体,利用溅镀法制备带载体铜箔,目的:研制一种采用有机薄膜或铝箔做载体,利用溅镀法制备带载体铜箔,开发一种低单位面积质量、低表面粗糙度的锂电池铜箔替代品,提升锂电池开发一种低单位面积质量、低表面粗糙度的锂电池铜箔替代品,提升锂电池能量密度,降低生产成本,同时采用绝缘的有机薄膜中间载体有利于提高锂能量密度,降低生产成本,同时采用绝缘的有机薄膜中间载体有利于提高锂电池的安全性,以满足锂电池负极集流体的需求。电池的安全性,以满足锂电池负极集
4、流体的需求。前言结论01结果与讨论制备工艺锂电铜箔的性能要求5载体铜箔的制备工艺载体铜箔的制备技术路线:载体铜箔的制备技术路线:1、真空磁控溅射镀膜真空磁控溅射镀膜/蒸镀蒸镀+电镀电镀2、真空磁控溅射镀膜真空磁控溅射镀膜/电子枪蒸镀电子枪蒸镀+电镀电镀3、化学镀化学镀+电镀电镀4、真空磁控溅射镀膜真空磁控溅射镀膜+化学镀化学镀5、真空磁控溅射镀膜、真空磁控溅射镀膜+电镀(溅镀法)电镀(溅镀法)电镀方式:电镀方式:酸性镀铜酸性镀铜碱性镀铜碱性镀铜前言结论02结果与讨论制备工艺6溅镀法制备载体铜箔 制造工艺:溅镀法(制造工艺:溅镀法(Sputtering/plating)工艺流程:工艺流程:原材料
5、检验原材料检验-真空磁控溅射镀膜真空磁控溅射镀膜-电镀铜增厚电镀铜增厚-抗氧化处理抗氧化处理-分切包装分切包装-入库入库 载体材料:载体材料:有机薄膜:有机薄膜:PET膜、膜、PP膜、膜、PI膜等膜等金属薄膜:铝箔等金属薄膜:铝箔等 主要设备:主要设备:卷对卷磁控溅射镀膜机(单卷对卷磁控溅射镀膜机(单/双面镀)双面镀)多级水平电镀线多级水平电镀线卷对卷多级水平电镀线卷对卷多级水平电镀线双边夹双边夹卷式水平电镀卷式水平电镀线线前言结论02结果与讨论制备工艺7溅镀法制备载体铜箔载体铜箔制备方法:载体铜箔制备方法:1、PET/PP/PI膜在卷对卷真空磁控溅射镀膜机内双面溅射打底金属层,膜层厚膜在卷对
6、卷真空磁控溅射镀膜机内双面溅射打底金属层,膜层厚度控制在度控制在20-120nm;在多级水平连续电镀线上酸性电镀铜增厚到双面各;在多级水平连续电镀线上酸性电镀铜增厚到双面各1m,同时在线进行抗氧化处理,得到薄膜基载体铜箔。同时在线进行抗氧化处理,得到薄膜基载体铜箔。2、铝箔在卷对卷真空磁控溅射镀膜机内表面在线处理并双面溅射打底金属层,、铝箔在卷对卷真空磁控溅射镀膜机内表面在线处理并双面溅射打底金属层,膜层厚度控制在膜层厚度控制在20-100nm;在水平连续电镀线上酸性电镀铜增厚到双面各;在水平连续电镀线上酸性电镀铜增厚到双面各1m,同时在线进行抗氧化处理,得到铝箔基载体铜箔。,同时在线进行抗氧
7、化处理,得到铝箔基载体铜箔。前言结论02结果与讨论制备工艺8溅镀法制备载体铜箔产品测试与表征:产品测试与表征:单位面积质量单位面积质量粘结力粘结力方块电阻方块电阻其他性能测试,按照其他性能测试,按照SJ/T11483-2014标准测试标准测试拉伸强度拉伸强度断裂延伸率断裂延伸率抗氧化性抗氧化性表面粗糙度等表面粗糙度等前言结论02结果与讨论制备工艺9载体铜箔的性能I前言结论01结果与讨论制备工艺一、载体种类对载体铜箔单位面积质量的影响将PET膜、PP膜、铝箔基材制备的载体铜箔成品,分别测试面密度,产品宽度方向和长度方向镀层的均匀性,结果如表1所示。表1 载体种类对载体铜箔单位面积质量的影响表测试
8、项目PET膜PP膜铝箔标准测试结果标准测试结果标准测试结果面密度g/cm2.54%2.512.54%2.503.14%3.12长度方向均匀性4%3%4%3%4%3%宽度方向均匀性4%3%4%3%4%3%10载体铜箔的性能I前言结论01结果与讨论制备工艺 载体铜箔典型的“铜导电层+高分子支撑层或一定厚度的铝箔+铜导电层”三明治结构,采用低密度的有机薄膜或铝箔替代部分纯铜,制备的载体铜箔大大降低了单位体积重量。以PET基载体铜箔与厚度6m锂电池铜箔相比,单位体积重量降低了54%左右。作为锂电池铜箔单位面积质量为其主要性能指标之一,质量越轻电池能量密度越高,用载体铜箔作为锂电池负极集流体制备锂电池,
