铜箔的抗拉强度、伸长率、表面粗糙度、表面质量、厚度均匀性、抗氧化性和耐腐蚀性均会显著影响锂电池的良品率、电池容量、内阻和循环寿命,随着市场对铜箔性能要求的不断提升,锂电铜箔经历了从多孔型电解铜箔、涂碳铜箔、高性能铜箔到超薄铜箔的发展。
近年来,能进一步提升电池能量密度、减轻电池重量、降低制造成本、提升安全性的复合铜箔产业化进程加速,有望成为未来负极集流体的主要材料。
1)磁控溅射对高分子膜进行活化。由于PET/PP表面不导电,无法直接进行电镀,需要先对高分子材料进行表面处理、活化,溅射形成方阻小于2Ω(厚度约为30nm-70nm)的金属铜膜;
2)水介质电镀加厚金属层至实现导电功能。在磁控溅射形成基础铜膜后,通过水介质电镀的方法将两边铜层分别增厚至1µm左右,实现集流体导电的功能,与传统铜箔工艺上具有相通性。
广东汇成真空:磁控溅射原理示意图
腾胜科技--复合铜箔真空镀膜设备
水介质电镀是指PET基膜经过磁控溅射(真空蒸镀)后有导电性,在电镀液中正反两面通电,进行金属化沉积。
具体来说,将待镀件接通阴极放入电解质溶液(例如硫酸铜)中,将金属板接通阳极(例如铜球),在外界直流电的作用下,金属铜以二价铜离子的形式进入镀液,并不断迁移到阴极表面发生还原反应,在阴极上得到电子还原成金属铜,逐步在镀件上形成金属铜镀层。水电镀速度快,生产效率高,微米级镀铜可以一次成型。
水介质电镀原理示意图
东威科技--双边夹卷式水平连续镀膜设备
2. 三步法:磁控溅射+真空蒸镀+水介质电镀
在磁控溅射后增加真空蒸镀环节,目的是提高沉积速度,真空蒸镀的沉积速度是磁控溅射的3-4倍,可以快速补足铜膜到适合电镀的厚度。
代表企业:重庆金美,万顺新材等。
真空蒸镀是一种物理气相沉积(PVD)方法,把金属熔化成液态,形成金属蒸汽开始挥发,然后把蒸汽中铜原子冷凝在PET表面沉积和成长。
广东汇成真空:真空蒸镀原理示意图
爱发科--卷绕蒸镀设备
两步法和三步法的基本原理相同,但具体的性能、工艺成本、良率有所差别:
3. 一步法:全湿法
通过对基膜进行清洗、粗化,提升表面粗糙度,然后以化学沉积的方式(不通电)在薄膜基材表面覆盖一层均匀的金属铜层。
代表企业:三孚新科等。
三孚新科--一步法复合铜箔电镀设备
4. 一步法:全干法
使用纯磁控溅射工艺或开发磁控溅射和真空蒸镀一体机镀铜,通过多靶材、多腔体提高效率。
代表企业:浙江东尼、汉嵙新材、道森股份(深圳洪田)等。
浙江东尼--3.5代新能源复合箔材3腔1体真空沉积机
一步法可以提升良率、均匀性、自动化水平以及沉积纯度。一步法工艺通过化学反应沉积/纯真空镀铜,不通电,省去水电镀环节,可以解决边缘效应,从而提升均匀性,使得幅宽做得更宽。
一步法不需要夹杂有机添加剂,沉积的是纯铜,纯度更高。一步法自动化程度高,提升良品率。但目前尚处于实验室研发阶段,速度较慢,成本较高。