2.1 當(dāng)前干濕混合兩步法為主流，工藝路線尚未明晰

實(shí)現(xiàn)高分子表面金屬化的技術(shù)主要分為干法鍍膜和濕法鍍膜兩種。干法鍍膜又稱為真空鍍膜法，應(yīng)用較多的是真空蒸鍍和磁控濺射。磁控濺射電鍍層細(xì)密，均勻性好，但有靶材利用率低下、微粒飛濺影響品質(zhì)等問題；真空蒸鍍方法簡單、效率高，但是溫度高導(dǎo)致膜材容易熱失效。濕法鍍膜分為水電鍍和化學(xué)鍍，水電鍍上鍍速率高、結(jié)合力好，缺點(diǎn)是廢水污染問題；化學(xué)鍍能耗低，鍍層均勻性好、純度高，但成本較高、效率低，也有環(huán)保問題。復(fù)合集流體鍍銅現(xiàn)階段往往選擇其中一種或配合使用。

復(fù)合銅箔的生產(chǎn)方式主要有“一步法”“兩步法”和“三步法”，目前“兩步法”使用最廣泛。“一步法”分為一步全干法與一步全濕法。1）一步全干法：指僅利用磁控濺射方式鍍銅，效率高但對設(shè)備要求高；2）一步全濕法：指僅利用化學(xué)鍍的方式沉積銅膜，所獲得的復(fù)合銅箔良率高同時(shí)無“邊緣效應(yīng)”，但有效率低和污染問題；3）“兩步法”為磁控濺射+水電鍍，首先通過磁控濺射在塑料薄膜表面鍍上一層金屬層，使其能夠?qū)щ姡浯卧偻ㄟ^水電鍍的方式加厚金屬層，技術(shù)成熟，成本較低，目前使用最廣泛；4）“三步法”：針對二步法磁控濺射后不平整的問題進(jìn)行改善，在磁控濺射后進(jìn)行真空蒸鍍最后進(jìn)行水電鍍，利用蒸鍍加速金屬層的沉積，效率高，但是工序復(fù)雜且成本高、良率低，使用少。

以重慶金美為例，主要采用“兩步法”即通過真空濺射及離子置換方式生產(chǎn)復(fù)合復(fù)合銅箔。復(fù)合銅箔的制作工藝包含真空濺射活化、真空濺射鍍銅、堿性離子置換、酸性離子置換、防氧化處理、分切、烘干等，以高真空磁控濺射在基膜上金屬化，再以離子置換的方式增厚金屬層達(dá)到一定量的金屬銅覆蓋，提高復(fù)合材料對外導(dǎo)電性。

真空磁控濺射活化/鍍銅工藝采用真空磁控濺射方式，在真空磁控濺射設(shè)備中進(jìn)行兩次鍍膜。通過物理氣相沉積（PVD）原理，在 10-3Pa 的真空環(huán)境下通入純凈氬氣，純度＞99.99%。電子在真空條件下，在飛躍過程中與氬原子發(fā)生碰撞，使其電離產(chǎn)生出 Ar 正離子和新的電子；受磁控濺射靶材背部磁場的約束，大多數(shù)電子被約束在磁場周圍，Ar 離子在電場作用下加速飛向陰極靶，以高能量轟擊 Cu 合金靶表面，使靶材發(fā)生濺射，在濺射粒子中，中性的靶原子或部分離子沉積在復(fù)合基膜上形成薄膜，真空磁控濺射活化過程的鍍膜厚度一般為 5-20nm，這樣在膜表上形成的銅堆積層的導(dǎo)電性為 10000-3000Ω/m。真空濺射鍍銅工藝則以活化工藝后的物料作為基膜，以相同的原理在基膜上形成 10-40nm 的銅箔，鍍銅層的導(dǎo)電性提升至 10-20Ω/m。兩個(gè)過程主要均為包括：

陰極：Cu+2Ar+---Cu2+

陽極：Ar-e----Ar+

真空磁控濺射是金屬銅與非金屬基材形成強(qiáng)力附著的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。由于復(fù)合銅箔涉及到金屬材料和非金屬材料的連接，將金屬材料高附著地嵌入非金屬基材是避免不同材料之間滑脫、避免熱膨脹系數(shù)不同帶來材料分層的關(guān)鍵。真空磁控濺射利用高能量的濺射原子對基材的沖擊，實(shí)現(xiàn)金屬在非金屬中的嵌入，但濺射鍍膜法缺點(diǎn)在于成膜速度慢，使用該技術(shù)完成 1μm的金屬膜增厚的生產(chǎn)效率較低、耗時(shí)長，因此一般僅用真空磁控濺射完成金屬向基材的嵌入，增厚過程主要依賴后續(xù)工藝。

真空磁控濺射過程會(huì)產(chǎn)生不良區(qū)域，是工藝成本控制的關(guān)鍵步驟之一。真空鍍銅后需要進(jìn)入分切過程，切除膜面兩邊未被真空磁控濺射鍍到的區(qū)域或鍍膜不良區(qū)域，保障整個(gè)膜面的導(dǎo)電性，便于后續(xù)銅堆積層工藝的進(jìn)行。分切工序會(huì)產(chǎn)生一定程度的材料浪費(fèi)，因此需要優(yōu)化真空磁控濺射過程控制工藝，提升鍍銅層的均一性和邊緣鍍層的利用率，通過良率改善帶來材料成本的降低、生產(chǎn)效率的提高。
兩次離子置換實(shí)現(xiàn)鍍銅層增厚，導(dǎo)電性提升至目標(biāo)水平。經(jīng)過真空磁控濺射后的膜面導(dǎo)電性達(dá)到離子置換的門檻，堿性離子置換工藝以無氧銅為陽極，真空磁控濺射鍍銅后的基膜為陰極，在焦磷酸銅、焦磷酸鉀、檸檬酸銨溶液為堿性離子置換藥劑，將陽極放入鈦藍(lán)制作的陽極袋中，膜面以 0.5-3m/min 速度在藥劑槽液下輥穿行，陰、陽極浸入藥劑槽中發(fā)生離子置換反應(yīng)，膜面上的電子形成銅堆積層厚度約為 100nm，膜面導(dǎo)電性提升至 500mΩ/m。經(jīng)過水洗、分切、烘干工藝去除膜面表面藥劑，切去置換過程由于膜面邊緣增厚效應(yīng)引起的 10-15μm 增厚邊緣，避免卷邊和導(dǎo)電性分布不均勻。酸性離子置換工藝則以堿性置換后的物料作為基膜，以硫酸、銅離子、氯離子為酸性藥劑，膜面以 3-5m/min 速度在酸性藥劑槽液下輥穿行，以相同的原理形成銅堆積層厚度約為 900nm，鍍銅層的導(dǎo)電性提升至 10-20Ω/m。兩個(gè)過程主要反應(yīng)均為：

陰極：Cu2++2e----Cu

陽極：Cu-2e---- Cu2+

后處理過程主要涉及抗氧化工藝。由于銅很容易發(fā)生氧化反應(yīng)，在空氣中與氧氣、水蒸氣反應(yīng)生成氧化銅、氧化亞銅、氫氧化銅，采用阻隔空氣方法對銅堆積層進(jìn)行抗氧化處理，形成厚度約為 30-60nm 的抗氧化膜，同時(shí)溶液中加入芳香烴化合物防止銅及其合金腐蝕變色。在經(jīng)過烘干、分切工藝形成不同寬度、長度的產(chǎn)品。
為了提升水電鍍前材料表層平整度，可引入真空蒸鍍工藝。真空磁控濺射工藝后銅表面平整度較低，為提升水電鍍過程質(zhì)量，三步法工藝會(huì)在真空磁控濺射工藝后增加真空蒸鍍過程。真空蒸鍍過程通過蒸發(fā)源使金屬加熱蒸發(fā)，當(dāng)蒸發(fā)分子的平均自由程大于蒸發(fā)源與基片間的線尺寸后，蒸發(fā)的粒子從蒸發(fā)源表面上逸出，在基片表面上凝結(jié)而生成薄膜。
真空蒸鍍法制備膜的質(zhì)量好，厚度可較準(zhǔn)確控制，成膜速率快，效率高，缺點(diǎn)在于蒸鍍溫度較高，對基材的耐溫性要求嚴(yán)格。

2.2 工藝對比：復(fù)合銅箔相比傳統(tǒng)銅箔流程精簡、效率更高

傳統(tǒng)純銅箔生產(chǎn)基于電解原理，存在流程復(fù)雜，污染物多等問題。傳統(tǒng)純銅箔生產(chǎn)工藝是利用電解原理在某些金屬表面上鍍一層其他金屬或者合金的過程，主要生產(chǎn)工藝流程包括電解液制備、生箔制造、表面處理、分切包裝以及相關(guān)的檢測控制等工序，通過調(diào)節(jié)生箔制造過程的電解工藝參數(shù)及配方、陰極輥轉(zhuǎn)速、電流等，即可生產(chǎn)出不同厚度的銅箔，生產(chǎn)流程較長、且更為復(fù)雜，生產(chǎn)過程的污染物更多，廢料處理成本更高。
復(fù)合銅箔生產(chǎn)過程工藝控制是關(guān)鍵，核心設(shè)備是量產(chǎn)產(chǎn)能釋放的先決條件。復(fù)合銅箔對生產(chǎn)技術(shù)要求高，工藝控制不佳會(huì)導(dǎo)致電鍍層難增厚、掉粉、鍍銅層一致性差等問題?，F(xiàn)階段的產(chǎn)品良率較低，優(yōu)化量產(chǎn)工藝控制、保證產(chǎn)品輸出質(zhì)量是實(shí)現(xiàn)復(fù)合銅箔大規(guī)模量產(chǎn)及供應(yīng)的關(guān)鍵。復(fù)合銅箔生產(chǎn)的核心設(shè)備包括真空磁控濺射設(shè)備、真空蒸鍍設(shè)備和水平鍍銅設(shè)備，核心設(shè)備供應(yīng)是新增產(chǎn)線建設(shè)、量產(chǎn)產(chǎn)能釋放的基礎(chǔ)，而核心設(shè)備需求作為產(chǎn)能建設(shè)的先決條件，目前需求確定性強(qiáng)。

3 材料體系創(chuàng)新大勢所趨，多輪驅(qū)動(dòng)傳統(tǒng)銅箔去金屬化

3.1 打開銅箔輕量化天花板，動(dòng)力電池能量密度再上臺階

動(dòng)力電池、消費(fèi)電池能量密度提升需求迫切，銅箔是動(dòng)力電池能量密度提升的重要環(huán)節(jié)之一。動(dòng)力電池能量密度提升對輕量化水平及整車經(jīng)濟(jì)性具有較大價(jià)值，2017 年新能源汽車補(bǔ)貼政策首次涉及動(dòng)力電池能量密度要求，隨著新能源汽車的發(fā)展，國家補(bǔ)貼對動(dòng)力電池系統(tǒng)能量密度要求逐漸提高，2019 年開始純電動(dòng)乘用車、非快充純電動(dòng)客車、專用車能量密度補(bǔ)貼門檻分別設(shè)置為 125Wh/kg、135Wh/kg、125Wh/kg。2021 年《鋰離子電池行業(yè)規(guī)范條件》引導(dǎo)動(dòng)力、儲(chǔ)能、消費(fèi)等不同類型電池向更高的能量密度發(fā)展，其中，消費(fèi)型、三元能量型電池組能量密度底線分別 180Wh/kg、150Wh/kg。銅箔是動(dòng)力電池能量密度提升的重要環(huán)節(jié)之一，相較于 8μm 純銅銅箔，6μm 和 4.5μm 可減少銅用量約 22.2%、44.45%，提升質(zhì)量密度。

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