9、可提高锂电池能量密度5-10%;同时载体铜箔采用低造价的高分子材料和用铜量的减少,可有效降低生产成本。11载体铜箔的性能I前言结论01结果与讨论制备工艺二、载体种类对载体铜箔方块电阻的影响将PET膜、PP膜、铝箔基材制备的载体铜箔成品,分别测试方块电阻,产品宽度方向和长度方向镀层的均匀性,结果如表2所示。表2 载体种类对载体铜箔方块电阻的影响表测试项目PET膜PP膜铝箔标准测试结果标准测试结果标准测试结果方块电阻m/20长度方向均匀性5%3%5%3%5%3%宽度方向均匀性5%3%5%3%5%3%12载体铜箔的性能I前言结论01结果与讨论制备工艺薄膜基材制备的载体铜箔方阻在
10、20m,比纯铜箔表面电阻有所增加,这是因为载体铜箔采用绝缘的有机薄膜替代部分纯铜,制备载体铜箔后增加了产品的表面方块电阻。铝箔基材制备的载体铜箔方阻在2m,与纯铜箔表面电阻差别不大,这是因为铜的电导率为59.6106S/m,铝的电导率为37.8106S/m,铜铝复合后表面方块电阻变化不大。载体铜箔表面方阻能满足锂电池负极集流体导电性要求。13载体铜箔的性能I前言结论01结果与讨论制备工艺三、载体种类对载体铜箔粘结力的影响将PET膜、PP膜、铝箔基材制备的载体铜箔成品,通过特定 3M 胶带测试有无物质脱落和粘附,分别测试粘结力,结果如表3所示。表3 载体种类对载体铜箔粘结力的影响表种类PET膜P
11、P膜铝箔粘结力无无无14载体铜箔的性能I前言结论01结果与讨论制备工艺 薄膜基材或铝箔基材制备的载体铜箔粘结力测试,因新材料无测试标准参考,采用的是与终端客户协商的产品测试方法,都能达到粘结力标准要求。采用溅镀法制备载体铜箔通过原材料和工艺控制,解决薄膜与金属层的结合力,故不会造成载体铜箔产品分层脱离现象:原材料的选型真空镀膜在线前处理技术和工艺控制电镀工艺控制操作后处理工艺15载体铜箔的性能I前言结论01结果与讨论制备工艺四、按照SJ/T11483-2014标准测试了载体铜箔的基本性能,结果如表4所示。表4 载体铜箔的常规性能测试项目SJ/T11483-2014标准测试结果PET膜PP膜铝箔
12、抗拉强度(MPa)260210145延伸率(%)3.11.70.7抗氧化性140C,15min无氧化、无变色无氧化、无变色 无氧化、无变色表面粗糙度(Ra)0.30.10.10.2薄膜基材或铝箔基材制备的载体铜箔基本性能满足SJ/T11483-2014标准,具有优异的综合性能,可以满足锂电池铜箔的要求。16载体铜箔I前言结论01结果与讨论制备工艺(1)所制备的载体铜箔具有较低的单位面积质量,单位体积重量比纯锂电铜箔可降低约50-55%。锂电池能量密度有效提升5-10%,同时降低了生产成本。(2)载体种类对载体铜箔表面电阻有一定的影响,有机薄膜类载体制备载体铜箔表面电阻有所提高,铝箔做载体制备载
13、体铜箔表面电阻变化不大,但不影响终端对产品导电性要求。(3)载体铜箔对载体与铜箔之间粘结力有一定要求,通过工艺控制可解决界面的结合强度,对载体铜箔的使用性能无影响。(4)载体铜箔的基本性能满足SJ/T11483-2014标准要求17新产品的应用推广思考I前言结论01结果与讨论制备工艺 新产品的应用和推广:以市场需求为中心,需要整个产业链上下游企业的紧密配合和合理分工,还需产学研一体化实施创新驱动发展。特别是载体铜箔对提升锂电池安全性方面的研究和实际验证要加强。不同载体对载体铜箔的研究及应用择优汰劣;根据锂电池不同使用领域,合理选择不同载体,能尽快的得到市场应用推广;充分利用不同载体的特性(如PI膜耐高温和阻燃性等)提升锂电池的安全性;18谢谢!地址:福建省永安市贡川镇水东工业园28号电话: 邮箱: