新能源电动车、5G通信、轻薄化电子产品的技术叠代，对于电信号及电力传输的主要媒介------铜箔，有了新的要求，电解铜箔相关产业链及国际市场格局也在悄然发生着变化。通过本文带你一起了解电解铜箔行业及其胶辊发展趋势。一、什么是电解铜箔 电解铜箔(Electrodeposited copper)是覆铜板(CCL)及印制电路板(PCB)、锂离子电池制造的重要的材料。在当今电子信息产业高速发展中，电解铜箔被称为电子产品信号与电力传输、沟通的“神经网络”。铜箔在制作电池的四大材料——正极材料、负极材料、分离膜、电解液中被用于负极材料，是电流流动的核心材料。现在较高生产精度一般为6μm。铜箔是生产锂电池不可或缺的关键材料之一。薄化是高端铜箔发展方向，让铜箔减薄，可以加大锂电池续航里程，是全球新能源电池竞争的核心领域之一。除用于造锂电池，还广泛应用于工业用计算器、通讯设备等。图一 电子铜箔应用生产工序共三道，溶液生箔、表面处理和产品分切。其生产过程看似简单，却是集电子、机械、电化学为一体，并 且是对生产环境要求特别严格的一个生产过程。 图二 电子铜箔生产流程 二、电解铜箔产业国内外发展状况 随着锂离了电池朝着高容量化、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（铜箔表血粗糙度为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、装备和铜箔表曲处技术都由美国和日本垄断。国内虽然在2 0 世纪 9 0年代末相继起来了一批电解铜箔制造厂商，但与美、日两国比较还相差甚远。高性能铜箔发展方向：（1）高延展、低轮廓( L P 、V L P ) 的电解铜箔；（2）环保型涂树脂铜箔( R c c )；（3）超薄电解铜箔的制造技术( 3 微米 9 微米)；（4）高性能的表面处理技术；（5）阳极涂层DS A的使用与推广。铜箔工业是在1937年由美国新泽西州的Anaconda公司炼铜最早生产开启的，1955年美国Yates公司开始专门生产PCB用的铜箔。电解铜箔的发展可划分为三个发展阶段：美国铜箔企业的创建，使世界电解锏箔业起步的阶段（1955年一70年代中期〕，日本钷箔企业高速发展，全面垄断世界市场的阶段0974年一90年代初期），日、美、业洲等铜箔企业多极化争夺市场的阶段（自90年代中期起至现今），日本是世界上最人的铜箔生产国，其次是中国台湾省，从目前国内电解铜箔产业的发展趋势来看，大陆地区的产能将很快会后来居上。 图三 电子铜箔应用电解铜箔自欧美人发明以来，由日本人将其精细化应用，并不断向全世界扩张，韩国及台湾地区紧随其后，并纷纷来中国大陆设厂，福田、长春、南亚等企业。内地企业起步相对较晚，经过多年不停的追赶，现在技术水平已经接近，目前在此技术领域较为领先的有宁德时代、诺德股份、嘉元科技、花园集团、灵宝华鑫等企业。锂电铜箔在电子产品的应用中随产品不断升级越做越薄，由原来的100μm发展到后来的30μm再到10μm、8μm、乃至4.5μm（相信今后随着技术的发展，电解铜的理想厚度也可以做到日企压延铜箔3μm的厚度）。为进一步提高锂电池效率，宁德时代在这一领域率先取得了技术上的突破，提升铜箔的技术性能，将锂电池铜箔的厚度从8μm减薄到6μm。6μm厚度铜箔在相关标准里定义为极薄铜箔，之前工艺通常是在其它载上进行真空镀膜的方式获得。人的头发丝厚度为60~90μm，6μm只有头发丝的十分之一，可以说这样的铜箔薄如蝉翼，通常采用电解法生产。宁德时代同时成功的解决了负极铜箔电池生产卷绕的难题，为下游应用的技术上提供了有效保障。随后，诺德股份、华鑫等企业技术上先后取得了突破，掌握了6μm电解铜箔的生产技术，深圳嘉元科技现在公布其有生产4.5μm铜的技术能力。2018年国内生产6μm电解铜箔的厂家已经多达6家，相关报道，2018年国内电解铜箔的产能已经达到9万吨，预计2019年会达到12万吨，到2020年将达到15万吨产能。6μm锂电电解铜箔的利润空间目前较好，会有越来越多的厂家参与到分切这块蛋糕。同时，电解铜箔在市场需求刺激下，向5G及FCCL用铜方向发展，并在很多产品里面替代压延铜箔。 压延铜箔与电解铜箔对比：由于压延铜箔加工工艺的限制，压延铜箔的幅宽很难满足刚性覆铜板的生产要求，所以压延铜箔在刚性印刷电路板(RPCB)上使用很少。但是由于压延铜箔属于片状结晶组织结构，因此在延伸率、耐折和高温重结晶等方面要优于电解铜箔，所以压延铜箔大多用于挠性印制电路板（FPC）上。此外，由于压延铜箔的致密度较高，表面较为平滑，利于制成印制电路板后的信号快速传送，因此在高频电路、精细线路的印制电路板上也使用一些压延铜箔。传统的印制电路用电解铜箔属柱状结晶组织结构，其延伸率、耐折和高温重结晶等性能要逊色于压延铜箔，所以长期以来电解铜箔多用于刚性覆铜板的生产，而压延铜箔多用于挠性覆铜板。近几年，随着电解铜箔生产技术的提高，许多铜箔厂家已经开发出适合于挠性印制电路板、高频电路板、微细电路用的电解铜箔，这些特殊用途电解铜箔的延伸率和耐折性已经十分接近同规格压延铜箔，表面粗糙度也控制在特定的范围，个别品种的挠性印制电路板用电解铜箔也具有一定的高温重结晶性。由于电解铜箔生产技术的提高和价格方面的优势，越来越多的挠性印制电路板、高频电路板和微细电路板生产厂家开始使用电解铜箔代替压延铜箔。 三、电解铜箔设备、配件及耗材供应商状况 电解生箔工序及表面处理工序对产品质量的控制是关键。目前国内的生箔机及表面处理设备主要是从日本韩国引进，如日本三船、韩国pnt等。生箔机及表面处理设备目前从国产化来看，已经趋于成熟，相关设备商及关键配件商如上海佰晟、西安航天机械、洪田机械、思德胶辊、诺庆胶辊等均可以提供相关配套装置，这些企业同时在国内用户中取得了大批量的应用，如宁德时代、花园、江东电子、嘉元科技等公司。铜箔生产厚度方面均能满足6μm厚度产品。同时，国内相关设备商在发展技术的同时，也注重知识产权的保护，多数厂家对自己的先进技术都进行了专利申请。下面我们对电解铜相关设备及生产工艺原理做简要介绍。1. 溶铜原理:1.1造液造液〔生成硫酸铜液）,在造液槽中通过对硫和铜料，在加热条件下的化学反应，并进行多道过滤，生成成硫酸铜液，再用专用泵打入电解液储槽中。成硫酸铜液，再用专用泉打入电解液儲槽中。2Cu+O2→2CuOCuO+H2SO4→CuSO4+H2O 图四 溶铜流程1.2.溶铜罐和储液罐在溶铜罐中主要通过控制溶铜罐内反应物的量和反应温度来控制电解液中的Cu2+和H+的含量，主要手段是按时添枞电解铜板、循环使用电解液、添加浓硫酸、换热器换热、自然对流添加空气等，最终产生铜箔生产所需的电解液。储液罐是用来暂时存储溶铜罐流下来的电解液和少量毛箔机回流的部分电解液的，同时也为溶铜提供反应所需的H2S04。在储液罐和溶铜罐间循环后电解液中H+浓度会降低，而毛箔回流电解液中含有较高浓度的H+从血维持了反应所需的H+浓度，确保反应按设定手艺方向进行。储液罐的出口与污液槽相连，电解液通过溢流管流到污液槽内。 1.3.污液槽污液槽是用来储存储液罐溢流过来的电解液和毛箔机列回流的部分电解液及净液槽溢流过来的电解液的。污液槽内的温度是通过板式换热器来调控的，控制在50℃~60℃。污液槽基本上是整个溶铜工序中容积最大的部分，它在整个电解液的循环过程中可以起到缓冲的作用，对于保持工艺的持续稳定性起到重要作用。CL-是电解液中的一项重要的添加剂，它可以直接影响到毛箔的性状，可以避免电镀过程中电解铜箔表面所产生的针孔现象，及提高镀层整平性，降低镀层的内应力。 1.4.大过滤器大过滤器过滤是应用物理吸附的原理，利用活性炭和硅藻十的孔隙率大，比表面积大，吸附能力强的特点对电解液进行净化。活性炭过滤器的介质是活性炭，它是由木炭、优质煤或各种果壳等经高温焙烧和活化制成。活性炭中有很多毛细孔连通，因此比表面积人，据泖试，1克活性炭有500-1000m2的表面积。这些微孔有强烈的吸附作用，能够吸附、去除水中的色素、有机物、余氯、胶体和微生物等，从而提高水的透明度、降低浊度等。硅藻土是古代单细胞硅藻遗骸沉积物，具有质轻、多孔、高强、耐磨、吸附及填充等一列优良性能，同时还具有良好的化学稳定性。其常用于过滤、吸附、填充、载体等方面。 1.5.净液槽和高位槽净液槽内的电解液是经过大过滤器过滤后的较洁净电解液。为保持工艺的持续稳定性，净液槽的液位控制在一定范围，为此净液槽设有浮力式液面指示器，便于检查液位。当液位过高时，净液槽的电解液会溢流回到污液槽，这就要求净液槽的液位高度要比污液槽的高。高位槽的主要作用是使进入毛箔机的电解液具有稳定的流速（或流量）。流量的人小主要山高位槽和电解槽间的势能差来决定，同时还可以通过转子流量计来力日以调节。经泵从净液槽打入到高位槽的电解液在高位槽内始终保持一定的高度，而多余的电解液又回流到净液槽内，经高位槽后的电解液再加入一定量的明胶后流向棉芯过滤器。 1.6.明胶槽和棉芯过滤器明胶水溶性蛋白质混合物，它山皮肤、韧带、肌腱中的胶原经酸或碱部分水解或在水中煮沸血产生，无色或微黄透明的脆片或粗粉状，在35~40℃水中溶胀形成凝胶（含水为自重5~10倍）。在电解液中加入明胶的目的是作为整平剂改善电解铜箔表而的粗糙度。明胶的作用机理是一个抑制作用：在微观粗糙表面上，谷处扩散层的有效厚度大于峰处，整平剂（分子或离子）进入谷处的扩散速度小于进入峰处的扩散速度，这样峰处整平剂的浓度人于谷处整平剂浓度，造成峰处对Cu2+放电的抑制作用大于谷处，从而达到了整平效果。图五 明胶槽和棉芯过滤器棉芯过滤器相当于电解液净化的二级过滤系统。它的过滤动力来自于高位槽与电解槽的位。一般情况下一台毛箔机对应二台棉芯过滤器，这样便于更换棉芯。棉芯过滤器主要过滤一些机械杂质。 2.生箔制造生箔机主要由阳极槽体、迸液流量分配装置、阴极辊驱动装置、阴极辊导电装置、阴极辊、“0”形禹循坏装置边部密封装置、辆助阴极装置、张力控制装置、清洗装置、烘干装置、收卷装置酸气水汽收集罩和防护罩、电气设备和控制系统等组成。主要用于铜箔毛箔的生产。生箔机的工作原理：由阴极辊和生箔机组成生箔机组，阳极槽体接电源的正极，阴极辊接电源的负极。当硫酸铜电解液进入阳极槽体后，正负极间形成电场，在电场作用下，铜离子向阴极辊表面迁移并沉积，沉积出来的铜很薄，从阴极辊上剥离并收卷在另外一只辊子上，这样电解液连续不断的循环。铜离子在电场作用下源源不断尚阴极辊沉积，连续剥离并收在收卷轴上。其余“0”形戔循环装置、边部密封装置、辅助阴极装置、张力控制装置、清洗装置、烘干装置、收卷装置、阴极辊电气设备和控制系统等均是为了保证铜箔质量要求及连续生产可靠性而设置的必要装置。毛箔电解原理:毛箔制造采用硫酸铜水溶液作为电解液，其主要成分为Cu2+、H+及少量的其它金属离子和OH-、S042-等阴离子。在直流电的作用下，阳离子移向阴极，阴离子移向阳极，阳极一般采用不溶阳极（铅银合金或涂层钛板等），Cu2+得到2个电子还原成Cu，在阴极辊而上电化结晶，电极反应如下：Cu2++2e=Cu↓在阳极上H2O放电后生成氧气和H+，即：H2O-2e=2H++O2↑故整个过程还是一个造酸过程。因为氧气跑掉了，H+、S042-结合形成硫酸，即：2H++S042-一H2SO4总的反应为：CuSO4+H2O=Cu↓+H2SO4+1/2O2↑铜的电解沉积过程涉及了新相的生成一电结晶步骤。它的形成不是一步完成的，而是由若干连续步骤来完成的，即：1）铜的水化离子扩散到阴极表面；2）水化铜离子，包括失去部分水化膜，使铜离子与电极表面足够接近，失水的铜离子中主体的价电子能级提高了，使之与阴极上费米能级的电子相近，为电子转移创造条件；3）铜离子在阴极放电还原，形成部分失水的吸附原子。这是一种中间态离子，对于Cu2+来说，这一过程由两个阶段组成，第一步是Cu2++e=Cu+，该步骤非常缓慢，第二步是Cu++e=Cu，部分失水并与阴极快速交换电子的铜离子；4）被还原的吸附离子失去全部水化层，成为液态金属中的金属原子；5）铜原子排列成一定形式的金属晶体。 3.毛箔机构造                                                                                     图六  生箔机结构示意图3.1阳极板：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，从曲使铜箔均匀性亦差。后者由钛基质和涂层组成。涂层是铱06％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。用钛表面涂氧化钇等材料作为不溶性阳极的DSA是选择具有催化活性的钉、钯等贵金属氧化物涂覆在基材上成为不溶性阳极。由于表面贵金属氧化物的电催化作用，使电极界面电场对反应速度的影响十分巨大。随着电极反应过电位的增加，反应速度可以增大10个数量级。 3.2辅助阴极：为防止电解时阴极辊侧面电沉积铜，影响铜箔的生产。为此在电解槽的两侧各设有一个辅助阴极，其材料为铜杆。在铜电沉积的过程中，阴阳极之间的电流并不是均匀分布的，尤其是在阴极辊和阳极辊的边缘，电力线分布较密集，使镀层产生“边缘效应”。为此辅助阴极的作用是在钛阴极辊两侧吸收边缘电力线，降低边缘效应，减少或消除毛刺撕边等不良现象。在实际生产中辅助阴极并不能完全消除边缘效应，需在钛辊边缘密封橡胶O型圈配合。阴极辊为钢钛铜复合辊，是生箔机组的一个部件，箔机组对应装配一个阴极辊。由辊体、导电环、轴承、PVC挡板及固定钛螺栓、链轮、轴承等组成。 图七 阴极辊阴极辊是生箔机中的关键部件，也是价格最贵的部件之一。随着客户要求的提高与技术的发展，阴极辊直径山原来的1m、1.5m增到2.2m、2.7m，宽度为1400~1500mm，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晌到生（原）箔的表面质量和视觉效果，因此辊面粗糙度Ra<0．3μm。阴极辊的二作原理．阴极辊作为电源的负极的导电体，要将电源在阴极辊面分布均匀，这样铜离子就会均匀地沉和在阴极辊表面，同时阴极辊表面必须按照电解铜箔质量的要求研磨成特定的表面形状（需用阴极辊磨辊机及阴极辊在线抛光装置），以确保铜箔的质量。 3.3电子铜箔用表面处理机表面处理机主要由放卷装置、张力控制装置、速度控制装置、动力系统、导电系统、喷洗干燥装置、有机耦联剂喷淋装置、放收卷位置调节装置、液下辊传动密封装置、收卷装置、安全/防护装置、电气设备和控制系统、机架及电解水洗槽等组成。工作任务是处理生箔机生产的毛箔，目的是为了提高铜箔的抗剥离强度、抗氧化等性能。电子铜箔用表面处理机需和生箔机组连续工作，不可分割，否则毛箔会被氧化。工作原理：生箔机生产出来的铜箔称为原箔或毛箔，并不能满足下游生产需要，必须通过在毛箔的表面进行电镀处理，通过镀铜、镀锌及镀铬来提高毛箔的各种性能指标，如抗剥离性能指标，抗氧化性能指标等。 3.4.阴极辊磨辊机和阴极辊在线抛光装置铜箔生产一段时间后，阴极辊面会产生一些氧化层及一些细微的不平整，故而需要对这种情况加以处理，通常是采用尼龙刷辊来进行的。一般情况下，铜箔每生产一卷后就对阴极辊面进行一次抛光。当辊面的不平整及氧化层等问题较严重时，就需要将阴极辊取出，送到磨辊房加以表面处理。阴极辊磨辊机主要由基础框架、轴承座支架、轴承座、主驱动装置、气动装置、冷却液装置、接液装置、控制系统、操作平台、电缆及风管、液管移动支架等组成。阴极辊在线抛光装置由基础框架、轴承座支架、轴承座、主驱动装置、抛光辊驱动装置、抛光辊摆动装置、抛光辊调节装置，抛光辊气缸压紧装置、冷却清洗水装置、接液装置、控制系统、操作平台、电缆及水管、液管移动支架等组成。阴极辊磨辊机和阴极辊在线抛光装置是生箔机组的配套件，专用于打磨和抛光阴极辊，是铜箔生产线不可缺少的配套设备。工作原理：阴极辊在生产铜箔过程中，辊面因受电流及电解液的作用，表面会附着一些金属颗粒而变粗糙，为保证铜箔的质量，需要对阴极辊表面进行打磨和抛光，先用阴极辊磨辊机将阴极辊表面磨平，再用阴极辊在线抛光装置对阴极辊表面抛光。 3.5.挤水辊挤水辊的作用主要就是将毛箔上的“水”挤掉，其辊面的平整性及柔软性对毛箔的毛面的性质有一定的影响，当挤水辊不平整时，会造成铜箔的刮伤等情况，同时“水”为挤十净又会增加烘十所需的温度，增加电能消耗。现在车间常用的挤水辊为橡胶型。当挤水辊变得柔软且具有吸水性后，它不仅可以降低烘干铜箔表面水分时所需的温度，还可以保护铜箔的毛面不受“伤害”。 4.后处理工艺，后处理工艺主要分为酸洗、强粗化、固化、弱粗化、水洗、镀锌、镀铬、烘干等工序组成。具体相关情况不本文不作详细介绍。图八 后处理设备及工艺流程 四、电解铜箔胶辊应用 高精密的电解铜箔，从溶铜到生箔到后面的表面处理再到分切，会经历众多工序，如有一个环节出问题，将会对成品质量造成重大的影响。在铜成型后整个物料的输送过程中，主要是以辊子来完成的，其中胶辊体的作用在电解铜箔生产中尤为重要。电解铜箔主要胶辊有液下胶辊、输送胶辊、分切胶辊、抗皱胶辊、粘尘胶辊等。生产过程中，液下辊的质量尤其受到生产技术人员的关注，液下辊不仅要有良好的耐酸碱等溶剂功能外，胶面硬度及真圆度等机械参数以尤为重要，液下辊应用于锂电铜箔生箔机、铜箔后处理机防氧化槽过辊。铜箔在溶液处理过程中，液下辊启到了铜箔的浸没固定及转向作用，在酸性液体中，对辊体的耐酸性能要求较高，思德诺庆液下辊，采用耐酸的316L及特种耐酸橡胶，能够达到超强的耐酸性能。同时液下辊的表面硬度可达到Shore D80以上，表面光洁度可以处理至Ra0.2μm等级，达到了耐磨与抗划伤功效，有效保障铜箔处理过程中的表面划伤率。其它如分切辊压辊、“W”型抗皱辊等辊体在此就不一一介绍，详情可以参见相关胶辊厂家的资料介绍。特别是针对“W”型抗皱胶辊，不光在电解铜箔的生箔及表面处理收卷分切使用到，在下游电池产品等电子产品的生产环节也会涉及，如后续电池极片的涂布、分切、收卷等。辊体槽型为45°弹性螺旋橡胶槽，以中心向两边呈W螺旋形状螺旋延伸。工作时以防止材料起皱。非常适合电子铜箔、塑料膜、相对较厚的纸张、无纺布等材料。图九 “W”型抗皱胶辊抗皱原理图这类“W”型抗皱胶辊是考验生产商对槽形开设能力、对抗静电、导电、低表面能技术及综合机械加工能力的检验。目前国内市场上较少企业能够满足生产需求。思德诺庆高效抗皱辊（又叫开幅辊、展平辊），采用辊面开设特种槽型、采用在辊面开设不同形状的槽型、多层橡胶叠加组合等方案，尤其适用于薄膜、金属箔材等材料生产过程中的低张力抗皱需求。由于胶辊表面是平整的，因此可以像常规的弧形展平辊一样工作，当材料接触辊面时，材料微小的力连续施加在槽形边缘上，具有防止皱纹的作用。其特点在于：1.生产材料的压力会使橡胶凹槽向外倾斜，以防止起皱发生；2.材料与辊面有足够的接触面积，防止材料打滑及形变；3.纸屑等灰尘很容易排放到凹槽中，并有助于散热。根据生产材料工艺需求的速度和张力等条件选择不同的橡胶品类、硬度、槽型等参数。还可以通过选择导电橡胶可以同时去除静电。图十 高效抗皱辊一般生产工艺参考高效抗皱胶辊，会根据不同的生产需求采用不同的技术方案组合，本文不详解，具体可以与专业胶辊生产厂家进行沟通。序号名称材质直径粗糙度静平衡备注1剥离辊316LΦ150Ra0.25g2切刀辊304Φ200Ra0.25g3张力辊304Φ200Ra0.25g4液下辊316LΦ200Ra0.25g5导电辊（包胶）304Φ200Ra0.25gShoreD≥83°6钝化槽挤水辊304Φ140Ra0.85gShoreA55~60°7转向辊ALΦ200Ra0.45g8收卷辊304Φ210Ra0.45g9收卷压辊304Φ120Ra0.85gShoreA55~60°10酸洗挤酸辊316LΦ100Ra0.85gShoreA45~50°11酸洗挤水辊316LΦ100Ra0.85gShoreA45~50°12粘尘辊304Φ100Ra0.45g13抗皱辊304Φ150Ra0.25g辊芯可按用户需求采用金属或CF、GF。具体方案可与生产商进行交流协商。表一 铜箔生产线常见胶辊电解铜箔除在未来的动力电池、电路板方面应用外，还会在5G高频领域开辟更多的应用空间。电子产品轻薄化方向来看，电解铜箔发展空间业内看好，对于动力电池方向，相关协会认为未来5-10年，氢燃料电池不会成规模替代动力电池，是电解铜发展的鼎盛时期。但国内企业发展没有整体的战略规划，都一窝蜂的上电解铜箔项目，目前来看，产能已经有过剩迹象，是否电解铜箔会成为下一个锂电隔膜，很多铜箔从业人员充满担忧。但不论怎样，电解铜在近两年迅速发展下，国内企业充分吸收了国外先进生箔及后处理技术，先后出了相关设备产业链企业，如生箔机、后处理机、分切机、铜箔用胶辊等都可以实现国产化。